保時捷Taycan動能回收系統和你想的不一樣!煞車將帶來更多續航力

保時捷研發團隊針對煞車力道分配研究全新概念,此概念能在不犧牲舒適度的情況下帶來更好的動能回收效率。 圖/Porsche提供

以電池作為動力來源的電動車帶來全新的底盤需求,尤其是在煞車與動能回收方面。德國保時捷(Porsche)的研發團隊正針對煞車力道分配研究全新概念,此概念能在不犧牲舒適度的情況下帶來更好的動能回收效率。

底盤研發人員在發展電動化時面臨一項矛盾挑戰,電池一方面使車輛更重,但另一方面也帶來更好的駕駛動態。這兩項因素都需要更強大的液壓煞車系統,然而,增加的重量將使耗能提升,不只減損效率也犧牲了續航里程。

保時捷Taycan得利於動能回收,不需要更大的煞車系統就獲得更強的煞車效能。駕駛者踩下煞車踏板時,電動馬達便會切換至發電模式,此時不再是馬達驅動車輪,而是車輪帶動馬達。車輛減速的同時,也產生電能為電池充電。動能回收對底盤研發人員來說至關重要,車輛不再需要為了增進駕駛動態而加大煞車,因此便不會減損續航里程。

保時捷Taycan得利於動能回收,不僅具有更強的煞車效能,也增進續航里程。 圖/Porsche提供
保時捷Taycan得利於動能回收,不僅具有更強的煞車效能,也增進續航里程。 圖/Porsche提供

Taycan在日常行駛中有高達90%的情況,煞車僅由電動馬達完成,液壓系統只有少數情況才會介入,例如:在時速低於5km/h,電動馬達難以產生煞車力道;或是在高速時全力煞車,這種電動馬達無法產生足夠減速效果的情況。Taycan Turbo S在煞車時產生的電能功率高達290kW,減速2秒產生的電能足夠再行駛700公尺左右。整體來說,動能回收可增加高達30%續航里程。

研發電動車時的其中一項技術難關是如何使動能回收與液壓煞車系統協同運作,保時捷工程公司的資深底盤測試經理Martin Reichenecker強調:「絕不能讓駕駛者感受到煞車在兩種系統之間轉換。」

保時捷Taycan在日常行駛中有高達90%的情況,煞車僅由電動馬達完成。 圖/Porsche提供
保時捷Taycan在日常行駛中有高達90%的情況,煞車僅由電動馬達完成。 圖/Porsche提供

由於兩種煞車系統的運作方式不同,要確保轉換過程平順需要相當高技術含量。電動馬達傳遞的煞車力道永遠相同,但液壓系統會受到溫度、濕度等環境因素影響,使每次的力道略有變化,這就是為何某些案例中,電動煞車在轉換至液壓系統的銜接點力道有所差異,讓駕駛者感到些許頓挫。

煞車校正

保時捷為了避免此情況發生而研發出一套演算法,系統將持續監測液壓煞車系統的情況,在每次動能回充的過程中,液壓煞車以煞車踏板的行程與力道的比例進行校正,這使演算法能夠預估下一次液壓系統可輸出的煞車力道,並精準地設定煞車力,使轉換至動能回收的過程能保持順暢。

煞車力道在車上通常並非平均分配,三分之二的煞車力道由前軸輸出,剩下三分之一來自後軸;儘管Taycan的後軸馬達較大,理論上能產生較多煞車力道並回收更多動能,但電動煞車系統中以同樣比例分配煞車力道,三分之二煞車力由前馬達提供,剩下三分之一由後馬達提供。

動能回收與液壓煞車系統能同時在Taycan上運作,並讓駕駛者難以察覺轉換過程。 圖/Porsche提供
動能回收與液壓煞車系統能同時在Taycan上運作,並讓駕駛者難以察覺轉換過程。 圖/Porsche提供

然而,後軸馬達所保留的餘裕可以用於調整煞車力在前後軸之間的分配比例,這此情況下,為了確保駕駛穩定,必須根據情況限制後軸的最大煞車力。保時捷動能回收煞車研發整合工程師Ulli Traut解釋道:「能夠回收最多能量的電動馬達就能產生最大的煞車力道。」

煞車力道分配模型

為了使液壓系統與動能回收煞車之間的轉換不會犧牲駕駛者或乘客的舒適性,其中一個方案是透過兩套演算法同時運作。第一套分析行駛情況,並基於測試基準數據,建議一組在前後軸最佳化分配煞車力道的模型,第二套演算法自最有效率的模型之中選擇一組適合當下行駛狀況的分配比例。根據專家Traut的說法,此方案可確保最理想的減速效果,並顯著提升續航里程。

時至今日,煞車系統在車輛工程中仍是一套相對封閉的系統,然而在電動車的世界將有所變化,包含動力系統、功率元件以及電池等車輛零件都與減速過程有關,煞車系統甚至在儀錶上有著獨立顯示,這都需要底盤研發人員更多的跨部門合作。舉例來說,負責煞車的工程師未來必須更密切與負責變速箱的同事合作,因為電動馬達與變速箱都參與動能回收的過程。(Taycan在後軸設置有一具2速變速箱。)

煞車力道在車上通常並非平均分配,三分之二的煞車力道由前軸輸出,剩下三分之一來自後軸。 圖/Porsche提供
煞車力道在車上通常並非平均分配,三分之二的煞車力道由前軸輸出,剩下三分之一來自後軸。 圖/Porsche提供

這既創造Taycan更高的承重需求,同時也提供新機會,Reichenecker指出:「研發人員有著全新的自由度,使前後軸的煞車力道分配能夠變化的能力就是其中最好的一個例子。」Reichenecker 期待底盤科技與驅動元件能夠繼續融合:「在未來的架構中,大多數的軟體功能大概會整合在一個控制單元之中。」

在駕駛方面,有些電動車廠專注於所謂的「單踏板駕駛」,當駕駛者將腳移開加速踏板時,車輛立刻開始進行動能回收,只有在極端情況下,需要重踩煞車,煞車燈才會亮起。這意味著絕大多數的情況下,只需要一個踏板就能操作車輛。

另一方面,保時捷採用的滑行方案,讓車輛在無動力時能夠繼續更自然地滑行,動能回收只在煞車踏板採下時才會作動。Reichenecker 表示:「由於可將動能維持在車上,這會是更有效率的駕駛方式。相較於單踏板駕駛,先進行動能回收在將回收的能量轉換為推進力,將會造成兩次的損耗。」

煞車系統在車輛工程中仍是一套相對封閉的系統,然而在電動車的世界將有所變化,包含動力系統、功率元件以及電池等車輛零件都與減速過程有關。 圖/Porsche提供
煞車系統在車輛工程中仍是一套相對封閉的系統,然而在電動車的世界將有所變化,包含動力系統、功率元件以及電池等車輛零件都與減速過程有關。 圖/Porsche提供

減少煞車磨耗

另一項動能回收的優勢是減少液壓煞車的磨耗,「我們期待未來煞車皮只因老化而需要更換,而非磨耗。」如同Traut所猜測的,其中一項專為Taycan所研發的特色正是保持煞車盤乾淨,因為它們如今更少被用到。為了清除煞車碟盤上的髒污,車輛會在固定間隔不使用電動馬達,只用液壓煞車系統,這在未來可能是一大優點,因為歐盟正計劃減少煞車微粒的排放。在2025年即將實施的歐盟七期排放標準中,煞車磨損將首次被列入限制,像Taycan一樣每十次有九次煞車只透過電來進行的電動車,將因此處於格外優異的起跑點。

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