Трение и рекуперативное торможение: как современные автомобили возвращают энергию

Традиционно тормозная система автомобиля служит одной цели — остановке. Она состоит из множества деталей, делая принцип работы довольно сложным, хотя управление осуществляется просто нажатием педали. Система имеет большой потенциал в энергоэффективности, что привело к появлению рекуперативного торможения.

Хотя термин не нов — он распространен в гибридах и электромобилях для контроля и возврата потерянной энергии. Принцип работы довольно прост, читайте дальше для полных деталей.

Сегодня обсудим различные типы тормозных систем и рекуперативное торможение, а также разницу между классической и рекуперативной системами.

Классическая тормозная система

Классическая система — гидравлическая, пневматическая, механическая тормоза, также называемые трением. Торможение осуществляется за счет трения двух поверхностей. Устройство сдерживает движение, поглощая энергию движущейся системы, обычно через трение. В большинстве автомобилей замедление или остановка достигается за счет гидравлической жидкости. Её подкачка необходима для лучшей производительности. Гидравлическая система подробно описана в другой статье.

Гидравлическая схема содержит главный цилиндр с жидкостью, соединенный с рабочими цилиндрами. Педаль тормоза связана с главным цилиндром, вызывая движение поршня. Это заставляет жидкость двигаться по трубам к рабочим цилиндрам на каждом колесе, которые в свою очередь заставляют поршни привести тормоза в действие.

Рекуперативная тормозная система

Рекуперативная система — электромагнитное торможение, используемое в гибридах и электромобилях. Как упоминалось, она возвращает потерянную энергию. Принцип прост: энергия, теряемая при торможении, собирается и преобразуется в электрическую для высокоемкого аккумулятора. Главное отличие от классической — создание энергии.

В предыдущей статье объяснялось, как дисковые и барабанные тормоза замедляют и останавливают автомобиль за счет трения. Дополнительная выгода рекуперативных тормозов — зарядка аккумуляторов — заставила производителей применять их в гибридах и электромобилях.

Автомобили с рекуперативным торможением активируются за счет вращения двигателя в обратном направлении. При нажатии педали тормоза электродвигатель автоматически переводится в режим реверса. Это заставляет колеса не только замедляться, но и генерировать электричество. Это происходит из-за обратного движения при нажатии педали.

Автомобили с рекуперативным торможением также имеют трениевые тормоза для поддержки, когда рекуперация теряет мощность или недостаточна для остановки. Электронная схема и бортовой компьютер определяют, когда включать классическое трениевое торможение. Одновременно управляется включение реверса. Небольшое снижение импульса, определяемое силой нажатия педали, заставляет электронику включить рекуперативные тормоза и заставить двигатель вращаться в обратную сторону.

Схема рекуперативного торможения:

[Схема]

Классическая система вступает в действие при необходимости быстрой остановки и предотвращения столкновения. Рекуперативное торможение управляется контроллером — электронным устройством, определяющим начало и конец торможения, скорость его применения, аналогично контроллеру ABS, следящему за скоростью вращения колес. Контроллер рассчитывает доступный крутящий момент для генерации электричества и контролирует скорость колес.

Контроллер направляет полученную электричество в конденсатор при торможении, обеспечивая оптимальное количество энергии и предотвращая перегрузку аккумуляторов или конденсаторов. Наконец, контроллер выбирает тормозную систему: классическую трениевую (резервную) или рекуперативную. Если требуемое усилие слишком велико для рекуперации, контроллер активирует трениевой тормоз для быстрой остановки, предотвращая аварии.

Разница между трением и рекуперативным торможением — в способе торможения. Рекуперативные тормоза эффективны на определенных скоростях, в основном в условиях частых остановок и разгонов. Потери энергии в виде тепла через трение составляют около 80%. Рекуперативная система может вернуть половину потерянной энергии и снизить расход топлива на 10–25%.

Смотрите видео для подробностей о работе рекуперативной тормозной системы:

[Видео]

Подводя итог: разница между классическим трениевым и рекуперативным торможением очевидна. Рекуперативная система получает дополнительную энергию для питания аккумулятора, но замедляет автомобиль плавно. Классическая система использует гидравлическую жидкость или механический процесс. Хороший трениевой тормоз срабатывает сразу при нажатии педали.

Надеюсь, статья была полезна. Если да — оставьте комментарий, поделитесь и рекомендуйте сайт другим техническим студентам. Спасибо!