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摩擦制动与再生制动:现代汽车如何回收能量

传统汽车制动系统仅服务于“停车”单一目的,虽由多部件组成、工作过程相对复杂,但驱动仅靠脚踏踏板。该系统蕴藏巨大的能量效率提升潜力,从而催生了再生制动技术。

再生制动并非新发明,早已广泛应用于混合动力与纯电动汽车,用于控制并回收本会损失的动能。其原理直观易懂,下文将详细阐述。

本文将对比常规制动系统与再生制动系统,剖析两者差异,并深入解析再生制动的工作机制。

常规制动系统

常规制动即液压、气压、机械制动,统称摩擦制动。其核心是通过两表面摩擦吸收运动系统动能,从而抑制运动。汽车上多采用液压制动,制动液需排气以发挥最佳性能。液压制动原理已在另文详述。

液压回路包含装满制动液的总泵,通过管路连接各车轮的分泵。踏板连接总泵活塞,踩下踏板推动活塞,制动液经管路推动分泵活塞,进而驱动制动卡钳或轮缸实施制动。

再生制动系统

再生制动即电磁制动,应用于混动与纯电车型。如前所述,它能回收制动损失的能量。工作原理简单:制动时损失的动能被收集并转化为电能,储存至大容量高压电池。常规制动与再生制动的本质区别在于——后者能“创造”可用能量。

前文已解释常规盘式/鼓式制动利用摩擦减速停车。再生制动的额外收益(为电池充电)促使车企在混动/纯电车型上普及该技术。

配备再生制动的车辆,踩下制动踏板时,车载电子控制单元将驱动电机切换至反转模式。电机反转产生发电制动转矩,车轮在减速的同时发电为电池充电。此过程由电机反转运动直接引发。

再生制动车辆仍保留摩擦制动作为后备。车载电脑根据制动需求判断何时启用摩擦制动(如再生制动功率不足或需急停避险),并同步控制电机反转接合时机。驾驶员踏板力度决定减速度,电子系据此决定是否启用再生制动及电机反转力矩。

再生制动系统示意图

(此处应插入示意图)

制动控制器是管理再生制动的电子装置,通过遥控信号判断制动起止时刻与施加速度,类似 ABS 控制器监测车轮转速差。它计算可用于发电的转矩、监控车轮速度,将制动回收的电能输送至电容器,确保电池/电容不因过充受损。最终由控制器决定调用摩擦制动(后备)还是再生制动:若所需制动力超出再生制动上限,控制器立即介入摩擦制动以确保安全停车。

两者制动方式根本不同。再生制动适合特定工况(如频繁启停的城市路况),常规摩擦制动约 80% 动能化热耗散,而再生制动可回收其中一半以上,降低燃耗 10%–25%。

观看视频了解再生制动工作原理:

(此处嵌入视频)

总结:常规摩擦制动依靠液压/机械传动实施制动,响应即时;再生制动在回收能量为电池充电的同时渐进式减速。两者协同工作,兼顾能量回收与行车安全。

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