Diagnostyka

układów hamulcowych (część 3)

Urządzenia wykorzystywane do oceny stanu technicznego układu hamulcowego pojazdów można podzielić na niżej wymienione grupy:
- przyrządy do oceny wstępnej,
- urządzenia do badań stanowiskowych układu hamulcowego: do badania instalacji pneumatycznej (powietrznych układów przenoszących), do pomiaru sił hamowania (urządzenia płytowe i rolkowe), do badania hamulca najazdowego przyczep, do diagnozowania układów przeciwblokujących (ABS), do badania powietrznych zespołów hamulcowych,
- przyrządy do kontroli układu hamulcowego w czasie badań trakcyjnych (opóźnieniomierze).
W części drugiej artykułu opisano przyrządy do badania hamulca najazdowego przyczep, do diagnozowania układów przeciwblokujących ABS, do badania zespołów oraz do badania układu hamulcowego podczas prób drogowych. Pozostałe urządzenia zostały przedstawione w części pierwszej artykułu.

Fot. 1. Urządzenie WN 400 firmy Arcon do badania hamulca najazdowego przyczep.

Fot. 2. Widok przyrządu CPV 2000 firmy Cartec do badania hamulca najazdowego.

Przyrządy do badania hamulca najazdowego
Obowiązujące przepisy nakładają na stacje kontroli pojazdów obowiązek wyposażenia stanowiska kontrolnego w urządzenie do badania hamulca najazdowego przyczep.
W czasie badania skuteczności działania hamulca najazdowego przyczep należy wywierać kontrolowany nacisk na mechanizm sterowania tego hamulca. Z tego powodu stacje kontroli pojazdów powinny być wyposażone w urządzenia do wymuszania kontrolowanego nacisku na mechanizm sterowania hamulcem najazdowym przyczepy. Przykładami rozwiązań konstrukcyjnych takich przyrządów są m.in.: WN 400 firmy Arcon oraz CPV 2000 wytwarzany przez firmę Cartec.
Urządzenie WN-400 firmy Arcon (fot.1) jest przeznaczone do badania hamulca najazdowego w przyczepach o dmc od 750 kg do 3500 kg. Przyrząd składa się z dwóch zasadniczych zespołów:
- szafy sterującej z układem pneumatycznym,
- siłownika pneumatycznego zakładanego na zaczep kulowy przyczepy.
Przyczepę łączy się z samochodem za pośrednictwem siłownika pneumatycznego, którego cylinder jest zamocowany do zaczepu przyczepy, natomiast tłoczysko – do kuli haka holowniczego samochodu. Po ustawieniu kół przyczepy na rolkach urządzenia do pomiaru siły hamowania, doprowadza się do siłownika sprężone powietrze i wywiera na zaczep przyczepy odpowiednią siłę, jednocześnie mierzy się uzyskane na kołach przyczepy siły hamowania.
Po naciśnięciu na zaczep przyczepy siłą wynoszącą 10 proc. dopuszczalnego ciężaru całkowitego, hamulec najazdowy powinien rozwinąć na obu kołach siłę hamowania stanowiącą 40proc. dopuszczalnego ciężaru całkowitego przyczepy.
Zakres sił wywieranych na mechanizm hamulca najazdowego wynosi 70-400 daN, a ciśnienie w instalacji pneumatycznej urządzenia nie przekracza 0,95 MPa.
Podczas badania skuteczności działania hamulca najazdowego przyczepy należy wykonać następujące czynności:
- wprowadzić obciążoną przyczepę na stanowisko rolkowe do badania hamulców i zabezpieczyć przed przemieszczaniem,
- podeprzeć dyszel przyczepy, wcisnąć kulę siłownika w gniazdo zaczepu przyczepy i zatrzasnąć zaczep,
- ustawić oś siłownika równolegle do osi podłużnej zaczepu przyczepy i opasać zaczep przyczepy ściągaczem taśmowym zamocowanym do obudowy siłownika,
- podłączyć przewód pneumatyczny zasilający siłownik,
- pokręcając pokrętłem zaworu redukcyjnego, ustawić wskaźnik siły na wartość odpowiadającą sile niezbędnej do wywarcia nacisku na mechanizm hamulca najazdowego badanej przyczepy,
- włączyć urządzenie rolkowe,
- przestawić pokrętło “siłownik” w położenie “napełnianie”,
- odczytać wartości sił hamowania wskazywane przez urządzenie rolkowe,
- zakończyć kontrolę hamulca najazdowego przyczepy.
Drugi z wymienionych przyrządów CPV 2000 firmy Cartec jest przeznaczony do sprawdzania hamulca najazdowego przyczep samochodowych, zwłaszcza z hakiem kulowym, o dopuszczalnej masie całkowitej do 1700 kg. Widok przyrządu do badania hamulca najazdowego tej firmy przedstawiono na fot. 2.

Fot. 3. Kompaktowy przyrząd firmy Wabco do diagnozowania elementów układu ABS.

Fot. 4. Komputerowy przyrząd diagnostyczny firmy Wabco do sprawdzania układów przeciwblokujących: 1-złącze diagnostyczne, 2-szczelina karty magnetycznej, 3-przyciski sterujące, 4-gniazda multimetru, 5-gniazdo klawiatury, 6-przyrząd diagnostyczny, 7-torba, 8,10 i 11-przewód, 9-adapter pomiarowy, 12-klawiatura, 13-karta magnetyczna.

Przyrządy do diagnostyki układów przeciw blokujących
Ocena stanu technicznego hamulcowych układów przeciwblokujących podczas eksploatacji obejmuje bieżące diagnozowanie układów elektronicznych przez system autodiagnostyki oraz stosowanie testerów diagnostycznych do zlokalizowania usterek układu. Sprawdzają one parametry elektryczne poszczególnych elementów układu przeciwblokującego ABS. Natomiast części mechaniczne i zespoły pneumatyczne (zawory) nie są na bieżąco kontrolowane. Spotykane przyrządy do sprawdzania układów przeciwblokujących są najczęściej opracowywane przez producentów ABS (np. Bosch, Grau, Knorr, Wabco) i pozwalają zdiagnozować z reguły tylko układ przeciwblokujący danego producenta.
Przykładowo, firma Wabco oferuje następujące możliwości diagnozowania układów przeciwblokujących (ABS):
- kod błyskowy,
- kompaktowy przyrząd diagnostyczny,
- komputerowy przyrząd diagnostyczny,
- komputer z odpowiednim programem diagnostycznym.

Fot. 5. Widok stanowiska AB-692 do badania zespołów opracowanego przez PIMOT.

Fot. 6. Stanowisko AB-772 (PIMOT) do diagnozowania zespołów hamulcowych (z możliwością wyznaczania charakterystyk dynamicznych).

W przypadku stosowania kodu błyskowego informacje o usterkach uzyskuje się na podstawie odpowiedniej sygnalizacji migowej
lampki kontrolnej. Kompaktowy przyrząd diagnostyczny przedstawiony na fot. 3 służy do sprawdzania prawidłowości działania zespołów ABS oraz stanu przewodów elektrycznych. Informacje o uszkodzeniach przewodów, czujników, elektromagnesów zaworów, zespołu zabezpieczającego i zespołu informacyjnego oraz lampek kontrolnych są zamieszczane na 3–pozycyjnym wyświetlaczu w postaci odpowiednich symboli określających jednoznacznie rodzaj i miejsce uszkodzenia. Naciśnięcie kolejnych przycisków powoduje samoczynne wykonywanie testów sprawdzających prawidłowość działania zespołów ABS (z wyjątkiem zespołu sterującego) oraz stan przewodów. Połączenie przyrządu z badanym układem można zrealizować za pomocą adaptera pomiarowego lub odpowiedniego złącza diagnostycznego. Urządzenie jest zasilane z instalacji elektrycznej pojazdu (także podczas sprawdzania układu ABS przyczepy). Komputerowy przyrząd diagnostyczny WABCO 446300 (fot. 4) jest sterowany kartami magnetycznymi z programami dostosowanymi do poszczególnych wersji układów ABS. Przyrząd łączy się ze złączem diagnostycznym pojazdu. Jeżeli pojazd nie ma odpowiedniego złącza należy zastosować adapter pomiarowy. Przyrząd informuje prowadzącego diagnostykę o zapamiętanych przez elektroniczne urządzenie sterujące usterkach, umożliwia przez podanie odpowiednich czynności zlokalizowanie usterki i określa sposób jej naprawy. Na płycie czołowej przyrządu umieszczono 4-rzędowy wyświetlacz (4 wiersze po 40 znaków), trzy przyciski sterujące, szczelinę na kartę magnetyczną, złącza do podłączenia klawiatury i adaptera pomiarowego oraz gniazda do podłączenia przewodów w przypadku wykorzystania przyrządu jako multimetru. Na ścianie tylnej znajduje się gniazdo do podłączenia drukarki i zasilania zewnętrznego. Po połą czeniu przyrządu z badanym układem wprowadza się kartę magnetyczną, co powoduje uruchomienie odpowiedniego programu kontrol-nego. Możliwe jest realizowanie następujących funkcji:
- wyszukiwanie uszkodzeń,
- badanie działania elementów układu elektronicznego,
- wprowadzanie danych do pamięci przyrządu (zmiana parametrów).
Na wyświetlaczu uzyskujemy informację dotyczącą rodzaju karty, natomiast nad przyciskami sterującymi pojawiają się informacje odnośnie ich przeznaczenia na tym etapie pomiarowym. Na wyświetlaczu podawane są informacje (według odpowiedniego programu) dotyczące występujących usterek, ich lokalizacji oraz sposobu dokonywania pomiaru wielkości elektrycznych. Przyrząd umożliwia wydrukowanie protokołu z badań. Najbardziej rozbudowany system diagnostyczny układu przeciwblokującego (ABS) polega na zastosowaniu komputera z odpowiednim programem. Ten sposób uzyskania diagnozy dostępny jest dla niektórych rodzajów najnowszych elektronicznych urządzeń sterujących.

Fot. 7. Widok opóźnienio-mierza VZM 300 firmy Maha.

Fot. 8. Dodatkowe wyposażenie opóźnieniomierza VZM 300.

Stanowiska do badania zespołów
W dotychczasowej praktyce diagnostycznej w dziedzinie powietrznych układów hamulcowych na ogół stosowano tylko pomiar określonych wartości ciśnienia w warunkach równowagi statycznej, np. na stanowisku Pneumatester produkcji węgierskiej lub stanowisku AB-692 (fot. 5) produkcji polskiej. Z punktu widzenia rzeczywistego przebiegu hamowania interesujące są zjawiska dynamiczne w instalacji powietrznej, ponieważ mają one istotny wpływ na skuteczność hamowania. W Przemysłowym Instytucie Motoryzacji (Oddział w Łodzi) opracowano stanowisko AB–772 do diagnozowania powietrznych układów i zespołów hamulcowych. Dzięki zastosowaniu przetworników i układów elektronicznych umożliwia ono pomiar nie tylko parametrów statycznych, ale i dynamiczne zdejmowanie charakterystyk. Stanowisko służy do diagnostyki oraz regulacji powietrznych zespołów układów hamulcowych, zawieszenia, otwierania drzwi i innych zespołów powietrznych stosowanych w samochodach ciężarowych, autobusach, przyczepach i naczepach. Urządzenie umożliwia przeprowadzenie badań funkcjonalnych obejmujących sprawdzenie: szczelności, czułości, stopniowalności, charakterystyki statycznej i dynamicznej oraz regulację zespołów (podczas ich naprawy lub regulacji). Szczelność sprawdza się przez obserwację spadku ciśnienia w zbiorniku pomiarowym stanowiska podłączonym do badanego zespołu. Czułość określana jest wielkością ciśnienia odpowiadającego początkowi zadziałania zespołu. Stopniowalność (ciągłość działania) oceniana jest możliwością uzyskania małych przyrostów ciśnienia w przyłączu wyjściowym zaworu przy zmianach ciśnienia w przyłączu sterującym. Charakterystyka statyczna wyrażana jest zależnością zmian ciśnienia na wyjściu z zaworu od zmian ciśnienia w przyłączu (przyłączach) sterujących, przy stałym poziomie ciśnienia zasilania.
Wymagane wartości i tolerancje mierzonych parametrów podawane są przez producentów zespołów.
W skład stanowiska AB-772 opracowanego przez PIMOT (fot. 6) wchodzą następujące istotne elementy:
- pneumatyczny uchwyt do mocowania badanego zespołu,
- elastyczne przewody pneumatyczne do przyłączenia badanego zespołu,
- wskaźniki ciśnienia (cyfrowe i analogowe),
- schemat instalacji powietrznej stanowiska,
- pokrętła płynnej regulacji ciśnienia powietrza,
- tablica wyłączników, zaworów i lampek sygnalizacyjnych,
- gniazdo wyjściowe do przyłączenia komputera zewnętrznego,
- komputer z monitorem i drukarką (opcja).
Stanowisko umożliwia wykonywanie badań zespołów powietrznych bezpośrednio na pojeździe (wersja na kółkach), bez konieczności ich wymontowywania, co było niezbędne w tradycyjnych urządzeniach. W skład stanowiska wchodzi pięć cyfrowych mierników ciśnień oraz dwa kontrolne manometry, wykorzystywane m.in. do bieżącej kontroli elektronicznych torów pomiarowych.
Dwa elektroniczne, proporcjonalne zawory dokładnej regulacji pozwalają na precyzyjne ustawienie ciśnienia na wymaganą wartość. Stanowisko wyposażone jest w dwa zbiorniki główne (20 dm3) i cztery zbiorniki pomiarowe (1 dm3). Zawory odcinające sterowane są elektrycznie. Badane zespoły i układy podłączane są do stanowiska przez szybkozłącza. Do mocowania badanych zespołów na stanowisku służy uchwyt pneumatyczny sterowany elektrycznie.
Dzięki zastosowaniu przetwornika analogowo-cyfrowego stanowisko współpracuje z komputerem, umożliwiając kreślenie charakterystyk badanych zespołów. W bazie danych komputera znajdują się wzorcowe charakterystyki zespołów i układów powietrznych sporządzone w oparciu o dane wytwórców. W trakcie badań można przywołać wzorcową charakterystykę z polem tolerancji danej wielkości i na jej tle wykreślić rzeczywistą charakterystykę diagnozowanego zespołu. Możliwość porównania charakterystyk mierzonych z wzorcowymi przyspiesza i ułatwia ocenę oraz ewentualną regulację badanego zespołu. Wyniki badania mogą być zapisane w pamięci komputera i w dowolnej chwili odtworzone. Badanie może być zakończone wydrukiem protokołu pomiarowego.

Przyrządy do badań trakcyjnych hamulców (opóźnieniomierze)
Obowiązujące w kraju przepisy dopuszczają określanie skuteczności działania hamulców przez pomiar opóźnienia hamowania pojazdu. Współczesne opóźnieniomierze dobrej klasy pozwalają nie tylko na pomiar maksymalnego opóźnienia w czasie hamowania, ale także na pomiar zmian chwilowych wartości opóźnienia podczas hamowania, wyznaczenie wartości średnich, pomiar siły nacisku na pedał hamulca (lub ciśnienia w układzie hamulcowym), określenie zwłoki w zadziałaniu układu hamulcowego i innych wielkości. Do nowoczesnych opóźnieniomierzy, z piezoelektrycznym układem pomiarowym, należy między innymi rodzina przyrządów VZM firmy Maha. Najbardziej rozbudowana wersja - opóźnieniomierz VZM 300 (fot. 7) składa się z:
- urządzenia mierzącego służącego również do wprowadzania danych (klawiatura) i odczytu wartości mierzonych (wyświetlacz ciekłokrystaliczny),
- zabudowanej drukarki do liczbowej i graficznej prezentacji wyników pomiarów,
- przetwornika kąta pochylenia nadwozia do testowania amortyzatorów,
- miernika siły nacisku na pedał hamulca,
- przetworników ciśnienia w układzie hamulcowym,
- czujnika siły pociągowej pojazdu, umożliwiającego określenie skuteczności hamowania przyczepy.
Zakres pomiarowy opóźnienia hamowania wynosi do 20 m/s2. Przyrząd wyposażono w złącze RS–232 do przyłączania komputera i pamięć wartości mierzonych. Zasilanie odbywa się z wbudowanej baterii lub z instalacji elektrycznej pojazdu (gniazdo zapalniczki).

Przebieg badania opóźnienia hamowania polega na ustawieniu przyrządu w dogodnym miejscu (np. na podłodze) i wykonaniu hamowania pojazdu podczas próby drogowej. Przyrząd zmierzy i zarejestruje przebieg opóźnienia hamowania, podając maksymalną i średnią jego wartość. W celu uzyskania wartości innych parametrów należy podłączyć dodatkowe wyposażenie (fot. 8), np. miernik siły nacisku, czujniki ciśnienia. Ocena stanu układu hamulcowego następuje przez porównanie zarejestrowanej wartości maksymalnego opóźnienia z wartością określoną w przepisach. Do wykonania testu amortyzatorów (w samochodach osobowych) należy opóźnieniomierz, bez dodatkowego wyposażenia, położyć na podłodze pojazdu. Kolejno energicznie nacisnąć na błotnik (zderzak) przy każdym z badanych amortyzatorów. Zamontowany w urządzeniu przetwornik kąta pochylenia dokona pomiaru wartości kąta wychylenia nadwozia, a drukarka sporządzi protokół z wykresem zależności kąta pochylenia w funkcji czasu. Dwustanowa ocena zdatności amortyzatorów dodatkowo prezentowana jest na ekranie wyświetlacza. Wyniki przeprowadzonych badań opóźnienia hamowania podczas próby drogowej są praktycznie niezależne od prędkości początkowej pojazdu (na suchej nawierzchni).
Określanie skuteczności hamulców przez pomiar opóźnienia hamowania jest metodą ciągle niedocenianą przez diagnostów. W praktyce opóźnieniomierze powinny być stosowane w przypadku uzyskania niejednoznacznej oceny skuteczności działania hamulców podczas badań stanowiskowych. Mogą mieć zastosowanie w badaniu układów hamulcowych autobusów, których dopuszczalna prędkość na autostradzie i drodze ekspresowej wynosi 100 km/h oraz ciągników rolniczych. Badania za pomocą opóźnieniomierza zaleca się także organom kontrolującym stan techniczny pojazdów w ruchu drogowym. Ocena opóźnienia, a zwłaszcza jego wartości chwilowych w czasie hamowania, pozwala na wstępne określenie stanu technicznego pojazdu w zakresie bezpieczeństwa jazdy. Opóźnieniomierze dobrej klasy mogą mieć także zastosowanie w badaniach wartości przyspieszeń i zdolności pojazdu do płynnego przyspieszania, często niezbędnych w pracach biegłych sądowych oraz rzeczoznawców techniki samochodowej.
Podsumowując, można stwierdzić, że w ostatnich latach nastąpił znaczny postęp w konstrukcji urządzeń do badania układów hamulcowych pojazdów samochodowych. W szczególności dotyczy to nowej generacji urządzeń rolkowych uniwersalnych i do badania samochodów ciężarowych, najnowszych rozwiązań przyrządów do badania opóźnienia hamowania i układów przeciwblokujących oraz skomputeryzowanych stanowisk do badania powietrznych zespołów hamulcowych. Usprawnienie procesu pomiarowego nastąpiło przez:
- skrócenie czasu diagnozowania,
- szybką identyfikację i lokalizację uszkodzeń,
- połączenie w jednym cyklu diagnozowania instalacji powietrznych z pomiarem sił hamowania poszczególnych osi pojazdu,
- umożliwienie pomiarów przy dowolnych stanach obciążenia (w granicach dopuszczalnej ładowności).
Można również zauważyć, że poglądy dotyczące badania skuteczności hamowania pojazdów są w wielu krajach zróżnicowane, co zostało uwzględnione w zapisach Dyrektywy UE nr 96/96/WE. Z analizy tekstu tej dyrektywy wynika, że brak jest jednolitych zasad pomiarów skuteczności działania układów hamulcowych, w szczególności pneumatycznych. Zarówno metoda jednopunktowa, dwupunktowa, czy pomiar ciągły siły hamowania w funkcji ciśnienia powietrza w siłowniku jest dozwolony. Panuje powszechny pogląd, że obciążanie pojazdu podczas pomiaru jest znacznie lepszym sposobem wyznaczania wskaźnika skuteczności hamowania niż ekstrapolacja dla nieobciążonego pojazdu.

Przykładowo, we Francji określanie skuteczności hamowania dla pojazdów ciężkich odbywa się w warunkach pełnego obciążenia (z wyjątkiem autobusów). Metodyka badania stosowana w Niemczech opiera się na wyżej wymienionej dyrektywie. Dokonuje się pomiarów pojazdów nieobciążonych, skuteczność hamulców w stanie obciążonym jest liczona za pomocą metody ekstrapolacji 2-punktowej. Sposób badania przyjęty do stosowania w Polsce jest również zgodny z podaną dyrektywą. Pomiary wykonuje się dla pojazdu nieobciążonego i stosuje się metodę ekstrapolacji, podobnie do procedur niemieckich i szwedzkich.
Obowiązująca w Polsce instrukcja badania skuteczności działania hamulców nakazuje określić wskaźnik skuteczności hamowania pojazdu zmierzony na podstawie pomiaru sił hamowania w odniesieniu do nacisku od dopuszczalnej masy całkowitej pojazdu. Dopuszczalną masę całkowitą pojazdu przyjmuje się na podstawie danych zawartych w dowodzie rejestracyjnym pojazdu, tabliczce znamionowej lub sumując masę własną i dopuszczalną ładowność pojazdu (dla ciągników siodłowych dopuszczalną ładownością jest dopuszczalny nacisk na siodło ciągnika). Jeżeli zmierzony wskaźnik skuteczności hamowania nie osiąga wymaganej wartości, należy wyznaczyć obliczeniowy wskaźnik skuteczności hamowania (metodą ekstrapolacji) i porównać jego wartość z wymaganiami.
Dla pojazdów członowych obowiązujące w Polsce przepisy dopuszczają określanie wskaźnika skuteczności hamowania (również obliczeniowego) pojedynczo dla każdej osi. Poważnym problemem jest także badanie tzw. dopasowania układów hamulcowych w zespołach pojazdów złożonych z pojazdu samochodowego i naczepy lub przyczepy. W takim przypadku uruchomienie hamulca roboczego lub awaryjnego powinno zapewnić odpowiednie ujednolicenie hamowania obu pojazdów w stosunku do ciśnienia powietrza na złączu sterującym tak, aby siła na sprzęgu pomiędzy obu pojazdami była bliska zeru. Wydaje się słusznym pogląd, że w przypadku badania układów hamulcowych ciężkich pojazdów (z powietrznym uruchamianiem hamulców) pełniejszą informację diagnostyczną uzyskuje się, określając wskaźnik skuteczności hamowania dla każdej osi oddzielnie. Wymaga to jednak wyposażenia urządzeń do badania sił hamowania w zespół wagi (nie wystarczy znajomość dopuszczalnej masy całkowitej z dowodu rejestracyjnego) oraz odpowiednią liczbę czujników do pomiaru ciśnienia w pneumatycznych układach przenoszących.
Można stwierdzić, że jednym z podstawowych warunków bezpieczeństwa ruchu drogowego jest panowanie kierowcy w każdej chwili nad prędkością jazdy. Z tego względu stan techniczny układu hamulcowego pojazdów dopuszczonych do ruchu nie może budzić zastrzeżeń. Skuteczne, sprawne i niezawodne działanie układu hamulcowego pojazdów samochodowych stanowi podstawowy czynnik ich bezpiecznego użytkowania.

dr inż. Kazimierz Sitek