Регенеративна спирачка за електрически превозни средства и хибриди - Екологичен сборник
Поради последните събития, а именно изтеглянето от Toyota на два модела превозни средства с хибридна инсталация Toyota Prius 2010 и Lexus HS250h, за които беше установено, че имат проблеми със спирачната система (да, нещо не е наред с Toyota, първо изтеглиха 8 милиона автомобили с двигател с вътрешно горене поради проблеми с педала на газта), много хора си задават основателен въпрос: как работи регенеративната спирачка, използвана в автомобили с хибридът наистина работи? Ной и електрическите централи.
На практика всички модерни хибридни превозни средства като Toyota, Ford и General Motors използват електрохидравлични спирачни системи, при които предаването на спирачната сила от педала на спирачката е изцяло електронно.
Всеки производител на хибридни превозни средства използва свои собствени разработки при създаването на регенеративни спирачки, но общите принципи на работа на тези спирачни системи остават непроменени.
Нека се отклоним малко и да си спомним къде отива кинетичната енергия на най-обикновената кола в момента на спиране. В момента на спиране металните спирачни накладки се притискат към металния спирачен диск, монтиран на оста на автомобила, като по този начин създават триене, което води до забавяне на въртенето на колелото. В същото време цялата кинетична енергия на един и половина тона колос, който се втурва със скорост, да речем, 100 км / ч се превръща в топлина, тоест тя е напълно и безвъзвратно изгубена в атмосферата на нашата прекрасна планета.
Наличието на мощна електрическа подсистема в хибридните и още повече електрическите превозни средства оправдава усилията за връщане и повторно използване на спирачната енергия.екипаж. Тези превозни средства използват батерии с много голям капацитет, които позволяват излишната енергия да се съхранява и използва повторно. Спестяванията са толкова значителни, че днес е трудно да се намери електрическо превозно средство, което да не използва регенеративни спирачки, регенеративното спиране се използва в широка гама от съвременни електрически превозни средства, като Nissan Leaf, Chevrolet Volt, Mitsubishi i-MiEV и други.
И така, отново в позната кола хидравличното налягане се използва за създаване на сила на триене в барабанна или дискова спирачка и преобразуване на кинетичната енергия в топлинна енергия. Това налягане се създава от водача в момента на натискане на педала на спирачката, което обикновено се усилва от спомагателната система, за да се намали приложената сила. По този начин ускорението или забавянето на автомобила е пропорционално на силата на натиска на крака върху педала на спирачката. Всичко е просто и надеждно.
Когато се опитваме да спестим спирачна енергия за по-късна употреба, трябва да имаме работа с две спирачни системи. Първо влиза в действие регенеративната система, т.е. вместо класическия спирачен механизъм под формата на диск или барабан, действа компактен електрически генератор, който на първия етап на спиране, когато скоростта на въртене на колелата е все още доста висока, преобразува енергията на въртене на колелото в електричество и по този начин създава спирачна сила върху колелото. Второто ниво е по-ефективно по отношение на забавяне на колата до нулева скорост, спиране с помощта на триене.
Координацията на действията на двете спирачни подсистеми, хидравлична и електрическа, се осъществява от специален електронен блок, който действа като посредник между водача, натискащ спирачния педал, и електрохидравличната спирачна система.Така се губи директната връзка между водача и спирачките, а задачата на тази електронна система е да направи така, че шофьорът да не забележи това. Системата за контрол на спирачките трябва постоянно да определя какво трябва да бъде ускорението при забавяне в отговор на натискане на педала от страна на потребителя и коя система да използва в каква пропорция, за да спести възможно най-много енергия и да направи забавянето пропорционално на силата, приложена към педала на спирачката. Например, водачът натиска спирачния педал наполовина, системата има избор: да приложи спирачна сила към спирачните дискове или да създаде спирачен момент в генератора и да получи електричество за презареждане на батериите.
Това са трудните задачи, които „спирачният“ компютър трябва да реши за стотни от секундата, тъй като забавянето тук е като смърт, както би казал един класик. За целта се използват множество датчици и датчици за бързо определяне на действията и прогнозиране на намеренията на водача.
В същото време системата постоянно следи скоростта на колелата, като използва същите сензори, които отговарят за работата на антиблокиращата спирачна система (ABS). Тази информация се използва за определяне на типа повърхност, по която се движи превозното средство, независимо дали е сняг, лед, чакъл или сух асфалт. Промяната на скоростта на колелото може да предостави на бордовия компютър много полезна информация за естеството на пътната настилка, но, както обикновено се случва, тази информация не винаги е достатъчна. Става въпрос за спиране в трудни участъци, тъй като намеренията на водача може да не отговарят на реалната пътна обстановка.
Например, ако намерението на водача да спре бързо на хлъзгава повърхност надхвърля физическите възможности на системата превозно средство-тротоар, тогава спирачният компютър трябва да намали силата.спиране до максимално допустимото, за да се избегне приплъзване. Тоест, веднага щом електронната система сравни желанията на водача и възможностите за спиране на пътната настилка, тя издава изчисленото хидравлично налягане върху фрикционните спирачки и необходимото натоварване на батерията за зареждане на регенеративните.
Тъй като говорим за хибридни и електрически превозни средства, където пестенето на енергия е основен приоритет, спирачната система винаги се опитва да върне възможно най-много енергия обратно в батериите. Регенеративното спиране има две други съществени ограничения. Първо, особеността на съвременните батерии е такава, че те могат да се презареждат само при определени стойности на ток и напрежение, което донякъде ограничава обхвата на използване на възстановяването на енергия с помощта на рекуперация. Второ, невъзможно е да заредите напълно заредена батерия. Втората забележка не е толкова важна за електрическите превозни средства, тъй като възстановяването за тях е единственият начин за презареждане в движение, за разлика от хибридите, които се презареждат от собствен двигател с вътрешно горене.
Нека продължим нашето изследване. Размерът на спирачния момент, генериран от регенеративната спирачка, е доста лесен за изчисляване и е пропорционален на изходното напрежение на генератора. Системата за управление на спирачките изважда спирачния момент, генериран от регенерацията, от желания спирачен момент, за да получи размера на спирачния момент за фрикционната спирачна система. Тук възниква трудността.
В тези електрохидравлични системи, натискът върху фрикционните спирачки зависи само отчасти от натиска на водача върху педала, поради това системата трябва да използва доста сложен математически модел, за да изчисли съотношението на регенеративно и триенеспиране.
В същото време, с цялата простота и надеждност на фрикционните спирачки, техните характеристики могат да се променят с течение на времето, често те могат да се променят за кратък период от време. Целият проблем е, че ефективността на фрикционната спирачка зависи от силата на триене между две движещи се повърхности, в случай на дискови спирачки това е спирачният диск и спирачните накладки. Силата на триене може да варира значително, например поради температурата на спирачния диск и е известно, че той се нагрява много при спиране. не вярвате? Спуснете се по Ай-Петри с кола и пипнете (опипах) джантите, но в никакъв случай не пипайте дисковите спирачки - ще се изгорите! Вторият фактор, който влияе върху ефективността на фрикционната спирачка, е влажността. Тънък воден слой върху спирачния диск значително намалява силата на триене и можете да го усетите, когато шофирате през дълбока локва. Нищо чудно, че опитни шофьори съветват няколко пъти да натиснете спирачката, за да изсъхне след преминаване на водни бариери. Трето, спирачните дискове и накладки се износват с времето и променят своите спирачни свойства.
В случай на класически автомобил водачът има пряка пропорционална връзка между педала на спирачката и накладките, което му позволява незабавно да реагира на променена ситуация с допълнително усилие върху педала на спирачката. Докато системата за управление на регенеративната спирачка трябва да използва сложни адаптивни алгоритми, за да оцени всички променящи се параметри на спирачната система, и подобно на системата за качество на пътната настилка, тази система далеч не е перфектна.
Инженерите прекарват хиляди часове в тестване и усъвършенстване на алгоритмите за управление на спирачките, за да ги направят бързи и надеждни. Това е още една причина защо хибридните автомобилитака бавно се появяват на пазара.
Какъв е проблемът с Toyota Prius, най-известната хибридна кола в света? Трябва да се знае, че възможностите за рекуперация на енергия при ниски скорости са много ограничени и съответно спирачният момент при ниски скорости пада дори ако водачът не променя позицията на крака върху педала на спирачката. Добавете към това погрешното надценяване на спирачния момент, генериран от фрикционната спирачка, и ще получите забележима загуба на забавяне. Има и трета точка, която влияе върху увеличаването на системните грешки. На неравен път, при ниска скорост, ударът на колело върху неравност или дупка може да доведе до грешка при определяне на скоростта на въртене на колелото, което може да доведе до команда от системата за управление за намаляване на спирачната сила.
Тези фактори изглежда не оказват значително влияние върху спирачната способност на автомобила, но в реалния свят може да доведе до увеличаване на спирачния път на автомобила с около 30-60 см. Дребнота? Това може да е вярно, но в гъсто градско движение това може да доведе до много неприятни последици. Така че спазвайте дистанция, господа!