كيف يعمل الكبح التجديدي؟
لم تتغير تقنية الفرامل كثيرًا في المائة عام الماضية ، ولكن الكبح المتجدد يمثل تغييرًا جذريًا في الطريقة التي نفكر بها في الكبح. بدلاً من استخدام القوة الغاشمة لإيقاف المركبات عن طريق الضغط الجسدي أو الدفع للخارج مثل أحد المكونات مثل قرص أو أسطوانة المكابح ، فإن هذا تستغل التكنولوجيا بذكاء الطريقة التي تعمل بها السيارات الهجينة والكهربائية بالكامل لاستعادة القليل من الطاقة في كل مرة تتباطأ فيها السيارة تحت.
كيف تعمل الفرامل في السيارات والشاحنات؟
لقد كانت التطورات في تكنولوجيا المكابح تكرارية إلى حد كبير وليست مبتكرة على مر السنين ، مثل الانتقال من مكابح الأسطوانة إلى مكابح الأقراص. كانت هناك أيضًا تطورات كبيرة في المواد المادية التي تصنع منها وسادات الفرامل ، والتي نتج عنه مواد احتكاك تدوم لفترة أطول ، وتنتج غبارًا أقل ، ويقل احتمال صنعها الضوضاء. تقنيات مثل الفرامل المضادة للقفل جعلت أيضًا تقنية الفرامل أكثر أمانًا ، لكن المبدأ الأساسي لتحويل الطاقة الحركية إلى حرارة لم يتغير.
تعمل الفرامل التقليدية بشكل جيد ، لكنها مهدرة للغاية بطبيعتها. في كل مرة تضغط فيها على دواسة الفرامل ، فإنك تضغط بشكل فعال على عجلاتك بقوة تصل إلى آلاف الجنيهات من الضغط الهيدروليكي. تتضمن الآلية الدقيقة دوارات معدنية على شكل قرص ، يتم وضعها بين كل إطار ومحور عجلة ، يتم ضغطها بين وسادات الفرامل العضوية أو المعدنية أو الخزفية.
في المركبات القديمة ، والمكابح الخلفية لبعض الشاحنات الخفيفة ، يتم استخدام براميل وأحذية فرامل أقل كفاءة بدلاً من ذلك. في كلتا الحالتين ، تبطئ السيارة بسبب الاحتكاك الهائل الذي ينشأ بين البطانات والأقراص أو الأحذية والبراميل. يحول هذا الاحتكاك بشكل أساسي الطاقة الحركية إلى طاقة حرارية (وأحيانًا قدر كبير من الضوضاء) ، ونتيجة لذلك تتباطأ سيارتك.
تكمن مشكلة الفرامل التقليدية في أن محركك اضطر إلى إنفاق الكثير من الوقود لتكوين تلك الطاقة الحركية ، ويتم إهدارها بشكل أساسي عندما تقوم الفرامل بتحويلها إلى حرارة.
الفكرة الأساسية وراء الكبح المتجدد هي أن مجموعة متنوعة من التقنيات تجعل من الممكن استعادة جزء من تلك الطاقة الحركية ، وتحويلها إلى كهرباء ، ثم إعادة استخدامها.
كيف تعمل الفرامل المتجددة؟
الشكل الأكثر شيوعًا لتقنية الفرامل المتجددة يعيد استخدام المحرك الكهربائي كمولد ، ولهذا السبب غالبًا ما توجد الفرامل المتجددة في السيارات الهجينة والكهربائية.
أثناء التشغيل العادي ، يستمد المحرك الكهربائي الطاقة من البطارية ويستخدمها لتحريك السيارة. عندما يتم الضغط على دواسة الفرامل ، يكون المحرك الكهربائي قادرًا على عكس هذه العملية ، ويصبح مولدًا مدعومًا بالعجلات الدوارة ، ويعيد تغذية البطارية بالكهرباء.
نظرًا لأن الفرامل المتجددة تشحن البطارية بشكل فعال دون توصيلها بالشاحن ، في حالة سيارة كهربائية ، أو باستخدام المولد في الهجين ، فإن الكفاءة الإجمالية للسيارة هي زيادة. هذا يترجم إلى أميال أكثر بين الشحنات أو عمليات الوقود.
نظرًا لأن الفرامل المتجددة تحول الطاقة الحركية إلى كهرباء بشكل فعال ، فهي قادرة على إبطاء السيارة بالإضافة إلى شحن البطارية. ومع ذلك ، هناك قيود على كفاءة نظام الفرامل المتجدد. تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في أن المكابح المتجددة لا تعمل بشكل جيد عند السرعات المنخفضة كما هو الحال عند السرعات العالية. نظرًا لهذا القيد المتأصل في الكبح المتجدد ، فإن معظم المركبات مجهزة أيضًا بنظام كبح تقليدي إضافي.
بنفس الطريقة التي يتم بها تضمين عناصر التحكم في التوجيه والكبح والتسارع التقليدية كنسخة احتياطية لـ محرك بسلك الأنظمة ، يمكن أن تعمل الفرامل التقليدية كدعم للفرملة المتجددة. قد يتم تشغيل الأنظمة التقليدية فقط عند حدوث عطل في المعدات ، أو يمكن استخدامها بالتنسيق مع الكبح المتجدد طوال الوقت.
حدود الفرامل المتجددة
بالإضافة إلى الانخفاض الطبيعي في كفاءة الكبح المتجدد بسرعات منخفضة ، تعاني التقنية أيضًا من عدد من القيود الأخرى. بعض من أبرزها ما يلي:
- الكبح المتجدد يعمل فقط على عجلات القيادة: إذا لم تكن السيارة الكهربائية تعمل بنظام الدفع الرباعي ، مع وجود محرك لكل عجلة ، فإن العجلات التي تفتقر إلى الدوارات لا يمكنها الاستفادة من الكبح المتجدد.
- مشاكل مع توقف الذعر: لا توفر الفرامل المتجددة عادة قوة كبح كافية في ظل ظروف التوقف المفاجئ. هذه منطقة واحدة حيث لا تزال الفرامل التقليدية تعمل بشكل أفضل.
- قيود البطارية والمحرك: كفاءة النظام التجديدي محدودة بعوامل مثل قدرة نظام تخزين الطاقة وخرج المحرك الكهربائي.
- تعمل فقط مع المركبات الكهربائية والهجينة: أنظمة التجديد التقليدية غير متوافقة مع المركبات غير الكهربائية وغير الهجينة. نظرًا لأن هذه المركبات تفتقر إلى المحركات الكهربائية ، فإن تنفيذ الكبح المتجدد يعد مكلفًا ومعقدًا.
- قيود الكبح الديناميكي: تضطر بعض الأنظمة التجديدية إلى استخدام "الكبح الديناميكي" الإضافي الذي لا يخزن الطاقة الحركية المستعادة.
الفرامل السعوية ومحركات الاحتراق التقليدية
نظرًا لأن أنظمة الفرامل المتجددة تعتمد عادةً على محركاتها الكهربائية لتوليد الكهرباء ، فهي بطبيعتها غير متوافقة مع المركبات التي تستخدم محركات الاحتراق الداخلي. ومع ذلك ، هناك بعض التقنيات التجديدية البديلة التي يمكن تطبيقها على محركات الاحتراق الداخلي التقليدية.
يستخدم أحد هذه الأنظمة مكثفات كبيرة لتخزين الكهرباء وإطلاقها بسرعة ، والتي يتم تمريرها بعد ذلك عبر محول تنحي. ال 12 فولت يتم بعد ذلك إدخال الخرج في النظام الكهربائي للمركبة ، مما يؤدي إلى إزالة بعض الأحمال من المحرك. هذه التكنولوجيا قادرة حاليا على زيادة كفاءة الوقود بنسبة تصل إلى 10 بالمائة، على الرغم من أنها لا تزال في مهدها.
ما السيارات التي تستخدم الفرامل المتجددة؟
تستخدم معظم السيارات الهجينة والكهربائية نوعًا من نظام الكبح المتجدد. كانت الشركات المصنعة للمعدات الأصلية مثل شيفروليه وهوندا ونيسا وتويوتا وتيسلا على متنها في وقت مبكر مع تقنية الكبح المتجدد في سياراتهم الهجينة والكهربائية. المركبات غير الهجينة التي تستخدم نوعًا من الكبح المتجدد هي أقل شيوعًا بشكل ملحوظ ، لكن BMW و Mazda كانا من أوائل المتبنين لهذه التقنية في طرز معينة.