Porsche Taycan的制動優勢無須特別加大煞車尺寸,並且能輕鬆應付Euro 7更嚴格的要求

電動車對底盤研發提出了全新的挑戰,尤其是在制動與動能回收方面。Porsche集團的研發人員正在研究新的制動力分配概念,致力於在不影響駕乘舒適性的情況下獲得更好的動能回收能力。

電動化時代的來臨,讓底盤研發人員同時面臨兩個挑戰:首先,電池使車輛變得更重,再者也顯著提升了車輛的駕駛動態。這兩個因素通常會導致必須加強液壓式車輪制動器的性能。然而,制動器重量增加會導致能耗提高,從而導致能效變差,降低電動車續航里程。

Porsche Taycan之所以不需要擴大制動系統,背後的功臣就是動能回收:一旦駕駛者踩下制動踏板,電動馬達就會切換到動能回收模式。馬達會停止驅動車輪,反向工作使得車輛減速,同時為電池充電。對底盤研發人員而言,最關鍵的是:透過動能回收技術,制動系統不需要因為駕駛動態提升而加大尺寸,因此也不會對續航力產生負面影響。

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例如:Taycan在一般日常駕駛中90%採用純電動馬達制動,意即不需要使用液壓系統。後者只在車速低於5 km/h並且當電動馬達幾乎沒有制動作用時才會啟用。此外,也只有在電動馬達減速性能不足時,制動器才會介入,例如:必須在高速狀態下完全制動時,而Taycan Turbo S的制動力可產生最多達290 kW的電能。以這樣的功率來看,只需制動2秒鐘,就能產生足以行駛大約700米距離的電能。 總體而言,動能回收可以增加30%的續航力。

電池電動車(BEV)底盤開發人員必須面臨的最大技術挑戰之一是所謂的「混合」(Blending),也就是發電動馬達式和液壓式制動系統的結合。Porsche工程公司底盤測試部門負責人Martin Reichenecker表示,「我們的目標是讓駕駛者完全察覺不到系統之間的過渡。」

要讓系統之間平穩順暢地切換,在技術上來說相當困難,因為每種制動系統的運轉方式不同:電動馬達的制動扭矩輸出始終一致,但液壓系統卻會因氣溫和濕度等環境影響而不時產生波動。如此就可能發生液壓制動力在過渡點與電動馬達制動力出現差異的情形,這時駕駛者就會感覺到一陣晃動。

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制動器自動校準

Porsche專為Taycan開發出一套演算法,目的就是要防止這種情形發生。演算法會持續監測液壓系統:每一次充電時都會對制動器進行一次校準,以計算當前制動踏板行程與制動踏板施力之間的關係。透過這種方式,演算法就可以預估液壓系統在下一次制動時會施加多少力量,從而精確地應用力量並藉此實現流暢地過渡切換到動能回收的目的。

一般而言,車輛上的制動力分佈並不均勻:三分之二由前軸負責,三分之一由後軸負責。Taycan的電動系統也沿用了這個比例:前部電動馬達提供三分之二的制動力,剩餘的三分之一則由後部電動馬達提供。儘管後部電動馬達較大,理論上應該能貢獻更多(並回收更多)。

的確,後軸的潛力是可以提升的,方法是在車軸之間靈活地分配制動力。這裡需要注意的是,出於保證駕駛穩定性的考量,必須根據實際情形來限制後軸的最大配額,以確保有足夠的穩定性儲備。Porsche功能研發人員兼制動動能回收應用工程師Ulli Traut解釋說,「可以接受最多電能的電動馬達也就能提供最大的制動扭矩。」

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分配通道

與液壓制動和動能回收制動之間的相互作用類似,此處的制動力轉移也不允許影響到舒適性。一個解決方法是讓兩個演算法同時運行:第一個演算法負責分析行車狀況並建議一條「通道」,然後透過這條通道以根據測試台數據推論出的最理想的方式在前軸和後軸之間分配制動力。

第二個演算法則會選出效率最高且最適合實際駕駛情況的「通道」來分配制動力。 專家Traut先生期待這個解決方案可以確保獲得最理想的制動過程,並且「顯著提高續航力」。

至目前為止,汽車製造領域的制動系統一直是相當孤立的單一系統。但電動車改變了這個情況,因為更多車輛上的元件都開始參與制動過程:傳動系統、動力電子裝置和電池。此外,制動系統在組合儀錶上也獲得了專屬的顯示器。這一切都要求底盤研發人員必須跨領域工作。未來,制動領域的工程師必須更密切地與變速箱等部門的同事進行交流,因為動能回收除了電動馬達之外,也涉及到變速箱(Taycan的後軸搭載了一個雙速變速箱)。

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這也將進一步考驗其抗壓性,但同時也將創造全新的可能性,正如Reichenecker所強調的:研發人員擁有全新的自由發揮空間。能夠在前軸和後軸之間靈活分配制動力就是最好的例子。Reichenecker預期,底盤和驅動部件在技術上將繼續融合,他表示,「在未來的結構中,大多數軟體功能可能都會被合併到一個控制器中。」

一些電動車製造商應用所謂的「單踏板駕駛」概念。其運作原理是:當駕駛者將腳從踏板上移開時,車輛就會立即開始回收動能,在極端情況下,制動力甚至會強烈到致使制動燈亮起。

在大多數情況下,的確是可以只用一個踏板駕駛車輛。然而,Porsche選擇採用「巡航」概念,也就是讓車輛自然滑行減速,只有在踩下制動踏板時才會回收動能。Reichenecker表示,「這種駕駛方式的效率更高,因為動能會留在車輛上。」與之相反,單踏板駕駛原理會首先回收動能,然後將獲得的能量再次轉化為推進力。這意味著有兩次損失。

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減少制動磨損

動能回收的另一個正面效應就是減少液壓制動的磨損。「我們預計,未來的制動片將因材質老化才必須更換,而不是因為磨損。」 Traut如此預測。Taycan獲得了一項全新開發的功能,能夠讓負荷較低的制動盤保持乾淨:每隔一定的時間,車輛就會刻意進行一次純液壓制動,也就是不使用電動馬達,目的在於清除制動盤上的髒污。

這在未來更可能成為一項重要優勢,因為歐盟希望能減少制動系統排放的顆粒物。歐盟新一輪的Euro 7排放標準預計將在2025年生效,其中首次對制動磨損顆粒物排放的極限值作出規範。像Taycan這樣的電動車,十次制動中有九次是純電力制動,自然擁有了較高的合規起點。

Bear

曾於2002~2004任職於Option改裝車訊編輯,之後轉戰汽車銷售十餘年,擔任總代理新車及超級跑車的銷售業務及公關企劃,藉由過去的工作經驗作貼切的報導,以協助讀者們購車前的參考,是在下的職責以及撰稿方向。