Z pierwszej części artykułu wiemy, że siła hamowania zależy od współczynnika tarcia i siły, z jaką koło naciska na nawierzchnię drogi. Jeśli więc samochód jedzie nawet po najbardziej przyczepnej nawierzchni, np. suchy beton, ale z jakiś względów zmienia się wartość tej siły, to proporcjonalnie do tej zmiany zmienia się również siła hamowania. Analogiczna zależność dotyczy siły napędowej lub bocznej. W tym artykule poznamy przyczyny zmian siły nacisku koła na drogę, zarówno nieuniknione, np. towarzyszące hamowaniu, jak i wynikające z np. niesprawności amortyzatora.

Zmiana nacisku kół na nawierzchnię drogi a wartość siły hamowania
Wartość siły hamowania pomiędzy oponą a nawierzchnią drogi zależy od współczynnika tarcia pomiędzy oponą a nawierzchnią drogi oraz siły nacisku koła na nawierzchnię drogi. Poznaliśmy ją w części 1 artykułu, ale przypomnę:

FH = FNK  ´ mW

w którym:
FNK – siła nacisku koła na nawierzchnię drogi;
mW – współczynnik tarcia wzdłużnego opony o nawierzchnię drogi.

W różnych sytuacjach wartość siły nacisku koła na nawierzchnię drogi każdego z kół pojazdu może się zmieniać. W tym artykule poznamy kilka typowych przykładów zmian rozkładu sił nacisku i ich następstwa.
Większość samochodów osobowych ma zespół napędowy z przodu. Jeśli taki pojazd stoi lub jedzie ze stałą prędkością, to nacisk kół osi przedniej na nawierzchnię (FNKP1, rys. 39a) jest większy niż nacisk kół osi tylnej (FNKT1).
Gdy pojazd jest hamowany (rys. 39b), siła bezwładności (FBZ2) powoduje zwiększenie nacisku kół osi przedniej na nawierzchnię (FNKP2) – nazywamy to dociążeniem, a jednocześnie zmniejszenie nacisku kół osi tylnej (FNKT2) – nazywamy to odciążeniem.
Im większe jest opóźnienie podczas hamowania, o tym większą wartość zwiększa się siła nacisku kół osi przedniej na nawierzchnię drogi, a zmniejsza się siła nacisku kół osi tylnej.
Gdy maleje siła nacisku kół osi tylnej (FNKT2) na nawierzchnię drogi, maleje również wartość siły hamowania kół osi tylnej (FHT2). Aby nie nastąpiło ich zablokowanie, trzeba zmniejszyć siłę hamowania hamulca (generuje ją mechanizm hamulcowy).
Z kolei wzrost nacisku kół osi przedniej (FNKP2) na nawierzchnię drogi powoduje wzrost siły hamowania kół osi przedniej (FHP2). Można zwiększyć siłę hamowania hamulca, co umożliwia skrócenie drogi hamowania.
Inny problem występuje np. w samochodach ciężarowych i ciągnikach siodłowych. Jeśli ciężarówka jest niezaładowana, wówczas nacisk kół osi tylnej i przedniej na nawierzchnię drogi zależy tylko od masy ciężarówki. Jej załadowanie powoduje, że nacisk kół osi tylnej na nawierzchnię drogi rośnie w większym stopniu niż nacisk kół osi przedniej. Podczas hamowania (dla ułatwienia rozważań pomińmy zmianę rozkładu sił na osie, analogicznej do przedstawionej na rys. 39) nacisk kół osi tylnej na nawierzchnię drogi ciężarówki niezaładowanej (FNKT1, rys. 40a) będzie mniejszy od nacisku kół osi tylnej ciężarówki załadowanej (FNKT2, rys. 40b).
W związku z tym maksymalna wartość siły hamowania kół osi tylnej ciężarówki niezaładowanej (FHT1, rys. 40a) jest mniejsza niż siły hamowania kół osi tylnej ciężarówki załadowanej (FHT2, rys. 40b). Gdy hamowana jest ciężarówka niezaładowana, konieczne jest zmniejszenie sił hamowania hamulców kół osi tylnej (siła, którą generuje mechanizm hamulca), aby nie wystąpiło zablokowanie kół osi tylnej. Natomiast gdy hamowana jest ciężarówka załadowana, wówczas możliwe jest zwiększenie sił hamowania hamulców kół osi tylnej, oczywiście do granicy ich zablokowania. Jest to również konieczne, dlatego że przy hamowaniu ciężarówki załadowanej, dla uzyskania takich samych wartości opóźnień jak dla ciężarówki niezaładowanej, konieczne jest zwiększenie sił hamowania.
Przeanalizujemy teraz, jak ukształtowanie drogi wpływa na zmianę wartości sił hamowania. Wjazdom na wzniesienia lub zjazdom z nich towarzyszą zmiany wartości sił nacisku kół osi przedniej i tylnej na nawierzchnię drogi (rys. 41). Jeśli jednocześnie pojazd jest hamowany, to wartości sił hamowania kół osi przedniej i tylnej również się zmieniają.
Jako punkt wyjścia do rozważania przyjmijmy, że samochód jedzie po drodze poziomej i jest hamowany (rys. 41a). Koła osi tylnej i przedniej naciskają na nawierzchnię drogi, odpowiednio z siłami (FNKT1) i (FNKP1). Siły hamowania kół osi tylnej i przedniej, zależne od wartości sił, z którymi naciskają na nawierzchnię drogi, wynoszą odpowiednio (FHT1) i (FHP1).
Jeśli samochód wjeżdża na wzniesienie (rys. 41b), wówczas w porównaniu do jazdy po drodze poziomej następuje dociążenie kół osi tylnej (FNKT2 > FNKT1) i o tę samą wartość odciążenie kół osi przedniej (FNKP2 < FNKP1). Pojawia się możliwość zwiększenia siły hamownia hamulców kół osi tylnej, bo rośnie wartość siły hamowania kół osi tylnej (FHT2 > FHT1). Jednocześnie należy zmniejszyć siłę hamownia hamulców kół osi przedniej, bo maleje wartość siły hamowania kół osi przedniej (FHP2 < FHP1), a więc zwiększa się ryzyko zablokowania kół osi przedniej.
Jeśli samochód zjeżdża ze wzniesienia (rys. 41c), wówczas, w porównaniu do jazdy po drodze poziomej następuje odciążenie kół osi tylnej (FNKT3 < FNKT1) i o tę samą wartość dociążenie kół osi przedniej (FNKP3 > FNKP1). Należy wówczas zmniejszyć siłę hamownia hamulców kół osi tylnej, bo maleje wartość siły hamowania kół osi tylnej (FHT3 < FHT1), a więc zwiększa się ryzyko zablokowania kół osi tylnej. Pojawia się również możliwość zwiększenia siły hamownia hamulców kół osi przedniej, bo rośnie wartość siły hamowania kół osi przedniej (FHP3 > FHP1).
Duże niebezpieczeństwo grozi również kierowcy, gdy pojazd porusza się z dużą prędkością i jest hamowany, a jednocześnie rozpoczyna się zjazd w dół. Występujące w miejscu, w którym zaczyna się zjazd, chwilowe odciążenie kół obu osi, a szczególnie tylnej, może spowodować utratę kontroli nad pojazdem.
Podsumujmy. W samochodach bez układu ABS zmiana wartości siły hamowania hamulca każdego z kół, w zależności od chwilowej wartości siły nacisku tego koła na nawierzchnię drogi, nie jest możliwa. Kierowca ma bowiem tylko jeden pedał hamulca, którym może zmieniać siłę hamowania hamulców wszystkich kół jednocześnie.
Pomocne są tzw. korektory sił hamowania hamulców. Zmniejszają i dostosowują ciśnienie płynu hamulcowego (wytwarzanego przez pompę hamulcową) lub ciśnienie sprężonego powietrza w układzie hamulcowym do:
- zmiennego obciążenia danej osi, wynikającego ze zmiany obciążenia pojazdu (liczby jadących osób, ładunku) lub rozkładu sił podczas hamowania; wielkość obciążenia pojazdu przypadającego na oś pojazdu określa się na podstawie pomiaru jej odległości od nadwozia;
- wartości opóźnienia występującego podczas hamowania; miarą opóźnienia jest wartość siły bezwładności działającej na mechanizm tzw. korektora bezwładnościowego.

W samochodach osobowych korektory sił hamowania obu typów stosuje się dla hamulców kół osi tylnej. W pojazdach ciężarowych są wykorzystywane dwa rozwiązania:
- korektor sił hamowania tylko dla hamulców kół osi tylnej;
- oddzielne korektory sił hamowania dla osi przedniej i tylnej.

W przyczepach stosuje się wspólny korektor sił hamowania dla kół osi przedniej i tylnej. W autobusach występuje wspólny korektor sił hamowania dla kół osi przedniej i tylnej lub nie stosuje się żadnego.
Pomocne w rozwiązaniu opisanych problemów są układy ABS.

Amortyzatory a wartość siły hamowania
Częstym tematem w kontekście prawidłowego stanu technicznego pojazdu jest stan techniczny amortyzatorów i jego wpływ na zachowanie się samochodu podczas jazdy. Zależy od niego wartość siły hamowania, a więc długość drogi hamowania, a także możliwość kierowania samochodem.
Upraszczając, można stwierdzić, że jednym z zadań amortyzatora jest zapewnienie możliwie szybkiego tłumienia zmian siły nacisku koła na nawierzchnię drogi. Zmiany te mogą być spowodowane np. nierównościami nawierzchni drogi lub nagłym dociążeniem lub odciążeniem koła, spowodowanym przez nagłe przyspieszanie lub hamowanie.
Ponieważ w tym podrozdziale zajmujemy się hamowaniem, przeanalizujmy pracę sprawnego i niesprawnego amortyzatora hamowanego koła po przejeździe przez nierówność drogi (rys. 42).
Hamowane koło jedzie po płaskiej nawierzchni drogi (koło k1, rys. 42a). Naciska na nawierzchnię drogi z siłą (FNK). Pomiędzy oponą a nawierzchnią drogi występuje siła hamowania (FH). Chwilę po tym, jak koło wjedzie na nierówność na drodze (koło k2, rys. 42a), siła nacisku koła na nawierzchnię drogi rośnie (pkt 1 wykresu, rys. 42b). Gdy koło zjedzie ponownie na płaską nawierzchnię, wcześniejsze ugięcie elementów sprężystych zawieszenia powoduje zmniejszenie siły nacisku koła na nawierzchnię drogi (pkt 2 wykresu, rys. 42b). Podczas dalszego ruchu koła zmiany wartości siły nacisku koła na nawierzchnię drogi zmieniają się cyklicznie. Jeśli amortyzator jest sprawny, to wielkości tych zmian (amplitudy) są coraz mniejsze – szybko zanikają (pkt 3 wykresu, rys. 42b).
Jeśli natomiast amortyzator jest niesprawny, to:
- wartość siły nacisku koła na nawierzchnię drogi po wjechaniu na nierówność drogi osiągnie wartość większą niż dla sprawnego amortyzatora (pkt 4 wykresu, rys. 42c);
- gdy koło zjedzie z nierówności na poziomą drogę (koło k3, rys. 42a), wartość siły nacisku koła na nawierzchnię drogi osiągnie mniejszą wartość niż dla sprawnego amortyzatora (siłą FNK5, pkt 5 wykresu, rys. 42c);
- dłużej trwa tłumienie cyklicznych zmian wartości siły nacisku koła na nawierzchnię drogi (FNK) i wystąpią kolejne momenty, w których koło będzie z mniejszą siłą naciskało na nawierzchnię drogi (pkt 6 i 7 wykresu, rys. 42c).
Siła nacisku koła na nawierzchnię drogi zmniejszona do wartości (FNK5, pkt 5 wykresu, rys. 42c) wskutek niesprawności amortyzatora powoduje, że maleje siła hamowania koła (FH5), co może grozić zablokowaniem koła. Podobne ryzyko występuje również w pkt 6 i 7 (rys. 42c).
Ponadto, mniejsze chwilowo wartości siły nacisku koła na nawierzchnię drogi zmniejszają również wartości siły bocznej koła. Samochód może wówczas chwilowo tracić kierowalność lub stateczność, zależnie od tego, czy dotyczy to koła przedniego, czy tylnego pojazdu.
Jak więc widać, stan technicznych amortyzatorów ma wpływ na długość drogi hamowania i przewidywalne dla kierowcy zachowanie samochodu na drodze. Jak dowiemy się później, sprawne amortyzatory to również gwarancja prawidłowej pracy układu ABS.

mgr inż. Stefan Myszkowski