Brzda jakožto nejdůležitější článek aktivní bezpečnosti jakéhokoliv pohyblivého zařízení je lidstvu v různých podobách známa už po staletí. Jak fungují brzdy používané v automobilech? A mohou se ve 21. století vůbec ještě nějak vyvíjet?
V automobilech na kolech nejčastěji vídáme třecí brzdy – snižují rychlost vozu třením pevné části připevněné k rámu vozu o část pohyblivou spojenou s kolem vozidla. Kinetická energie je přeměněna pomocí tření na teplo, které pak odchází z brzd do okolního prostředí.
Jako první systém specificky vyvinutý pro auta se uplatnila bubnová brzda. Tu si patentoval Louis Renault už v roce 1902. To, co vidíme pohledem skrz disk kola, je právě buben. Ten se otáčí spolu s kolem. Na buben zevnitř po obvodu doléhají brzdové segmenty, které nerotují. Od šedesátých let jsou součástí zařízení samonastavitelné pakny, díky nimž je brzdný účinek během životnosti brzdy stále stejný. Nevýhodou je problematický odvod tepla kvůli uzavřené konstrukci, v jehož důsledku brzy dochází k tzv. vadnutí – slábnutí brzdného účinku vlivem přehřátí. Výhod však mají bubny hned několik – jsou servisně nenáročné, díky velké třecí ploše nedochází při běžném používání k výraznému opotřebení a jsou i poměrně levné na výrobu. Taktéž je velmi snadné adaptovat je pro použití jako parkovací (ruční) brzdy – stačí vedle rozpěrného válečku od hydraulického ovládání brzd přidat páku pro mechanické ovládání.
Pohled do vnitřku bubnové brzdy. V horní části je rozpěrný mechnismus s vratnou pružinou.Uzavřená konstrukce bubnů se překvapivě stala jejich důležitou výhodou pro budoucnost. Při brzdění z nich totiž neuniká do okolního prostředí takové množství mikroskopických prachových částic jako z brzd kotoučových. Ty tudíž výrazně méně znečišťují vzduch, který dýcháme. V automobilkách jim proto předpovídají renesanci. Nejnověji třeba u Škody Scala se počítá s jejich širokým nasazením na zadní nápravě, samozřejmě s ohledem na výkon vozu (podle konstruktérů Škody by neměl být problém až do výkonu zhruba 150 koní) a stupeň výbavy.
Kotoučová brzda je nejrozšířenější druh brzdy od automobilů až po letadla. Kotouče z šedé litiny jsou z obou stran obklopeny kompozitovými destičkami, jež leží ve třmenech. Destičky jsou ke kotouči přitlačovány pístky, na které působí pod tlakem brzdová kapalina. Jejich konstrukce je tak v zásadě podobná brzdě jízdního kola. Díky otevřené konstrukci kotoučová brzda mnohem snáz odolává vadnutí. Chladí se totiž přímo kontaktem kotoučů s okolním prostředím.
Závodní brzdy z Fabie R5, to je tak trochu „jinej gang“. Zvládají teploty přes 700 °C a kvůli vyšší odolnosti nejsou vrtané. Průměr kotoučů se liší dle potřeby, pro asfaltové soutěže jsou větší (355 mm), pro šotolinové mají průměr 300 milimetrů.Z fyzikálních příčin je vyšší brzdný výkon potřebný na předních brzdách vozu. Z toho důvodu jsou přední brzdy aut dnes vždy kotoučové, často vnitřně chlazené. Takový kotouč sestává ze dvou třecích povrchů, mezi nimiž jsou kanálky pro odvod tepla. Také pístků je na předních brzdách zpravidla více. U sportovních vozů běžně i tři a více párů a kotouče mohou být drážkované či vrtané. Zde však není hlavním motivem odvod tepla, nýbrž plynů, které se při intenzivním brzdění odpařují z destiček. Naopak vzadu si většina vozů vystačí s plnými nevětranými kotouči či s bubnovými brzdami.
Nevýhod mají kotoučové brzdy hned několik – kvůli otevřené konstrukci snáze podléhají vnějším vlivům, při brzdění se z nich šíří malé částečky obložení do vzduchu a výrobně také nejsou zrovna nejlevnější. Jejich bezkonkurenční brzdný výkon však toto všechno vyváží. Výhodou také je, že při pravidelném brzdění mají kotouče i obložení samočisticí efekt.
Mezi velkosériová osobní auta přivedl kotoučové brzdy, tak jako spoustu dalších novinek, Citroën se svým modelem DS. Zároveň podobně jako později např. Alfa Romeo u modelu 75 umístil kotouče mimo kola k diferenciálu pro snížení neodpružené hmotnosti. Zde jsou však brzdy hůře servisně přístupné a také nejsou ideálně chlazené, a proto se od tohoto řešení nakonec ustoupilo.
Karbon-keramické kotouče odolávají mnohem vyšším teplotám. Jsou tedy výrazně méně náchylné k vadnutí při častém intenzivním brzdění
Závodní monoposty Formule 1 používají exotické materiály, kde kotouče i destičky jsou z uhlík-uhlíkového laminátuNa rozdíl od konvenčních brzd, které veškerou kinetickou energii přemění na odpadní teplo, regenerativní brzdy jsou schopny energii z brzdění převést na energii elektrickou, která může být použita k pohonu periferií nebo posléze k pohonu vozu samotného. Nejčastěji se uplatňuje u hybridních vozů či elektromobilů, kde jsou kola přímo spojena s elektromotorem, který se při zpomalování přepne do funkce generátoru. V tomto režimu tedy generátor odebírá energii pohybujícího se vozu a ukládá ji do baterií elektromobilu nebo hybridního systému k pozdějšímu využití. Rekuperovat ale dnes umí i reverzibilní alternátory, které u tzv. mikrohybriních vozů používají energii z brzdění například pro startování agregátu při aktivovaném systému stop-start.
Řízení brzd
V běžných situacích řidič snadno ovládne brzdy sám. Avšak při krizové situaci či při zhoršených povětrnostních podmínkách je možné pomocí podpůrných systémů ovládat brzdy lépe než řidič.
Z letadel si do aut našel cestu systém ABS (poprvé ve voze Jensen FF mechanický systém převzatý přímo z letadel), následně se objevila jeho elektronická nadstavba v podobě kontroly trakce přibrzďováním jednotlivých kol TCS, rozdělovač brzdného účinku EBD až po systém řízení stability vozu ESP.
Všichni tito pomocníci jsou ve většině situací natolik užiteční, že se stali povinnou součástí standardní výbavy všech nových vozů nejen na evropském trhu. Relativní novinkou je brake-by-wire – brzdění přes kabel, známé z formule 1 nebo z Mercedesu jako systém SBC. Při tomto řešení je zrušena mechanická vazba mezi pedálem a kotouči, k ovládání dochází čistě elektronickou cestou. Masového uplatnění tento systém zatím nedošel, avšak to se může díky spolupráci se systémy na úsporu energie brzy změnit.
Brzdy sportovních vozů
Konstrukce sportovních brzdových systémů je v zásadě obdobná jako v běžném autě. Rozdíl dělají rozměry a použité materiály. Jako drahý příplatek se u sportovních vozů objevují karbon-keramické kotouče. Proti ocelovým nemají vyšší koeficient tření, jejich výhoda spočívá v odolávání mnohem vyšším teplotám. Jsou tedy výrazně méně náchylné k vadnutí při častém intenzivním brzdění.
U formulí jsou brzdy ovládány elektronicky z důvodu kooperace se systémem rekuperace energie KERS. Konstrukčně se sportovní vozy odlišují použitím pevných třmenů místo klasických plovoucích. Pístky tak na kotouč působí z obou stran, zatímco u klasických osobních automobilů je pístek jen na jedné straně. Z druhé strany destička na kotouč doléhá vlivem reakční síly od stlačení destičky u pístku.
David Štěpán