Рекуперация энергии торможения


Что такое рекуперативное торможение

С момента выхода в свет Toyota Prius стукнуло уже за 20 лет, и с тех пор концепция рекуперативного(регенеративного) торможения стала достаточно известной, как метод повышения дальности пробега в гибридных и электрических транспортных средствах. Но знаете ли вы, что применение не ограничивается EV автомобилями? В наши дни вы можете найти ее во всем, в том числе велосипедах, скейтбордах и самокатах.

(демонстрация системы рекуперации энергии в bmw)

Давайте же разберемся, как работает эта технология, насколько она продуктивна в различных средствах передвижения и разумно ли везде ее устанавливать.

Движущиеся объекты обладают кинетической энергией, а когда применяется тормоз для замедления, всей этой мощи необходимо куда-то идти.

Вернемся немного в прошлое, давние времена эры неандертальцев или просто машин с ДВС. В таких автомобилях тормоза основаны исключительно на трении, поэтому при замедлении вся энергия превращается в тепло, а значит уходит в никуда, просто теряется в окружающей среде.

Но мы все же эволюционировали и нашли пути получше. Регенеративное торможение использует мотор электромобиля в качестве генератора для преобразования основной доли кинетической энергии, теряемой при замедлении, назад в батарею. В следующий раз, когда машина ускоряется, она расходует часть энергии, ранее сохраненную от рекуперативного торможения.

(Регенеративная система bmw i3)

Важно понять, что регенеративное торможение не является магическим увеличителем диапазона пробега электромобилей. Оно не делает машины более эффективными как таковые, а просто делает их менее неэффективными. В принципе, самым лучшим вариантом езды будет разгон до постоянной скорости, а затем никогда не касаться педали тормоза. Поскольку чтобы замедлиться, а потом снова вернуться к прежней скорости, потребуются лишние затраты сил, то вы получите куда больший диапазон хода, в первую очередь просто не замедляясь.

Но, очевидно, что это не реалистично. Так как нам приходится снижать скорость многократно, рекуперация - это следующий лучший вариант, так как она делает этот процесс менее бесполезным.

Насколько хорошо рекуперативное торможение

Чтобы правильно оценить данную технологию, нам нужно посмотреть на два разных параметра: коэффициент полезного действия(КПД) и эффективность. Несмотря на кажущееся сходство, они совершенно разные. КПД говорит о том, с каким успехом захватывается «потерянная» мощность торможения. Все превратилось в тепло или удалось перевести кинетический потенциал в нужное русло? С другой стороны, эффективность относится к тому, как сильно влияет регенеративное торможение на длину пути. Значительно ли увеличится ваш диапазон, или вы даже не заметите большой разницы?

(визуализация работы системы рекуперация энергии торможения в машинах VW - Volkswagen)

КПД

Никакая машина не способна достичь коэффициента полезного действия в 100% (без нарушения законов физики), так как любая передача энергии неизбежно повлечет за собой потерю в форме тепла, света, шума и т. д. КПД процесса зависит от многих факторов, таких как двигатель, батарея и контроллер, но часто значение оценивается в районе 60-70%. По словам Tesla, их технология обычно теряет 10-20% кинетического потенциала при попытке его захватить, а затем еще 10-20% при преобразовании отложенных запасов обратно в ускорение. Это довольно стандартные числа для основной массы электрических транспортных средств, включая машины, грузовики, велосипеды, самокаты и т. д.

Отметим, что эти 70% не говорят нам, что регенеративное торможение даст 70% -ный рост пути от одного заряда. Технология не приведет к увеличению диапазона от 100 км до 170 км. Это лишь означает, что 70% кинетической энергии, потерянной во время торможения, может быть снова возвращено.

Поэтому рассмотрение лишь КПД системы мало что значит. Что должно нас больше заинтересовать, так это эффективность рекуперативного торможения.

Эффективность

Здесь все куда интереснее. Эффективность рекуперативного торможения - это показатель того, насколько система способна увеличить запас хода транспортного средства.

Как вы, наверное, уже догадались, показатель значительно варьируется в зависимости от факторов, включая условия движения, местность и размер транспортного средства.

Немалое влияние оказывают условия вождения. Вы увидите значительно лучшую отдачу в городе, где приходится многократно сбрасывать скорость на светофорах или в пробках, чем на шоссе. Ландшафт также играет весомую роль. Подъем в гору не дает вам много шансов на остановку, а вот при спуске для безопасности часто нужно притормаживать, что позволит преобразовать больший объем кинетических запасов. На длинных склонах рекуперативная система может применяться почти без остановок, чтобы регулировать скорость, тем самым заряжая аккумулятор в течении продолжительного промежутка.

Размер транспортного средства может быть самым значительным фактором для данного показателя по той простой причине, что более тяжелые тела содержат в себе гораздо больший импульс и кинетическую энергию. Подобно тому, как большой маховик является более эффективным, четырехколесный автомобиль имеет куда больше кинетической энергии при движении, чем мотоцикл или самокат.

Эффективность системы регенерации в автомобилях

Данные для сравнения могут быть несколько сложными. Машины Tesla выдают мощность рекуперативного торможения в 60 кВт при жесткой остановке, но это не отвечает на более интересный вопрос. Мы хотим знать, сколько энергии мы регенерируем во время поездки, а не насколько сильны наши тормоза каждый раз, когда мы месим педаль.

К счастью, ряд водителей Tesla смогли посчитать возврат энергии, используя различные приложения для отслеживания данных. Владельцы Model S сообщили о возмещении около 32% от общего потребления энергии в момент подъема, а затем спуска на холмистой местности. Таким образом, при таком коэффициенте ход увеличивается со 100 до 132 км. Другой собственник рассказал о регенерации 28% энергии (форум на датском языке). Остальные же пишут, что во время обычных поездок возвращается в среднем 15-20% от общего потребления.

Другие автопроизводители также использую данную систему в своих машинах. Например Audi говорит, что технология рекуперативного торможения, установленная в Audi Q7 позволит сэкономить до 3% топлива. Но если брать только электромобили, то компания обещает увеличение длины пути на 30% в их будущей модели Audi e-Tron.

Эффективность рекуперативного торможения в велосипедах, самокатах, скейтбордах и других персональных EV

Для небольших электрических транспортных средств цифры не столь оптимистичны. На многих велосипедах с функцией рекуперативного торможения средним показателем является 4-5% регенерации, максимум 8% в холмистых районах. Другие персональные электромобили, включая самокаты и скейтборды, имеют схожие результаты.

Как мы писали выше, столь небольшие цифры во многом связаны с меньшим весом данных средств. У них просто нет большого импульса и, следовательно, они имеют меньшую кинетическую энергию для преобразования обратно аккумулятор.

А это вообще важно, насколько хорошо работают рекуперативные тормоза?

В индустрии электрических велосипедов регенеративное торможение иногда может использоваться скорее как маркетинговый инструмент, чем как целесообразное нововведение. Поскольку технология, как правило, возможна только в электрических байках с более крупными безредукторными двигателями, то производители таких велосипедов будут обязательно использовать столь эффективную разработку в своих моделях. В то же время компании, выпускающие байки со среднеразмерными приводами и другими редукторными моторами, которые не приспособлены к регенеративному торможению, относят технологию в разряд неэффективных и просто не ставят.

Истина заключается в том, что для небольших и персональных транспортных средств рекуперация не так эффективна, как в крупных электромобилях, однако эта функция все равно имеет множество преимуществ.

Одним из самых весомых плюсов разработки можно назвать применение в качестве еще одной замедляющей силы для небольших персональных EV. К примеру, электрический самокат Xiaomi M365 для переднего моторного колеса использует только остановку регенерацией, в то время как для заднего колеса применяется традиционный дисковый тормоз. Это означает, что самокат имеет два независимых элемента замедления хода с одним рычагом управления для их активации, что снижает стоимость, вес и сложность сборки.

Рекуперация также позволяет внести механизм остановки в скейтборды - подвиг, который ранее выполнялся через трение подошвы вашей обуви о тротуар. Данная функция является очень полезной для безопасности в связи с появлением популярных моделей, достигающих скоростей более 30 км/ч.

Еще одним преимуществом регенеративного торможения является продление срока службы обычным тормозным деталям, таким как кабели и тормозные колодки. Постоянное обслуживание и замена данных частей раздражает, а если учесть, что электрические велосипеды и самокаты путешествуют намного дальше и быстрее, чем их не электрические братья, то детали изнашиваются намного раньше.

В конце концов, регенеративное торможение никогда не будет столь полезным в небольших средствах передвижения, как в крупных, просто из-за законов физики. Поэтому отсутствие технологии на электрических велосипедах и других малых EV для личного пользования не есть что-то ужасное. Однако преимущества использования этой разработки, без учета простого перехвата мощностей, нельзя игнорировать. И эй, вы будете получать бесплатный 5%-ный рост диапазона каждый день!

Система рекуперативного торможения — DRIVE2

В современных гибридных автомобилях используется система рекуперативного торможения. В основу системы положен электрический способ рекуперации кинетической энергии.

Движение автомобиля сопровождается кинетической энергией. При торможении с использованием традиционной тормозной системы избыток кинетической энергии преобразуется в тепловую энергию трения тормозных колодок и тормозного диска и, соответственно, расходуется вхолостую.

В системе рекуперативного торможения для замедления используется электродвигатель, включенный в трансмиссию автомобиля. При торможении электродвигатель начинает работать в генераторном режиме, на валу двигателя создается тормозной момент и вырабатывается электрическая энергия, которая сохраняется в аккумуляторной батарее. Запасенная электрическая энергия используется в дальнейшем для движения автомобиля.

Применение системы рекуперативного торможения обеспечивает максимальную отдачу от каждого заряда аккумуляторной батареи и высокую топливную экономичность. Рекуперативное торможение наиболее эффективно на передней оси автомобиля, т.к. до 70% кинетической энергии при торможении приходится именно на переднюю ось.Эффективность системы рекуперативного торможения значительно снижается на низких скоростях движения автомобиля. Поэтому для доведения автомобиля до полной остановки используются традиционные фрикционные тормоза. Совместная работа двух систем находится под управлением электроники.

Отдельный электронный блок управления реализует следующие функции:— контроль скорости вращения колес;— поддержание тормозного момента электродвигателя, необходимого для замедления автомобиля;— перераспределение тормозного усилия на фрикционную тормозную систему;

— поддержание крутящего момента, необходимого для зарядки аккумуляторной батареи.

В данной тормозной системе механическая связь между педалью тормоза и тормозными колодками отсутствует. Решение о торможении принимает электроника на основании анализа действий водителя и характера движения автомобиля.

В работе электронная система рекуперативного торможения взаимодействует с антиблокировочной системой тормозов, системой распределения тормозных усилий, системой курсовой устойчивости, усилителем экстренного торможения.

Система рекуперации кинетической энергииПомимо электрического способа рекуперации кинетической энергии существуют и другие способы: механический, гидравлический, пневматический. Самый распространенный из них является механический способ и построенные на его основе система рекуперации кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems, KERS). В данной системе кинетическая энергия движущегося автомобиля возвращается при торможении и сохраняется для дальнейшего использования с помощью маховика. В отличие от рекуперативного торможения система KERS не создает тормозной момент.

Маховик включен в трансмиссию автомобиля, вращается в вакуумной камере и при торможении разгоняется до 60000 об/мин. Конструкция обеспечивает сохранение энергии до 600 кДж и передачу мощности до 60 кВт (80 л.с.). Запасенная энергия используется для кратковременного скоростного рывка в движении или при трогании с места.Система KERS применяется в автоспорте на автомобилях Formula 1 с 2009 года. На автомобилях массового использования применение данной системы только планируется. Ближе всех к серийному применению системы рекуперации кинетической энергии находятся разработки компании Volvo.

Cистему KERS предлагается использовать при движении автомобиля в городском цикле. При торможении двигатель автомобиля выключается, маховик раскручивается и запасает энергию. При трогании с места используется энергия маховика, автомобиль трогается, а двигатель запускается уже в движении.

По заявлениям Volvo применение системы рекуперации кинетической энергии обеспечивает снижение расхода топлива на 20% и сокращение вредных выбросов.

Что такое рекуперация торможения в электромобилях

Дата публикации: 25 октября 2018. Категория: Автотехника.

Тормоза являются очень важной частью любого автомобиля. От их исправной работы во многом зависит безопасность движения. Однако, редко кто из водителей задумывался, насколько много энергии расходуется «впустую» при торможении. От трения тормозных колодок о диски выделяется значительное количество тепла, которое просто уходит на обогрев окружающего воздуха. А что если эту энергию аккумулировать и использовать повторно? Все возможно и процесс этот называется рекуперацией (то есть, частичный возврат энергии). Такие системы уже довольно давно устанавливают при производстве «гибридов» и электромобилей. В нашей обзорной статье мы постараемся кратко рассказать о разнообразных способах рекуперации.

Разновидности систем рекуперации энергии

По способу возврата энергии торможения различают три основных разновидности таких систем:

  • электрические;
  • механические;
  • гидравлические.

Первые в настоящее время достаточно широко применяют на обычных легковых автомобилях (в основном, гибридных и электрических). Вторые используют только для спортивных болидов. Третьи в последнее время находят применение на большегрузных коммерческих грузовиках и городских автобусах.

Система рекуперации на «гибридах» и электромобилях

На данных автомобилях устанавливают электрические системы возврата энергии. Как это работает? Сначала немного теории. Любой электродвигатель постоянного тока при подаче на него напряжения начинает вращаться и работать как мотор. Если же раскрутить его вал механическим способом, то на клеммах вырабатывается напряжение. То есть, электромотор может выполнять одновременно две функции: в первом случае двигателя, а во втором генератора. Этот принцип и лег в основу электрических систем рекуперации энергии, который с успехом реализуют на электро- и гибридных автомобилях. Ведь и те и другие изначально оборудованы электродвигателями, которые довольно просто перевести в режим генератора. Принцип работы таких систем достаточно прост:

  • При наборе скорости (то есть при нажатии на педаль газа) электродвигатель питается от аккумуляторной батареи и передает через трансмиссию вращательный момент на колеса автомобиля.
  • В момент торможения встроенная электроника переключает его в режим генератора.
  • Усилие, необходимое для его «раскручивания» замедляет вращение трансмиссии и способствует процессу остановки транспортного средства.
  • Вырабатываемое мотором/генератором напряжение через специальный контроллер подзаряжает аккумуляторную батарею. То есть, часть энергии удается возвратить для ее последующего использования.

Важно! Естественно, при экстренном торможении рекуперативная система не может резко остановить автомобиль. Вследствие этого полностью отказываться от привычных конвекционных тормозов нельзя. Поэтому в зависимости от степени нажатия на педаль тормоза встроенный компьютер «принимает решение» и подключает в помощь к рекуперативному торможению стандартную тормозную систему автомобиля.

Достоинствами применения электрических систем рекуперации энергии являются:

  • для электромобилей – увеличение автономности без очередной подзарядки аккумуляторных батарей;
  • для гибридных транспортных средств – снижение расхода топлива.

Система рекуперации на автомобилях со «Старт-Стопом»

Любому автомобилисту известно, что при запуске двигателя происходит наибольший расход энергии аккумулятора. Транспортные средства, оборудованные системой «Старт-Стоп», отличаются тем, что после каждой остановки мотор автоматически глушится и потом при возобновлении движения заводится. То есть, батарея быстро теряет свою емкость и «требует» подзарядки. А времени, чтобы это сделать (с помощью штатного генератора) в условиях коротких пробегов и частых остановок на светофорах и в пробках, может просто не хватить. И вот тут электрическая система рекуперации смогла бы обеспечить дополнительный заряд аккумулятора. Существенным минусом ее применения на автомобилях «Старт-Стоп» является удорожание самого транспортного средства за счет установки специального генератора (подключаемого непосредственно к трансмиссии в момент торможения) и усложнение всей электронной «начинки».

SMART системы рекуперации

Как работает эта так называемая «умная» система? При разгоне транспортного средства, когда двигатель испытывает повышенные нагрузки, происходит отключение штатного генератора. Это позволяет мотору быстрее набрать обороты и израсходовать меньше топлива. При торможении генератор включается в работу и происходит рекуперация энергии. В процессе движения электроника «отслеживает» величину емкости батареи. При ее уменьшении (до 75% от номинальной) автоматически включает генератор, чтобы произвести подзарядку аккумулятора.

Система рекуперации с накопительным конденсатором

Период торможения автомобиля длится достаточно короткое время. Поэтому из-за технологических особенностей устройства современных аккумуляторных батарей (а вернее химических процессов, происходящих при их подзарядке) сохранить большое количество энергии в них довольно трудно. Компания Mazda разработала систему рекуперации с использованием накопительного конденсатора. В процессе торможения специальный генератор с напряжением 12÷25 В за короткий отрезок времени заряжает емкость. Далее накопленная энергия через конвертор (DC/DC) преобразуется в привычные 12 В и поступает либо на различные потребители (кондиционер, CD-плейер и так далее), либо подзаряжает штатную аккумуляторную батарею. По утверждению производителя экономия топлива составляет не менее 10%.

Механическая рекуперация

Механический способ рекуперации кинетической энергии:

  • В момент торможения специальный маховик, установленный в заполненном вакуумом кожухе (для снижения потерь от трения), раскручивается до значительных оборотов (50000÷70000 об/мин).
  • При старте энергия от вращающегося маховика передается на колеса автомобиля в течение нескольких секунд и «помогает» двигателю «разогнать» авто до нужной скорости. Это приводит к тому, что в момент трогания с места автомобиль получает дополнительные 70÷80 лс мощности.

Для информации! Экспериментальный прототип Volvo S60 с карбоновым маховиком Ø=20 см и весом всего 6 кг) разгонялся до скорости в 100 км/час всего за 5,5 сек. При испытаниях в так называемом городском цикле (с большим количеством остановок) экономия топлива составила 25% (по сравнению с базовой комплектацией).

В настоящее время такой вид рекуперации энергии нашел свое практическое применение только в болидах Формулы-1, а также в эксклюзивных моделях от Porsche и Ferrari. Но инженеры-автомобилестроители считают, что в будущем такие системы могут быть установлены и на обычных городских легковых автомобилях.

Гидравлическая система рекуперации

Автомобиль с гидравлической системой рекуперации энергии оборудован специальным мотором-помпой и двумя гидро аккумуляторами (низкого и высокого давления). Принцип работы:

  • При нажатии на педаль тормоза помпа подключается к трансмиссии автомобиля и перекачивает жидкость из гидро аккумулятора низкого давления в баллон, заполненный газообразным азотом (который является своего рода накопителем энергии). Газ при этом сжимается и давление в емкости повышается. Усилие, необходимое для работы помпы замедляет движение автомобиля и «помогает» его остановить.
  • До тех пор, пока водитель снова не нажмет на педаль газа, жидкость остается под давлением в аккумуляторе. После этого она поступает в мотор-помпу и передает (через трансмиссию) сохраненную энергию на колеса автомобиля.

Разработчики утверждают, что использование таких систем рекуперации позволяет «вернуть» в автомобиль до 80% энергии, обычно затрачиваемой «впустую» при торможении. Однако значительные размеры и вес дополнительного оборудования, которое необходимо установить на автомобиль для реализации такой системы рекуперативного торможения, ограничивают ее применение. Поэтому в настоящее время ее используют только на большегрузных транспортных средствах и общественном городском транспорте, работающим в режиме частых остановок и возобновления движения.

Page 2

Дата публикации: 18 марта 2016. Категория: Мототехника.

Современная двух-, трех- и четырехколесная техника, бесспорно, выглядит очень эффектно. Тем не менее, стоят такие «игрушки» соврем не по-детски. Цена популярных сегодня квадроциклов может составлять до 1 миллиона рублей, за такие деньги можно купить полноценный автомобиль хорошей марки из автосалона. Но, даже несмотря на свою дороговизну о таком вездеходе мечтают и взрослые и дети.

Какие же нужны права на квадроцикл и нужны ли они вообще? Если мы откроем последнюю версию ПДД, то в обязанностях водителей черным по белому будет написано, что для управления транспортным средством с двигателем объемом более 50 кубов обязательно нужны права, и квадроцикл в этом плане не исключение. Согласно тем же правилам квадроцикл подпадает под категорию мотоциклов. Соответственно любое ТС с двумя, тремя или четырьмя колесами, массой до 400 кг может быть использовано только при наличии прав. Однако, по женевской конвенции квадроциклы относятся внедорожной технике, которая не предназначена для передвижения по дорожному полотну. Исходя из этого некоторые владельцы «квадриков» проживающие в сельской местности не особенно озадачиваются получением прав и ездят в свое удовольствие. Тем не менее, если даже на проселочной грунтовой дороге вам в такой ситуации встретится инспектор ГИБДД, то блюститель закона будет вправе вас оштрафовать и даже отправить квадроцикл на штрафстоянку.

Для того чтобы не бояться внезапной встречи лучше получить необходимые документы. Однако, тут у многих возникает путаница, так как сейчас есть квадроциклы и квадрициклы. Эти транспортные средства отличаются друг от друга и требуют наличия разных категорий прав. Разберемся по порядку.

Какая категория прав нужна для квадрицикла

Отличить квадрицикл от его собрата очень легко. Этот вездеход больше напоминает миниатюрную машину, да и управление в нем осуществляется «по-автомобильному». Кроме этого, квадрициклы часто оснащаются крышей, а вместо седла в них есть удобный диван или кресло, как в машине. Еще одна отличительная черта – это «баранка».

Важно! При покупке квадрицикла продавец обязательно должен приложить к вездеходу ПТС (паспорт транспортного средства) для оформления в МРЭО.

В 2013 году в правах появилась доселе неизвестная категория – B1. Многие сочли, что она позволяет управлять машиной с автоматической коробкой передач, но это не так. Категория В1 предназначена как раз для трициклов и квадрициклов.

Но, это уместно, если ТС отвечает определенным требованиям (конструкции органов управления, массе, объему движка и так далее), но ведь вездеходы бывают разные, поэтому копнем глубже. Существуют еще такие категории, как: М и А. Для чего нужны они?

Какая категория прав нужна для квадроцикла

Если речь идет о квадроцикле, то в виду имеется мототранспортное внедорожное средство, обладающее своими отличительными чертами. Во-первых, сиденье у таких вездеходов мотоциклетное, точно также как и ручки управления. Во-вторых, конструкция руля квадроцикла напоминает велосипедную.

По своим характеристикам и в ПДД квадроциклы относятся к категории тракторов и для управления такой техникой требуются соответствующие права категории А1.

Важно! При покупке квадроцикла убедитесь в наличие ПСМ (паспорта самоходной машины) для регистрации в Гостехнадзоре.

Никаких других вариантов тут нет, так как такой путаницы, как с квадрициклами пока не придумали. Поэтому для управления «мини-трактором» можно смело оформлять права категории А1 (категория на квадроцикл).

Владельцам «квадро» с объемом движка не превышающим 50 кубов будет достаточно прав категории М (для мотороллеров).

Таким образом, можно условно разделить три категории на следующие типы:

  • М – для управления мопедами легкими квадрОциклами (объемом двигателя до 50 куб. см);
  • А1 – для мотоциклов и квадрОциклов мощностью двигателя до 11 кВт или объемом до 125 куб. см;
  • В1 – для управления трициклами и квадрИциклами.

Что нужно чтобы получить права на квадроцикл

К кандидатам на получение прав предъявляются стандартные требования. Для того чтобы получить допуск к экзамену будущему водителю должно быть не меньше 16 лет. Кроме этого, кандидат должен пройти осмотр в официальном медицинском учреждении. В справке должно быть указано, что вам разрешено управлять транспортными средствами, самоходными машинами и прочей техникой.

После этого будущий водитель вездехода должен пройти соответствующее теоретическое обучение.

Полезно! Для получения прав категории А1 допускается и самостоятельная подготовка.

Также понадобится подготовить следующий пакет документов:

  • документ, удостоверяющий личность;
  • заявление на сдачу экзамена;
  • справку из медицинского учреждения;
  • документ, подтверждающий что было пройдено обучение (обязателен только для квадрициклов);
  • удостоверение тракториста-машиниста (если таковое когда-либо выдавалось);
  • фотографию (3х4 см);
  • квиток об уплате госпошлины.

После подачи документов, все бумаги будут рассмотрены и вам сообщат о времени, месте и дате проведения экзамена.

На экзамене на категорию А1, кандидат должен пройти следующие «испытания»:

  • пройти тест на знание правил безопасности в процессе эксплуатации квадроцикла;
  • пройти тест на знание ПДД (общие правила);
  • пройти практическое испытание, которое проводится на закрытой площадке (маршрут аналогичен городским условиям).

При успешной сдаче экзамена кандидат получает удостоверение (действует 10 лет), после чего он может управлять квадроциклом.

В заключении

Оформление прав обязательно для всех людей, планирующих управлять такой техникой. Это нужно не только «для галочки», а в первую очередь для того, чтобы избежать аварийных и травмоопасных ситуаций как на дороге, так и за ее пределами. Поэтому даже если вы планируете ездить на квадроцикле по своему частному загородному участку, изучение правил безопасной эксплуатации вездеходов не будет лишней.

Page 3

Дата публикации: 17 марта 2016. Категория: Мототехника.

Квадроциклы за последние годы стали довольно популярным развлечением и даже видом спорта. Четырехколесные вездеходы используются как для экстремальных гонок по непроходимой местности, так и для спокойного отдыха с семьей, поэтому в продаже сегодня можно встретить и детские модели таких «машинок». Стоит такое удовольствие недешево (например, квадроциклы «Хонда» обойдутся от 450 000 до 750 000 рублей), но никаких специфических навыков для того, чтобы управлять этими мото-устройствами не требуется.

Стоит учитывать что для управления вездеходом взрослому человеку нужны права категории А1 (такие же выдаются трактористам-машинистам). Если мы говорим про детский электрический квадроцикл, то тут вопрос остается открытым. С одной стороны, ребенок в возрасте 16 лет должен владеть правами категории М, а с другой стороны, на «игрушечный» квадроцикл можно садиться с 4 лет. При этом правило касается всех машин с максимальным объемом двигателя до 50 куб см.

Само собой, вряд ли вас кто-то станет штрафовать на загородном участке или в чистом поле в деревне. Но если чадо окажется поблизости от дороги, родители могут «попасть» на штраф в размере от 5 000 до 15 000 рублей, поэтому лучше проявить бдительность.

Ну а если вы не хотите получать никаких прав, то просто катайтесь на специально отведенных и огороженных площадках, там можете наслаждаться отдыхом без лишних проволочек.

Перед тем как определиться с категориями различных квадроциклов разберемся в одном важном вопросе.

Чем квадрицикл отличается от квадроцикла

Путаница и недоумение понятны, так как в новых ПДД появились поправки исходя из которых существует два созвучных четырехколесных мотоцикла. Итак, чтобы раз и навсегда разобраться в этом вопросе, достаточно запомнить следующее:

  • посадка в квадроцикле осуществляется «верхом», а в квадрицикле «по-автомобильному», то есть в качестве сиденья выступает кресло или диван;
  • руль в квадроцикле мотоциклетный (велосипедный), а в квадрицикле – «баранка»;
  • в квадроцикле нет педалей, все функции выполняются «по-мотоциклетному». В квадрицикле же есть акселератор тормоз и сцепление, которые выполнены в качестве отдельных, независимых рычагов.

Ну и последнее – это салон. В квадрицикле он есть, а вот в квадроцикле отсутствует. Первые «игрушки» реже встречаются, поэтому говорить мы будем именно о «квадро», которых существует несколько типов.

Классы квадроциклов

На сегодняшний день существует несколько категорий (классов) четырехколесных мотоциклов: утилитарные, спортивные и туристические. Рассмотрим особенности всех типов подробнее.

Утилитарные

Такие «машинки» относятся к самым тяжелым, но при этом они на сегодняшний день пользуются наибольшей популярностью. На утилитарных квадроциклах можно без проблем гонять по бездорожью и по горным подъемам. Благодаря большой массе, глубокому протектору и высокой мощности на четырехколесных мотоциклах не страшны даже самые сложные условия. Кроме этого, такие модели можно комплектовать дополнительным оборудованием, благодаря чему мини-вездеходы становятся очень удобными помощниками в хозяйстве. Конечно, использовать такую «игрушку» в качестве грузового авто не получится, но благодаря силовому агрегату объемом 500 куб см и более вы сможете выполнить большую часть сложных задач. Помимо этого, утилитарные вездеходы имеют независимую подвеску, а также тормоза дискового типа.

Полезно! Некоторые модели утилитарных квадроциклов могут быть оснащены гусеничным ходом.

Утилитарные квадроциклы оснащены приводом 4х4, при этом колеса имеют малый диаметр. Обычно такие модели оснащаются несколькими багажными отсеками (сзади и спереди).

Спортивные

Исходя из названия этой категории, становится ясно, для чего нужны такие вездеходы. Чаще всего спортивные квадроциклы используются на специально подготовленных треках, то есть местность вроде как и непроходимая, но «оформлена» она таким образом, чтобы машина не завязла. А происходит такое частенько, так как вес спортивной модели редко превышает 300 кг.

Зато скорость «спортсмены» развивают куда большую (около 145 км/ч), если сравнивать с утилитарными вездеходами. Если говорить о мощности силового агрегата, то тут спортивные квадроциклы тоже выигрывают, так как вместо 500 куб см, они могут похвастаться всеми 800 кубами.

Привод у такого агрегата может быть только на 2 колеса, коробка передач при этом ручная, а подвеска установлена независимого типа с мощными аммортизаторами. Дополнительное оборудование для этого типа квадроциклов не предусмотрено. Дело в том, что любые дополнительные настройки увеличат массу четырехколесного мотоцикла, а это, в свою очередь, скажется на маневренности машины.

Еще одно отличие спортивных моделей от прочих типов – это аварийная чека в системе зажигания. В случае если водитель вылетел с сиденья – агрегат глохнет.

Добиться высокой устойчивости при большой скорости на спортивных квадроциклах удается за счет широкой колеи.

Туристические

Этот тип квадроциклов произошел от утилитарного и также считается довольно популярным в нашей стране, где пруд пруди незнакомых и труднопроходимых маршрутов, которые буквально манят первопроходцев завоевать новые земли.

Если говорить об отличительных особенностях туристических квадроциклов, то стоит отметить колеса с низким давлением, благодаря чему машины свободно пересекают песчаные, снежные, грязевые и прочие непролазные поверхности. В отличие от обычных двухколесных мотоциклов, четырехколесники всесезонные.

Привод у «туристов» полный, а АКПП оснащена вариатором, благодаря которому водить квадроцикл может, даже только что севший за руль новичок.

Багажников на таких моделях чаще всего не бывает либо для них только предусмотрено свободное пространство.

Среди положительных моментов - место для второго пассажира. В отличие от остальных типов туристические квадроциклы чаще выпускаются двухместными.

Это то, что касается типов и различий, но если вы выбираете мини-мотоцикл для ребенка, то стоит знать некоторые нюансы таких машин.

Особенности детских квадроциклов

Внешне такие четырехколесники напоминают взрослые модели, разве что конструкция чуть проще, а движок не такой мощный. Кроме этого, детские квадроциклы, видео которых вы найдете в статье, обладают функцией «родительский контроль». Он работает по следующему принципу – специальной рукояткой вы можете самостоятельно задать максимально возможную скорость машины в диапазоне от 5 до 19 км/ч. Также детские квадроциклы оснащаются механизмом дистанционного отключения двигателя и ключом стартера. Последний позволит вам избежать ситуации, если ваше чадо решит покататься без ведома родителей.

Если говорить о категориях детских вездеходов, то условно можно выделить следующие типы:

  • Для детей в возрасте от 3 до 10 лет выпускаются бензиновые модели с двухтактным движком (ДВС), а также с электродвигателем на 350 Ватт. На таких «игрушках» ребенок сможет всласть накататься по асфальту, песку или тропинкам на протяжении 5 часов.
  • Для детей от 10 лет или более младших «гонщиков» крупного телосложения больше подойдет двухтактный или четырехтактный квадроцикл, рассчитанный на больший вес. По большому счету это почти взрослые модели, оснащенные поворотниками, спидометром, зеркалами и прочим.

Если же вы опасаетесь сажать ребенка на бензиновый вездеход, то вам подойдет квадроцикл детский электро (электрический). Такие четырехколесники считаются более безопасными, так ка работают они благодаря электроэнергии, а не бензину. Обычно одной «зарядки» хватает приблизительно на 25-30 км.

Также стоит обратить внимание на рекомендации по объему двигателя для детских квадроциклов:

  • Детям от 3 до 10 лет можно приобрести машину с двигателем объемом не более 49 кубов либо электрический квадроцикл.
  • Для подростков от 10 до 16 разрешенный объем движка составляет 90 куб см.
  • Более старшие дети (от 16 лет) могут управлять более «серьезными» квадроциклами.

Если говорить о стоимости, то цена на детские модели не такая «космическая» как на взрослые и хорошую машину ребенку можно купить от 15 000 до 50 000 рублей.

В заключении

Выбирать квадроцикл для ребенка по принципу «на вырост» не стоит, так как более мощная модель может стать причиной серьезных последствий. Кроме этого, перед тем как посадить ребенка на такую «игрушку» проведите с ним инструктаж и объясните, как управлять техникой в условиях пересеченной местности. Во всем остальном не бойтесь прививать своему чаду любовь к управлению транспортным средством. Учась управлять квадроциклом, ребенок уже с ранних лет начинает понимать всю серьезность управления машиной.

Рекуперативное торможение - что это и когда будет наших авто?

Рекуперативное торможение — что это такое и как работает?

Друзья, вы наверняка замечали, что в последние годы тема всевозможных возобновляемых и экологически чистых источников энергии муссируется очень активно.

В связи с этим хотелось бы поговорить о системе, которая просто таки творит чудеса — система рекуперативного торможения.

Во первых хочется сказать, эта новомодная система добралась все-таки и до любимых нами легковушек. Теперь уже практический каждый автопроизводитель имеет в своём арсенале по парочке моделей с гибридной силовой установкой, а то и вообще электромобиль.

Рекуперативное торможение — источник энергии

В чём же суть данной технологии? Оказывается, что во время движения наши с Вами автомобили не только поглощают энергию, съедая топливо, но и выделяют её.

Происходит это, как правило, во время торможения, когда масса кинетической энергии улетучивается в виде тепла от тормозных механизмов в атмосферу. «Зачем же нам греть воздух, если можно использовать её в других целях», — как-то раз задумались инженеры.

Результатом их трудов и стала система рекуперативного торможения, то есть такая, которая возвращает часть выделяющейся энергии обратно, в организм автомобиля, где потом используется вновь, а это значит, что мы экономим.

Проще всего такой фокус можно реализовать на гибридных машинах и электромобилях. Почему? Ответ будет дальше.

Кстати, автомобильный транспорт не единственный, где можно встретить рекуперационные системы. Довольно активно и давно они используется на железной дороге у электровозов, а также на городском электротранспорте – трамваях и метро.

Как сохранить энергию торможения?

С сутью рекуперации мы, кажется, разобрались, теперь остаётся выяснить, как она реализована на практике. Есть несколько способов повернуть энергию, выделяющуюся при торможении, в нужное русло. Мне известны только два:

  • электрический;
  • механический.

Электрический метод

Электрическое рекуперативное торможение, с технологической точки зрения можно назвать самым доступным, и именно он наиболее точно подходит под определение этой системе.

Система рекуперативного торможения

Электрический метод актуален для автомобилей с гибридными моторами (ДВС + электропривод) или для электромобилей.

Главную роль тут играют электродвигатели, которые благодаря своим свойствам, могут не только крутить колёса, но и крутиться сами под воздействием внешних сил, превращаясь в генераторы.

В момент рекуперативного торможения, электромотор переключается в генераторный режим и создаёт дополнительное останавливающее усилие на осях. В этом случае он уже не потребляет энергию аккумулятора, а наоборот, подзаряжает его, и так повторяется каждый раз, когда вы нажимаете на тормоз.

Таким образом, по подсчётам автопроизводителей, подобная система рекуперации на гибридном авто экономит до 30% запасов топлива.

Необходимо отметить, что в зависимости от скорости машины, электроника сама выбирает как ей лучше оттормаживаться – с помощью электродвигателя или традиционными методами.

Механический способ

Механическое рекуперативное торможение. По сути, это не система рекуперативного торможения, а система рекуперации кинетической энергии, так как она не способствует тому, чтобы автомобиль остановился, а просто накапливает часть энергии, выделяющейся во время снижения скорости.

В данном методе в качестве ключевого элемента используется маховик, который раскручивается во время торможения и затем отдаёт эту кинетическую энергию по мере дальнейшего движения авто.

Вращается маховик в вакуумной камере, а при торможении автомобиля раскручивается до 60000 об/мин. Конструкция такова, что она сохраняет энергию во вращательном маховике до 600 кДж, а при отдаче выдает мощность до 60 кВт, что составляет 80 л.с.

Такая система, получившая название KERS, несколько лет назад эксплуатировалась на гоночных машинах Формулы-1, где позволяла кратковременно добавить двигателю внутреннего сгорания ещё несколько десятков лошадиных сил.

В гражданской технике рекуперативное торможение пока является экзотикой и серийно не устанавливается.

Система KERS — рекуперация кинетической энергии (Kinetic Energy Recovery Systems)

Таким образом, наши дорогие читатели, мы видим, что игры с кинетической энергией, выделяющейся при торможении, могут давать вполне ощутимые результаты в виде экономии топливных ресурсов.

Но, справедливости ради, нужно заметить, что все эти системы довольно дорогое удовольствие, которое пока что очень осторожно становится массовым продуктом.

На этом всё, спасибо за внимание и до новых встреч!

О системах рекуперации энергии в автомобилях bmw и других

Может, это покажется странным, но автомобиль можно рассматривать как устройство для напрасного расходования энергии. Так, кпд бензиновых ДВС по оценкам экспертов составляет максимум тридцать три процента, причем часть ее теряется через систему охлаждения, часть – через систему выхлопа, а часть при торможении и разгоне, а также в пробках. Чтобы уменьшить потери, используется рекуперация энергии.

Рекуперация в автомобиле

При движении на автомобиле, особенно в условиях города, почти постоянно приходится разгоняться и тормозить. При разгоне мощность мотора тратится на увеличение скорости, а при торможении кинетическая энергия разогнавшегося авто просто теряется. Вот для того, чтобы частично ее использовать, существует система рекуперации энергии, благодаря которой осуществляется зарядка АКБ.

Наиболее простым способом это реализуется на гибридном автомобиле. При обычном режиме движения вспомогательный ДВС вращает генератор. Тяговые моторы получают от него питающее напряжение и крутят колеса. Когда машина тормозит, то генератор отключается, и уже колеса крутят тяговые моторы, а они начинают работать как генератор и вырабатывают электроэнергию, которая сохраняется аккумулятором. Вот таким образом в системе рекуперации, энергия торможения становится электроэнергией.

Подобный подход к использованию торможения возможен не только на гибридном автомобиле. Например, на многих машинах семейства bmw реализуется аналогичный способ, только несколько измененный. На некоторых моделях bmw при разгоне генератор не работает, что позволяет уменьшить нагрузку на двигатель, а также снизить потребление горючего. Когда же водитель начинает процесс торможения, то подключается генератор и начинает подзарядку АКБ. Применение подобным образом рекуперации энергии торможения в автомобиле, для зарядки аккумуляторов, с питанием от них в дальнейшем бортовой электроники, достаточно традиционно. Как уже отмечалось, это позволяет добиться экономии топлива и повысить динамические характеристики, за счет расходования мощности двигателя исключительно на движение. Однако, это не единственный подход, который реализуют изготовители для рационального использования энергии на автомобиле в процессе торможения.

Система старт стоп с рекуперацией

Она реализована на машинах многих семейств – BMW, Audi и другие, успешно ее применяют в конструкции своих авто. Чаще всего ее назначение – экономия топлива, но зачастую при этом она работает совместно с режимом рекуперации энергии. Исследования показали, что до тридцати процентов времени, мотор работает на холостом ходу из-за остановок на светофорах, пробок и других помех движению. Вот в таких условиях применяется режим старт стоп.

Основой его является такой подход – при остановке (в пробке, на светофоре и т.д.) мотор глушится (стоп), а при необходимости начать движение запускается (старт). Все эти действия выполняет электроника, анализируя показания датчиков о режиме работы двигателя и выполняемых водителем действиях. В некоторых случаях этот процесс дополняется рекуперацией, торможение также способствует получению дополнительной зарядки АКБ.

Для того чтобы система, названная по используемому режиму старт стоп, работала успешно, необходимо наличие на машине усиленного стартера или стартер-генератора. В самом простом варианте система, принцип работы которой описан выше, позволяет экономить до восьми процентов топлива, а также снижает содержание вредных веществ в составе выхлопных газов. По оценкам специалистов, в ближайшем будущем не только машины BMW или Audi смогут работать в режиме старт стоп, но подобное станет чуть ли не обязательным для всех производителей.

Однако у ряда из них, система рекуперации энергии дополняет описанный подход. Да и не только рекуперация энергии торможения.

Управление работой генератора

Частично этот режим был затронут ранее, когда рассматривалась рекуперация на автомобилях BMW. Речь идет о том, что генератор отключается, когда машина разгоняется, что совместно с работой мотора в режиме старт стоп дает возможность снизить расход топлива. А вот при сбросе скорости подключается генератор и осуществляется зарядка АКБ. Однако существуют условия, при которых старт стоп блокируется. Одним из них является уровень заряда аккумулятора. Когда он опускается до величины равной семидесяти пяти процентов от номинальной, то система отключается. Кроме того, водитель может принудительно отключить режим старт стоп с панели управления.

За и против подобной экономии

Стоит отметить, что не все так просто.

  • Причина в том, что движение в режиме ускорение — торможение даже в городском цикле составляет малую часть от всего времени. Из-за этого рекуперация оказывается неэффективной и не обеспечивает в достаточной мере зарядку АКБ, а только вызывает усложнение машины.
  • Тем не менее, на гибридных автомобилях рекуперация дает до тридцати процентов экономии энергии. В то же время надо учесть, что ведущими производителями – BMW, Audi, Kia Motors и другими, рекуперация достаточно широко внедряется в том или ином виде, в конструкции своих авто.

Очень широко рекуперация применяется на гоночных машинах, таких как Формула 1, на гибридных автомобилях, но и обычные авто, оснащенные подобными системами, позволяют более эффективно расходовать горючее и обеспечивают его экономию за счет использования энергии торможения и специальных режимов движения.

РЕКУПЕРАЦИЯ ЭНЕРГИИ ТОРМОЖЕНИЯ

Описание процесса рекуперации в момент торможения

До сегодняшнего времени энергия, которая образовывается во время остановки транспортного средства, не использовалась и просто рассеивается в окружающей среде. Но теперь данную проблему удалось решить на электрических машинах с помощью рекуперации в момент остановки. Основная задача системы заключается в преобразовании выработанной во время остановки автомобиля энергии в электричество.

Рекуперативное торможение

Благодаря представленной статье вы сможете узнать, что такое система рекуперативного торможения, а следовательно и рекуперация энергии торможения.

Рекуперация энергии торможения

Основная информация о рекуперации энергии торможения

Во время передвижения автомобиля, а особенно по городу, практически постоянно водителю приходится разгоняться и тормозить. Во время разгона мощность двигателя затрачивается на увеличение скорости, а во время остановки кинетическая энергия транспортного средства попросту теряется. Именно для того, чтобы пользоваться данной мощностью и была разработана рекуперация торможения, при помощи которой проходит заряжение аккумуляторной батареи.

Самым элементарным способом это реализуется на гибридном транспортном средстве. Современные гибридные машины используют систему рекуперативной остановки. В основании данной системы лежит электронный метод рекуперации.

При передвижении машина обязательно имеет кинетическую энергию. Во время произведения остановки автомобиля, используя традиционную тормозную систему, переизбыток кинетической силы перевоплощается в тепловую и рассеивается по окружающей среде.

Замедляющий эффект производится при помощи электрического двигателя, который включается в трансмиссии машины. Во время произведения остановки транспортного средства электронный двигатель функционирует в генерирующем режиме, на валике двигателя образовывается момент торможения и электричество, сохраняемая в аккумуляторе. Сохраненная электричество применяется впоследствии для передвижения машины.

Использование данной системы гарантирует максимальную передачу от каждой зарядки аккумулятора и высокий уровень экономии топлива. Рекуперация энергии торможения является самой эффективной на передней оси машины, потому как до семидесяти процентов силы во время торможения приходится на именно на данную ось.

Благодаря отдельному электронному блоку руководства реализуются такие функции:

  • Контролирование скорости кручения колес автомобиля;
  • Поддержка тормозного момента электронного двигателя, который необходим для остановки машины;
  • Поддержка момента кручения, который необходим для заряжения аккумулятора
  • Перераспределение тормозного усилия на фракционную тормозную систему.

Механическая связь между колодками и педалькой торможения представленной тормозной системы отсутствует. Анализируя действия водителя и характер передвижения машины, электроника принимает решение об остановке.

Система рекуперации кинетической энергии

Существует не только электрический метод рекуперации энергии остановки, но и такие методы как:

  • Гидравлический;
  • Пневматический;
  • Механический.

Самым распространенным из вышеперечисленных способов считается механический, а также разработанная на его основании система рекуперативного торможения. В такой системе кинетическая энергия передвигающегося транспортного средства возвращается во время остановки и сохраняется для последующего применения при помощи маховика. Главное отличие рекуперации энергии от системы рекуперативной остановки заключается в том, что система не может создавать тормозной момент.

Маховичок включается в трансмиссию транспортного средства, вращение происходит в вакуумной емкости и во время остановки способно разгоняться до шестидесяти тысяч оборотов за минуту. Устройство системы дает возможность сохранять энергию до шестисот килоджоулей и передавать мощность до восьмидесяти лошадиных сил или шестидесяти киловатт. Сохраненный запас энергии применяется в кратковременном скоростном рывке во время передвижения или начале движения.

Применяется в машинах «Формула 1», начиная с две тысячи девятого года. Что касается серийного применения, то оно только в планах разработчиков.

Существует мнение, что первыми к серийному использованию придут разработчики от компании «Вольво». Разработчики компании «Вольво» заявляют о том, что при использовании процесса рекуперации топливные затраты уменьшаются на двадцать процентов, а также значительно сокращаются вредные выбросы.

Одной из интеллектуальных систем технологий BMW EfficientDynamics является система рекуперации энергии торможения. Позволяя заряжать аккумулятор, когда автомобиль тормозит, замедляет ход или движется по инерции, данная система снижает расход топлива автомобиля

Одной из интеллектуальных систем технологий BMW EfficientDynamics является система рекуперации энергии торможения. Позволяя заряжать аккумулятор, когда автомобиль тормозит, замедляет ход или движется по инерции, данная система снижает расход топлива автомобиля почти на 3% по сравнению с неоснащенными аналогами. Причем, при ускорении используется вся мощность двигателя, что позволяет улучшить динамические характеристики автомобиля.

В современные автомобили устанавливается огромное количество различной электроники, использование которой необходимо для комфорта и безопасности водителя. Соответственно, машины тратят большое количество электроэнергии для поддержания работоспособности этих систем. В обычных автомобилях электроэнергия вырабатывается генератором переменного тока, который преобразует крутящий момент двигателя в электрическую энергию. При этом генератор постоянно связан приводным ремнем с двигателем.

Однако в автомобилях BMW используется система рекуперации энергии торможения (Brake Energy Regeneration) — уникальная технология производства энергии, которая на обычных автомобиля при работе тормозов тратится впустую. Эта технология BMW позволяет не только сохранить выработанную энергию, но и затем использовать ее. Принцип регенерации энергии торможения применяется на всех моделях BMW с бензиновыми и дизельными двигателями, а также гибридными силовыми агрегатами, на которых используется технология BMW EfficientDynamics.

Генератор включается только тогда, когда водитель снимает ногу с педали газа или нажимает на педаль тормоза, то есть при торможении, замедлении хода или движении по инерции. За счет этого кинетическая энергия не теряется впустую, как раньше, а преобразуется генератором в электричество и накапливается в аккумуляторной батарее. Происходит более эффективное использование энергии. При этом, при нажатии педали газа генератор отключается, что позволяет направить весь крутящий момент двигателя на ведущие колеса, то есть ускориться, используя всю мощность автомобиля.

Система рекуперативного торможения: рекуперация энергии

Благодаря системе рекуперации энергии торможения, с одной стороны, расход топлива снижается, с другой — автомобиль становится более динамичным. Интеллектуальная система не даст полностью разрядиться батареи: она постоянно отслеживает уровень заряда аккумулятора и при необходимости сможет продолжить зарядку даже во время ускорения.

Возьмем в качестве примера гибридный автомобиль BMW ActiveHybrid X6, который, как и другие современные модели BMW, оснащается усовершенствованной системой рекуперации энергии торможения. Сердце гибридного BMW ActiveHybrid X6 состоит из бензинового двигателя V8 мощностью 407 л.с. и двух электромоторов, развивающих по 91 л.с. и 86 л.с. Именно эти электродвигатели при торможении или движении автомобиля на холостом ходу выполняют функцию генераторов, вырабатывающих энергию для зарядки высоковольтного аккумулятора. В зависимости от скорости это делает либо один, либо сразу два электромотора. Причем, мощность, которая вырабатывается ими в режиме генератора, примерно в 25 раз выше (почти 50 кВт), чем у системы рекуперации энергии торможения, использовавшейся ранее.

В гибридной модели BMW ActiveHybrid 7 серии, которая оснащается бензиновым турбодвигателем V8 объемом 4,4 л и трехфазным синхронным электромотором, который потребляет энергию литий-ионной батареи и выполняет функцию генератора при рекуперации энергии торможения. При движении накатом или торможении электроэнергия вырабатывается и сохраняется. При ускорении накопленная энергия подается из литий-ионной батареи в бортовую сеть, тем самым освобождая двигатель внутреннего сгорания от задачи преобразования энергии топлива в электрический ток. Благодаря этому двигатель может тратить больше мощности на ускорение, а электроэнергия генерируется без дополнительного потребления топлива при торможении.

Как устроен и работает электровоз, тяговый подвижной состав

Рекуперация – торможение электрическим двигателем способным работать в режиме генератора, при котором часть кинетической энергии транспортного средства преобразуется в электрическую и возвращается назад в аккумуляторную батарею. Основная цель торможения электродвигателем – увеличение пробега. Есть ли на вашем электровелосипеде система рекуперации? Это наиболее часто задаваемый вопрос. Многие считают, что зарядка аккумулятора в процессе движения на велосипеде не представляет особых физических трудностей для велосипедиста. При этом совсем забывают о том, что приобретают электровелосипед по его прямому назначению — для облегчения обычной езды на велосипеде, а не для зарядки аккумуляторов.

Давайте разберемся с рекуперацией на электровелосипеде:Рекуперация возможна, если на электровелосипеде установлен двигатель прямого привода. Этот тип двигателя способен работать в генераторном режиме. Однако практика использования систем рекуперации на электровелосипедах говорит о том, что это довольно спорная затея. Опыт использования системы рекуперации на электровелосипеде показывает, что возвращается не более 3 % заряда батареи. При движении в сильно холмистой местности до 5 %. Это связано с тем, что для осуществления заряда аккумуляторной батареи колесо должно иметь достаточно большие обороты, чтобы двигатель в генераторном режиме мог выдавать достаточное напряжение необходимое для зарядки аккумулятора. Во-вторых, торможения двигателем может быть недостаточно, и на крутом спуске приходится задействовать штатные тормоза, при этом возможны значительные потери энергии. Да и батарея не способна к скоростной перезарядке и способна поглотить всего 25-30% энергии. Для этой цели больше подошли бы суперконденсаторы (ионисторы) а не аккумулятор. В-третьих, система преобразования кинетической энергии в электрическую и возврате ее назад в батарею имеет кпд около 50%.

Заряжать же аккумуляторную батарею педалируя велосипед по относительно равнинной местности, задача не из легких. Даже просто ехать на велосипеде с выключенным двигателем прямого привода не очень легко.

Oh no, there’s been an error

Наличие большого количества сильных магнитов в двигателе прямого привода и отсутствие обгонной муфты приводит к тому, что двигатель существенно подтормаживает колесо велосипеда даже при отсутствии питания. А при работе двигателя в режиме генератора это торможение можно сравнить с движением в достаточно крутую гору. Причем скорость движения при этом должна быть около 20 км/час.При скорости 20 км/час зарядный ток аккумулятора будет около 2 ампер. (При таком токе аккумулятор емкостью 10 A/час зарядится за 5 часов.) Велосипедист при этом должен развивать мощность 2A*48В= 96 Вт. Однако здесь не учтены потери в системе преобразования энергии и потери при зарядке. А они составляют около 50%. Другими словами – велосипедисту необходимо развить мощность для зарядки аккумулятора в два раза большую – приблизительно 180 Вт. Следует также учесть, что для движения с такой скоростью на обычном велосипеде велосипедист должен отдавать мощность около 100 Вт. Суммарная мощность, требуемая от велосипедиста, для зарядки аккумулятора и само передвижение со скоростью, по крайней мере, в 20 км/час составит около 180+100=280 Вт. Для справки: — хороший спортсмен велосипедист может отдавать кратковременно, мощность 500-600 Вт;— при движении в гору с большим уклоном нетренированный человек может кратковременно отдавать мощность 220-290 Вт;

Нетрудно сделать вывод, что ехать на велосипеде в таком режиме, сколько ни будь продолжительное время нереально.

Недаром практически на все электровелосипеды заводского изготовления устанавливают не двигатели прямого привода способные работать в генераторном режиме, а двигатели с редуктором и обгонной муфтой. И это неспроста.Если сравнивать экономичность этих двух двигателей, то можно увидеть, что редукторные двигатели более чем на 30% экономнее расходуют энергию, запасенную в аккумуляторной батарее, чем двигатели прямого привода, и они не тормозят движение при отсутствии питания. Ко всему, редукторные двигатели в два раза легче – если сравнивать двигатели с эквивалентным вращающим моментом. По этой причине почти на всех серийно изготавливаемых электровелосипедах устанавливают  только редукторные двигатели. Сравните:— используя двигатель прямого привода и систему рекуперации, вы можете вернуть в батарею максимум 5% энергии, а если будете использовать редукторный двигатель, то сможете, сэкономить 30% энергии запасенной в батарее, другими словами проехать расстояние на 30% больше, чем на двигателе прямого привода. И ваш велосипед будет существенно легче. Выбор как говорится очевиден.

Применив в качестве движущей силы на велосипеде мотор-колесо с редукторным двигателем идею рекуперации энергии на электровелосипеде можно успешно забыть, выиграв при этом около 30% пробега на одной зарядке.

Двигатели прямого привода логично применять, если Ваша цель скорость и Вас не сильно волнует экономическая сторона вопроса. В таком случае этому двигателю не будет конкурента со стороны редукторного собрата. Если необходима скорость более 50 км/час, приготовьтесь взять двигатель мощностью 1000 – 1500 Вт (максимальная мощность 1500-2500 Вт) в комплекте с энергоемкой , тяжелой и дорогостоящей аккумуляторной батареей. Батарея должна быть рассчитана на  номинальный разрядный ток 20-30 A. Велосипед будет очень тяжелым. Это будет уже не велосипед. Это уже скорее скутер.

Параметры режима работы тяговой сети переменного тока при рекуперации электроэнергии

Инвертор, преобразующий электроэнергию рекуперации постоянного тока тяговых двигателей в переменный ток СТЭ, располагается на ЭПС и относится к категории ведомых сетью.

При рекуперации электроэнергии на переменном токе 25 кВ активная энергия рекуперации генерируется ЭПС в СТЭ, а реактивная энергия потребляется из сети внешнего электроснабжения так же как в режиме тяги. Это увеличивает реактивное электропотребление электровозами в межподстанционной зоне.

————-> P ¦ Режим

————-> Q ¦ тяги

—————————————————

Q ¦ рекуперации

Рис. Направления электроэнергии в режимах тяги и рекуперации ЭПС.

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме тяги составляют для диодных ЭПС φЭ = 370эл, для тиристорных ЭПС φЭ = 420эл. Коэффициент реактивной мощности для режима тяги tg φЭ = Q/P диодных ЭПС составляет tg 370 = 0,754, тиристорных ЭПС — tg 420 = 0,9. Следовательно реактивное электропотребление ЭПС в режиме тяги QТ = (0,75÷ 0,9)P. Реактивное электропотребление в режиме тяги составляет (75÷ 90) % от активного.

Угловые сдвиги между током и напряжением ЭПС в режиме рекуперации составляют φЭ = 60 эл. гр. Коэффициент реактивной мощности для режима рекуперации tg φЭ = Q/P составляет tg 600 = 1,73. Следовательно, реактивное электропотребление ЭПС в режиме рекуперации QР = 1,73P. Реактивное электропотребление в режиме рекуперации составляет 170 % от активного.

При совместной работе в межподстанционной зоне ЭПС в режимах тяги и рекуперации значительно увеличивается реактивное электропотребление. Оптимальный режим в межподстанционной зоне соответствует равенству активного электропотребления ЭПС в режимах тяги Рт и активной генерации в режимах рекуперации Рр (Рт = Рр). При этом реактивная мощность на тягу Qт = 0,9Р, реактивная мощность на рекуперацию равна Qр = 1,73Рт и суммарное реактивное электропотребление Q∑ = (0,9 + 1,73)Рт = 2,63Рт. Соотношение К = 2,63/0,9 = 2,92. Следовательно, реактивное электропотребление в межподстанционной зоне в оптимальном режиме рекуперации увеличивается в 3 раза. Так как соотношения активного электропотребления ЭПС в режимах тяги и генерации меняется, то следует считать, что реактивное электропотребление увеличивается в диапазоне 1, 7 ÷ 3 раза по сравнению с режимом тяги.

Рассмотрим линейные и векторные диаграммы тока и напряжения тяговой сети в режимах тяги и рекуперации при одностороннем питании контактной сети.

Режим тяги.

Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме тяги: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1t – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.

Потеря напряжения в режиме тяги

∆ Uтс = Iт RТС cos φТ + Iт Хтс sin φТ = Iат RТС + IрХТС.

Напряжение у источника

U1 = Uэпс + ∆ Uтс.

Режим рекуперации.

Рис. Линейная диаграмма тока и напряжения ЭПС в режиме рекуперации: E1, U1 – кривая ЭДС и напряжения трансформатора ЭПС; i1Р – кривая тока, i1(1) – кривая тока первой гармоники.

Рис. Векторная диаграмма тока и напряжения в режиме рекуперации: Iэ –полное значение тока; Iра, Iрр – активная и реактивная составляющие тока ЭПС; φр – угловой сдвиг между током и напряжением.

Рекуперация энергии в подвеске

Потеря напряжения в режиме рекуперации

∆ Uтс = Iр RТС cos (180 — φ1р)+ Iр Хтс sin (180 — φ1р) =

— IраR + IррХ.

Напряжение у источника U1 = Uэпс + ∆ Uтс.

В режиме рекуперации U1 > Uэпси повышение напряжения на ЭПС выше предельно допустимого значения не возможно из-за значительного потребления реактивного тока и значительной величины потери напряжения от реактивного индуктивного тока в сопротивлении системы тягового электроснабжения. Проблема повышенного напряжения на ЭПС в режиме рекуперации при тяге переменного тока отсутствует. Низкого напряжение на ЭПС в режимах рекуперации также не должно быть из-за повышения напряжения за счёт активного тока в активном сопротивлении тяговой сети. Активная составляющая сопротивления тяговой сети двухпутного участка равна 0,1 Ом/км, реактивная составляющая – 0,3 Ом/км.

Значительное потребление реактивной мощности в режиме рекуперации увеличивает потери активной мощности в тяговой сети.

Потери активной мощности в тяговой сети

P2 + Q2

DP = * R = (P2/U2)*R*(1+tg2j).

U2

Потери активной мощности в режиме тяги диодных ЭПС j = 370 эл.

(tg 370 = 0,754, cos 370 = 0,799) и при снижении напряжения до 0,95 Uн:

Потери мощности от передачи активной нагрузки (j = 0, tgj = 0, cosj = 1) при U = 1,05Uн

DP1 = (Р2 * R) / (1, 05Uн)2 = 0,907(Р2 * R) / Uн2 .

Потери активной мощностиот передачи нагрузки с tgj = 0,754 (j = 370, соsj = 0,799) ипри снижении напряжения до 0,95 Uн

DP2 = / (0,95Uн)2 = 1,74 (Р2 * R) / Uн2.

Увеличение активных потерь составляет 1,74/ 0,907 = 1,92, то есть в 1,92 раза. Потери активной мощности от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 47,9%.

Потери активной мощности в режиме тяги тиристорныхЭПСj = 420 эл (tg 420 = 0,9; соs420 = 0,743) и при снижении напряжения до 0,95 Uн

DP2 = / (0,95Uн)2 = 2 (Р2 * R) / Uн2

Увеличение потерь составит 2 / 0,907 = 2,21, то есть 2,21 раза. Потери активной энергии от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 54,6%.

Потери активной мощности в режиме рекуперации ЭПС (без тяги)j = 600 эл (tg 60 = 1,73; cos j = 0,5)и при снижении напряжения до0,95 Uн

DP2 = / (0,95Uн)2 = 3,993Р2R / (0,95 Uн)2 =

= 4,42(Р2 * R) / Uн2.

Увеличение потерь составит 4,42/0,907 = 4,88, то есть в 4,88 раза. Потери от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 79,5%. Увеличение потерь по сравнению с режимом тяги 4,88 / 2,21 = 2,2 раза.

Потери активной мощности в режиме рекуперации ЭПС(Рт = Рр) Q∑ = (0,9 + 1,73)Рт = 2,63Рти при снижении напряжения до0,95 Uн

P2 + Q2

DP2 = * R = /(0,95 Uн)2 =

U2

=7,92P2R/0,9025 Uн2 = 8,776 (Р2 * R) / Uн2

Увеличение потерь составит 8,772/0,907 = 9,67, то есть в 9,67 раз. Потери от реактивной мощности в суммарных потерях составляют 89,7%. Увеличение потерь по сравнению с режимом тяги 9,67 / 2,21 = 4,4 раза. Так как соотношения активного электропотребления ЭПС в режимах тяги и рекуперации меняется, то увеличение потерь электроэнергии в тяговой сети в режиме рекуперации по сравнению с режимом тяги увеличивается 2 ÷ 4 раза.

Таблица. Потери активной мощности в сети при потреблении реактивной мощности в режимах тяги и рекуперации

Режим работы ЭПС j, гр. эл. tgj DPаа, % DPар, % Кратность увеличения потерь Напряжение   Приме= чание
Приём и передача активной энергии 1,05Uн Активная мощность — постоянная величина
Режим тяги 0,9 45,4 54,6 0,95Uн
Режим рекуперации(без тяги) 1,73 20,5 79,5 2,2 0,95Uн
Режим рекуперации и тяги (Рр = Рт) 10,3 89,7 4,4 0,95Uн

DPаа –активные потери мощности при передачи активной мощности;

DPар –активные потери мощности при передачи реактивной мощности;

Выводы: Нагрузочные потери активной мощности при передаче реактивной мощности по СТЭ от полных потерь для tgj = 0,8 — 1,5составляют 50-75%.

Увеличение потерь активной мощности требует дополнительных затрат энергоносителей на электростанциях, а в период наибольших нагрузок увеличения установленной мощности на электростанциях. Увеличение потерь активной мощности ухудшает технико-экономические показатели работы системы электроснабжения

Генерация (рекуперация) электрической энергии обеспечивает:

— значительный эффект экономии электрической энергии;

— повышение безопасности движения поездов появлением дополнительного электрического торможения наряду с пневматическим;

— экономия тормозных колодок.

Рекуперация электрической энергии – основное направление энергосбережения на электрифицированных железных дорогах переменного тока 25 кВ.

Рекуперативное торможение приводит и к отрицательным эффектам:

— увеличение износа рельсов из-за сосредоточения тормозных усилий на локомотиве;

— повышенное реактивное электропотребление увеличивает активные потери мощности в системе тягового электроснабжения, может потребовать оплаты за потребление реактивной электроэнергии выше экономического значения;

— появление при рекуперации повышенного уровня высших гармоник;

— дополнительные затраты на фильтрокомпенсирующие устройства.

  • КАК ПРАВИЛЬНО ТОРМОЗИТЬ

    Как правильно тормозить на механике?Водители, которые за рулем уже достаточно давно, знают, насколько необходимо для…


Смотрите также