Рекуперативное торможение

Рекуперативное торможение — торможение электромотором в гибридном автомобиле

Тормозная система

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.

Рекуперативное торможение современных автомобилей

Смотрите принцип работы и устройство системы рекуперативного торможения. Наведен принцип работы, характеристики, устройство механизма и другие подробности системы. В конце статьи видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения.Смотрите принцип работы и устройство системы рекуперативного торможения. Наведен принцип работы, характеристики, устройство механизма и другие подробности системы. В конце статьи видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения.

Содержание статьи:

• Что такое рекуперативный механизм
• Устройство
• Принцип работы
• Виды механизма
• Плюсы и минусы
• Видео

Система рекуперативного торможения или как чаще называют рекуперативное торможение – с латыни обозначает обратное получение или возращение. Если не усугубляться, то это вид электрического торможение, который вырабатывает электроэнергию за счет двигателей генераторов в момент торможения или произвольного движения транспортного средства. Данные механизм не обязательно устанавливать на автомобили, его можно встретить на электрических скутерах или велосипедах.

Что такое рекуперативная система торможения

С небольшого предыдущего описания становится понятно, что система рекуперативного торможения относится к разряду электрической части и многим связана с кинетической энергией. Простыми словами, в момент торможения транспортного средства или движения, без нагрузки на двигатель происходит трата энергии, которая негде ранее не применялась. Как правило, такая кинетическая энергия перерабатывается в тепловую энергию и в дальнейшем рассеется.

Основой для системы рекуперативного торможения используется электродвигатель, который вмонтирован в трансмиссию транспортного средства. В момент торможения электродвигатель срабатывает в режиме генератора, тем самым начиная вырабатывать электроэнергию. Если объяснить по-простому, система рекуперативного торможения – специальным механизм, который может вырабатывать электроэнергию в момент торможения или передвижения транспорта «накатом». Далее полученная энергия накапливается в батареях или же заряжает аккумулятор и хранится до необходимого момента.

Чаще всего таким моментом может быть момент старта автомобиля на светофоре. В такой ситуации система автоматически включает электродвигателя, тем самым уменьшая нагрузку на основной двигатель внутреннего сгорания. В момент старта, электрические двигателя приводят в движение ось автомобиля. Так же это резервный источник автомобиля для езды на короткие дистанции и на малой скорости. По разным данным, запаса заряда такой батареи хватит на 30-50 км пути.

Как правило, рекуперативное торможение устанавливается на гибридные автомобили или современные электрокары. Таким образом, получается, что энергия, полученная в последствии рекуперативного торможения в электрокарах используется для заряда батареи, в неэлектрических (гибридных) такая энергия предназначена для уменьшения силы в момент старта транспорта.

Устройство рекуперативного торможения

Говорить об определенной смехе устройства рекуперативного торможения смысла нет, так как у каждого производителя она своя. Тем более не меньше зависит от марки и устройства самого автомобиля. Проще всего данный механизм реализован на гибридных автомобилях, поэтому возьмем их за пример устройства и в дальнейшем принципа работы.

В основной перечень деталей системы рекуперативного торможения, гибридного автомобиля входит:

• электродвигатель генератор;
• передаточные механизмы;
• двигатель внутреннего сгорания;
• инвертор;
• аккумуляторная батарея;
• сцепление;
• электронный блок управления.

В зависимости от модели и доработок инженеров, в перечень так же могут входить дополнительные механизмы, датчики замера скорости и прочее, что способствует стабильной и качественной работе системы.

Электродвигатель, он же генератор работает двунаправлено. В одном случае механизм может генерировать электричество, перерабатывая кинетическую энергию, в другом случае – использовать накопленную энергию с батареи для режима ускорения. Само строение такого электродвигателя может существенно отличатся, аналогично, как и мощность. Передаточный механизм, устанавливаемый на разные узлы, так же играет немало важную роль. Именно за счет него передается усилие между разными составными механизмами системы рекуперативного торможения.

Что касается двигателя внутреннего сгорания, то особых отличий у него нет. В частности это синхронизированная работа с электродвигателем, а так же особенности конструкции для каждого производителя. Аналогично особых отличий по аккумуляторной батарее не будет, с характеристик важна емкость, скорость зарядки и ток.

Минимум разницы будет в инверторе, основная его задача преобразовать один вид электричества в другой (чаще всего переменный в постоянный или с 12V на 45V).

Неотъемлемой деталью системы рекуперативного торможения считается сцепление, благодаря ему, блок управления может подключать или выключать электродвигатель генератор, а так же задавать направление работы механизма (вырабатывать электроэнергию или потреблять из аккумулятора).

Последний и один из самых главных элементов – электронный блок управления. Именно он выполняет основную роль управления всеми элементами механизма, а так же решает когда и в каком направлении включать генератор рекуперативной системы. Помимо основных функций по управлению системой рекуперации тормозов, электронный блок управления ведет контроль:

1. скорости вращения колес;
2. поддержание работы электродвигателя;
3. поддержка крутящего момента двигателя внутреннего сгорания;
4. распределение тормозного усилия.

Как видим, устройство такого механизма не сложное, каждый из элементов выполняет поставленную задачу и несет важность в цепочке системы. Таким образом, не только уменьшается нагрузка на основной двигатель, но и увеличивается экономия топлива.

Как работает рекуперативное торможение

Рассмотрев устройство системы рекуперативного торможения, а так же за что отвечает определенная деталь, можно рассмотреть принцип работы всего механизма. Как уже говорили, принцип работы механизма двунаправленный, то есть он может, как вырабатывать электричество, так и потреблять.Вся работа механизма рекуперативного торможения начинается из оси автомобиля, как правило, это задняя ось. Электродвигатель, он же генератор может быть включен в трансмиссию или подсоединен к трансмиссии за счет передаточных механизмов. В момент торможения или езды накатом, электродвигатель переходит в режим генератора, тем самым вырабатывая электричество и преобразуя кинетическую энергию автомобиля. Полученное электричество подается на инвертор, он же в свою очередь преобразует (в данном случае может понижать или повышать) электроэнергию и подает на аккумуляторную батарею для накопления.

Не исключено, что в данной цепочке могут быть установлены различные контроллеры, дополнительные преобразователи и другие вспомогательные механизмы, которые способствуют работе рекуперативного торможения. Стоит помнить, что в момент работы генератора (выработки электроэнергии) двигатель внутреннего сгорания отключается от трансмиссии, в отдельных моделях автомобилей система вовсе его может заглушить автоматически, тем самым экономить топливо.

Если рассматривать обратный процесс работы, подачу электричества на электродвигатель, то есть небольшие отличия. В таком случае, срабатывает сцепление, которое преобразует генератор в электродвигатель и тем самым подключает в помощь двигатель внутреннего сгорания. Поданное питание с аккумулятора проходит через инвертор и передается на электродвигатель, благодаря чему упрощается старт автомобиля с места. Такой же принцип работы механизма, когда автомобиль двигается на предельно небольшой скорости и только на электротяге.

Какие бывают виды рекуперативного торможения

Несмотря на то, что система рекуперативного торможения чаще всего устанавливается на гибридные автомобили, специалисты выделяют несколько других видов рекуперации кинетической энергии. Выше наведенный способ рекуперации кинетической энергии – это электрический способ, но так же есть пневматический, механический и гидравлический, которые дают аналогичные результаты.

Из трех последних способов рекуперации, самым распространенным считается механический вариант. У разных авто производителей механизм числится под названием KERS (Kinetic Energy Recovery Systems). Основой для такой разновидности считается маховик, который вращаясь в момент торможения, перерабатывает энергию. В таком механизме маховик расположен на трансмиссии, и, как правило, может разгоняться до 60000 оборотов за минуту. Благодаря таким характеристикам обеспечивается передача мощности в дополнительные 80 л.с. (60 кВт). Зачастую такая накопленная электроэнергия используется для краткого разгона с места или же скоростного рывка в момент обгона.

Примером использования можно считать болиды Formula 1, начиная с 2009 года. Если говорить об автомобилях серийного производства, то данный вариант только планируют внедрять. Как показывает статистика, быстрей всего данную технологию внедрят на автомобилях Volvo. Производитель уже тестирует данную технологию в городском цикле на опытных образцах. По словам производителя Volvo, использование любого их видов рекуперативного торможения помогает сэкономить порядка 20% топлива от основного расхода.

Положительные и негативны стороны рекуперативной системы

С положительных моментов такой системы можно выделить несколько деталей, в частности это увеличение запаса хода и уменьшение нагрузки на двигатель внутреннего сгорания в момент старта. Так же в современных автомобилях инженеры стали внедрять вспомогательные системы Start/Stop и адаптивный круиз-контроль с возможностью полной остановки и движения в пробках.

Что касается негативных моментов рекуперативной системы торможения, то без них не обошлось. Если на малой скорости механизм эффективен и от него есть смысл, то на большой скорости рекуперативное торможение становится бесполезным, так как сила торможения мизерная, заряда аккумуляторной батареи практически нет. Так же с минусов небольшой запас заряда, а значит, проехать длинную дистанцию гибридный автомобиль не сможет.

Еще один существенный минус системы рекуперативного торможения – стоимость. В среднем, разница цены автомобиля между наличием и отсутствием данного механизма может быть порядка $5000. Бывалые владельцы авто с подобным механизмом говорят о том, что частый старт и стоп двигателя приводит к неожиданным поломкам, к тому же обслуживание подобной системы так же стоит денег. Как результат, мнение владельцев автомобилей чаще разделяется на два мнения, кто-то положительно относится к такой систему, другие же негативно и стараются не использовать, несмотря на увеличение расхода топлива. На сегодня подобную технологию можно найти не на всех современных автомобилях, в большей части система установлена на Tesla, гидриды от Toyota, Honda и Porsche.

Видео-обзор принцип работы рекуперативного торможения:

Как работает рекуперативное торможение?

от Mercedes-Benz из Принстона

Термин «рекуперативное торможение» все чаще используется в новых автомобилях. Первоначально представленное только на некоторых более дорогих моделях, рекуперативное торможение теперь становится все более доступным и предлагает преимущества за счет повышения эффективности использования газа и производительности.

Традиционно при торможении в автомобиле тратится значительное количество энергии. Если вы представите импульс, с которым движется автомобиль, вы оцените количество кинетической энергии, которую производит автомобиль. Когда автомобиль тормозит, эта энергия обычно теряется, рассеиваясь в воздухе в виде тепла. По мере того, как производители автомобилей начинают думать о более экологически ответственных способах производства автомобилей, они признают, что есть возможность повторно использовать эту энергию в другом месте в автомобиле.

В настоящее время рекуперативное торможение в основном используется в полностью электрических или гибридных транспортных средствах. Это автомобили, которые приводятся в движение либо исключительно электродвигателем, либо комбинацией бензинового двигателя и мотора.

Даже в гибридных автомобилях электродвигатель иногда может быть единственным источником энергии для транспортного средства на более низких скоростях, поэтому обеспечение полной зарядки аккумулятора имеет решающее значение для производительности обоих этих типов автомобилей. Одним из способов поддержания заряда аккумулятора является его подзарядка, когда автомобиль не используется. Рекуперативное торможение помогает заряжать аккумулятор во время движения автомобиля.

В традиционной тормозной системе трение между тормозными колодками и тормозными дисками, а также между колесами и поверхностью дороги помогает остановить автомобиль. Рекуперативное торможение работает совсем по-другому. Когда водитель нажимает на педаль тормоза гибридного или электрического автомобиля, электродвигатель меняет направление. Это заставляет двигатель работать назад, замедляя колеса автомобиля. При движении назад двигатель также будет работать как электрический генератор, буквально вырабатывая электричество из кинетической энергии, которая затем подается в аккумулятор.

Рекуперативные тормоза лучше работают на определенных скоростях. Как правило, они хорошо работают в городе, где много движения с частыми остановками, а транспортное средство обычно движется на более низких скоростях. Фрикционные тормоза обычно также устанавливаются на гибридные и полностью электрические автомобили, поэтому при движении по шоссе или на скорости автомобиль по-прежнему может эффективно тормозить. Этим процессом управляет контроллер рекуперативного торможения, который может определить, когда следует использовать каждую систему. Контроллер торможения также определяет, используется ли произведенная электроэнергия сразу или сохраняется.

С системами рекуперативного торможения водители очень часто могут определить, как должны работать рекуперативные тормоза, с помощью ряда предварительных настроек. Например, рекуперативные тормоза могут быть активированы, как только водитель уберет ногу с педали акселератора, даже до того, как он или она нажмет педаль тормоза.

В целом рекуперативное торможение может улавливать около половины энергии, которая в противном случае была бы потрачена впустую, и повторно использовать ее в двигателе автомобиля. Подсчитано, что рекуперативное торможение может снизить расход топлива на 10–25 процентов. Для водителей это двойная выгода, поскольку рекуперативное торможение помогает сэкономить деньги и уменьшить воздействие на окружающую среду. Продолжайте читать наш информационный бюллетень, чтобы получить больше ответов на ваши вопросы от отдела обслуживания Mercedes-Benz of Princeton.

Объяснение рекуперативного торможения | Delphi Auto Parts

Одним из преимуществ гибридных и электрических транспортных средств (HEV) является их способность рекуперировать энергию торможения, также известную как рекуперативное торможение. Здесь мы объясним, как работает эта энергоэффективная система? И что это значит, когда дело доходит до их обслуживания?

Что такое рекуперативное торможение?

Вспомните школьные уроки естествознания, и вы, возможно, вспомните, что энергия не может быть создана или уничтожена — она может только переходить из одной формы в другую. Ну, тот же принцип применим и к торможению. Чтобы автомобиль остановился, кинетическая энергия, накопленная при движении, должна куда-то деться. В обычной гидравлической тормозной системе это означает использование трения, создаваемого между тормозной колодкой и диском или барабаном и колодкой, для преобразования кинетической энергии транспортного средства в тепло. Затем тепло рассеивается в атмосферу, и автомобиль замедляется.

В гибридных и электрических автомобилях с рекуперативным торможением эта энергия используется гораздо лучше. Вместо того, чтобы просто выбрасывать его в воздух, транспортное средство превращает его в электрическую энергию, которая хранится в аккумуляторах транспортного средства. Помимо помощи в остановке автомобиля, накопленная энергия обеспечивает электричеством электродвигатель для будущего вождения, повышая его эффективность.

Как работает рекуперативное торможение?

Во время движения автомобиля с рекуперативной тормозной системой электродвигатель получает энергию от аккумулятора, чтобы вращать колеса, создавая кинетическую энергию, необходимую для движения. Однако при торможении процесс переходит в реверсивный режим. Теперь кинетическая энергия, которая первоначально использовалась для движения транспортного средства, заставляет колеса вращать электродвигатель, превращая его в подобие генератора. Вместо того, чтобы потреблять электричество, двигатель/генератор начинает его производить, используя кинетическую энергию автомобиля. Затем электрическая энергия сохраняется в высоковольтной батарее, где она снова используется для обеспечения движения автомобиля. Поскольку рекуперативное торможение преобразует кинетическую энергию автомобиля в электричество, оно также способно замедлять его, как это делают гидравлические тормоза с трением.

Оснащены ли HEVS гидравлической тормозной системой?

В большинстве случаев электродвигатель/генератор обеспечивает достаточную мощность торможения для замедления автомобиля. Тем не менее, когда он движется с высокой или очень низкой скоростью, стоит на месте или аккумулятор полностью заряжен, слишком жарко или слишком холодно, электродвигатель не может самостоятельно обеспечить достаточный тормозной момент и ему потребуется поддержка гидравлической тормозной системы. В какой степени будет во многом зависеть от транспортного средства. Например, на Toyota Prius более раннего поколения (2001–2004 гг.) гидравлические тормоза не используются до тех пор, пока автомобиль не разгонится ниже семи миль в час, за исключением резких остановок.

Что это означает для службы тормозов?

Поскольку гидравлические тормоза по сути являются резервной системой, они используются меньше и теоретически должны служить дольше. Однако реальность может быть совсем другой — при меньшем использовании ржавчина и загрязнения могут быстро накапливаться, влияя как на фрикционную поверхность диска, крепление колодки, так и на поршень суппорта / ползунковые пальцы. Таким образом, ключевые компоненты тормозной системы по-прежнему изнашиваются, просто по-другому.

В качестве примера возьмем держатель суппорта. Из-за коррозии из-за неиспользования тормозов тормозные колодки могут не полностью отходить от диска, что приводит к ускоренному и неравномерному износу.