Если вы занимаетесь электровелосипедами так же долго, как и я, вы знаете две вещи о них: это отличный способ передвижения, и основная технология, лежащая в основе мотора электровелосипеда, не менялась уже очень давно. Однако, основываясь на новом дизайне мотора электровелосипеда, который я только что протестировал от компании-разработчика силовых установок CHARGE, мир электровелосипедов может перевернуться с ног на голову. Эти ребята обнаружили, что почти любой мотор-ступица электровелосипеда может выполнять рекуперативное торможение, но все просто неправильно их проектировали все это время.
Я знаю, это звучит безумно, но дослушайте до конца. Потому что я видел это в действии, и это реально.
Итак, предыстория: самый распространенный тип мотора для электровелосипеда — это мотор-ступица (мотор в центре колеса), и мы все давно знаем, что электровелосипеды, как правило, не могут осуществлять рекуперативное торможение. Ну, могут, только это требует тяжелого и менее эффективного мотор-ступицы с прямым приводом, чего мы не видели на массовых розничных электровелосипедах уже много лет. В наши дни все используют более мелкие мотор-редукторы, которые позволяют колесу свободно вращаться, как у обычного велосипедного колеса, благодаря чему электровелосипед катится, как педальный велосипед, но при этом обладает мощностью электрической трансмиссии.
Проблема в том, что свободное вращение типичного мотор-редуктора электровелосипеда делает рекуперативное торможение невозможным; просто нет способа заставить мотор вращаться в обратном направлении и превратить его в генератор, поскольку он не вращается, когда питание не подается (т.е. при накате или торможении). Для этого потребовалось бы управляемое сцепление, и хотя существовали разработки подобного рода, никому никогда не удавалось сделать это достаточно просто или экономично, чтобы это могло дойти до производства.
Но находчивые ребята из CHARGE обнаружили, что это не обязательно так, по крайней мере, если просто немного изменить конструкцию мотора. Вместо того чтобы крепить тормозной диск к оболочке мотора, что было стандартным методом десятилетиями, они закрепили тормозной диск на опорной пластине, которая удерживает сателлиты в редукторе мотора. Это требует немного другой оболочки для мотора — такой, которая позволяет креплению соединять тормозной диск с держателем шестерен, — но это единственное отличие, и его легко произвести. Это просто требует небольшой доработки сборочной линии мотора. После этого вся тормозная система остается прежней.
Так пользователь по-прежнему нажимает на тормозной рычаг на руле, как обычно, и тормозные колодки по-прежнему прижимаются к этому тормозному диску. Но разница в том, что когда колодки прижимаются к тормозному диску, мотор вынужден вращаться, что и создает тормозное усилие. По сути, тормозной диск теперь выполняет функцию рычага управления, который всегда отсутствовал. Это означает, что мотор может переключиться в режим генератора, фактически становясь тормозом, нагружая мотор и преобразуя кинетическую энергию обратно в электрическую для зарядки аккумулятора. Контроллер и мотор постоянно общаются друг с другом, увеличивая или уменьшая тормозное усилие в зависимости от того, насколько сильно пользователь нажимает на тормозной рычаг.
Величина проскальзывания тормозного диска по сути является сцеплением, которое контролирует, какая мощность рекуперативного торможения применяется. Это второй умный трюк здесь. Поскольку диск соединен с планетарными шестернями, а не с оболочкой мотора, мотор знает, с какой скоростью вращается тормозной диск, потому что он вращается с той же скоростью, что и планетарные шестерни. Когда тормозной диск начинает замедляться или останавливаться — по сути, блокируется — мотор понимает, что пользователь хочет тормозить сильнее, и, в свою очередь, потребляет больше мощности, применяя большее рекуперативное торможение, что предотвращает блокировку тормозного диска и поддерживает его медленное вращение. Он постоянно отслеживает скорость вращения, чтобы гарантировать, что тормозное усилие соответствует тому, что пользователь делает своей рукой, нажимая на рычаг (т.е. тормозные колодки на диске). И он делает это с помощью существующих датчиков скорости мотора, уже встроенных в каждый мотор-ступицу — никаких дополнительных датчиков не требуется.
Но поскольку тормозные колодки лишь прилагают небольшое усилие к диску и на самом деле не используют трение для создания большого количества тепла и значительного торможения, они испытывают минимальный износ и, вероятно, не потребуют замены. Они просто слегка сжимают диск, чтобы мотор, а следовательно, и контроллер, получали сигнал торможения от ручного рычага. Почти вся тормозная мощность поступает от самого мотора, который действует как генератор для выработки электроэнергии. По крайней мере, так происходит в большинстве случаев. Есть еще один интересный трюк: когда аккумулятор полностью заряжен и, следовательно, не может использовать рекуперацию для зарядки, контроллер может автоматически блокировать или почти блокировать скорость вращения тормозного диска, останавливая мотор, что означает, что большее трение создается тормозными колодками. Это редкий случай, который происходит только при торможении, когда аккумулятор полностью заряжен (например, в начале поездки).
Концептуально это может быть немного трудно понять. И, честно говоря, увидеть это в реальной жизни тоже не особо поможет понять механику.
Но раз уж мне удалось протестировать это самому, почему бы не взглянуть на интересный способ движения — и неподвижности — тормозного диска во время тест-драйва. Смотрите в коротком ролике ниже! Или посмотрите видео в замедленной съемке от CHARGE, где это еще больше объясняется (поняли?).
Прокатившись сам, могу сказать, что эта установка ощущается точно так же, как обычное торможение физическими дисковыми тормозами. Чем сильнее я нажимаю на правый тормозной рычаг, который управляет задним тормозным суппортом, тем больше тормозной силы я получаю от заднего колеса.
Если бы мне никто не сказал, что в тормозной системе что-то изменилось, я, возможно, даже не заметил бы этого. Возможно, единственным признаком является то, что вы не получаете столько же тормозного шума, сколько может возникнуть от скрипящего тормозного диска при резком торможении. И если вы вдруг обернетесь и посмотрите на свое заднее колесо во время езды (что вообще сложно сделать), вы заметите странное зрелище: когда вы едете, ваше колесо вращается, а тормозной диск на самом деле *неподвижен*. Это очень необычно, и это единственный признак того, что там что-то не совсем нормально.
Самое удивительное в этом то, что инженер CHARGE, который первым придумал это решение, Алон Голдман, никогда раньше не ездил на электровелосипеде, прежде чем придумать это изобретение. Он просто услышал о проблеме и начал думать, как ее решить. И, возможно, именно это позволило ему подойти к дизайну мотора так, как никто не думал уже более двух десятилетий. Узнав о проблеме — что моторы электровелосипедов не могли осуществлять рекуперативное торможение из-за конструкции мотор-ступиц с свободным ходом — он начал мыслить нестандартно, или, вернее, внутри колеса, и понял, что решение было простым. Оно просто заключалось в изменении способа крепления тормозных дисков к колесу с момента появления первого мотор-ступицы. Все остальное могло остаться прежним.
И это открывает дверь для, наконец, внедрения рекуперативного торможения практически на любом электровелосипеде, или, по крайней мере, на большинстве электровелосипедов, которые сегодня на дорогах, использующих мотор-ступицы с редуктором. Это требует небольшой механической корректировки мотора для иного крепления диска, и использования инновационного контроллера CHARGE для модуляции рекуперативного торможения, но и все. Это больше не невозможность и даже не большая преграда. Решение просто лежит на столе, ожидая реализации. И лучше поверьте, что первая компания-производитель электровелосипедов, которая возьмет это на вооружение, получит огромное преимущество, как с функциональной, так и с маркетинговой точки зрения.
Это подводит нас к последнему вопросу: о природе самого рекуперативного торможения. Рекуперация является обычным явлением практически во всех электромобилях, кроме электровелосипедов. Мы давно смирились с тем, что для электровелосипедов компромисс между свободным ходом мотора для накатистости, как у обычного педального велосипеда, стоит отказа от рекуперации, но это не умерило желания всех. Преимущества для других транспортных средств те же, что и для электровелосипедов. Тормозные колодки служат дольше, батареи работают дольше, и мы просто не тратим впустую энергию, которую усердно производили (или заряжали, если не крутили педали сами). Количество энергии, о котором мы говорим, в среднем невелико, часто от 5-10% от общего объема, использованного в поездке, в зависимости от местности и нагрузки (или до 20-30% на длинных участках спуска, что может привести к значительному увеличению запаса хода). Но даже при средней езде по ровному городу это все равно означает, что велосипедисты могут проезжать на 5-10% дальше, что немало. А для многих снижение износа и меньшее техническое обслуживание сами по себе являются большими преимуществами.
Так увидим ли мы скоро внедрение этой технологии в новые электровелосипеды? Похоже, что аппаратное и программное обеспечение готовы, но теперь предстоит увидеть, готов ли рынок ее принять. Мы будем внимательно следить за этим, это точно!
