Eltűnhet a féknyereg a kerékagyról?

A Mercedes-Benz bemutatta forradalmi in-wheel (kerékbe integrált) fékrendszerét, amelyet kifejezetten elektromos járművekhez (EV-k) terveztek. A rendszer célja az EV-k fékezési hatékonyságának növelése, az energia-visszanyerés optimalizálása, valamint a karbantartási igény és a fékporemisszió minimalizálása.

Az új megoldás a hagyományos fékeket a hajtáslánc központjába helyezi át, mivel ez számos műszaki és gyakorlati előnnyel jár az elektromos járművek számára. Az egyik legfontosabb ok a rugózatlan tömeg csökkentése, amely a hagyományos fékek esetében a kerekekhez rögzítve jelentős terhet jelent. A rugózatlan tömeg mérséklése javítja a jármű dinamikáját, kezelhetőségét és menetkomfortját, hiszen az autó jobban követi az útegyenetlenségeket és stabilabbá válik. További előny, hogy a hagyományos féknyergek eltűnésével lehetőség nyílik aerodinamikailag tovább optimalizálni a kerekek tervezését, ami alacsonyabb légellenállást eredményez, közvetlenül hozzájárul az energiafogyasztás csökkentéséhez, és a letisztultabb kerékdizájn esztétikai szempontból is vonzóbb.

Az új rendszer környezeti hatásai is kedvezőek, mivel a hagyományos fékek működése során keletkező jelentős mennyiségű fékpor, amely szennyezi a levegőt, itt kiküszöbölésre kerül azáltal, hogy a fékrendszer zárt, megakadályozza a fékpor kijutását.

Napjaink modern (by wire) fékrendszereinek központi eleme a regeneratív fékezés, amelynek során az elektromotor fékező nyomatéka a jármű mozgási (kinetikus) energiáját alakítja villamos energiává, amelyet (vissza)tölt az akkumulátorba. Ez a rendszer a lassulási igény 98%-át képes lefedni a fékezések során, miközben a mechanikus fékek csak a maradék, nagy intenzitású fékezési helyzetekben lépnek működésbe. Ez új problémákat vet fel, mivel a hagyományos fékrendszerek ritka használata oxidációhoz, zajképződéshez és fékpor felhalmozódáshoz vezet.

A Mercedes-Benz új „in-drive” fékrendszere megoldást kínál ezekre a problémákra. A rendszerben a súrlódó betétekkel ellátott forgótárcsa a hajtótengelyre fogaskoszorúval kapcsolódva forog és két rögzített fékfelület között helyezkedik el, amelyek statikusak. A hidraulikus nyomóhenger axiális irányú munkavégzése során a belső fékfelületet és a súrlódó tárcsát együttesen a külső, statikus fékfelülethez préseli, amelynek eredményeként a két érintkező felület között létrejövő súrlódási erő generálja a szükséges fékezőnyomatékot. A hidraulikus nyomóhenger precíz vezérléssel fejti ki az egyenletes és optimális fékerőt, miközben a regeneratív fékrendszer ezzel párhuzamosan lassíthatja a járművet az elektromotor fékezőnyomatékával. A rendszer minimalizálja a hagyományos fékrendszer terhelését, miközben képes nagy intenzitású fékezésnél maximális lassítóerőt biztosítani.

A zárt ház kialakítása nem csupán a szennyeződésektől védi a rendszert, hanem a hűtést is elősegíti. A féktárcsák közvetlenül – hőmenedzsmenttel felügyelt - vízhűtéses környezetben működnek, amely az intenzív igénybevétel során keletkező hőt a hűtőfolyadék segítségével hatékonyan elvezeti, így megakadályozva a fékek túlmelegedését. A rendszer tervezésénél külön figyelmet fordítottak a súrlódó anyagok hővezetési képességére és kopásállóságára; a tárcsák és fékpofák speciális, kompozit alapanyagokból készülnek, amelyek extrém igénybevétel esetén is megőrzik mechanikai tulajdonságaikat.

Ez az innovatív rendszer a hagyományos féktárcsás, féknyerges megoldásokhoz képest jelentősen - akár mínusz 90 kilogrammal is - csökkentheti a rugózatlan tömeget, amely közvetlen hatással van a jármű menetdinamikájára és kezelhetőségére. A fékrendszer pontos működését elektromos vezérlőrendszer szabályozza, amely a jármű többi vezérlőegységével – beleértve a regeneratív fékezésért felelős rendszert – valós időben kommunikál.

Hatását vizsgálva a futóműgeometriára következtethetünk arra, hogy míg korábban a féknyereg és a féktárcsa tömegét is figyelembe vették a legördülési sugár által meghatározott tömegerő számításánál, amely közvetlen hatással volt a kerék és a futómű dinamikai viselkedésére. Az új in-drive fékrendszert a hajtáslánc központi részébe helyezi át, ezáltal jelentősen csökkenti a kerék közeli nem rugózott tömeget, ami módosítja a kerék rugózott és nem rugózott tömege közötti arányt. Ez a változás közvetlenül befolyásolja a futóműgeometriát és a futómű beállításainak optimalizálását, hiszen a nem rugózott tömeg csökkenésével a jármű menetstabilitása, rezgési jellemzői és kanyarodási tulajdonságai kedvezően alakulhatnak. A futóműtervezőknek ennek megfelelően újra kell kalibrálniuk a kerékhez kapcsolódó dinamikai számításokat, hogy figyelembe vegyék a terheléseloszlás és a dinamikai viselkedés változását. Ez hosszú távon lehetőséget ad a futómű és a lengéscsillapítók finomabb hangolására, ugyanakkor előre figyelembe kell venni a futóműgeometriában és a jármű terheléseloszlásában bekövetkező változásokat a stabilitás és kezelhetőség optimalizálása érdekében.

Az in-drive fékrendszer tehát egy forradalmi technológiai újítás lehet az elektromos autók világában, amely egyszerre old meg környezetvédelmi, működési és karbantartási problémákat. Azonban ahhoz, hogy ez az innováció széles körben elterjedhessen, a költségek csökkentésére, a karbantartási igények optimalizálására és a hűtési rendszerek további fejlesztésére lesz szükség. Az előnyök kétségkívül figyelemre méltók, de a technológia fenntarthatósága és gazdaságossága fogja meghatározni a sikerét a piacon.

Forrás: motortrend.com