Τα φρένα των EV και HEV
ηλεκτροκίνηση

Τα φρένα των EV και HEV

frena-ev-hev
Οι απαιτήσεις των συστηµάτων πέδησης για ηλεκτρικά και υβριδικά οχήµατα είναι διαφορετικές από εκείνες που αφορούν οχήµατα µε συµβατικούς κινητήρες. Νέες απαιτήσεις προκύπτουν για τους σχεδιαστές αυτοκινήτων.

Το σύστημα πέδησης ενός αυτοκινήτου είναι, ίσως, πολύ πιο σημαντικό από τον κινητήρα του. Τα φρένα μετατρέπουν την κινητική ενέργεια ενός συμβατικού αυτοκινήτου σε θερμική, την οποία διασκορπίζουν στην ατμόσφαιρα. Σε ένα ηλεκτρικό ή υβριδικό, η ενέργεια μετατρέπεται σε ρεύμα, που φορτίζει την μπαταρία και στη συνέχεια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση του αυτοκινήτου. Πλέον, χρησιμοποιούμε τους όρους «πέδηση με ανάκτηση ενέργειας» ή «αναγεννητική πέδηση». Θεωρητικά, δεν έχουμε απώλεια θερμότητας προς το περιβάλλον, αλλά την εκμεταλλευόμαστε για την κίνηση. Προσοχή, το τονίζουμε «θεωρητικά», καθόσον η πραγματικότητα είναι διαφορετική.

Η κινητική ενέργεια ενός αυτοκινήτου είναι ίση με το γινόμενο του μισού της μάζας του επί το τετράγωνο της ταχύτητάς του. Διπλασιάζοντας την ταχύτητα, τετραπλασιάζονται οι απαιτήσεις από το σύστημα πέδησης. Διπλασιάζοντας τη μάζα του αυτοκινήτου, οι απαιτήσεις από το σύστημα πέδησης, επίσης, πολλαπλασιάζονται. Όχι, βέβαια, στο τετράγωνο, πάντως, είναι αρκετά μεγαλύτερες.

Απαιτήσεις ισχύος

Η ισχύς του συστήµατος πέδησης είναι σηµαντικά µεγαλύτερη από την ισχύ του κινητήρα. Εύκολα το καταλαβαίνει κάποιος αυτό, αν σκεφτεί τους χρόνους και τις αποστάσεις που χρειάζεται ένα αυτοκίνητο για να επιταχυνθεί και να επιβραδυνθεί. Από στάση µέχρι τα 100 χιλιόµετρα ανά ώρα, ένα συγχρονο αυτοκίνητο χρειάζεται 10 – 11 δευτερόλεπτα και µία απόσταση 150 – 200 µέτρα. Για να φρενάρει από τα 100 µέχρι το 0, θα χρειαστεί µόλις 50 µε 60 µέτρα. Ο χρόνος επιβράδυνσης σε ένα σύγχρονο αυτοκίνητο είναι περίπου το ένα τέταρτο του χρόνου επιτάχυνσης.

Το αποτέλεσµα είναι πως µε ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο οι απαιτήσεις από το σύστηµα πέδησης, στην πραγµατικότητα αυξάνουν. Η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα που λειτουργεί ως γεννήτρια, κατά το φρενάρισµα, είναι πολλές φορές κάτω από τις απαιτήσεις απόδοσης του συστήµατος πέδησης. Μάλιστα, εξαιτίας του παραπάνω βάρους, οι απαιτήσεις είναι αυξηµένες. Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο χρειάζεται συµβατικό σύστηµα φρένων εφάµιλλο ενός συµβατικού αυτοκινήτου και, µάλιστα, όπως σηµειώσαµε, µε µεγαλύτερη ισχύ πέδησης, καθώς το βάρος είναι µεγαλύτερο.

Οι ιδιαιτερότητες

Ας δούµε, ειδικότερα, το σύστηµα πέδησης µε ανάκτηση. Αυτή η έξυπνη μέθοδος πέδησης επιτρέπει στον κινητήρα του αυτοκινήτου να γίνεται γεννήτρια, μετατρέποντας την ορμή του σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα φρενάρουν αντιστρέφοντας τη λειτουργία από τους κινητήρες τους, κερδίζοντας ενέργεια, την οποία εκμεταλλεύονται για αποθήκευση και επαναφόρτιση των ηλεκτρικών τους μπαταριών. Τα φρένα με ανάκτηση ενέργειας, συνήθως, δεν παρέχουν αρκετή δύναμη πέδησης, σε συνθήκες ακινητοποίησης πανικού.

Στα σύγχρονα ηλεκτρικά αυτοκίνητα, υπάρχει ηλεκτρονική μονάδα που διαχειρίζεται το σύστημα πέδησης. Παίρνει πληροφορία για την πρόθεση του οδηγού να φρενάρει από αισθητήρα που υπάρχει στο πεντάλ του φρένου. Αξιολογεί τη δύναμη που ασκεί ο οδηγός και την ταχύτητα με την οποία πατά στο πεντάλ. Υπολογίζει την τιμή της πέδησης που μπορεί να δώσει η κεντρική αντλία και αφαιρεί από αυτή την προκύπτουσα ροπή από την πέδηση με ανάκτηση. Η διαχείριση είναι αρκετά πολύπλοκη και στα πρώτα μοντέλα υπήρχε καθυστέρηση στην ανάπτυξη της μέγιστης ροπής πέδησης.


Οι απαιτήσεις από το κύκλωµα πέδησης είναι να επιβραδύνουν, να ακινητοποιήσουν ένα όχηµα και να µην το αφήσουν να ξεκινήσει χωρίς τη θέληση του οδηγού. Τα συστήµατα πέδησης µε ανάκτηση ενέργειας τα καταφέρνουν πολύ καλά στην πρώτη απαίτηση, χρειάζονται, όµως, τη συµβολή του συµβατικού συστήµατος µε φρένα τριβής για τα άλλα δύο.

Σε απλή επιβράδυνση, τα φρένα τριβής λειτουργούν ως εφεδρικά, όταν το σύστημα πέδησης με ανάκτηση δεν παρέχει αρκετή ισχύ. Ωστόσο, σε ένα απότομο φρενάρισμα τα συμβατικά φρένα, τα τακάκια, παίρνουν το μεγαλύτερο φορτίο. Αυτό συμβαίνει επειδή η ανάπτυξη ροπής πέδησης από τη γεννήτρια αργεί να πάρει μεγάλες τιμές. Το ίδιο ισχύει και σε φρενάρισμα από μεγάλες ταχύτητες, όταν η ισχύς της γεννήτριας δεν επαρκεί από μόνη της.

Νέα δεδοµένα

Η αναγεννητική πέδηση λειτουργεί μόνο σε «κινητήριους τροχούς». Η αποτελεσματικότητα ενός συστήματος πέδησης με ανάκτηση ενέργειας περιορίζεται από παράγοντες, όπως η χωρητικότητα του συστήματος αποθήκευσης ενέργειας (της μπαταρίας) και η ισχύς εξόδου του ηλεκτροκινητήρα.


Να δώσουµε προσοχή και σε µία ακόµη λεπτοµέρεια: Όταν η µπαταρία του αυτοκινήτου είναι πλήρως φορτισµένη, SOG πάνω από 80%, το σύστηµα δεν µπορεί να επωφεληθεί από την αναγεννητική πέδηση. Όλο το βάρος πηγαίνει στα συµβατικά φρένα.

Η θερμοκρασία των τακακιών είναι ένα ακόμη πρόβλημα. Στην περίπτωση που ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο κινείται και επιβραδύνει κάνοντας χρήση της ανάκτησης, η θερμοκρασία στα τακάκια μένει χαμηλή. Όπως όλοι γνωρίζουμε, τα τακάκια έχουν μία θερμοκρασιακή περιοχή βελτιστοποίησης του συντελεστή τριβής. Με τα τακάκια κρύα, ο συντελεστής τριβής δεν παίρνει και τις καλύτερες τιμές. Σε ένα ενδεχόμενο με φρενάρισμα πανικού και τα τακάκια κρύα, η απόδοση του συστήματος είναι κατώτερη του επιθυμητού. Αυτό σημαίνει ότι για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα πρέπει να βρεθούν υλικά φρένων τα οποία προσαρμόζονται σε αυτές τις απαιτήσεις.

Ο θόρυβος, επίσης, αποτελεί μία νέα πρόκληση. Ο ήχος που κάνει ένα τυπικό τακάκι αυτοκινήτου με θερμικό κινητήρα, «πνίγεται» από τους θορύβους του κινητήρα και του συστήματος μετάδοσης. Ο ίδιος θόρυβος, σε ένα αθόρυβο γενικά αυτοκίνητο, όπως τα ηλεκτρικά, αρχίζει να γίνεται ενοχλητικός. Επομένως, για τα νέα αυτοκίνητα θα πρέπει να βρεθούν υλικά τριβής με χαμηλότερη παραγωγή θορύβου.

Μία άλλη ανησυχία αφορά τα πιθανά ηλεκτρικά ρεύματα κοντά στο σύστημα πέδησης, τα οποία μπορεί να προκύψουν, εάν το υγρό φρένων έχει μέτρια έως υψηλά επίπεδα ηλεκτρικής αγωγιμότητας.

Συµπέρασµα

Οι απαιτήσεις του συστήµατος πέδησης για τα ηλεκτρικά και υβριδικά οχήµατα είναι διαφορετικές από εκείνες για οχήµατα εξοπλισµένα µε συµβατικούς κινητήρες. Επειδή τα µοντέλα HEV διαθέτουν µεγάλες, βαριές µπαταρίες, απαιτείται επιπλέον ισχύς πέδησης σε ορισµένες περιπτώσεις λειτουργίας. Επιπλέον, η ενεργοποίηση των αναγεννητικών συστηµάτων πέδησης των οχηµάτων µπορεί να µην επιτρέψει τη σωστή άνοδο της θερµοκρασίας των τακακιών φρένων και των δίσκων.

TOY ΝΙΚΟY ΒΑΣΙΛΑΚh   

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
Εγγραφείτε στο newsletter

Για να λαμβάνετε τα τελευταία νέα, ενημερώσεις και ειδικές προσφορές απευθείας στο email σας.