Что такое рекуперация торможения в электромобиле?

Я думаю, что никакой человек в здравом уме не будет спорить с тем фактом, что тормоза на любом средстве передвижения играют одну из ключевых ролей. В принципе, без них просто-напросто нельзя обойтись! Однако мало кто из таких мыслителей задумывался над тем, что от торможения можно ещё и энергетическую прибавку получать. При соприкосновении (трении) рабочих деталей тормозного механизма выделяется много тепла, вылетающего «в трубу». А ведь эту энергию можно направить в более рациональное русло: аккумулировать её для повторного применения.

К счастью — это реально, а называется данный процесс — рекуперация (частичный возврат энергии). Система не является новинкой и уже довольно длительное время устанавливается на электрокары и гибридные автомобили, но многие обладатели подобной техники слабо разбираются в технических деталях своего приобретения. В этой теме, я хочу подробно обсудить процесс рекуперации, дабы доказать, что она является гениальной разработкой конструкторов, приносящей несомненную пользу автовладельцам.

Содержание:

Что такое рекуперация?

Виды систем рекуперации.

Рекуперация на электрокарах и гибридных модификациях (принцип работы).

Преимущества электрической рекуперации.

Недостатки электрической рекуперации.

Насколько реально эффективна рекуперация?

Нужна ли рекуперация лёгкому индивидуальному электротранспорту?

Использование системы рекуперации в механизме подвески.

Что такое рекуперация?

«Recuperatio» — именно от этого латинского слова произошла «рекуперация». Его значение — «обратное получение». Говоря более конкретно, это означает возвращение некоторого количества энергии или вещества, для дальнейшего применения в том же процессе. В случае со средствами передвижения, речь идёт о трансформации в процессе торможения кинетической энергии в электрическую.

Движущийся автомобиль — это кинетическая энергия, а при задействовании тормозной системы, ей нужно куда-то деваться. В машинах работа тормозных механизмов основана на трении, от которого при замедлении транспортного средства будет вырабатываться тепло. Что из этого следует? А то, что оно просто уходит в никуда — бесследно растворяется в окружающей среде.

Смекалистые инженеры пошли на хитрость: они решили пускать даровую энергию в рациональное русло и добились того, что некоторая её часть таки будет возвращена. При следующем ускорении машины, аккумулятор будет использовать энергию, сохранённую ранее от рекуперации.

Здесь важно понимать, что регенерация не является каким-то волшебством, увеличивающим пробег средства передвижения на одном заряде. Данная система не сделает ваш автомобиль более эффективным как таковым, она просто делает его менее неэффективным. Если говорить по сути, то идеальной будет такая езда, при которой вы разгонитесь до определённого постоянного скоростного режима и будете удерживать его, не прибегая по ходу движения к торможению.

Дело в том, что для замедления и последующего возвращения к прежнему темпу езды, понадобятся дополнительные энергозатраты поэтому, чтобы рассчитывать на большой запас хода, нужно полностью избегать замедлений. Очевидно, что воплотить подобную затею в жизнь — не реально. На практике, прибегать к замедлению приходится довольно часто, а рекуперация всего лишь делает процесс торможения менее бесполезным.

Виды систем рекуперации

Основных разновидностей рекуперации всего три:

Что и говорить, такая выгодная система получила весьма широкое распространение. Так, электрическая рекуперация сегодня довольно обширно применяется на легковушках: главным образом на электрических авто и авто оборудованных гибридными установками. Механические же вариации, нашли своё место исключительно на спортивных болидах. А вот «гидравлику» инженеры приспособили на крупнотоннажных коммерческих грузовиках и автобусах эксплуатируемых в городе.

Впрочем, дело не ограничивается только автомобилями, изобретение можно обнаружить и на лёгком индивидуальном электротранспорте. Это всем нам знакомые скутера, велосипеды, самокаты и даже скейтборды оборудованные электротягой. Далее в теме, мы будем более подробно разбирать именно электрическую регенерацию.

Рекуперация на электрокарах и гибридных модификациях

Для лучшего понимания сути дела, нам придётся немного углубиться в теорию. Любой электрический силовой агрегат постоянного тока, при подаче на него электроэнергии начинает функционировать как собственно двигатель. Однако, если начать механически вращать его вал, то на клеммах будет вырабатываться ток. Из этого проистекает логический вывод: электромотор способен работать как в роли двигателя, потребителя энергии, так и в роли генератора. Этим и воспользовались инженеры, которые массово начали внедрять в электрический и гибридный транспорт системы рекуперации.

Работают такие схемы по достаточно простому принципу:

При воздействии на акселератор машина набирает ход, а электромотор при этом получает энергию от накопителя и передаёт тягу на колёса машины посредством трансмиссии.

А вот когда транспортное средство начинает замедляться, электроника переводит силовой агрегат в режим генератора.

Естественно, чтобы раскрутить электродвигатель, нужно прилагать определённое усилие и именно за счёт этого противодействия автомобиль станет замедляться. Конечно, без помощи обычных тормозов не обходится.

В этот самый момент, вырабатываемая мотором, как генератором, электроэнергия, посредством специального контроллера будет подзаряжать накопитель. Таким образом, некоторую долю энергии удаётся вернуть для её последующего применения.

Нюанс

Конечно, при экстренном торможении система регенерации энергии не в состоянии мгновенно остановить транспортное средство. Поэтому здесь никак не обойтись без традиционных тормозов. Вычислительная аппаратура принимает соответствующее решение в зависимости от того, с каким усилием водитель воздействует на орган управления тормозной системой, и задействует помимо рекуперации тормоза.

Преимущества электрической рекуперации

Разработка внедрённая в полностью электрический автомобиль, позволяет увеличить дальность хода на одном заряде, а вот гибридным модификациям регенерация сулит довольно приятное сокращение расхода топлива. Да и тормозные механизмы проходят дольше, ведь часть нагрузки с них будет сниматься.

Недостатки электрической рекуперации

Самый главный недостаток системы регенерации — это её высокая себестоимость! Приобретая электромашину оснащённую такой чудодейственной системой, рассчитывайте на прибавку к ценнику в 30-50%, по сравнению с традиционными автомобилями в распоряжении которых старый добрый ДВС. Так что, если вы ездите в основном по идеальным прямым трассам, на которых торможение является скорее исключением чем правилом, вы вряд ли окупите своё высокотехнологичное и дорогостоящее приобретение в ближайшее время.

Плюс к этому, такое оснащение усложняет конструкцию транспортного средства, поэтому в случае поломки, могут возникнуть определённые сложности с ремонтом. Проблема в том, что за подобные ремонтные манёвры возьмутся не в каждом сервисе, да и мастер который будет осуществлять обслуживание, должен иметь высокую квалификацию. Поэтому перед приобретением такой совершенной конструкции, первым делом нужно решить вопрос по её дальнейшему обслуживанию и ремонту, найдя поблизости достойную мастерскую с высококвалифицированным персоналом.

Насколько реально эффективна рекуперация?

Здесь имеет место зависимость от целого ряда факторов: вида и габаритов средства передвижения, электрического силового агрегата, аккумуляторов, условий передвижения, местности, а также стиля вождения. Ландшафт весьма влияет на полученное количество «халявной» энергии: если вы постоянно будете ехать по прямым дорогам без поворотов, то на возврат энергии можно и не надеяться, а вот что касается извилистых дорог или продолжительных склонов, то система получает возможность показать себя во всей красе.

Эффективность работы рекуперации в условиях города

Отдельно стоит обсудить и эффективность рекуперации при эксплуатации электротранспорта в условиях города. В этом случае кстати, ситуация весьма интересная вырисовывается. Сами разработчики позиционируют свою систему, как нацеленную в первую очередь на эксплуатацию электрокара в городе, когда водитель часто ускоряется и также часто тормозит. А как обстоят дела на самом деле? К сожалению, всё не так радужно!

Возьмём за пример электрокар Tesla Model S, который предлагает своим обладателям превосходные динамические характеристики. Так вот, даже он, особенно при движении в плотном транспортном потоке, не имеет возможности разогнаться надлежащим образом. Что из этого следует? А то, что система при таких условиях практически не даёт положительной прибавки, так как скорость до начала замедления не успевает перевалить за отметку 60 км/ч, поэтому и запас пробега увеличится в незначительной степени.

Зависимость эффективности рекуперации от массы средства передвижения

Огромнейшее влияние на возврат энергии оказывает масса транспортного средства: чем оно увесистей, тем больше будет высвобождаться кинетической энергии при торможении, поэтому становится понятно, что негабаритные средства передвижения на электротяге проигрывают «тяжёловесам». Вывод из всего этого прост: чем тяжелее электрокар, тем больше себя будет оправдывать рекуперация. Это можно наблюдать в вышеприведённом примере с Теслой, масса которой колеблется в пределах 1886-2175 кг, естественно, это не так много, чтобы рассчитывать на выдающийся результат при движении в тех же городских условиях.

Однако в целом, показатель доходит до 60-70%. Если верить словам отдельных разработчиков электромобилей, системы рекуперации утрачивают 10-20% от полученной энергии, а после, теряют ещё столько же в процессе преобразования этой энергии в заряд для АКБ. Такие цифры являются типичными для большинства электромашин.

Тут стоит отметить, что семидесяти процентный выигрыш ни в коем случае не даёт увеличение пробега на одном заряде, к примеру с 200 км до 340 км. На самом деле, это означает только то, что 70% кинетической энергии растраченной при замедлении, может быть возвращено обратно.

Нужна ли рекуперация лёгкому индивидуальному электротранспорту?

Считать данную систему бесполезным приспособлением конечно не стоит, однако и ожидать от неё чего-либо сверх естественного — будет весьма не разумно. Если у вас расчёт на ситуацию, что контроллер в паре с мотор-колесом функционирующем в режиме регенерации сможет сотворить чудо, увеличив в разы пробег на одном заряде, то готовьтесь к горькому разочарованию. Значимой прибавки к километражу рекуперация вам не обеспечит, но на парочку бонусных километров вы можете вполне рассчитывать. Иногда, даже такая скромная прибавка может прийтись весьма кстати. У рекуперативного торможения есть ещё одно достоинство: тормозные колодки прослужат вам дольше.

Система рекуперации на электробайке является полезным дополнением, вот только юзер должен оценивать её возможности адекватно и не обманывать самого себя. Увеличить показатель пробега на одном заряде можно и другими методами: применением более ёмкого накопителя, ездой в эконом-режиме, а также сочетанием работы электропривода с педалированием.

Естественно, как и говорилось выше, самая большая отдача по рекуперации у тяжёлых транспортных средств: чем тяжелее машина, тем больше отдача — всё просто! Логично, что легковесный индивидуальный электрический транспорт, такими впечатляющими показателями не обладает. На многих моделях электробайков оборудованных функцией рекуперативного торможения, средним показателем считается пяти процентная отдача, а при езде по холмистой местности, можно выжать максимум 8%.

Вместо прямоприводных электромоторов, поддерживающих возврат энергии, в большинстве случаев будет рациональней применить редукторные движки с обгонной муфтой. Эти вариации более экономно потребляют электроэнергию накопителя, обладают меньшей массой и не притормаживают, когда отсутствует питание.

Производители электровелосипедов, иногда используют рекуперативное торможение больше как маркетинговый ход, чем как действительно нужное приспособление. Но всё же вещь эта реально может сослужить добрую службу обладателям электрических байков: особенно радует тот момент, что рекуперация является ещё одной останавливающей силой для лёгкого электротранспорта.

Возьмём за пример электросамокат Xiaomi M365. Фронтальное мотор-колесо замедляется только посредством рекуперации, а вот заднее колесо для этих целей оборудовано дисковым тормозным механизмом. Из этого следует, что аппарат имеет в своём распоряжении две независимые системы торможения и всего один рычаг управления ими. Это даёт такие преимущества: меньшая масса, меньшая себестоимость, облегчение сборки.

Неплохим дополнением рекуперация стала и для электрических скейтбордов. Особенно важную роль она играет на модификациях, максимальная скорость которых достигает отметки 30 км/ч.

Использование системы рекуперации в механизме подвески

Естественно, любой разработчик всегда хочет извлечь максимальную выгоду из всего, поэтому рациональные инженеры пошли ещё дальше: они решили использовать кинетическую энергию подвески, работающей во время обычного движения. Разработкой такой системы занимаются фирмы Levant Power и ZF, так что в будущем, такими приспособлениями могут быть оснащены все серийно производимые автомобили.

Как работает рекуперативная подвеска

В состав системы входит небольшой электрический движок, четыре электрогидравлических насоса и блок управления. Аппаратура монтируется около каждого амортизатора, а при перемещении в них штока, кинетическая энергия будет преобразовываться в электрическую и подаваться на АКБ. Сочетание данной системы с традиционной рекуперацией, должно обеспечить эффективность приблизительно в 2 раза большую.

Заключение

Рекуперативное торможение — одно из самых полезных изобретений! Действительно, зачем пропадать энергии даром, если её можно использовать с пользой. Самую большую выгоду от рекуперации имеют электропоезда — вот там реально глобальные масштабы (с них кстати всё и началось), а самую маленькую — лёгкий индивидуальный электротранспорт: мотоциклы, скутера, велосипеды, самокаты и т. п. Также, большую роль играет местность, по которой будет двигаться транспортное средство. К примеру в городе, глупо ожидать от рекуперации больших успехов, ведь там, автомобили, итак, ползут черепашьим темпом и к интенсивному замедлению водители прибегают не часто. Зато вот на холмистой местности, действительно можно «разгуляться». В любом случае, некоторое количество затраченный энергии, вы таки будете получать обратно — иногда больше, иногда меньше. Поэтому, данная система имеет полное право на существование!

Как работает электрический стояночный тормоз (EPB)

Независимо от марки и года производства автомобиля в нем всегда будет неизменным одно – наличие стояночного тормоза. Этот нехитрый элемент позволяет блокировать задние колеса машины и предотвращает ее движение в случае, если мотор выключен.

Но, как известно прогресс не стоит на месте и механическая громоздкая ручка, занимающая относительно много места между передними сиденьями, перестала устраивать производителей. Так в 00-х годах появилась электронная система EPB (Electromechanical Parking Brake, но, также ее часто называют FBS), которая пришлась по вкусу автовладельцам.

Как работает электроручник

Данная система состоит прежде всего из тормозного механизма. Он включает в себя штатные тормоза с небольшой модернизацией конструкции цилиндров. Так как в работе задействуется электроника, то логично, что будет не обойтись без входных датчиков. К ним относится кнопка, включающая систему. Она может быть установлена как рядом с рычагом ККП, так и на основной консоли (все зависит от марки и года выпуска авто). Также в системе присутствует датчик уклона (чаще всего монтируется в ЭБУ) и датчик сцепления (установлен на приводе сцепления и передает данные о скорости отпускания и точного расположения педали сцепления).

ЭБУ получает необходимую информацию от датчиков и преобразует ее в сигнал, который отправляется исполнительным механизмам. В дело вступает тормозной привод (активирует колодки), который состоит из:

• Электродвигателя. Он передает вращательный импульс.
• Ременной передачи (получает импульс вращения и передает его на редуктор).
• Планетарного редуктора (позволяет снизить массу привода и частично подавляет шум). Этот элемент перемещает винтовой привод.
• Винтового привода. Благодаря ему осуществляются поступательные движения тормозных элементов.

Полезно! Электроручник объединен с системой управления авто и блоком, отвечающим за курсовую устойчивость (ESP).

Благодаря такой системе автовладельцу не нужно каждый раз тянуть на себя или отщелкивать громоздкий рычаг стояночного тормоза (о чем иногда многие забывают). Поэтому EPB значительно упрощает жизнь автомобилистов.

Включение и выключение

Работает такой механизм циклически:

• Включается. Активация устройства осуществляется за счет нажатия кнопки, которая активирует электродвигатель. Тормозной диск жестко стопорится.
• Выключается. Деактивация устройства происходит автоматически, как только транспортное средство трогается с места. При этом блок управления, благодаря датчикам анализирует уклон авто, в какой позиции находится педаль газа и как быстро отпускается сцепление. В большинстве моделей стояночный тормоз не отключается, пока автовладелец не пристегнет ремень безопасности.

Полезно! Если машина долго находится без какого-либо движения или автовладелец оставил двигатель заведенным, открыл дверь или отстегнул ремень безопасности, то происходит автоматическое включение EPB.

Также во многих автомобилях, оснащенные EPB присутствует кнопка Auto Hold. Она отвечает за то, чтобы задние колеса авто фиксировались при временных остановках. Особенно такая «фишка» придется по вкусу тем, кто часто ездит на АКПП по городским пробкам. Благодаря этому режиму не придется постоянно удерживать педаль газа после каждой кратковременной остановки транспортного средства. С этой точки зрения электромеханический стояночный тормоз действительно можно считать более современным механизмом.

Преимущества и недостатки EPB

Если сравнивать более современную систему с привычными механическими ручниками, то у электромеханического агрегата будут как довольно весомые плюсы, так и минусы. Например,:

• В салоне EPB не занимает много места, так как система оснащена удобной кнопкой, а не рычагом, который постоянно заедает и «не хочет» вставать в нужное положение. Но, в отличие от более современной конструкции механический ручник позволяет контролировать с каким усилием будет совершаться торможение.
• Хоть EPB и не нужно регулировать в процессе использования (каждую 1 000 км электроника проводит самостоятельную диагностику и подтягивает ручник при необходимости), он становится совершенно бесполезным элементом, когда АКБ автомобиля полностью разряжена (причем при долгой стоянке сам ручник первый будет разряжать аккумулятор). Поэтому снять с ручника не получится.
• В отличие от старой системы электромеханический ручник не позволяет машине откатываться на подъеме.
• EPB способен самостоятельно включаться, он обладает большим функционалом, но, и стоит значительно дороже.
• В электромеханическом ручнике отсутствуют тросики, которые имеют свойство рваться в самый ненужный момент или примерзать при отрицательных температурах.

Многие сомневаются, что в критической ситуации электромеханика сработает лучше. Допустим, водитель ТС внезапно потерял сознание во время движения. Если между сиденьями расположен привычный рычаг, то пассажир, находящийся рядом, может сообразить быстро его дернуть. Догадаться о кнопке, которая установлена где-то на консоли будет намного сложнее. Кроме этого EPB тормозит более плавно, поэтому в случае экстренного торможения от него будет меньше толку. То же самое касается и любителей «подрифтовать». Им придется забыть о красивых вхождениях в резкие повороты, так как электромеханика просто не допустит таких виражей.

Очень редко (но, все же такое происходит) электроника выходит из строя и элементарно не дает разблокировать тормоза. Некоторые жалуются, что такое частенько происходит при высоких морозах. В такой ситуации остается только вызывать эвакуатор.

Есть у такой «умной» системы и еще один, хоть и незначительный, минус – меры предосторожности в процессе использования и обслуживания.

О чем нужно помнить

Хоть EPB может самостоятельно себя регулировать, периодические проверки проходить придется. При этом авто устанавливается на стенд и с помощью специального диагностического оборудования механик проверяет исправность работы системы.

Если пришла пора менять тормозные колодки, то действовать нужно очень осторожно. При любых технических работах электромеханическая часть должна пребывать в сервисном режиме. Если упустить этот момент, то есть большой риск того, что электроручник самостоятельно активируется в процессе работ и повредит ТС или самого мастера.

В заключении

В целом можно сказать, что ручник такого типа является умной и более удобной системой. Автовладельцу не нужно в истерике дергать заедающую ручку и постоянно держать в голове, что ее нужно отщелкнуть перед началом движения. Однако, многие полагают, что нет ничего надежнее старой доброй механики, которая не начнет «глючить» и не заблокирует авто в случае разряженного аккумулятора.

https://natoke.ru/articles/184-chto-takoe-rekuperacija-tormozhenija-v-elektromobile.html
https://avtoidei.ru/obzory/10334-kak-rabotaet-elektricheskij-stoyanochnyj-tormoz-epb.html