เทคโนโลยีเบรกไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากนักในช่วงร้อยปีที่ผ่านมา แต่การเบรกแบบสร้างใหม่นั้นเป็นตัวแทนของการเปลี่ยนแปลงของทะเลในวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับการเบรก แทนที่จะใช้กำลังดุร้ายเพื่อหยุดรถโดยการกดหรือกดออกทางกายภาพเหมือนส่วนประกอบอย่างจานเบรกหรือดรัม เทคโนโลยีนี้กลับใช้วิธีการอย่างชาญฉลาดในการทำงานของรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบเพื่อดึงพลังงานกลับคืนมาเพียงเล็กน้อยทุกครั้งที่รถวิ่งช้าลง.
เบรกทำงานอย่างไรในรถยนต์และรถบรรทุก
ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเบรกมีการทำซ้ำมากกว่าที่จะเป็นนวัตกรรมใหม่ตลอดหลายปีที่ผ่านมา เช่น การเปลี่ยนจากดรัมเบรกเป็นดิสก์เบรกนอกจากนี้ยังมีความก้าวหน้าที่สำคัญในด้านวัสดุทางกายภาพที่ใช้ทำผ้าเบรก ซึ่งส่งผลให้วัสดุเสียดทานมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น สร้างฝุ่นน้อยลง และมีโอกาสเกิดเสียงรบกวนน้อยลง เทคโนโลยีอย่างเบรกป้องกันล้อล็อกทำให้เทคโนโลยีเบรกปลอดภัยยิ่งขึ้น แต่หลักการพื้นฐานของการแปลงพลังงานจลน์เป็นความร้อนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
เบรกแบบดั้งเดิมใช้งานได้ดี แต่มันสิ้นเปลืองอย่างมากโดยธรรมชาติของมัน ทุกครั้งที่คุณเหยียบแป้นเบรก เท่ากับว่าคุณกำลังยึดล้อของคุณอย่างมีประสิทธิภาพด้วยแรงดันไฮดรอลิกหลายพันปอนด์ กลไกที่แม่นยำนั้นเกี่ยวข้องกับโรเตอร์โลหะรูปทรงดิสก์ ซึ่งประกบอยู่ระหว่างยางแต่ละเส้นและดุมล้อ ถูกบีบระหว่างผ้าเบรกแบบออร์แกนิก เมทัลลิก หรือเซรามิก
ในรถยนต์รุ่นเก่าและเบรกหลังของรถบรรทุกขนาดเล็กบางรุ่น จะใช้ดรัมและผ้าเบรกที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่าแทนไม่ว่าในกรณีใด รถจะวิ่งช้าลงเนื่องจากการเสียดสีมหาศาลที่เกิดขึ้นระหว่างแผ่นรองกับแผ่นดิสก์ หรือรองเท้ากับดรัม การเสียดสีนั้นจะเปลี่ยนพลังงานจลน์เป็นพลังงานความร้อน (และบางครั้งก็มีเสียงรบกวนมาก) และส่งผลให้รถของคุณช้าลง
ปัญหาของเบรกแบบดั้งเดิมคือเครื่องยนต์ของคุณต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมากเพื่อสร้างพลังงานจลน์นั้น และมันจะสูญเปล่าโดยพื้นฐานแล้วเมื่อเบรกของคุณเปลี่ยนเป็นความร้อน
แนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังการเบรกแบบสร้างใหม่คือเทคโนโลยีที่หลากหลายทำให้สามารถดึงพลังงานจลน์บางส่วนกลับคืนมา แปลงเป็นไฟฟ้า แล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้
Regenerative Brakes ทำงานอย่างไร
เทคโนโลยีเบรกแบบสร้างพลังงานทดแทนที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือการนำมอเตอร์ไฟฟ้ากลับมาใช้ใหม่เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมเบรกแบบสร้างใหม่จึงมักพบในรถยนต์ไฮบริดและไฟฟ้า
ในระหว่างการทำงานปกติ มอเตอร์ไฟฟ้าจะดึงพลังงานจากแบตเตอรี่และใช้ในการเคลื่อนย้ายรถเมื่อเหยียบแป้นเบรก มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถย้อนกลับกระบวนการนี้ กลายเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยล้อที่หมุนได้ และป้อนกระแสไฟฟ้ากลับเข้าสู่แบตเตอรี่
เนื่องจากระบบเบรกแบบหมุนเวียนกลับสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องเสียบสายชาร์จ ในกรณีของรถยนต์ไฟฟ้า หรือใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับในรถยนต์ไฮบริด ประสิทธิภาพโดยรวมของรถยนต์จึงเพิ่มขึ้น นั่นแปลเป็นไมล์มากขึ้นระหว่างการชาร์จหรือการเติมน้ำมัน
เนื่องจากระบบเบรกแบบปฏิรูปพลังงานเปลี่ยนพลังงานจลน์ให้เป็นไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ พวกเขาจึงสามารถชะลอรถได้นอกเหนือจากการชาร์จแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของระบบเบรกแบบสร้างใหม่ก็มีข้อจำกัด ปัญหาหลักประการหนึ่งคือเบรกแบบสร้างใหม่ทำงานได้ไม่ดีที่ความเร็วต่ำเช่นเดียวกับที่ทำในความเร็วสูง เนื่องจากข้อจำกัดโดยธรรมชาติในการเบรกแบบสร้างใหม่ ยานพาหนะส่วนใหญ่จึงติดตั้งระบบเบรกเสริมแบบดั้งเดิมด้วย
ในลักษณะเดียวกับที่การควบคุมพวงมาลัย การเบรก และการเร่งความเร็วแบบเดิมมักจะถูกรวมไว้เป็นข้อมูลสำรองสำหรับระบบขับเคลื่อนด้วยสายไฟ เบรกแบบเดิมสามารถใช้เป็นตัวสำรองสำหรับการเบรกแบบสร้างใหม่ได้ระบบดั้งเดิมอาจเริ่มทำงานได้ก็ต่อเมื่ออุปกรณ์ขัดข้อง หรืออาจใช้ร่วมกันได้ด้วยการเบรกแบบสร้างใหม่ตลอดเวลา
ข้อจำกัดของ Regenerative Brakes
นอกจากประสิทธิภาพการเบรกแบบสร้างใหม่ได้ลดลงตามธรรมชาติแล้ว เทคโนโลยีนี้ยังได้รับผลกระทบจากข้อจำกัดอื่นๆ อีกหลายประการ สิ่งที่น่าสังเกตมากที่สุด ได้แก่:
- Regenerative braking ใช้งานได้กับล้อขับเคลื่อนเท่านั้น: หากรถยนต์ไฟฟ้าไม่ได้ขับเคลื่อนทุกล้อด้วยมอเตอร์สำหรับล้อแต่ละล้อ ล้อที่ไม่มีโรเตอร์จะไม่ทำงาน สามารถใช้ประโยชน์จากการเบรกแบบสร้างใหม่ได้
- ปัญหาเกี่ยวกับการหยุดรถแบบตื่นตระหนก: การเบรกแบบสร้างใหม่มักจะไม่ให้แรงเบรกเพียงพอภายใต้สภาวะหยุดนิ่ง นั่นเป็นหนึ่งในพื้นที่ที่เบรกแบบดั้งเดิมยังทำงานได้ดีกว่ามาก
- ข้อจำกัดของแบตเตอรี่และมอเตอร์: ประสิทธิภาพของระบบสร้างใหม่นั้นจำกัดด้วยปัจจัยต่างๆ เช่น ความจุของระบบกักเก็บพลังงานและเอาต์พุตของมอเตอร์ไฟฟ้า
- ใช้งานได้กับรถยนต์ไฟฟ้าและไฮบริดเท่านั้น: ระบบปฏิรูปแบบดั้งเดิมไม่เข้ากันกับรถยนต์ที่ไม่ใช่ไฟฟ้าและไม่ใช่ไฮบริด เนื่องจากรถยนต์เหล่านี้ไม่มีมอเตอร์ไฟฟ้า การเบรกแบบสร้างใหม่จึงมีค่าใช้จ่ายสูงและซับซ้อน
- ข้อจำกัดการเบรกแบบไดนามิก: ระบบสร้างใหม่บางระบบถูกบังคับให้ใช้ “การเบรกแบบไดนามิก” เพิ่มเติมซึ่งไม่ได้เก็บพลังงานจลน์ที่ถูกเรียกคืน
เบรกคาปาซิทีฟและเครื่องยนต์สันดาปแบบดั้งเดิม
เนื่องจากระบบเบรกแบบสร้างใหม่มักใช้มอเตอร์ไฟฟ้าในการผลิตกระแสไฟฟ้า จึงมักไม่เข้ากันกับรถยนต์ที่ใช้เครื่องยนต์สันดาปภายใน อย่างไรก็ตาม มีเทคโนโลยีสร้างพลังงานทดแทนบางส่วนที่สามารถนำไปใช้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบเดิมได้
ระบบหนึ่งดังกล่าวใช้ตัวเก็บประจุขนาดใหญ่เพื่อเก็บและปล่อยกระแสไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว จากนั้นจึงส่งผ่านหม้อแปลงแบบสเต็ปดาวน์จากนั้นเอาต์พุต 12 โวลต์จะถูกป้อนเข้าสู่ระบบไฟฟ้าของรถยนต์ ซึ่งจะทำให้เครื่องยนต์ทำงานน้อยลง เทคโนโลยีนี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงได้ถึง 10 เปอร์เซ็นต์ แม้ว่าจะยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น
รถอะไรใช้ Regenerative Brakes
รถยนต์ไฮบริดและไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้ระบบเบรกแบบสร้างใหม่บางประเภท OEM อย่างเชฟโรเลต ฮอนด้า นิสซ่า โตโยต้า และเทสลาล้วนแต่เริ่มใช้เทคโนโลยีการเบรกแบบสร้างใหม่ได้ในรถยนต์ไฮบริดและไฟฟ้า รถยนต์ที่ไม่ใช่ไฮบริดที่ใช้ระบบเบรกแบบสร้างใหม่บางประเภทนั้นพบได้น้อยกว่าอย่างเห็นได้ชัด แต่ BMW และ Mazda ต่างก็เป็นผู้ใช้เทคโนโลยีในช่วงแรกในบางรุ่น