المكبح الذي يعيد الطاقة

عندما ترفع قدمك عن دواسة التسارع في سيارة كهربائية، قد تبدأ السيارة بالتباطؤ بينما تستعيد البطارية جزءًا من طاقة الحركة. يحدث ذلك لأن محرك الدفع يستطيع تغيير وظيفته: كان يستهلك الكهرباء لتحريك العجلات، ثم صار يولّد الكهرباء من دورانها.

يشرح دليل مالك سيارة Tesla Model 3 أن الكبح المتجدد يعمل عندما تكون السيارة متحركة وتكون قدمك بعيدة عن دواسة التسارع. وتصف وثيقة Model 3 المودعة لدى وكالة حماية البيئة الأميركية السلوك نفسه: يبدأ الكبح المتجدد عند رفع القدم عن دواسة التسارع أثناء حركة السيارة.

لماذا تشعر بالتباطؤ قبل لمس الفرامل؟

في سيارة تعمل بالبنزين، يؤدي رفع القدم عن دواسة التسارع عادة إلى استمرار السيارة في الانسياب مع تباطؤ ناتج عن مقاومة المحرك والهواء والإطارات. أما في كثير من السيارات الكهربائية، فقد تكون قوة التباطؤ أوضح لأن منظومة الدفع تقاوم دوران العجلات عمدًا.

تستمر العجلات في الدوران ما دامت السيارة تتحرك، وهي متصلة بالمحرك الكهربائي عبر مجموعة نقل الحركة. عندما يوقف نظام التحكم عزم الدفع ويطلب من المحرك مقاومة هذا الدوران، تعمل الآلة نفسها كمولد.

يتغير عندئذ اتجاه تدفق الطاقة. أثناء التسارع، تنتقل الكهرباء من البطارية إلى المحرك، فيحوّلها إلى حركة. وأثناء الكبح المتجدد، تدير حركة السيارة المحرك، فتخرج منه طاقة كهربائية يعيد النظام جزءًا منها إلى البطارية. ويمكن تمثيل العمليتين بصندوق واحد وسهم يتبدل اتجاهه.

قد تلاحظ الانتقال على هيئة تباطؤ فوري وشد خفيف إلى الأمام في جذعك، مع أنك لم تضغط دواسة الفرامل بعد. مصدر هذا الإحساس هو عزم المقاومة الذي يولده المحرك، لا منحدر في الطريق ولا استخدام مباشر لبطانات الفرامل.

محرك واحد للدفع وتوليد الكهرباء

المحرك الكهربائي والمولد يعتمدان على مبادئ كهرومغناطيسية متقاربة. عند تزويد الآلة بالكهرباء تنتج حركة دورانية، وعندما تُدار ميكانيكيًا تستطيع إنتاج الكهرباء. وتوضح وزارة الطاقة الأميركية أن الكبح المتجدد يستخدم المحرك الكهربائي كمولد، ثم يخزن الطاقة المستردة في البطارية.

يبدأ التسلسل بتقليل عزم الدفع، فيما تواصل العجلات إدارة المحرك. تنشأ مقاومة تؤدي إلى إبطاء السيارة، وفي الوقت نفسه تتحول نسبة من طاقة الحركة إلى كهرباء. هاتان النتيجتان، التباطؤ واسترداد الطاقة، تحدثان ضمن العملية نفسها.

يمكنك تقريب الفكرة بمروحة كهربائية. تمرير الكهرباء عبر محركها يدير الشفرات، بينما يسمح تدوير الشفرات من الخارج، في إعداد كهربائي مناسب، بتوليد تيار. تنفذ منظومة السيارة انعكاسًا مشابهًا، لكن نظام التحكم يضبط مقدار العزم وتدفق الطاقة بما يلائم القيادة.

هذا يفسر اختلاف الإحساس عند رفع القدم بين السيارات. فمقدار الكبح المتجدد تحدده برمجة السيارة وحالة البطارية وظروف الحركة، وقد تضبطه بعض الطرز تلقائيًا أو تتيح للسائق اختيار مستوى معين.

الطاقة المستردة لها حدود

لا تستعيد السيارة كل الطاقة التي استُهلكت لتسريعها. تحدث خسائر في المحرك والإلكترونيات والبطارية، كما تستهلك مقاومة الهواء وتشوه الإطارات جزءًا من طاقة الحركة. الكبح المتجدد ينقذ نسبة من الطاقة التي كانت ستتحول إلى حرارة، لكنه لا يعيد دورة الطاقة كاملة.

وتتغير قدرته بحسب حالة السيارة. يذكر دليل Tesla Model 3 أن الكبح المتجدد قد يصبح محدودًا عندما تكون البطارية باردة أو مشحونة بالكامل، وقد يتغير مقدار التباطؤ الناتج عن رفع القدم تبعًا لذلك. إذا كان التباطؤ المطلوب أكبر من قدرة الاسترداد، تتولى مكابح الاحتكاك الجزء المتبقي من مهمة الإيقاف.

وتوضح Tesla أيضًا أن مصابيح الفرامل تضيء عندما ينتج عن الكبح المتجدد تباطؤ قوي بما يكفي لتنبيه مستخدمي الطريق خلف السيارة. ولا يلغي هذا النظام دواسة الفرامل؛ على السائق استخدامها كلما تطلبت السرعة أو المسافة أو ظروف الطريق قوة إيقاف إضافية.

يمنحك توقع حركة المرور ورفع القدم مبكرًا وقتًا أطول لتقليل السرعة عبر المحرك. أما الاندفاع نحو نقطة التوقف ثم الكبح بقوة في اللحظة الأخيرة، فيزيد اعتماد السيارة على البطانات والأقراص التي تبدد طاقة الحركة في صورة حرارة. يظهر أثر الاسترداد بوضوح في القيادة المتقطعة، حيث تتكرر مراحل التسارع والتباطؤ.

ومع ذلك، قد يكون الانسياب أكثر كفاءة على طريق طويل ومستوٍ إذا لم تكن هناك حاجة إلى خفض السرعة. فكل انتقال من الكهرباء إلى الحركة ثم عودتها إلى الكهرباء يتضمن خسائر. الأفضل طاقيًا هو تجنب التسارع غير الضروري أولًا، ثم استخدام الكبح المتجدد لاسترداد جزء من الطاقة حين يصبح التباطؤ مطلوبًا.

راقب اللحظة الفاصلة بين الدواستين

يمكنك ملاحظة عمل النظام من دون الاعتماد على رسم بياني في لوحة العدادات. عندما يرفع السائق قدمه عن دواسة التسارع قبل الوصول إلى موضع التوقف، انتبه إلى توقيت بدء التباطؤ. إذا انخفضت السرعة فورًا قبل لمس دواسة الفرامل، فقد بدأ الكبح المتجدد.

انتبه أيضًا إلى مقدار التباطؤ، فقد يتغير بين سيارة وأخرى أو بين رحلتين في السيارة نفسها. البطارية الباردة أو الممتلئة قد تحد من الاسترداد، وعندها قد تنساب السيارة لمسافة أطول أو تحتاج إلى ضغط أكبر على دواسة الفرامل.

لتمييز المرحلتين، راقب رفع القدم عن دواسة التسارع أولًا ثم لحظة الضغط على الفرامل. التباطؤ الذي يبدأ في المسافة الزمنية بينهما هو الأثر الذي تولده مجموعة الدفع أثناء مقاومة دوران العجلات.