لم تتغير تقنية الفرامل كثيرًا في المائة عام الماضية ، لكن 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 الفرامل ، تستغل هذه التقنية بذكاء الطريقة التي تعمل بها السيارات الهجينة والكهربائية بالكامل لاستعادة القليل من الطاقة في كل مرة تبطئ فيها السيارة
كيف تعمل الفرامل في السيارات والشاحنات؟
كانت التطورات في تكنولوجيا المكابح متكررة 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 تُصنع منها وسادات الفرامل ، مما أدى إلى مواد احتكاك تدوم لفترة أطول ، وتنتج غبارًا أقل ، وأقل احتمالًا لإحداث ضوضاء. جعلت تقنيات مثل الفرامل المانعة للانغلاق أيضًا تقنية الفرامل أكثر أمانًا ، لكن المبدأ الأساسي لتحويل الطاقة الحركية إلى حرارة لم يتغير.
الفرامل التقليدية تعمل على ما يرام ، 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 والمعدنية أو الخزفية.
في المركبات القديمة ، والفرامل 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.
مشكلة الفرامل التقليدية هي أن محرك سيارتك كان عليه أن يستهلك الكثير من الوقود لتكوين تلك الطاقة الحركية ، ويتم إهدارها بشكل أساسي عندما تحول المكابح 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 يعمل بواسطة العجلات الدوارة ، ويعيد تغذية البطارية بالكهرباء.
نظرًا لأن المكابح المتجددة تشحن البطارية بشكل فعال دون توصيلها بالشاحن ، في حالة السيارة الكهربائية ، أو باستخدام المولد في الهجين ، فإن الكفاءة الإجمالية للسيارة تزداد. هذا يترجم إلى أميال أكثر بين الشحنات أو زيادة الوقود.
نظرًا لأن المكابح 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. بسبب هذا القيد المتأصل في الكبح المتجدد ، فإن معظم المركبات مجهزة أيضًا بنظام كبح تقليدي إضافي.
بالطريقة نفسها التي يتم بها تضمين عناصر التحكم في التوجيه والكبح والتسارع التقليدية كنسخة احتياطية لأنظمة القيادة بالسلك ، يمكن أن تعمل الفرامل التقليدية كنسخة احتياطية للكبح المتجدد.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 أبرز ما يلي:
- الكبح المتجدد يعمل فقط على عجلات القيادة: إذا لم تكن السيارة الكهربائية تعمل بنظام الدفع بالعجلات بالكامل ، مع وجود محرك لكل عجلة ، فإن العجلات التي تفتقر إلى الدوارات ليست كذلك قادر على الاستفادة من الكبح التجديدي.
- مشاكل توقف الذعر: لا توفر المكابح المتجددة عادة قوة فرملة كافية في ظل ظروف التوقف عند الذعر. هذا هو أحد المجالات حيث لا تزال الفرامل التقليدية تعمل بشكل أفضل.
- قيود البطارية والمحرك: كفاءة النظام التجديدي محدودة بعوامل مثل سعة نظام تخزين الطاقة وخرج المحرك الكهربائي.
- العمل فقط مع المركبات الكهربائية والهجينة: الأنظمة التجديدية التقليدية غير متوافقة مع المركبات غير الكهربائية وغير الهجينة. نظرًا لأن هذه المركبات تفتقر إلى المحركات الكهربائية ، فإن تنفيذ الكبح التجديدي مكلف ومعقد.
- قيود الكبح الديناميكية: تضطر بعض الأنظمة المتجددة 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.يتم بعد ذلك إدخال خرج 12 فولت في النظام الكهربائي للمركبة ، مما يؤدي إلى إزالة بعض الحمل من المحرك. هذه التقنية قادرة حاليًا على زيادة كفاءة الوقود بنسبة تصل إلى 10 بالمائة ، رغم أنها لا تزال في مهدها.
ما هي السيارات التي تستخدم الفرامل المتجددة؟
تستخدم معظم السيارات الهجينة والكهربائية نوعًا من أنظمة الكبح التجديدي. كانت الشركات المصنعة للمعدات الأصلية مثل شيفروليه وهوندا ونيسا وتويوتا وتيسلا على متنها في وقت مبكر مع تقنية الكبح المتجدد في سياراتهم الهجينة والكهربائية. السيارات غير الهجينة التي تستخدم نوعًا من الكبح المتجدد هي أقل شيوعًا بشكل ملحوظ ، لكن BMW و Mazda كانا من أوائل المتبنين لهذه التقنية في طرازات معينة.
