Wprowadzona na rynek w roku 1997 Toyota Prius była pierwszym samochodem hybrydowym produkowanym na dużą skalę. Od tego momentu Toyota sprzedała na świecie ponad 15 milionów pojazdów hybrydowych. Każdy nowy model oznacza kolejne zmiany pod względem mechanicznym i technicznym. W roku 2009 firmy Toyota i Lexus wprowadziły zmieniony układ hamulcowy w modelach Prius, Yaris, Auris/Corolla oraz CT200h.

Montowany w Toyocie Prius 3. generacji układ hamulcowy różni się od tradycyjnego układu i przed rozpoczęciem prac należy poszerzyć wiedzę na temat zastosowanych rozwiązań. Istnieje kilka wspólnych rozwiązań pomiędzy wcześniejszym a nowszym układem, niemniej występuje kilka podstawowych różnic, które bezwzględnie warto poznać. Podobnie jak w przypadku tradycyjnego układu hamulcowego, wymiana płynu hamulcowego jest czynnością rutynową ze względu na jego higroskopijne właściwości. Dlatego informacje przedstawione w tym artykule są bardzo ważne podczas obsługi i naprawy hybrydowych modeli Toyoty i Lexusa.

Układ hybrydowy

Atrybutem tradycyjnego pojazdu wyposażonego w silnik spalinowy są bardzo wysokie straty energii. Podczas przyspieszania, w celu uzyskania odpowiedniej prędkości, spalane jest paliwo, a w momencie zdjęcia nogi z pedału gazu zachodzi zjawisko hamowania silnikiem. Gdy hamowanie ma być bardziej intensywne, po naciśnięciu pedału hamulca klocki hamulcowe dociskane są do tarcz hamulcowych. W efekcie powstaje tarcie pozwalające szybko zatrzymać rozpędzony pojazd.

W samochodzie hybrydowym układ hamulcowy jest integralnym elementem hybrydowego układu napędowego. Podczas przyspieszania spalane jest paliwo, a w momencie ściągnięcia stopy z pedału przyspieszenia silnik odłączany jest od układu napędowego, a silnik-generator napięcia w przekładni wytwarza prąd ładujący wysokonapięciowy akumulator. Można to sobie wyobrazić jako duży alternator wytwarzający opór pod obciążeniem. Ten efekt odzyskiwania energii jest zaprojektowany tak, by spowalnianie odpowiadało hamowaniu silnikiem.

Lekkie naciśnięcie pedału hamulca po prostu zwiększa stopień ładowania, a tym samym opóźnienie pojazdu. Dzieje się tak tylko wtedy, gdy potrzeba intensywności/siły hamowania przewyższa wydajność silnika-generatora (około 30% skuteczności hamowania) i do akcji wkracza układ hydrauliczny. Efektem są dwie podstawowe korzyści: spadek zużycia paliwa o około 60 % oraz zwiększenie trwałości przednich klocków hamulcowych do 100 000 km / 60 000 mil lub nawet więcej!

Negatywnym skutkiem jest większa podatność na zapiekanie się elementów układu hamulcowego, takich jak zaciski, tłoczki i klocki hamulcowe. Wynika to z mniejszej częstotliwości działania, szczególnie jeżeli elementy te nie są kontrolowane podczas rutynowej obsługi.

Jak zatem działa układ?

Opis dotyczy schematu przedstawionego poniżej. Hydrauliczny układ hamulcowy tworzą następujące elementy:

• Elektrycznie napędzana pompa i zasobnik wypełniony azotem, które zapewniają ciśnienie robocze w układzie.
• Hydrauliczne serwo hamulca, sterujące ciśnieniem w zależności od siły hamowania.
• Układ symulacji skoku pozwalający na odpowiedni skok/ruch pedału hamulca.
• Aktywny czujnik prędkości obrotowej koła zamontowany na każdym kole.
• Czujnik skoku pedału hamulca, który monitoruje ruch pedału hamulca.
• Hydrauliczny siłownik hamulcowy (wewnątrz przerywanych linii), obejmujący 11 zaworów elektromagnetycznych oraz dwa liniowe zawory sterowane w oparciu o modulację szerokości impulsów (PWM).

Układ wspomagania hamulców reguluje ciśnienie w przewodzie hamulcowym prowadzącym do zaworu dozującego SCR, który pozostaje zamknięty przy aktywnym układzie (pokazane przy czerwonej cewce). Symulator skoku podaje informację o zakresie ruchu pedału hamulca, pozwalając płynowi hamulcowemu wyprzeć tłoczek symulatora skoku, gdy pedał hamulca zostaje naciśnięty. Pochodzące od czujnika skoku pedału hamulca oraz od czujnika ciśnienia w pompie hamulcowej informacje, odnośnie głębokości i prędkości wciśnięcia pedału hamulca są przekazywane do elektronicznego modułu sterowania układem hamulcowym (ECM). Program w sterowniku ECM decyduje o sposobie działania układu hamulcowego. Na początku, gdy naciśnięty zostaje pedał hamulca, do zacisków hamulcowych trafia niewielkie ciśnienie. Ma to na celu aktywowanie klocków i tarcz hamulcowych w celu uniknięcia powstawania warstwy tlenku na tarczach lub warstwy wody podczas jazdy po mokrych nawierzchniach.

Hamowanie regeneracyjne

Odzysk/regeneracja zachodzi w momencie, gdy sterownik układu hybrydowego pozwala napięciu płynąć z silnika-generatora do akumulatora. Układ jest skonstruowany pod kątem maksymalnego poziomu odzysku energii. Połączenie hamowania hydraulicznego układu hamulcowego i regeneracyjnego hamowania uruchamiane jest w momencie gdy zapotrzebowanie na siłę hamowania (czyli nacisk kierowcy na pedał hamulca) przewyższa możliwości samego układu regeneracyjnego. Uruchomienie hamulców sterowane jest przez dwa zawory liniowe SLA (uruchomienie) oraz SLR (zwolnienie). Sterowanie odbywa się woparciu o modulację szerokości impulsów (PWM) napięcia płynącego do zaworów. Ciśnienie w zaciskach może być odpowiednio sterowane, co pozwala uzyskać odpowiednią siłę hamowania. Układ ten umożliwia elektroniczne sterowanie układem hamulcowym. Działanie hamulców na poszczególnych kołach może być niezależne, ale również ściśle powiązane z naciskiem na pedał hamulca.

Układ obejmuje również sterowanie układami elektronicznego rozkładu siły hamowania (EBD), układem ABS, układem kontroli napędu (TCR) oraz układem kontroli stabilności (VSC).

Układ ABS

Zawory elektromagnetyczne FLH oraz FLR sterują ciśnieniem oraz przepływem do przedniego lewego zacisku. Gdy koło jest hamowane i bardzo blisko jest jego zablokowania pod wpływem siły hamowania, zawór FLH (przytrzymanie lewy przód) zostaje zamknięty w celu zapobiegnięcia wzrostu ciśnienia na przednim lewym zacisku hamulcowym. A gdyby doszło do zablokowania koła zawór FLR (zwolnienie lewy przód) zostaje otwarty w celu zwolnienia ciśnienia z zacisku do zbiornika, umożliwiając obracanie się koła. Działanie to jest powtarzane wielokrotnie w krótkich odstępach czasu do momentu, gdy koło będzie obracało się bez zakłóceń. W ten sposób można kontrolować wszystkie cztery koła.

Układy VSC i TRC

Sterowanie zaworami podtrzymującymi odcina elementy od układu. Poszczególne obwody układu hamulcowego mogą być uruchamiane niezależnie od kierowcy. Układ TCR (Układ Kontroli Napędu) może uruchomić hamulec na napędzanym kole, które utraciło przyczepność podczas przyspieszania i jednocześnie zwiększyć siłę napędu na kole zlokalizowanym po przeciwnej stronie mechanizmu różnicowego. Układ VSC (Układ Kontroli Stabilności Pojazdu) działa zwiększając siłę hamowania na różnych kołach w momencie wypadania z toru jazdy w wyniku zjawiska podsterowności lub nadsterowności. Obydwa układy mają również wpływ na sterowanie momentem napędowym przez nadzorowanie pracą przepustnicy silnika spalinowego lub silnika napędzającego.

Zabezpieczenie na wypadek usterki

W przypadku usterki elektrycznej zawory przechodzą do swojej pozycji spoczynkowej. Zawory SSC i SCC zostają zamknięte, natomiast zawory SMC i SRC otwarte. Pozwala to na niezakłócony przepływ od pompy hamulcowej do przednich hamulców. Ciśnienie wytwarzane pod wpływem nacisku pedała hamulca wypełnia środkową sekcję wspomagania hamulców.

Procedura odpowietrzania w ramach rutynowej obsługi

Odpowietrzanie układu należy przeprowadzić przy wsparciu drugiej osoby oraz stosując odpowiedni tester diagnostyczny. Ze względu na skomplikowanie układu należy ściśle przestrzegać opisanych procedur. Istnieją dwie procedury odpowietrzania. Jedna dotyczy zwykłego odpowietrzania w ramach regularnej obsługi po wymianie zacisku lub przewodu hamulcowego. Natomiast druga dotyczy sytuacji, gdy do wspomagania układu hamulcowego przedostało się powietrze. Bardzo ważne znaczenie ma przeprowadzenie procedury zgodnie z oprogramowaniem przyrządu diagnostycznego. Jakiekolwiek odstępstwo skutkuje usterką układu i przejściem układu hybrydowegow tryb awaryjny oraz zapamiętaniem kodu błędu „C1214 – Niewłaściwe działanie sterowania układu hydraulicznego”.

Na końcu procedury zgromadzone ciśnienie podnosi się i spada sześciokrotnie, ponieważ sterownik hamulców ECU otwiera i zamyka po kolei wewnętrzne zawory w celu uruchomienia przepływu płynu hamulcowego.

Jeżeli zachodzi konieczność wymiany wspomagania hamulców, symulatora skoku, hydraulicznego siłownika, przewodów hydraulicznych lub przez przypadek do tych elementów przedostało się powietrze, stosowana jest druga procedura. Procedura ta obejmuje odpowietrzanie symulatora skoku oraz inicjalizację zaworów liniowych.

Od wielu lat Blue Print oferuje szeroki asortyment części hamulcowych do pojazdów hybrydowych i elektrycznych. Części te stanowią podstawowy element układu hamulcowego pojazdu, zapewniając bezpieczne spowalnianie i zatrzymywanie pojazdu. Rozwiązania Blue Print w zakresie ciernych elementów układu hamulcowego koncentrują się na spełnieniu lub przewyższeniu wymagań Normy ECE-R90. Dodatkowym wyznacznikiem jest ograniczenie hałasu, drgań, pylenia oraz szkodliwych emisji.

Cały asortyment części zamiennych do układu hamulcowego dostępny jest na stronie: partsfinder.bilsteingroup.com.
Marka Blue Print należy do bilstein group, do firmy skupiającej również inne marki.
Więcej informacji na stronie: www.bilsteingroup.com.