Technologia hamulców nie zmieniła się zbytnio w ciągu ostatnich stu lat, ale hamowanie rekuperacyjne stanowi ogromną zmianę w sposobie, w jaki myślimy o hamowaniu. Zamiast używać brutalnej siły do zatrzymywania pojazdów poprzez fizyczne zaciskanie lub wypychanie jak element taki jak tarcza hamulcowa lub bęben, ta technologia sprytnie wykorzystuje sposób, w jaki działają samochody hybrydowe i w pełni elektryczne, aby faktycznie odzyskać trochę energii za każdym razem, gdy pojazd zwalnia.
Jak działają hamulce w samochodach osobowych i ciężarowych?
Postępy w technologii hamulców były na przestrzeni lat w dużej mierze iteracyjne, a nie innowacyjne, podobnie jak przejście z hamulców bębnowych na hamulce tarczowe. Poczyniono również znaczne postępy w zakresie fizycznych materiałów, z których wykonane są klocki hamulcowe, co spowodowało, że materiały cierne są trwalsze, wytwarzają mniej pyłu i są mniej podatne na hałas. Technologie, takie jak ABS, sprawiły, że technologia hamulców jest bezpieczniejsza, ale podstawowa zasada przekształcania energii kinetycznej w ciepło pozostała niezmieniona.
Tradycyjne hamulce działają dobrze, ale z natury są niezwykle marnotrawne. Za każdym razem, gdy wciskasz pedał hamulca, skutecznie zaciskasz koła z siłą tysięcy funtów ciśnienia hydraulicznego. Precyzyjny mechanizm składa się z metalowych tarcz w kształcie tarcz, które są umieszczone pomiędzy każdą oponą a piastą koła i są wciskane pomiędzy organicznymi, metalowymi lub ceramicznymi klockami hamulcowymi.
W starszych pojazdach i tylnych hamulcach niektórych lekkich ciężarówek zamiast nich stosuje się mniej wydajne bębny i szczęki hamulcowe. W obu przypadkach pojazd zwalnia z powodu ogromnego tarcia generowanego między klockami a tarczami lub klockami i bębnami. To tarcie zasadniczo zamienia energię kinetyczną w energię cieplną (a czasami dużo hałasu), w wyniku czego Twój samochód zwalnia.
Problem z tradycyjnymi hamulcami polega na tym, że silnik musiał zużyć dużo paliwa, aby wytworzyć energię kinetyczną i jest ona zasadniczo marnowana, gdy hamulce przekształcają ją w ciepło.
Podstawową ideą hamowania regeneracyjnego jest to, że różne technologie umożliwiają odzyskanie pewnej części tej energii kinetycznej, przekształcenie jej w energię elektryczną, a następnie ponowne jej wykorzystanie.
Jak działają hamulce regeneracyjne?
Najbardziej powszechna forma technologii hamowania regeneracyjnego polega na ponownym wykorzystaniu silnika elektrycznego jako generatora, dlatego hamulce regeneracyjne są często spotykane w pojazdach hybrydowych i elektrycznych.
Podczas normalnej pracy silnik elektryczny pobiera energię z akumulatora i wykorzystuje go do poruszania pojazdem. Gdy pedał hamulca jest wciśnięty, silnik elektryczny może odwrócić ten proces, stając się generatorem napędzanym przez obracające się koła i przesyłając energię elektryczną z powrotem do akumulatora.
Ponieważ hamulce regeneracyjne skutecznie ładują akumulator bez podłączania ładowarki, w przypadku pojazdu elektrycznego lub korzystania z alternatora w hybrydzie, ogólna wydajność pojazdu jest zwiększona. To przekłada się na więcej kilometrów między ładowaniami lub tankowaniami.
Ponieważ hamulce regeneracyjne skutecznie zamieniają energię kinetyczną w energię elektryczną, oprócz ładowania akumulatora są w stanie spowolnić pojazd. Istnieją jednak ograniczenia skuteczności układu hamulcowego z odzyskiem energii. Jednym z głównych problemów jest to, że hamulce regeneracyjne nie działają tak dobrze przy niskich prędkościach, jak przy dużych prędkościach. Ze względu na to nieodłączne ograniczenie hamowania odzyskowego większość pojazdów jest również wyposażona w uzupełniający tradycyjny układ hamulcowy.
W ten sam sposób, w jaki tradycyjne elementy sterujące układu kierowniczego, hamowania i przyspieszenia są często uwzględniane jako wsparcie dla systemów drive-by-wire, tradycyjne hamulce mogą służyć jako wsparcie dla hamowania regeneracyjnego. Tradycyjne systemy mogą zadziałać tylko w przypadku awarii sprzętu lub mogą być używane przez cały czas w połączeniu z hamowaniem odzyskowym.
Ograniczenia hamulców regeneracyjnych
Oprócz naturalnego spadku skuteczności hamowania regeneracyjnego przy niskich prędkościach, technologia ma również szereg innych ograniczeń. Niektóre z najbardziej godnych uwagi to:
- Hamowanie regeneracyjne działa tylko na kołach napędowych: Jeśli pojazd elektryczny nie ma napędu na wszystkie koła, z silnikiem na każde koło, to koła bez wirników nie są w stanie czerpać korzyści z hamowania odzyskowego.
- Problemy z zatrzymaniem w panice: Hamulce regeneracyjne zwykle nie zapewniają wystarczającej siły hamowania w warunkach zatrzymania paniki. To jeden z obszarów, w którym tradycyjne hamulce nadal działają znacznie lepiej.
- Ograniczenia baterii i silnika: Wydajność systemu regeneracyjnego jest ograniczona przez takie czynniki, jak pojemność systemu magazynowania energii i moc silnika elektrycznego.
- Praca tylko z pojazdami elektrycznymi i hybrydowymi: Tradycyjne systemy regeneracji są niekompatybilne z pojazdami nieelektrycznymi, niehybrydowymi. Ponieważ w tych pojazdach brakuje silników elektrycznych, wdrożenie hamowania odzyskowego jest kosztowne i skomplikowane.
- Ograniczenia dynamicznego hamowania: Niektóre systemy regeneracyjne są zmuszone do stosowania dodatkowego „hamowania dynamicznego”, które nie przechowuje odzyskanej energii kinetycznej.
Hamulce pojemnościowe i tradycyjne silniki spalinowe
Ponieważ regeneracyjne układy hamulcowe zazwyczaj wykorzystują silniki elektryczne do generowania elektryczności, są one z natury niekompatybilne z pojazdami, które wykorzystują silniki spalinowe. Istnieją jednak alternatywne technologie regeneracji, które można zastosować w tradycyjnych silnikach spalinowych.
Jeden z takich systemów wykorzystuje duże kondensatory do szybkiego magazynowania i uwalniania energii elektrycznej, która jest następnie przepuszczana przez transformator obniżający napięcie. Wyjście 12 V jest następnie podawane do układu elektrycznego pojazdu, co odciąża silnik. Ta technologia jest obecnie w stanie zwiększyć wydajność paliwową nawet o 10 procent, choć wciąż jest w powijakach.
Jakie samochody używają hamulców regeneracyjnych?
Większość pojazdów hybrydowych i elektrycznych korzysta z pewnego rodzaju układu hamulcowego z odzyskiem energii. Producenci OEM, tacy jak Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota i Tesla, wcześnie wdrożyli technologię hamowania regeneracyjnego w swoich pojazdach hybrydowych i elektrycznych. Pojazdy niehybrydowe, w których stosuje się pewien rodzaj hamowania rekuperacyjnego, są znacznie mniej powszechne, ale BMW i Mazda wcześnie przyjęły tę technologię w niektórych modelach.
