Auto stop

Od zarania motoryzacji zapewnia on nie tylko komfort jazdy, ale przede wszystkim bezpieczeństwo nasze i naszych bliskich, a także innych uczestników ruchu drogowego.Należy regularnie sprawdzać jego stan, a z pewnością będzie to łatwiejsze, gdy poznamy z jakich elementów się składa i jak działa.

Podstawowym typem układu hamulcowego, który znajdziemy w naszych pojazdach, jest układ hydrauliczny. Jego działanie jest niezwykle proste i polega na wykorzystaniu zasad fizyki dotyczących zachowania płynów, gdy działa na nie zewnętrzna siła nacisku (prawo Pascala). Kiedy stawiamy stopę na pedale hamulca pompa wspierana układem wspomagania tłoczy pod ciśnieniem płyn hamulcowy przewodami do tłoczków umiejscowionych w zacisku, które dociskają klocki hamulcowe do tarczy obracającej się wraz z kołem.W rezultacie wytracamy prędkość, a jeśli przytrzymamy pedał wciśnięty wystarczająco długo, pojazd w końcu zatrzyma się.

W momencie gdy pedał hamulca zostaje zwolniony, płyn hamulcowy wraca do pompy, tłoczek do swojego pierwotnego położenia, a ciśnienie w układzie spada.Cały układ jest zasilany podciśnieniem z układu dolotowego silnika (jednostki benzynowe) lub za pomocą pompy próżniowej (Diesel), jeśli więc motor wyłączy się skuteczność hamowania znacząco spada.Największą zaletą hydraulicznego układu hamulcowego jest to, że siła hamowania jest rozkładana równo na koło prawe i lewe, czego nie zapewniały stosowane wcześniej rozwiązania oparte na systemie cięgieł.

Inne ważne zjawisko fizyczne nierozerwalnie związane z hamowaniem to tarcie. W najpopularniejszych układach hamulcowych ciernych mamy do czynienia z hamulcami bębnowymi lub tarczowymi. Od wielu już lat w samochodach dominują zdecydowanie te drugie, głównie ze względu na lepszą wydajność i lepsze odprowadzanie ciepła. Ogólna zasada jest jednak zawsze taka sama - mechaniczne elementy dociskane są do powierzchni sztywno połączonych z kołami, co wywołuje tarcie, hamowanie, ale jednocześnie wytwarzanie ciepła, które trzeba skutecznie rozproszyć.

Ostatnio znaczną popularność zdobywają układy wykorzystujące dodatkowo hamujące działanie silników elektrycznych. Choć w najnowszych hybrydach czy autach na prąd, nadal spotkamy tradycyjne tarcze hamulcowe, to nierzadko pokryte są one rdzawym nalotem. Bynajmniej nie świadczy to o tym, że auto mało jeździ, po prostu hamowanie rekuperacyjne silnikiem elektrycznym jest bardzo skuteczne i często, zwłaszcza w ruchu miejskim, nie ma potrzeby używania klasycznego hamulca.

Poza najpopularniejszym hydraulicznym układem hamulcowym w motoryzacji stosuje się jeszcze układy pneumatyczne i mechaniczne (np. hamulec najazdowy). Pneumatykę znajdziemy w pojazdach ciężarowych i rolniczych. W układzie takim rolę płynu hamulcowego pełni powietrze. Za pomocą sprężarki napędzanej silnikiem pojazdu w układzie stale utrzymywane jest wysokie ciśnienie, a do hamowania dochodzi, gdy to ciśnienie zacznie spadać, np. na skutek wciśnięcia hamulca przez kierowcę. Pracę takiego układu kontroluje zawór sterujący. Zaletą układu pneumatycznego jest to, że ewentualna usterka, np. wyłączenie się silnika, nie powoduje całkowitego zniknięcia siły hamowania, ale zblokowanie mechanizmu prowadzące do wyhamowania pojazdu.

Hamulec najazdowy, zwany także bezwładnościowym, to prosty hamulec stosowany głównie w lekkich przyczepach (do 3,5 t). Gdy traci ona prędkość i pod wpływem bezwładności "najeżdża" na ciągnący ją pojazd, jej zaczep aktywuje dźwignię, która uruchamia hamulec przy kole przyczepy.

Elementy układanki

Klasyczny hydrauliczny układ hamulcowy cierny składa się z następujących podzespołów: hamulca, serwa, pompy hamulcowej, sieci obwodowej, w której krąży płyn hamulcowy, zacisków, tarcz oraz klocków hamulcowych. Do tego dochodzą elementy systemów elektronicznych wspomagających lub wykorzystujących hamowanie takich jak ABS. Przyjrzyjmy się zatem poszczególnym częściom tej układanki nieco dokładniej.

Serwo hamulcowe

Wyglądem przypomina dysk lub bęben i znajduje się zazwyczaj obok przegrody komory silnikowej po stronie kierowcy, za zbiorniczkiem płynu hamulcowego. Jego zadaniem jest zwiększenie siły nacisku na tłok pompy hamulcowej. Jak bardzo serwo zwiększa komfort korzystania z samochodu, możemy się przekonać, gdy z jakiegoś powody przyjdzie nam hamować z wyłączonym silnikiem (serwo wtedy nie działa). Wówczas nawet niewielkie zmniejszenie prędkości wymaga dużo większej niż zwykle siły nacisku na pedał hamulca, który dodatkowo po dwóch-trzech wyciśnięciach staje się "twardy", a jego skok wyjątkowo krótki.

W momencie wciśnięcia hamulca wywieramy nie tylko nacisk na pompę, ale także otwieramy zawór, dzięki któremu podciśnienie wytworzone w kolektorze dolotowym lub pompie próżniowej zaczyna oddziaływać na jedną stronę membrany serwa. Na jej drugą stronę działa ciśnienie atmosferyczne. Różnica między tymi ciśnieniami wytwarza siłę, która jest przekazywana z membrany na tłok pompy. Jest ona wprost proporcjonalna do nacisku na pedał hamulca, w związku z czym możliwe jest łatwe regulowanie siły hamowania przez kierowcę.

Pompa hamulcowa

Odpowiada za wytworzenie odpowiedniego ciśnienia w układzie. Zbudowana jest między innymi z obudowy z kanałami wlotowymi i wylotowymi płynu hamulcowego, sprężyny dociskowej, pierścieni uszczelniających, tłoka oraz cylinderka.Połączona jest bezpośrednio z pedałem hamulca, zwykle przez układ serwa wspomagającego. Na pompie hamulcowej umieszczony jest zbiornik z płynem hamulcowym. W jego korku montuje się czujnik stanu płynu, połączony z kontrolką na tablicy rozdzielczej. Ponieważ we współczesnych autach wymagane są dwuobwodowe systemy hamowania (o czym za chwilę), stosuje się w nich pompę zwaną tandemem.

Wnętrze cylindra w takiej pompie jest podzielone na dwie części robocze za pomocą swobodnego, z niczym nie połączonego tłoczka. Po naciśnięciu na pedał hamulca tłoczek główny jest przesuwany mechanicznie w kierunku tłoczka swobodnego. Rozpoczyna się jednocześnie wtłaczanie płynu hamulcowego ze zbiornika wyrównawczego do przewodów połączonych z tylnymi hamulcami samochodu. Pod wpływem wywołanego ciśnienia, tłoczek swobodny kieruje się w przednią część pompy, transportując płyn do przewodów hamulców przednich. Jeśli w którymś z obwodów zabraknie płynu hamulcowego tłoczek główny i swobodny są w stanie ustawić się w takich pozycjach, aby niesprawny obwód został odcięty. Niektóre pompy pracują w sposób krzyżowy - jeden obwód odpowiada lewemu przedniemu kołu i prawemu tylnemu, a drugi prawemu przedniemu i lewemu tylnemu.

Płyn hamulcowy i przewody hamulcowe (sieć obwodowa)

W zamkniętej sieci obwodowej krąży nieściśliwa ciecz, która pod wpływem zwiększającego się ciśnienia napiera na cylinderki zacisków. Płyn hamulcowy w prawidłowo działającej instalacji ma bardzo długą żywotność, a jego ubytek, choć nieunikniony, jest powolny. Problem w tym, że jest on higroskopijny (chłonie wilgoć) i stopniowo traci swoje właściwości. W skrajnym przypadku temperatura wrzenia może się obniżyć na tyle, że podczas hamowania płyn się po prostu zagotuje i hamulce przestaną działać. Dlatego zaleca się, by wymieniać go co 2-3 lata.

W typowym układzie hamulcowym występują dwa rodzaje przewodów: sztywne i elastyczne. Sztywne wykonane są ze stalowych lub miedzianych rurek, pokrytych oplotem z tworzywa sztucznego i zwykle ukryte są gdzieś w podwoziu. Końcowe elementy systemu muszą być jednak elastyczne, ponieważ współpracują bezpośrednio z ruchomymi elementami zawieszenia, takimi jak amortyzatory i sprężyny. Stąd są krótkie, mierzą ok. 30-40 cm i wykonane z gumy.

Jak już wspomniałem układ hamulcowy w samochodzie składa się z dwóch obwodów. Rozwiązanie to jest stosowane dla zapewnienia jak najwyższego poziomu bezpieczeństwa. W razie awarii jednego z układów, drugi pozostaje aktywny i jest w stanie w bezpieczny sposób zatrzymać pojazd.

Zaciski hamulcowe

W zaciskach umieszczone są między innymi tłoczki oraz okładziny cierne. Tarcza obraca się wraz z kołem i przymocowana jest do jego piasty na sztywno. Z kolei zacisk hamulcowy przytwierdzony jest na stałe do zwrotnicy koła. Kiedy naciśniemy pedał hamulca następuje wstępne dosunięcie wewnętrznego klocka do tarczy oraz odepchnięcie zacisku na sworzniach umieszczonych w jarzmie. Zacisk przesuwając się w stronę wnętrza samochodu powoduje przylgnięcie do tarczy drugiego klocka. Od tego momentu docisk jest równomierny (o takiej samej sile) i utrzymywany do chwili zdjęcia nogi z pedału hamulca. Liczba tłoczków zależy od przeznaczenia pojazdu-przeważnie spotyka się hamulce jednotłoczkowe pływające (wahliwe) lub przesuwne (równolegle do osi koła); na tylnej osi często znajdziemy dwa tłoki. W autach sportowych tłoczków może być nawet sześć.

Tarcze oraz klocki hamulcowe

Tarcze hamulcowe stosuje się już od lat 50-tych XX w., ale największą karierę zrobiły w ostatnich dekadach. Coraz mocniejsze auta wymagają coraz skuteczniejszych hamulców, które dobrze odprowadzają ciepło. Hamulce tarczowe są więc rozwiązaniem optymalnym. Elementy cierne są w nich dociskane do tarczy w kierunku osiowym, a nie promieniowym jak w hamulcu bębnowym i do tego symetrycznie, dzięki temu siły nacisku mogą być bardzo duże. Nawet niewielkie klocki hamulcowe wywołują wysoki moment hamujący, przez co większa część tarcz może być odsłonięta, co skutkuje lepszym odprowadzaniem ciepła. Aby usprawnić wychładzanie rozgrzanych tarcz konstruktorzy wymyślili tarcze wentylowane (kanaliki w środku tarczy), nawiercane i nacinane.

Zaletą hamulców tarczowych jest także precyzja dozowania siły hamującej.Tarcze wykonuje się najczęściej ze staliwa lub żeliwa wysokowęglowego, mocuje na stałe do piasty koła, a klocki hamulcowe umieszczone w zacisku dociskane są do powierzchni zewnętrznych tarczy. 

Elementy cierne popularnie nazywane są klockami. Wzięło się to z tego, że pierwsze automobile wyposażone były w hamulce mechaniczne, w których za pomocą systemu cięgieł ściskało się obręcz koła za pomocą drewnianych klocków obciągniętych skórą. Klocki hamulcowe mają konstrukcję warstwową. Składają się z płytki nośnej, tzw. między warstwy, która izoluje płytkę od materiału ciernego, który może być wykonany z różnych mieszanek w zależności od przeznaczenia klocków. Najczęściej stosuje się grafit, wełnę stalową, włókno miedziane, opiłki brązu, włókno szklane.

W klockach lepszej jakości po drugiej stronie płytki nośnej znajdują się dodatkowo specjalne nakładki, tzw. shim, których zadaniem jest zapobieganie piszczeniu w czasie hamowania. Klocki hamulcowe ścierają się. Im bardziej klocki są zużyte, tym bardziej są wysunięte tłoki w zaciskach hamulcowych. To z kolei powoduje zwiększenie pojemności układu hamulcowego, spadek ciśnienia i poziomu płynu w zbiorniczku z płynem hamulcowym. Czasami może zapalić się wtedy kontrolka poziomu płynu.

Podobnie będzie w przypadku zużycia klocków z wbudowanym czujnikiem. Zazwyczaj jednak producenci stosują najprostszą, ale sprawdzoną metodę - w zaciskach instalowane są specjalne
blaszki, które podczas hamowania z wykorzystaniem zużytych klocków wydają metaliczny dźwięk.

Hamulce bębnowe

Hamulce bębnowe wykorzystywane są w motoryzacji nieprzerwanie od 1902 r., kiedy to Louis Renault użył je po raz pierwszy w samochodzie osobowym. Do połowy XX w.montowano je na obu osiach praktycznie wszystkich typów samochodów. Dzisiaj wypierane przez skuteczniejsze hamulce tarczowe. Czasami "bębny" możemy jeszcze spotkać na tylnej osi samochodów miejskich lub budżetowych. Swoją nazwę zawdzięczają głównemu elementowi, który jest przymocowany do piasty koła i obraca się wraz z nią podczas jazdy.

We wnętrzu bębna znajdują się dwie zaokrąglone szczęki hamulcowe, połączone ze sobą zazwyczaj za pomocą cylinderka z płynem hamulcowym oraz dwóch sprężyn. W czasie hamowania, cylinderek pod wpływem ciśnienia płynu rozpiera na zewnątrz szczęki, które obracają się o niewielki kąt i dociskają znajdujące się na nich okładziny cierne do wewnętrznej powierzchni bębna hamulcowego. Po zakończeniu hamowania, sprężyny cofają szczęki do położenia wyjściowego.

Zalety hamulców bębnowych to prosta budowa i wyższa trwałość okładzin ciernych w porównaniu z klockami hamulcowymi (na tylnej osi mogą pracować nawet do 100 tys. km). Łatwo się jednak przegrzewają, co wynika z ich konstrukcji - zabudowany bęben gorzej odprowadza ciepło niż odsłonięta tarcza. Do tego dochodzi problem zanieczyszczeń - tarcze potrafią się samooczyszczać, a "bębny" wręcz przeciwnie, łatwo gromadzą brud, są również cięższe od hamulców tarczowych, a przez to zwiększa się masa nieresorowana.

Czerwone zaciski

Układ hamulcowy, jak prawie każdy system samochodu, można modyfikować, aby zmienić jego parametry i polepszyć osiągi. Najczęściej jest to tuning związany ze sportem lub ogólnie rzecz biorąc autami sportowymi.

Podczas dynamicznej, szybkiej jazdy, niekoniecznie na torze, układ hamulcowy pracuje z dużo większą częstotliwością i obciążeniami niż normalnie. Dlatego jego podzespoły muszą być trwalsze i zapewniać większy moment hamujący. Zaciski, tarcze, klocki są większe, tak aby zwiększona powierzchnia cierna dawała mocniejszą siłę hamowania. Większą tarczę trudniej rozgrzać, a co za tym idzie, rośnie jej odporność na temperatury. Często stosuje się np. ceramiczne tarcze hamulcowe wzmocnione włóknem węglowym - są bardziej wytrzymałe, odporniejsze na ścieranie, trwalsze, nic sobie nie robią z wysokich temperatur (nawet rzędu 800 stopni Celsjusza) i co za tym idzie niekorzystnego zjawiska fadingu (zmniejszenie siły hamowania po rozgrzaniu tarcz i klocków na skutek wytworzenia się tzw. poduszki gazowej).

Fading ogranicza również odpowiednia modyfikacja powierzchni tarczy, np. jej nacięcie lub nawiercenie. Poza tym nacięta tarcza nieustannie ścina powierzchnię klocka, jednocześnie usuwając zanieczyszczenia, przez co siła hamowania nie słabnie. Sportowe zaciski, poza tym że są masywniejsze, maluje się dodatkowo na jaskrawe kolory, co dodaje wyścigowego sznytu, a to w aucie tego typu także jest pożądane. Sportowe klocki mają z kolei wyższy współczynnik tarcia, wyższą odporność na temperaturę i mniejszą bezwładność, tzn. szybciej reagują na nacisk pedału hamulca.Trzeba jednak pamiętać, że takie okładziny nie nadają się do ruchu ulicznego, ponieważ wymagają rozgrzania zanim zacznie się używać hamulców oraz szybciej się zużywają. Przewody hamulcowe w autach sportowych są wykonane z teflonu i dodatkowo zabezpieczone warstwą stalowego oplotu.

Ręczny

Częścią układu hamulcowego auta jest także hamulec postojowy, popularnie zwany "ręcznym", choć czasami do jego aktywacji może służyć dodatkowy pedał. Ma on za zadanie unieruchamiać samochód podczas postoju, zwłaszcza na pochyłej powierzchni. Jest też dodatkowym zabezpieczeniem na wypadek awarii głównego układu hamulcowego. Zazwyczaj uruchamiamy go poprzez zaciągnięcie specjalnej dźwigni, co powoduje mechaniczne (z użyciem linki) zablokowanie szczęk lub klocków kół tylnej osi.

We współczesnych autach coraz częściej nie znajdziemy dźwigni "ręcznego". Zastąpił ją przycisk na konsoli środkowej, który aktywuje elektryczny hamulec postojowy (EPB). W autach francuskich i japońskich najczęściej występuje wersja elektromechaniczna EPB - przycisk uruchamia silniczek z przekładnią zaciągający tradycyjne linki. W przypadku bardziej zaawansowanego technologicznie układu elektrycznego, linki znikają, a za blokowanie tarcz odpowiadają elektryczne silniczki umieszczone w zaciskach kół tylnej osi.

EPB towarzyszą zwykle dwie przydatne funkcje: auto hold oraz hillassist. Ta pierwsza automatyczne włącza hamulec postojowy po zatrzymaniu się auta. Jest to szczególnie wygodne w samochodach z automatyczną skrzynią biegów, ponieważ zwalnia kierowcę z konieczności trzymania nogi na pedale hamulca, np. podczas postoju przed światłami.

Drugi system przydaje się na wzniesieniach. Po puszczeniu pedału hamulca hillassist jeszcze przez kilka sekund działa i dezaktywuje się, gdy załączy się sprzęgło i napęd, co pozwala autu spokojnie ruszyć, bez chwilowego i stresującego niektórych kierowców staczania się pojazdu do tyłu.

Hamulec EPB obsługuje się banalnie prosto i bez wysiłku, należy jednak pamiętać, że działa tylko wtedy, kiedy ma zasilanie z akumulatora. Gdy prądu zabraknie, auto nie ruszy z miejsca, a zaciągnięty hamulec trzeba awaryjnie odblokować ręcznie. Układ elektrycznego "ręcznego" jest bardziej skomplikowany niż tradycyjny system i bardziej podatny na zużycie elementów i awarie. Droższe są także jego naprawy.

Elektroniczne wspomaganie

Chociaż układ hamulcowy zasadniczo jest układem mechanicznym, we współczesnych autach jego nieodzowną częścią stały się różnego rodzaju elektroniczne wspomagacze. Przede wszystkim mam na myśli układ ABS (z ang. Anti-Lock Braking System) zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania.

Najważniejszymi elementami systemu ABS są czujniki, które monitorują prędkość obrotową każdego koła, a zgromadzone informacje przekazują do sterownika całego układu. Komputer na ich podstawie wprowadza korekty siły hamowania. Gdy w trakcie hamowania któreś z kół straci przyczepność (np. na śliskiej lub piaszczystej nawierzchni), ABS za pomocą elektrozaworów błyskawicznie redukuje ciśnienie w odpowiednim układzie obwodowym, a w bardziej rozbudowanych systemach konkretnie przy feralnym kole, aż do momentu, kiedy zacznie się ono obracać z właściwą prędkością. Dzięki temu samochód jest bardziej stabilny podczas hamowania, maleje niebezpieczeństwo poślizgu oraz skraca droga hamowania.

ABS stanowi część bardziej rozwiniętych układów jak ESP czy ACC. Jest także częściowo zintegrowany (wspólna centralka) z układem kontroli trakcji ASR (Acceleration Slip Regulation), który zapobiega ślizganiu się napędzanych kół podczas przyspieszania czy pokonywania wzniesienia. Jeśli do tego dojdzie ASR odpowiednio zwiększa lub zmniejsza moment napędowy dostarczany do kół napędzanych z silnika, ale dodatkowo uruchamia hamulec i steruje siłą hamowania tak, aby uzyskać optymalny stopień poślizgu. W najprostszych układach ASR wykorzystywany jest tylko hamulec. ASR występuje także pod handlowymi nazwami TCS, TRC czy DSC.

Usterki

Choć układ hamulcowy ma dość prostą konstrukcję, nie jest bezobsługowy i wolny od usterek. Najczęściej uszkodzeniu ulega pompa, przewody hamulcowe i tarcze, mogą także wystąpić problemy z "ręcznym". Przewody hamulcowe parcieją lub rdzewieją i wtedy dochodzi do wycieków płynu hamulcowego, co zmniejsza ciśnienie w układzie. Zdarza się także, że klocki są za słabo dociskane do tarczy z powodu zatarcia się tłoczków w zaciskach. Wiele awarii wynika z przegrzania się poszczególnych elementów układu. Bardzo często gorące tarcze są przez nieostrożnego kierowcę "topione" w zimnej wodzie z kałuży, co prowadzi do ich deformacji. W efekcie odczuwamy silne bicie kierownicy podczas hamowania.

Naturalnemu zużyciu ulegają elementy cierne, głównie klocki w hamulcach tarczowych i niezwykle istotne jest kontrolowanie ich stanu i wymiana zużytych. Zawsze wymieniamy komplet na całej osi; podobnie jest w przypadku tarcz, które ścierają się i mogą korodować. Klocki mogą się również nierównomiernie zużywać trąc o zużyte tarcze.Warto co jakiś czas sprawdzać, czy układ hamulcowy nie jest zapowietrzony. W przypadku hamulca postojowego może natomiast dojść do zerwania linki lub innych usterek wynikających na przykład z korozji.

W przypadku układu hamulcowego, od którego pełnej sprawności zależy życie i zdrowie nasze, osób, które podróżują z nami samochodem, często naszych bliskich, ale także pieszych,w żadnym wypadku nie wolno iść na kompromisy i tolerować zaniedbania. Należy regularnie sprawdzać jego stan i każdą, nawet najmniejszą usterkę od razu usuwać, stosując sprawdzone podzespoły dobrej jakości.

Krzysztof Michał Jóźwiak