Diagnostyka

pojazdów z napędem 4x4

Napęd więcej niż jednej osi staje się obecnie rozwiązaniem coraz częściej spotykanym. Dotyczy to zarówno samochodów osobowych, jak i ciężarowych.

Przyznać trzeba, że konstrukcje takie mają swoje niezaprzeczalne zalety. Pojazdy 4x4 są łatwiejsze w prowadzeniu na śliskich nawierzchniach, lepiej radzą sobie z pokonywaniem przeszkód terenowych, łatwiej pokonują znaczne wzniesienia – te właściwości zjednują im liczne rzesze zwolenników. To jednak zmusza do postawienia bardzo istotnego pytania – w jaki sposób badać hamulce takich samochodów? Czy napęd 4x4 wprowadza coś nowego do metodyki pomiaru? Niestety, w wielu przypadkach tak!
Jest oczywiste, że w przypadku rozłączalnego napędu 4x4 problem nie występuje. Po dezaktywacji napędu jednej z osi możliwe jest prowadzenie badania z wykorzystaniem dowolnego przyrządu do kontroli hamulców, bez jakichkolwiek modyfikacji. Tak komfortowa sytuacja nie jest jednak, niestety, powszechna. Co wtedy? Istnieje szereg rozwiązań technicznych dostosowanych do badania pojazdów ze stałym napędem obu (lub więcej) osi.

1. Płytowe urządzenia do kontroli hamulców
Mają one grono swoich zwolenników. Ich podstawową zaletą jest to, że badanie dobrze odzwierciedla rzeczywiste warunki drogowe (pojazd faktycznie hamuje na płytach urządzenia). Z tego powodu również badanie 4x4 nie jest problemem – mierzone są siły powstające pomiędzy kołem a nawierzchnią podczas procesu hamowania, niezależnie od rodzaju napędu. Do wad takich urządzeń zaliczyć trzeba niski komfort pracy podczas badania (konieczność gwałtownego hamowania w dokładnie określonym momencie) oraz bardzo dynamiczny charakter pomiaru (krótki czas trwania) pozwalający wyłącznie na ocenę maksymalnych sił hamowania (brak możliwości analizy charakterystyki działania układu hamulcowego w całym zakresie sił). Kwestia czasu badania nie może być jednoznacznie określona – przy zastosowaniu czterech płyt trwa ono bardzo krótko, przy dwóch (rozwiązanie tańsze, a co za tym idzie bardziej powszechne) wymaga dwukrotnego najazdu na stanowisko. Duża dynamika pomiaru ogranicza również zakres stosowania – płyty z reguły używane są do badania pojazdów o dmc do 3,5 t. Podsumowując – urządzenia płytowe nie są z pewnością najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem, są jednak warsztaty i stacje kontroli pojazdów, które preferują taką właśnie metodę badania.

Rys. 1.

2. Opóźnieniomierz
Paradoksalnie – jest to z pewnością urządzenie najtańsze i najbardziej uniwersalne oraz jednocześnie najmniej praktyczne. Ten sam przyrząd może być stosowany do wszystkich rodzajów pojazdów (niezależnie od ich masy, ilości i rozstawu kół oraz osi, rodzaju zastosowanego napędu i innych parametrów), jedyną potrzebną modyfikacją może być konieczność zastosowania odpowiedniego adaptera mocującego i osprzętu. Dlaczego więc opóźnieniomierz nie wyparł innych rozwiązań? Przyczyny są oczywiste – poprawna realizacja badania wymaga rozwinięcia stosunkowo wysokiej prędkości (ok. 30 km/godz.) i gwałtownego hamowania. Oznacza to w praktyce, że pomiar wykonywany musi być poza pomieszczeniem diagnostycznym, na odcinku drogi, gdzie nie spowoduje to zagrożenia bezpieczeństwa ruchu. Nawet jeśli stacja lub warsztat dysponuje takim terenem, wiele problemów przysporzyć może kwestia stanu nawierzchni – musi być ona utwardzona (to jest osiągalne) oraz czysta i sucha (zależne od warunków atmosferycznych, niemożliwe do zagwarantowania). Dodatkowo ocena równomierności działania hamulców jest bardzo zgrubna i dokonywana w oparciu o odchylenie toru jazdy podczas hamowania bez korygowania kierownicą lub wręcz o subiektywne odczucia diagnosty, a wynik końcowy odnosi się do pojazdu jako całości (bez rozbicia na wyniki dla poszczególnych kół) Opóźnieniomierz znajduje się na liście obowiązkowego wyposażenia stacji kontroli pojazdów (w uzupełnieniu do stanowiska płytowego lub rolkowego), jednak jest urządzeniem bardzo rzadko wykorzystywanym.

3. Rolkowe urządzenia do kontroli hamulców
Rozwiązanie najbardziej rozpowszechnione, wymagające jednak specjalnego dostosowania do badania pojazdów z napędem 4x4. Duża wygoda użytkowania (pojazd stoi na stanowisku), możliwość analizy pracy układu hamulcowego w całym zakresie sił oraz duża uniwersalność to ich niewątpliwe zalety. Wady to nieco gorsze odwzorowanie sytuacji drogowej (nawierzchnię zastępują obracające się walce, pojazd nie jest poddawany działaniu opóźnienia) oraz, wspomniane uprzednio, problemy z badaniem samochodów z napędem więcej niż jednej osi, wynikające z faktu, iż badana jest z reguły jedna oś, podczas gdy druga pozostaje nieruchoma. Napędzanie jednej osi może powodować przekazywanie prędkości obrotowej na drugą (zależnie od konstrukcji układu napędowego). Jak można rozwiązać ten problem?

Dodatkowe rolki wolnobieżne – jednym ze sposobów jest umieszczenie drugiej osi w zestawie swobodnie obracających się rolek. Rozwiązanie takie stosowano w przypadku badania pojazdów ze “sztywno” sprzężonym napędem dwóch osi, spotykanym np. w dawnych konstrukcjach wojskowych pojazdów ciężarowych (sprzężenie 2 osi tylnych). Niestety, wymaga to bardzo specyficznych stanowisk i jest wysoce niepraktyczne. Na szczęście, pojazdy takie nie były powszechnie stosowane.

Specjalne systemy sterowania obrotami rolek.
Pojazdy uczestniczące w normalnym ruchu drogowym muszą być wyposażone w mechanizmy kompensujące różnice prędkości obrotowych poszczególnych kół i osi. Każdy, kto zna podstawy konstrukcji samochodu, doskonale zdaje sobie sprawę z przyczyn, dla których pomiędzy kołami osi napędzanej stosowane są mechanizmy różnicowe (dla przypomnienia, schemat ideowy mechanizmu różnicowego pokazano na rysunku 1). Podobna sytuacja występuje również w przypadku sprzężonych osi pojazdów 4x4. Na rysunku 2 łatwo zobaczyć, iż podczas pokonywania zakrętu występują różnice drogi przebywanej przez koła osi przedniej i tylnej – to także wymaga odpowiedniej kompensacji. Jej brak prowadziłby do wymuszonego napędem poślizgu kół, a tym samym do braku stateczności pojazdu i bardzo szybkiego zużycia opon. Powszechnie spotyka się 2 rozwiązania (pomijając odłączany napęd 4x4 w wersji dostosowanej wyłącznie do stosowania podczas powolnej jazdy terenowej, gdzie poślizg kół nie jest tak dużym problemem): międzyosiowe mechanizmy różnicowe oraz sprzęgła wiskotyczne (obecnie bardzo popularne). W przypadku pojazdów wyposażonych w międzyosiowy mechanizm różnicowy, często stosuje się dodatkową blokadę tego mechanizmu, dla podniesienia zdolności terenowych. Jej brak prowadzi do przekazywania napędu na oś, która uległa poślizgowi, uniemożliwiając wykorzystanie przyczepności drugiej osi (podobna sytuacja jak w przypadku poślizgu koła po jednej stronie w “zwykłym” samochodzie). Blokada ta musi być jednak wyłączana dla jazdy szosowej. Jest to bardzo dogodna sytuacja, ponieważ taki pojazd może być badany na zwyczajnym urządzeniu rolkowym (przy wyłączonej blokadzie międzyosiowego mechanizmu różnicowego). Koła osi badanej są napędzane poprzez zestaw rolkowy, koła drugiej osi stoją nieruchomo na podłożu. Analizując przedstawiony na rysunku 3 plan prędkości, łatwo stwierdzić, że geometryczny środek satelity porusza się z prędkością liniową równą połowie prędkości liniowej koła zębatego napędzanego kołami badanej osi (na wybranym do rozważań promieniu). Skoro tak, przekazuje on napęd na koło talerzowe i dalej na wał napędowy, połączony ze skrzynią biegów. Jeśli jednak włączony jest bieg jałowy, nie stanowi to problemu! Gorzej, jeśli samochód posiada sprzęgło wiskotyczne lub inny system automatycznego załączania napędu drugiej osi w przypadku wykrycia poślizgu kół napędzanych. Wówczas konieczne staje się “oszukanie” mechanizmu różnicowego badanej osi poprzez napędzanie kół w przeciwnych kierunkach. Prowadzi to do sytuacji pokazanej na rysunku 4. Jeśli prędkości liniowe przeciwległych punktów obwodu satelity są równe co do wartości i kierunku, mają jednak przeciwny zwrot, jego środek pozostaje nieruchomy (satelita wiruje wokół własnej osi, nie ulegając przemieszczeniu), dzięki czemu nieruchomy pozostaje cały talerz oraz, dalej, wał napędowy, co uniemożliwia przekazywanie napędu na drugą oś. Pamiętać jednak należy, że skuteczność hamulca (szczególnie bębnowego) może być znacząco różna przy innym niż konstrukcyjnie założony kierunku obrotów. Dlatego też niemożliwe jest równoczesne dokonywanie badania lewej i prawej strony. Zawsze badany jest hamulec koła, które obraca się w kierunku “do przodu”; po zakończeniu zamienione zostają kierunki obrotu rolek i dopiero wtedy badać można drugie koło. Rozwiązanie pozornie bardzo proste i skuteczne, prowadzące jednak do kolejnego problemu – w jaki sposób zapewnić dokładną synchronizację prędkości obrotowych lewego i prawego koła? A może nie jest to konieczne? Przecież wszystkie współczesne rozwiązania układów napędowych dopuszczają niewielkie różnice prędkości poszczególnych osi (z uprzednio wyjaśnionych przyczyn)! Wątpliwości budzić może jednak dopuszczalna wartość tej różnicy. Na rynku dostępne są stanowiska rolkowe wyposażone w “uproszczony” system badania 4x4, który powoduje jedynie przełączenie kierunku obrotów lewej i prawej rolki. Rozwiązania takie są tanie i dość dobrze sprawdzają się w praktyce, jednak nie wszyscy producenci samochodów zezwalają na ich stosowanie, w obawie przed uszkodzeniem układu napędowego. Oczywiście błędy w dostosowaniu prędkości obrotowej samych rolek oraz różnice ciśnienia w oponach i wysokości bieżnika prowadzić mogą (i prowadzą) do wystąpienia niewielkich prędkości obrotowych wału napędowego, czy jednak mogą być one niebezpieczne – trudno powiedzieć; jest to prawdopodobnie przejaw ostrożności producentów samochodów, tym bardziej, że duża różnica wystąpić może dopiero podczas poślizgu jednego z kół, a to skutkuje niezwłocznym zatrzymaniem stanowiska. Niewątpliwie prowadzą one jednak do zauważalnych (lecz nie bardzo dużych) błędów w pomiarze. Z tej przyczyny producenci urządzeń rolkowych poszli o krok dalej, wprowadzając rozwiązania wyposażone w specjalne systemy regulacji prędkości obrotowych silników oraz układy pomiarowe, eliminujące wpływ czynników zakłócających pomiar, np. poprzez kontrolę prędkości kątowej (nie liniowej) kół. Niestety, koszty takich modyfikacji sięgają kilku lub nawet kilkunastu tysięcy euro, co znacząco ogranicza zakres ich stosowania.

Rys. 2.

Rys. 3.

Rys. 4.

Rys. 5.

Niezależnie od wersji systemu (uproszczony lub z regulacją), przy badaniach pojazdów 4x4 niezwykle ważne jest stosowanie miernika siły nacisku na pedał hamulca. Bez tego przyrządu niemożliwa jest miarodajna ocena równomierności działania układu hamulcowego. Jak wyjaśniono wcześniej, pomiar skuteczności lewego i prawego hamulca odbywa się oddzielnie (zmiana kierunków obrotu rolek), dlatego też nie można porównywać maksymalnych sił osiągniętych po obu stronach – mogą one bowiem wystąpić przy zupełnie różnych wartościach siły nacisku na pedał. Dla oceny równomierności konieczne jest porównanie sił hamowania przy tym samym (mniejszym) nacisku na pedał hamulca. Przykład pokazano na rysunku 5 – maksymalne siły hamowania po obu stronach są bardzo zbliżone – różnica względna wynosi niespełna 3 proc., jednak jeśli porównamy parametry w sposób miarodajny (przy nacisku na pedał hamulca wynoszącym 30 daN) – różnica wzrasta do ponad 21 proc. Oczywiście większość urządzeń dokonuje takiego porównania w sposób całkowicie automatyczny – ważne jest jednak, aby pamiętać o zastosowaniu miernika! Podsumowując – badanie hamulców pojazdów z napędem więcej niż jednej osi staje się z dnia na dzień coraz bardziej istotnym zagadnieniem. Zakłady, które chcą poważniej zainteresować się tym tematem, muszą starannie rozważyć szereg argumentów za i przeciw odnośnie każdego z prezentowanych rozwiązań. Decyzję, jak zwykle, podjąć trzeba samemu – warto jednak zgromadzić jak najwięcej informacji. Być może ten artykuł okaże się choć trochę pomocny.

Łukasz Dzierżawa