Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение — вид торможения при помощи электродвигателя. Название происходит от латинского слова, которое можно перевести как "сбор". При рекуперативном торможении происходит частичный сбор энергии, затраченной на замедление движения автомобиля. Фактически это означает, что валы тяговых электродвигателей вращаются в обратную сторону.

Как известно, при определенной схеме подключения электродвигатель при обратном вращении работает в режиме генератора. Вращение вала создает противодействующее усилие, благодаря которому снижается скорость автомобиля, а энергия, которую в этот момент вырабатывает двигатель-генератор, возвращается в электрическую сеть и накапливается в аккумуляторе.

Откуда пришло в автомобиль рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение появилось в эпоху перехода железнодорожного транспорта на электрическую тягу. В электровозах, поездах метро, трамваях новых моделей и в троллейбусах электродвигатели, вращающиеся в другую сторону, работают как электрогенераторы. Поскольку нужды в накоплении электричества в работающем от сети электровозе нет, выработанная электроэнергия передаётся через контактную сеть на распределительную подстанцию, откуда она снова возвращается в ту же сеть.

Наиболее продвинутые производители применяют рекуперативную систему торможения и в обычных автомобилях с бензиновым ДВС

С появлением электромобилей, а также гибридных автомобилей рекуперация нашла новое применение. Принцип выработки энергии остался прежними - ее создают при торможении электродвигатели. Однако в сеть она не передается, а используется для подзарядки аккумуляторов. Используется рекуперативное торможение и в двухколесных транспортных средствах на электрической тяге. В разное время компании, ставшие пионерами создания гибридных автомобилей, производили различные эксперименты с целью создания эффективной системы сбора электроэнергии при торможении: для выработки и хранения энергии инженеры пытались использовать маховики, пневматические аккумуляторы, гидроаккумуляторы и другие устройства.

Использование на легковых и грузовых автомобилях

С развитием рынка гибридов рекуперативное торможение стало стандартным средством для вспомогательного накопления электроэнергии. Системы рекуперативного сбора установлены, например, в таких известных гибридных автомобилях, как Toyota Prius или Chevrolet Volt.

Основной недостаток рекуперативного торможения - низкий уровень эффективности, который делает затраты на оснащение автомобиля системой практически невозвратными

Наиболее продвинутые производители применяют рекуперативную систему торможения и в обычных автомобилях с бензиновым ДВС. К примеру, в некоторых моделях Ferrari энергия, полученная за счет рекуперации, обеспечивает работу мультимедийной системы и климатической установки. Энергия накапливается в дополнительном аккумуляторе.

Обстоятельства, мешающие развитию рекуперативного торможения

Ученые не раз указывали на недостатки систем рекуперативного торможения. Прежде всего, это низкий уровень эффективности, который делает затраты на оснащение автомобиля системой практически невозвратными. Действительно, автомобиль может проехать за день сотни километров и почти не тормозить при этом. В лучшем случае тормозной путь составит несколько сотен метров, за которые будет выработано ничтожное количество энергии.

Помимо затрат на создание системы рекуперативного торможения, автомобиль необходимо оснастить и обычной тормозной системой, так как только она гарантирует безопасность водителя. В силу ряда причин рекуперативное торможение не может быть эффективным во всех дорожных ситуациях и служит лишь дополнением к рабочим тормозам. Не может решить электромотор и задачу блокировки колес во время стоянки, так как стопором его вал не оснащен. Если на ровной поверхности электромотор не позволяет легко сдвинуть автомобиль с места, то при наличии уклона с весом машины ему уже не справиться.

Использование рекуперативного торможения в автоспорте

В 2009 годe в гонках Formula 1 болиды ряда команд были оснащены системой рекуперации кинетической энергии (KERS). Применение системы носило характер промо-акции - общество проявляет к гонкам пристальный интерес, так что производители рассчитывали популяризировать идею гибридных автомобилей и рекуперации. Результаты сезона показали, что применение рекуперативного торможения не создает оснащенным ей болидам преимущества.

На сезон 2010 года по соглашению команд решено было не использовать систему KERS с целью сокращения расходов на техническое оснащение. В следующем году инженеры вновь вернулись к идее рекуперации. В техрегламенте на 2014 год предусмотрен переход на более применение моторов с внутренней системой рекуперации. Рекуперативное торможение используется также в других классах гонок. К примеру, в классе LMP1 участвуют прототипы Audi R18 e-tron quattro и Toyota TS030 Hybrid, оснащенные системой рекуперативного торможения.

Материалы: http://blamper.ru/auto/wiki/tormoznaya-sistema/rekuperativnoe-tormozhenie-5254

Двадцать первый век приносит новые, ранее не известные технологии. Среди новаций последнего времени – гибридные автомобили. То есть те машины, которые могут полноценно передвигаться, используя поочерёдно энергию, создаваемую двигателем внутреннего сгорания и электромоторами.

Так, все авто, оборудованные гибридными силовыми агрегатами, применяют систему рекуперативного торможения. Суть данной разработки заключается в использовании электроспособа рекуперации кинетической энергии.

Со школьных лет мы знаем, что при движении машины её постоянно сопровождает кинетическая энергия. Особенно много её образуется в моменты торможения: она преобразуется в тепло от трения тормозных колодок о диск, и уходит в никуда.

Эта особенность натолкнула конструкторов на мысль о том, что данную энергию можно «поймать» и применить с максимумом пользы.

В процессе рекуперативного торможения для того, чтобы замедлить движение авто применяется электромотор, который входит в трансмиссию машины. Как только водитель нажимает на тормоз, электродвигатель действует по принципу генератора. На его валу создаётся момент остановки и происходит образование тока, который питает аккумулятор. Таким образом, полученная и сохранённая электроэнергия применяется для нужд машины.

В процессе испытания было выявлено, что использование принципов рекуперативного торможения гарантирует большую отдачу от каждой подзарядки аккумулятора и тем самым, обеспечивает неплохую экономию горючего. Как правило, рекуперативные модули устанавливаются на переднюю подвеску, поскольку значительно больший процент нагрузки при торможении приходится именно на неё.

Стоит отметить, что наибольший процент пользы от рекуперативного способа торможения возникает при движении на средних и высоких скоростях. Если же машина движется медленно, то целесообразно применять обычные фрикционные тормоза. Каким путём начнёт тормозить авто в каждый последующий момент решает бортовой компьютер.

При этом под его контролем находятся уровень скорости вращения колёс, с поддержанием нужного тормозного момента. Его создаёт электромотор. Данного усилия будет достаточно для того, чтобы безопасно полностью остановить машину. Также электронное управление следит за тем как поддерживается крутящий момент, которого должно хватить для того, чтобы основательно зарядить аккумулятор.

В процессе своего действия электронный блок рекуперативного торможения работает совместно с ABS; системой, распределяющей тормозные усилия; системой, отвечающей за курсовую устойчивость и усилителем экстренной остановки.

Рекуперация кинетической энергии может осуществляться четырьмя способами. Первый из них – собственно электрический, который мы уже упомянули; второй – механический; третий – основывается на применении гидравлики; четвёртый способ – пневматический.

Наибольшую популярность имеет как раз механический путь рекуперации, и основанная на нём модификация KERS, что расшифровывается как Kinetic Energy Recovery Systems. В её основе лежит возврат кинетической энергии, возникающей при торможении и сохранение её посредством использования маховика. В отличие от предыдущей, описанной нами электрической версии данный вариант системы не обладает возможностью создавать тормозной момент нужного значения.

Маховик находится в структуре трансмиссии, он вращается, находясь в вакуумной камере, и когда водитель нажимает на педаль тормоза, он разгоняется до значения 60 000 оборотов в минуту. При этом сохраняется значительная доля энергии равная 600 кДж, и передаётся мощность, которая достигает 80-ти лошадиных сил или 60-кВт. Данная запасённая энергия применяется для скоростного начала движения посредством рывка с места.

Именно поэтому, модификация KERS применяется на гоночных автомобилях, участвующих в гонках Формулы-1. Первая машина с ней на борту сделала свой скоростной оборот по автодрому в 2009-ом году. На сегодня нет планов разработчиков системы, чтобы внедрить её в остальные машины или вывести на конвейерное производство. Но, несмотря на это рекуперацией тормозов стала интересоваться шведская компания Volvo.

У данного предприятия есть мысли, направленные на то, чтобы применять версию KERS на автомобилях, созданных для городской жизни. У некоторых конструкторов есть идея, заключающаяся в том, чтобы каждый раз в моменты торможения ДВС машины выключался, маховик раскручивался, а энергия накапливалась. Соответственно, когда необходимо начинать движение, активизировалась энергия маховика, машина благодаря ней начинала трогаться с места, и запуск мотора производился уже по ходу движения.

Уже проведённые испытания показали, что наличие на борту автомобиля системы рекуперативного торможения способствовало сокращению расходов горючего, а разного рода негативные выбросы сократились бы на 20%.

Материалы: http://avtomediasib.ru/sistema-rekuperativnogo-tormozheniya/

В связи с последними событиями, а именно, отзывом компанией Toyota двух моделей автомобилей с гибридной установкой Toyota Prius 2010 и Lexus HS250h, у которых обнаружились проблемы с тормозной системой (да, да с Тойотой творится что-то неладное, сначала отозвали 8 миллионов автомобилей с двигателем внутреннего сгорания из-за проблем с педалью газа), многие люди задаются правомерным вопросом: а как в действительности работает регенеративный тормоз, который используется в автомобилях с гибридной и электрической силовыми установками.

Практически все современные гибридные автомобили, такие как Toyota, Ford и General Motors все используют электрогидравлические тормозные системы, в которых передача тормозного усилия от педали тормоза полностью доверено электронике.

Каждый производитель автомобилей с гибридной установкой использует свои собственные разработки при создании рекуперативных тормозов, но общие принципы функционирования этих тормозных систем остаются неизменными.

Давайте немного отклонимся от темы и вспомним, куда девается кинетическая энергия самого обычного автомобиля в момент торможения. В момент торможения металлические тормозные колодки прижимаются к металлическому тормозному диску, закрепленному на оси автомобиля, тем самым создавая трение, которое и приводит к замедлению вращения колеса. При этом вся кинетическая энергия полуторатонной махины несущейся со скоростью, допустим, в 100 км/ч превращается в тепло, то есть бесследно и безвозвратно теряется в атмосфере нашей замечательной планеты.

Наличие мощной электрической подсистемы в гибридных, и тем более электромобилях, делает оправданными усилия по возврату и повторному использованию энергии торможения экипажа. В этих автомобилях используются очень емкие аккумуляторы, которые позволяют сохранять избыточную энергию и повторно ее использовать. Экономия получается настолько заметной, что на сегодняшний день трудно найти электромобиль, не использующий рекуперативные тормоза, рекуперативный тормоз используется в широком ряде современных электромобилей, таких как Nissan Leaf, Chevrolet Volt, Mitsubishi i-MiEV и других.

Итак, повторим, в привычном автомобиле используется гидравлическое давление для того, чтобы создать силу трения в барабанном или дисковом тормозе и превратить энергию кинетическую в энергию тепловую. Это давление создается водителем в момент нажатия педали тормоза, которое обычно усиливается вспомогательной системой для уменьшения прилагаемого усилия. Таким образом, ускорение замедления автомобиля пропорционально усилию давления ноги на педаль тормоза. Все просто и надежно.

Когда же мы пытаемся сберечь энергию торможения для дальнейшего использования, то нам приходится иметь дело с двумя системами торможения. Первой вступает в действие рекуперативная система, то есть вместо классического тормозного механизма в виде диска или барабана выступает компактный электрогенератор, который на первом этапе торможения, когда скорость вращения колес еще достаточно высока, преобразует энергию вращения колеса в электроэнергию и тем самым создает тормозное усилие на колесе. Вторым эшелоном идет более эффективное, с точки зрения замедления автомобиля до нулевой скорости, торможение с использованием трения.

Согласованием действий двух тормозных подсистем гидравлической и электрической занимается специальный электронный блок, который выступает посредником между водителем, давящим на педаль тормоза, и электрогидравлической системой торможения. Таким образом, теряется прямая связь водителя с тормозами, и задача этой электронной системы сделать так чтобы водитель этого не заметил. Системе управления тормозами приходится постоянно определять, каково должно быть ускорение замедления в ответ на нажатие педали пользователем, и какую систему в какой пропорции задействовать, чтобы и энергию максимально сберечь и сделать замедление пропорциональным усилию, прилагаемому к педали тормоза. Например, водитель утапливает педаль тормоза на половину, у системы есть выбор: приложить тормозное усилие к тормозным дисками или создать тормозящий момент в генераторе и получить электроэнергию для подзарядки аккумуляторов.

Вот такие непростые задачи приходится решать «тормозному» компьютеру в сотые доли секунды, так как промедление здесь смерти подобно, как сказал бы классик. Для этой цели используется целый ряд датчиков и сенсоров , призванных быстро определять действия и предугадывать намерения водителя.

В то же время, система постоянно отслеживает скорость вращения колес, используя те же сенсоры, которые отвечают за работу антиблокировочной системы (ABS) . Эта информация используется для определения типа поверхности, по которой движется автомобиль, будь-то снег, лед, гравий или сухой асфальт. Изменение скорости вращения колеса может снабдить бортовой компьютер массой полезной информации о природе дорожного покрытия, но, как это обычно бывает, этой информации не всегда достаточно. Именно о торможении на сложных участках и идет речь, так как намерения водителя могут не соответствовать реальной дорожной обстановке.

Например, если намерения водителя быстро затормозить на скользкой поверхности превышают физические возможности системы «автомобиль-дорожное покрытие», то «тормозной» компьютер должен уменьшить силу торможения до максимально допустимой дабы избежать скольжения. То есть, как только электронная система сопоставляет пожелания водителя и возможности для торможения дорожного покрытия, она выдает расчетное гидравлическое давление на фрикционные тормоза и необходимую нагрузку по зарядке батарей на рекуперативные.

Поскольку мы говорим о гибридных и электрических автомобилях, где экономия энергии является главным приоритетом, система торможения всегда старается вернуть максимум энергии в аккумуляторные батареи, если это возможно. Рекуперативное торможение имеет еще два существенных ограничения. Первое – особенность современных аккумуляторов такова, что их подзарядка может происходить только при определенных значениях тока и напряжения, что несколько ограничивает диапазон использования регенерации энергии с помощью рекуперации. Второе - невозможно заряжать полностью заряженную батарею. Второе замечание не так существенно для электромобилей, так как рекуперация для них – это единственный способ подзарядки на ходу, в отличие от гибридов, которые подзаряжаются от собственного двигателя внутреннего сгорания.

Продолжим наши изыскания. Количество тормозного момента, создаваемого рекуперативным тормозом, довольно просто вычисляется и пропорционален напряжению на выходе генератора. Управляющая тормозами система вычитает тормозящий момент, создаваемый регенерацией, из желаемого тормозящего момента, чтобы получить количество тормозящего момента для фрикционной тормозной системы. Здесь и возникает трудность.

В этих электрогидравлических системах давление на фрикционные тормоза лишь частично зависит от давления водителя на педаль, из-за этого система должна использовать достаточно сложную математическую модель для расчета отношения рекуперативного и фрикционного торможения.

При этом при всей простоте и надежности фрикционных тормозов их характеристики могут со временем изменяться, часто они могут изменяться за короткий промежуток времени. Вся проблема в том, что эффективность фрикционного тормоза зависит от силы трения между двумя движущимися поверхностями, в случае дисковых тормозов, это тормозной диск и тормозные колодки. Сила трения может сильно меняться, например, из-за температуры тормозного диска, а он, как известно очень сильно нагревается при торможении. Не верите? Спуститесь на автомобиле с Ай-Петри и пощупайте (я щупал) колесные диски, но ни в коем случае не трогайте дисковые тормоза – получите ожог! Второй фактор, влияющий на эффективность фрикционного тормоза – влажность. Тонкая пленка воды на тормозном диске значительно уменьшает силу трения, и Вы можете это почувствовать, проехав по глубокой луже. Недаром опытные водители советуют несколько раз нажать тормоз для просушки после проезда водных преград. Третье – тормозные диски и колодки со временем изнашиваются и меняют свои тормозящие свойства.

В случае классического автомобиля, водитель имеет прямую пропорциональную связь между педалью тормоза и колодками, что позволяет ему мгновенно реагировать на изменившуюся ситуацию, дополнительным усилием на педаль тормоза. В то время как в управляющей системе рекуперативных тормозов необходимо использовать сложные адоптирующиеся алгоритмы для оценки всех изменяющихся параметров тормозной системы, и так же как и система определения качества дорожной поверхности, эта система далека от совершенства.

Инженеры проводят тысячи часов, тестируя и усовершенствуя алгоритмы работы систем управления торможением, чтобы сделать их быстрыми и надежными. Это еще одна причина того, что гибридные автомобили так медленно появляются на рынке.

Какая же проблема возникла в автомобиле Toyota Prius, самом известном гибридном автомобиле в мире? Нужно осознавать тот факт, что возможности регенерации энергии на малых скоростях весьма ограничены и, соответственно, тормозящий момент на малых скоростях падает даже, если водитель не меняет положение ноги на педали тормоза. Добавьте к этому ошибочную переоценку тормозного момента, создаваемого фрикционным тормозом, и вы получите ощутимую потерю замедления. Есть еще и третий момент, который влияет на увеличение ошибки системы. На ухабистой дороге, на малой скорости попадание колеса на кочку или ямку может привести к ошибке в определении скорости вращения колеса, что может повлечь команду системы управления на снижение тормозного усилия.

Эти факторы, кажется, не могут значительно повлиять на тормозящие способности автомобиля, но в реальном мире это может привести к увеличению тормозного пути автомобиля на каких-то 30-60 см. Мелочь? Возможно это так, но в плотном городском трафике это может привести к весьма неприятным последствиям. Так что соблюдайте безопасную дистанцию, господа!

Экология это

Похожие статьи об экологии

использования материалов, опубликованных на сайте

Материалы: http://www.facepla.net/index.php/content-info/346-recuperate-friction-regen-braking