Bremsur framtíðarinnar: Hemlakerfi framtíðarinnar

2. hluti. The bremsa kerfi á bíla á morgun

Nú þegar við höfum greint umbreytingarnar sem bílar hafa gengið í gegnum við þróun þeirra í fyrsta hluta "Bremsur framtíðarinnar" munum við reyna að skilja hvernig hemlakerfi framtíðarinnar mun líta út í ljósi ákveðinnar núverandi þróunar, svo sem umhverfislegrar sjálfbærnibreytu og innleiðingu sjálfstæðs aksturs.

Umhverfisleg sjálfbærni og hemlakerfið: hvað ber framtíðin í skauti sér?

Byrjum á umhverfislegu sjálfbærnibreytunni, einkum með erfiðustu áskoruninni, að draga úr losun koltvísýrings. Til að draga úr magni CO2 sem losað er út í andrúmsloftið þurfum við að draga úr neyslu. Auk þess að fara eftir tegund vélar sem notuð er, fer eyðslustig mjög eftir þyngd ökutækisins, sem er ástæðan fyrir því að breyta þarf hemlakerfinu til að draga úr þyngdinni.

Hvernig á að draga úr þyngd hemlakerfisins

Tæknin sem við munum taka tillit til hér til að draga úr þyngd hemlakerfis bílsins eru bremsudiskar, bremsuklossar og þykktir.

Tækni við bremsudiska

Byrjum á bremsudiskunum með því að greina helstu tækni, sem sum hver eru þegar á markaði, og önnur sem verða fáanleg í nánustu framtíð:

samsettir diskar úr steypujárni og áli (BMW)

Hemlunaryfirborð úr steypujárni og álnöf, vélrænt tengt við stálpinna: Þessi lausn dregur úr þyngd um u.þ.b. 15% samanborið við óaðskiljanlegur bremsudiskur úr steypujárni.

samsettir diskar úr steypujárni og stáli (MB)

síðan 2014 býður Mercedes upp á hágæða gerðir sínar með bremsudiski með hemlunarflöti úr steypujárni, truflunum sem eru festar á stálmiðstöð. Lausnin, sem er framleidd af Brembo sem upprunalegur búnaður Mercedes, dregur úr þyngd um 15%.

steypudiskar í steypujárni og stáli (MB eftirmarkaður)

þessi lausn frá Brembo tengir hemlunarflöt úr steypujárni við stálmiðstöð með því að steypa efnin tvö, sem dregur úr þyngdinni um 15% en heldur afköstum og stíl ósnortnum.

umhverfissteyptir diskar úr steypujárni og áli

þetta er lausn frá Brembo sem hefur ekki verið sett á markað ennþá, og hún felur í sér samsettan disk (steypujárn fyrir hemlunarflötinn og ál fyrir miðstöðina) tengdur með samsteypu.

tvísteyptar skífur úr steypujárni og áli (fyrsta og önnur kynslóð)

Hentugur fyrir kappakstur og fyrir íþróttamódel, fyrstu kynslóðar diskarnir samanstanda af tveimur hlutum, hemlunaryfirborði úr kolsteypujárni og álnöf, tengdir saman með samsteypu, með þyngdartapi um 20% og meiri teygjanleika kerfisins, til að draga úr hættu á aflögun milli hemlunaryfirborðsins og miðstöðvarinnar.
Önnur kynslóð diska notar aðra staðsetningu pinnanna sem tengja hemlunarflötinn við miðstöðina, sem bætir loftræstingu disksins og eykur hitaleiðnigetu og viðnám gegn hitasprungum.

fljótandi diskar með vélrænni tengingu

Kolefnisríkar steypujárnsskífur tengdar álnöf með því að nota teygjanlega runna sem tryggja góða teygjanleika kerfisins, koma í veg fyrir aflögun og óæskilegan titring.

samsettir diskar úr stáli og ryðfríu stáli

diskar með stálnöf sem er vélrænt tengdur við hemlunarflöt úr ryðfríu stáli. Með því að nota stál er bæði hægt að minnka þykkt hemlunaryfirborðsins (max 8 mm) og nöfarinnar (2,5 mm). Hemlunarflöturinn þolir þægilega allt að 600° hita. Þyngdartapið er um það bil 30% miðað við steypujárnsdiska, en ending bæði diska og púða eykst. Stálnöfin er gerð með djúpri teikningu, öfugt við götin og raufarnar sem framleiddar eru með perforating. Hemlunaryfirborðið er framleitt með ryðfríu stáli sem kaldast gatar. Íhlutirnir tveir eru síðan settir saman og hvíldarflöturinn fer í gegnum lokamölunarferli til að uppfylla þau vikmörk sem krafist er.

Innbyggðir áldiskar

Þetta veldur nokkrum erfiðleikum vegna mikilvægra eiginleika sem efnið sýnir við hitastig yfir 400 ° og búist er við notkun sérstakra bremsuklossa. Notkun áls gerir það mögulegt að minnka þyngdina um u.þ.b. 40% samanborið við svipaða steypujárnsskífu.

kolefni keramik diskar

Fljótandi diskar sem nýta kolefni keramik efni fyrir hemlun yfirborð, með þyngd tap allt að 50% samanborið við steypujárni diska. Þessi tækni býður einnig upp á aðra kosti: fjarveru hitauppstreymis, háan og stöðugan núningsstuðul og betri endingu (yfir 200,000 km).

Chart 1 - Brake disc weight reduction: comparative table

Línurit 1 - Þyngdartap á bremsudiskum

Línurit 1 dregur saman þær lausnir sem innleiddar hafa verið í gegnum árin til að draga úr þyngd disksins, sem við höfum skráð hér að ofan. Frá upphaflegri notkun þeirra á ofurbílum og sportbílum hafa þessar lausnir einnig smám saman verið innleiddar á daglegum bílum, sem eru mikilvægari hluti markaðarins, og líklegt er að þessi þróun haldi áfram í náinni framtíð.

Tækni bremsuklossa: Project Lybra

Lybra verkefnið felur í sér notkun trefjaglershimna fyrir bremsuklossana, í stað venjulegs málmshimins. Þetta shim er því mótað ásamt núningsefninu í framleiðsluferli sem er talsvert frábrugðið því sem nú er notað til að framleiða bremsuklossa, með eftirfarandi kostum:

Þyngd bremsuklossa minnkaði um u.þ.b. 30%
Minnkuð varmaleiðni
tæringu vandamál útrýmt.

Þessi lausn hentar sérstaklega vel til notkunar á afturöxlum rafbíla, þar sem endurnýtingarhemlun leiðir til minnkandi notkunar disksins, lægri vinnsluhita og minna slits .

Caliper tækni: hálf-solid málmmyndandi

Hálfgegnheil málmmyndun er ferli sem gerir kleift að framleiða hemlaklafa úr endurunnu áli (upprunnið úr endurunnu áli) í stað hrááls (hreint ál sem fellur til við námugröft báxíts og blandað saman við annað efni til að framleiða hemlaklafa), í tveimur megintilgangi:

umhverfisvæn, með minni umhverfisáhrifum, þökk sé notkun endurunnins áls
bætta vélrænni eiginleika og léttari þykkt þökk sé minni þykkt með sömu vélrænni styrk.

Brembo tæknin gerir ráð fyrir notkun á endurunnu áli sem er brætt við 650°C í stað 740° sem notað er í hefðbundnum aðferðum. Við þetta bræðsluhitastig er álið sem fæst í hálfföstu formi og forðast myndun óhreininda: blandaða hálffasta uppbyggingin er raðað í formið í kúlulaga eða kúlulaga byggingu, sem eykur vélrænan styrk kvörðunnar. Brembo vinnur nú að því að nota sömu tækni fyrir ál líka, með það að markmiði að minnka þyngd þykktarinnar um u.þ.b. 8%.

Hvernig á að draga úr agnum sem myndast af bremsuklossum

Kopar og aðrir málmar sem falla til á vegum vegna slits á bremsuklossum reynast eitraðir fyrir tilteknar vatnaörverur. Þess vegna, árið 2010, samþykktu bæði ríki Kaliforníu og Washington löggjöf um að bremsuklossar sem seldir eru eða settir í báðum ríkjum verði að hafa lægra magn kopars og annarra þungmálma. Þessar "betri bremsureglur" eru staðbundnar reglur sem gætu haft alþjóðlegar afleiðingar: í báðum ríkjunum er spáð 3 mismunandi flokkum hættulegs málminnihalds og frá 2025 er aðeins hægt að selja stig N bremsuklossa, með hlutfall kopar minna en 0.5% af heildarþyngd núningsefnisins.

Verkefnið Cobra

Brembo, í samstarfi við Mario Negri stofnunina, Italcementi og Connecting Ambition, tekur þátt í Project Cobra, til að draga úr bremsuögnum, með því að nota nýja framleiðslu á bremsuklossa sem kemur í stað hefðbundinna fenólkvoða fyrir nýtt sementsbundið efni.

Fenólkvoða er gerð úr fenólum og formaldehýði: þetta er mjög rokgjarnt og því mjög hættulegt efni, þar sem það getur ratað inn í öndunarveg manna.

Nýju sementsefnin verða að skila sambærilegum afköstum og hefðbundin efni. Þetta þýðir að þeir uppfylla háa frammistöðustaðla sem búist er við af krefjandi íþróttaforritum, en lágmarka fína svifrykslosun og umhverfisáhrif. Nýja ferlið dregur ekki aðeins úr fínu svifryki við hemlun, heldur gerir það einnig mögulegt að draga úr orku meðan á framleiðsluferlinu stendur, sem og vatnsnotkun. Efnasambandið hefur þegar verið samþykkt samkvæmt ECE-R90.

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

Rafvæðing og sjálfstæður akstur

Auk minni útblásturs og svifryks er ein mjög mikilvæg nýleg þróun varðandi framtíð bílsins - og þar með bremsur - rafvæðing og sjálfstæður akstur.