Z punktu widzenia ogólnej koncepcji konstrukcyjnej pojazdu samochodowego układ hamulcowy wchodzi w skład podwozia i jest jednym z jego podstawowych układów.

Układ hamulcowy samochodu powinien wytworzyć na osiach kół jezdnych momenty hamujące, umożliwiające w sposób kontrolowany przez kierowcę zmniejszenie prędkości jazdy, a także unieruchomienie go na postoju. Niezależnie od jego przeznaczenia i rozwiązania konstrukcyjnego, każdy można podzielić na mechanizmy hamulcowe i sterujące (uruchamiające) hamulcami. Cierne mechanizmy hamulcowe wytwarzają momenty hamujące wskutek tarcia odpowiednich powierzchni współpracujących elementów: jedne są związane kinematycznie z kołami jezdnymi, a drugie z nieruchomymi obrotowo elementami podwozia. Zadaniem mechanizmu sterującego jest przenoszenie i zwielokrotnienie siły nacisku z pedału hamulca lub dźwigni (w przypadku uruchamiania ręcznego) do mechanizmu hamulcowego. Mechanizm sterujący hamulcami powinien:

• umożliwić uzyskanie dużych przełożeń siłowych,
• zapewnić proporcjonalność siły działającej na mechanizm hamulcowy w stosunku do siły wywieranej przez kierowcę na pedał hamulca (pozwala to kierowcy panować nad przebiegiem hamowania),
• zapewnić założony rozkład sił hamowania na kołach poszczególnych osi pojazdu, co umożliwia pełniejsze wykorzystanie przyczepności opon do jezdni w zależności od rozkładu obciążeń osi,
• zapewnić możliwie najkrótszy czas przenoszenia siły z pedału hamulca do mechanizmów hamulcowych.

Analiza rozwiązań konstrukcyjnych układów hamulcowych stosowanych we współczesnych pojazdach samochodowych pozwala stwierdzić, że w przypadku:

• mechanizmów hamulcowych – powszechnie stosuje się hamulce tarczowe i szczękowo-bębnowe. W ostatnich latach ze względu na liczne zalety hamulce tarczowe są coraz częściej stosowane również w samochodach ciężarowych, autobusach, przyczepach i naczepach;
• mechanizmów sterujących hamulcami – powszechnie stosuje się hydrauliczne mechanizmy sterujące w samochodach osobowych, osobowo-terenowych i dostawczych. Natomiast w samochodach ciężarowych, autobusach, przyczepach i naczepach rozpowszechnione są mechanizmy pneumatyczne. W nowych modelach samochodów ciężarowych i autobusów zostały wprowadzone elektropneumatyczne mechanizmy sterujące, które skracają czas reakcji hamulców i ułatwiają współpracę z układami przeciwblokującymi (ABS) oraz przeciwpoślizgowymi (ASR).

Układ hamulcowy należy do tych układów pojazdu samochodowego, które mają bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Jednym z podstawowych warunków bezpieczeństwa ruchu drogowego jest panowanie kierowcy w każdej chwili nad prędkością jazdy (obok panowania nad jej kierunkiem). Z tego powodu stan techniczny tego układu w przypadku pojazdu dopuszczonego do ruchu po drogach publicznych nie może budzić zastrzeżeń. Dlatego wymagania dotyczące układów hamulcowych zostały określone w odpowiednich aktach prawnych.

Rodzaje i zadania układów hamulcowych
Zgodnie z kryterium funkcjonalności w pojazdach samochodowych stosuje się następujące rodzaje hamulców:

• robocze (zasadnicze), które umożliwiają kierowcy zmniejszanie prędkości pojazdu lub jego zatrzymanie,
• awaryjne (pomocnicze), uruchamiane w sposób niezależny, w przypadku awarii roboczych,
• postojowe, służące do utrzymywania pojazdu w spoczynku, także na wzniesieniu, a szczególnie w czasie nieobecności kierowcy,
• dodatkowe (zwalniacze), które pozwalają na utrzymywanie stałej prędkości ruchu samochodu lub jej zmniejszenie, szczególnie na długim spadku drogi.

Wymienione hamulce muszą działać niezależnie, choć niektóre z nich mogą być konstrukcyjnie zintegrowane i wykorzystywać te same mechanizmy. Układy roboczy i awaryjny oraz awaryjny i postojowy mogą mieć wspólne sterowanie, natomiast niedopuszczalne jest wspólne sterowanie hamulca roboczego i postojowego. Cechy konstrukcyjne mechanizmów hamulcowych i sterujących stanowią podstawowe kryteria identyfikacyjne układów hamulcowych danego typu pojazdu.
Hamulce robocze działają na wszystkie koła pojazdu i są tak skonstruowane, że kierowca stale ma możliwość regulowania chwilowej skuteczności ich działania. Są uruchamiane za pomocą pedału i działają tylko podczas wywierania nacisku. Hamulce robocze są przystosowane do hamowania z możliwie dużą skutecznością, lecz w krótkim czasie.
Hamulce awaryjne są uruchamiane niezależnie od hamulca roboczego i są przeznaczone do zatrzymywania pojazdu w razie awarii hamulca roboczego. Działają podczas wywierania nacisku na mechanizm uruchamiający. W stosowanych obecnie dwuobwodowych układach hamulcowych za hamulec awaryjny uważa się każdy z obwodów, na które podzielony jest roboczy układ hamulcowy. Każda z części podzielonego w ten sposób roboczego układu hamulcowego powinna działać niezależnie i zapewniać uzyskanie dostatecznej skuteczności hamowania w przypadku awarii drugiej części. 
Hamulec postojowy służy do utrzymywania pojazdu w spoczynku na drodze płaskiej lub pochyłej. Jest uruchamiany ręcznie z miejsca kierowcy (z wyjątkiem przyczep i naczep), niezależnie od hamulca roboczego, i działa bez konieczności wywierania trwałego nacisku na dźwignię.
W wielu pojazdach ciężarowych i autobusach stosuje się hamulce dodatkowe (zwalniacze), to znaczy urządzenia przystosowane do długotrwałej pracy, lecz hamujące z umiarkowaną skutecznością. Zwalniaczy używa się na przykład podczas zjeżdżania po dłuższym odcinku pochyłej drogi, gdy zachodzi obawa, że długotrwałe hamowanie hamulcami roboczymi mogłoby spowodować ich uszkodzenie wskutek przegrzania.
Układy hamulcowe powinny odznaczać się niezawodnością, dużą skutecznością działania i zapewniać taki rozdział sił hamowania, aby proces ten nie powodował utraty stateczności pojazdu. Ponadto układ hamulcowy powinien być łatwy w obsłudze, a wysiłek kierowcy związany z jego uruchomieniem powinien być jak najmniejszy. Dlatego w układach hamulcowych pojazdów stosuje się urządzenia wspomagające, automatyczne korektory siły hamowania osi zależnie od ich obciążenia, a także urządzenia przeciwblokujące (ABS). 

Rozwiązania konstrukcyjne układów hamulcowych
Układ hamulcowy jest jednym z głównych układów samochodu i ma decydujący wpływ na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Tym mianem określamy zespół mechanizmów umożliwiających zmniejszenie prędkości jazdy oraz zatrzymanie pojazdu samochodowego. Układ ten składa się z dwóch grup zespołów:

• mechanizmów hamulcowych,
• mechanizmów sterujących (uruchamiających) hamulcami.

Oddzielną konstrukcyjnie grupę stanowią zwalniacze, które mogą być silnikowe lub podwoziowe. Wśród zwalniaczy podwoziowych wyróżnia się dwie odmiany konstrukcyjne: hydrodynamiczne lub elektromagnetyczne.

1. Mechanizmy hamulcowe
Mechanizmy hamulcowe są bezpośrednio związane z kołami jezdnymi i służą do wytworzenia momentu tarcia w hamulcach. Pod względem konstrukcyjnym dzieli się je na:

• szczękowo-bębnowe,
• tarczowe,
• taśmowe.

W hamulcach szczękowo-bębnowych moment hamowania powstaje wskutek tarcia wewnętrznej powierzchni obracającego się wraz z kołem bębna hamulcowego o umieszczone wewnątrz bębna nieobracające się szczęki (rys. 1). Szczęki te dociskane są do bębna rozpieraczem, sterowanym przez kierowcę za pomocą mechanizmu uruchamiającego. Z chwilą gdy kierowca przestaje wywierać nacisk na pedał, rozpieracz przestaje naciskać na szczęki i sprężyna odciągająca powoduje ściągnięcie szczęk do położenia, w którym przestają one trzeć o bęben. Szczęki hamulcowe mają okładziny cierne odznaczające się dużym współczynnikiem tarcia i znaczną odpornością na ścieranie. Elementem przenoszącym moment hamowania ze szczęk na elementy nośne pojazdu jest tarcza hamulcowa. W obecnie produkowanych samochodach z reguły stosuje się urządzenia do samoczynnej regulacji luzu między szczękami a bębnem.
W hamulcach tarczowych moment tarcia powstaje wskutek dociskania elementów ciernych (tzw. klocków) do płaskich powierzchni tarczy wirującej wraz z kołem. Zacisk z elementami ciernymi jest mocowany do mechanizmów nośnych pojazdu. W hamulcach sterowanych hydraulicznie docisk klocków uzyskuje się za pomocą umieszczonego w zacisku siłownika (jednego lub kilku) w postaci cylinderka z tłoczkiem. Warunkiem prawidłowej pracy hamulca tarczowego jest zachowanie odpowiednio małego luzu pomiędzy klockami ciernymi a tarczą. Ze względu na duże naciski, szybkie zużywanie się okładzin i bardzo małe wartości stosowanego luzu właściwe działanie hamulca tarczowego bez automatycznej regulacji luzu byłoby niemożliwe.
W ostatnich latach hamulce tarczowe są coraz powszechniej stosowane również w samochodach ciężarowych i autobusach. Od hamulców samochodów osobowych różnią się konstrukcją zacisku, który musi być uruchamiany siłownikiem pneumatycznym (rys. 2). Zamiana postępowego ruchu tłoka na przesuw wkładek ciernych następuje w mechanizmie mimośrodowym. W celu zmniejszenia siły tarcia pomiędzy pierścieniem mimośrodowym a gniazdem i popychaczem zacisku hamulca wprowadza się łożyska igiełkowe. Duże jednostkowe naciski powierzchniowe powodują silne nagrzewanie się hamulców tarczowych i konieczność skutecznego ich chłodzenia. W przypadku bardziej obciążonych hamulców tarczowych stosuje się tzw. tarcze wentylowane. 
W porównaniu z hamulcami szczękowo-bębnowymi hamulce tarczowe mają następujące zalety:

• korzystniejszy rozkład nacisków na powierzchni przylegania elementów ciernych do tarczy (klocki cierne zużywają się równomierniej),
• możliwość stosowania większych nacisków jednostkowych (większa skuteczność hamulców),
• dobre warunki chłodzenia,
• łatwiejsza regulacja luzów i wymiana elementów ciernych,
• mniejszy moment bezwładności mas wirujących.

2. Mechanizmy sterujące hamulcami
We współczesnych pojazdach samochodowych stosuje się następujące rodzaje mechanizmów sterujących (uruchamiających) hamulcami:

• mechaniczne,
• hydrauliczne,
• pneumatyczne,
• elektropneumatyczne.

W niektórych pojazdach występują mechanizmy uruchamiające hamulce mieszane (hydropneumatyczne).
Hydrauliczne mechanizmy sterujące hamulcami stosowane są w roboczych układach hamulcowych samochodów osobowych, osobowo-terenowych, dostawczych i lżejszych ciężarowych. Siła nacisku na pedał jest przenoszona do mechanizmów hamulcowych za pośrednictwem cieczy (płynu hamulcowego). Podstawowe elementy takiego mechanizmu uruchamiającego to dwusekcyjna główna pompa hamulcowa, siłowniki hydrauliczne w mechanizmach hamulcowych kół oraz sztywne i elastyczne przewody hamulcowe, łączące pompę z siłownikami (rys. 3).
Wywieranie nacisku na pedał hamulca powoduje przesunięcie tłoków pompy głównej, wzrost ciśnienia w przewodach i uruchomienie siłowników (cylinderków), które dosuwają klocki do tarcz w hamulcach tarczowych lub szczęki do bębnów w hamulcach bębnowych. Po zwolnieniu pedału hamulca tłoki pompy wracają do położenia początkowego, ciśnienie w układzie spada, co sprawia, że sprężyny powrotne mogą odsunąć szczęki od bębnów (w hamulcach bębnowych), a elastyczne pierścienie uszczelniające – klocki cierne (w hamulcach tarczowych). Wypchnięty z siłowników płyn hamulcowy wraca do pompy. Ze względu na duże ciśnienie robocze (8÷10 MPa) wymiary pompy głównej i siłowników mechanizmów hamulcowych są niewielkie. W obwodzie hamulców tylnych kół zwykle występują korektory siły hamowania. W samochodach z hydraulicznymi mechanizmami uruchamiającymi często stosuje się urządzenia wspomagające, których zadaniem jest podniesienie skuteczności hamowania i zmniejszenie wysiłku kierowcy. Powszechnie stosowane są urządzenia przeciwblokujące (ABS). 
Pneumatyczne mechanizmy sterujące hamulcami montowane są w samochodach ciężarowych średniej i dużej ładowności, autobusach oraz przyczepach i naczepach, a więc w pojazdach wymagających znacznych sił hamowania, niemożliwych do uzyskania przy zastosowaniu hydraulicznych mechanizmów uruchamiających.
W układach pneumatycznych siła, z jaką kierowca naciska na pedał hamulca, służy do sterowania czynnikiem roboczym (sprężonym powietrzem), który doprowadzony do siłowników wykonuje pracę potrzebną do dociśnięcia elementów ciernych. Siła, z jaką kierowca naciska na pedał, zależy od sztywności sprężyny w zaworze sterującym, natomiast siła w rozpieraczach – od ciśnienia w instalacji oraz wymiarów siłownika. Rozwiązanie takie umożliwia uzyskanie dużych sił hamowania przy małym wysiłku kierowcy.
Pneumatyczne mechanizmy uruchamiające cechują się mniejszą wrażliwością na nieszczelność i większą niezawodnością działania. Istnieje też możliwość wykorzystania nadciśnieniowej instalacji pneumatycznej do napędu urządzeń pomocniczych. W przypadku przyłączenia urządzeń pomocniczych należy je zasilać z osobnych zbiorników, połączonych z układem hamulcowym tak, aby nawet w czasie awarii nie wpłynęło to niekorzystnie na sprawność układu hamulcowego. Ważną zaletą układów pneumatycznych jest dogodna możliwość podłączenia układu hamulcowego przyczepy (naczepy) do układu hamulcowego pojazdu ciągnącego. Ich wada to dość długi czas uruchamiania hamulców (czas reakcji), szczególnie w siłownikach bardziej oddalonych od głównego zaworu hamulcowego.
Zgodnie z obowiązującymi przepisami pneumatyczne mechanizmy uruchamiające powinny być dwuobwodowe, natomiast sposób połączenia pojazdu silnikowego z przyczepą lub naczepą powinien być dwuprzewodowy. Na rys. 4 przedstawiono schemat pneumatycznego mechanizmu sterującego hamulcami, przystosowanego do współpracy z przyczepą (dwuobwodowy, dwuprzewodowy, z układem ABS/ASR). Składa się on z następujących obwodów funkcjonalnych:

• zasilania sprężonym powietrzem,
• hamulca roboczego,
• hamulca awaryjnego i postojowego,
• hamulca dodatkowego (zwalniacza), 
• sterowania hamulcami przyczepy,
• ABS/ASR.

Urządzenia przeciwblokujące (ABS) i przeciwpoślizgowe (ASR) stosuje się również w samochodach ciężarowych i autobusach, które mają pneumatyczną instalację uruchamiania hamulców. Do głównych zespołów ABS należą: elektroniczny moduł sterujący, czujniki prędkości obrotowej kół jezdnych i elektropneumatyczne modulatory ciśnienia powietrza w siłownikach. Dodatkowo mogą występować odrębne moduły kontroli i sygnalizacji. Celem działania ABS jest zapobieganie blokowaniu (ściślej nadmiernemu poślizgowi) kół podczas hamowania. Urządzenie przeciwblokujące tak reguluje ciśnienie w siłownikach hamulcowych poszczególnych kół, aby ich poślizg podczas hamowania utrzymywał się w obszarze największej przyczepności ogumienia. Zwykle taki stan jest osiągany przy poślizgu obwodowym koła wynoszącym 20-30%.
Elektropneumatyczne mechanizmy sterujące hamulcami (EBS) pojawiły się w pojazdach użytkowych w pierwszych latach obecnego wieku. Zostały wprowadzone w celu skrócenia czasu uruchamiania (reakcji) mechanizmów hamulcowych. Układy EBS dają duże możliwości regulacji siły hamowania i ułatwiają współpracę z układami zapobiegającymi blokowaniu kół (ABS) podczas hamowania oraz układami zapobiegającymi poślizgowi kół (ASR) podczas rozpędzania.
Przykładowy schemat elektropneumatycznego układu sterowania hamulcami firmy Knorr-Bremse dla pojazdu ciągnącego (silnikowego) przedstawiono na rys. 5. 
Elektropneumatyczny mechanizm sterowania hamulcami EBS został zbudowany z wykorzystaniem wielu elementów instalacji pneumatycznej pojazdu. Powstał w ten sposób układ hamulcowy o dwóch obwodach pneumatycznych, z nadrzędnym elektronicznym układem sterującym. Pneumatyczna instalacja hamulcowa w tym zestawieniu pełni funkcję układu rezerwowego, w którym zastosowano przewody powietrzne o mniejszych średnicach i pominięto wiele urządzeń (niektóre zawory, korektor siły hamowania i inne). Zadania pominiętych zespołów pneumatycznych zostały przejęte przez elektroniczny sterownik układu hamulcowego i zawory elektropneumatyczne [2]. 
Kierowca, naciskając nogą na pedał hamulca, oddziałuje na potencjometr elektronicznego zaworu hamulcowego, który pełni rolę głównego zaworu sterującego względem elektronicznego sterownika EBS systemu. Moduł sterujący (sterownik) EBS odpowiada za przebieg procesu hamowania i współpracuje z urządzeniami przeciwblokującym (ABS) oraz przeciwpoślizgowym (ASR).
Na podstawie sygnału elektrycznego, nadanego od elektronicznego zaworu hamulcowego do sterownika EBS, następuje wygenerowanie przez ten sterownik sygnałów elektrycznych do elektropneumatycznych zaworów (tzw. modulatorów ciśnienia). Modulatory to zespoły wyposażone w zawory sterowane elektromagnetycznie przez sygnały nadawane z procesora sterownika. Otwierają one przepływ sprężonego powietrza i wpływają na wartość ciśnienia powietrza przepływającego do siłowników hamulcowych kół przednich i tylnych oraz do zaworu sterującego hamulcami przyczepy. Jednocześnie informacja o przebiegu hamowania, przez magistralę sterującą CAN, może być kierowana do sterowników silnika i skrzyni biegów w celu zmiany stanu ich pracy, stosownie do przebiegu procesu. Sterownik EBS współpracuje również z systemem sterowania zawieszenia powietrznego i sterowania zwalniaczem.
Sterownik EBS na podstawie analizy nacisku kierowcy na pedał hamulca oraz sygnałów z czujników prędkości obrotowej kół jezdnych i od sił w urządzeniu sprzęgającym przyczepy (złącze elektryczne EBS) określa wartość opóźnienia hamowania. Stosownie do obliczonej wartości opóźnienia hamowania może spowodować tylko uruchomienie zwalniacza lub także siłowników hamulca roboczego kół jezdnych.
Przez cały okres hamowania sterownik EBS analizuje sygnały nadawane przez czujniki prędkości obrotowej kół jezdnych i ciśnienia w miechach zawieszenia pneumatycznego. Informacja o aktualnej prędkości obrotowej kół jezdnych pozwala na utrzymanie efektywnej współpracy EBS z ABS. Natomiast informacja o zmianach ciśnienia w miechach zawieszenia pozwala w sterowniku EBS ustalić przebieg zmian nacisku na drogę podczas hamowania i stosownie do tego korygować wartość ciśnienia w siłownikach hamulcowych poszczególnych kół. Zatem informacja pozyskana od systemu zawieszenia powietrznego umożliwia dostosowanie chwilowych wartości ciśnienia w siłownikach do nacisku kół na drogę i spełnia część zadań tradycyjnego korektora siły hamowania. W przypadku awarii sterowania elektrycznego pojazd może być hamowany za pomocą działającego układu pneumatycznego.

Zakres diagnozowania
Skuteczne i niezawodne działanie układów hamulcowych pojazdów samochodowych stanowi podstawę ich bezpiecznego użytkowania. Wynikające z zasad działania hamulców ciernych procesy zużycia elementów układu wpływają niekorzystnie na możliwość realizacji zadań i wymagania stawiane układom hamulcowym. Wobec tego niezbędne jest przeprowadzanie systematycznych kontroli działania hamulców. Są one realizowane metodami diagnostycznymi w ramach okresowych badań technicznych pojazdów. Diagnostyczne metody badań układów hamulcowych zależą od przeznaczenia i rozwiązań konstrukcyjnych tych układów, przy czym zasadnicze znaczenie ma sposób uruchamiania mechanizmów hamulcowych. W praktyce diagnozowanie układów hamulcowych pojazdów można podzielić na:

• diagnozowanie mechanizmów uruchamiających hamulce,
• określanie skuteczności i równomierności działania układu hamulcowego. 

Zakres i sposoby diagnozowania poszczególnych rodzajów mechanizmów uruchamiających są zasadniczo odmienne, natomiast ocena skuteczności i równomierności działania hamulców jest taka sama dla wszystkich rodzajów układów hamulcowych pojazdów.
Warunkiem niezbędnym do poprawnego diagnozowania układu hamulcowego pojazdu jest identyfikacja jego cech konstrukcyjnych (znajomość budowy). Określanie stanu technicznego układu hamulcowego pojazdu samochodowego wymaga także znajomości metod diagnozowania, parametrów diagnostycznych i kryteriów oceny stanu technicznego oraz urządzeń diagnostycznych stosowanych na stacjach kontroli pojazdów. W grupie urządzeń stanowiskowych szczególną rolę odgrywają urządzenia do oceny skuteczności i równomierności działania hamulców: stanowiska rolkowe i płytowe do pomiaru sił hamowania na kołach. W urzędowych stacjach kontroli pojazdów najbardziej rozpowszechnione są urządzenia rolkowe do badania skuteczności działania hamulców metodą quasi-statyczną. Ogólna budowa i zasady działania urządzeń rolkowych poszczególnych producentów są podobne, natomiast konkretne rozwiązania różnią się szczegółami konstrukcyjnymi.
W ostatnich latach nastąpił znaczny postęp w konstrukcji urządzeń do badania układów hamulcowych pojazdów samochodowych. W szczególności dotyczy to nowej generacji stanowisk rolkowych, najnowszych rozwiązań przyrządów do badania opóźnienia hamowania i układów przeciwblokujących oraz skomputeryzowanych urządzeń do badania powietrznych układów hamulcowych.

dr inż. Kazimierz Sitek

Literatura:
1. Jackowski J., Łęgiewicz J., Wieczorek M.: Samochody osobowe i pochodne. WKŁ, Warszawa 2011.
2. Prochowski L., Żuchowski A.: Samochody ciężarowe i autobusy. WKŁ, Warszawa 2016.