Come funziona il recupero energia in frenata su Toyota Yaris Hybrid

Recupero dell’energia in frenata: sapevi che la modalità con cui le vetture sono in grado di effettuare il “recupero” può variare a seconda di marca, modello e, soprattutto, della tipologia di trazione? Vediamo come funziona nello specifico il recupero su una vettura a trazione termica e su una vettura ibrida o elettrica.

L’ottimizzazione dell’efficienza energetica è diventato il punto cardine dello sviluppo tecnologico che costantemente investe il settore Automotive.

È importante a questo proposito distinguere tra:

• il recupero energia di una vettura che dispone soltanto del motore a scoppio, quindi a trazione termica e
• il recupero di energia dei veicoli che sfruttano la potenza elettrica per la trazione, come appunto le ibride e le elettriche.
   

Recupero energia in frenata su Vetture a trazione termica

A bordo di questi veicoli i componenti coinvolti nel recuperare energia, ovvero nel convertirla da meccanica a elettrica, sono:

• il motore termico
• l’alternatore “intelligente”
• la batteria 12 Volt e relativo sensore IBS
• la centralina di gestione motore

Gli alternatori “intelligenti” o “pilotati” sono in grado di produrre una potenza elettrica variabile differenziando corrente e tensione prodotte grazie a una propria elettronica di gestione che viene comandata dalla centralina motore.

Di conseguenza, aumenta o diminuisce anche il carico applicato al motore a scoppio.

Il lavoro dell’alternatore varia in base allo stato di carica della batteria, verificato tramite il sensore IBS e il regime di carico motore.

Cosa avviene quando si accelera o si sorpassa

Chiaramente, in fase di sorpasso o di accelerazione in salita, quando vi è la massima richiesta di potenza al propulsore, l’alternatore sarà comandato a sottrarre pochissima potenza al motore. Lo stesso avviene quando la batteria è carica al 100% o quasi.

Quando però il driver alza il piede dall’acceleratore e quando preme il pedale del freno, cioè quando l’energia cinetica della vettura deve essere ridotta, l’alternatore viene comandato in maniera tale da applicare un’alta resistenza all’assale di trazione, e quindi anche all’albero motore, in maniera tale da convertire in frenata l’energia meccanica in elettrica. Tale energia verrà pertanto recuperata e non completamente dissipata. Ciò ha 2 effetti positivi:

1. la batteria viene ricaricata più velocemente
2. aumenta l’effetto freno motore (anche se di pochissimi punti percentuali)

Risulta evidente che la batteria 12 V installata su questi veicoli debba essere di una tecnologia adeguata a garantire il corretto funzionamento del sistema. Si tratta di batterie AGM, HEAVY DUTY rinforzate e/o EFB.

Recupero energia in frenata su Vetture ibride ed elettriche

La presenza di uno o più motori elettrici per la trazione sconvolge la funzione precedentemente descritta, migliorandola in termini di efficacia e di prestazioni.

Esaminiamo una vettura in particolare:

TOYOTA YARIS 1.5 HSD (versione P13 con cod. mot. 1NZ-FXE), partendo dalla configurazione del sistema ibrido Toyota THS-II.

I componenti coinvolti nell’erogazione della potenza e nel recupero dell’energia in frenata sono:

• Motore termico
• Motore elettrico MG1 e MG2
• Gruppo epicicloidale
   

Riassumendo

• MG1 svolge la funzione di motorino di avviamento e da alternatore.
• MG2 è il motore elettrico che dà la trazione e recupera energia in frenata.
• Il motore termico può erogare potenza alle ruote e azionare i motori elettrici per la ricarica della batteria ad alto voltaggio.

Il veicolo in questione ha la possibilità di spostarsi sfruttando la sola energia elettrica oppure, al di sopra di una certa velocità, utilizzando la combinazione della potenza elettrica con quella termica fornita dal motore a scoppio.

In condizione di rilascio del pedale acceleratore e nelle fasi di frenata, la centralina del sistema ibrido THS-II e la centralina VSC (sigla Toyota per indicare la ECU ABS) collaborano per riuscire a rallentare/fermare il veicolo e allo stesso tempo recuperare energia per la ricarica della batteria ad alto voltaggio.

Come funziona

Premendo il pedale del freno, la centralina, tramite un sensore di corsa presente sul pedale stesso, calcola l’entità della forza frenante che il conducente vuole generare. A seguito di questo calcolo, la forza frenante viene generata in parte dal classico circuito idraulico ABS sulle ruote, e in parte dal motore elettrico direttamente sulla trasmissione.

Toyota Yaris HSD - sviluppo della forza frenante sulle ruote

Il contributo “elettrico” alla frenata consiste in una forza resistente applicata direttamente al gruppo trasmissione dal motore elettrico MG2 che, essendo collegato meccanicamente all’assale delle ruote, in questa fase si comporta da motogeneratore.

Quando il conducente va a premere a fondo il pedale del freno (ad esempio in una frenata repentina), la pressione generata dal freno idraulico non attiva direttamente i cilindretti delle pinze, ma serve come segnale alla centralina VSC. È poi questa centralina a comandare la pompa elettrica e il gruppo di elettrovalvole al fine di raggiungere la pressione idraulica precedentemente calcolata.

Cosa avviene nei casi di frenata dolce

In questi casi il sistema è in grado di rallentare o fermare il veicolo soltanto tramite la frenata di tipo rigenerativo. Come già specificato, quando invece la frenata è più consistente, interverrà anche la parte idraulica.

Contributo elettrico e idraulico a seconda dell’entità della frenata

Effettivamente, il pedale del freno è separato dai rami del circuito idraulico delle ruote del veicolo da 2 elettrovalvole che, in caso di funzionamento normale del sistema, rimangono chiuse.

Un simulatore di corsa posto dopo il pedale freno, il quale è costituito da molle e pistone idraulico che offrono una resistenza differenziale alla pressione applicata dal driver (simulando così la frenata convenzionale), consente al guidatore di non accorgersi di alcuna differenza rispetto a un sistema tradizionale.

In caso di anomalia del sistema, la forza frenante può essere completamente generata dal guidatore in virtù del fatto che le 2 elettrovalvole prima citate si aprono, mettendo in comunicazione diretta il pedale del freno e il circuito idraulico che esercita la pressione frenante sulle ruote del veicolo.