Układ ten składa się z dwóch grup zespołów:
- mechanizmów hamulcowych,
- mechanizmów sterujących (uruchamiających) hamulcami.
Mechanizmy hamulcowe są bezpośrednio związane z kołami jezdnymi i służą do wytworzenia momentu tarcia w hamulcach. Pod względem konstrukcyjnym mechanizmy hamulcowe dzielimy na:
- szczękowo-bębnowe,
- tarczowe,
- taśmowe.
Oddzielną konstrukcyjnie grupę stanowią zwalniacze, które mogą być silnikowe lub podwoziowe. Wśród zwalniaczy podwoziowych występują dwie odmiany konstrukcyjne: zwalniacze hydrodynamiczne lub elektromagnetyczne. Zadaniem mechanizmu sterującego (uruchamiającego) hamulcami jest przenoszenie i zwiększenie siły nacisku z pedału hamulca lub dźwigni (przy uruchamianiu ręcznym) do mechanizmu hamulcowego. Obecnie w pojazdach samochodowych stosuje się następujące rodzaje mechanizmów sterujących hamulcami:
- mechaniczne,
- hydrauliczne,
- pneumatyczne,
- elektropneumatyczne.
W niektórych pojazdach samochodowych występują mieszane mechanizmy sterujące hamulcami (np. hydropneumatyczne). Jednym z podstawowych warunków bezpieczeństwa ruchu drogowego jest panowanie kierowcy w każdej chwili nad prędkością jazdy pojazdu (obok panowania nad kierunkiem jazdy). Układ hamulcowy samochodu ma wobec tego decydujący wpływ na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Z tego powodu stan techniczny układu hamulcowego pojazdu dopuszczonego do ruchu na drogach publicznych nie może budzić zastrzeżeń. Toteż wymagania dotyczące układów hamulcowych określone są odpowiednimi aktami prawnymi (Regulamin nr 13 EKG ONZ, dyrektywy Unii Europejskiej, ustawa – Prawo o ruchu drogowym, rozporządzenia wykonawcze do ustawy). Wymaga się, aby hamowanie pojazdów samochodowych było sprawne, skuteczne i niezawodne. Na przebieg i końcowy efekt hamowania mają wpływ trzy ogniwa biorące udział w procesie hamowania, tj. kierowca, pojazd i droga. Kierowca decyduje o momencie uruchomienia hamulców i intensywności hamowania. Efekty działania kierowcy na układ hamulcowy pojazdu i współpracy kół jezdnych z nawierzchnią sumują się na drodze jako ogniwie końcowym procesu hamowania. Na współpracę kół z nawierzchnią drogi mają wpływ warunki atmosferyczne (decydują o przyczepności), rodzaj nawierzchni, parametry geometryczne profilu drogi oraz jej usytuowanie w terenie.
Obowiązujące wymagania dotyczące układów hamulcowych pojazdów drogowych są zawarte w ustawie – Prawo o ruchu drogowym oraz w przepisach wykonawczych do ustawy, tj. w rozporządzeniach ministra infrastruktury. Rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie homologacji typu pojazdów samochodowych i przyczep, określające sposób postępowania przy dopuszczaniu do ruchu nowych typów pojazdów, zawiera wymagania dotyczące konstrukcji i skuteczności hamulców (inne rozporządzenia dotyczą homologacji typu ciągników rolniczych i przyczep oraz motocykli i motorowerów). Z kolei rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia określa m.in. wymagania, którym powinny odpowiadać hamulce pojazdów będących już w eksploatacji (podczas badań technicznych na stacjach kontroli pojazdów).
1. Wymagania homologacyjne
Rozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie homologacji typu pojazdów samochodowych i przyczep uwzględnia obowiązujący w zakresie hamulców dokument Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ – Regulamin nr 13, stanowiący załącznik do „Porozumienia genewskiego z 1958 r. dotyczącego przyjęcia jednolitych wymagań technicznych dla pojazdów kołowych, wyposażenia i części, które mogą być stosowane w tych pojazdach oraz wzajemnego uznawania homologacji udzielanych na podstawie tych wymagań”. W krajach członkowskich Unii Europejskiej obowiązuje dokument analogiczny – Dyrektywa 2009/40/WE z późniejszymi zmianami. Regulamin nr 13 EKG ONZ obowiązuje pojazdy osobowe, ciężarowe oraz przyczepy, których maksymalna prędkość uwarunkowana konstrukcją przekracza 25 km/h. Jest to bardzo obszerny dokument zawierający szczegółowe wymagania związane z budową, własnościami i metodami badania (skutecznością) hamulców. Rosnące wymagania w odniesieniu do skuteczności i niezawodności hamulców znajdują odzwierciedlenie w kolejnych seriach poprawek do Regulaminu nr 13. Zgodnie z obowiązującymi wymaganiami, pojazd samochodowy powinien być wyposażony w trzy niezależne rodzaje układów hamulcowych (rys.):
- roboczy,
- awaryjny,
- postojowy.
Układ hamulcowy roboczy i awaryjny oraz awaryjny i postojowy mogą być wspólne sterowane. Niedopuszczalne jest wspólne sterowanie hamulca roboczego i postojowego. Podczas badań homologacyjnych za miarę skuteczności hamulców przyjmuje się przede wszystkim długość drogi hamowania i średnie opóźnienie hamowania, osiągane przy użyciu hamulca roboczego. Pomija się wpływ czasu reakcji kierowcy, zatem mierzona jest długość drogi hamowania, a nie zatrzymania samochodu.
Wyróżnia się następujące rodzaje badań (zakresy badań) skuteczności działania hamulców:
- badanie typu 0 – obejmuje tradycyjny pomiar skuteczności działania hamulców w stanie zimnym;
- badanie typu I – wykonywane podczas cyklicznego hamowania i rozpędzania samochodu, tzw. próba oceny stopnia zmniejszenia skuteczności hamowania wraz z nagrzewaniem się hamulców; w tej próbie liczba cyklicznych hamowań wynosi 20, a czas pomiędzy poszczególnymi cyklami wynosi 55-60 s;
- badanie typu II – badanie skuteczności działania hamulców podczas hamowania na długich spadkach drogi, które jest prowadzone na odcinku drogi długości 6000 m i o nachyleniu 6%, przy średniej prędkości jazdy równej 30 km/h.
Hamulec roboczy
Konstrukcja tego układu powinna umożliwiać oddziaływanie na wszystkie koła pojazdu z możliwością stopniowego powiększania lub zmniejszania skuteczności hamowania przez działanie kierowcy na mechanizm sterowania. Układ hamulca roboczego powinien być podzielony na niezależne obwody w taki sposób, aby przy awarii jednego z nich pozostały zapewniał przynajmniej 30% skuteczności pełnej układu roboczego (30% wymaganego opóźnienia). Rozdział sił hamowania na koła poszczególnych osi powinien być symetryczny. Warunek ten ma być spełniony przy dobrych warunkach przyczepności kół jezdnych do nawierzchni. Podobne wymagania obowiązują hamulce robocze przyczep. Jeżeli współczynnik przyczepności z prawej i lewej strony osi jest zróżnicowany, to we współczesnych pojazdach wyposażonych w urządzenia przeciwblokujące (ABS) siły hamowania powinny odpowiednio dostosować się do warunków przyczepności.
Hamulec awaryjny
Powinien być tak sterowany, aby umożliwić kierowcy stopniowe powiększanie i zmniejszanie skuteczności hamowania, której wartość nie powinna być mniejsza od 50% skuteczności hamulca roboczego (50% wymaganego opóźnienia). W zespole pojazdów złożonych z ciągnika samochodowego i przyczepy uruchomienie hamulca roboczego lub awaryjnego powinno zapewnić odpowiednie dopasowanie hamowania obu pojazdów tak, aby siła na sprzęgu pomiędzy obu pojazdami była bliska zera.
Hamulec postojowy
Ten układ powinien umożliwiać utrzymanie pojazdu w spoczynku na wzniesieniu lub spadku terenu również w czasie nieobecności kierowcy w pojeździe. Siła utrzymująca pojazd powinna być uzyskana tylko środkami mechanicznymi. Jeżeli sterowanie układu hamulca roboczego i awaryjnego jest wspólne, to układ hamulca postojowego powinien być tak skonstruowany, aby umożliwiał użycie tego hamulca w czasie ruchu pojazdu. Skuteczność hamulca postojowego mierzy się minimalnym dopuszczalnym spadkiem drogi, przy którym pojazd samochodowy lub zespół pojazdów powinien być utrzymany nieruchomo. Zgodnie z Regulaminem nr 13, spadek ten mierzony w procentach pochylenia drogi wynosi dla pojazdu samochodowego 18%, a dla zespołu pojazdów – 12%, przy odpowiedniej dla kategorii pojazdu sile przyłożonej przez kierowcę do mechanizmu sterującego hamulca postojowego.
Hamulec o długotrwałym działaniu (zwalniacz)
Podczas badań autobusów turystycznych i międzymiastowych oraz pojazdów przeznaczonych do przewozu materiałów niebezpiecznych sprawdza się dodatkowo skuteczność hamulców o długotrwałym działaniu (zwalniaczy), tj. urządzeń zmniejszających lub stabilizujących prędkość pojazdu na długim spadku drogi (badania typu II i IIA). Zasadnicza treść Regulaminu nr 13 jest uzupełniona kilkunastoma załącznikami dotyczącymi procedur homologacji oraz wybranych problemów hamowania. Załącznik 4 ujmuje wymagania dotyczące warunków badań skuteczności hamulców (jakość drogi, warunki atmosferyczne, stan techniczny pojazdu) oraz określa minimalne dopuszczalne wartości skuteczności hamowania dla poszczególnych rodzajów hamulców różnych kategorii pojazdów. Podstawowym kryterium oceny układu hamulcowego pojazdu jest skuteczność hamowania zmierzona w czasie badań drogowych. Skuteczność hamowania określa się w Regulaminie nr 13 jako drogę hamowania mierzoną w metrach lub opóźnienie hamowania w m/s2. Zależność między drogą hamowania i opóźnieniem określa się za pomocą wzoru:
gdzie:
S – droga hamowania [m],
V – prędkość początkowa pojazdu w czasie pomiarów skuteczności hamowania [km/h],
ah – opóźnienie hamowania [ m/s2],
a, b – stałe współczynniki.
Dokładność pomiarów prędkości początkowej V i drogi hamowania S powinna wynosić ±1%, a opóźnienia hamowania ±3%. Pojazd należy badać w stanie pełnego obciążenia i bez obciążenia (według danych katalogowych). Badania należy wykonywać na drodze poziomej, o nawierzchni suchej i o dobrej przyczepności. Ogumienie pojazdu powinno być przed badaniami zimne, a ciśnienie w ogumieniu odpowiednie do obciążenia przenoszonego przez koła pojazdu na postoju. Pomiar skuteczności hamowania powinien być prowadzony z początkowej prędkości odpowiedniej do kategorii pojazdu badanego i przy użyciu siły przyłożonej do sterowania układu hamulcowego, nieprzekraczającej dopuszczalnej maksymalnej wartości. Skuteczność hamowania przyczep oblicza się jako iloraz sumy sił hamowania na wszystkich kołach przyczepy do całkowitego ich nacisku na drogę. Wskaźnik ten, w zależności od rodzaju ciągniętego pojazdu, powinien być nie mniejszy niż 0,50 (dla przyczepy) i 0,45 (dla naczepy). Przyczepy, których masa całkowita nie przekracza 750 kg, nie muszą być wyposażone w hamulce, ale wtedy skuteczność zespołu pojazdów (samochodu osobowego i przyczepy) nie może być mniejsza niż 5,4 m/s2. Zgodnie z Regulaminem nr 13, pełny cykl badań obejmuje pomiary skuteczności hamulca roboczego, awaryjnego oraz postojowego. Skuteczność hamulca roboczego jest badana zarówno w stanie zimnym (badania typu 0), jak i nagrzanym (badania typu I). Dla różnych kategorii pojazdów szczegółowo opisano warunki nagrzewania hamulców przed pomiarami skuteczności. Określono, że skuteczność hamulców po nagrzaniu nie powinna spaść poniżej 80% skuteczności przypisanej dla danej kategorii pojazdu, ale do nie mniejszej niż 60% wartości zmierzonej w badaniach typu 0 (dla hamulców zimnych). Ponadto, przeprowadza się badania skuteczności hamulca roboczego, symulując częściową jego niesprawność. W czasie jazdy pojazdy są poddawane obserwacji w celu wykrycia nadmiernych odchyleń od prostoliniowości toru jazdy i wykrycia wszelkich niepożądanych zjawisk, np. nadmiernych drgań elementów podwozia podczas hamowania, a w przypadku zespołu pojazdów – skłonności do najeżdżania przyczepy na ciągnik samochodowy lub składania się zespołu ciągnika siodłowego z naczepą. Przedstawiony wyżej (w sposób skrótowy) zakres wymagań i badań, który dotyczy pojazdów zgłoszonych do homologacji zapewnia, że układ hamulcowy, który przejdzie procedurę homologacji z wynikiem pozytywnym będzie umożliwiał bezpieczną eksploatację pojazdu w ruchu drogowym.
2. Wymagania eksploatacyjneRozporządzenie ministra infrastruktury w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (zgodne z obowiązującą w krajach członkowskich Unii Europejskiej Dyrektywą 2009/40/WE) zawiera wymagania dotyczące skuteczności hamulców ujęte mniej rygorystycznie niż w Regulaminie nr 13 EKG ONZ. Natomiast wymagania związane z konstrukcją układu hamulcowego określone w tym rozporządzeniu pokrywają się z odpowiednimi wymaganiami zawartymi w przepisach homologacyjnych (Regulamin nr 13). Podczas badań eksploatacyjnych wykonywanych na stacjach kontroli pojazdów skuteczność hamowania wyraża się stosunkiem całkowitej siły hamowania do siły nacisku pojazdu na drogę lub stosunkiem opóźnienia hamowania (uzyskanego w badaniach drogowych) do przyspieszenia ziemskiego. Instrukcja dot. szczegółowego sposobu badania skuteczności i równomierności działania hamulców zamieszczona w dziale II załącznika nr 1 do rozporządzenia ministra infrastruktury w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach nakazuje wskaźnik skuteczności hamowania określać na podstawie zmierzonej siły hamowania wg wzoru:
gdzie:
z – wskaźnik skuteczności hamowania dla badanego rodzaju hamulca [%];
ST – siła hamowania uzyskana ze wszystkich kół, odpowiednio dla hamulca roboczego, awaryjnego lub postojowego [kN];
P – siła ciężkości (nacisk) od dopuszczalnej masy całkowitej badanego pojazdu [kN], przyjmując do obliczeń 1 kN = siła ciężkości 100 kg masy (dla pojazdów członowych dopuszcza się przyjmowanie do obliczeń dopuszczalnego nacisku danej osi).
Dopuszczalną masę całkowitą pojazdu przyjmuje się na podstawie danych zawartych w dowodzie rejestracyjnym, tabliczce znamionowej albo innych wiarygodnych danych technicznych pojazdu lub oblicza się, sumując masę własną i dopuszczalną ładowność pojazdu (dla ciągników siodłowych dopuszczalną ładownością jest dopuszczalny nacisk na siodło ciągnika). Tak określona skuteczność hamowania daje możliwość zastąpienia badań drogowych pomiarami sił hamowania na rolkowych lub płytowych urządzeniach diagnostycznych umieszczonych w stacjach kontroli pojazdów. Porównanie wymaganych opóźnień hamowania w odniesieniu do poszczególnych kategorii pojazdów w rozporządzeniu o warunkach technicznych pojazdów oraz w przepisach homologacyjnych (Regulaminie nr 13 EKG ONZ) przedstawiono przykładowo w formie tabelarycznej.
Z przedstawionego zestawienia wynika, że w badaniach homologacyjnych występują bardziej rygorystyczne wymagania niż w badaniach stanu technicznego w okresie eksploatacji pojazdów (na stacjach kontroli pojazdów). Różnica ta jest szczególnie wyraźna w grupie samochodów osobowych i samochodów ciężarowych o dopuszczalnej masie całkowitej powyżej 3,5 t. Wyniki pomiarów sił hamowania uzyskane na urządzeniach diagnostycznych są obarczone niedokładnością wynikającą z techniki pomiarowej nieuwzględniającej wielu czynników związanych z hamowaniem na rzeczywistej drodze (inne warunki przyczepności i obciążenia dynamiczne, znaczne różnice prędkości kół na stanowisku i na drodze, pominięcie oporów powietrza itd.). Z danych publikowanych przez Przemysłowy Instytut Motoryzacji wynika, że różnice wyników pomiarów uzyskanych na stanowiskach kontrolnych i w badaniach drogowych mogą osiągnąć od 12% do 15%. W przypadku wystąpienia wątpliwości zaleca się wykonanie pomiarów skuteczności hamowania obiema metodami. Nie należy również zapominać, że skuteczność hamowania na drodze mokrej lub pokrytej lodem znacząco spada w porównaniu do zmierzonej na urządzeniu kontrolnym (rolkowym lub płytowym). Szczegółowy sposób badania skuteczności i równomierności działania hamulców podczas badania technicznego na stacjach kontroli pojazdów określono w dziale II załącznika nr 1 do rozporządzenia ministra infrastruktury w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach.
dr inż. Kazimierz Sitek
Komentarze (0)