Układ hamulcowy można bez cienia wątpliwości określić najważniejszym zespołem części odpowiedzialnych za bezpieczeństwo na drodze. Pierwsze układy hamulcowe oparte były na mechanicznym systemie dźwigni. Wraz z rozwojem motoryzacji, popularność od lat 20. XX w. zyskiwały bardzo dobrze znane do dziś układy hydrauliczne. Współcześnie wraz z rozwojem pojazdów elektrycznych kształtuje się nowa generacja układów hamulcowych. Jak będą wyglądały układy hamulcowe w najbliższej przyszłości?

Nowa mobilność to nowe wyzwania

Gdy w latach 20. ubiegłego wieku opracowano i rozpoczęto wprowadzanie hydraulicznych układów hamulcowych, nie wszyscy byli przekonani do bezpieczeństwa tego wynalazku. Podobną sytuację możemy zaobserwować także dziś, kiedy to powoli serwomotory zajmują miejsce serw hamulcowych opartych na podciśnieniu w nowoczesnych samochodach. Zaufanie do elektroniki, a konkretnie do jej niezawodności nie jest zbyt silne. Nic więc dziwnego, że rodzą się obawy, gdy zaczyna ona zajmować tak ważne miejsce w kwestii naszego bezpieczeństwa.

Jest jednak druga strona tego medalu. W Stanach Zjednoczonych popularność zyskuje nowy trend. Sympatycy klasycznej motoryzacji, aby poprawić skuteczność układu hamulcowego w swoich klasycznych Mustangach, Cadillacach i wielu innych samochodach korzystają z najnowszych zdobyczy techniki motoryzacyjnej. Okazuje się bowiem, że iBooster, czyli elektryczne serwo hamulcowe produkcji Boscha, wyciągnięte z takich samochodów jak Tesla model 3, czy Honda Accord, może zostać bardzo łatwo zaadaptowane do klasyków motoryzacji. Osoby, które zdecydowały się na taką modyfikację, chwalą sobie poprawioną responsywność układu hamulcowego oraz uczucie “jak z nowoczesnego samochodu”. Ważna jest także poprawiona sprawność silnika, który nie poświęca energii na generowanie dodatkowego podciśnienia.

Ciekawostka: Pierwsze modele samochodów Tesli stosowały elektryczną pompę próżniową połączoną z tradycyjnym serwem hamulcowym. Dopiero na późniejszym etapie inżynierowie zdecydowali się na serwo elektryczne, które w końcowym rozrachunku jest tańsze i skuteczniejsze niż poprzednik.

Droga do suchego układu hamulcowego

O ile elektromobilność przyspieszyła rozwój elektrycznego serwa hamuclowego w celu wyeliminowania konieczności stosowania pompy próżniowej, to rezygnacja z płynu hamulcowego nie będzie tak łatwa. Producenci układów hamulcowych elektryfikację planują przeprowadzać stopniowo. Pierwszym krokiem było właśnie elektryczne wspomaganie hamowania w postaci takich urządzeń jak iBooster Boscha czy Electronic Brake Booster (EBB) od TRW. Są one sterowane poprzez wbudowany sterownik w połączeniu z systemem CAN BUS, dzięki czemu, siła i moment przełączenia z hamowania rekuperacyjnego są precyzyjnie dobrane do prędkości, warunków na drodze i wielu innych czynników. Jest to też technologia, która gotowa jest na przyszłość w zakresie autonomicznych pojazdów, ponieważ hamowanie może się odbywać bez udziału człowieka. Ponadto w przypadku samochodów elektrycznych i hybrydowych układ ten umożliwia realizację lekkiego hamowania przy wykorzystaniu wyłącznie systemu rekuperacji.

Kolejnym etapem będzie półsuchy układ hamulcowy. Dużą popularnością w tym obszarze cieszy się technologia opracowana przez Continental. Zaprojektowany przez inżynierów układ hamulcowy złożony jest z elektrycznych hamulców kół tylnej osi oraz układu hydraulicznego, z elektrycznym serwem, dla kół przednich. Dzięki takiemu rozwiązaniu producenci samochodów mogą uzyskać niższą masę, prostszą konstrukcję, wyższą precyzję i niższy koszt układu hamulcowego. Serwo hamulcowe stosowane w układzie hamulcowym zaprojektowanym przez inżynierów Continental, podobnie jak w przypadku iBoostera od Boscha, posiada fizyczne połączenie z pedałem hamulca.

Najnowszy układ hamulcowy zaprezentowany przez Bosch jest półsuchym układem z wykorzystaniem technologii Brake-By-Wire. Zaproponowane przez Boscha rozwiązanie opiera się na pedale hamulca, który wysyła elektryczny sygnał do pompy hamulcowej. Dzięki tej technologii pompę hamulcową można zainstalować w dowolnym miejscu, wówczas nie musi ona zajmować już miejsca na grodzi w komorze silnika.

Suchy układ hamulcowy, czyli Brake-By-Wire

Zapowiedzi największych producentów OE wskazują jednoznacznie, że już wkrótce układy hamulcowe w nowych samochodach zostaną całkowicie pozbawione hydrauliki. Przewody hamulcowe zastąpione zostaną kablami, a pompę hamulcową zastąpią elektryczne siłowniki zintegrowane z zaciskami hamulcowymi. Swój pomysł na to rozwiązanie zaprezentowało już m.in. ZF.
Układ hamulcowy bez płynu hamulcowego w wykonaniu ZF charakteryzuje się aż do 9 metrów krótszą drogą hamowania oraz umożliwia osiągnięcie o 17% wyższy zasięg samochodów elektrycznych dzięki skuteczniejszemu odzyskiwaniu energii za pomocą układu rekuperacji. Ponadto ZF chwali się korzyściami ekonomicznymi:

Rezygnacja z układu hydraulicznego oznacza znacznie niższe koszty montażu i logistyki nawet podczas produkcji pojazdu, ponieważ system składa się z mniejszej liczby części. Użytkownik zyskuje także w okresie eksploatacji pojazdu, ponieważ nie ma już potrzeby wymiany płynu hamulcowego, co zmniejsza ilość czynności serwisowych wymaganych do przeprowadzenia w warsztacie.

Nie jest jednak tajemnicą, że elektronika nie cieszy się pełnym zaufaniem wśród użytkowników samochodów czy też mechaników. Tradycyjne układy hamulcowe, a nawet te wykorzystujące elektryczne serwo umożliwiają hamowanie nawet w przypadku awarii podciśnienia lub zasilania. Jakie systemy bezpieczeństwa wykorzystywane są przez producentów układów typu Brake-By-Wire? Z takim pytaniem udaliśmy się do przedstawiciela marki ZF.

 – Podobnie jak układy hamulcowe z płynem hamulcowym, suche układy hamulcowe typu Brake by Wire wymagają dwóch obwodów elektrycznych – źródła zasilania, centralnego ECU i połączeń – aby zachować redundancję i działać nawet w przypadku awarii. Ponadto, system Brake by Wire z czterema inteligentnymi siłownikami ZF EMB jest z natury redundantny, ponieważ siła hamowania zacisków hamulcowych może zostać zrównoważona w razie potrzeby w przypadku awarii jednego z nich. Co więcej, inteligentne siłowniki ZF EMB mogą wykrywać, a nawet przewidywać potencjalne awarie i podejmować odpowiednie czynności zapobiegawcze. Nie było to możliwe w przypadku konwencjonalnych systemów hydraulicznych i sprawia, że suche systemy Brake by Wire są wyjątkowo dobrze dostosowane do potrzeb pojazdów autonomicznych – mówi Diego Cusi, Director Engineering, Foundation Brake Core & EMB, ZF Group.

Elektryczna rewolucja wiedzie za sobą zmiany nie tylko w obszarze układu napędowego, ale także innych podzespołów obecnych w samochodach. Czy pełna elektryfikacja układów hamulcowych to najbardziej prawdopodobna wizja przyszłości? Czy kierowcy są w stanie zaufać elektrycznym hamulcom? Wiele wskazuje no to, że czeka nas powtórka z historii. To, co dziś nowe i niepewne, jutro może stać się powszechnie akceptowanym standardem.