Układ hamulcowy w czasach elektromobilności

Układ hamulcowy w czasach elektromobilności Volkswagen

Elektromobilność nie oznacza tylko zmian w układzie napędowym samochodów. Mniejszym lub większym przeobrażeniom ulegają także niektóre podzespoły i całe systemy. Przykładem jest m.in. układ hamulcowy.

  • Odzyskiwanie energii podczas hamowania poprzez wykorzystanie maszyny elektrycznej można porównać do hamowania silnikiem w pojazdach spalinowych, choć w przypadku aut elektrycznych jest to o wiele efektywniejsze.
  • Klocki hamulcowe dedykowane do pojazdów elektrycznych muszą być zdolne do przenoszenia większych obciążeń. Co ważne, w większości przypadków mogą być również stosowane w standardowych pojazdach silnikowych. 
  • Rekuperacja energii w pojazdach elektrycznych zmniejsza częstotliwość i intensywność używania tradycyjnych układów hamulcowych. Z tego powodu materiały cierne użyte do EV muszą się charakteryzować wysoką odpornością korozyjną.

Samochody hybrydowe i elektryczne zyskują coraz większą popularność, co widać na drogach. W autach hybrydowych wciąż występuje silnik spalinowy, który w różnym stopniu wspomaga silnik elektryczny w napędzaniu pojazdu. Natomiast w samochodach elektrycznych całkowicie zrezygnowano z silnika spalinowego. W obu przypadkach konieczne jednak były pewne modyfikacje w układzie hamulcowym. Jak podkreślają eksperci firmy Bosch, rozwój układu hamulcowego w kontekście samochodów elektrycznych można określić raczej jako ewolucję niż rewolucję, szczególnie w kontekście najbliższych kilkunastu lat.

Hamulce w pojeździe elektrycznym/hybrydowym

Zastosowanie napędu alternatywnego (auta hybrydowe i elektryczne) wymusiło wprowadzenie pewnych zmian w układzie hamulcowym tego typu pojazdów. Jak tłumaczy Michał Głażewski, Manager działu technicznego i konceptów warsztatowych PL, Bałtyka, Skandynawia w ZF Aftermarket, w samochodach z silnikiem spalinowym wzmocnienie siły hamowania uzyskuje się dzięki doprowadzeniu podciśnienia – z kolektora dolotowego w przypadku silników o zapłonie iskrowym lub z pompy podciśnieniowej napędzanej przez silnik wysokoprężny – do urządzenia wspomagającego. W pojazdach elektrycznych do wytworzenia podciśnienia niezbędne jest zamontowanie elektrycznej pompy podciśnieniowej, której działanie uzależnione jest od stopnia zapotrzebowania na podciśnienie.

Dlatego pompa hamulcowa jest aktywowana na podstawie sygnału z zamontowanego w niej czujnika ciśnienia. – Wychodząc naprzeciw oczekiwaniom producentów pojazdów i upraszczając konstrukcję układu hamulcowego, firma ZF Aftermarket wprowadziła do oferty rozwiązanie, w którym serwo podciśnieniowe zastąpiono układem elektromechanicznym. Istotne, że rozwiązanie to może zostać zastosowane w każdym pojeździe bez względu na zastosowany rodzaj układ napędowego – mówi Głażewski. – Najbardziej zaawansowane konstrukcje składają się z pompy hamulcowej zespolonej ze zbiorniczkiem płynu hamulcowego, elektromechanicznym układem wspomagającym, czujnikami oraz blokiem hydraulicznym układu ABS i ESC. W skład jednostki wchodzi również sterownik odpowiadający za pracę wszystkich elementów układu hamulcowego. Dzięki temu rozwiązaniu uproszczono konstrukcję układu hamulcowego i zredukowano jego masę.

Rekuperacja pomaga, ale nie zawsze wystarczy

W autach hybrydowych i elektrycznych hamowanie nie jest realizowane tylko przez klasyczny cierny układ hamulcowy, ale przede wszystkim, w celu zwiększenia zasięgu aut, przez układ rekuperacji, który odzyskuje energię w czasie hamowania i ładuje nią akumulatory wysokonapięciowe. Według ekspertów firmy Bosch to właśnie możliwość rekuperacji energii jest jedną z kluczowych różnic układu hamulcowego pojazdów z napędem alternatywnym. Odzyskiwanie energii podczas hamowania poprzez wykorzystanie maszyny elektrycznej można porównać do hamowania silnikiem w pojazdach spalinowych, choć w przypadku aut elektrycznych jest to o wiele efektywniejsze.

W typowych warunkach jazdy, zwłaszcza podczas spokojnej jazdy defensywnej, rekuperacja jest wystarczająca do spowolnienia pojazdu. W przypadku nagłego hamowania lub wymagającej dynamicznej jazdy sytuacji, niezbędny jest jednak tradycyjny układ hamulcowy. Michał Głażewski zauważa ponadto, że proces odzyskiwania energii w trakcie hamowania pojazdu elektrycznego lub hybrydowego wymaga szczególnego nadzoru. Sterowanie rekuperacyjnym układem hamulcowym realizowane jest przez poszczególne sterowniki systemu. Wymiana danych między sterownikiem układu hamulcowego a sterownikiem elektrycznego/hybrydowego układu napędowego pozwala kontrolować poszczególne fazy hamowania rekuperacyjnego i decydować o momencie zadziałania standardowego układu hydraulicznego. Kluczowych informacji dostarczają czujniki położenia pedału hamulca, przyspieszenia i stan naładowania baterii wysokonapięciowej.

W sytuacji, gdy kierowca naciśnie na pedał hamulca siłą o niewielkiej wartości, sterownik napędu elektrycznego wyśle sygnał, na podstawie którego ustalany jest moment hamujący danej osi pojazdu, generowany przez układ elektryczny – tłumaczy przedstawiciel ZF Aftermarket. – Jeżeli siła nacisku na pedał hamulca okaże się duża i przekroczy zakres możliwości momentu hamującego układu elektrycznego potrzebnego do zatrzymania pojazdu, do akcji wkracza tradycyjny układ hamulcowy. – Samochody elektryczne większość hamowań realizują z wykorzystaniem rekuperacji energii kinetycznej pojazdu. Jednak ich układy hamulcowe muszą być również zdolne do zatrzymania pojazdu w sytuacji awaryjnej – mówi Tomasz Orłowski, kierownik DBiR-segment pojazdów osobowych w firmie Lumag. I dodaje, że samochody elektryczne w zależności od wielkości baterii są cięższe od ich spalinowych odpowiedników o ok. 300–400 kg.

Klocki hamulcowe dedykowane do pojazdów elektrycznych muszą więc być zdolne do przenoszenia większych obciążeń. Co ważne, w większości przypadków mogą być również stosowane w standardowych pojazdach silnikowych. Również Przemysław Przymuszała, Area Sales Manager firmy TMD Friction (właściciel marki Textar), podkreśla, że pojazdy hybrydowe mają znacznie większą masę. Dołożono do nich baterie, system odzyskiwania energii z hamowania i dodatkowy napęd w postaci silnika elektrycznego. Z powodu dużych baterii również samochody elektryczne są o wiele cięższe od spalinowych.

Niezależnie od rodzaju napędu samochodu stosowane w nim klocki i tarcze hamulcowe muszą zapewniać skuteczne działanie. Ze względu na masę auta hybrydowego czy elektrycznego układ hamulcowy musi być tak samo wydajny, jak w pojazdach z silnikami spalinowymi. – W przypadku hamowania awaryjnego z całkowicie naładowaną baterią, której nie będzie można doładować podczas hamowania, nie nastąpi rekuperacja energii. Może to nastąpić np. podczas zjazdu ze wzniesienia. Całą energię powstającą w tej sytuacji musi przejąć konwencjonalny układ hamulcowy, jednocześnie zatrzymując pojazd o dużej masie – wyjaśnia Przymuszała. – Dlatego tarcze i zaciski hamulcowe w elektrykach i hybrydach są znacznie większe. Musimy zmieścić w nich większy klocek hamulcowy, który będzie miał odpowiednio większą pojemność cieplną do odbioru wytworzonej energii.

Odporność na korozję

W przypadku hamulców używanych w samochodach elektrycznych i hybrydach może pojawić się jeszcze inny problem. Według Tomasza Orłowskiego hamulce cierne, stosowane powszechnie w pojazdach, podczas dłuższego braku aktywności pokrywają się warstwą tlenków. Dla poprawnego działania wskazane jest używanie hamulców w celu odkrycia świeżej warstwy bez korozji. Rekuperacja energii w pojazdach elektrycznych zmniejsza częstotliwość i intensywność używania tradycyjnych układów hamulcowych. Z tego powodu materiały cierne użyte do EV muszą się charakteryzować wysoką odpornością korozyjną.

Lumag opracował i wprowadził na rynek zaawansowane materiały cierne z rodziny LU 650, które nie zawierają miedzi. Te kompozyty cierne spełniają wymagania w zakresie skuteczności hamowania i komfortu zarówno w pojazdach z silnikiem spalinowym, jak i w pojazdach elektrycznych (EV). Z powyższych względów w pojazdach elektrycznych nie jest wskazane stosowanie klocków opracowanych tylko dla pojazdów spalinowych – mówi Orłowski. Na ten sam problem zwraca uwagę Przemysław Przymuszała: – Układ hamulcowy, który przez odzyskiwanie energii nie działa tak często jak w samochodzie spalinowym, gdzie jest uruchamiany podczas każdego wytracania prędkości, musi być bardziej odporny na korozję. Materiał cierny do samochodów spalinowych z rynku europejskiego zawiera do 30% stali. W przypadku aut elektrycznych i hybrydowych stali nie może być aż tyle, żeby klocek szybko nie skorodował. Nasi inżynierowie muszą więc zastąpić włókna wełny stalowej czymś, co ma bardzo podobne parametry, ale nie ulega korozji.

Z kolei eksperci firmy Bosch zaznaczają, że dzięki innej specyfice elektryków, komponenty układu hamulcowego, takie jak klocki i tarcze lub szczęki i bębny, wykazują dłuższą żywotność w porównaniu do ich odpowiedników w samochodach spalinowych. Dlatego też w przypadku samochodów elektrycznych istotne jest regularne przeglądanie układu hamulcowego i zachowanie wysokiej precyzji podczas wymiany jego komponentów.

Zdaniem EXPERTów

Układ hamulcowy w czasach elektromobilności zdjęcie w treści artykułuUkłady hamulcowe samochodów elektrycznych z uwagi na zastosowanie napędu alternatywnego wymagają użycia podzespołów i systemów, które nie występują w układach hamulcowych pojazdów z napędem klasycznym.

Michał Głażewski 
  Manager działu technicznego i konceptów warsztatowych PL, 
Bałtyka, Skandynawia  ZF Aftermarket 

 

Samochody elektryczne większość hamowań realizująUkład hamulcowy w czasach elektromobilności zdjęcie w treści artykułu
z wykorzystaniem rekuperacji energii kinetycznej pojazdu. Jednakże ich układy hamulcowe muszą być również zdolne do zatrzymania pojazdu w sytuacji awaryjnej.

Tomasz Orłowski 
 Kierownik DBiR-segment pojazdów osobowych Lumag

Układ hamulcowy w czasach elektromobilności zdjęcie w treści artykułu

Układ hamulcowy auta elektrycznego lub hybrydowego musi być odporniejszy na korozję. W związku z odzyskiwaniem energii nie działa on tak często jak w samochodzie spalinowym. Nie jest bowiem uruchamiany podczas każdego wytracania prędkości.

Przemysław Przymuszała 
Area Sales Manager PL, CZ, SK TMD Friction (właściciel marki Textar) 

Dzięki innej specyfice elektryków, komponenty układu hamulcowego, takie jak klocki i tarcze lub szczęki i bębny, wykazują dłuższą żywotność w porównaniu do ich odpowiedników w samochodach spalinowych.

Eksperci firmy Bosch

O Autorze

Wojciech Traczyk

Redaktor miesięcznika „autoEXPERT”

Tagi artykułu

autoExpert 06 2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę