30 ноября 2022,
10:11
Москва

Без шума и пыли. Конструктивные особенности тормозных систем электромобилей. Часть 1

14 августа 2021, Иван СОКОЛОВ

У читателя наверняка возникнет вопрос, почему мы решили рассмотреть тормозную систему электрокаров в отдельности? Казалось бы, их тормоза не должны сильно отличаться от привычной нам конструкции, однако эта тема таит в себе много любопытных технических моментов. Чем отличаются тормоза для электромобилей, насколько сложнее их производить и как их обслуживать? На эти вопросы мы постарались ответить вместе с техническими специалистами крупнейших производителей тормозных механизмов – Brembo, TMD Friction и TRW (концерн ZF).

Действительно, если подойти в современному электромобилю и посмотреть на тормозные механизмы, то вряд ли вы заметите что-то чересчур необычное. Обычные суппорты, обычные тормозные диски. Однако перед разработчиками ведущих производителей электромобилей и гибридов сегодня встают действительно сложные с инженерной точки зрения задачи – особенно при конструировании автономного электротранспорта. И эти задачи по своей сложности – под стать проблемам создания сверхъемких быстрозаряжаемых аккумуляторных батарей и их последующей утилизации. Итак, разберем по порядку – какие задачи стоят перед разработчиками тормозных систем ближайшего будущего?

Без шума и пыли

Задача № 1. Соответствие экологическим трендам и снижение массы

Сегодня мы уже вроде свыклись с мыслью, что чуть ли не главной по своей важности задачей перед инженерами автомобильного транспорта стоит вопрос экологии. Любая деталь, механизм или агрегат автомобиля отныне создается с учетом жестких требований экологии, дабы соответствовать нескольким параметрам:

  • сокращение вредных выбросов при эксплуатации транспорта;
  • возможность вторичного использования/переработки компонентов;
  • безопасность для человека в процессе производства;
  • малый вес.

Если с первыми тремя требованиями все довольно понятно, то пункт «малый вес» я хоть и поставил отдельно, но по факту его можно отнести к первому пункту. Одна из главных экологических задач, которую правительства развитых стран ставят перед автопроизводителями, является постоянное снижение выбросов двуокиси углерода. И пока что на классическом автомобиле (это справедливо и для электрокаров, хоть немного и опосредовано) добиться этого можно главным образом за счет снижения расхода топлива или энергии. Ну а тут уж математика простая: ниже расход – ниже выбросы CO₂.

И тормозные механизмы в этом пункте не исключение, облегчить здесь можно практически все: вместо обычных чугунных тормозных дисков можно использовать двухсоставные с алюминиевой ступичной частью (минус 15–20 % массы), опорные пластины колодок из стекловолокна использовать вместо металла (минус 30 % массы), а архаичную гидравлику можно и вовсе выкинуть, заменив ее проводами и исполнительными электромеханизмами. Да-да, крупнейшие производители уже давно ведут разработки в этом направлении. Особенно тщательно к этому вопросу подошла компания Brembo, которая разработала технологию BrakeByWire, которая представляет собой электрогидравлическую систему на передней оси и полностью электрическую на задней. Достоинств и особенностей у такой технологии море, но останавливаться на ней не будем – это тема для отдельной статьи.

Задача № 2. Слаженная работа основных тормозов совместно с рекуперативным торможением

Этот аспект электротранспорта вводит многих в заблуждение: можно подумать, что если уж электромобиль и способен замедляться силами собственного мотор-генератора, который при этом процессе изящно возвращает затраченную на торможение транспортного средства энергию обратно в аккумуляторные батареи, то можно установить крошечные классические тормоза, которые не будут изнашиваться вовсе. Мягко говоря, утверждение не совсем верно.

Да, действительно на рекуперацию (согласно исследованиям TMD Friction) в повседневном режиме езды может приходиться аж до 95% энергии замедления. Ключевое слово – «может». Дело в том, что возможности рекуперативного торможения ограничены и сильно зависят от степени замедления электромобиля (или гибрида) и прочих условий: то есть чем интенсивнее необходимо замедлить транспорт, тем меньше вероятность, что эффективности системы рекуперации будет для этого достаточно. А если на дороге возникнет необходимость экстренной остановки, то тормоза должны будут работать на все 100 %, как на обычном автомобиле.

Без шума и пыли

Задача № 3. Грамотная работа ПО

Из предыдущего пункта плавно вытекает требование, которое относится к исполнительному тормозному механизму лишь косвенно – это слаженная работа тормозной системы, электронных блоков управления автомобиля, а также корректная настройка программного обеспечения.

Приведу для наглядности два пример с наиболее известной маркой электрокаров – Tesla. В 2018 году некоммерческая организация Consumer Reports по итогам тестирования Tesla Model 3 выявила проблемы в работе ее тормозной системы: в результате тестов длина тормозного пути электрокара при экстренной остановке со скорости 60 миль в час (96 км/ч) составила 46,33 метра, что почти на 2 метра больше, чем тормозной путь полноразмерного пикапа Ford F-150 и на 6,3 метра длиннее среднего показателя в классе. Как оказалось, проблема крылась в неправильном алгоритме работы тормозной системы, который вскоре был вскоре откорректирован при очередном обновлении программного обеспечения модели.

Пример 2. Зимой владельцы нового кроссовера Model Y отмечали, что «их машины в мороз первое время тормозят не так, как они привыкли». Проблемы были также в настройках электронной системы, а именно – в особенностях работы системы рекуперации, которая может работать в полную силу только при прогретой тяговой батарее.

Проблему, как и следовало ожидать, решила новая прошивка, которая обеспечила более раннюю активацию обычных тормозов в зимних условиях.

Задача № 4. Отсутствие пыли, шума и ржавчины

Одной из главных задач, стоящих перед автомобилестроительными компаниями, кроме сокращения выбросов и снижения веса автомобилей, является сокращение образования пыли, особенно, если в ней содержатся частицы металлов. Отчасти это эстетическое требование (люди не любят, когда колесные диски покрываются черным налетом), а отчасти – снова экологическое. Так, относительно недавно было установлено, что медь вместе с другими металлами, оседающими на дороге в результате износа тормозных колодок, попадая в водные потоки и реки, становится высоко токсичной для некоторых водных микроорганизмов. Это отразилось на экологических нормах – одни из самых суровых действуют в штатах Калифорния и Вашингтон, где в 2010 году были приняты законы, согласно которым тормозные колодки должны иметь меньшее содержание меди и тяжелых металлов. К таким же нормам стремятся и европейские производители.

Но если требования к пыли справедливы и для обычных автомобилей, то особые пожелания к низкому уровню шума при торможении – требование исключительно «новой волны». Так как электромобили работают тихо, то владельцы быстро замечают малейшее дребезжание подвески или скрежет тормозов, в то время как в бензиновых или дизельных автомобилях двигатель может заглушить эти шумы. Поэтому автопроизводители дружно озаботились этой задачей, дабы сохранить драгоценного клиента.

И все бы ничего, если бы эта задача решалась безболезненным путем… Да, беспыльные и бесшумные колодки уже существуют (например, безасбестовая органика NAO), вот только разработаны они с учетом специфики стандартов и требований японских, корейских и американских автопроизводителей, а для стран Европы с их более строгими стандартами эффективности торможения они не очень-то и подходят. Кроме того, такие колодки плохо справляются с образованием ржавчины на тормозных дисках. Впрочем, более подробно об этих нюансах нам расскажут технические эксперты ведущих производителей систем торможения.

Комментарии

Еще никто не оставил свои комментарии. Ваш комментарий будет первым.

отправить
Рекомендованные статьи