Budowa i rodzaje hamulców

Układ hamulcowy to wszystkie elementy i układy w pojeździe, których przeznaczeniem jest jego zatrzymanie. W samochodzie wyróżniamy dwa układy hamulcowe:

• podstawowy (roboczy) - aktywowany i obsługiwany prawą nogą, jest to zwykle układ hydrauliczny, jest to układ jedno- stabilny.

• dodatkowy (awaryjny; potocznie: ręczny) - aktywowany ręcznie lub lewą nogą, jest to zwykle układ cięgien i dźwigni, jest to układ wielostabilny.

Hamulec służy do zmniejszania prędkości pojazdu samochodowego lub do utrzymywania go w bezruchu . Prawidłowość i skuteczność działania hamulców decydują o sprawności oraz bezpieczeństwie ruchu drogowego. Prawie we wszystkich krajach znalazło to odzwierciedlenie w przepisach drogowych ,określających wymagania co do własności i skuteczności działania hamulców.
Ujmując ogólnie , zadaniem hamulców jest zmniejszenie prędkości jazdy aż do jej całkowitego wytracenia wówczas , gdy kierowca uzna za stosowne zatrzymać samochód.
Zależnie od sposobu pracy rozróżnia się następujące mechanizmy hamulcowe:

• chwilowego działania - przystosowany do działania przez krótki czas
  z dużą skutecznością i powodujący gwałtowne opóźnienie ruchu pojazdu , np. w niebezpiecznej sytuacji.

• ciągłego działania - ( tzw. zwalniacz ) - przystosowany do pracy przez dowolnie długi czas i powodujące umiarkowane opóźnienie ruchu pojazdu , np. podczas zjeżdżania po pochyłości.

• postojowy - przystosowany do utrzymania w bezruchu pojazdu na postoju przez nieograniczony czas , nawet na drodze o dużym pochyleniu.

Hamulce tarczowe

Budowa i zasada działania hamulca tarczowego.
Budowę przedstawia poniższy schemat :


Po naciśnięciu pedału hamulca pompa tłoczy płyn hamulcowy pod wysokim ciśnieniem. W wyniku tego tłok znajdujący się w zacisku zostaje wypchnięty co powoduje dociśnięcie klocków hamulcowych do tarczy, która obraca się razem z kołem. W wyniku tarcia występującego między tymi dwoma elementami samochód zwalnia aż w końcu staje w miejscu. Klocki hamulcowe wykonane są z materiału o bardzo wysokim współczynniku tarcia. W wyniku występowania tego zjawiska zostaje wytworzona bardzo duża ilość ciepła. Dlatego ważne jest aby hamulce były dobrze chłodzone powietrzem. W tym celu nowoczesne tarcze wykonywane są z bardzo skomplikowanych materiałów co powoduje lepsze odprowadzanie ciepła. Mogą być również wentylowane, nawiercane oraz frezowane , lecz takie tarcze są wykorzystywane w ekstremalnych warunkach np. w sportach samochodowych.
Tarczowe mechanizmy hamulcowe

Tarczowy mechanizm hamulcowy różni się w zasadzie od bębnowego tylko tym , że funkcję bębna spełnia sztywna tarcza .
Współpracujące ślizgowo z tarczą hamulca elementy cierne są dociskane równolegle ( a nie promieniowo , jak w mechanizmie bębnowym ) do osi obrotu koła lub wału . Tarczowy mechanizm hamulcowy może być wykonany jako :

mechanizm z tarczą wirującą : związana z kołem lub wałem
tarcza cierna obraca się i jest hamowana przez dociskanie
przesuwnych szczęk osadzonych w nieruchomej obudowie

* mechanizm z tarczą nieruchomą : związana z kołem lub wałem
obudowa obraca cię i jest hamowana dzięki dociskaniu
odpowiednich elementów ciernych do nieruchomej tarczy ciernej
lub w skutek rozsuwania członów tarczy ciernej

Hamulce bębnowe

Budowa i zasada działania hamulca bębnowego.


Hamulce bębnowe nie są tak skuteczne jak tarczowe. Działają w podobny sposób, płyn hamulcowy wpływając do cylindra przemieszcza tłoczki, które rozpychają szczęki. Szczęki zaczynają trzeć o wewnętrzną powierzchnię bębna, który jest połączony z kołem. Hamulec ten również spełnia rolę hamulca ręcznego. Dzięki przewodowi oaz mechanizmowi hamulca ręcznego powoduje że po zaciągnięciu go szczęki zostaną rozepchnięte i przylgną do bębna.

Hamulce taśmowe


Taśmowe mechanizmy hamulcowe.

Taśmowy mechanizm hamulcowy składa się z bębna i opasującej
go taśmy , z reguły zaopatrzonej w okładzinę cierną .W samochodach taśmowe mechanizmy hamulcowe spotyka się obecnie tylko w
planetarnych skrzynkach przekładniowych oraz niekiedy jako hamulce postojowe . Taśmowy mechanizm hamulcowy włącza się przez naciśnięcie taśmy wokół bębna , wskutek czego ślizgająca się po bieżni bębna okładzina utrudnia jego obracanie . Wskutek zaciśnięcia taśmy wokół bębna na obu jej końcach występują siły To oraz to o różnych wartościach , co jest wynikiem samo wzmacniania , tj. progresywnego dodawania się elementarnych sił tarcia działających na obwodzie bębna . Jeżeli siłę To ( większą ) przejmuje wspornik wiążący taśmę z obudową , to wywierając siłę "to" ( mniejszą ) na drugi koniec taśmy można uzyskać znaczną siłę tarcia . Zjawisko to występuje tylko w jednym określonym kierunku obrotu bębna .
Zmiana kierunku obrotu na przeciwny powoduje znaczne zmniejszenie się siły tarcia . Wspomnianą niedogodność można usunąć
przez zamocowanie taśmy do wspornika w środku i napisanie jej przez jednoczesne naciąganie obu końców . Taśma jest w takim przypadku podzielona na dwa odcinki , przy czym jeden z nich współpracuje zawsze z bębnem współbieżnym , a drugi przeciwbieżnie , dzięki czemu hamulec działa z jednakową skutecznością bez względu na kierunek obrotu bębna.

Hamulce szczękowe

Są one najbardziej rozpowszechnione, a ich koszt i obsługa są adekwatne do ich sprawności i wydajności.
Hamulec szczękowy - jest typem hamulca ściernego, składającym się z dwóch lub więcej klocków dociskanych do obręczy koła. Hamulce szczękowe są współcześnie stosowane głównie w rowerach i motorowerach. Ich zaletą jest prostota konstrukcji, niska masa i łatwa konserwacja, natomiast wadą duża wrażliwość na warunki atmosferyczne i niszczenie obręczy koła. W rowerach szczęki są dociskane do bocznej powierzchni obręczy za pomocą ramion, które są ściągane za pomocą stalowej linki i klamki hamulcowej obsługiwanej przy pomocy dłoni.

Ze względu na konstrukcję i kształt ramion rowerowe hamulce szczękowe dzieli się na:

• Tradycyjne ("U-brake") - w których ramiona mają kształt sferyczny, umożliwiający umieszczenie pod nimi błotnika. Obie szczęki są przymocowane do ramy w jednym punkcie i połączone sprężynką. Linka ciągnąca jest przymocowana do jednego z ramion, a drugie zaciska się poprzez nacisk sprężynki wywoływany ruchem pierwszego. Tradycyjne hamulce szczękowe mają stosunkowo małe przełożenie siły, ich dociśnięcie wymaga zatem stosunkowo dużego wysiłku. Ich zaletą jest jednak niewielka masa i fakt, że ich kształt można dostosować do ramy rowerowej, dzięki czemu nie wystają one poza jej obrys. Są one stosowane w rowerach miejskich i sportowych rowerach szosowych.

• Typu "cantilever" - w których ramiona są przymocowane mimośrodowo do trzpieni (tzw. "piwotów") umieszczonych na widelcu lub widełkach ramy, każde ramię osobno. Ramiona są zgięte i w stanie spoczynku wystają poza obrys ramy. Oba ramiona są połączone krótką linką do której, przez specjalne kowadełko (tzw. "zawiesie"), jest przymocowana właściwa linka ciągnąca. W zależności od długości i stopnia odchylenia ramion oraz długości krótkiej linki można osiągać różne stopnie przełożenia siły. Długa linka i bardzo odchylone ramiona powodują jednak, że zwiększa się długość linki, którą trzeba wybrać klamką aby uzyskać efekt hamowania. Obecnie tego rodzaju hamulce zostały prawie całkowicie wyparte przez prostsze konstrukcyjnie i łatwiejsze do regulacji hamulce typu V.

Nadciśnieniowe układy uruchamiające.

Duże i ciężkie pojazdy samochodowe , zwłaszcza ciężarowe o znacznej ładowności , autobusy i ciągniki , wyposaża się przeważnie w nadciśnieniowe układy uruchamiające , z uwagi na łatwość uzyskiwania znacznych sił , niezbędnych do uruchamiania mechanizmów hamulcowych kół tego rodzaju pojazdów . Dzięki
znacznej wysokości ciśnienia roboczego, zwykle 5-9 kG/cm2, osiąga
się duże siły hamowania przy niewielkich wymiarach siłowników
hamulcowych i innych podzespołów instalacji.

Układ hamulcowy zintegrowany z ABS

Konwencjonalny układ hamulcowy z dodatkowym urządzeniem ABS
Indywidualne, elektroniczne sterowanie ciśnienia w siłownikach hamulców poszczególnych kół realizowane jest przy pomocy zespołu zaworów elektromagnetycznych.
Wspomniany uprzednio akumulator hydrauliczny działa na zasadzie zbiornika hydroforowego, w którym dzięki elektrycznie napędzanej pompie, ciśnienia płynu hamulcowego utrzymuje się w granicach 140 - 170 kg/cm2. Spadek tego ciśnienia poniżej 105 kg/cm2 oznacza niesprawność i automatyczne odłączenie systemu ABS.
Wraz z układem ABS współpracują w niektórych pojazdach (przeważnie tych droższych o dużych mocach silników) układy ASR (kompatybilne z ABS).
System ten (Automatic Stability Regulation, czyli automatyczna regulacja stabilności jazdy) jest układem elektronicznym zapobiegającym poślizgowi kół w trakcie ruszania, przyspieszania, a także podczas jazdy na zakrętach i zróżnicowanych nawierzchniach. W sytuacji, gdy następuje poślizg, któregokolwiek z kół, uruchomiony zostaje system, który może indywidualnie go przyhamować. Możliwe jest zmniejszenie momentu obrotowego silnika (odcięcie paliwa, zmiana dawki paliwa). Niektóre układy mogą również blokować mechanizm różnicowy lub zmieniać rozdział momentu napędowego na lewą i prawą półoś ingerując również w pracę automatycznej skrzyni biegów.
System ten umożliwia ruszanie pojazdem z maksymalnym przyspieszeniem, zapewnia stabilną jazdę przy zmiennych warunkach drogowych i chroni opony przed nadmiernym zużyciem. Układ opiera się głównie na czujnikach prędkości obrotowej kół współpracujących z ABS-em i komputerem sterującym pracą silnika, skrzyni biegów i czujnikami zawieszenia. Kolejnym układem współpracującym z ABS-em jest stosowany od kilku lat przez Mercedesa i BMW, a obecnie również przez Audi, elektroniczny układ sterujący ESP (Elektronisches Stabilitats Programm). Centralną częścią układu jest opracowany przez firmę Bosch czujnik przyspieszenia poprzecznego. Rozpoznaje on sytuację, w której występuje niebezpieczeństwo poślizgu i wraz z ABS-em, systemem kontroli trakcyjnej ASR i układem wtryskowym silnika przeciwdziała obróceniu się , a nawet przewróceniu samochodu. ESP działa w ułamkach sekund, automatycznie odcina przyspieszenie i wyhamowuje każde koło osobno.
Już niedługo współpraca systemów takich jak ABS, ASR czy ESP z układem hamulcowym może ulec znacznemu uproszczeniu.

Układ ESP :

Podstawowe założenia pracy systemu:
Układ ESP (ang. Electronic Stability Programm) jak wskazuje nazwa stabilizuje samochód wpadający w poślizg, korygując tor jego jazdy. Zastosowane w nim układy elektroniczne rozpoznają uślizg boczny samochodu i poprzez możliwość przyhamowania dowolnego koła z osobna potrafią wywołać moment przeciwstawiający się obrotowi samochodu lub korygujący jego tor jazdy. W razie potrzeby jednocześnie redukowany jest moment obrotowy silnika, w celu zmniejszenia siły napędowej na kołach osi napędzanej. ESP może zadziałać w każdych warunkach (jazda na wprost, pokonywanie zakrętu, hamowanie, przyśpieszanie, swobodne toczenie). Gdy tylko pojazd wykazuje tendencję do obrotu wokół osi środkowej lub poślizgu bocznego następuje interwencja układu.
W przypadku podsterowności (przednia oś samochodu ślizga się bardziej od tylnej) przyhamowanie tylnego wewnętrznego koła stabilizuje samochód na jego właściwym torze jazdy. Jeżeli w poślizg wpada tylna oś (nadsterowność) przyhamowywane jest koło przednie zewnętrzne. Niebezpieczne przyspieszenie wokół osi pionowej rozpoznawane jest przez bardzo czuły sensor prędkości obrotowej. Czas reakcji systemu wynosi zaledwie 20 ms (0,02 sekundy), dzięki czemu wszelki poślizg wykrywany jest znacznie wcześniej niż zrobiłby to nawet najbardziej wyćwiczony kierowca.
System ESP łączy w sobie zalety wielu układów: ABS, elektronicznej regulacji rozkładu siły hamowania między osiami, układu kontroli momentu obrotowego, systemu kontroli trakcji ASR oraz, w przypadku Mercedesa, także układu BAS (Brems Assistant System) wspomagającego pełne wykorzystanie hamulców w niebezpiecznych sytuacjach. "Mózgiem" systemu w wykonaniu firmy Bosch są dwa 16-bitowe, 56kB-we mikrokomputery przetwarzające dane z wszystkich czujników. Jeden procesor pełni funkcje kontrolną kontrolując prace drugiego. Dla porównania układ ABS wymaga zaledwie czwartej części mocy obliczeniowej wymaganej przez ESP.
Czujniki ESP ciągle monitorują następujące wartości:
• prędkość obrotową każdego koła (przez czujniki ABS),
• kąt skrętu kierownicy,
• przyspieszenie poprzeczne samochodu,
• ciśnienie płynu hamulcowego w przewodach,
• prędkość obrotową wokół osi pionowej samochodu,
• aktualną prędkość jazdy samochodu,
• aktualny moment obrotowy, przekazywany na oś napędzaną,
• aktualne przełożenie wybrane przez kierowcę lub przez komputer sterujący automatyczną skrzynią biegów.
W niektórych rozwiązaniach uwzględniane są dodatkowo takie parametry jak:
• ciężar całkowity pojazdu (na podstawie układu regulującego twardość amortyzatorów),
• ciśnienie w ogumieniu (czujniki na obręczy koła lub na podstawie różnic prędkości obrotowych sąsiednich kół),
• różnice w wysokości lub rodzaju rzeźby bieżnika poszczególnych kół (porównanie prędkości obrotowej kół).
Oprogramowanie modułu sterującego bierze pod uwagę ok. 70 zmiennych, mających wpływ na sposób zadziałania układu. Elektroniczny moduł sterujący oblicza na podstawie danych z powyższych czujników teoretyczną prędkość żyroskopową (obrotową wokół osi pionowej), która odpowiada chwilowemu zamierzonemu torowi jazdy i warunkom przyczepności do powierzchni jezdni. Ta prędkość porównywana jest z rzeczywistą prędkością żyroskopową, która mierzona jest za pomocą specjalnego czujnika umieszczonego centralnie. Jeżeli występują różnice pomiędzy dwiema wielkościami, układ aktywnie wkracza do akcji hamując odpowiednie koło (koła) i regulując moment napędowy.
W przypadku samochodów z napędem na cztery koła przed konstruktorami układu ESP pojawiły się dodatkowe trudności. Ponieważ miarodajne informacje o chwilowej prędkości samochodu dostarczają koła nie napędzane potrzebna była zmiana sposobu zbierania danych o prędkości rzeczywistej samochodu.