Рекуперація, барабани і не тільки: у чому особливості гальмівної системи електромобілів

Гальмівна система сучасного електромобіля конструктивно принципово не відрізняється від машин з двигуном внутрішнього згорання. Але заради економії заряду батареї, зниження ваги та ряду інших факторів гальма авто на електротязі мають кілька “фішок”. Давайте розберемось, як вони працюють, та як далеко еволюціонували від традиційної “гідравліки”.

Рекуперація

На сьогодні електромобілі та гібриди мають традиційну гальмівну систему з гідравлічним контуром, яка використовується для остаточної або екстреної зупинки. Однак більшість часу “електрички” гальмують за допомогою системи рекуперації.

Так, в електромобілях використовується система електродинамічного гальмування з рекуперацією енергії при уповільненні, а при певних налаштуваннях системи вони здатні забезпечувати потужне гальмівне зусилля.

Повертаючи частину витраченої на гальмування енергії, система рекуперації витрачає отриману електрику на розгін транспортного засобу. Цікаво, що вироблена електроенергія не витрачається відразу, а може акумулюватися. Це дозволяє заряджати акумулятор, а запас ходу збільшується, хоч і незначно. У той же час для електричного транспорту, який непросто підзарядити в дорозі, навіть цей невеликий заряд може бути вирішальним.

При гальмуванні електромобіля його силовий агрегат відключається від джерела живлення (акумулятора) і перетворюється на генераторний режим, самостійно виробляючи енергію. У такому режимі в обмотках ротора та статора виникають протилежно спрямовані струми. На валу електромотора з’являється гальмівний момент. Він забезпечує гальмування транспортного засобу, знижуючи швидкість.

Водночас запасена машиною кінетична енергія перетворюється на електроенергію і тепло. Далі електрична енергія надходить у акумулятор, збільшуючи його заряд. Чим частіше гальмує автомобіль, тим більше заряджається акумуляторна батарея.

Середня вага сучасного електромобіля в спорядженому стані істотно більша за вагу схожого за характеристиками автомобіля з ДВЗ. Це означає, що гальмівній системі електромобіля доводиться перетворювати більше кінетичної енергії в тепло, що при певному стилі водіння призводить до підвищеного зносу. Якщо ж водій, навпаки, дотримується виключно спокійного стилю водіння та використовує в основному рекуперативне гальмування, гальмівні диски можуть вкритися іржею, а матеріал колодок затвердіти та стати менш ефективним. Важливо пам’ятати про це та уважно стежити за станом колодок і гальмівних дисків, а також своєчасно міняти гальмівну рідину.

Ще в 1983 році Bosch вдалося значно поліпшити гальмівні характеристики потужних автомобілів за допомогою гальмівних дисків з високовуглецевого чавуну, а в 1995 році на автомобілях Mercedes-Benz S-класу вперше застосували ESP. Згідно з дослідженнями компанії Bosch, протягом 25 років тільки в ЄС система стабілізації врятувала близько 15 000 життів, а також запобігла майже півмільйону аварій.

Однопедальний режим

Все більше сучасних електромобілів отримують так званий “однопедальний” режим, який дозволяє гальмувати, просто прибравши ногу з педалі акселератора. Для прикладу, Nissan Leaf з відпущеним акселератором у такому режимі не просто рекуперативно скидає швидкість, розвиваючи уповільнення до 0,2g, але в якийсь момент активує штатну гальмівну систему, запалює стоп-сигнали і дозволяє машині плавно зупинитися без торкання педалі гальма. Натиснув – поїхав, відпустив – зупинився, що може бути простіше?

За словами представників японської компанії, інженери впроваджують нову систему у тому числі з огляду на старіння японського населення, адже при керуванні швидкістю “в одну педаль” ризик натиснути на газ замість гальма набагато менше, а це одна з частих причин смертельних аварій у Японії. До того ж “e-педальність”, мінімізуючи вільні вибіги, дозволяє ще ефективніше перетворювати та збирати назад у батарею кінетичну енергію, підвищуючи запас ходу. А в цьому питанні важливі будь-які “крихітки”.

Через появу складних електронних систем більш суворими стали й вимоги до якості гальмівної рідини. Адже на швидкість і точність спрацьовування цих систем може вплинути навіть незначна зміна в’язкості або утворення бульбашок пари. Компанія Bosch, як перший розробник ряду систем активної безпеки, у відповідь на посилення вищевказаних вимог розробила нові види гальмівних рідин ENV4 та ENV6. Їх основною відмінною рисою є унікальне поєднання зниженої в’язкості з вищою температурою кипіння та високою змащувальною здатністю в порівнянні з іншими аналогами стандартів DOT.

Боротьба з шумом

Зниження рівня шуму – одна з ключових вимог при створенні гальмівної системи електромобіля. І в цьому випадку в дизайні колодок зустрічається досить багато цікавих рішень: використання антискрипних пластин, прорізів, скосів, грузиків. Зміни конструкції також можуть торкнутися конструкції супортів, важелів, підшипників – всього того, що оточує колесо з супортом і має частоти коливання. І через те, що до електромобілів висувають особливі вимоги до шуму, розробники до всього були змушені додатково коригувати і фрикційні суміші колодок.

Для прикладу, колодки Bosch мають знижений рівень шуму і вібрації. Цього вдалося досягти завдяки точно підібраному фрикційному складу, а також антивібраційним пластинам і фаскам різних форм.

У гальмівних колодках для електромобілів, як правило, повністю відсутня мідь, свинець, кадмій, рідкісноземельні метали, при цьому кожна колодка зазвичай має вказівку ступеня екологічності.

Барабани повертаються

Попри думки скептиків, електромобілі повернули до конвеєрного життя барабанні гальма. Більше того, у новому поколінні електромобілів барабанні гальма виявилися кращими за дискові, оскільки конструктивно позбавлені залишкового гальмівного опору. Так, у нових ID.4 і ID.3 від Volkswagen використовують задні барабанні гальма.

“Барабанні гальма за своєю конструкцією не мають залишкового гальмівного опору. Колодки після гальмування відразу відводяться від поверхні барабана внутрішніми пружинами. Це допомагає збільшити запас ходу на одній зарядці”, – пояснюють у групі тестування електромобілів німецького автовиробника.

Окрім того, під час процесу рекуперативного гальмування задні гальма практично не використовуються. Тому задні дискові гальма через бездіяльність можуть просто заіржавіти і закиснути, та не врятують, коли буде потрібно екстрене гальмування. На відміну від дисків, барабанні гальма можуть довго залишатися без роботи і не іржавіти, оскільки вони добре захищені від впливу довкілля.

Крім того, барабанні гальма допомагають полегшити електромобіль – їх конструкція простіше, та не вимагає окремого механізму стоянкового гальма. При цьому передні гальма електричних транспортних засобів залишаться дисковими — чіпкими, ефективними, безпечними.

Нагадаємо, як раніше повідомляв AUTOGEEK, у Bosch розповіли, як автопілот змінить автомобілі майбутнього.

Подобається контент? Підтримай Autogeek на Patreon!