Как устроены тормоза тесла
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?
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.
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.
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.
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.
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.
Правда о замене тормозных колодок в автомобилях Тесла и других электроавтомобилях
Мы лишь приведем основополагающие данные по итогам мозгового штурма.
Вот с этого твита Илона началась дискуссия об обслуживании электрокаров:
Подавляющее количество энергии движения автомобиля возвращается батарее в то время, когда электрические двигатели действуют как генераторы. Тормозные колодки на Tesla буквально не нуждаются в замене на протяжении всего срока службы автомобиля.
Здесь не так много нюансов для интерпретации сказанного. Тесла никогда не понадобятся новые тормозные колодки, вот о чем он говорит! Очевидно, даже неважно, как вы водите.
Именно это Маск имел в виду в своем твите. Однако этот нюанс может работать не в каждой ситуации и не для всех, особенно в тех случаях, когда водители часто ездят по трассе. Кроме того, вам понадобятся тормоза для экстренных ситуаций или просто неожиданных сюрпризов на дороге, которые в повседневной езде происходят регулярно.
Во-первых, вот что ответил на запрос представитель Jaguar:
А вот ответ Chevrolet:
Характеристики регенеративного торможения Bolt EV позволяют автомобилю замедлиться с меньшим использованием основной гидравлической тормозной системы. Однако фактический пробег, на который может продлеваться срок службы тормозных колодок, зависит от параметров движения транспортного средства (например, от того, как часто водитель задействует функции рекуперативного торможения) и условий окружающей среды, в которых эксплуатируется транспортное средство.
Ввиду того, что фактический пробег различается, рекомендация для владельцев – обратить внимание на встроенные в колодки индикаторы износа.
Nissan, с которым также велась переписка, на момент публикации пояснений не дал. Впрочем, вот отрывок из мануала:
Илон Маск нам наврал?
Если обратиться к главному документу по эксплуатации автомобиля – руководству владельца Tesla, то выяснится следующее. Мануал Tesla Model 3:
Tesla Model S:
Tesla Model X:
Вывод из всего этого довольно прост (большинство людей это знают и так, но по причине продуманного маркетинга нелепо в этом заблуждаются): износ тормозных колодок сильно зависит от того, как вы будете эксплуатировать автомобиль, что верно для всех машин, а не только для электромобилей.
Поэтому не стоит верить на слово маркетологам и главам корпораций. Лучше загляните в мануал, там все сказано. На этом подводим следующий итог: тормозные колодки в Tesla, как и во всех других электрокарах, менять нужно! Миф развеян в пух и прах!
Любой знаток автомобильной марки Tesla знает, что название компании выбрано не случайно. Tesla Motors (Тесла Моторс) названа в честь создателя двигателя Николы Тесла, жившего в 19 веке. Практически каждый автомобиль, который производит компания Tesla – от родстера до модели S и Х, оснащается 3-фазным асинхронным двигателем переменного тока, концепцию которого и придумал легендарный изобретатель.
В течение десятилетий после изобретения электродвигатель Николы Тесла работал от стационарной 3-фазной электрической розетки переменного тока. Примерно в 1990 году инженер-индивидуалист Алан Коккони разработал один из ранних портативных инверторов –устройство, которое превращает постоянный ток (DC) в батарее электромобиля в переменный ток (AC), необходимый для работы асинхронного двигателя.
Смотрите также: Почему Tesla Model S не подходит для спортивного использования?
Комбинация инвертор/электродвигатель была впервые использована на электроавтомобиле General Motors EV1. Позже итальянский физик Джузеппе Коккони создал улучшенную версию этой трансмиссии, которая появилась на автомобиле AC Propulsion Tzero. Но до серийного производства этого автомобиля не дошло. Зато на эту электромашину обратил внимание будущий соучредитель компании Tesla Motors Мартин Эберхард, основавший компанию в честь великого физика Николы Тесла вместе с Марком Тарпеннингом, к которым позже присоединился Илон Маск.
В итоге компания Tesla получила лицензию на технологию электромотора автомобиля tZERO для своего родстера. Так на автомобилях Tesla появился асинхронный двигатель, который, кстати, претерпел ряд изменений и улучшений.
Прелесть асинхронного двигателя в том, что он не требует постоянных магнитов. Постоянные магниты достаточной мощности для вращения двигателя электроавтомобиля обычно изготовлены из редкоземельных материалов. А, как известно, редкоземельные магниты имеют огромную первоначальную стоимость. Также такие магниты имеют свойство размагничиваться. Но главное, что цены на редкоземельные материалы зависят от их добычи, что приводит к большим биржевым колебаниям цен.
Благодаря же транзисторам асинхронный двигатель можно использовать с обычными магнитами. В асинхронном моторе используются электромагниты (катушки проволоки и т. д.), которые можно включать и выключать или переключать много раз в секунду благодаря транзисторам с эзотерическими названиями, такими как дополнительный полевой транзистор на основе оксида металла (MOS) -FET) или биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT).
Асинхронный двигатель, конечно, потрясающий мотор. Но не идеальный. В двигателе Tesla используется дорогостоящий и сложный в изготовлении ротор, изготовленный из меди. А благодаря особенности работы асинхронных двигателей ротор имеет тенденцию нагреваться и даже перегреваться. Тепло – это потраченная впустую энергия (известная как потеря i 2 r). В электроавтомобиле это имеет огромное значение. Асинхронный электромотор также не так эффективен на низких скоростях, в отличие от других двигателей. Поэтому эта технология открыта для новых решений, которые бы привели к созданию более эффективных электродвигателей, а также к снижению затрат себестоимости.
В зависимости от модели автомобили Tesla оснащаются одним или двумя электродвигателями. Например, заднеприводная модель Tesla Model S оснащается 3-фазным 4-полюсным асинхронным двигателем (вверху справа). Электроника привода инвертора (слева). Редуктор 9.73:1 и задний дифференциал (в центре) собраны в одну маслонаполненную часть, расположенную в задней части машины. Задние колеса приводятся в движение непосредственно этим устройством.
Полноприводные модели Tesla Model S оснащены аналогичным передним приводом со вторым асинхронным двигателем и редуктором 8.28:1, который и приводит непосредственно в движение передние колеса.
В Tesla Model 3 на задних колесах используется вот этот двигатель:
Этот трехфазный 6-полюсный двигатель с постоянным магнитом с переключаемым сопротивлением (справа), электроникой привода инвертора (слева), редуктором 9:1 и задним дифференциалом (в центре) собран в едином блоке, который и вращает задние колеса.
В моделях с полным приводом в Tesla Model 3 используется 3-фазный 4-полюсный асинхронный двигатель и редуктор, которые непосредственно и приводят передние колеса в движение. На скоростях этот асинхронный мотор немного более эффективный, чем задний двигатель PM-SR. Именно поэтому он используется для обеспечения большей части крутящего момента.
Двигатель PMSR заднего привода Tesla модели 3 (статор и ротор) (технология Bloomberg). Трехфазный 6-полюсный двигатель с постоянным магнитом и переключаемым сопротивлением (PM-SRM) имеет даже более высокую производительность и эффективность, чем асинхронные двигатели, используемые в других автомобилях Tesla.
Ротор двигателя PMSR заднего привода Tesla Model 3 (технология Bloomberg)
Статор PMSR заднего привода Tesla Model 3 (технология Bloomberg)
Компания Тесла представила новое программное обеспечение в которое было интегрировано возможность автономного вождения без участия водителя. В настоящий момент все новые модели (Tesla Model S и X) оснащаются функцией автономного вождения. Насколько безопасен автопилот от компании Тесла, и какие особенности новой технологии позволяют конкурировать автомобилям с аналогичными инновационными решениями? Предлагаем вам подробный обзор.
Какой именно автопилот выпустила компания Тесла для своей продукции? Например, если компания Google уже давно тестирует свои, полностью автономные автомобили, которые могут полностью, обходится без помощи водителя, то автономная система Тесла не может работать полностью без водителя.
Можно считать, что технология Тесла используют функцию полуавтоматического вождения. Автомобили, оснащаемые полуавтоматическим автопилотом, оборудованы большим количеством камер, датчиками и компьютерными модулями, которые анализируя ситуацию на дороге, автоматически управляют автомобилем. Напомним, что похожую систему используют компании Мерседес (в премиальных автомобилях S-класса устанавливается система Distronic Plus) и Форд.
Знаете в чем отличие автопилота S-класса от автономной системы Tesla? Например, если вы владелец старого Мерседеса, и вам хотелось бы использовать систему автономного вождения в своем автомобиле, вам придется купить новый S-класс, на который недавно начали устанавливать систему Distronic Plus.
Но, Тесла сделала уникальную технологию, которая позволяет все тем, кто имеет в собственности автомобили Tesla обновить программное обеспечение машины, и получить функцию автономного вождения без проведения работ в техническом центре или без приобретения нового автомобиля. Примечательно, что обновление программного обеспечения возможно по воздуху с помощью WiFi или даже с помощью 3G интернета.
Вот здесь Американская компания обошла всех автопроизводителей, представив возможность дистанционно превратить свой автомобиль в полуавтономный. Что же может делать эта новая инновационная система? Вот 5 особенностей, которые получит покупатель нового седана Model S и кроссовера Model X, а также те владельцы автомобилей, которые обновят программное обеспечение автомобилей.
1) Автоматическое управление
С помощью системы обратной связи в режиме реального времени и набора сенсоров, которые защищают автомобиль от фронтального удара, а также с помощью 360-градусной камеры распознающей изображения, автомобили Тесла теперь могут распознавать перекрестки, дорожную разметку, траекторию дороги, другие транспортные средства на дороге и пешеходов.
Это означает, что Tesla Model S или Model X могут регулировать управление, скорость движения самостоятельно без участия водителя. Как только автомобиль разгоняется до 20 км/час водитель может включить автономный режим и автоматическая система возьмет управление автомобилем на себя, так как это происходит при работе автономного круиз-контроля.
Эта особенность автопилота самая обсуждаемая, поскольку автономная система не работает на небольшой скорости, как у других автомобилях. Дело в том, что эта система в других марках транспортных средств очень раздражает многих водителей при движении в пробках, включая различные звуковые сигналы и предупреждающие надписи, об опасности.
2) Автоматическая система перестроения
Перестроение всегда связано с риском, особенно если водитель игнорирует слепые зоны.
В автомобилях Тесла с автопилотом, водителям достаточно выбрать направление перестроения и машина самостоятельно перестроиться в другую полосу, как только это будет безопасно.
3) Автономная парковка
Параллельная парковка может быть сложной для некоторых водителей, но автопилот Тесла поможет вам припарковать автомобиль автоматически. Правда, эта особенность, не революционная идея на рынке, учитывая, что за последние годы, многие автопроизводители уже оснащают подобной технологией свои новые автомобили. Но, тем не менее, хотелось отметить, что автономная система паркинга Тесла способна парковаться в обычных условиях тесной стоянки, в отличие от автомобилей других марок, которым для автономного паркинга необходимо слишком большое свободное пространство.
4) Защита пешеходов
Автономная система, разработанная компанией Тесла, также умеет распознавать пешеходов и в случае опасности автоматически тормозит автомобиль, чтобы избежать столкновения.
5) Автопилот с самообучением
Автопилот Тесла постоянно собирает данные, чтобы сделать себя лучше. Не переживайте Скайнет и любой искусственный интеллект еще не изобретены. Но, тем не менее, технология Американского автопроизводителя заслуживает удивления.
Автономная система способна самообучаться в процессе эксплуатации автомобиля. Система самообучения работает очень просто. Пока вы пользуетесь автономной системой, автомобиль собирает данные и отправляет на сервер компании Тесла, для последующего анализа получаемой информации.
Далее разработчики на основе полученных данных будут периодически выпускать обновления программного обеспечения, которое будет происходить по беспроводным каналам связи. В результате такого подхода система автономного вождения будет постоянно совершенствоваться.
Почему же компания Тесла не выпустила полный автопилот, несмотря на то, что подобные технологии уже давно существую в мире? К сожалению, пока автомобили Тесла не могут автоматически парковать себя в гараже, а также не могут выполнять ваши команды с телефона или с помощью пульта управления. Кроме того, пока что автоматическая система вождения не может распознавать светофоры и дорожные знаки. Так как на дороге чаще всего встречаются дорожные знаки и светофоры, именно поэтому Американский автопроизводитель и не представил полный автопилот для своих автомобилей.
Какие недостатки имеет автономная система Тесла?
Несмотря на явные плюсы нового автопилота Тесла, есть и минусы, которые были выявлены в первые дни тестирования данной системы в реальных условиях на дороге. Вот вам пример тест-драйва, который показывает, что электроника пока не может полностью заменить человека за рулем.
Обратите внимание на конец видео ролика, в котором, скорее всего, автономная система неправильно рассчитала уровень изгиба дороге. Благодаря водителю машина не слетела с проезжей части.
Тем не менее, хотели бы отметить, что новая система автономного вождения это огромный шаг вперед. Ведь еще несколько лет подобная технология казалась фантастикой, а теперь является реальностью. К тому чего стоит идея обновлять программное обеспечение автомобиля по воздуху.
Правда о замене тормозных колодок в автомобилях Тесла и других электроавтомобилях
Мы лишь приведем основополагающие данные по итогам мозгового штурма.
Вот с этого твита Илона началась дискуссия об обслуживании электрокаров:
Подавляющее количество энергии движения автомобиля возвращается батарее в то время, когда электрические двигатели действуют как генераторы. Тормозные колодки на Tesla буквально не нуждаются в замене на протяжении всего срока службы автомобиля.
Здесь не так много нюансов для интерпретации сказанного. Тесла никогда не понадобятся новые тормозные колодки, вот о чем он говорит! Очевидно, даже неважно, как вы водите.
Именно это Маск имел в виду в своем твите. Однако этот нюанс может работать не в каждой ситуации и не для всех, особенно в тех случаях, когда водители часто ездят по трассе. Кроме того, вам понадобятся тормоза для экстренных ситуаций или просто неожиданных сюрпризов на дороге, которые в повседневной езде происходят регулярно.
Во-первых, вот что ответил на запрос представитель Jaguar:
А вот ответ Chevrolet:
Характеристики регенеративного торможения Bolt EV позволяют автомобилю замедлиться с меньшим использованием основной гидравлической тормозной системы. Однако фактический пробег, на который может продлеваться срок службы тормозных колодок, зависит от параметров движения транспортного средства (например, от того, как часто водитель задействует функции рекуперативного торможения) и условий окружающей среды, в которых эксплуатируется транспортное средство.
Ввиду того, что фактический пробег различается, рекомендация для владельцев – обратить внимание на встроенные в колодки индикаторы износа.
Nissan, с которым также велась переписка, на момент публикации пояснений не дал. Впрочем, вот отрывок из мануала:
Илон Маск нам наврал?
Если обратиться к главному документу по эксплуатации автомобиля – руководству владельца Tesla, то выяснится следующее. Мануал Tesla Model 3:
Tesla Model S:
Tesla Model X:
Вывод из всего этого довольно прост (большинство людей это знают и так, но по причине продуманного маркетинга нелепо в этом заблуждаются): износ тормозных колодок сильно зависит от того, как вы будете эксплуатировать автомобиль, что верно для всех машин, а не только для электромобилей.
Поэтому не стоит верить на слово маркетологам и главам корпораций. Лучше загляните в мануал, там все сказано. На этом подводим следующий итог: тормозные колодки в Tesla, как и во всех других электрокарах, менять нужно! Миф развеян в пух и прах!
Читайте также: