W jakim kierunku będzie rozwijać się układ hamulcowy w samochodach? - to pytanie zadajemy Maciejowi Młodzikowskiemu, specjaliście ds. badań w firmie Lumag. Przypominamy, że układ hamulcowy to nasz TEMAT MIESIĄCA.

Jest z tym pewien problem. Z jednej strony na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci trwa naturalny postęp motoryzacji polegający m.in. na zwiększaniu osiągów pojazdów samochodowych (wzrost masy, prędkości maksymalnych oraz przyspieszeń) czy powstaniu nowych kategorii pojazdów typu SUV. Ten przyrost osiągów jest spowodowany głównie znacznym zwiększeniem mocy zastosowanych silników, polepszeniem właściwości aerodynamicznych pojazdów, a w ostatnich latach także zmniejszaniem masy całkowitej. Porównajmy sobie parametry samochodów sprzed 35-40 lat. Na przykład VW Golf pierwszej generacji z podstawowym silnikiem benzynowym 1100 cm3 miał 50 KM, ważył zaledwie 750 kg i osiągał 140 km/h (w wersji GTI miał 110 KM, ważył niewiele ponad 800 kg i osiągał maksymalnie około 180 km/h). Współczesny Golf VII generacji ma najsłabszy silnik o mocy 85 KM, natomiast najmocniejsze wersje, osiągające 250 km/h – nawet do 300 KM przy masie około 1400 kg.

Oczywiście zastosowanie mocniejszych silników (większe osiągi) wymusza zastosowanie mocniejszych i skuteczniejszych hamulców. Z drugiej strony, dzisiaj wydaje się, że dalsze zwiększanie osiągów tak silników, jak i hamulców nie ma większego sensu.

Również warunki typowego sposobu użytkowania pojazdów, spowodowane zarówno przepisami o ruchu drogowym, jak również sytuacją, w której ogromna większość użytkowników pojazdów – także tych o bardzo dobrych osiągach – często stoi w miejskich korkach (gdzie przeciętna prędkość to 20-30 km/h), sprawiają, że mało kto wykorzystuje zarówno moc silnika, jak i możliwości hamulców. Dodajmy do tego fakt, że coraz więcej koncernów ma w swojej ofercie auta hybrydowe oraz elektryczne, a ich udział w rynku będzie się stopniowo zwiększał. W tego rodzaju pojazdach, w porównaniu do zwykłych aut, wyposażonych tylko w silniki spalinowe, hamulce mają „lżejszą pracę”, bo część ich zadania przejmuje silnik elektryczny (czasem jest ich kilka), który podczas hamowania w normalnym użytkowaniu zamienia się w prądnicę, ładując akumulatory i odzyskując dużą część energii kinetycznej, która przy użyciu tradycyjnego hamulca ciernego zamieniłaby się bezpowrotnie w ciepło.

W konstrukcjach pojazdów, w tym także układów hamulcowych, widzimy takie tendencje, jak:
- nastawienie na ekologię: zmniejszenie zużycia paliwa (emisji CO2), zmniejszenie użycia materiałów nieprzyjaznych dla środowiska;
- unowocześnienie i integracja wielu systemów (np. coraz szersze zastosowanie elektrycznego hamulca postojowego, integracja układu hamulcowego z innymi systemami samochodu, np. układem kontroli trakcji, układem stabilizacji toru jazdy, automatycznego osuszania tarczy hamulcowej podczas jazdy w deszczu itd.); w samochodach całkowicie elektrycznych może występować wyeliminowanie tradycyjnej pompy hamulcowej i układu wspomagania na rzecz innego rodzaju rozwiązań, natomiast część hamulca odpowiadająca bezpośrednio za wytworzenie siły tarcia – tarcza hamulcowa, materiał cierny – nie podlegają zasadniczo rewolucji (ich zasada działania pozostaje niezmienna).

Jeśli chodzi o sam element wykonawczy, jakim jest hamulec (zacisk z klockami i z tarczą), ewolucji podlegają materiały, z których są wykonane oraz są wprowadzane pewne rozwiązania poprawiające jego pracę. Jeśli chodzi o funkcjonalność, konstruktorzy mogą zmniejszać jego masę (ale tylko do pewnego stopnia), optymalizując kształt zacisku lub typ użytego innego materiału (aluminium zamiast żeliwa sferoidalnego), zmniejszając masę klocków hamulcowych poprzez np. zastosowanie tzw. blach nośnych z lżejszych, innowacyjnych materiałów lub o specjalnych kształtach czy zmniejszenie ilości materiału ciernego (np. poprzez użycie innego o mniejszym zużyciu). Użycie materiałów do produkcji mieszanki ciernej wiąże się też z wymogami legislacyjnymi dotyczącymi ekologii. W klockach dawno już został wycofany azbest, antymon, natomiast w najbliższej przyszłości przewiduje się stopniową redukcję, aż do całkowitej eliminacji miedzi.
Co do tarcz hamulcowych, to od pewnego czasu stosuje się różne rozwiązania zmniejszające masę tego elementu i poprawiające pewne jego właściwości w wysokich temperaturach. Różni producenci mają różne rozwiązania, natomiast ogólnie koncepcja polega na zachowaniu klasycznej, wentylowanej bieżni wykonanej z żeliwa szarego i wykonanej ze stopów aluminium środkowej części tarczy (tej, która jest mocowana bezpośrednio do piasty koła). Tradycyjna tarcza żeliwna jest jednym elementem wykonanym z jednego materiału. Nowoczesne tarcze z aluminiowym mocowaniem do piasty i żeliwną bieżnią mogą być wykonywane w różnej technologii. Niektóre z tych rozwiązań polegają na tym, że najpierw wykonuje się odlew żeliwnej bieżni, następnie odlew ze stopów lekkich (środkowa część tarczy – flansza), łącząc w tym drugim kroku oba elementy. Tarcza wykonana w takiej technologii jest jednym elementem. Istnieją też rozwiązania podobne, w których element środkowy tarczy ze stopów lekkich połączony jest z tradycyjną bieżnią za pomocą śrub i różnych elementów sprężystych, podobnie jak ma to miejsce w hamulcach motocyklowych.
W niektórych drogich samochodach stosuje się też tarcze karbonowo-ceramiczne, w których bieżnia wykonana jest z bardzo lekkiego materiału i również połączona jest ze środkową częścią (flanszą) za pomocą specjalnych elementów mocujących.

Oprócz zmniejszania masy całego pojazdu wpływ na zużycie paliwa mają wszystkie opory, ruchy, które działają na samochód podczas jazdy. Główne z nich to opory aerodynamiczne i opory toczenia. Wiele elementów i zespołów samochodu mających wpływ na zmniejszenie tych wszystkich oporów poddawanych jest modyfikacjom mającym na celu zmniejszenie tych właśnie oporów. Należą do nich m.in. opony o coraz niższym oporze toczenia, a także hamulce generujące jak najmniejszy tzw. moment resztkowy.