La tecnologia dei freni non è cambiata molto negli ultimi cento anni, ma la frenata rigenerativa rappresenta un cambiamento epocale nel modo in cui pensiamo alla frenata. Invece di usare la forza bruta per fermare i veicoli bloccandoli fisicamente o spingendoli in fuori come un componente come un disco del freno o un tamburo, questa tecnologia sfrutta abilmente il modo in cui funzionano le auto ibride e completamente elettriche per recuperare effettivamente un po' di energia ogni volta che il veicolo rallenta.
Come funzionano i freni in auto e camion?
I progressi nella tecnologia dei freni sono stati in gran parte iterativi piuttosto che innovativi nel corso degli anni, come il passaggio dai freni a tamburo ai freni a disco. Ci sono stati anche progressi significativi nei materiali fisici di cui sono fatte le pastiglie dei freni, il che ha portato a materiali di attrito che durano più a lungo, creano meno polvere e hanno meno probabilità di fare rumore. Tecnologie come i freni antibloccaggio hanno anche reso la tecnologia dei freni più sicura, ma il principio alla base della conversione dell'energia cinetica in calore è rimasto invariato.
I freni tradizionali funzionano bene, ma sono tremendamente dispendiosi per loro stessa natura. Ogni volta che si preme il pedale del freno, si bloccano efficacemente le ruote con la forza di migliaia di libbre di pressione idraulica. Il meccanismo preciso prevede rotori in metallo a forma di disco, che sono inseriti tra ogni pneumatico e mozzo della ruota, schiacciati tra pastiglie dei freni organiche, metalliche o ceramiche.
Nei veicoli più vecchi e nei freni posteriori di alcuni autocarri leggeri, vengono invece utilizzati tamburi e ganasce meno efficienti. In entrambi i casi, il veicolo rallenta a causa del tremendo attrito che si genera tra pastiglie e dischi o scarpe e tamburi. L'attrito trasforma essenzialmente l'energia cinetica in energia termica (e talvolta una grande quantità di rumore) e di conseguenza la tua auto rallenta.
Il problema con i freni tradizionali è che il tuo motore ha dovuto consumare molto carburante per accumulare quell'energia cinetica, ed è essenzialmente sprecato quando i tuoi freni lo convertono in calore.
L'idea di base alla base della frenata rigenerativa è che una varietà di tecnologie consente di recuperare una parte di quell'energia cinetica, convertirla in elettricità e quindi riutilizzarla.
Come funzionano i freni rigenerativi?
La forma più comune di tecnologia del freno rigenerativo riutilizza un motore elettrico come generatore, motivo per cui i freni rigenerativi si trovano spesso nei veicoli ibridi ed elettrici.
Durante il normale funzionamento, il motore elettrico preleva energia dalla batteria e la utilizza per muovere il veicolo. Quando si preme il pedale del freno, il motore elettrico è in grado di invertire questo processo, diventare un generatore alimentato dalle ruote rotanti e reimmettere l'elettricità nella batteria.
Poiché i freni rigenerativi caricano efficacemente la batteria senza collegare un caricabatterie, nel caso di un veicolo elettrico, o utilizzando l' alternatore in un ibrido, l'efficienza complessiva del veicolo è aumentata. Ciò si traduce in più miglia tra una ricarica e l' altra.
Poiché i freni rigenerativi trasformano efficacemente l'energia cinetica in elettricità, sono in grado di rallentare un veicolo oltre a caricare la batteria. Tuttavia, ci sono limitazioni all'efficienza di un sistema frenante rigenerativo. Uno dei problemi principali è che i freni rigenerativi non funzionano bene alle basse velocità come alle alte velocità. A causa di questa limitazione intrinseca alla frenata rigenerativa, la maggior parte dei veicoli è dotata anche di un sistema di frenatura tradizionale supplementare.
Allo stesso modo in cui i tradizionali controlli di sterzo, frenata e accelerazione sono spesso inclusi come supporto per i sistemi drive-by-wire, i freni tradizionali possono fungere da supporto per la frenata rigenerativa. I sistemi tradizionali possono entrare in funzione solo in caso di guasto dell'apparecchiatura, oppure possono essere utilizzati continuamente insieme alla frenata rigenerativa.
Limitazioni dei freni rigenerativi
Oltre al naturale decadimento dell'efficienza della frenata rigenerativa alle basse velocità, la tecnologia soffre anche di una serie di altre limitazioni. Alcuni dei più importanti includono:
- La frenata rigenerativa funziona solo sulle ruote motrici: Se un veicolo elettrico non è a trazione integrale, con un motore per ogni ruota, le ruote prive di rotore non lo sono in grado di beneficiare della frenata rigenerativa.
- Problemi con gli arresti antipanico: I freni rigenerativi in genere non forniscono una forza frenante sufficiente in condizioni di arresto antipanico. Questa è un'area in cui i freni tradizionali funzionano ancora molto meglio.
- Limitazioni della batteria e del motore: L'efficienza di un sistema rigenerativo è limitata da fattori quali la capacità del sistema di accumulo di energia e la potenza del motore elettrico.
- Funziona solo con veicoli elettrici e ibridi: I sistemi rigenerativi tradizionali non sono compatibili con i veicoli non elettrici e non ibridi. Poiché questi veicoli sono privi di motori elettrici, l'implementazione della frenata rigenerativa è costosa e complicata.
- Limiti di frenata dinamica: Alcuni sistemi rigenerativi sono costretti a utilizzare una "frenata dinamica" supplementare che non immagazzina l'energia cinetica recuperata.
Freni capacitivi e motori a combustione tradizionali
Poiché i sistemi frenanti rigenerativi in genere si basano sui loro motori elettrici per generare elettricità, sono intrinsecamente incompatibili con i veicoli che utilizzano motori a combustione interna. Tuttavia, esistono alcune tecnologie rigenerative alternative che possono essere applicate ai tradizionali motori a combustione interna.
Uno di questi sistemi utilizza grandi condensatori per immagazzinare e rilasciare rapidamente elettricità, che viene poi fatta passare attraverso un trasformatore step-down. L'uscita a 12 volt viene quindi immessa nell'impianto elettrico del veicolo, che allevia un po' il carico del motore. Questa tecnologia è attualmente in grado di aumentare l'efficienza del carburante fino al 10 percento, sebbene sia ancora agli inizi.
Quali auto usano i freni rigenerativi?
La maggior parte dei veicoli ibridi ed elettrici utilizza un tipo di sistema di frenata rigenerativa. OEM come Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota e Tesla sono stati tutti coinvolti sin dall'inizio con la tecnologia di frenata rigenerativa nei loro veicoli ibridi ed elettrici. I veicoli non ibridi che utilizzano un qualche tipo di frenata rigenerativa sono significativamente meno comuni, ma BMW e Mazda sono state entrambe le prime ad adottare la tecnologia in alcuni modelli.
