Những trở ngại kỹ thuật cho việc sử dụng phanh tái tạo dựa trên bánh đà trên xe đạp là gì?

Có thể chuyển đổi năng lượng mà bạn thường mất khi phanh xe đạp thành năng lượng quay bằng cách gắn thêm một bánh xe sẽ bắt đầu quay khi bạn sử dụng phanh? Ví dụ, khi đối mặt với đèn đỏ sau khi đi xuống một ngọn đồi.

Nếu bạn có thể khôi phục năng lượng đó, bạn có thể lấy lại một phần vận tốc của mình mà không cần nhiều nỗ lực sau khi dừng lại ở ánh sáng.

Tôi khá chắc chắn tôi không phải là người đầu tiên có ý tưởng này (vì tôi đã nghe về một số dự án cố gắng đạt được điều tương tự nhưng sau đó với ô tô) vì vậy tôi tự hỏi những khó khăn kỹ thuật là gì và tại sao tôi không thấy xe đạp như thế này trên đường?

Ở châu Âu, xe đạp điện hybrid đang trở nên khá phổ biến - bạn đạp và một cục pin nhỏ + động cơ giúp bạn có thêm lực đẩy. Những chiếc xe đạp như vậy bao gồm phanh tái tạo: khi bạn phanh nhẹ, động cơ sẽ hoạt động "ngược lại" và sạc pin dự phòng. Cho rằng tất cả các phần cứng đã có sẵn, nó không phải là một thách thức kỹ thuật bổ sung lớn. Nó đặc biệt hữu ích ở các thành phố đồi núi - bạn lấy lại năng lượng hấp dẫn. Bánh đà của bạn rất phức tạp: và việc khớp tốc độ đặc biệt khó khăn vì bạn cần có khả năng tăng tốc cho bánh đà bất kể tốc độ và tốc độ của xe đạp. Điều này đòi hỏi một cơ chế truyền động biến đổi liên tục.

Lưu trữ điện chỉ đơn giản hơn nhiều.

Tôi không phải là thợ sửa xe đạp hay chuyên gia, nhưng tôi muốn nói rằng nhược điểm chính của hệ thống bánh đà là

1. Biến chứng của bảo trì - càng nhiều bộ phận chuyển động, xe đạp của bạn sẽ càng thường xuyên bị hỏng và càng khó sửa chữa.

2. Giá - nhiều bộ phận di chuyển có nghĩa là chi phí nhiều hơn. Bạn cần cả một hệ thống bánh răng phụ để chạy bánh đà!

3. $KE_{rot} = \frac 1 2 I \omega^2$$I \propto m$

4. Phản tác dụng - Rất nhiều người đi xe đạp sử dụng xe đạp của họ để tập thể dục, vì vậy sẽ hơi phản tác dụng khi có một hệ thống phụ được thiết kế để giúp họ ít tập thể dục hơn.

Bây giờ, điều đó không có nghĩa là bánh đà xe đạp không gọn gàng - chúng chắc chắn là như vậy, và theo nhiều cách, chúng là một ý tưởng tuyệt vời. Nhưng bạn đã hỏi về những hạn chế.

Một khó khăn khác là hiệu ứng con quay - với tốc độ của bánh đà, các lực sẽ rất lớn, khi đi qua con đường Alps đó, có lẽ bạn sẽ lật ở khúc uốn tóc đầu tiên (chuyển đổi ở Mỹ).

Có thể được giải quyết bằng bánh đà quay kép, nhưng điều đó chỉ làm tăng thêm độ phức tạp cho một giải pháp quá phức tạp. Xe đạp điện hybrid có lẽ là một giải pháp đơn giản hơn, cũng như cho phép các cách sạc khác.

Có một vài khó khăn cơ bản.

Năng lượng được lưu trữ trong bánh đà là sự kết hợp giữa mômen quán tính và tốc độ của nó. Để có được mô men quán tính cao hơn, bạn cần khối lượng lớn hơn hoặc đường kính lớn hơn. Vấn đề là xe đạp có xu hướng rất nhạy cảm với cả trọng lượng và không gian. Điều này khiến bạn có tốc độ, trước tiên, điều này sẽ đòi hỏi tỷ lệ bánh răng khá cao để có được từ tốc độ tương đối thấp của bánh xe đạp đến tốc độ cao cần thiết cho một bánh đà hiệu quả cũng như một cơ chế để tham gia và giải phóng nó một cách trơn tru và chuyển đổi giữa quá trình trích xuất và năng lượng không thể chối cãi, điều này làm tăng thêm trọng lượng và độ phức tạp.

Ngoài ra, một bánh đà với một lượng năng lượng hữu ích sẽ có hiệu ứng con quay dây là một vấn đề cụ thể trên xe đạp trừ khi bạn có một hệ thống thậm chí phức tạp hơn để giảm thiểu nó.

Bánh đà tốc độ cao tương đương đặt ra thách thức vật liệu cho vòng bi và chính bánh đà đang cố gắng tự nổ ra và rõ ràng ngay cả một bánh đà tốc độ thấp, nhẹ cũng cần phải được đóng kín để đảm bảo an toàn.

Câu trả lời ngắn gọn là với công nghệ hiện tại, một hệ thống điện với pin sẽ luôn hấp dẫn hơn, công nghệ đã trưởng thành và phát triển tốt và với bất cứ điều gì như chi phí hợp lý sẽ cung cấp mật độ năng lượng tốt hơn và dễ dàng hơn trong việc đóng gói xe đạp cũng như cho phép mức độ kiểm soát lớn hơn nhiều. Ví dụ, một hệ thống điện được điều khiển kỹ thuật số có thể có nhiều chế độ hoạt động khác nhau mà không cần thêm bất kỳ bộ phận cơ khí nào.