Chociaż podstawowe zasady działania hamulców pozostają niezmienne od dziesięcioleci, układy te stają się coraz bardziej skomplikowane. Klientów w warsztatach? Właścicieli nowoczesnych samochodów warto przestrzec przed samodzielnym serwisowaniem hamulców – przy tak ważnej ich funkcji, czyli zapewnianiu bezpieczeństwa, nie wolno ryzykować.

Hamulce nie mogą zaskakiwać kierowcy i powinny działać w ten sam sposób w każdych okolicznościach. Poza wymaganiami behawioralnymi oraz bezpieczeństwa (które obejmują zdanie testu integralności po wielokrotnym hamowaniu, testu zjazdu górskiego lub testu stabilności systemu ESC) projektanci są obecnie ograniczeni przepisami regulującymi stosowanie niektórych materiałów. Niedostępne są między innymi azbest, amoniak, ołów, kadm, a ostatnio także miedź.
Kilka słów o wymogach stawianych na etapie projektowania nowych samochodów. Pierwszym z nich jest uzyskanie odpowiedniej krzywej intensywności hamowania – intensywność hamowania powinna rosnąć płynnie w miarę mocniejszego wciskania pedału hamulca, dzięki czemu jego obsługa będzie dla kierowcy naturalna i przyjemna. Drugim wymogiem jest, aby wszystkie samochody danej marki miały podobne właściwości hamowania. To ważne, ponieważ wtedy kierowca czuje się komfortowo – nic go nie zaskoczy, gdy zasiądzie za kierownicą większego czy mniejszego modelu. Zasadne będzie zapytać o pojazdy homologowane w różnych klasach. Weźmy pod uwagę np. kampery, które bazują na podwoziach aut dostawczych, a homologowane mogą być w klasie dmc 3,5 t i równie dobrze 4500 kg czy nawet 5500 i więcej kilogramów. Koronnym przykładem będzie np. Iveco Daily, którego dmc to od 3 do ponad 7 t! Czy nie jest tak, że dobór okładzin ciernych będzie miał wybitne znaczenie dla sprawności hamowania tego w domyśle wiele bardziej obciążonego?
– Właściwy dobór materiałów ciernych do pojazdu użytkowego ma kolosalne znaczenie. Wiąże się to z zachowaniem prawidłowego współczynnika tarcia w układzie hamulcowym, a to z kolei przekłada się na skuteczność hamowania – potwierdza Wojciech Sokołowski, trener techniczny TMD Friction, właściciela marki Textar. – Łatwo to pokazać na przykładzie popularnego auta dostawczego Iveco Daily, będącego bliźniaczą konstrukcją Fiata Ducato. W katalogu Textar Brakebook można sprawdzić, że w zależności od wersji silnika, podwozia czy nadwozia możemy mieć nawet 6 rodzajów klocków hamulcowych o różnej charakterystyce, dopasowanej do konkretnego modelu. Klocki te mogą mieć identyczne wymiary lub różnić się np. grubością, lecz istotna jest jakość materiału ciernego.
Nasz rozmówca odsyła nas do katalogu Textar Brakebook, w którym – jak widać na wykresie dotyczącym jednego z modeli klocków do wspomnianego Iveco Daily – współczynnik tarcia w zależności od temperatury i prędkości jest stabilny, oscyluje w granicach 0,4. To bardzo ważne, podobnie jak informacja, że użyty materiał jest stosowany również na pierwszy montaż w fabryce. Masa, rozmiar kół, moc silnika odgrywają rolę w konstrukcji hamulców. Hamulce muszą być projektowane tak, aby były nie tylko funkcjonalne, ale i ekonomiczne.
Cóż, z dobieraniem materiałów ciernych pod kątem przeznaczenia czy dopuszczalnej masy całkowitej pojazdu bywa różnie. Są tacy mechanicy, którzy nie zwracają uwagi na parametry i montują najtańsze dostępne klocki hamulcowe. Inni biorą pod uwagę, z jakim dopuszczalnym obciążeniem może jeździć pojazd, i dopasowują do tego materiały cierne.
– Są też najbardziej zapobiegliwi pracownicy warsztatów. Ci – wiedząc, że pojazdy użytkowe są czasem przeładowywane – montują części na wyrost, zapewniające skuteczne hamowanie również w takich sytuacjach. W przypadku zignorowania współczynnika tarcia i założenia klocków niedopasowanych do danego pojazdu wydajność układu hamulcowego będzie znacznie mniejsza i przełoży się na spadek skuteczności hamowania. Warto odpowiednio dobierać części i stosować tarcze oraz klocki pochodzące od jednego producenta – kontynuuje Wojciech Sokołowski z TMD Friction.
Dlaczego? Jak wynika z głównego zapisu normy ECE R-90, w skrajnych przypadkach przy źle dobranych częściach współczynnik tarcia może pogorszyć się o 30%. Tymczasem już przy różnicy w okolicach 15% droga hamowania pojazdu poruszającego się z prędkością 50 km/h wydłuża się o ponad 4 m!

Różne systemy hamulcowe
Haldex, Knorr-Bremse, Wabco – to tylko kilku dostawców układów hamulcowych w sektorze truck. Systemy hamulcowe to konkretne rozwiązania wdrożone przez wybranych producentów. Można to porównać np. do systemów hamulca pomocniczego ATE i TRW – obie firmy są producentami, ale wdrożyły różne systemy, które nie są współzamienne. Inne firmy? Marka Brembo, światowy lider w produkcji układów hamulcowych, w 2018 r. przedstawiła gamę zacisków hamulcowych ECS (Electric Combined Sliding) z żeliwa sferoidalnego, przeznaczonych specjalnie dla pojazdów użytkowych. Nowa gama zacisków pełni jednocześnie funkcję hamulca roboczego i zintegrowanego elektromechanicznego hamulca postojowego. Jest to rozwiązanie, które łączy w sobie tradycyjne mechaniczne know-how z najnowszymi funkcjami elektronicznymi. Jeśli chodzi o funkcję parkowania, zastosowano specjalny siłownik elektromechaniczny, który spełnia wymagania ECE-R13 H i ISO 26262 w zakresie bezpieczeństwa funkcjonalnego. Uzyskał on homologację po przeprowadzeniu licznych testów sprawdzających skuteczność całego systemu i zastosowanych materiałów. W rezultacie powstał hamulec postojowy, który gwarantuje poziom wydajności i trwałość przez cały okres eksploatacji.
Jeszcze kilka słów o hamulcach postojowych Brembo to producent, którego opatentowany siłownik elektromechaniczny jest sztandarowym osiągnięciem w zakresie badań, rozwoju i testowania układów hamulcowych dla pojazdów użytkowych, tj. o masie do 8 t. Integracja z elektronicznym systemem kontroli stabilności pojazdu (ESC) gwarantuje taką samą funkcjonalność zacisku hamulcowego ECS. I, jak zapewniają włoscy inżynierowie, dzięki tej technologii możliwe jest wspomaganie w przypadku ruszania pod górę i zapobiegania poślizgowi pojazdu, a także ręczne/automatyczne zwalnianie hamulca postojowego. Co więcej, system zapewnia bezpieczne parkowanie nawet wtedy, gdy tarcze hamulcowe są gorące. Może być również wykorzystywany jako hamulec awaryjny.

Obciążenia termiczne
Przyjęło się mówić, że to korozja jest głównym wrogiem prawidłowego i komfortowego funkcjonowania hamulców. Tymczasem układ hamulcowy w samochodach użytkowych poddawany jest dużym obciążeniom termomechanicznym, na które musi być odporna tarcza. Nowa gama produktów Brembo spełnia te wymagania, a to dzięki rozwiązaniom opatentowanym przez Centrum Badań i Rozwoju Grupy, które zostały dopasowane do pojazdów ciężkich. Przy produkcji tarcz wykorzystano specjalny stop żeliwa, oryginalną technologię wentylacji filarowej i proces współodlewania. Dzięki temu sprawniej odprowadzają ciepło, są bardziej odporne na pęknięcia termiczne i znacznie wydłużają żywotność elementów układu hamulcowego, nawet w najtrudniejszych warunkach eksploatacji. Inżynierowie i technicy firmy Brembo opracowali również nową gamę klocków hamulcowych. Te z materiałem ciernym wykonanym z ponad 30 składników zaprojektowane zostały do wszystkich typów pojazdów ciężkich (ciężarówek, autobusów, przyczep, naczep) i warunków eksploatacji. Dzięki zaawansowanej obróbce gwarantują doskonałą skuteczność hamowania, nie powodują fadingu, a droga hamowania w okresie docierania została znacząco skrócona.

Wieloetapowe badanie i rozwój konstrukcji
Walka z nieprzyjemnymi dźwiękami jest dobrą ilustracją tego, jak złożony jest rozwój hamulców. Hamulec zaprojektowany zgodnie z parametrami danego samochodu najpierw opracowywany jest jako prototyp, a następnie sprawdzany w warunkach testowych, które mogą ujawnić jego tendencję do piszczenia. Inżynierowie tworzą następnie modyfikacje strukturalne, aby jak najmocniej tłumić te częstotliwości. Czasami sprawdzi się wymiana klocków hamulcowych, wówczas wystarczy dodać kawałek metalu, który zmienia sztywność klocka i tłumi określone częstotliwości. Innym razem zmieniony musi zostać kształt odlewu wspornika. W każdym przypadku celem jest idealne tłumienie częstotliwości u źródła.
– Chcąc zapewnić najwyższy poziom bezpieczeństwa pojazdu o znaczącej masie własnej, należy zwrócić szczególną uwagę na jakość elementów. Wszystkie klocki przeznaczone do pojazdów ciężarowych podlegają restrykcyjnemu testowaniu w testach dynamometrycznych i drogowych – oznajmia Michał Głażewski, kierownik zespołu technicznego IAM ZF Aftermarket.
Pierwsze rozpoczynają się w fazie opracowywania produktu i pozwalają kontrolować siłę hamowania, zużycie oraz określają podatność na fading. Testy drogowe zaś umożliwiają kontrolę skuteczności hamulców przy wysokiej temperaturze podczas serii testów prowadzonych w temperaturze roboczej układu (100-5000C). Dodatkowo uzupełniane są próbą weryfikującą działanie hamulców podczas zjazdu z góry.
– Każda część zamienna marki TRW przeznaczona do samochodów ciężarowych sprawdzana jest w ekstremalnych warunkach podczas testów laboratoryjnych, prób torowych i na drogach. Daje to pewność, że komponenty nie zawiodą nawet w najtrudniejszych warunkach – dodaje Michał Głażewski, IAM ZF Aftermarket.
A na rynku wtórnym? Niezależnie od tego, jaki jest producent całego układu hamulcowego lub zacisku czy też bębna zamontowanego w pojeździe, o kieszeń zmotoryzowanych konkuruje wielu dostawców. Wybierając produkt, warto zwrócić uwagę na to, że mimo iż klocki na pierwszy rzut oka pasują i do ciągnika, i do naczepy, to różni je typ materiału ciernego, czyli współczynnik tarcia występującego między tarczą hamulcową a klockiem bądź okładziną a bębnem hamulcowym.
– Textar ma produkty do zastosowania w każdym pojeździe, indywidualnie opracowane przez inżynierów. Poszukując części zamiennych, warto sprawdzać katalogi, takie jak Textar Brakebook. Coraz częściej producenci pojazdu, szukając uniwersalnych zastosowań, przerzucają optymalizację na producentów układów hamulcowych. W efekcie jeden rodzaj zacisku musi pasować do wielu modeli i mieć większe spektrum zakresu pracy – przy wyższym lub niższym ciśnieniu, z różnymi siłownikami. W zależności od modelu pojazdu daje to inną siłę nacisku na klocek hamulcowy, a siła hamowania to siła nacisku razy współczynnik tarcia – podsumowuje Wojciech Sokołowski.
Skoro inna charakterystyka pracy zacisku wymaga zmiany klocka hamulcowego, to biorąc pod uwagę np. ciągnik i naczepę z różnymi siłownikami przy zaciskach, powinniśmy mieć klocki, które może wyglądają identycznie, ale mają różne oznaczenia, bo są wytworzone z innych materiałów ciernych – o wyższym lub niższym współczynniku tarcia.

Rafał Dobrowolski
Fot. materiały: Brembo, Škoda, Textar