– hamulce tarczowe w samochodach osobowych. Kontynuujemy cykl artykułów traktujących o okładzinach ciernych. Tekst powstał na podstawie materiałów udostępnionych przez największego na świecie producenta komponentów układu hamulcowego, grupę TMD Friction – właściciela marki Textar.
Układ hamulcowy jest podzielony na trzy grupy, które muszą spełniać poniżej wymienione warunki.
1. Układ hamulców roboczych.
Roboczy układ hamulcowy jest głównym układem hamulcowym i po wciśnięciu pedału hamulca działa jednocześnie na wszystkie cztery koła. Układ ten musi być w stanie zahamować pojazd we wszystkich warunkach eksploatacji.
2. Układ hamulców postojowych.
Jego zadaniem jest np. utrzymywanie pojazdu na stałe w stanie zatrzymania.
3. Układ hamulców pomocniczych.
Przy całkowitej lub częściowej awarii hamulca roboczego układ hamulców pomocniczych musi być w stanie zatrzymać pojazd z określonym opóźnieniem.
Obowiązujące przepisy dotyczą zawsze całego układu hamulcowego. Tak więc poszczególne elementy układu hamulcowego muszą spełnić odpowiednie warunki we wzajemnej współpracy. Warunkiem jest to, aby nawet przy dużych obciążeniach termicznych nie wystąpiły problemy z wytrzymałością hamulców kół lub awaria układu hamulcowego wskutek zbyt wysokiej temperatury płynu hamulcowego. Obciążenie hamulca kół przy wielokrotnym zatrzymaniu z dużej prędkości i długich zjazdach w dół jest niezwykle duże. Temperatura tarcz hamulcowych może wtedy przekroczyć 750°C. Nie można jednak zbytnio ograniczać skuteczności i komfortu hamowania. Przytoczone wyżej przepisy, ekstremalne warunki eksploatacji i warunki atmosferyczne (wilgoć, zabrudzenia i sól), a także zjawiska starzenia się materiałów wymagają starannej konserwacji i serwisowania układu hamulcowego.
Zasada działania hydraulicznego hamulca tarczowego
Jak powszechnie wiadomo, „hydrauliczne przenoszenie” siły przynosi najlepsze efekty zarówno pod względem czasu reakcji, czasu progowego, równomierności przenoszenia siły przy czułości reakcji. Jednoczesne hamowanie wszystkich kół (które mają hamulce) jest możliwe na podstawie prawa Pascala: „Ciśnienie wywierane na zamkniętą ciecz rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach”.
Ciśnienie hydrauliczne jest wytwarzane w głównym cylindrze hamulcowym po naciśnięciu pedału hamulca (w układzie zamkniętym) i działa na cylinder przy kole lub tłok zaciskacza hamulcowego. Ciśnienie działające na tłok zaciskacza hamulca wytwarza siłę zamykającą, która powoduje, że okładziny hamulcowe są jednocześnie zaciskane na obracającej się tarczy hamulca.
Tradycyjny układ hamulcowy
W przypadku tradycyjnego układu hamulcowego hamowanie jest rozpoczynane wyłącznie pod działaniem nacisku na pedał hamulca. Ta siła docisku jest zamieniana na ciśnienie hydrauliczne w cylindrze hamulcowym.
Płyn hamulcowy służy jako czynnik do przenoszenia siły między głównym cylindrem hamulcowym a hamulcami kół.
Elektroniczny układ hamulcowy
System przeciwko blokowaniu kół (ABS) – pierwszy elektroniczny układ hamulcowy został po raz pierwszy wprowadzony pod koniec lat siedemdziesiątych. Zadanie systemu ABS polega na zapobieganiu blokowania się kół przy pełnym hamowaniu w celu zapewnienia sterowalności pojazdu. Tak jak w tradycyjnych układach hamulcowych w systemie ABS występuje mechaniczne/hydrauliczne połączenie między pedałem hamulca a hamulcami przy kołach. W systemie ABS występuje tylko dodatkowy agregat, a zawory elektromagnetyczne są sterowane elektronicznie. Zawory te mają za zadanie selektywnie ograniczać ciśnienie hamowania przy zbyt dużym poślizgu opon celem uniknięcia zablokowania kół. System ABS był i jest nadal udoskonalany i stał się standardowym wyposażeniem prawie wszystkich pojazdów.
Hamulec elektrohydrauliczny SBC
SBC (Sensotronic Brake Control) stanowi nową generację układów hamulcowych.
System SBC rejestruje elektronicznie przemieszczenie pedału i analizuje je za pomocą urządzenia sterującego. Od tego pochodzi termin „brake by wire”. Agregat hydrauliczny steruje za pomocą zaworów elektromagnetycznych ciśnieniem hamowania każdego hamulca przy kołach w zależności od sytuacji na drodze. Cieczą przenoszącą energię hydrauliczną jest płyn hamulcowy.
W przeciwieństwie do tradycyjnych układów hamulcowych z ABS mechaniczne/hydrauliczne połączenie między pedałem hamulca a hamulcem przy kole występuje tylko w razie awarii elektroniki. Wymagane są wtedy znacznie większe siły działające na pedał.
Hamulec elektromechaniczny EMB
W przyszłości będzie jeszcze jeden układ hamulcowy – EMB (hamulec elektromechaniczny) nie działa na zasadzie hydraulicznej, tylko elektromechanicznej bez płynu hamulcowego. Serwomotory dużej mocy są odpowiedzialne za zaciskanie hamulców kół i zapewniają ich hamowanie. W tym systemie połączenie między pedałem hamulca a hamulcami kół jest zawsze elektryczne.
Elektroniczne systemy poprawy dynamiki jazdy z ingerencją w układ hamulcowy
Dalszy rozwój systemu ABS doprowadził do powstania systemu ASR (regulacja poślizgu napędowego). Zapobiega on ślizganiu się kół podczas przyspieszania (nawet na różnych rodzajach jezdni) między hamulcami kół z lewej i prawej strony. Dzięki temu następuje poprawa dynamiki jazdy. ASR nie jest to układ hamulcowy w ścisłym znaczeniu tego słowa. Może on jednak ingerować w układ hamulcowy, gdy koło zaczyna się ślizgać. Kolejnym systemem poprawy dynamiki jazdy jest ESP (elektroniczny program stabilizacji), który w granicach fizycznych zapobiega poślizgom pojazdu. Również ten system ingeruje w hamulce, aby ustabilizować pojazd.
Elektroniczne systemy dodatkowe z ingerencją w układ hamulcowy
Postępujący stale rozwój elektronicznego przetwarzania danych umożliwia nowe funkcje, które mogą być zintegrowane z istniejącymi elektronicznymi systemami hamowania i poprawy dynamiki jazdy. Poniżej wymieniono niektóre z nich.
- Jeżeli całkowite hamowanie rozpoczyna się zbyt wolno lub nacisk na pedał jest za słaby, w hamowaniu pomaga asystent hamowania i następuje zwiększenie ciśnienia.
- Innym wspomaganiem elektronicznym jest elektroniczny rozdział siły hamowania (EBV). Sterowana jest siła hamowania osi tylnej w celu zapewnienia optymalnego rozkładu siły między osią przednią a tylną.
- Dodatkowo może być stosowany system sterowania Hill Descent Control (HDC). Umożliwia on hamowanie pojazdu na odcinkach o ekstremalnym spadku.
- Hill Hold. Funkcja ta uniemożliwia zjechanie pojazdu zatrzymanego na górze. Hamulec jest automatycznie zaciskany i zwalniany dopiero po naciśnięciu pedału gazu.
- Również jazda w korku i hamowanie przy suchych tarczach podczas jazdy w deszczu jest przy dłuższym nieużywaniu hamulca sterowane elektronicznie, zapewniając skrócenie drogi zatrzymania w normalnym trybie.
O działaniu hamującym decyduje więc docisk okładzin. Docisk okładzin rośnie z kolei w zależności od siły nacisku nogi na pedał hamulca i wytwarzanego w ten sposób ciśnienia hydraulicznego. W hamulcu tarczowym przesuwny tłok jest uszczelniony w stosunku do obudowy zaciskacza hamulcowego (część z płynem) przez tzw. pierścień uszczelniający (rys. 1). Pierścień ten, który obejmuje pod naprężeniem montażowym tłok zaciskacza hamulca, służy jednocześnie do cofania tłoka po spadku ciśnienia („rollback”), a przy zużyciu okładzin – do samoczynnej regulacji zbyt dużego skoku luzowania hamulca. Dzięki sile cofającej wywieranej przez pierścień uszczelniający tłok jest cofany po spadku ciśnienia. Aby podczas jazdy bez hamowania zapobiec powiększeniu skoku luzowania wskutek spaczenia tarczy, niedopuszczalnie dużemu biciu tarcz oraz silnym wibracjom, możliwe jest niewielkie przesunięcie tłoka w kierunku obudowy zaciskacza. Dzięki zjawisku „knockback” tłok jest jednak zawsze cofany do pozycji wyjściowej (rys. 2). Przy powiększającym się skoku luzowania (wskutek zużycia) tłok musi wykonać dłuższą drogę (niż przy nowych okładzinach). Tłok ślizga się przez pierścień uszczelniający, ponieważ jego siła cofająca spadła poniżej siły tarcia. Regulacja odbywa się więc płynnie i jest dostosowana do aktualnego zużycia. Aby zapobiec zanieczyszczeniu powierzchni tłoka i cylindra przez wpływy z zewnątrz (kurz uliczny, ścier z okładzin, woda itd.), dodatkowo montowana jest osłona (zwana też uszczelką przeciwpyłową). Należy ciągle zwracać uwagę na to, aby była ona zawsze sprawna i prawidłowo zamontowana. Do każdego zaciskacza hamulcowego potrzebne są dwie okładziny do hamulca tarczowego, a więc na jedną oś potrzeba ich cztery.
Typy i zasada działania zaciskaczy hamulcowych
W przemyśle samochodów osobowych preferowane są trzy typy zaciskaczy hamulcowych do układów z zastosowaniem hamulców tarczowych:
- hamulec z zaciskaczem stałym,
- hamulec z zaciskaczem przesuwnym,
- hamulec z zaciskaczem zamkniętym.
Te trzy warianty zaciskaczy (szerzej opiszemy je w kolejnej części cyklu – dop. red.) są używane również czasami jako zaciski hamulcowe „kombi”. „Kombi”, czyli zaciskacze wykorzystywane są zarówno do normalnego hamulca roboczego (o działaniu hydraulicznym), jak i jako hamulec postojowy lub pomocniczy (o działaniu mechanicznym). Dzięki temu wyeliminowane są dodatkowe duże i ciężkie elementy (np. mały hamulec bębnowy, kubkowego hamulca ręcznego) do pojazdów z hamulcami tarczowymi przy czterech kołach. Przy wymianie okładzin i tarcz hamulcowych łączonych zaciskaczy należy postępować zgodnie z instrukcją montażu znajdującą się w podręcznikach warsztatowych. Trzeba przestrzegać zaleceń instrukcji cofania tłoka i regulacji skoku luzowania!
Mechaniczne zaciskanie hamulca ręcznego działa na tłok zaciskacza hamulcowego, który zaciska okładziny hamulcowe na tarczy.
Na podstawie materiałów Textar
Wymagania stawiane układom hamulcowym
Z uwagi na różne obciążenia występujące w praktyce układy hamulcowe poszczególnych klas pojazdów są zaprojektowane w różny sposób. Mimo takiej samej funkcji takie same elementy mogą mieć inne wymiary i zupełnie inny wygląd. Elementy konstrukcyjne hamulców są elementami bezpieczeństwa – tak samo jak układ kierowniczy i opony. Wszystkim elementom zarówno ustawodawcy, jak i producenci stawiają szczególnie wysokie wymagania. Wszystkie pojazdy muszą być wyposażone w dwuobwodowe układy hamulcowe, tzn. układ hamulcowy musi składać się z dwóch niezależnych od siebie obwodów, z których jeden może działać również wtedy, gdy przestanie działać drugi (np. obwód 1 – oś przednia, obwód 2 – oś tylna).
Układ hamulcowy jest podzielony na trzy grupy, które muszą spełniać poniżej wymienione warunki.
1. Układ hamulców roboczych.
Roboczy układ hamulcowy jest głównym układem hamulcowym i po wciśnięciu pedału hamulca działa jednocześnie na wszystkie cztery koła. Układ ten musi być w stanie zahamować pojazd we wszystkich warunkach eksploatacji.
2. Układ hamulców postojowych.
Jego zadaniem jest np. utrzymywanie pojazdu na stałe w stanie zatrzymania.
3. Układ hamulców pomocniczych.
Przy całkowitej lub częściowej awarii hamulca roboczego układ hamulców pomocniczych musi być w stanie zatrzymać pojazd z określonym opóźnieniem.
Obowiązujące przepisy dotyczą zawsze całego układu hamulcowego. Tak więc poszczególne elementy układu hamulcowego muszą spełnić odpowiednie warunki we wzajemnej współpracy. Warunkiem jest to, aby nawet przy dużych obciążeniach termicznych nie wystąpiły problemy z wytrzymałością hamulców kół lub awaria układu hamulcowego wskutek zbyt wysokiej temperatury płynu hamulcowego. Obciążenie hamulca kół przy wielokrotnym zatrzymaniu z dużej prędkości i długich zjazdach w dół jest niezwykle duże. Temperatura tarcz hamulcowych może wtedy przekroczyć 750°C. Nie można jednak zbytnio ograniczać skuteczności i komfortu hamowania. Przytoczone wyżej przepisy, ekstremalne warunki eksploatacji i warunki atmosferyczne (wilgoć, zabrudzenia i sól), a także zjawiska starzenia się materiałów wymagają starannej konserwacji i serwisowania układu hamulcowego.
Zasada działania hydraulicznego hamulca tarczowego
Jak powszechnie wiadomo, „hydrauliczne przenoszenie” siły przynosi najlepsze efekty zarówno pod względem czasu reakcji, czasu progowego, równomierności przenoszenia siły przy czułości reakcji. Jednoczesne hamowanie wszystkich kół (które mają hamulce) jest możliwe na podstawie prawa Pascala: „Ciśnienie wywierane na zamkniętą ciecz rozchodzi się równomiernie we wszystkich kierunkach”.
Ciśnienie hydrauliczne jest wytwarzane w głównym cylindrze hamulcowym po naciśnięciu pedału hamulca (w układzie zamkniętym) i działa na cylinder przy kole lub tłok zaciskacza hamulcowego. Ciśnienie działające na tłok zaciskacza hamulca wytwarza siłę zamykającą, która powoduje, że okładziny hamulcowe są jednocześnie zaciskane na obracającej się tarczy hamulca.
Tradycyjny układ hamulcowy
W przypadku tradycyjnego układu hamulcowego hamowanie jest rozpoczynane wyłącznie pod działaniem nacisku na pedał hamulca. Ta siła docisku jest zamieniana na ciśnienie hydrauliczne w cylindrze hamulcowym.
Płyn hamulcowy służy jako czynnik do przenoszenia siły między głównym cylindrem hamulcowym a hamulcami kół.
Elektroniczny układ hamulcowy
System przeciwko blokowaniu kół (ABS) – pierwszy elektroniczny układ hamulcowy został po raz pierwszy wprowadzony pod koniec lat siedemdziesiątych. Zadanie systemu ABS polega na zapobieganiu blokowania się kół przy pełnym hamowaniu w celu zapewnienia sterowalności pojazdu. Tak jak w tradycyjnych układach hamulcowych w systemie ABS występuje mechaniczne/hydrauliczne połączenie między pedałem hamulca a hamulcami przy kołach. W systemie ABS występuje tylko dodatkowy agregat, a zawory elektromagnetyczne są sterowane elektronicznie. Zawory te mają za zadanie selektywnie ograniczać ciśnienie hamowania przy zbyt dużym poślizgu opon celem uniknięcia zablokowania kół. System ABS był i jest nadal udoskonalany i stał się standardowym wyposażeniem prawie wszystkich pojazdów.
Hamulec elektrohydrauliczny SBC
SBC (Sensotronic Brake Control) stanowi nową generację układów hamulcowych.
System SBC rejestruje elektronicznie przemieszczenie pedału i analizuje je za pomocą urządzenia sterującego. Od tego pochodzi termin „brake by wire”. Agregat hydrauliczny steruje za pomocą zaworów elektromagnetycznych ciśnieniem hamowania każdego hamulca przy kołach w zależności od sytuacji na drodze. Cieczą przenoszącą energię hydrauliczną jest płyn hamulcowy.
W przeciwieństwie do tradycyjnych układów hamulcowych z ABS mechaniczne/hydrauliczne połączenie między pedałem hamulca a hamulcem przy kole występuje tylko w razie awarii elektroniki. Wymagane są wtedy znacznie większe siły działające na pedał.
Hamulec elektromechaniczny EMB
W przyszłości będzie jeszcze jeden układ hamulcowy – EMB (hamulec elektromechaniczny) nie działa na zasadzie hydraulicznej, tylko elektromechanicznej bez płynu hamulcowego. Serwomotory dużej mocy są odpowiedzialne za zaciskanie hamulców kół i zapewniają ich hamowanie. W tym systemie połączenie między pedałem hamulca a hamulcami kół jest zawsze elektryczne.
Elektroniczne systemy poprawy dynamiki jazdy z ingerencją w układ hamulcowy
Dalszy rozwój systemu ABS doprowadził do powstania systemu ASR (regulacja poślizgu napędowego). Zapobiega on ślizganiu się kół podczas przyspieszania (nawet na różnych rodzajach jezdni) między hamulcami kół z lewej i prawej strony. Dzięki temu następuje poprawa dynamiki jazdy. ASR nie jest to układ hamulcowy w ścisłym znaczeniu tego słowa. Może on jednak ingerować w układ hamulcowy, gdy koło zaczyna się ślizgać. Kolejnym systemem poprawy dynamiki jazdy jest ESP (elektroniczny program stabilizacji), który w granicach fizycznych zapobiega poślizgom pojazdu. Również ten system ingeruje w hamulce, aby ustabilizować pojazd.
Elektroniczne systemy dodatkowe z ingerencją w układ hamulcowy
Postępujący stale rozwój elektronicznego przetwarzania danych umożliwia nowe funkcje, które mogą być zintegrowane z istniejącymi elektronicznymi systemami hamowania i poprawy dynamiki jazdy. Poniżej wymieniono niektóre z nich.
- Jeżeli całkowite hamowanie rozpoczyna się zbyt wolno lub nacisk na pedał jest za słaby, w hamowaniu pomaga asystent hamowania i następuje zwiększenie ciśnienia.
- Innym wspomaganiem elektronicznym jest elektroniczny rozdział siły hamowania (EBV). Sterowana jest siła hamowania osi tylnej w celu zapewnienia optymalnego rozkładu siły między osią przednią a tylną.
- Dodatkowo może być stosowany system sterowania Hill Descent Control (HDC). Umożliwia on hamowanie pojazdu na odcinkach o ekstremalnym spadku.
- Hill Hold. Funkcja ta uniemożliwia zjechanie pojazdu zatrzymanego na górze. Hamulec jest automatycznie zaciskany i zwalniany dopiero po naciśnięciu pedału gazu.
- Również jazda w korku i hamowanie przy suchych tarczach podczas jazdy w deszczu jest przy dłuższym nieużywaniu hamulca sterowane elektronicznie, zapewniając skrócenie drogi zatrzymania w normalnym trybie.
O działaniu hamującym decyduje więc docisk okładzin. Docisk okładzin rośnie z kolei w zależności od siły nacisku nogi na pedał hamulca i wytwarzanego w ten sposób ciśnienia hydraulicznego. W hamulcu tarczowym przesuwny tłok jest uszczelniony w stosunku do obudowy zaciskacza hamulcowego (część z płynem) przez tzw. pierścień uszczelniający (rys. 1). Pierścień ten, który obejmuje pod naprężeniem montażowym tłok zaciskacza hamulca, służy jednocześnie do cofania tłoka po spadku ciśnienia („rollback”), a przy zużyciu okładzin – do samoczynnej regulacji zbyt dużego skoku luzowania hamulca. Dzięki sile cofającej wywieranej przez pierścień uszczelniający tłok jest cofany po spadku ciśnienia. Aby podczas jazdy bez hamowania zapobiec powiększeniu skoku luzowania wskutek spaczenia tarczy, niedopuszczalnie dużemu biciu tarcz oraz silnym wibracjom, możliwe jest niewielkie przesunięcie tłoka w kierunku obudowy zaciskacza. Dzięki zjawisku „knockback” tłok jest jednak zawsze cofany do pozycji wyjściowej (rys. 2). Przy powiększającym się skoku luzowania (wskutek zużycia) tłok musi wykonać dłuższą drogę (niż przy nowych okładzinach). Tłok ślizga się przez pierścień uszczelniający, ponieważ jego siła cofająca spadła poniżej siły tarcia. Regulacja odbywa się więc płynnie i jest dostosowana do aktualnego zużycia. Aby zapobiec zanieczyszczeniu powierzchni tłoka i cylindra przez wpływy z zewnątrz (kurz uliczny, ścier z okładzin, woda itd.), dodatkowo montowana jest osłona (zwana też uszczelką przeciwpyłową). Należy ciągle zwracać uwagę na to, aby była ona zawsze sprawna i prawidłowo zamontowana. Do każdego zaciskacza hamulcowego potrzebne są dwie okładziny do hamulca tarczowego, a więc na jedną oś potrzeba ich cztery.
Typy i zasada działania zaciskaczy hamulcowych
W przemyśle samochodów osobowych preferowane są trzy typy zaciskaczy hamulcowych do układów z zastosowaniem hamulców tarczowych:
- hamulec z zaciskaczem stałym,
- hamulec z zaciskaczem przesuwnym,
- hamulec z zaciskaczem zamkniętym.
Te trzy warianty zaciskaczy (szerzej opiszemy je w kolejnej części cyklu – dop. red.) są używane również czasami jako zaciski hamulcowe „kombi”. „Kombi”, czyli zaciskacze wykorzystywane są zarówno do normalnego hamulca roboczego (o działaniu hydraulicznym), jak i jako hamulec postojowy lub pomocniczy (o działaniu mechanicznym). Dzięki temu wyeliminowane są dodatkowe duże i ciężkie elementy (np. mały hamulec bębnowy, kubkowego hamulca ręcznego) do pojazdów z hamulcami tarczowymi przy czterech kołach. Przy wymianie okładzin i tarcz hamulcowych łączonych zaciskaczy należy postępować zgodnie z instrukcją montażu znajdującą się w podręcznikach warsztatowych. Trzeba przestrzegać zaleceń instrukcji cofania tłoka i regulacji skoku luzowania!
Mechaniczne zaciskanie hamulca ręcznego działa na tłok zaciskacza hamulcowego, który zaciska okładziny hamulcowe na tarczy.
Na podstawie materiałów Textar
Komentarze (0)