Fren teknolojisi son yüz yılda çok fazla değişmedi, ancak rejeneratif frenleme, frenleme hakkında düşünme şeklimizde büyük bir değişikliği temsil ediyor. Bir fren diski veya kampana gibi bir bileşen gibi fiziksel olarak sıkıştırarak veya dışarı iterek araçları durdurmak için kaba kuvvet kullanmak yerine, bu teknoloji, hibrit ve tamamen elektrikli otomobillerin, araç her yavaşladığında aslında biraz enerji geri kazanmak için çalışma şeklini akıllıca kullanır..
Arabalarda ve Kamyonlarda Frenler Nasıl Çalışır?
Fren teknolojisindeki ilerlemeler, kampanalı frenlerden disk frenlere geçiş gibi yıllar içinde yenilikçi olmaktan ziyade büyük ölçüde yinelemeli olmuştur. Ayrıca, fren balatalarının yapıldığı fiziksel malzemelerde de önemli gelişmeler oldu ve bu da daha uzun süre dayanan, daha az toz oluşturan ve daha az gürültü çıkaran sürtünme malzemeleriyle sonuçlandı. Kilitlenme önleyici frenler gibi teknolojiler de fren teknolojisini daha güvenli hale getirdi, ancak kinetik enerjiyi ısıya dönüştürmenin altında yatan ilke değişmedi.
Geleneksel frenler gayet iyi çalışır, ancak doğaları gereği son derece savurgandırlar. Fren pedalına her bastığınızda, binlerce librelik hidrolik basıncın gücüyle etkili bir şekilde tekerleklerinizi sıkıştırırsınız. Kesin mekanizma, her bir lastik ve tekerlek göbeği arasına sıkıştırılan ve organik, metalik veya seramik fren balataları arasında sıkıştırılan disk şeklindeki metal rotorları içerir.
Eski araçlarda ve bazı hafif kamyonların arka frenlerinde bunun yerine daha az verimli kampanalar ve fren pabuçları kullanılır. Her iki durumda da, balatalar ve diskler veya pabuçlar ve kampanalar arasında oluşan muazzam sürtünme nedeniyle araç yavaşlar. Bu sürtünme esasen kinetik enerjiyi ısı enerjisine (ve bazen çok fazla gürültüye) dönüştürür ve bunun sonucunda arabanız yavaşlar.
Geleneksel frenlerle ilgili sorun, motorunuzun bu kinetik enerjiyi oluşturmak için çok fazla yakıt harcaması gerekmesi ve frenleriniz bunu ısıya dönüştürdüğünde esasen boşa gitmesidir.
Yenileyici frenlemenin arkasındaki temel fikir, çeşitli teknolojilerin bu kinetik enerjinin bir kısmını yeniden yakalamayı, elektriğe dönüştürmeyi ve sonra yeniden kullanmayı mümkün kılmasıdır.
Yenileyici Frenler Nasıl Çalışır?
Rejeneratif fren teknolojisinin en yaygın biçimi, bir elektrik motorunu jeneratör olarak yeniden kullanır, bu nedenle rejeneratif frenler genellikle hibrit ve elektrikli araçlarda bulunur.
Normal çalışma sırasında, elektrik motoru aküden güç çeker ve bunu aracı hareket ettirmek için kullanır. Fren pedalına basıldığında, elektrik motoru bu işlemi tersine çevirebilir, dönen tekerleklerden güç alan bir jeneratör haline gelebilir ve elektriği aküye geri besleyebilir.
Rejeneratif frenler, bir elektrikli araç olması durumunda, şarj cihazına takmadan veya bir hibrit araçta alternatörün kullanılması durumunda aküyü etkin bir şekilde şarj ettiğinden, aracın genel verimliliği artar. Bu, şarjlar veya yakıt doldurma işlemleri arasında daha fazla mil anlamına gelir.
Yenileyici frenler kinetik enerjiyi etkin bir şekilde elektriğe çevirdiğinden, aküyü şarj etmenin yanı sıra aracı yavaşlatabilir. Ancak, rejeneratif bir fren sisteminin verimliliğinde sınırlamalar vardır. Ana sorunlardan biri, rejeneratif frenlerin düşük hızlarda yüksek hızlarda olduğu kadar iyi çalışmamasıdır. Rejeneratif frenlemedeki bu doğal sınırlama nedeniyle, çoğu araç aynı zamanda ek bir geleneksel fren sistemi ile donatılmıştır.
Geleneksel direksiyon, frenleme ve hızlanma kontrollerinin genellikle kablolu sistemler için bir yedek olarak dahil edilmesiyle aynı şekilde, geleneksel frenler de rejeneratif frenleme için bir yedek görevi görebilir. Geleneksel sistemler yalnızca bir ekipman arızası olduğunda devreye girebilir veya her zaman rejeneratif frenleme ile uyum içinde kullanılabilirler.
Rejeneratif Frenlerin Sınırlamaları
Düşük hızlarda rejeneratif frenleme verimliliğinin doğal düşüşüne ek olarak, teknoloji ayrıca bir dizi başka sınırlamadan da zarar görür. En dikkate değer olanlardan bazıları şunlardır:
- Yenileyici frenleme yalnızca tahrik tekerleklerinde çalışır: Elektrikli bir araç dört tekerlekten çekişli değilse, her tekerlek için bir motor varsa, rotoru olmayan tekerlekler rejeneratif frenlemeden faydalanabilir.
- Panik durdurma ile ilgili sorunlar: Rejeneratif frenler, panik durdurma koşulları altında tipik olarak yeterli frenleme kuvveti sağlamaz. Bu, geleneksel frenlerin hala çok daha iyi çalıştığı bir alandır.
- Pil ve motor sınırlamaları: Rejeneratif bir sistemin verimliliği, enerji depolama sisteminin kapasitesi ve elektrik motorunun gücü gibi faktörlerle sınırlıdır.
- Yalnızca elektrikli ve hibrit araçlarla çalışır: Geleneksel rejeneratif sistemler, elektrikli olmayan, hibrit olmayan araçlarla uyumlu değildir. Bu araçlarda elektrik motoru bulunmadığından, rejeneratif frenleme uygulamak maliyetli ve karmaşıktır.
- Dinamik frenleme kısıtlamaları: Bazı rejeneratif sistemler, geri kazanılan kinetik enerjiyi depolamayan ek "dinamik frenleme" kullanmaya zorlanır.
Kapasitif Frenler ve Geleneksel Yanmalı Motorlar
Rejeneratif fren sistemleri genellikle elektrik üretmek için elektrik motorlarına ihtiyaç duyduğundan, içten yanmalı motor kullanan araçlarla doğal olarak uyumlu değildirler. Ancak, geleneksel içten yanmalı motorlara uygulanabilecek bazı alternatif rejeneratif teknolojiler vardır.
Böyle bir sistem, elektriği hızla depolamak ve serbest bırakmak için büyük kapasitörler kullanır, bu daha sonra bir düşürücü transformatörden geçirilir.12 voltluk çıkış daha sonra aracın elektrik sistemine beslenir ve bu da motordaki yükün bir kısmını alır. Bu teknoloji, henüz emekleme aşamasında olmasına rağmen şu anda yakıt verimliliğini yüzde 10'a kadar artırabiliyor.
Hangi Arabalar Rejeneratif Frenleri Kullanır?
Çoğu hibrit ve elektrikli araç, bir tür rejeneratif fren sistemi kullanır. Chevrolet, Honda, Nissa, Toyota ve Tesla gibi OEM'lerin tümü, hibrit ve elektrikli araçlarında rejeneratif frenleme teknolojisine erkenden katılmıştı. Bir tür rejeneratif frenleme kullanan hibrit olmayan araçlarda önemli ölçüde daha az yaygındır, ancak hem BMW hem de Mazda belirli modellerde bu teknolojiyi ilk benimseyen kişilerdi.
