Tradycyjne hydrauliczne układy hamulcowe nie zmieniły się zbytnio na przestrzeni ostatniego stulecia. Do wprowadzonych ulepszeń można zaliczyć przejście z hamulców bębnowych na tarczowe oraz wprowadzenie systemów zapobiegających blokowaniu się kół podczas hamowania (ABS) i elektronicznych systemów stabilizacji toru jazdy (ESP). Najnowsze rozwiązania montowane w seryjnie produkowanych pojazdach obejmują układ hamowania regeneracyjnego oraz układ autonomicznego hamowania awaryjnego (AEB). Większość tych systemów opracowano z myślą o zwiększeniu bezpieczeństwa pojazdów na drodze. A zatem po co zmieniać dobrze sprawdzone rozwiązania?
Technologia
Stopniowe zastępowanie tradycyjnych, mechanicznych układów sterowania układami sterowanymi elektronicznie zostało zapoczątkowane w branży lotniczej poprzez wprowadzenie technologii fly-by-wire. W rozwiązaniu tym układy sterowania przekładnią kierowniczą, przepustnicą i hamulcami są w pełni elektroniczne, co sprawia, że nie są potrzebne żadne elementy mechaniczne, takie jak kable czy cięgna. Inżynierowie lotnictwa przekonali się, że wyeliminowanie tych zajmujących wiele miejsca elementów mechanicznych i zastąpienie ich układami elektronicznymi znacznie poprawiło niezawodność. Dodatkowym atutem nowych jednostek sterujących okazały się ich bardziej kompaktowe rozmiary. Jak dotychczas, w branży motoryzacyjnej taka technologia elektronicznie sterowanego układu przyjęła się tylko w postaci rozwiązania throttle-by-wire (elektronicznie sterowanej przepustnicy).
W branży motoryzacyjnej istnieją trzy rodzaje rozwiązań brake-by-wire unowocześniających układy hamulcowe: układ elektrohydrauliczny, w pełni elektryczny oraz trzeci, stanowiący połączenie dwóch pierwszych. Układ elektrohydrauliczny eliminuje konieczność stosowania wzmacniacza siły hamowania. Wykorzystuje on czujniki i siłowniki do pomiaru siły, z jaką kierowca naciska na pedał hamulca, przenosząc ją na wszystkie hamulce za pomocą pompy hamulcowej tłoczącej płyn do zacisków. Dzięki zastosowaniu sterowników i pokaźnych siłowników do hamulców może być dostarczane ciśnienie o wiele wyższe niż w tradycyjnych, hydraulicznych układach hamulcowych (2000 psi w porównaniu z 800 psi). Technologia ta była wykorzystywana w niektórych pojazdach produkcyjnych przez firmę Mercedes-Benz w ramach układu hamulcowego SBC (Sensotronic Brake Control). Jednakże układ SBC nie przyjął się na długo — był produkowany tylko przez cztery lata na potrzeby głównych modeli tej marki, np. klasy E (211), w latach 2002–2006. Powodem były problemy z zabezpieczeniami (wydłużona droga hamowania i wymagana większa siła nacisku na pedał bez wspomagania hamowania) oraz fakt, że elektrohydrauliczna jednostka sterująca była kosztowna w serwisowaniu (wymagała wymiany po określonej liczbie uruchomień hamulca) — cena samego komponentu wynosiła blisko 1000 funtów!
Elektrohydrauliczna jednostka sterująca SBC firmy Mercedes-Benz
Drugim rozwiązaniem jest w pełni elektryczny układ hamulcowy, w którym wszystkie elementy hydrauliczne i mechaniczne zastąpiono elektrycznymi. Do zacisków wszystkich kół przymocowane są jednostki sterujące i elektroniczne siłowniki. Informacje są przesyłane do nich z centralnej jednostki sterującej przez obwody magistrali komunikacyjnej. Dodatkowe czujniki na każdym zacisku mierzą temperaturę, siłę docisku oraz położenie siłownika. W przypadku awarii jednej lub kilku jednostek sterujących zamontowanych na zaciskach centralna jednostka sterująca może podtrzymać działanie układu. Obecnie czas reakcji układu wynosi 90 ms i jest o wiele krótszy od czasu reakcji tradycyjnego, hydraulicznego układu hamulcowego (300 ms), dzięki czemu w pełni elektryczny układ hamulcowy może znaleźć zastosowanie w pojazdach półautonomicznych i autonomicznych. Ponieważ siłowniki na zaciskach są w pełni elektryczne, tłoki mogą być w łatwy sposób cofane, gdy nie są używane, co w rezultacie przekłada się na mniejsze opory aerodynamiczne, optymalizację zużycia paliwa oraz obniżenie emisji spalin, a tym samym ułatwia zapewnienie zgodności z obowiązującymi przepisami. Jedną z czołowych firm pracujących nad w pełni elektrycznymi układami hamulcowymi jest Brembo — jej rozwiązanie przedstawiono na ilustracji poniżej.
Tylny hamulec z elektroniczną jednostką sterującą i siłownikiem na zacisku
Trzeci układ stanowi połączenie układu elektrohydraulicznego i w pełni elektrycznego. W jego skład wchodzą elementy elektrohydrauliczne na osi przedniej oraz elementy wyłącznie elektryczne na osi tylnej. Układ ten jest stosowany w pojazdach z większymi hamulcami przednimi, w których ze względu na niewystarczającą ilość miejsca niemożliwe jest zamontowanie elementów wyłącznie elektrycznych bezpośrednio na zaciskach hamulców przednich.
Tradycyjne układy hydrauliczne mają swoje wady, ale kierowcy czują się pewnie, wiedząc, że pedał hamulca jest połączony bezpośrednio z wszystkimi czterema hamulcami i w razie awarii układu hamulcowego przyhamuje pojazd lub doprowadzi do jego całkowitego zatrzymania. Jest to główny mankament rozwiązań brake-by-wire, który sprawia, że technologia ta od 15 lat pozostaje na etapie projektowym. Choć układy brake-by-wire są zaawansowanymi konstrukcjami, w przypadku układów w pełni elektrycznych może być wymagane dodatkowe zabezpieczenie w postaci osobnego zasilania z głównego akumulatora pojazdu.
Dzięki możliwości zintegrowania układu stabilizacji toru jazdy oraz najnowszych rozwiązań ABS technologia brake-by-wire potencjalnie może być bezpieczniejsza niż tradycyjne hydrauliczne układy hamulcowe. Jednakże, zważywszy na tak wiele nierozwiązanych wciąż kwestii związanych z zabezpieczeniami, może jeszcze upłynąć dość dużo czasu, zanim układy te będą zgodne z międzynarodowymi przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa funkcjonalnego pojazdów drogowych.