Brzdy jsou nejdůležitějším bezpečnostním prvkem vozu. Bereme je jako samozřejmost, ale jsou na ně kladeny nesmírné nároky. Podívejte se blíže na detaily jejich vývoje i fungování.
Šlápnete na brzdu a auto začne zpomalovat. V závislosti na intenzitě sešlápnutí brzdy zpomaluje více či méně, až do úplného zastavení. Zdá se to jednoduché a po desetiletí vlastně stále stejné. Přes čím dál výraznější prorůstání elektroniky do většiny systémů vozu zůstává mechanická část brzdného systému v zásadě stejná. Ale klasické kotoučové nebo bubnové brzdy dnes najdeme v každém autě a vždy fungují v podstatě stejně.
Jenže to, co se jeví být samozřejmé, skrývá spoustu složitých detailů. „Na funkčnost brzd je kladena řada nároků, které z konstrukce takové brzdy dělají nesmírně náročnou a komplexní záležitost,“ říká Michal Klofec, koordinátor vývoje brzdových systémů a ovládání brzd v Technickém vývoji Škoda Auto. Základní požadavky jsou samozřejmě bezpečnostní, brzdy musí vůz bezpečně zastavit na určité vzdálenosti i v případě dílčích výpadků systému, kterou definují zákonné předpisy.
Někdo rád brzdy ostré, někdo něžnější
„Požadavky zákonných předpisů bohatě splňujeme, snažíme se i o víc. Současná Škoda Octavia například při brzdění ze 100 km/h na nulu zastaví na 33–34 metrech, což je výtečný výkon,“ vysvětluje Klofec. Tak krátká brzdná dráha je podle něj také zásluhou moderních pneumatik, které brzdný účinek na vozovku dovedou přenést.
Chlazené kotoučové brzdy jsou dnes samozřejmostí, ale vděčíme za ně Jaguaru a Porsche
Aby se řidiči s brzdou dobře zacházelo, měl vozidlo vždy pod kontrolou a nebyl rušen žádnými vedlejšími projevy, znamená to nejen splnit legislativní povinnosti, ale i další skupinu kritérií a požadavků na konstrukci brzdy. „Každý od brzd očekává něco trochu jiného. Někteří řidiči mají rádi ostrý nástup, jiní trochu méně razance,“ vysvětluje odborník na problematiku brzd. Vyladění brzd je vždy určitým kompromisem, v němž experti zohledňují kromě řidiče také celou posádku. Pro její pohodlí je potřeba vše vyladit tak, aby brzdný účinek měl vcelku přirozený průběh odezvy.
Pro automobilku Škoda jsou proto v tomto ohledu kromě bezpečnosti důležité i další parametry. „Prvním je dávkovatelnost brzdy, tedy to, aby intenzita brzdného účinku v závislosti na intenzitě sešlápnutí brzdového pedálu rostla plynule, aby byl pocit z ovládání brzdy pro řidiče příjemný,“ říká Klofec. Druhým požadavkem je pak to, aby všechny vozy Škoda měly podobnou charakteristiku chování brzd. „Chceme, abyste se při přesednutí z malého modelu jako Fabia třeba do velkého SUV Kodiaq, cítili jako doma,“ podotýká Klofec.
Brzdy nesmějí svým chováním v žádné situaci řidiče překvapit, fungovat by měly za všech okolností stejně. Například při jízdě na hrbolatém povrchu nesmí dojít k tomu, že by se od sebe brzdné prvky oddálily, a řidič tak při sešlápnutí pedálu šlápl takříkajíc do prázdna. Kromě těchto požadavků chování a bezpečnostních požadavků (kam patří i absolvování testu vadnutí brzd opakovaným brzděním, horský sjezd nebo test funkčnosti stabilizačního systému ESP) dnes konstruktéry legislativa omezuje například ve využívání určitých materiálů. Tabu jsou azbest, čpavek, olovo, kadmium a nejnověji také měď.
V návrhu brzdy pak hrají roli různé parametry vozu – jeho hmotnost, velikost kol nebo výkon motoru. Brzdu je vždy potřeba zkonstruovat tak, aby byla nejen funkční, ale také ekonomická. A důležitý je i akustický komfort. Pískající brzdy jsou pro posádku jedním z nejvíce nepříjemných rušivých prvků. „Nikdy se tomu nedovedeme zcela vyhnout. Provozních podmínek a situací, kterým může být brzda vystavena, je i vzhledem ke stavu brzdy a fázi životnosti v podstatě nekonečné množství. Ale snaha eliminovat nežádoucí zvuky je důležitou součástí naší práce,“ přibližuje vývojář Škoda Auto.
Nejen boj proti pískání
Právě na boji proti pískání se dá ukázat, jak komplexní záležitostí vývoj brzd je. Brzda navržená podle parametrů pro daný vůz vznikne nejprve jako prototyp. Testuje se pak na zkušebních stavech, které mohou odhalit určitý sklon k pískání. Dále se vše ověřuje v praxi, navzdory zažité představě totiž pískání brzdy nemusí způsobovat pouze dvojice destička–kotouč (případně buben–čelist).
„Pískání je jednoduše výsledek rozvibrování některého prvku na frekvenci, která dá vzniknout tomuto slyšitelnému zvuku. A takto se může od brzdy rozvibrovat třeba i některý z prvků zavěšení,“ vysvětluje Klofec. Inženýři pak vymýšlí konstrukční úpravy, které mají ony frekvence co nejvíce potlačit. Někdy podle nich zafunguje třeba změna u destiček, kde stačí přidat plíšek, který změní tuhost destičky a určité frekvence utlumí, jindy je potřeba změnit tvar odlitku držáku brzdy. Vždy jde o to, aby se daná frekvence utlumila ideálně tam, kde vzniká.
Na brzdách je podle něj pořád co vylepšovat. Legislativa například kromě materiálů klade důraz i na snižování emisí prachu z brzd, tedy v podstatě snížení jejich opotřebení. Díky pokroku ve vývoji materiálů lze neustále zvyšovat třeba odolnost brzd proti korozi, která je velkým nepřítelem správného a komfortního fungování brzd. „Absolutním řešením v tomto ohledu jsou keramické kotouče, ale to je pro masově vyráběné vozy cenově nedostupná technologie. A nedomnívám se, že se z ní může někdy v budoucnu stát běžná záležitost,“ vysvětluje Klofec, proč některá špičková technika asi nemá šanci časem „zlidovět“.
Bubny a chlazení z Boleslavi
K hledání nových řešení inženýry nutí také nástup eMobility. „Elektromobily brzdí za běžných situací v drtivé většině pouze rekuperací. Jenže v krizových situacích musí zafungovat klasická brzda, přitom auto s bateriemi je těžší než běžný obdobný vůz. Požadavky na brzdy u elektromobilů tak jsou docela protichůdné,“ říká specialista na vývoj brzd.
I brzdy potřebují kontrolu. Máte zvlněné kotouče? A víte, kdy kotouče a destičky měnit?
Tato různorodost požadavků na brzdy vedla u elektromobilů koncernu Volkswagen, a tedy i elektrických vozů Škoda, k netradičnímu řešení: i poměrně těžká auta mají na zadní nápravě bubnové brzdy. Elektromobily mají totiž poháněnou zadní nápravu a tady se také odehrává rekuperace. Kotoučové brzdy, které jsou u všech aut na zadní nápravě vždy méně namáhané a odpovídajícím způsobem dimenzované, tak u elektromobilu (s rekuperací na zadní nápravě) vzadu přichází ke slovu skutečně málokdy. Hrozí tedy, že by zadní kotoučové brzdy u elektromobilů častěji podléhaly povrchové korozi – a proto se u elektromobilů využívají brzdy bubnové.
Bubnové brzdy jsou kompletně dílem mladoboleslavských inženýrů. Zodpovědnost za vývoj veškerých bubnových brzd v celém koncernu Volkswagen má Škoda Auto už od roku 2004. Bubnové brzdy navrhují do posledního šroubku: řeší velikosti jednotlivých prvků podle požadovaných parametrů budoucích vozů, napojení brzdy na podvozkové díly, napojení hydraulického okruhu, funkci ruční brzdy a mnoho dalších detailů. To vše tu navrhují od počátku až do konce, od prvních modelů v počítačových programech až po praktické testy.
Ještě jedna technologie, kterou využívá celý koncern Volkswagen, má původ v Mladé Boleslavi. Je to systém aktivního chlazení brzdy. V tomto případě jde o chlazení předních kotoučových brzd, ke kterým doposud obvykle vzduch přiváděly speciální kanály v nárazníku. Jenže ty zvyšují odpor vzduchu, a mají tedy negativní dopad na spotřebu paliva. Vývojáři Škoda Auto však přišli s řešením využívajícím ventilátor chladiče motoru. V případě, že elektronika vyhodnotí, že je potřeba brzdy třeba při dlouhém sjezdu z kopce chladit intenzivněji než normálně, ventilátor sepne a speciálními cíleně umístěnými mřížkami v podběhu vozu, které aerodynamiku nenarušují, vede vzduch k brzdám. „Teplý vzduch z chladiče je pořád dost chladný na to, aby brzdy bez problémů uchladil,“ vysvětluje Klofec chytrý nápad.
Jak se k brzdě chovat a jak na její servis?
I když v principu brzdy fungují desítky let stále stejně, stávají se přesto postupem času složitějšími. To také znamená, že na řidiče kladou určité nároky z hlediska péče. Když pomineme fakt, že každý řidič brzdy opotřebovává trochu jinak (ten, kdo více brzdí motorem, brzdy šetří), radí Klofec třeba chránit brzdy před již zmiňovanou korozí. „Podmínky jsou různé a ne vždy můžeme brzdu při jízdě vysušit, ale jsou situace, kdy to jde: typicky třeba po umytí automobilu. Je dobré krátkou jízdou s různými příležitostmi ke zpomalení brzdy zahřát a osušit,“ nabádá inženýr. Při dlouhých sjezdech z kopce prodlouží životnost brzd již zmíněné brzdění motorem a v krizových situacích expert radí nebát se na brzdu šlápnout skutečně naplno. „Plný účinek zajistí nejkratší brzdnou dráhu, o zbytek se postarají brzdové regulační systémy ABS a ESP,“ vysvětluje.
Brzdovou kapalinu je také potřeba měnit. S postupem času se snižuje její funkčnost
Jak funguje parkovací brzda?
Takzvaná „ruční brzda“ je vlastně doplňkem běžné brzdové soustavy a dnes v podstatě funguje dvěma možnými způsoby. Tím klasickým je ovládání pákou, která přes táhla zatáhne za brzdové lano, které (u kotoučových brzd) přes speciální převod šnekovým mechanismem vysune pístek brzdového třmenu a přitiskne destičky ke kotouči. Po uvolnění lanka se destičky vrátí do původní polohy. U bubnové brzdy to funguje obdobně.
Nouzová brzda
Elektronická „ruční brzda“ má i jednu speciální funkci, o které mnoho řidičů neví. Jejím zatažením (tlačítko je potřeba několik sekund držet) se aktivuje režim nouzového brzdění, který lze použít třeba při závadě brzdového systému nebo náhlé zdravotní indispozici řidiče. V krizové situaci může tedy tento režim aktivovat třeba i spolujezdec. Přidržením tlačítka dojde k aktivaci speciálního režimu systému ESP, který vytvoří v brzdovém okruhu tlak a vůz tak postupně zabrzdí a zastaví. Tlačítko v takový moment neovládá parkovací brzdu, ale slouží jako prostředek, který elektronice auta sdělí, že se děje něco nestandardního a je potřeba zastavit.