Novinky

Odeslat stránku emailem

Zašlete tuto stránku svým přátelům, ať se na ní také podívají.

Jaký je rozdíl mezi třecími a regenerativními brzdami u aut?

Podívejme se blíže na běžné automobilové třecí brzdy a na to, jak elektrické automobily získávají pomocí regenerativních brzd část energie zpět.

Běžné automobilové brzdy slouží jen k jednomu účelu – k zastavení vozidla. Přestože jsou takto zásadní součástí vozidla, existuje u nich potenciál k větší energetické účinnosti, zejména pokud jde o regenerativní brzdění.

Regenerativní brzdění není nový vynález, protože se už v současnosti využívá u hybridních a elektrických automobilů k částečné rekuperaci ztracené energie. Myšlenka je to jednoduchá: získat znovu část energie ztracené při brzdění a přeměnit ji na elektrickou energii pro velký vysokokapacitní akumulátor. Vytváření energie při brzdění je to, v čem se regenerativní brzdy liší od běžných brzd.

Běžné brzdy

Brzdový a hydraulický systém

Než se pustíme do rozdílů mezi automobilovými brzdami, popišme si hydrauliku, která stojí v pozadí. Hydraulický brzdový okruh se skládá z hlavního válce naplněného kapalinou, který je propojený se samostatným brzdovým válcem. Brzdový pedál je připojen k hlavnímu válci a při sešlápnutí stlačí píst v hlavním válci, a tím vytlačí kapalinu do připojeného potrubí. Kapalina se dostává do brzdových válců u jednotlivých kol, které zase působením na píst aktivují brzdy.

Celková plocha pístů všech brzdových válců, na kterou působí síla brzdového pedálu, je větší než plocha pístu hlavního válce. Píst hlavního válce proto musí urazit větší dráhu, aby došlo k posunu pístů brzdových válců, než je mnohem kratší dráha, kterou musí při brzdění urazit písty brzdových válců. Toto uspořádání umožňuje brzdám vyvinout velkou sílu, podobně jako páka s dlouhým ramenem dokáže zdvihnout těžké těleso po krátké dráze.

U většiny moderních automobilů se kvůli redundanci používají dva hlavní válce se zdvojenými hydraulickými okruhy. Okruhy mohou být uspořádány tak, že ovládají různé páry brzd: jeden okruh pro přední pár a druhý pro zadní pár, případně jeden okruh pro jednu brzdu vpředu a druhou vzadu a druhý okruh pro druhou stranu.

Zadní brzdy jsou záměrně konstruovány tak, aby vyvíjely menší sílu, aby se předešlo zablokování a smyku zadních kol. U většiny aut se předchází blokování pomocí tlakového omezovacího ventilu citlivého na zatížení, který reguluje velká zvýšení hydraulického tlaku. Omezovací ventily pomáhají předcházet zablokování brzd společně s protiblokovacím brzdovým systémem (ABS), který monitoruje zablokování kol. V moderních autech se také používají posilovače brzd.

Posilovač, který využívá rozdílu tlaků mezi podtlakem v sacím potrubí motoru a venkovním vzduchem, posiluje brzdný účinek díky potrubnímu spojení se sacím potrubím. Posilovač je umístěn mezi hlavním válcem a brzdovým pedálem. Když řidič sešlápne brzdový pedál, posilovač stlačí píst hlavního válce a aktivuje sadu vzduchových ventilů.

S pístem hlavního válce je spojená velká pryžová membrána. Před brzděním působí na obě strany membrány podtlak ze sacího potrubí. Při brzdění se uzavřou ventily mezi zadní stranou membrány a sacím potrubím a otevře se ventil, který do komory vpustí venkovní vzduch. Velký tlak venkovního vzduchu stlačí membránu dopředu směrem k pístu hlavního válce, a tím posiluje brzdný účinek. Pokud zůstane brzdový pedál sešlápnutý, vzduchový ventil přestane pouštět dovnitř venkovní vzduch, a brzdový tlak tak zůstane konstantní.

Kotoučové a bubnové brzdy

Kotoučové brzdy se obvykle nacházejí na předních dvou kolech. Na kotouči, který se otáčí spolu s kolem, je nasazen třmen. Malé hydraulické písty ve třmenu jsou ovládány tlakem z hlavního válce. Když tyto malé hydraulické písty vyvinou tlak, přitisknou se na kotouč brzdové destičky, a tím se kotouč i kolo zpomalí.

Písty se při brzdění posouvají jen o krátkou vzdálenost a brzdové destičky se při uvolnění jen těsně vzdálí od kotouče, protože nejsou opatřeny vratnými pružinami. Tato malá mezera je zachovávána tak, že se písty přitom, jak dochází k opotřebení destiček, mohou postupně posouvat dopředu. To umožňují pryžové těsnicí kroužky kolem pístů a předchází se tím potřebě neustálého seřizování brzd. U moderních automobilů se používají čidla opotřebení, která indikují potřebu výměny destiček.

U zadních kol se obvykle používají bubnové brzdy, vybavené dutým bubnem, který se otáčí s kolem. Zadní otevřená strana bubnu je krytá nepohyblivým štítem. Na štít jsou upevněny dvě zakřivené brzdové čelisti opatřené třecím obložením. Hydraulický tlak přenášený písty v bubnu brzdy tlačí čelisti dopředu, čímž se obložení přitlačí na vnitřek bubnu a kolo se tak zpomalí nebo úplně zastaví. Na rozdíl od kotoučových brzd se k odtažení brzdových čelistí při uvolnění brzdy používají vratné pružiny. Bubnové brzdy mají při opakovaném použití v krátké době tendenci ztrácet účinek – zahřejí se a ztratí účinnost, dokud není teplo odvedeno.

Regenerativní brzdění

Vytváření energie

Jak už bylo uvedeno, kotoučové a bubnové brzdy běžných brzdových systémů u moderních vozidel využívají k zastavení vozidla tření. U většiny hybridních a elektrických vozidel se však používají regenerativní brzdy, a to kvůli přidané hodnotě v podobě dobíjení elektrických akumulátorů.

Vozidla s regenerativními brzdami brzdí pomocí reverzního chodu motoru. Když řidič sešlápne brzdový pedál, elektromotor vozidla se přepne do reverzního režimu, takže běží obráceně. Tím nejen zpomalí kola automobilu, ale také funguje jako elektrický generátor vozidla. Reverzním chodem se vyrábí elektřina, která se přivádí do akumulátoru vozidla. Hybridní a elektrická vozidla jsou vybavena i třecími brzdami, které fungují jako záložní systém pro případ, že regenerativní brzdění neposkytuje dostatečný výkon k zastavení vozidla.

Reverzního chodu motoru je možné dosáhnout využitím vlastní hybnosti vozidla. Elektronické systémy a palubní počítač vozidla určují, kdy použít běžný systém třecích brzd nebo jestli aktivovat reverzní chod motoru. Malé snížení hybnosti automobilu, dané silou, kterou řidič působí na pedál, způsobí, že elektronika vozidla aktivuje regenerativní brzdy a přepne motor na reverzní chod. Pokud je naopak potřeba vozidlo rychle zastavit, například aby nedošlo k srážce, aktivují se běžné brzdy.

Regenerativní brzdění je řízeno řídicí jednotkou brzd. Řídicí jednotky jsou elektronická zařízení, která prostřednictvím dálkového ovládání určují, kdy začne a skončí brzdění, stejně jako rychlost brzdění. Podobně jako řídicí jednotka ABS, která monitoruje vzájemnou rychlost otáčení kol, dokáže řídicí jednotka brzd vypočítat, jak velký moment je k dispozici pro výrobu elektrické energie, a zároveň monitorovat rychlost kol.

Řídicí jednotka brzd během brzdění přesměrovává vyrobenou elektřinu do akumulátorů nebo kondenzátorů. Tím zajišťuje dodávku optimálního množství elektrické energie a zabraňuje přetížení akumulátorů nebo kondenzátorů. Řídicí jednotka brzd konečně také rozhoduje o tom, který brzdový systém použít. Pokud je potřebná brzdná síla pro regenerativní brzdy příliš velká, řídicí jednotka aktivuje třecí brzdu, aby zabránila možné nehodě.

Je to účinné?

Regenerativní brzdy fungují nejlépe při určitých rychlostech, především při jízdě s častým zastavováním a rozjížděním. Ztráta energie kvůli teplu vznikajícímu při tření je kolem 80 %. Regenerativní brzdění dokáže rekuperovat polovinu této ztracené energie a snížit spotřebu paliva o 10 až 25 %.

Budoucnost účinného brzdění spočívá v hydraulických hybridech a brzdovém systému Hydraulic Power Assist (HPA). U hydraulických hybridů jsou elektrické motory a akumulátory nahrazeny motorovými čerpadly a zásobníky. Systém HPA zpomaluje vozidlo tím, že využívá jeho kinetickou energii k pohonu reverzního čerpadla, které dopravuje hydraulickou kapalinu z nízkotlakého zásobníku do vysokotlakého. Tlak se získává stlačováním plynného dusíku v zásobníku při čerpání kapaliny do prostoru, který předtím zabíral dusík. Snížení hydraulického tlaku v motorovém čerpadlu pomáhá vozidlo zpomalit. Hydraulické hybridy mají potenciál snížit spotřebu paliva o 25 až 45 %.

zdroj: machinedesign.com