• 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.

MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE

Wydarzenia

Valeo zaprasza na szkolenia dotyczące elektromobilności

Firma Valeo zaprasza na serię webinarów dotyczących pojazdów elektrycznych i hybrydowych.

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

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

Tomasz Orłowski 
 Kierownik DBiR-segment pojazdów osobowych Lumag

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

Eksperci firmy Bosch