Brzdy budúcnosti: Brzdový systém budúcnosti

2. časť Brzdový systém automobilov budúcnosti

Teraz, keď sme v prvej časti „Brzdy budúcnosti“ analyzovali premeny, ktorými prešli automobily počas svojho vývoja, pokúsime sa pochopiť, ako bude vyzerať brzdový systém budúcnosti vzhľadom na určité súčasné trendy, ako je napríklad environmentálna udržateľnosť a zavedenie autonómneho riadenia.

Environmentálna udržateľnosť a brzdový systém: čo nás čaká v budúcnosti?

Začnime premennou environmentálnej udržateľnosti, najmä najťažšou výzvou, ktorou je zníženie emisií oxidu uhličitého. Ak chceme znížiť množstvo CO2 vypúšťaného do atmosféry, musíme znížiť spotrebu. Okrem toho, že úroveň spotreby závisí od typu použitého motora, veľmi závisí aj od hmotnosti vozidla, čo je dôvod, prečo je potrebné zmeniť brzdový systém, aby sa znížila hmotnosť.

Ako znížiť hmotnosť brzdového systému

Technológie, ktoré tu zohľadníme na zníženie hmotnosti brzdového systému vozidla, sú brzdové kotúče, brzdové doštičky a strmene.

Technológie brzdového kotúča

Začnime pri brzdových kotúčoch analýzou hlavných technológií, z ktorých niektoré sú už na trhu a iné budú k dispozícii v blízkej budúcnosti:

kompozitné kotúče z liatiny a hliníka (BMW)

brzdný povrch z liatiny a hliníkový náboj mechanicky spojený oceľovými čapmi: toto riešenie znižuje hmotnosť približne o 15 % v porovnaní s integrálnym brzdovým kotúčom z liatiny.

kompozitné kotúče z liatiny a ocele (MB)

od roku 2014 ponúka Mercedes svoje špičkové modely s brzdovým kotúčom s brzdným povrchom z liatiny, ktorý je interferenčne namontovaný na oceľový náboj. Toto riešenie, ktoré vyrába spoločnosť Brembo ako originálne vybavenie Mercedesu, znižuje hmotnosť približne o 15 %.

odlievané kotúče z liatiny a ocele (MB aftermarket)

toto riešenie od spoločnosti Brembo spája brzdný povrch z liatiny s oceľovým nábojom odlievaním oboch materiálov, čím sa znižuje hmotnosť o 15 % pri zachovaní výkonu a štýlu v nezmenenej podobe.

eco-cast kotúče z liatiny a hliníka

ide o riešenie spoločnosti Brembo, ktoré zatiaľ nebolo uvedené na trh a zahŕňa kompozitný kotúč (liatina na brzdný povrch a hliník na náboj) spojený odlievaním.

dual-cast kotúče z liatiny a hliníka (prvá a druhá generácia)

kotúče prvej generácie, ktoré sú vhodné pre pretekárske a športové modely, pozostávajú z dvoch častí, brzdného povrchu z uhlíkovej liatiny a hliníkového náboja, spojených odlievaním, s približne 20 % znížením hmotnosti a väčšou pružnosťou systému, aby sa znížilo riziko deformácie medzi brzdnou plochou a nábojom.

Kotúče druhej generácie využívajú inú polohu čapov spájajúcich brzdný povrch s nábojom, čo zlepšuje ventiláciu kotúčov a zvyšuje schopnosť odvádzať teplo a odolnosť voči tepelnému praskaniu.

plávajúce kotúče s mechanickým spojením

vysokokarbónové liatinové kotúče spojené s hliníkovým nábojom pomocou pružných puzdier, ktoré zaručujú dobrú pružnosť systému a zabraňujú deformáciám a nežiaducim vibráciám.

kompozitné kotúče z ocele a nehrdzavejúcej ocele

kotúče s oceľovým nábojom, mechanicky spojené s brzdným povrchom z nehrdzavejúcej ocele. Použitím ocele sa môže znížiť hrúbka brzdného povrchu (max. 8 mm) aj nábojov (2,5 mm). Brzdný povrch môže pohodlne odolávať teplotám do 600 °C. Hmotnosť sa v porovnaní s liatinovými kotúčmi zníži približne o 30 %, zvyšuje sa však životnosť kotúčov aj doštičiek. Náboj z oceľového plechu je vyrobený hlbokým ťahaním, na rozdiel od otvorov a drážok vyrobených perforovaním. Brzdný povrch sa vyrába lisovaním nehrdzavejúcej ocele za studena. Oba komponenty sa potom spoja a na povrchu, ktorý je v pokoji, sa vykoná záverečné brúsenie, aby sa dosiahli požadované tolerančné hodnoty.

integrované hliníkové kotúče

Tieto predstavujú určité ťažkosti vzhľadom na kritické vlastnosti, ktoré materiál vykazuje pri teplotách nad 400 °C, a predpokladá sa použitie špeciálnych brzdových doštičiek. Použitie hliníka umožňuje znížiť hmotnosť približne o 40 % v porovnaní s podobným liatinovým kotúčom.

uhlíkovo-keramické kotúče

Plávajúce kotúče, ktoré využívajú uhlíkovo-keramický materiál na brzdný povrch, s hmotnosťou zníženou až o 50 % v porovnaní s liatinovými kotúčmi. Táto technológia ponúka aj ďalšie výhody: absenciu tepelnej deformácie, vysoký a konštantný koeficient trenia a vynikajúcu životnosť (viac ako 200 000 km).

Graf 1 - Zníženie hmotnosti brzdového kotúča

Graf 1 sumarizuje riešenia realizované v priebehu rokov na zníženie hmotnosti kotúča, ktoré sme uviedli vyššie. Od ich prvotného použitia v super a športových automobiloch sa tieto riešenia postupne implementovali aj do bežných automobilov, ktoré tvoria významnejšiu časť trhu, a je dosť pravdepodobné, že tento trend bude v blízkej budúcnosti pokračovať.

Technológie brzdovej doštičky: Projekt Lybra

Projekt Lybra zahŕňa použitie podložky zo sklenených vlákien pre brzdové doštičky namiesto bežnej kovovej podložky. Táto podložka sa preto formuje spolu s trecím materiálom vo výrobnom procese, ktorý sa výrazne líši od procesu, ktorý sa v súčasnosti používa na výrobu brzdových doštičiek, pričom má tieto výhody:

hmotnosť brzdovej doštičky znížená o 30%
znížená tepelná vodivosť
odstránené problémy s koróziou.

Toto riešenie je obzvlášť vhodné na použitie na zadných nápravách elektromobilov, kde rekuperačné brzdenie vedie k zníženiu používania kotúča, nižším prevádzkovým teplotám a menšiemu opotrebovaniu.

Technológie strmeňov: polotuhé tvárnenie kovov

Polotuhé tvárnenie kovov je proces, ktorý umožňuje vyrábať hliníkové brzdové strmene zo sekundárneho hliníka (pochádzajúceho z recyklovaného hliníka) namiesto primárneho hliníka (čistý hliník pochádzajúci z ťažby bauxitu a legovaný iným materiálom na výrobu brzdových strmeňov), pričom má dva hlavné ciele:

šetrné k životnému prostrediu, s menším vplyvom na životné prostredie vďaka použitiu recyklovaného hliníka
lepšie mechanické vlastnosti a ľahšie strmene vďaka menšej hrúbke pri rovnakej mechanickej pevnosti.

Technológia Brembo počíta s použitím sekundárneho hliníka, ktorý sa taví pri teplote 650 °C namiesto 740 °C používaných v bežných procesoch. Pri tejto teplote tavenia je získaný hliník v polotuhom stave, čím sa zabráni tvorbe nečistôt: zmiešaná polotuhá štruktúra je vo forme usporiadaná do guľovitej štruktúry, čo zvyšuje mechanickú pevnosť strmeňa. Spoločnosť Brembo v súčasnosti pracuje na použití rovnakej technológie aj pre hliník s cieľom znížiť hmotnosť strmeňa približne o 8 %.

Ako znížiť množstvo pevných častíc produkovaných brzdovými doštičkami

Meď a iné kovy, ktoré sa usadzujú na cestách v dôsledku opotrebovania brzdových doštičiek, sú toxické pre niektoré vodné mikroorganizmy. V roku 2010 preto štáty Kalifornia a Washington prijali právne predpisy, podľa ktorých musia brzdové doštičky predávané alebo montované v oboch štátoch obsahovať nižšie množstvo medi a iných ťažkých kovov. Tieto „pravidlá pre lepšie brzdy“ sú lokálnymi pravidlami, ktoré by mohli mať globálne dôsledky: v oboch štátoch sa predpokladajú 3 rôzne kategórie obsahu nebezpečných kovov a od roku 2025 sa môžu predávať len brzdové doštičky úrovne N s percentuálnym podielom medi nižším ako 0,5 % celkovej hmotnosti trecieho materiálu.

Projekt Kobra

Spoločnosť Brembo sa v spolupráci s inštitútom Mario Negri, Italcementi a Connecting Ambition zúčastňuje na projekte Kobra, ktorého cieľom je znížiť množstvo brzdových častíc pomocou novej technológie výroby brzdových doštičiek, ktorá nahrádza tradičné fenolové živice novým materiálom na báze cementu.

Fenolové živice sa vyrábajú z fenolov a formaldehydu: ide o veľmi prchavú, a preto veľmi nebezpečnú látku, ktorá sa môže dostať do dýchacích ciest človeka.

Nové materiály na báze cementu musia mať rovnaké vlastnosti ako tradičné materiály. To znamená, že spĺňajú vysoké výkonnostné normy, ktoré sa očakávajú pri najnáročnejších športových aplikáciách, a zároveň minimalizujú emisie jemných častíc a vplyv na životné prostredie. Nový proces nielenže znižuje množstvo jemných častíc počas brzdenia, ale umožňuje aj znížiť spotrebu energie počas výrobného procesu, ako aj spotrebu vody. Zlúčenina už bola schválená podľa normy ECE-R90.

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

Elektrifikácia a autonómne riadenie

Okrem zníženia emisií a pevných častíc je jedným z veľmi dôležitých súčasných trendov týkajúcich sa budúcnosti automobilov - a teda aj bŕzd - elektrifikácia a autonómna jazda.