Comment fonctionne le freinage régénératif ?
La technologie de freinage n’a pas beaucoup changé au cours des cent dernières années, mais le freinage régénératif représente un changement radical dans la façon dont nous pensons au freinage. Plutôt que d’utiliser la force brute pour arrêter un véhicule en comprimant ou en repoussant physiquement des composants tels que des disques de frein ou des tambours, la technologie tire intelligemment parti du fonctionnement des véhicules hybrides et tout électriques pour que le véhicule s’arrête à chaque virage. énergie lors de la première décélération.
Doug Cheeseman/Photothèque/Getty
Comment fonctionnent les freins de voiture et de camion ?
Au fil des ans, les progrès de la technologie de freinage ont été en grande partie itératifs plutôt qu’innovants, comme la transition des freins à tambour aux freins à disque. Des progrès significatifs ont également été réalisés dans les matériaux physiques à partir desquels les plaquettes de frein sont fabriquées, ce qui se traduit par des matériaux de friction qui durent plus longtemps, génèrent moins de poussière et sont moins susceptibles de générer du bruit. Des technologies telles que le freinage antiblocage ont également rendu la technologie de freinage plus sûre, mais les principes fondamentaux de la conversion de l’énergie cinétique en chaleur n’ont pas changé.
Les freins conventionnels fonctionnent plutôt bien, mais de par leur nature même, ils sont très coûteux. Chaque fois que vous appuyez sur la pédale de frein, vous appuyez efficacement sur les roues avec des milliers de livres de force hydraulique. Le mécanisme précis implique des rotors métalliques en forme de disque qui sont pris en sandwich entre chaque pneu et moyeu, pressés entre des plaquettes de frein organiques, métalliques ou en céramique.
Monty Lacuson
Dans les freins arrière des véhicules plus anciens et de certains camions légers, des tambours et des mâchoires de frein moins efficaces sont utilisés à la place. Dans les deux cas, le véhicule ralentira en raison de l’énorme frottement créé entre les plaquettes de frein et le disque de frein, ou les mâchoires de frein et le tambour de frein. Ce frottement convertit essentiellement l’énergie cinétique en chaleur (parfois avec beaucoup de bruit) et, par conséquent, votre voiture ralentit.
Le problème avec les freins traditionnels est que votre moteur doit utiliser beaucoup de carburant pour accumuler de l’énergie cinétique, et lorsque vos freins la transforment en chaleur, elle est essentiellement gaspillée.
L’idée de base derrière le freinage régénératif est que diverses technologies peuvent récupérer une partie de l’énergie cinétique, la convertir en électricité, puis la réutiliser.
Comment fonctionnent les freins régénératifs ?
La forme la plus courante de technologie de freinage régénératif consiste à réutiliser le moteur électrique comme générateur, c’est pourquoi le freinage régénératif est souvent présent dans les véhicules hybrides et électriques.
En fonctionnement normal, le moteur électrique puise l’énergie de la batterie et l’utilise pour déplacer le véhicule. Lorsque la pédale de frein est enfoncée, le moteur électrique est capable d’inverser le processus, devenant un générateur entraîné par les roues qui tournent et réinjectant de l’énergie dans la batterie.
Le freinage régénératif chargeant efficacement la batterie sans avoir à brancher de chargeur, le rendement global du véhicule est amélioré pour les véhicules électriques ou utilisant l’alternateur pour les véhicules hybrides. Cela signifie des kilomètres plus longs entre la recharge ou le ravitaillement.
Étant donné que les freins régénératifs convertissent efficacement l’énergie cinétique en électricité, ils ralentissent le véhicule en plus de charger la batterie. Cependant, il existe des limites à l’efficacité des systèmes de freinage régénératif. L’un des principaux problèmes est que le freinage régénératif ne fonctionne pas aussi bien à basse vitesse qu’à haute vitesse. En raison des limites inhérentes au freinage régénératif, la plupart des véhicules sont également équipés de systèmes de freinage conventionnel assisté.
Les freins conventionnels peuvent également être utilisés comme solution de secours au freinage régénératif de la même manière que les commandes traditionnelles de direction, de freinage et d’accélération sont souvent utilisées comme solution de secours pour les systèmes drive-by-wire. Les systèmes traditionnels ne peuvent être activés qu’en cas de panne de l’équipement, ou ils peuvent être utilisés en permanence avec un freinage régénératif.
Limites du freinage régénératif
Outre la baisse naturelle de l’efficacité du freinage régénératif à basse vitesse, la technologie souffre d’un certain nombre d’autres limitations. Certains des plus célèbres incluent:
- Le freinage régénératif ne fonctionne que sur les roues motrices: Si un VE n’est pas à traction intégrale, avec un moteur électrique à chaque roue, les roues sans disques ne bénéficieront pas du freinage régénératif.
- problème d’arrêt d’urgence: Dans les situations d’arrêt d’urgence, les freins régénératifs ne fournissent souvent pas une puissance de freinage suffisante. C’est un domaine où les freins conventionnels fonctionnent encore mieux.
- Limitations de la batterie et du moteur: L’efficacité des systèmes régénératifs est limitée par des facteurs tels que la capacité du système de stockage d’énergie et la puissance du moteur.
- Uniquement pour les véhicules électriques et hybrides: Les systèmes régénératifs conventionnels ne sont pas compatibles avec les véhicules non électriques et non hybrides. Parce que ces véhicules n’ont pas de moteur électrique, la mise en œuvre du freinage régénératif est coûteuse et compliquée.
- contraintes de freinage dynamique: Certains systèmes régénératifs sont contraints d’utiliser un « freinage dynamique » supplémentaire qui ne stocke pas l’énergie cinétique récupérée.
Freins capacitifs et moteurs à combustion conventionnels
Étant donné que les systèmes de freinage régénératif reposent généralement sur leurs moteurs électriques pour générer de l’électricité, ils sont intrinsèquement incompatibles avec les véhicules utilisant des moteurs à combustion interne. Cependant, il existe des techniques de régénération alternatives qui peuvent être appliquées aux moteurs à combustion interne conventionnels.
Un de ces systèmes utilise de gros condensateurs pour stocker et libérer rapidement de l’énergie, qui est ensuite transmise à travers un transformateur abaisseur. La sortie de 12 volts est ensuite introduite dans le système électrique du véhicule, ce qui soulage une partie de la charge du moteur. La technologie est actuellement capable d’améliorer l’efficacité énergétique jusqu’à 10 %, mais elle en est encore à ses balbutiements.
Quelles voitures utilisent des freins régénératifs ?
La plupart des véhicules hybrides et électriques utilisent un certain type de système de freinage régénératif. Des équipementiers tels que Chevrolet, Honda, Nissan, Toyota et Tesla ont été les premiers à adopter le freinage régénératif dans leurs véhicules hybrides et électriques. Les véhicules non hybrides qui utilisent un certain type de freinage régénératif sont nettement moins courants, mais BMW et Mazda ont été les premiers à adopter la technologie dans certains modèles.
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