Pierwszymi rozwiązaniami były hamulce bębnowe i taśmowe. Krokiem milowym w rozwoju układów hamulcowych było opracowanie i wprowadzenie do produkcji w 1914 r. przez brytyjskiego inżyniera Malcolma Lougheada (Lockheeda) systemu hamulców hydraulicznych. W roku 1937, w Austrii, po raz pierwszy zastosowano hamulec tarczowy, co okazało się przełomem w rozwoju układów hamulcowych, a ta nowatorska konstrukcja zaczęła rewolucjonizować świat samochodów. Pierwszym wielkoseryjnym samochodem z hamulcami tarczowymi przedniej osi był kultowy model Citroëna DS19. Od 1955 r. wszystkie modele serii D wyposażone były w ten bardzo skuteczny układ. Dziś nie można wyobrazić sobie nowoczesnego samochodu bez hamulców tarczowych, gdyż przewyższają one pod wieloma względami inne systemy.

Największą zaletą hamulców tarczowych jest duża zdolność oddawania ciepła. Średnia moc hamowania samochodu o masie 1 tony z prędkości 100 km/h do 0 km/h to około 100 kW. Moc chwilowa może być znacznie wyższa – 1000 kW i więcej. Tak duża moc potrzebna do zatrzymania samochodu jest zamieniana na analogiczną ilość ciepła, którą układ hamulcowy musi odprowadzić, aby nie doszło do termicznego uszkodzenia, np. stopienia tarczy hamulcowej czy nagłej utraty siły hamowania wywołanej wydobywaniem się z przegrzanego materiału ciernego gazów. W takich warunkach hamowania niezaprzeczalnym zwycięzcą jest układ tarczowy. Jego konkurent, hamulec bębnowy przegrywa, gdyż jest układem mocno izolowanym cieplnie. Dużą zaletą układu tarczowego jest także to, że elementy cierne są dociskane do tarczy w kierunku osiowym, a nie promieniowym, jak to jest w hamulcu bębnowym, i do tego symetrycznie. Dzięki temu siły nacisku mogą być bardzo duże, co w połączeniu z materiałem ciernym o wysokim współczynniku tarcia owocuje wysokim momentem hamującym przy niewielkich wymiarach klocków hamulcowych. Gwarantuje to wysoką skuteczność układu i wysoką odporność na przegrzanie, gdyż większa, odsłonięta powierzchnia tarcz hamulcowych, to lepsze chłodzenie.

Kolejną zaletą hamulców tarczowych jest ich niska masa i niewielkie rozmiary, a także precyzja dozowania siły hamującej.

Siła hamująca w hamulcu tarczowym powstaje na nieco mniejszym promieniu niż w hamulcu bębnowym i nie towarzyszy temu zjawisku efekt samowspomagania. Tym samym, jednostkowe naciski powierzchniowe w hamulcach tarczowych muszą być kilkakrotnie wyższe niż w bębnowych i sięgają 7–8 MPa. Wynika to także z mniejszej powierzchni czynnej elementów roboczych, lecz jest dopuszczalne właśnie dzięki lepszym warunkom odprowadzania energii cieplnej. W rezultacie hamulce tarczowe wymagają stosowania wydajnych układów wspomagania. Budowa układu hamulca tarczowego jest prosta. Do zewnętrznych powierzchni tarczy hamulcowej, wykonanej najczęściej ze staliwa lub żeliwa wysokowęglowego, która jest mocowana do piasty koła, dociskane są osiowo nakładki cierne (klocki hamulcowe). W samochodach popularnych powszechnie stosuje się jednotłoczkowe zaciski pływające lub przesuwne (równoległe do osi koła). Wymagają one mniej miejsca do zabudowy wewnątrz obręczy koła, nadają się więc do nowoczesnych samochodów o ujemnym promieniu zataczania kół przednich, istotnym dla stabilizacji toru jazdy podczas hamowania. Są lepiej chłodzone (od wewnętrznej strony nie ma cylindra hydraulicznego, który mógłby odbierać ciepło od tarczy i okładziny) i mogą realizować także funkcję hamulca postojowego, uruchamianą przez mechanizm mimośrodowy lub kulkowy. Rozwiązanie droższe to hamulce tarczowe z dwutłoczkowym zaciskiem stałym. Obudowa zacisku (jarzmo) jest mocowana nieruchomo do zwrotnicy lub wspornika koła i przenosi na nie powstające momenty reakcyjne. Hamulec taki jest wytrzymały i efektywny, ale wymaga dużej dokładności wykonania zwrotnicy i mocowań poszczególnych elementów.

Bardziej kosztowne i skomplikowane rozwiązania wielotłoczkowe spotyka się w samochodach wyższych klas i pojazdach sportowych. Bezpośredni wpływ na skuteczność hamulców tarczowych i stabilność ich działania ma średnica cylinderków i powierzchnia czynna okładzin oraz średnica tarczy hamulcowej. Hamulce tarczowe są standardowym rozwiązaniem stosowanym na przedniej osi samochodów osobowych, ale coraz częściej stosuje się je również z tyłu, szczególnie w samochodach o większej masie. Ich działanie, a zatem i bezpieczeństwo osób podróżujących samochodem, w dużej mierze zależy od elementu, od którego zyskały swą nazwę – tarczy hamulcowej. Tarcza obraca się z prędkością dochodzącą do 1500 obr./min, a w wyniku tarcia może rozgrzać się nawet do 900°C, osiągając tym samym jasnożółtą barwę, po czym bywa gwałtownie chłodzona, np. kiedy koła wpadną w kałużę.

O tym, czy tarcza hamulcowa będzie w stanie skutecznie zatrzymać pojazd i spełnić wszystkie wymagania, o których wspomnieliśmy, decyduje kilka parametrów:

• materiał i jakość odlewu;

• jakość obróbki wszystkich powierzchni tarczy;

• jakość montażu tarczy na piaście koła samochodu;

• rozwiązania konstrukcyjne ułatwiające bezpieczny montaż.

Standardowe tarcze są wykonywane z żeliwa szarego perlitycznego z rozmieszczonym równomiernie grafitem płatkowym. Taki materiał o odpowiedniej mikrostrukturze, budowie wewnętrznej pozbawionej wad odlewniczych metalu oraz twardości sprawdza się w większości obecnych na rynku systemach hamulcowych i stosowany jest powszechnie przez wszystkich producentów pojazdów i systemów hamulcowych. Jednak niektóre konstrukcje samochodów i stosowane w nich układy hamulcowe bardzo często rozgrzewają tarcze hamulcowe do temperatur ponad 500°C. Częsta praca standardowej tarczy z tak wysokimi temperaturami grozi powstawaniem naprężeń wewnętrznych i odkształceń powierzchni ciernych. Skutkiem tego jest odczuwanie drgań na kole kierownicy podczas hamowania.

Rozwiązaniem tego problemu są produkowane przez TRW tarcze hamulcowe o innym składzie chemicznym żeliwa. Nazywane są handlowo „wysokowęglowymi”, a na ich opakowaniu znajduje się specjalny znak „High Carbon”.

Tarcze wysokowęglowe TRW są dostępne do niektórych modeli samochodów, w których układ hamulcowy jest szczególnie obciążony.

Tarcze takie są droższe w produkcji i bardziej kłopotliwe podczas obróbki mechanicznej, do której są stosowane szybkoobrotowe automaty obróbkowe z nożami o specjalnej konstrukcji. Tarcze wysokowęglowe charakteryzują się kilkoma ważnymi cechami:

• są bardziej odporne na powstawanie naprężeń wewnątrz materiału spowodowanych gwałtownymi zmianami temperatury,  

• skuteczniej rozprowadzają ciepło wewnątrz struktury materiału, lepiej tłumią wibracje powstające podczas hamowania.

• lepiej tłumią wibracje powstające podczas hamowania.
  

Kolejna nowoczesna konstrukcja to tarcze hamulcowe z łożyskiem piasty koła i pierścieniem magnetycznym systemu ABS, które można znaleźć w ofercie firmy TRW.

Niektóre pojazdy, np. modele Renault czy Citroëna, wymagają stosowania tarczy hamulcowej stanowiącej jednocześnie piastę koła z łożyskiem. Warto wspomnieć, że wszystkie obecnie produkowane pojazdy są wyposażone w systemy ABS zapobiegające blokowaniu kół pojazdu podczas hamowania, a te najnowsze wykorzystują czujniki prędkości obrotowej koła drugiej generacji, współpracujące z pierścieniami magnetycznymi często umieszczanymi w korpusie tarczy hamulcowej.

Rozwiązanie takie jest korzystne z punktu widzenia konstruktora pojazdu, jednak utrudnia mechanikowi pracę z układem hamulcowym. Podczas wymiany tarczy z takim właśnie rozwiązaniem może dojść do uszkodzenia łożysk lub pierścieni magnetycznych. Dlatego warto sięgnąć po tarcze hamulcowe z zamontowanym już łożyskiem piasty i pierścieniem magnetycznym ABS, co maksymalnie ułatwi taką operację. W ofercie firmy TRW takie tarcze na końcu kodu katalogowego posiadają litery „BS”. Przykładowe oznaczenie DF 4227BS.