Brzdy budoucnosti: Brzdový systém budoucnosti

2. část Brzdový systém automobilů budoucnosti

Nyní, když jsme v první části „Brzdy budoucnosti“, analyzovali přeměny, kterými prošly automobily během svého vývoje, pokusíme se pochopit, jak bude vypadat brzdový systém budoucnosti vzhledem k určitým současným trendům, jako je například environmentální udržitelnost a zavedení autonomního řízení.

Environmentální udržitelnost a brzdový systém: co nás čeká v budoucnosti?

Začněme proměnnou environmentální udržitelnosti, zejména nejtěžší výzvou, kterou je snížení emisí oxidu uhličitého. Pokud chceme snížit množství CO2 vypouštěného do atmosféry, musíme snížit spotřebu. Kromě toho, že úroveň spotřeby závisí na typu použitého motoru, velmi závisí také na hmotnosti vozidla, což je důvod, proč je třeba změnit brzdový systém, aby se snížila hmotnost.

Jak snížit hmotnost brzdového systému

Technologie, které zde zohledníme na snížení hmotnosti brzdového systému vozidla, jsou brzdové kotouče, brzdové destičky a třmeny.

Technologie brzdového kotouče

Začněme u brzdových kotoučů analýzou hlavních technologií, z nichž některé jsou již na trhu a jiné budou k dispozici v blízké budoucnosti:

kompozitní kotouče z litiny a hliníku (BMW)

brzdný povrch z litiny a hliníkový náboj mechanicky spojený ocelovými čepy: toto řešení snižuje hmotnost přibližně o 15 % v porovnání s integrálním brzdovým kotoučem z litiny.

kompozitní kotouče z litiny a oceli (MB)

od roku 2014 nabízí Mercedes své špičkové modely s brzdovým kotoučem s brzdným povrchem z litiny, který je interferenčně namontován na ocelovém náboji. Toto řešení, které vyrábí společnost Brembo jako originální vybavení Mercedesu, snižuje hmotnost přibližně o 15 %.

odlévané kotouče z litiny a oceli (MB aftermarket)

toto řešení od společnosti Brembo spojuje brzdný povrch z litiny s ocelovým nábojem odléváním obou materiálů, čímž se snižuje hmotnost o 15 % při zachování výkonu a stylu v nezměněné podobě.

eco-cast kotouče z litiny a hliníku

jde o řešení společnosti Brembo, které dosud nebylo uvedeno na trh a zahrnuje kompozitní kotouč (litina na brzdný povrch a hliník na náboj) spojený odléváním.

dual-cast kotouče z litiny a hliníku (první a druhá generace)

kotouče první generace, které jsou vhodné pro závodní a sportovní modely, skládající se ze dvou částí, brzdného povrchu z uhlíkové litiny a hliníkového náboje, spojených odléváním, s přibližně 20 % snížením hmotnosti a větší pružností systému, aby se snížilo riziko deformace mezi brzdnou plochou a nábojem. Kotouče druhé generace využívají jinou polohu čepů spojujících brzdný povrch s nábojem, což zlepšuje ventilaci kotoučů a zvyšuje schopnost odvádět teplo a odolnost vůči tepelnému praskání.

plovoucí kotouče s mechanickým spojením

vysokokarbonové litinové kotouče spojené s hliníkovým nábojem pomocí pružných pouzder, které zaručují dobrou pružnost systému a zabraňují deformacím a nežádoucím vibracím.

kompozitní kotouče z oceli a nerezavějící oceli

kotouče s ocelovým nábojem, mechanicky spojené s brzdným povrchem z nerezavějící oceli. Použitím oceli se může snížit tloušťka brzdného povrchu (max. 8 mm) i nábojů (2,5 mm). Brzdný povrch může pohodlně odolávat teplotám do 600 °C. Hmotnost se ve srovnání s litinovými kotouči sníží přibližně o 30 %, zvyšuje se však životnost kotoučů i destiček. Náboj z ocelového plechu je vyroben hlubokým tažením, na rozdíl od otvorů a drážek vyrobených perforováním. Brzdný povrch se vyrábí lisováním nerezavé oceli za studena. Oba komponenty se pak spojí a na povrchu, který je v klidu, se provede závěrečné broušení, aby bylo dosaženo požadovaných tolerančních hodnot.

integrované hliníkové kotouče

Ty představují určité obtíže vzhledem ke kritickým vlastnostem, které materiál vykazuje při teplotách nad 400 °C, a předpokládá se použití speciálních brzdových destiček. Použití hliníku umožňuje snížit hmotnost přibližně o 40 % ve srovnání s podobným litinovým kotoučem.

uhlíkovo-keramické kotouče

Plovoucí kotouče, které využívají uhlíkovo-keramický materiál na brzdný povrch, s hmotností sníženou až o 50 % ve srovnání s litinovými kotouči. Tato technologie nabízí také další výhody: absenci tepelné deformace, vysoký a konstantní koeficient tření a vynikající životnost (více než 200 000 km).

Chart 1 - Brake disc weight reduction: comparative table

Graf 1 sumarizuje řešení realizovaná

Graf 1 sumarizuje řešení realizovaná v průběhu let na snížení hmotnosti kotouče, která jsme uvedli výše. Od jejich prvotního použití v super a sportovních automobilech byla tato řešení postupně implementována i do běžných automobilů, které tvoří významnější část trhu, a je dost pravděpodobné, že tento trend bude v blízké budoucnosti pokračovat.

Technologie brzdové destičky: Projekt Lybra

Projekt Lybra zahrnuje použití podložky ze skleněných vláken pro brzdové destičky namísto běžné kovové podložky. Tato podložka se proto formuje spolu s třecím materiálem ve výrobním procesu, který se výrazně liší od procesu, který se v současnosti používá k výrobě brzdových destiček, přičemž má tyto výhody:

hmotnost brzdové destičky snížena o 30%
snížená tepelná vodivost
odstraněny problémy s korozí.

Toto řešení je obzvlášť vhodné pro využití na zadních nápravách elektromobilů, kde rekuperační brzdění vede ke snížení používání kotouče, nižším provozním teplotám a menšímu opotřebení.

Technologie třmenů: polotuhé tváření kovů

Polotuhé tváření kovů je proces, který umožňuje vyrábět hliníkové brzdové třmeny ze sekundárního hliníku (pocházejícího z recyklovaného hliníku) namísto primárního hliníku (čistý hliník pocházející z těžby bauxitu a legovaný jiným materiálem pro výrobu brzdových třmenů), přičemž má dva hlavní cíle:

být šetrný k životnímu prostředí, s nižším dopadem na životní prostředí díky použití recyklovaného hliníku
mít lepší mechanické vlastnosti a lehčí třmeny díky menší tloušťce při stejné mechanické pevnosti.

Technologie Brembo počítá s použitím sekundárního hliníku, který se taví při teplotě 650 °C namísto 740 °C používaných v běžných procesech. Při této teplotě tavení je získán hliník v polotuhém stavu, čímž se zabrání tvorbě nečistot: smíšená polotuhá struktura je ve formě uspořádána do kulovité struktury, což zvyšuje mechanickou pevnost třmenu. Společnost Brembo v současnosti pracuje na použití stejné technologie i pro hliník s cílem snížit hmotnost třmenu přibližně o 8 %.

Jak snížit množství pevných částic produkovaných brzdovými destičkami

Měď a jiné kovy, které se usazují na silnicích v důsledku opotřebení brzdových destiček, jsou toxické pro některé vodní mikroorganismy. V roce 2010 proto státy Kalifornie a Washington přijaly právní předpisy, podle kterých musí brzdové destičky prodávané nebo montované v obou státech obsahovat nižší množství mědi a jiných těžkých kovů. Tato „Pravidla pro lepší brzdy“ jsou lokálními pravidly, která by mohla mít globální důsledky: v obou státech se předpokládají 3 různé kategorie obsahu nebezpečných kovů a od roku 2025 se mohou prodávat pouze brzdové destičky úrovně N s procentuálním podílem mědi nižším než 0,5 % celkové hmotnosti třecího materiálu.

Projekt Kobra

Společnost Brembo se ve spolupráci s institutem Mario Negri, Italcementi a Connecting Ambition účastní projektu Kobra, jehož cílem je snížit množství brzdových částic pomocí nové technologie výroby brzdových destiček, která nahrazuje tradiční fenolové pryskyřice novým materiálem na bázi cementu.

Fenolové pryskyřice se vyrábějí z fenolů a formaldehydu: jedná se o velmi těkavou, a proto velmi nebezpečnou látku, která se může dostat do dýchacích cest člověka.

Nové materiály na bázi cementu musí mít stejné vlastnosti jako tradiční materiály. To znamená, že splňují vysoké výkonnostní normy, které se očekávají při nejnáročnějších sportovních aplikacích, a zároveň minimalizují emise jemných částic a dopad na životní prostředí. Nový proces nejenže snižuje množství jemných částic během brzdění, ale umožňuje i snížit spotřebu energie během výrobního procesu i spotřebu vody. Sloučenina již byla schválena podle normy ECE-R90.

Project Cobra infographic: new process for manufacturing pads with cementitious materials

Elektrifikace a autonomní řízení

Kromě snížení emisí a pevných částic je jedním z velmi důležitých současných trendů týkajících se budoucnosti automobilů – a tedy i brzd – elektrifikace a autonomní jízda.