A féktechnológia nem sokat változott az elmúlt száz évben, de a regeneratív fékezés jelentős változást jelent a fékezésről alkotott gondolkodásunkban. Ahelyett, hogy brutális erővel állítaná meg a járműveket fizikailag leszorítva vagy kinyomva, mint egy alkatrész, például egy féktárcsa vagy fékdob, ez a technológia okosan használja ki a hibrid és teljesen elektromos autók működési módját, hogy valóban visszanyerjen egy kis energiát minden alkalommal, amikor a jármű lelassul..
Hogyan működnek a fékek személygépkocsikban és teherautókban?
A féktechnológia fejlődése jórészt iteratív, semmint innovatív volt az évek során, mint például a dobfékekről a tárcsafékre való átállás. Jelentős előrelépés történt a fékbetétek fizikai anyagaiban is, aminek eredményeként a súrlódó anyagok hosszabb ideig tartanak, kevesebb por keletkezik, és kevésbé zajosak. Az olyan technológiák, mint a blokkolásgátló fékek, szintén biztonságosabbá tették a féktechnológiát, de a kinetikus energia hővé alakításának alapelve változatlan maradt.
A hagyományos fékek jól működnek, de természetüknél fogva rendkívül pazarlóak. Minden alkalommal, amikor lenyomja a fékpedált, több ezer font hidraulikus nyomás erejével hatékonyan rögzíti a kerekeket. A pontos mechanizmus tárcsa alakú fém rotorokból áll, amelyek az egyes gumiabroncsok és a kerékagyak közé helyezkednek, és a szerves, fém vagy kerámia fékbetétek közé vannak szorítva.
Régebbi járművekben és egyes könnyű teherautók hátsó fékeiben kevésbé hatékony dobokat és fékpofákat használnak helyette. Mindkét esetben a jármű lelassul az óriási súrlódás miatt, amely a párnák és a tárcsák vagy a cipők és a dobok között keletkezik. Ez a súrlódás lényegében a mozgási energiát hőenergiává alakítja (és néha sok zajt), és ennek eredményeként az autó lelassul.
A hagyományos fékekkel az a probléma, hogy a motornak sok üzemanyagot kellett felhasználnia ahhoz, hogy ezt a kinetikus energiát felhalmozza, és ez lényegében kárba vész, amikor a fékek hővé alakítják át.
A regeneratív fékezés mögött meghúzódó alapötlet az, hogy a különféle technológiák lehetővé teszik a mozgási energia egy részének visszanyerését, elektromos árammá alakítását, majd újrafelhasználását.
Hogyan működnek a regeneratív fékek?
A regeneratív féktechnológia leggyakoribb formája az elektromos motort generátorként használja, ezért a regeneratív fékek gyakran megtalálhatók a hibrid és elektromos járművekben.
Normál működés közben az elektromos motor az akkumulátorból nyeri az energiát, és azt használja a jármű mozgatására. Ha lenyomja a fékpedált, az elektromos motor képes megfordítani ezt a folyamatot, a forgó kerekek által meghajtott generátorrá válik, és áramot táplál vissza az akkumulátorba.
Mivel a regeneratív fékek hatékonyan töltik az akkumulátort anélkül, hogy a töltőhöz kellene csatlakoztatni, elektromos jármű esetén, vagy hibridben a generátort használják, a jármű általános hatékonysága megnő. Ez több mérföldet jelent a töltések és az üzemanyag-feltöltések között.
Mivel a regeneratív fékek a mozgási energiát hatékonyan elektromos árammá alakítják, az akkumulátor töltése mellett képesek lelassítani a járművet. A regeneratív fékrendszer hatékonyságának azonban vannak korlátai. Az egyik fő probléma az, hogy a regeneratív fékek nem működnek olyan jól alacsony sebességnél, mint nagy sebességnél. A regeneratív fékezésben rejlő korlátok miatt a legtöbb jármű hagyományos kiegészítő fékrendszerrel is fel van szerelve.
Ugyanúgy, ahogy a hagyományos kormányzás-, fékezés- és gyorsulásvezérlőket gyakran a drive-by-wire rendszerek tartalékaként alkalmazzák, a hagyományos fékek is szolgálhatnak tartalékként a regeneratív fékezéshez. A hagyományos rendszerek csak akkor léphetnek működésbe, ha berendezés meghibásodik, vagy folyamatosan regeneratív fékezéssel együtt használhatók.
A regeneratív fékek korlátai
A regeneratív fékezés hatékonyságának alacsony fordulatszámon történő természetes csökkenése mellett a technológia számos egyéb korláttól is szenved. A legfigyelemreméltóbbak a következők:
- A regeneratív fékezés csak a hajtott kerekeken működik: Ha egy elektromos jármű nem összkerékhajtású, minden kerékhez tartozik motor, akkor a rotor nélküli kerekek nem azok. profitálhat a regeneratív fékezésből.
- Problémák a pánik leállással: A regeneratív fékek általában nem biztosítanak elegendő fékezőerőt pánik leállási körülmények között. Ez az a terület, ahol a hagyományos fékek még mindig sokkal jobban működnek.
- Akkumulátor- és motorkorlátok: A regeneratív rendszer hatékonyságát olyan tényezők korlátozzák, mint az energiatároló rendszer kapacitása és az elektromos motor teljesítménye.
- Csak elektromos és hibrid járművekkel működik: A hagyományos regeneratív rendszerek nem kompatibilisek a nem elektromos, nem hibrid járművekkel. Mivel ezekben a járművekben nincs elektromos motor, a regeneratív fékezés megvalósítása költséges és bonyolult.
- Dinamikus fékezési korlátok: Egyes regeneratív rendszerek kénytelenek kiegészítő „dinamikus fékezést” alkalmazni, amely nem tárolja a visszanyert mozgási energiát.
Kapacitív fékek és hagyományos belső égésű motorok
Mivel a visszatápláló fékrendszerek jellemzően az elektromos motorjaikra támaszkodnak az elektromos áram előállításához, eredendően nem kompatibilisek a belső égésű motorokat használó járművekkel. Van azonban néhány alternatív regeneratív technológia, amely alkalmazható a hagyományos belső égésű motoroknál.
Az egyik ilyen rendszer nagy kondenzátorokat használ az elektromosság gyors tárolására és felszabadítására, amelyet aztán egy lecsökkentő transzformátoron vezetnek át. A 12 voltos kimenet ezután a jármű elektromos rendszerébe kerül, ami leveszi a motor terhelését. Ez a technológia jelenleg akár 10 százalékkal is képes növelni az üzemanyag-hatékonyságot, bár még gyerekcipőben jár.
Milyen autók használnak regeneratív féket?
A legtöbb hibrid és elektromos jármű valamilyen regeneratív fékrendszert használ. Az olyan eredeti gyártók, mint a Chevrolet, a Honda, a Nissa, a Toyota és a Tesla már korán bevezették a regeneratív féktechnológiát hibrid és elektromos járműveikbe. A nem hibrid járművek, amelyek valamilyen regeneratív fékezést használnak, lényegesen ritkábban fordulnak elő, de a BMW és a Mazda is korán alkalmazta a technológiát bizonyos modellekben.
