Układy hamulcowe w autach hybrydowych

Do warsztatów niezależnych trafia coraz więcej pojazdów z napędem hybrydowym. W określonych warunkach eksploatacji są one oszczędne w zużyciu paliwa, ponieważ do napędu wykorzystują również energię elektryczną. Przykładem takiego rozwiązania jest Audi A3 8V 1.4 TFSI e-tron z silnikiem o kodzie CXUA, produkowane od września 2015 do października 2020 roku. Model ten jest technologicznie zbliżony do VW Golfa VII GTE 1.4 TSI Hybrid. W pojazdach hybrydowych i elektrycznych układ hamulcowy musi nie tylko zapewniać pełną skuteczność hamowania, ale także – w sprzyjających warunkach – umożliwiać odzysk energii. Zamiast zamieniać energię kinetyczną w ciepło poprzez tarcie klocków o tarcze, korzystniej jest przekształcić ją w energię elektryczną i zmagazynować w akumulatorze. Dla konstruktorów oznacza to konieczność stworzenia systemu, który zagwarantuje kierowcy powtarzalne i przewidywalne odczucie hamowania w każdych warunkach. Jest to trudne, dlatego np. Toyota w modelu C-HR 1.8 Hybrid (2020 r.) zastosowała układ brake-by-wire. W takim rozwiązaniu kierowca jedynie sygnalizuje chęć zatrzymania pojazdu, ale nie wytwarza bezpośrednio ciśnienia w układzie hamulcowym. Wrażenie hamowania powstaje dzięki symulatorowi pedału, gdzie szczątkowa pompa hamulcowa przetłacza płyn, przesuwając tłoczek podparty progresywną sprężyną. Daje to efekt zbliżony do pracy konwencjonalnego układu w samochodzie spalinowym. Elektronika analizuje prędkość i siłę nacisku na pedał, a właściwe hamowanie realizuje elektryczna pompa hydrauliczna z zasobnikiem ciśnienia. Układ jest złożony, ale przy odpowiednim serwisie – dość niezawodny. W Audi A3 e-tron zastosowano natomiast układ Bosch eBKV, oparty na innych założeniach konstrukcyjnych niż system Toyoty. W tym przypadku użyto zmodyfikowanej, klasycznej pompy hamulcowej, jednak zamiast serwa podciśnieniowego pracuje elektryczny wzmacniacz siły hamowania (rys. 1). Płyn hamulcowy jest tłoczony przy każdym wciśnięciu pedału, a wspomaganie realizuje silnik elektryczny (rys. 2, rys. 3). Działanie jest bardzo zbliżone do pracy tradycyjnego serwa podciśnieniowego – podobnie jak elektryczne wspomaganie kierownicy przypomina w odczuciu starsze rozwiązania hydrauliczne.

Rysunek 1 porównanie budowy układu konwencjonalnego do eBKV 1gen
Rysunek 2 przekrój pompy eBKV gdy pedał hamulca nie jest naciśnięty
Rysunek 3 Przekrój pompy eBKV gdy pedał hamulca jest wciśnięty do połowy

Pompa hamulcowa wraz z elektrycznym serwem jest połączona standardowymi przewodami hydraulicznymi z agregatem ABS/ESP i zaciskami hamulcowymi Powstaje zatem pytanie: jak realizowana jest rekuperacja energii, skoro każde wciśnięcie pedału hamulca powoduje wzrost ciśnienia płynu hamulcowego w układzie, a co za tym idzie – tarcie klocków hamulcowych o tarcze? W pompie hamulcowej równolegle do wyjścia przewodów hamulcowych zastosowano dodatkowy cylinder z ruchomym tłoczkiem. Położenie tłoczka jest ściśle nadzorowane i regulowane przez dedykowany silnik elektryczny wraz z odpowiednią przekładnią. Gdy kierowca naciska na pedał hamulca w trybie rekuperacji energii, tłoczek jest elektrycznie opuszczany w cylindrze, co tworzy przestrzeń dla płynu przetłaczanego przez pompę hamulcową. Dzięki temu w zaciskach hamulcowych nie narasta ciśnienie płynu, bo cały gromadzi się w tym dodatkowym cylindrze. Jeśli okaże się, że należy uruchomić cierny układ hamulcowy, tłoczek jest elektrycznie przesuwany, cofając cały zebrany dotychczas płyn hamulcowy do układu, bez potrzeby dodatkowego dociskania pedału przez kierowcę. Diagnostyka tego układu została przeprowadzona za pomocą testera Bosch KTS (rys. 4). Odczyt parametrów rzeczywistych umożliwia analizę wartości momentu wspomagania (rys. 5) oraz położenia tłoka pompy hamulcowej (rys. 6). Kluczowym aspektem dla długotrwałej pracy wszystkich układów hamulcowych jest regularna wymiana płynu hamulcowego zgodnie z procedurą producenta. W przypadku opisanych układów z Toyoty oraz Audi należy bezwzględnie wykorzystać odpowiednią funkcję testera diagnostycznego (rys. 7). Są to procedury prowadzone etapowo, gdzie po wykonaniu i potwierdzeniu jednej czynności, np. odkręcenie odpowietrznika zacisku prawy przód, dopiero przechodzimy do kolejnej czynności, w tym przypadku wzrostu ciśnienia płynu w tym konkretnym zacisku hamulcowym. Regularny serwis oraz przestrzeganie procedur diagnostycznych pozwalają na utrzymanie wysokiej niezawodności układów hamulcowych w pojazdach hybrydowych i elektrycznych. Wraz z rosnącą popularnością tych technologii, ich odpowiednia obsługa stanie się kluczowym elementem pracy niezależnych warsztatów.

Rysunek 4: Wybór diagnostyki systemu Elektronicznego wzmacniacza systemu hamowania 4.0
Rysunek 5: Przebieg rzeczywistego momentu silnika elektrycznego wzmacniacza siły hamowania
Rysunek 6: Odczyt wartości czujnika położenia pedału hamulca
Rysunek 7: Wybór procedury serwisowej odpowietrzania układu hamulcowego