Praktycznie diagnozowanie układów hamulcowych pojazdów można podzielić na diagnozowanie mechanizmów sterujących (uruchamiających) hamulce oraz określenie skuteczności działania układu hamulcowego. Sposoby diagnozowania poszczególnych rodzajów mechanizmów uruchamiających są zasadniczo odmienne, natomiast ocena skuteczności działania hamulców jest taka sama dla wszystkich rodzajów układów hamulcowych pojazdów kołowych.

Po zrealizowaniu procesu diagnozowania układu hamulcowego należy opracować diagnozę, która powinna zawierać odpowiedzi na pytania:

• Jaki jest aktualny stan techniczny układu?
• Jakie należy wykonać przedsięwzięcia w zakresie obsługiwania technicznego lub naprawy w przypadku wystąpienia usterek w badanym układzie?

Aby rozwiązać ten podstawowy z diagnostycznego punktu widzenia problem, należy uprzednio znać:

• przeznaczenie układu (zespołu, mechanizmu),
• charakterystykę techniczno-eksploatacyjną badanego układu,
• wymagania eksploatacyjne stawiane układowi,
• warunki zdatności technicznej określające stan techniczny układu,
• możliwą do realizacji (w konkretnych warunkach) metodę badań,
• zasady interpretacji wyników wykonanego badania układu.

Stopień szczegółowości analizy merytorycznej wymienionych zagadnień zależy od przeznaczenia i rodzaju badanego układu pojazdu. 

Cechy konstrukcyjne mechanizmów hamulcowych i uruchamiających stanowią podstawowe kryteria identyfikacyjne układów hamulcowych danego typu pojazdu. Identyfikacja cech konstrukcyjnych układu hamulcowego badanego typu pojazdu jest warunkiem niezbędnym na początkowym etapie diagnozowania i obsługiwania tego układu. Z tego powodu najpierw należy określić charakterystykę techniczną układu hamulcowego badanego samochodu. Podział mechanizmów hamulcowych na podstawie rozwiązania konstrukcyjnego wynika z wzajemnego położenia powierzchni ciernych. Natomiast z punktu widzenia metod diagnostycznych oraz zakresu obsługiwania układu hamulcowego podstawowe znaczenie ma identyfikacja rodzaju mechanizmu uruchamiającego, wynikająca z zasady jego działania.

Warunkiem wyjściowym prawidłowej obsługi i prawidłowego diagnozowania jest zawsze znajomość charakterystyki technicznej (cech konstrukcyjnych układu, jego budowy i zasady działania) i charakterystyki eksploatacyjnej (węzłów regulacyjnych i obsługowych, materiałów eksploatacyjnych, parametrów diagnostycznych) układu hamulcowego danego typu pojazdu.

Wymagania eksploatacyjne 

Wymaganiami eksploatacyjnymi nazywa się zmienną podczas eksploatacji pojazdu część zbioru wymagań konstrukcyjnych. Dla użytkownika wymagania eksploatacyjne stanowią bezpośrednie kryteria prawidłowości działania (symptomy stanu technicznego) danego układu. W przypadku niespełnienia określonego wymagania eksploatacyjnego wystąpią niedomagania w funkcjonowaniu układu hamulcowego. 

Warunkiem wyjściowym prawidłowej obsługi i prawidłowego diagnozowania jest zawsze znajomość charakterystyki technicznej (cech konstrukcyjnych układu, jego budowy i zasady działania) i charakterystyki eksploatacyjnej (węzłów regulacyjnych i obsługowych, materiałów eksploatacyjnych, parametrów diagnostycznych) układu hamulcowego danego typu pojazdu.

Dla układów hamulcowych sterowanych hydraulicznie wymagania eksploatacyjne można określić następująco: 

• odpowiednia skuteczność działania układu przy określonym nacisku na pedał (dźwignię) hamulca;
• pełne odhamowanie (zanik efektu hamującego) po odjęciu siły uruchamiającej układ hamulcowy;
• proporcjonalne, płynne zwiększenie siły hamowania w stosunku do wzrostu siły uruchamiającej układ;
• możliwie krótki czas reakcji (uruchamiania) układu hamulcowego, czyli czas opóźnienia zadziałania układu od chwili nacisku na pedał hamulca;
• stateczność ruchu hamowanego pojazdu (hamowanie nie powinno powodować zmiany kierunku ruchu);
• brak lub niski poziom hałaśliwości hamulców (przy kołach niezablokowanych);
• niezbędna szczelność obwodów hydraulicznych. 

Między tak określonymi wymaganiami występują wzajemne związki przyczynowo-skutkowe. Co do pierwszego z wymienionych tu wymagań należy podkreślić, że skuteczność działania układu hamulcowego pojazdu zależy wyłącznie od konstrukcji i stanu technicznego układu, natomiast skuteczność hamowania pojazdu zależy ponadto od przyczepności kół do nawierzchni jezdni (tj. stanu ogumienia, rodzaju i stanu nawierzchni, obciążenia pojazdu itp.). Skuteczność hamowania pojazdu ze względu na bezpośredni związek z bezpieczeństwem jazdy określana jest w dokumentach normatywnych mających moc prawną.

Ocenę stopnia spełnienia wymienionych wymagań eksploatacyjnych i ustalenie przyczyn stwierdzonych niedomagań umożliwiają warunki zdatności technicznej, jakim powinien odpowiadać badany układ hamulcowy.

Warunki zdatności technicznej

Warunki zdatności technicznej układu hamulcowego określają jego stan techniczny. Część zbioru warunków zdatności technicznej wyrażona jest w sposób opisowy (np. kompletność układu, prawidłowość zamocowania elementów), a część za pomocą parametrów diagnostycznych. Zakres spełnienia opisowych warunków zdatności technicznej oceniany jest głównie w sposób organoleptyczny, natomiast do pomiaru wartości parametrów diagnostycznych są stosowane metody przyrządowe.

Dla układów hamulcowych z uruchamianiem hydraulicznym warunki zdatności technicznej można określić następująco:

• kompletność układu – układ hamulcowy powinien być skompletowany zgodnie z dokumentacją techniczną pojazdu;
• prawidłowość zamocowania elementów układu – praktycznie dotyczy pewności zamocowania pompy hamulcowej, przewodów hydraulicznych oraz mechanizmu hamulcowego;
• właściwy stan zewnętrzny elementów układu – niestwierdzenie uszkodzeń mechanicznych (wgniecenia, otarcia przewodów, pęknięcia itp.);
• odpowiednia jakość płynu hamulcowego i właściwy jego poziom w zbiorniku wyrównawczym;
• brak oznak zapowietrzenia obwodu hydraulicznego;
• szczelność obwodu hydraulicznego;
• prawidłowa wartość skoku jałowego pedału hamulca;
• prawidłowa wartość skoku rezerwowego pedału hamulca;
• właściwy luz w mechanizmach hamulcowych – oceniany pośrednio na podstawie wartości skoku rezerwowego pedału (luz sumaryczny we wszystkich mechanizmach hamulcowych układu) lub bezpośrednio przez pomiar (jeżeli rozwiązanie konstrukcyjne umożliwia taki pomiar);
• prawidłowe wartości parametrów oceny skuteczności działania układu hamulcowego (wskaźnik skuteczności hamowania, maksymalne opóźnienie hamowania) oraz parametrów uzupełniających określających rozdział siły hamowania na strony i osie pojazdu, a także zależność zmian siły hamowania na poszczególnych kołach od siły nacisku na pedał hamulca (stabilność siły hamowania).

Ocenę zachowania większości wymienionych warunków zdatności technicznej wykonuje się na etapie wstępnego diagnozowania układu hamulcowego. Nie wymaga to specjalistycznego wyposażenia diagnostycznego, a więc może i powinno być dokonywane (przynajmniej w ograniczonym zakresie) przez kierowcę pojazdu podczas obsługi codziennej. Etap wstępnego diagnozowania układu hamulcowego ma na celu ustalenie jego stanu na podstawie oceny stopnia zużycia elementów układu bez jego demontażu. Negatywny wynik badań wstępnych wskazuje na konieczność przeprowadzenia odpowiednich regulacji (lub innych czynności obsługowych, np. odpowietrzania) bądź napraw, przed wykonaniem dalszych pomiarów mających na celu ocenę skuteczności działania hamulców.

Drugi etap diagnozowania wymaga specjalistycznego wyposażenia pomiarowego i obejmuje przede wszystkim pomiary parametrów oceny skuteczności działania układu hamulcowego – całkowitej (sumarycznej) siły hamowania lub maksymalnego opóźnienia hamowania.

Na etapie lokalizacji uszkodzeń ocenie podlegają ponadto następujące czynniki.

• W przypadku hamulców bębnowych:

- stan bębnów hamulcowych i okładzin ciernych szczęk, to jest stopień i charakter zużycia tych elementów, rodzaj zanieczyszczenia (płynem hamulcowym, smarem), zamocowanie szczęk, stan sprężyny odciągającej;

- stan rozpieraczy hamulcowych.

• W przypadku hamulców tarczowych:

- stan klocków hamulcowych i tarczy hamulcowej, to jest stopień i charakter zużycia tych elementów, rodzaj zanieczyszczenia, wartość bicia osiowego tarczy hamulcowej;

- stan zacisków hamulcowych i łatwość ruchu tłoczków w cylinderkach.

• W przypadku mechanizmu sterowania pompą hamulcową: wielkość luzów w węzłach kinematycznych, na przykład luz w zamocowaniu pedału hamulca.

Lokalizacja uszkodzeń układu hamulcowego wymaga częściowego demontażu tych mechanizmów hamulcowych, w których stwierdzono zmniejszoną skuteczność działania (np. zdjęcia koła jezdnego i bębna hamulcowego lub wyjęcia klocków hamulcowych z zacisku).

Parametry diagnostyczne i kryteria oceny stanu układu hamulcowego 

Parametry diagnostyczne określające stan techniczny układu hamulcowego sterowanego hydraulicznie można podzielić na:

• parametry charakteryzujące mechanizm uruchamiający hamulce,
• parametry określające stan techniczny mechanizmów hamulcowych,
• parametry charakteryzujące skuteczność działania hamulców.

Parametry dotyczące mechanizmu uruchamiającego hamulce

Do tej grupy parametrów diagnostycznych zalicza się:

• jałowy skok pedału hamulca,
• jałowy skok dźwigni hamulca awaryjnego,
• temperaturę wrzenia i zawartość wody w płynie hamulcowym.

Jałowy skok pedału hamulca nie powinien przekraczać 20% całkowitego skoku i w przypadku układów hamulcowych sterowanych hydraulicznie wynosi 6÷25 mm.

Jałowy skok dźwigni hamulca awaryjnego uruchamianego ręcznie nie powinien przekraczać 1/3 skoku całkowitego.

Należy stosować płyn hamulcowy o parametrach określonych przez producenta pojazdu. Do tradycyjnych układów hamulcowych przeznaczone są płyny hamulcowe klas DOT 3, DOT 4 czy DOT 5.1. Układy hamulcowe z systemem stabilizacji toru jazdy ESP wymagają płynu o niskiej lepkości w ujemnych temperaturach, na przykład DOT 4-ESP. Stosowanie tradycyjnego płynu DOT 4 w układach hamulcowych wyposażonych w system ESP jest niedopuszczalne i grozi nieprawidłowym funkcjonowaniem całego układu hamulcowego. 

Przydatność płynu hamulcowego do dalszej eksploatacji w samochodzie określa się na podstawie zmierzonej temperatury wrzenia płynu (rys.1) lub zawartości wody w płynie hamulcowym. Należy zdawać sobie sprawę z faktu, że zawilgocenie płynu w cylinderku jest zawsze wyższe niż w zbiorniku. Temperatura wrzenia jest lepszą miarą jakości płynu hamulcowego niż zawartość wody, ponieważ zależnie od składu chemicznego płynu ta sama zawartość wody powoduje spadek temperatury wrzenia o różne wartości (rys.2). Dlatego pomiar temperatury wrzenia płynu hamulcowego powinien być jedną z czynności wykonywanych w ramach kontroli wstępnej układu hamulcowego. Badanie temperatury wrzenia można przeprowadzić specjalnym testerem. Kryteria jakimi należy się kierować podczas oceny jakości płynu hamulcowego przedstawiono w tabeli 1.

Parametry określające stan techniczny mechanizmów hamulcowych

Do grupy parametrów określających stan techniczny mechanizmów hamulcowych należą:

• luz w mechanizmach hamulcowych,
• skok rezerwowy pedału hamulca.

Luz w mechanizmach hamulcowych można zmierzyć bezpośrednio szczelinomierzem (jeśli rozwiązanie konstrukcyjne umożliwia taki pomiar) lub ocenić pośrednio na podstawie wartości skoku rezerwowego pedału hamulca.

Luz między nakładkami hamulcowymi i bębnem hamulcowym powinien wynosić 0,2÷0,6 mm. Powodem nieprawidłowego luzu jest najczęściej zużycie się nakładek i bębnów hamulcowych lub niewłaściwie wykonana regulacja. Może to być przyczyną małej skuteczności hamowania, przegrzewania się bębnów, blokowania kół.

Wartość skoku rezerwowego pedału hamulca w dobrze wyregulowanym układzie hamulcowym powinna wynosić 30÷50% całkowitego skoku pedału.

Zgodnie z wymaganiami przepisów powinna istnieć możliwość łatwego sprawdzenia stanu zużycia okładzin hamulcowych, na przykład przez zastosowanie wzierników w osłonach mechanizmów hamulcowych. Bardziej zaawansowane technicznie rozwiązania konstrukcyjne układów hamulcowych wyposażono w czujniki do pomiaru zużycia elementów ciernych w mechanizmach hamulcowych.

Parametry oceny skuteczności działania hamulców

Do oceny skuteczności działania hamulców podczas badań eksploatacyjnych (na stacjach kontroli pojazdów) przyjęto następujące parametry:

• całkowita (sumaryczna) siła hamowania i obliczony na tej podstawie wskaźnik skuteczności hamowania,
• maksymalne opóźnienie hamowania,
• wzniesienie, na którym pojazd powinien być utrzymany nieruchomo.

Podczas badań eksploatacyjnych skuteczność hamowania dla hamulców roboczego i awaryjnego określa się wskaźnikiem z, który jest stosunkiem całkowitej siły hamowania do siły wynikającej z dopuszczalnej masy całkowitej pojazdu lub stosunkiem opóźnienia hamowania (uzyskanego w czasie badań drogowych) do przyspieszenia ziemskiego. Wskaźnik skuteczności hamowania może być także odnoszony do pojedynczej osi jezdnej pojazdu.

Rozporządzenie 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 całkowitej siły hamowania wg wzoru:

[img_full]https://warsztat.pl/uploads/files/80/56/37/85018022f2594f88c9ddbb93c6cfbe63bfc750be.jpg 15635

left[/img_full]

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. 

Jeżeli zmierzona całkowita siła hamowania hamulca roboczego lub obliczony na tej podstawie wskaźnik skuteczności hamowania nie osiąga wymaganej wartości, należy ustalić obliczeniową maksymalną wartość siły hamowania (lub obliczeniowy wskaźnik skuteczności hamowania), mnożąc zmierzone siły hamowania poszczególnych kół przez stosunek maksymalnego dopuszczalnego nacisku na pedał (dźwignię) hamulca do nacisku wywieranego w czasie pomiaru według wzoru:

[img_full]https://warsztat.pl/uploads/files/80/56/37/85018022f2594f88c9ddbb93c6cfbe63bfc750be.jpg 15636

left[/img_full]

gdzie:

P – siła ciężkości od dopuszczalnej masy całkowitej badanego pojazdu [kN]; przyjmując do obliczeń 1kN = siła ciężkości 100 kg masy,
z – obliczeniowy wskaźnik skuteczności hamowania [%],
T – obliczeniowa siła hamowania hamulca roboczego [kN],
T – siła hamowania uzyskana ze wszystkich kół danej osi [kN], 
i – kolejna badana oś pojazdu,
Pz – zmierzony nacisk na pedał (dźwignię) hamulca roboczego [daN], 
Pd – dopuszczalny nacisk na pedał (dźwignię) hamulca roboczego dla danego rodzaju pojazdu [daN].

Obliczona skuteczność hamowania hamulców roboczych i hamulców awaryjnych porównywana jest do wartości minimalnej wymaganej dla danego typu pojazdu i daty jego pierwszej rejestracji (przedstawione obliczenia są realizowane przez programy komputerowe jednostek sterujących urządzeń kontrolnych). Tak określona skuteczność hamowania daje możliwość zastąpienia badań drogowych pomiarami sił hamowania na rolkowych lub płytowych urządzeniach diagnostycznych.

Wymagana skuteczność hamowania powinna być osiągnięta dla siły nacisku na pedał hamulca nie większej niż 500 N (samochody osobowe) lub 700 N (samochody ciężarowe). Szczegółowe wymagania odnośnie nacisku na pedał (dźwignię) hamulca zawarte są w rozporządzeniu ministra infrastruktury w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów.

Natomiast załącznik nr 7 do rozporządzenie ministra infrastruktury o warunkach technicznych pojazdów określa minimalne wartości wskaźników skuteczności hamowania dla hamulca roboczego i awaryjnego, dla poszczególnych rodzajów pojazdów w zależności od daty ich pierwszej rejestracji – tabela 2.

Dla hamulca roboczego wymaga się dodatkowo, aby siły hamowania kół jednej strony nie różniły się więcej niż o 30% od sił hamowania kół drugiej strony, przyjmując większą wartość jako odniesienie (współczynnik rozdziału sił hamowania na strony b).

W przypadku hamulca postojowego skuteczność hamowania określa się wielkością pochyłości w, na jakiej hamulec powinien utrzymać pojazd. Hamulec postojowy powinien zapewnić unieruchomienie całkowicie obciążonego pojazdu na wzniesieniu i spadku o pochyleniu co najmniej 16%, a całkowicie obciążonego zespołu pojazdów – co najmniej 8%. Dla hamulca postojowego w stanie zdatności musi znajdować się także urządzenie blokujące dźwignię hamulca.

Badanie skuteczności hamulców przez pomiar wartości sił hamowania wykonywane jest w warunkach stacjonarnych (badania stanowiskowe). Pomiaru skuteczności i równomierności działania hamulców podczas eksploatacji (na stacjach kontroli pojazdów) dokonuje się zgodnie z instrukcją zamieszczoną 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. Instrukcja nakazuje obliczyć wskaźnik skuteczności hamowania z na podstawie zmierzonej całkowitej siły hamowania odniesionej do siły ciężkości od dopuszczalnej masy całkowitej badanego pojazdu oraz współczynnik rozdziału siły hamowania na strony b. 

Oprócz tego, zaleca się określenie współczynnika rozdziału sił hamowania na osie pojazdu m (jego wartość zależy od konstrukcji pojazdu) oraz współczynnika stabilności siły hamowania s danego koła (stosunku maksymalnej i minimalnej wartości siły hamowania w trakcie jednego obrotu koła). Różna od jedności wartość współczynnika stabilności może między innymi świadczyć o owalizacji bębnów hamulcowych, zmianach grubości tarczy hamulcowej na jej obwodzie.

Stan techniczny układu hamulcowego ocenia się na podstawie uzyskanych podczas badań stanowiskowych parametrów diagnostycznych w sposób przedstawiony niżej:

• ocena skuteczności działania hamulców roboczego i awaryjnego jest pozytywna, jeżeli uzyskany wskaźnik skuteczności hamowania z jest nie mniejszy niż określony w przepisach (patrz tabela 2);
• współczynnik rozdziału sił hamowania na strony b (dla hamulca roboczego) nie może być większy niż 30% (ocena równomierności działania hamulca);
• stabilność siły hamowania każdego z kół uznaje się za zadowalającą, jeżeli wskaźnik s ≤ 1,2 dla każdej siły nacisku na pedał (wartość wskaźnika stabilności dla małych nacisków na pedał hamulca zawiera informacje o nierównomiernym zużyciu tarczy hamulcowej, okładzin ciernych, owalizacji bębna itp., a dla większych nacisków dodatkowo o zmniejszonej sztywności bębna, szczęk);
• rozdział sił hamowania między osiami pojazdu powinien być zgodny z założeniami konstrukcyjnymi, wynikającymi z wymagania optymalnego wykorzystania przyczepności opon w przeciętnych warunkach eksploatacji pojazdu (wartość współczynnika m dla samochodów osobowych wynosi 1÷1,5, a dla samochodów ciężarowych 0,8÷1,2).

Jednoczesne spełnienie dwóch pierwszych wymagań (dotyczących skuteczności i równomierności działania) jest warunkiem koniecznym uznania hamulca roboczego za zdatny. Pozostałe parametry mają znaczenie pomocnicze i wykorzystywane są przede wszystkim do lokalizacji niedomagań układu hamulcowego. 

Nowoczesne urządzenia rolkowe i płytowe do pomiaru sił hamowania, wyposażone w wagę i zbudowane z zastosowaniem techniki mikroprocesorowej, mają oprogramowanie umożliwiające obliczenie wymaganych parametrów diagnostycznych układu hamulcowego oraz przedstawienie ich na ekranie monitora (rys. 3, rys. 4) i w formie wydruku (rys. 5). Zwalnia to diagnostę z konieczności wykonywania czasochłonnych obliczeń, a jego rola sprowadza się do interpretacji otrzymanych wyników pomiarów i obliczeń.

Opóźnienie hamowania bada się podczas próby drogowej. Przy czym zmierzoną wartość opóźnienia odnosi się do opóźnienia minimalnego, wyznaczonego na podstawie wartości granicznej wskaźnika skuteczności hamowania. Skuteczność hamowania jest prawidłowa, jeżeli zmierzone opóźnienie hamowania jest nie mniejsze od wymaganego. Wartość wymaganą opóźnienia oblicza się na podstawie wskaźnika skuteczności hamowania, po podzieleniu go przez 10 (patrz tabela 2). Na przykład wskaźnik 50 oznacza, że wymagane opóźnienie hamowania wynosi minimum 5,0 m/s2. Podczas pomiaru opóźnienia, tj. w czasie hamowania pojazdu na drodze od prędkości początkowej około 30 km/h (przy nie- korygowanym kierownicą kierunku jazdy), ocenia się również stateczność ruchu hamowanego pojazdu. Odchylenie od prostoliniowego kierunku jazdy nie powinno przekraczać 0,5 m.

dr inż. Kazimierz Sitek