جداسازی حس پدال از کاهش سرعت در خودروهای الکتریکی از طریق سیستم‌های ترمز با سیم

هنگامی که راننده در یک خودروی الکتریکی مدرن پدال ترمز را فشار می‌دهد، دیگر سیال هیدرولیک را به داخل کالیپر پمپاژ نمی‌کند. در عوض، یک درخواست الکترونیکی برای کاهش سرعت به واحد کنترل ارسال می‌کند که در کسری از میلی‌ثانیه تصمیم می‌گیرد سرعت خودرو را از طریق تبدیل موتور الکتریکی به ژنراتور، درگیر کردن فیزیکی دیسک‌های ترمز، یا ترکیبی از هر دو کاهش دهد.[1]

این معماری که با نام ترمز با سیم شناخته می‌شود، برای حل یک مسئله فیزیکی بنیادین در حمل‌ونقل الکتریکی توسعه یافته است: چگونگی برداشت انرژی جنبشی بدون آنکه راننده متوجه انتقال مکانیکی سیستم شود.[6]

مؤسسه RoadEthos در راهنمای سال ۲۰۲۶ خود پیرامون یکپارچگی عملکرد پدال خاطرنشان می‌کند: «قطع ارتباط فیزیکی پدال، آن را از یک فرمان به یک درخواست تبدیل می‌کند؛ این امر به واحد کنترل اجازه می‌دهد تا کاهش سرعت درخواستی راننده را با استفاده از کارآمدترین منبع موجود در آن لحظه تأمین کند.»[2]

با حذف ارتباط مکانیکی مستقیم، خودرو می‌تواند به طور پیوسته خود را با میزان شارژ باتری، لغزش چرخ‌ها و سرعت تطبیق دهد، بدون اینکه مقاومت فیزیکی احساس‌شده در زیر پای راننده تغییری کند.[2]

مکانیسم اصلی برای دستیابی به این بهره‌وری، ترمز بازیاب است. زمانی که راننده پای خود را از روی پدال گاز برمی‌دارد یا پدال ترمز را به نرمی فشار می‌دهد، موتور الکتریکی عملکرد خود را معکوس می‌کند.[1]

در این حالت، به جای مصرف برق از باتری برای چرخاندن چرخ‌ها، تکانه روبه‌جلوی خودرو موتور را به چرخش درآورده و برقی تولید می‌کند که به مجموعه باتری بازمی‌گردد.[1]

این مقاومت مغناطیسی به طور فیزیکی سرعت خودرو را کاهش می‌دهد. بر اساس گزارش شرکت بوش، سیستم الکترومکانیکی iBooster این شرکت می‌تواند تنها با استفاده از موتور الکتریکی به نرخ کاهش سرعتی معادل ۰.۳ جی (g) دست یابد.[3]

در بیشتر ترددهای شهری، شتاب منفی ۰.۳ جی تقریباً تمام توقف‌های روزمره را پوشش می‌دهد و به خودرو اجازه می‌دهد بدون درگیر کردن لنت‌های ترمز در ترافیک حرکت کند.[3]

دستاوردهای بهره‌وری حاصل از این فرآیند قابل‌توجه است. مؤسسه DataIntelo گزارش می‌دهد که ترمز بازیاب بین ۲۰ تا ۳۰ درصد از انرژی جنبشی خودرو را به مجموعه باتری بازمی‌گرداند.

در طول یک چرخه رانندگی استاندارد، این بازیابی انرژی، مسافت طی‌شده کل یک خودروی الکتریکی را بین ۸ تا ۱۵ درصد افزایش می‌دهد.

با این حال، فرآیند بازیابی دارای محدودیت‌های فیزیکی دقیقی است. باتری‌ای که کاملاً شارژ شده باشد نمی‌تواند انرژی بیشتری بپذیرد و یک باتری سرد نیز آن‌قدر کند شارژ می‌شود که قادر به جذب جریان ناگهانی نیرو نیست.[1]

علاوه بر این، موتور الکتریکی اثربخشی بازیابی خود را در سرعت‌های بسیار پایین از دست می‌دهد؛ به این معنا که نمی‌تواند به تنهایی خودرو را به توقف کامل و پایدار برساند.[2]

هنگامی که سیستم به این محدودیت‌ها می‌رسد، یا زمانی که راننده کاهش سرعتی بیش از ۰.۳ جی طلب می‌کند، ترمزهای اصطکاکی باید وارد عمل شوند.[3]

این مداخله به عنوان ترکیب ترمز شناخته می‌شود. اگر موتور به دلیل تکمیل ظرفیت باتری ناگهان فرآیند بازیابی را متوقف کند، ترمزهای هیدرولیک باید دقیقاً در همان میلی‌ثانیه درگیر شوند تا نرخ کاهش سرعت درخواستی راننده حفظ شود.[1]

سیستم‌های هیدرولیک سنتی که بر بوسترهای خلأ موتور و تراکم سیال متکی هستند، برای واکنش به یک فرمان الکترونیکی به حدود ۳۰۰ میلی‌ثانیه زمان نیاز دارند.

این تأخیر باعث ایجاد یک تکان محسوس یا تغییر ناگهانی در مقاومت پدال می‌شود؛ مسئله‌ای که یکی از شکایات رایج در خودروهای هیبریدی اولیه بود.

سیستم‌های مدرن ترمز با سیم، این تأخیر را به کمتر از ۵۰ میلی‌ثانیه کاهش می‌دهند.

با جایگزینی بوستر خلأ با یک موتور الکتریکی و یک واحد دنده سه‌مرحله‌ای، سیستم‌هایی مانند iBooster بوش می‌توانند حداکثر فشار ترمز اضطراری را تنها در ۱۲۰ میلی‌ثانیه ایجاد کنند.[3]

این واکنش سریع به واحد کنترل اجازه می‌دهد تا نیروی ترمز را به طور یکپارچه و بدون وقفه بین موتور و کالیپرها منتقل کند.[3]

دو معماری اصلی مبتنی بر سیم در بازار خودروی سال ۲۰۲۶ تسلط دارند. نخستین مورد، سیستم ترمز الکتروهیدرولیک (EHB) است.[5]

در یک سیستم EHB، پدال به صورت الکترونیکی از کالیپرها جدا شده است، اما سیال هیدرولیک همچنان نیروی درگیرکننده فیزیکی را تأمین می‌کند. در این ساختار، به جای اتکا به بوستر خلأ، یک پمپ موتوردار فشار هیدرولیک را بر اساس نیاز تولید می‌کند.[5]

سیستم‌های EHB در حال حاضر استاندارد صنعت برای پلتفرم‌های الکتریکی محسوب می‌شوند. مؤسسه DataIntelo برآورد می‌کند که معماری‌های الکتروهیدرولیک در سال ۲۰۲۶ سهم بازاری معادل ۴۲.۳ درصد را به خود اختصاص داده و درآمد سالانه‌ای بالغ بر ۱۰.۴۹ میلیارد دلار ایجاد می‌کنند.[5]

معماری دوم، سیستم ترمز الکترومکانیکی (EMB) است که اغلب از آن به عنوان سیستم ترمز «خشک» یاد می‌شود.[4]

سیستم EMB سیال هیدرولیک، سیلندر اصلی و خطوط سنگین ترمز را به طور کامل حذف می‌کند. در عوض، یک موتور الکتریکی مجزا در هر چرخ قرار می‌گیرد که کالیپر ترمز را مستقیماً از طریق یک مکانیسم بال‌اسکرو (پیچ ساچمه‌ای) به حرکت درمی‌آورد.[4][5]

شرکت Allegro MicroSystems در این باره توضیح می‌دهد: «سیستم EMB این مدل را کاملاً دگرگون کرده و قطعات الکترونیکی مستقل و متمرکز بر هر چرخ را جایگزین آن می‌کند.»[4]

با حذف زیرساخت هیدرولیک، خودروسازان می‌توانند به طور متوسط ۱۸ کیلوگرم از وزن خودرو بکاهند که این امر به نوبه خود مسافت طی‌شده الکتریکی را بهبود بخشیده و فرآیند تولید را ساده‌تر می‌سازد.

گذار به معماری‌های مبتنی بر سیم همچنین زمینه را برای نسل بعدی سیستم‌های پیشرفته همیار راننده (ADAS) فراهم می‌کند.[5]

از آنجا که ترمزها به صورت الکترونیکی کنترل می‌شوند، ترمز اضطراری خودکار می‌تواند بدون دخالت راننده فعال شده و تا سه برابر سریع‌تر از پای انسان واکنش نشان دهد.[3]

اداره ملی ایمنی ترافیک بزرگراه‌ها (NHTSA) و نهادهای نظارتی جهانی به طور فزاینده‌ای این قابلیت‌های واکنش سریع را الزامی می‌کنند و خودروسازان را به سمت استانداردسازی ترمز با سیم در سراسر ناوگان خود سوق می‌دهند.

چالش اصلی مهندسی همچنان کالیبراسیون نرم‌افزار است. یک سیستم با ترکیب بی‌نقص، انتقال بین مقاومت مغناطیسی و اصطکاک فیزیکی را پنهان می‌کند و فارغ از وضعیت باتری، سرعت خودرو یا محاسبات پیچیده‌ای که در پس‌زمینه در حال انجام است، پدالی سفت و قابل‌پیش‌بینی را در اختیار راننده قرار می‌دهد.[2][6]