Технологии торможения не сильно изменились за последние сто лет, но рекуперативное торможение действительно меняет наши представления о торможении. Вместо того, чтобы использовать грубую силу, чтобы остановить транспортное средство, физически зажимая или выталкивая такой компонент, как тормозной диск или барабан, эта технология умело использует то, как работают гибридные и полностью электрические автомобили, чтобы фактически восстанавливать немного энергии каждый раз, когда транспортное средство замедляется..
Как работают тормоза в легковых и грузовых автомобилях?
Достижения в области тормозных технологий на протяжении многих лет были в основном итеративными, а не инновационными, как, например, переход от барабанных тормозов к дисковым. Также были достигнуты значительные успехи в физических материалах, из которых сделаны тормозные колодки, в результате чего фрикционные материалы служат дольше, создают меньше пыли и с меньшей вероятностью издают шум. Такие технологии, как антиблокировочная система тормозов, также сделали тормозную технику более безопасной, но основной принцип преобразования кинетической энергии в тепло остался неизменным.
Традиционные тормоза работают просто отлично, но они чрезвычайно расточительны по самой своей природе. Каждый раз, когда вы нажимаете на педаль тормоза, вы эффективно зажимаете колеса силой гидравлического давления в тысячи фунтов. Точный механизм включает в себя металлические роторы в форме дисков, которые зажаты между каждой шиной и ступицей колеса и зажаты между органическими, металлическими или керамическими тормозными колодками.
В старых автомобилях и задних тормозах некоторых легких грузовиков вместо них используются менее эффективные барабаны и тормозные колодки. В любом случае автомобиль замедляется из-за огромного трения, возникающего между колодками и дисками или колодками и барабанами. Это трение, по сути, превращает кинетическую энергию в тепловую (а иногда и в сильный шум), и в результате ваш автомобиль замедляется.
Проблема с традиционными тормозами заключается в том, что вашему двигателю приходилось расходовать много топлива для создания этой кинетической энергии, и она практически тратится впустую, когда ваши тормоза преобразуют ее в тепло.
Основная идея рекуперативного торможения заключается в том, что различные технологии позволяют вернуть часть этой кинетической энергии, преобразовать ее в электричество, а затем повторно использовать.
Как работают рекуперативные тормоза?
Наиболее распространенная форма технологии рекуперативного торможения использует электродвигатель в качестве генератора, поэтому рекуперативные тормоза часто используются в гибридных и электрических транспортных средствах.
Во время нормальной работы электродвигатель получает энергию от аккумулятора и использует ее для движения автомобиля. Когда педаль тормоза нажата, электродвигатель способен обратить этот процесс вспять, стать генератором, питаемым от вращающихся колес, и подавать электричество обратно в аккумулятор.
Поскольку рекуперативные тормоза эффективно заряжают аккумулятор без подключения к зарядному устройству, в случае электромобиля или с использованием генератора переменного тока в гибриде, общая эффективность транспортного средства увеличивается. Это означает увеличение пробега между зарядками или заправками.
Поскольку рекуперативные тормоза эффективно превращают кинетическую энергию в электричество, они могут замедлять транспортное средство в дополнение к зарядке аккумулятора. Однако существуют ограничения эффективности рекуперативной тормозной системы. Одна из основных проблем заключается в том, что рекуперативные тормоза работают не так хорошо на низких скоростях, как на высоких. Из-за этого ограничения, присущего рекуперативному торможению, большинство автомобилей также оснащены дополнительной традиционной тормозной системой.
Так же, как традиционное рулевое управление, торможение и управление ускорением часто включаются в качестве резерва для систем с электроприводом, традиционные тормоза могут служить резервом для рекуперативного торможения. Традиционные системы могут срабатывать только при отказе оборудования, или их можно постоянно использовать совместно с рекуперативным торможением.
Ограничения рекуперативного торможения
В дополнение к естественному падению эффективности рекуперативного торможения на низких скоростях, технология также имеет ряд других ограничений. Некоторые из наиболее заметных включают:
- Рекуперативное торможение работает только на ведущих колесах: Если электромобиль не является полноприводным, с мотором на каждое колесо, то колеса без роторов не являются полноприводными. в состоянии извлечь выгоду из рекуперативного торможения.
- Проблемы с экстренной остановкой: рекуперативные тормоза обычно не обеспечивают достаточного тормозного усилия в условиях экстренной остановки. Это одна из областей, где традиционные тормоза все еще работают намного лучше.
- Ограничения батареи и двигателя: Эффективность рекуперативной системы ограничена такими факторами, как емкость системы накопления энергии и выходная мощность электродвигателя.
- Работает только с электрическими и гибридными автомобилями: Традиционные рекуперативные системы несовместимы с неэлектрическими и негибридными автомобилями. Поскольку в этих транспортных средствах отсутствуют электродвигатели, внедрение рекуперативного торможения является дорогостоящим и сложным делом.
- Ограничения динамического торможения: Некоторые рекуперативные системы вынуждены использовать дополнительное «динамическое торможение», которое не сохраняет восстановленную кинетическую энергию.
Емкостные тормоза и традиционные двигатели внутреннего сгорания
Поскольку системы рекуперативного торможения обычно полагаются на свои электродвигатели для выработки электроэнергии, они по своей сути несовместимы с транспортными средствами, использующими двигатели внутреннего сгорания. Однако есть несколько альтернативных регенеративных технологий, которые можно применять к традиционным двигателям внутреннего сгорания.
В одной из таких систем используются большие конденсаторы для быстрого накопления и высвобождения электроэнергии, которая затем проходит через понижающий трансформатор. Выходное напряжение 12 В затем подается в электрическую систему автомобиля, которая снимает нагрузку с двигателя. Эта технология в настоящее время способна повысить эффективность использования топлива до 10 процентов, хотя она все еще находится в зачаточном состоянии.
В каких автомобилях используются рекуперативные тормоза?
В большинстве гибридных и электрических транспортных средств используется система рекуперативного торможения. OEM-производители, такие как Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota и Tesla, уже давно внедрили технологию рекуперативного торможения в свои гибридные и электрические автомобили. Негибридные автомобили, в которых используется какой-либо тип рекуперативного торможения, встречаются значительно реже, но BMW и Mazda были первыми, кто внедрил эту технологию в некоторых моделях.
