Moderní brzdové a brzdové asistenční systémy jsou velmi působivé. Jejich výrobci mezi sebou soutěží, aby poskytli nejúčinnější a nejpohodlnější řešení brzdění. Cesta k dosažení současných technických řešení však byla dlouhá.
Počátky brzdových systémů
Význam brzd v moderních autech je nesporný. Brzdový systém je dnes jedním z nejdůležitějších systémů automobilů. Ale brzdy nebyly vždy tak důležité. Na počátku automobilového průmyslu se vynálezci soustředili spíše na to, jak rozjet auto, než na to, jak zastavit. Vnitřní odpor strojů kombinovaný s jinými, jednoduchými prostředky byly tehdejší brzdové systémy. První automobily byly zastavovány pomocí pák přitlačujících dřevěnou podložku k ráfku kola nebo jinými brzdnými prostředky používanými u kočárů. Ve skutečnosti vozy připomínaly kočáry, a proto s nimi sdílely spoustu designových prvků.
Netrvalo však dlouho a bylo zjištěno, že takové improvizované brzdy nejsou příliš účinné. Dřevěné destičky by se při kontaktu s koly rychle opotřebovaly a na strmých cestách neposkytovaly dostatečnou brzdnou sílu. A lidé chtěli jít rychleji a rychleji. Byla testována různá řešení s cílem přeměnit kinetickou energii na energii tepelnou pomocí efektivnější metody. Stále účinnější obložení se používalo např. vyrobené z mědi, což zvýšilo třecí sílu. Měly však jeden podstatný nedostatek – při kontaktu s metalickými koly byly velmi hlasité. Aby se to napravilo, byly by pokryty měkkými třecími materiály, např. azbest, bavlna nebo guma. Tato řešení byla dostatečná, protože auta nebyla schopna jet rychle.
Pneumatiky – nová výzva pro automobilové brzdy
Vývoj brzd byl do značné míry ovlivněn pneumatikami. Poskytovaly lepší komfort na nerovném terénu a umožňovaly jízdu vyšší rychlostí, ale nefungovaly dobře s tehdejšími primitivními brzdami. Podložka přitisknutá přímo na pneumatiku možná fungovala na kole, ale ne na mnohem těžším automobilu. Byl tedy vyvinut nový typ brzdy, která je skrytá uvnitř kola. Na rozdíl od toho, co by se dalo očekávat, bubnová brzda a kotoučová brzda byly koncipovány přibližně ve stejnou dobu.
První kotoučovou brzdu vynalezl v roce 1902 anglický inženýr Frederic Wilhelm Lanchester, zatímco bubnová brzda byla ve stejném roce patentována Louisem Renaultem. Jiní inženýři, včetně Gottlieba Daimlera a Wilhelma Maybacha, také experimentovali s bubnovými brzdami, ale zvítězil design Renaultu. Spíše než litinový buben omotaný lany aplikoval mnohem účinnější řešení, tedy brzdové čelisti tlačící na buben. Tento typ brzdy přežil dodnes. Samozřejmě ne bez úprav.
Hydraulika v brzdových systémech
The fiPrvní automobilové brzdy byly plně mechanické a poháněné výhradně silou svalů řidiče. Zpočátku byla brzdami vybavena pouze zadní kola. Vůz s brzdami na všech čtyřech kolech byl koncipován až v roce 1909, především kvůli nedostatečným inženýrským znalostem, které brzdily vynález brzd zajišťujících stabilitu vozu. Bubny ovládané pomocí ocelových lanek pracovaly s různou silou a synchronizace čtyř párů brzdových čelistí byla trochu problém.
Průlom nastal v roce 1917, kdy Malcolm Loughhead, později známý jako Lockhead, patentoval hydraulické brzdy. Tento typ brzd poprvé vynalezl Hugo Meyer z Německa v roce 1895, ale neujal se. Lockeadovy brzdy byly první sériově vyráběné hydraulické brzdy. Aplikace hydraulické kapaliny se hodně změnila. Za prvé se zvýšila brzdná síla. Za druhé byl odstraněn problém praskání a uvolňování kabelů, v důsledku čehož se používání brzd stalo pohodlnějším. První hydraulické brzdy byly proslulé netěsnostmi, ale byly mnohem spolehlivější než mechanické brzdy.
O pár let později, v roce 1928, přibyl další prvek – brzdový asistent. Brzdové servo využívalo podtlak generovaný v sacím systému ke zvýšení brzdné síly. Po sešlápnutí brzdového pedálu se aktivoval hlavní válec a ventil uvolnil podtlak ze sacího potrubí. Tlakový rozdíl mezi dvěma částmi membrány vytvářel sílu, která dodatečně podpírala píst hlavního válce. Síla byla přímo úměrná tomu, jak daleko byl sešlápnut brzdový pedál. Řidič tak mohl snadno ovládat brzdnou sílu. Jak byly brzdy stále účinnější, auta mohla jet rychleji a rychleji.
Postupný pokles bubnových brzd
Bubnové brzdy ovládaly automobilový průmysl po mnoho let. Stále na ně můžete narazit na zadní nápravě některých malých a nepříliš výkonných aut, kupř. městská auta. Za svůj úspěch vděčili čisté náhodě. Přestože jsou bubny robustní, jsou odolné vůči různým podmínkám vozovky a nejsou tak neúčinné, jak by si mnozí mohli myslet. Mají ale problém s vysokou teplotou.
Pevně uzavřený brzdový buben ztěžoval odvod tepla. Roztažení brzdových čelistí vyžadovalo velkou sílu a použití velkého a těžkého bubnu. Vadné byly i bubnové brzdy. Přestože byly jednoduchého designu a měly uzavřené pouzdro, jejich botky se často zasekávaly, což vedlo k přehřívání brzd. To by mělo za následek náhlou ztrátu brzdné síly a vedlo by to k nebezpečným situacím. Naštěstí byly vynalezeny kotoučové brzdy.
Mačkání aneb jak fungují kotoučové brzdy
Like many other new inventions, the first modern disc brakes made their debut in sport. In 1993, a Jaguar XK equipped with four Dunlop disc brakes won the 24-hour Le Mans race. The revolution of the braking systems had begun.
Na rozdíl od měděných brzdových obložení z roku 1902 moderní destičky neskřípaly ani se neopotřebovávaly tak rychle. Brzy budou aplikována pokročilejší třecí obložení, jako je keramika, semi-metalické směsi nebo kevlar. Azbest, o kterém bylo zjištěno, že způsobuje rakovinu, bude brzy vynechán. Všechny brzdové destičky využívají stejnou, základní výhodu kotoučové brzdy – vyšší účinnost i při dynamické jízdě.
Klíčem je odvod tepla z kotoučových brzd. Jsou chlazeny větrem, přenášejí teplo na ráfky a mohou mít navíc speciální ventilační otvory. Jsou ideální pro jízdu v horách, dynamickou jízdu a nouzové brzdění. Písty vyvíjejí tlak na třecí obložení a tím i na brzdový kotouč. Jsou také lépe kompatibilní s asistenčními systémy řidiče, jako je ABS nebo ESP. Zmáčknutí se ukazuje jako lepší metoda brzdění než tlačení. Třmeny převažují nad botami.
Budoucnost automobilových brzd
Výzkumná a vývojová centra pokračují ve snaze navrhnout ještě účinnější brzdy. Brzdové systémy se nadále mění z hlediska materiálů a designu. Stále více výrobců používá tzv. scorching, tedy krátkodobé zahřátí povrchu brzdových destiček na 600-800 °C pro zvýšení jejich odolnosti proti vyblednutí, tedy poklesu účinnosti obložení vlivem teploty. Výrobci také více dbají na snížení vibrací a skřípavých zvuků. Kvalitní podložky mají mezivrstvu, která snižuje hluk a vibrace.
Vypadá to, že brzdové systémy budou mít brzy mnohem méně práce než dnes. Vývoj hybridních a elektrických vozů dělá ze systémů rekuperace energie stále vážnější alternativu k brzdám. Systémy obnovy známé donedávna z vozů Formule 1 jsou stále oblíbenější. Energie generovaná při brzdění se již nepřeměňuje na teplo a nenávratně se ztrácí, ale přeměňuje se na elektrickou energii. Rekuperace energie samozřejmě nenahradí klasické kotoučové brzdy ani nebude stačit při prudkém brzdění. Dokáže však snadno snížit opotřebení brzdových kotoučů a destiček při snadné každodenní jízdě. Zda se odborníci ve svých předpovědích nemýlili, se dozvíme již brzy.