車のブレーキを踏むたびに、エネルギーを浪費しています。物理学は、エネルギーを破壊することはできないと言っています。したがって、車の速度が低下すると、車を前進させていた運動エネルギーはどこかに移動する必要があります。そのほとんどは単に熱として放散し、役に立たなくなります。仕事をするために使われたかもしれないそのエネルギーは、本質的に無駄になっています。
ドライバーであるあなたがこのエネルギーの浪費をやめるためにできることはありますか？あまり。ほとんどの車では、それはブレーキの必然的な副産物であり、時々ブレーキを踏まずに車を運転する方法はありません。しかし、自動車のエンジニアはこの問題について多くのことを考え、車の運動エネルギーの多くを取り戻して電気に変換し、車のバッテリーの充電に使用できる一種のブレーキシステムを考案しました。このシステムは回生ブレーキと呼ばれます。
現在、これらの種類のブレーキは、主にトヨタプリウスのようなハイブリッド車や、テスラロードスターのような完全な電気自動車に見られます。このような車両では、バッテリーを充電しておくことが非常に重要です。しかし、このテクノロジーは最初はトロリーカーで使用され、その後、電動自転車やF1レースカーなどのありそうもない場所にも採用されました。
従来のブレーキシステムでは、ブレーキパッドがブレーキローターとの摩擦を生じて、車両を減速または停止させます。減速した車輪と路面との間に追加の摩擦が発生します。この摩擦は、車の運動エネルギーを熱に変えるものです。一方、回生ブレーキでは、車両を駆動するシステムがブレーキの大部分を実行します。ドライバーが電気自動車やハイブリッド車のブレーキペダルを踏むと、これらのタイプのブレーキは車両の電気モーターを後進モードにし、後進させて車の車輪を遅くします。モーターは逆走している間、発電機としても機能し、電気を生成して車両のバッテリーに供給します。これらのタイプのブレーキは、特定の速度で他の速度よりもうまく機能します。実際、これらはストップアンドゴーの運転状況で最も効果的です。ただし、ハイブリッド車や完全電気自動車には、回生ブレーキでは十分な停止力が供給されない状況での一種のバックアップシステムとして、摩擦ブレーキもあります。このような場合、ドライバーはブレーキペダルが圧力に対して異なる反応を示す可能性があることに注意することが重要です。ペダルが通常よりも床に向かって踏み込むことがあり、この感覚がドライバーに瞬間的なパニックを引き起こす可能性があります。
次のページでは、回生ブレーキシステムがどのように機能するかを詳しく見ていき、回生ブレーキが一般的な摩擦ブレーキシステムよりも効率的である理由について説明します。
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回生ブレーキは、電気モーターを使用する車両、主に完全電気自動車とハイブリッド電気自動車で使用されます。電気モーターのより興味深い特性の1つは、一方向に回転すると、電気エネルギーを機械的エネルギーに変換して、作業（車の車輪を回すなど）に使用できることです。反対方向に動くと、適切に設計されたモーターが発電機になり、機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換します。この電気エネルギーは、車のバッテリーの充電システムに供給することができます。
回生ブレーキシステムでは、モーターを逆回転させる秘訣は、モーターを後進させる機械的エネルギーとして車両の運動量を使用することです。勢いは、速度が上がった後も車両を前進させ続ける特性です。モーターが逆転すると、モーターによって生成された電気がバッテリーにフィードバックされ、停止後に再び加速するために使用できます。モーターがいつ逆転するかを決定するには、洗練された電子回路が必要です。一方、特殊な電気回路は、モーターによって生成された電気を車両のバッテリーに送ります。場合によっては、これらのタイプのブレーキによって生成されたエネルギーは、後で使用するために一連のコンデンサに保存されます。さらに、これらの種類のブレーキを使用する車両には標準の摩擦ブレーキシステムも備わっているため、車両の電子機器は、どのブレーキシステムがいつ適切であるかを判断する必要があります。回生ブレーキシステムでは非常に多くのことが電子的に制御されるため、ドライバーは、さまざまな状況で車両がどのように反応するかを決定する特定のプリセットを選択することもできます。たとえば、一部の車両では、ドライバーは、ドライバーの足がアクセルペダルから離れたときにすぐに回生ブレーキを開始するかどうか、およびブレーキシステムが車を0 mph（0 km /時）まで上げるか、車はわずかに惰走します。
自動車業界では、従来は機械的に実行されてきたブレーキの機能の多くが電子的に実行される、いわゆるブレーキバイワイヤシステムへの一般的な動きがあります。ハイブリッド車や電気自動車は、おそらくこれらのブレーキタイプの早期採用者になるでしょう。現在、さまざまな自動車エンジニアが、回生ブレーキの複雑さを処理するためにさまざまな回路設計を考案しています。ただし、すべての場合において、ブレーキ回路の最も重要な部分はブレーキコントローラーです。これについては次のセクションで説明します。
ブレーキコントローラーは、ブレーキをリモートで制御し、ブレーキの開始、終了、およびブレーキをかける速度を決定できる電子デバイスです。たとえば、けん引の状況では、ブレーキコントローラーは、トレーラーのブレーキとけん引を行う車両のブレーキを調整する手段を提供できます。
回生ブレーキはアンチロックブレーキシステム（ABS）と組み合わせて実装されるため、回生ブレーキコントローラーはABSコントローラーに似ており、車輪の回転速度とその速度の差を監視します。
あるホイールから別のホイールへ。この種のブレーキを使用する車両では、ブレーキコントローラーは車輪の速度を監視するだけでなく、バッテリーにフィードバックする電気を生成するために利用できるトルク（回転力）を計算できます。ブレーキ操作中、ブレーキコントローラーはモーターによって生成された電気をバッテリーまたはコンデンサーに送ります。バッテリーが最適な量の電力を受け取ることを保証するだけでなく、電気の流入がバッテリーが処理できる量を超えないようにします。
ただし、ブレーキコントローラーの最も重要な機能は、モーターが現在、車を停止するために必要な力を処理できるかどうかを判断することです。そうでない場合、ブレーキコントローラーは仕事を摩擦ブレーキに引き渡し、起こりうる大惨事を回避します。これらのタイプのブレーキを使用する車両では、ハイブリッド車や電気自動車に搭載されている他の電子機器と同様に、ブレーキコントローラーによって回生ブレーキプロセス全体が可能になります。
ハイブリッド車は完全電気自動車とどう違うのですか？ハイブリッド電気自動車は、電気モーターと内燃エンジンの両方を使用して、世界最高の運転体験を提供します。これらは、内燃エンジンの走行距離と、電気モーターの燃料効率および排出ガスのない特性を兼ね備えています。ハイブリッド車の燃費を最大限に高め、炭素排出量をできるだけ少なくするためには、バッテリーをできるだけ長く充電しておくことが重要です。ハイブリッド車のバッテリーが充電を失った場合、内燃エンジンが車両への電力供給を完全に担当します。その時点で、車両はハイブリッドとして機能しなくなり、化石燃料を燃焼する別の車として機能します。
自動車エンジニアは、ボディの空力合理化や軽量素材の使用など、ハイブリッドから最大の効率を引き出すための多くのトリックを考え出しましたが、間違いなく、最も重要なものの1つは回生ブレーキです。ただし、ハイブリッドセットアップでは、これらのタイプのブレーキは、車両のバッテリーを介してドライブトレインの電気モーター部分にのみ電力を供給することができます。内燃機関
エンジンはこれらの種類のブレーキから何の利点も得られません。
部分的には、ハイブリッドを充電する場所を見つけるのが非常に難しいため、これらの効率が必要です。これにより、ハイブリッドの内燃エンジンに依存せずに長い旅行が困難になり、ハイブリッドを所有することの利点の一部が実際に相殺されます。
次に、この回生ブレーキの考え方の新しい考え方について学びます。
代替の回生ブレーキシステムは、フォードモーターカンパニーとイートンコーポレーションによって開発されています。これは油圧パワーアシストと呼ばれます または HPA 。 HPAでは、ドライバーがブレーキを踏むと、車両の運動エネルギーを使用してリバーシブルポンプに動力を供給します。リバーシブルポンプは、車両内の低圧アキュムレータ（貯蔵タンクの一種）から高圧アキュムレータに作動油を送ります。圧力は、アキュムレータ内の窒素ガスによって生成されます。窒素ガスは、ガスが以前占有していたスペースに流体がポンプで送られるときに圧縮されます。これにより、車両の速度が低下し、車両が停止します。ドライバーがアクセルを再び押すまで、流体はアキュムレーター内で加圧されたままになります。その時点で、ポンプが逆転し、加圧された流体が車両を加速するために使用され、ブレーキをかける前に車両が持っていた運動エネルギーを機械エネルギーに効果的に変換します。車両を元の速度に戻すのに役立ちます。このようなシステムは、減速中に車両が失った運動量の80％を保存し、それを使用して車両を再び動かすことができると予測されています[出典：HybridCars.com]。このパーセンテージは、現在の回生ブレーキシステムによって生成されるものよりもさらに印象的なゲインを表しています。電子回生ブレーキと同様に、これらの種類のブレーキ（HPAシステム）は、ストップアンドゴーの交通が一般的な市街地走行に最適です。
これまでのところ、HPAシステムは、主に概念実証として、およびデモンストレーションプロジェクトでのみ使用されてきました。彼らはまだ生産モデルの準備ができていません。現在、これらの油圧ブレーキはノイズが多く、漏れが発生しやすいです。ただし、すべての詳細が明らかになると、このようなシステムは、重量が10,000ポンド（4,536キログラム）以上の大型トラックで最も役立つ可能性があります。この場合、これらのタイプのブレーキは、電子制御の回生ブレーキよりも最適なシステムであることがわかります。
最終的に、この技術は小型車にまで浸透する可能性があります。ミシガン州のある会社、Hybrid-Drive Systems、LLCは、1968年のフォルクスワーゲンビートルに油圧式回生ブレーキシステムを改造しました。ただし、アキュムレータはかなりのスペースを占有し、将来の生産計画では、バンなどの大型車でのテクノロジーの使用に重点が置かれます。一方、米国環境保護庁（EPA）は、イートンコーポレーションと提携して、UPS配送トラックに油圧式回生ブレーキシステムを設置しました。
従来の自動車のエネルギー効率はわずか約20％で、残りの80％は摩擦によって熱に変換されます。回生ブレーキの奇跡は、無駄なエネルギーの半分を取り込んで仕事に戻すことができるかもしれないということです。これにより、燃料消費量を10〜25％削減できます。油圧式回生ブレーキシステムは、さらに印象的な利益をもたらし、燃料使用量を25〜45％削減できる可能性があります[出典：HybridCars.com]。終わりを迎える可能性のある世紀に
長年にわたって自動車やその他の技術にエネルギーを供給してきた膨大な化石燃料の埋蔵量のうち、炭素排出量への懸念がピークに達している中で、この追加された効率はますます重要になっています。
21世紀の初めは、内燃機関が自動車で一般的に使用される最後の時期を非常によく示している可能性があります。すでに自動車メーカーは代替エネルギーキャリアに向かっています
電池、水素燃料、さらには圧縮空気など。回生ブレーキは、化石燃料からの最終的な独立に向けた小さな、しかし非常に重要な一歩です。これらの種類のブレーキを使用すると、外部の充電器に接続しなくても、バッテリーを長期間使用できます。これらのタイプのブレーキは、完全な電気自動車の走行範囲も拡大します。実際、このテクノロジーは、完全にバッテリー電源で動作するテスラロードスターのような車を私たちにもたらすのにすでに役立っています。確かに、これらの車は充電段階で化石燃料を使用する可能性があります。つまり、電力源が石炭などの化石燃料である場合は、道路に出ているときは使用せずに運転できます。化石燃料の量であり、それは大きな前進です。
電気モーターと回生ブレーキを備えたハイブリッド車は1ガロンのガスでかなり遠くまで移動でき、この時点で1ガロンあたり50マイル以上を達成できるため、回生ブレーキの効率が向上することで、ポンプの痛みも軽減されます。そして、それはほとんどのドライバーが本当に感謝できることです。
この簡単な図は、回生ブレーキシステムが車両の運動エネルギーの一部を取り戻し、それを電気に変換する方法を示しています。この電気は、車両のバッテリーを充電するために使用されます。
ブレーキシステムと関連する自動車のトピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。
初版：2009年1月23日