Diagnostyka

Diagnozowanie układów hamulcowych można podzielić na dwie zasadnicze części: diagnozowanie mechanizmów uruchamiających hamulce oraz określenie skuteczności działania układu hamulcowego.

Sposoby diagnozowania poszczególnych rodzajów mechanizmów uruchamiających są zasadniczo odmienne, natomiast ocena skuteczności działania hamulców jest podobna dla wszystkich rodzajów układów hamulcowych pojazdów samochodowych.
Do kontroli stanu technicznego układu hamulcowego wykorzystuje się z reguły następujące metody:
- diagnozowanie wstępne,
- metody stanowiskowe (stacjonarne),
- metody trakcyjne oceny skuteczności działania hamulców.

Diagnozowanie wstępne

Warunkiem poprawnego wykonania badań wstępnych, wynikającym z zasad kultury technicznej, jest czystość podwozia badanego pojazdu. Czynności wykonywane podczas diagnozowania wstępnego układu hamulcowego pojazdu uzależnione są przede wszystkim od rodzaju mechanizmu uruchamiającego hamulce.

Układy hamulcowe sterowane hydraulicznie

Diagnozowanie wstępne układu hamulcowego z hydraulicznym mechanizmem uruchamiającym obejmuje:
- sprawdzenie zewnętrzne elementów układu,
- ocenę wartości jałowego i rezerwowego skoku pedału hamulca,
- ocenę stopnia zapowietrzenia obwodu hydraulicznego,
- próbę szczelności obwodu hydraulicznego,
- ocenę jakości i ilości płynu hamulcowego,
- sprawdzenie działania świateł hamowania,
- próbę działania hamulca postojowego (awaryjnego).
Sprawdzenie zewnętrzne układu hamulcowego wykonuje się w sposób organoleptyczny. Polega to na ocenie ukompletowania układu, poprawności zamocowania i stanu zewnętrznego elementów. Układ hamulcowy powinien być skompletowany zgodnie z dokumentacją techniczną pojazdu. Szczególną uwagę należy zwrócić na stan, zamocowanie i stopień zużycia przewodów hamulcowych (metalowych i elastycznych), które nie mogą mieć oznak wgniecenia, pęknięcia, przetarcia i śladów wycieków płynu hamulcowego. Wartości jałowego, czynnego i rezerwowego skoku pedału hamulca oraz luzów w mechanizmach hamulcowych należą do zbioru geometrycznych parametrów stanu układu hamulcowego z uruchamianiem hydraulicznym. Skok jałowy to część skoku całkowitego od początku (brak siły nacisku na pedale hamulca) do początku tłoczenia, który obserwowany jest w postaci wzrostu siły oporu. Na wartość jałowego skoku pedału wpływają luzy w węzłach kinematycznych mechanizmu sterowania pompą hamulcową, przede wszystkim luz między popychaczem i tłokiem w pompie. Luz ten warunkuje poprawne działanie mechanizmu hydraulicznego. Wzrost wartości skoku jałowego (wynika ze zużycia eksploatacyjnego elementów) powoduje zwiększenie czasu uruchamiania hamulców. Skok czynny to część skoku całkowitego od końca skoku jałowego do osiągnięcia wymaganej wartości siły na pedale hamulca (500 lub 700 N).
Odległość rezerwowa (skok rezerwowy) to odległość płytki pedału hamulca od podłogi pod koniec skoku czynnego. Podczas eksploatacji pojazdu następuje zmniejszenie wartości skoku rezerwowego (wzrost skoku czynnego) wskutek zużycia mechanizmów hamulcowych (zwiększenia luzów), zapowietrzenia lub nieszczelności obwodu hydraulicznego. Spadek wartości skoku rezerwowego powoduje zwiększenie czasu uruchamiania hamulców.
Zapowietrzenie hamulca można zaobserwować w postaci zmniejszającego się skoku czynnego w kolejnych szybko wykonywanych próbach nacisku na pedał hamulca. Zapowietrzenie obwodu hydraulicznego jest niedopuszczalne, gdyż powoduje znaczne zwiększenie czasu uruchamiania układu hamulcowego.
Szczelność układu hamulcowego sterowanego hydraulicznie jest oceniana na podstawie obserwacji zmian położenia płytki pedału hamulca w trakcie wywierania trwałego nacisku z siłą około 500 N przez jedną minutę. Zauważalna zmiana położenia pedału świadczy o nieszczelności obwodu hydraulicznego. Niedopuszczalne są wycieki płynu hamulcowego oraz zwilżenia powierzchni zewnętrznych elementów układu.
Poziom płynu hamulcowego w zbiornikach wykonanych z tworzywa przejrzystego powinien zawierać się między znakami kontrolnymi. Natomiast w zbiornikach wykonanych z innego materiału należy zmierzyć (ocenić) poziom płynu w stosunku do górnej krawędzi otworu wlewowego.
Podczas eksploatacji pojazdu płyn hamulcowy absorbuje wilgoć z atmosfery. Zawartość wody w płynie hamulcowym świadczy o jego jakości (przydatności), ponieważ woda obniża temperaturę wrzenia płynu, co grozi powstaniem w układzie korków parowych i wydłuża czas reakcji hamulców. Jakość płynu hamulcowego (stopień zestarzenia) określa się procentową zawartością wody. Pomiar najczęściej ma charakter pośredni. Mierzy się temperaturę wrzenia płynu, zmieniającą się wraz ze zmianą zawartości w nim wody.
Sprawdzanie świateł hamowania oprócz oględzin zewnętrznych (czystość i stan lamp) oraz oceny natężenia świateł powinno uwzględniać również początek ich włączenia.
Sprawdzenie hamulca awaryjnego (postojowego) uruchamianego ręcznie obejmuje ocenę jałowego skoku (na który składa się luz w mechanizmie uruchamiającym) oraz czynnego skoku dźwigni (uwzględniającego ponadto luzy w mechanizmie hamulcowym i odkształcenia sprężyste elementów układu). Niewłaściwe wartości skoków dźwigni wskazują na konieczność regulacji mechanizmu uruchamiającego lub luzu w hamulcu. Ponadto po zaciągnięciu dźwigni należy sprawdzić jej zabezpieczenie przed samoczynnym zwolnieniem (nacisnąć na dźwignię bez zwolnienia zapadki).
Sformułowana, po wykonaniu badań wstępnych, diagnoza powinna prowadzić do opracowania zadań koniecznych do wykonania w układzie hamulcowym w przypadku niespełnienia przez niego odpowiednich warunków zdatności technicznej.

Układy hamulcowe sterowane pneumatycznie

Sprawdzenie wstępne układu hamulcowego z pneumatycznym mechanizmem uruchamiającym obejmuje:
- oględziny zewnętrzne,
- ocenę szczelności instalacji powietrznej,
- kontrolę działania,
- ocenę luzu w mechanizmach hamulcowych.
W czasie oględzin zewnętrznych należy sprawdzić stan sprężarki i pasków klinowych jej napędu, oczyścić filtry powietrza w układzie (np. w regulatorze ciśnienia), sprawdzić przy użyciu odwadniaczy, czy w zbiornikach nie znajduje się kondensat pary wodnej, oczyścić zewnętrzne części złączy kontrolnych oraz sprawdzić stan przewodów i cięgien. Należy zwrócić uwagę na zamocowanie zespołów i elementów oraz na ukompletowanie układu.
W celu sprawdzenia szczelności instalacji powietrznej należy uruchomić silnik pojazdu i napełnić zbiorniki powietrza do maksymalnego ciśnienia, które zapewnia regulator. Następnie silnik należy zatrzymać i obserwować wskazania manometrów na desce rozdzielczej oraz lampek kontrolnych. Spadek ciśnienia nie może być zauważalny w czasie około 10 minut. W dalszej kolejności trzeba nacisnąć na pedał hamulca i obserwować wskazania manometru, który po początkowym spadku ciśnienia (napełnianie komór siłowników) nie powinien wykazywać dalszego obniżania się ciśnienia w zbiornikach w czasie co najmniej 3 minut.
Ogólną kontrolę działania hamulców wykonuje się po napełnieniu zbiorników do maksymalnego ciśnienia, które ustala regulator. Następnie należy kilkakrotnie naciskać na pedał hamulca i obserwować opory ruchu pedału, powracanie pedału do pozycji wyjściowej oraz przebieg zmian ciśnienia na manometrze. Należy sprawdzić również działanie hamulców awaryjnego i postojowego, silnikowego oraz odbiorników dodatkowych.
Ocenę prawidłowości pracy sprężarki dokonuje się przez obserwację czasu wzrastania ciśnienia w zbiornikach powietrza. Przykładowe charakterystyki sprężarek samochodowych przedstawiono na rys. 2. Należy również zwrócić uwagę na ewentualne dzwine stuki w czasie jej pracy.
Regulator ciśnienia sprawdza się przez obserwację od chwili uruchomienia silnika lampek kontrolnych i wskazań manometru.


Ocenę luzu w mechanizmach hamulcowych dokonuje się w układach hamulcowych sterowanych pneumatycznie pośrednio przez pomiar skoku roboczego tłoczysk siłowników hamulcowych. Wartości skoku, potrzebne do skasowania luzów w mechanizmach hamulcowych oraz uzyskania odpowiednich sił hamowania, mają istotny wpływ na działanie całego układu.
Pozytywny wynik wymienionych sprawdzeń wstępnych kwalifikuje układ hamulcowy z powietrznym mechanizmem uruchamiającym do dalszych badań diagnostycznych.

Stanowiskowe metody badania układu hamulcowego

Badanie układu hamulcowego metodami stanowiskowymi obejmuje następujące czynności:
- badanie instalacji powietrznej na stanowisku (w układach sterowanych pneumatycznie),
- sprawdzenie urządzenia przeciwblokującego ABS,
- ocenę skuteczności działania hamulców przez pomiar sił hamowania,
- badanie diagnostyczne zespołów.

Badania diagnostyczne instalacji powietrznej

W celu prawidłowego przeprowadzenia diagnozowania powietrznego układu przenoszącego konieczna jest znajomość charakterystyki układu, zawierającej informacje o ciśnieniu roboczym, redukcji ciśnienia w automatycznym regulatorze siły hamowania, ciśnieniach zabezpieczających w poszczególnych obwodach, skokach siłowników hamulcowych i innych wielkościach.
Badania diagnostyczne instalacji powietrznej obejmują sprawdzenie:
- wartości ciśnień w różnych punktach układu,
- szczelności obwodów na podstawie pomiaru czasu spadku ciśnienia w zbiorniku,
- wydatku sprężarki,
- czasu reakcji hamulców.
Diagnozowanie systemu powietrznego przeprowadza się na postoju po podłączeniu manometrów (czujników ciśnienia) do charakterystycznych punktów układu (złączy kontrolnych). Ze względów bezpieczeństwa podłączenia należy dokonywać do złączy kontrolnych bez nadciśnienia w tych złączach. W pojazdach samochodowych złącza kontrolne są najczęściej usytuowane w następujących miejscach:
- przy zbiornikach powietrza każdego z obwodów hamulca roboczego,
- za głównym zaworem hamulcowym (w obu obwodach hamulca roboczego) przy najbardziej niekorzystnie usytuowanych siłownikach oraz w przypadku stosowania regulacji siły hamowania dodatkowo przed regulatorem,
- w obwodzie hamulca awaryjnego przy siłownikach sprężynowych.
Stosując określoną procedurę postępowania (zgodnie z instrukcją diagnostyczną systemu powietrznego) oraz porównując otrzymane wartości ciśnienia z danymi z charakterystyki pojazdu można ocenić stan techniczny instalacji. Umożliwia to poprawne wskazanie zespołów nieprawidłowo funkcjonujących i wymontowanie ich z pojazdu, w celu dokonania regulacji, naprawy lub wymiany na sprawnie działające.
Do badania wartości ciśnień stosuje się walizkowe zestawy manometryczne lub przetworniki ciśnienia sprzężone z jednostką sterującą urządzenia rolkowego do badania hamulców, co umożliwia odczytywanie wartości ciśnień na ekranie monitora stanowiska rolkowego.
Wydatek sprężarki zamontowanej w pojeździe określany jest czasem napełnienia zbiorników powietrza przy prędkości obrotowej silnika odpowiadającej maksymalnej mocy lub prędkości obrotowej ograniczonej regulatorem (patrz rys. 2).
Pomiary czasu reakcji hamulców sterowanych powietrznie wykonuje się obowiązkowo podczas badań homologacyjnych nowych pojazdów. Często podczas eksploatacji pojazdu mogą wystąpić niedomagania układu, powodujące wydłużenie czasu reakcji powyżej wymaganych granic. Dlatego wskazane jest okresowe przeprowadzanie kontroli czasu reakcji układu w ramach badań diagnostycznych instalacji powietrznej. W wielu krajach Europy Zachodniej wprowadzono przepisy zobowiązujące użytkowników pojazdów do takiej okresowej kontroli (raz w roku).

Badania czasu reakcji powietrznego układu przenoszącego obejmują pomiary:
- czasu reakcji hamulców mierzonego w siłownikach hamulcowych pojazdu,
- czasu wzrostu ciśnienia w przewodzie sterującym,
- czasu reakcji hamulców przyczepy.
Do pomiarów czasu reakcji układu hamulcowego stosowane są specjalne przyrządy, których konstrukcja dostosowana jest do wymagań wynikających z przepisów międzynarodowych.

Sprawdzanie urządzenia przeciwblokującego ABS

Ocena stanu technicznego hamulcowych układów przeciwblokujących ABS podczas eksploatacji obejmuje:
- bieżące diagnozowanie układów elektronicznych przez system autodiagnostyki,
- stosowanie testerów diagnostycznych do zlokalizowania usterek układu.
Zadaniem systemu autodiagnostyki jest kontrolowanie parametrów elektrycznych elementów układu ABS, porównywanie ich z wartościami zadanymi w programie, zapamiętywanie niezgodności parametrów mierzonych z zadanymi i sygnalizowanie tego faktu na desce rozdzielczej samochodu (lampka kontrolna). Zaświecenie lampki oznacza konieczność przetestowania układu ABS. Jeśli lampka świeci w sposób ciągły, świadczy to o trwałym uszkodzeniu układu. Natomiast, jeśli lampka świeci się okresowo, świadczy to o chwilowych usterkach układu, trudnych do zlokalizowania. Jeżeli zostaną stwierdzone nieprawidłowości, to moduł sterujący wyłącza układ ABS, a układ hamulcowy działa w sposób konwencjonalny.
Testery diagnostyczne do kontroli układu przeciwblokującego mierzą parametry elektryczne poszczególnych elementów urządzenia ABS. Za pomocą testera ABS można dokładnie sprawdzić układy elektryczne i elektroniczne w logicznej kolejności, prowadzącej do wykrycia niezdatnego elementu. Natomiast części mechaniczne i zawory systemu ABS nie mogą być kontrolowane. Spotykane testery do sprawdzania układów przeciwblokujących są najczęściej opracowane przez producentów ABS i umożliwiają z reguły diagnozowanie układu danego producenta (często brak uniwersalności).

Ocena skuteczności działania hamulców

W stacjach kontroli i obsługi pojazdów powszechne zastosowanie znalazły dwie metody oceny skuteczności działania hamulców:
- quasistatyczna, polegająca na napędzaniu kół jezdnych jednej osi nieruchomego pojazdu za pomocą urządzenia rolkowego i pomiarze wartości sił hamowania,
- dynamiczna, polegająca na ocenie skuteczności działania hamulców na podstawie próby rzeczywistego hamowania pojazdu na stanowisku z określonej prędkości.
Metoda quasistatyczna jest metodą uniwersalną i nadaje się do badania różnych typów pojazdów (motocykle, samochody osobowe, ciężarowe, autobusy). Za pomocą tej metody można wykryć nieprawidłowości w pracy układu hamulcowego (na przykład: owalność bębna, nierównomierne zużycie szczęk). Można ją wykorzystać w urządzeniach diagnostycznych, stosując odpowiednie układy pomiarowe i rejestrujące. Stosowane w tej metodzie stanowiska są nazywane rolkowymi, ze względu na konstrukcyjne rozwiązanie napędu kół pojazdu. Stanowiska rolkowe różnią się przede wszystkim zakresami pomiarowymi oraz rozwiązaniami konstrukcyjnymi układów napędowych i pomiarowych. Prędkość obwodowa rolek napędowych zawiera się w granicach 1,8-5,4 km/h. Warunki pomiarów są zbliżone do statycznych, stąd nazwa metody. Należy podkreślić, że warunki pomiarów na stanowisku rolkowym różnią się od występujących na drodze. Nie działają opory aerodynamiczne, inne są zmiany obciążenia pionowego osi jezdnych (w czasie hamowania nie występuje dociążenie kół osi przedniej i odciążenie kół osi tylnej). Pojazdy w czasie badań nie są w pełni obciążone. Występują trudności w pomiarze dużych wartości sił hamowania. W związku z tym, przy nacisku na pedał hamulca mniejszym niż wymagany, dochodzi do blokowania kół. W celu uniknięcia tego utrudnienia stosuje się urządzenia dociążające badaną oś lub tzw. metodę ekstrapolacji wyników pomiarów (rys. 3), która wykorzystuje proporcjonalność siły nacisku na pedał hamulca PN i siły hamowania Ph. Stanowiska rolkowe do badań hamulców stosuje się najczęściej w stacjach kontroli i obsługi pojazdów.

Zasady postępowania podczas kontroli skuteczności działania hamulców pojazdów są uregulowane obowiązującymi przepisami. W rozporządzeniu ministra infrastruktury w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach opisano sposób badania skuteczności i równomierności działania hamulców obowiązujący w stacjach kontroli pojazdów.
Metoda dynamiczna umożliwia ocenę skuteczności działania hamulców na stanowisku płytowym podczas próby rzeczywistego hamowania pojazdu z określonej prędkości. Stosuje się stanowiska składające się z dwóch lub czterech zespołów pomiarowych. Każda płyta pomiarowa ma oddzielny układ pomiarowy. W czasie badań siły hamowania pojazd wjeżdża na urządzenie płytowe z prędkością 10-20 km/h. Gdy koła znajdują się na płytach pomiarowych, kierowca hamuje. W tej metodzie problemem jest powtarzalność wyników pomiarów. Wynika to z trudności zachowania stałej prędkości wjazdu na stanowisko oraz ustalenia sposobu i chwili nacisku na pedał hamulca. Duży wpływ na dokładność badań wywiera masa płyty pomiarowej (bezwładność płyty). Zaletą metody dynamicznej jest przebieg pomiaru w warunkach takich, jakie występują podczas hamowania na drodze (dynamiczny rozkład sił nacisków na osie pojazdu). Urządzenia płytowe są z reguły stosowane w zajezdniach i bazach transportowych jako stanowiska szybkiej kontroli hamulców oraz w stacjach kontroli pojazdów przed dopuszczeniem do ruchu na drogach publicznych.

Badania diagnostyczne zespołów

Badania diagnostyczne zespołów powietrznych (po wymontowaniu z pojazdu) przeprowadza się w celu sprawdzenia prawidłowości ich działania. Pomagają one także w zlokalizowaniu uszkodzenia, co umożliwia skierowanie niezdatnych zespołów do naprawy lub złomowania. Diagnozowanie zespołów powietrznych umożliwia w razie potrzeby dokonanie regulacji w przypadku tych zespołów, których prawidłowa praca wymaga właściwego ustawienia parametrów regulacyjnych lub zgodności działania z wymaganą charakterystyką.
Najczęściej wymontowane z pojazdu zespoły powietrzne poddaje się kontroli w zakładach naprawczych w celu zakwalifikowania ich do naprawy i sprawdzenia po naprawie. Niekiedy badania zespołów, połączone najczęściej z ich regulacją, wykonuje się na stacjach obsługi lub kontroli pojazdów.
Badania diagnostyczne zespołów przeprowadza się na specjalistycznych stanowiskach umożliwiających dokładne skontrolowanie działania i charakterystyk pracy zespołów, tj. zależności wartości ciśnienia w jednym przyłączu od wartości ciśnienia w innym. Najczęściej dokonuje się pomiaru wartości następujących parametrów diagnostycznych:
- szczelności, sprawdzanej przez obserwację spadku ciśnienia w zbiorniku pomiarowym stanowiska podłączonym do badanego zespołu;
- czułości działania, określanej wielkością ciśnienia odpowiadającego początkowi zadziałania zespołu;
- stopniowalności (ciągłości działania), ocenianej możliwością uzyskania małych przyrostów ciśnienia w przyłączu wyjściowym zaworu przy zmianach ciśnienia w przyłączu sterującym;
- charakterystyki statycznej, wyrażonej zależnością zmian ciśnienia na wyjściu z zaworu od zmian ciśnienia w przyłączu (lub przyłączach) sterujących, przy stałym poziomie ciśnienia zasilania. Stanowiska umożliwiają również przeprowadzenie niezbędnych regulacji zespołów.
Każdy zespół przewidziany do badań na uniwersalnym stanowisku diagnostycznym powinien być zaopatrzony w instrukcję diagnostyczną. Przedstawia ona sposób podłączenia zespołu do stanowiska oraz zawiera procedurę badań, a także wymagane wartości i tolerancje mierzonych parametrów. Sposób postępowania podczas badań zespołów powietrznych oraz wymagane wartości parametrów diagnostycznych podawane są w materiałach wydawanych przez producentów zespołów i pojazdów oraz wydawnictwach książkowych (np. charakterystyki techniczne zespołów, katalogi wyrobów, instrukcje obsługi i naprawy pojazdów).

Metody trakcyjne badania hamulców

Skuteczność działania hamulców może być oceniona również podczas badań drogowych (trakcyjnych) na podstawie pomiarów wartości opóźnienia hamowania. Ponadto ocenia się stateczność hamowanego pojazdu (utrzymanie prostoliniowego toru ruchu).
Pomiar opóźnienia hamowania jest wykonywany przy prędkości początkowej około 30 km/h i przy stałym nacisku na pedał hamulca. Po wjechaniu na odcinek pomiarowy należy gwałtownie zahamować przez jednokrotne naciśnięcie na pedał hamulca, przy czym sprzęgło może być włączone. Dokładność pomiarów opóźnienia hamowania powinna wynosić ±3%. Ponadto w czasie badań drogowych układu hamulcowego należy uwzględnić następujące zalecenia:
- kierowany do kontroli samochód powinien mieć nominalną wartość ciśnienia powietrza w ogumieniu,
- za wynik ostateczny należy przyjmować wartość średnią z dwóch kolejnych pomiarów w obu kierunkach pomiarowego odcinka drogi,
- droga powinna być pozioma, a nawierzchnia sucha i o dobrej przyczepności (asfaltowa, betonowa),
- pojazd powinien być całkowicie obciążony, z równomiernie rozmieszczonym ładunkiem,
- prędkość wiatru podczas pomiarów nie powinna przekraczać 3 m/s.
W warunkach drogowych badanie skuteczności hamowania wykonuje się za pomocą specjalnych przyrządów – opóźnieniomierzy.

dr inż. Kazimierz Sitek