Układ hamulcowy typu EBS

Układ hamulcowy typu EBS (ang. Electronic Braking System) odznacza się tym, że reaguje bezpośrednio po zahamowaniu. Skrócenie drogi hamowania stanowi z kolei gwarancję zachowania większego bezpieczeństwa.

Mechanizm działania tego układu hamulcowego, stosowanego w pojazdach ciężarowych i autobusach, wygląda następująco: regulacja elektroniczna powoduje zwiększenie ciśnienia w tłokach hamulcowych, to natomiast przekłada się na szybszy czas reakcji ze strony układu. Dzięki temu droga hamowania zostaje skrócona w niektórych przypadkach nawet o kilka metrów.

R8kQNR2gYI1zC

Schemat przedstawia układ hamulcowy pojazdu 4x2. Na ilustracji widnieją elementy tego układu w widoku z góry. Z lewej strony schematu widnieje układ prostokątnych elementów połączonych liniowo – poczynając od dołu jest to motor, retarder, ENR, EPS, EBS oraz akumulator oznaczony symbolami plus i minus. Jest to moduł centralny. Jest on połączony z elementem układu, od którego odchodzą trzy przewody z prostokątnymi elementami oznaczonymi rzymskimi cyframi 1, 2 i 3. Przewody odchodzące od elementów z rzymskimi cyframi 1 i 2 rozgałęziają się - jedno z rozgałęzień prowadzi do nadajnika sygnału hamowania. Druga gałąź przewodu odchodząca od elementu z rzymską cyfrą 2 prowadzi do proporcjonalnego zaworu przekaźnikowego, od którego przewód rozgałęzia się i prowadzi do dwóch bliźniaczych elementów – zaworów elektromagnetycznego modulatora ABS, a dalej w sąsiedztwo dwóch kół samochodu zobrazowanych na schemacie jako dwa prostokąty umieszczone na wspólnej osi. Kolejne rozgałęzienie przewodu odchodzącego od prostokątnego elementu z rzymską cyfrą 1 prowadzi do zaworu rezerwy oraz do modulatora osi, od którego prowadzą przewody łączące się z elementami sąsiadującymi z dwoma kolejnymi, przeciwstawnymi kołami umieszczonymi na wspólnej osi. Od prostokątnego elementu z rzymską cyfrą 3 prowadzi przewód do zaworu sterującego przyczepy, który łączy się kolejno przewodami z innymi elementami układu.

Elektroniczny układ hamulcowy składa się z następujących elementów:

• EPB (elektropneumatyczny system hamulcowy) – podsystem działa na zasadzie przekazania żądania hamowania do sterownika elektronicznego w formie sygnały elektrycznego. Ten wylicza wartość ciśnienia, która z kolei trafia do modułów sterowania ciśnieniem (DRM). Urządzenia zintegrowane elektronicznie same już regulują ciśnienie hamowania, wykorzystując do tych działań zawory magnetyczne.

• ASR (system kontroli trakcji) – regulacja pozwala na uruchomienie hamulca koła, gdy to wykazuje tendencję do wirowania. W ten sposób osiąga się lepszą trakcję przy drugim kole umieszczonym na tej samej osi.

RTMRMc30yq45w

Ilustracja przedstawia schematycznie zilustrowany system ASR. Widoczne jest koło samochodu z czarną oponą umieszczoną na jego obwodzie. W centrum ilustracji znajduje się podzielona na cztery części felga koła, a w wolnych przestrzeniach znajdujących się po prawej stronie wewnątrz koła widoczne są dwa pomarańczowe, symetrycznie umieszczone, pomarańczowe elementy.

• ABS (system zapobiegający blokowaniu kół) – czujniki podłączone do regulacji ciśnienia przesyłają sygnały z modułów do sterownika ES. Ten z kolei określa optymalną prędkość pojazdu i na tej podstawie zadaje taką wartość regulacji ciśnienia hamowania, która odpowiada okolicznościom. Regulacja ABS zwalnia hamulec długotrwałego działania kół napędowych.

RbkpC7SzmVNYl

Na ilustracji znajduje się schemat systemu ABS. Składa się z czterech kół umieszczonych na planie prostokąta, połączonych ze sobą liniami. W centrum schematu widoczny jest hydrauliczny modulator ze sterownikiem (ECU), który jest połączony ze wszystkimi kołami. W sąsiedztwie każdego z kół umieszczony jest prostokątny element – czujnik prędkości obrotu kół.

• KKR (regulacja sił na sprzęgu) – ten podsystem układu hamulcowego typu EBS ma za zadanie dzielić siły hamowania pomiędzy pojazdami znajdującymi się w zestawie pojazdów. Dzięki zastosowanie KKR ciśnienie przyłożenia pojazdów ze sobą sprzęgniętych wyrównuje się. Ciśnienie to zostaje obliczone przez sterownik podczas kilkukrotnego zahamowania. System pozwala na dopasowanie procesu hamowania pojazdu ciągnącego do hamowania przyczepy.

• BVS (system kontrolujący zużycie okładzin hamulcowych) – kontrola zużycia okładzin hamulcowych działa na zasadzie wyrównywania tego zużycia między osiami. System oblicza dla każdej osi pojazdu wartość korekty ciśnienia i utrzymuje to ciśnienie na takim samym poziomie.

R1Xn8mqlAVMp5

Ilustracja przedstawia schemat systemu BVS. Na ilustracji z lewej strony schematu znajduje się oś z dwoma czujnikami zużycia okładzin na dwukanałowy moduł regulacji ciśnienia. Symetrycznie, u góry i u dołu schematu widać dwa równoległe do siebie prostokąty symbolizujące klocek A i klocek B. Umieszczone są na wspólnej osi i łączą się w centralnej części za pomocą przerywanych linii ze wspólnym elementem. Z prawej strony schematu znajduje się oś z czterema czujnikami zużycia okładzin na dwukanałowy moduł regulacji ciśnienia. Symetrycznie w dwóch rzędach u góry i u dołu schematu widać cztery równoległe do siebie prostokąty symbolizujące klocek A i klocek B oraz klocek C i klocek D. Umieszczone są na dwóch osiach i za pomocą przerywanych linii łączą się ze znajdującym się z prawej strony wspólnym elementem.

System hamulcowy typu TEBS (ang. Electronic Braking System for Trailers) stosowany jest w przyczepach i naczepach. Dzięki niemu kierowca może zdalnie sterować elektronicznym systemem hamowania z kabiny pojazdu. System TEBS łączy w sobie elektroniczną jednostkę sterującą, zespół czujników i elektrozaworów pneumatycznych. Dodatkowo w jego skład wchodzą podsystemy, takie jak ABS i system regulacji siły hamowania. Wszystko to po to, by lepiej kontrolować proces hamowania pomiędzy sprzęgniętymi ze sobą pojazdem i naczepą.

Nowoczesne układy naczepowe są wyposażone między innymi w szerokie pasmo napięć prądu stałego (9‑32 V), co ułatwia podpięcie zarówno do europejskich, jak i amerykańskich pojazdów ciężarowych. Można je również podłączać do modeli ciężarówek starszej generacji. Niektóre z nich posiadają również elektroniczny system sterowania zawieszeniem pneumatycznym czy system monitorowania ciśnienia w oponach.

Zasada łączenia pojazdu z naczepą

Wykorzystanie systemu EBS w pracy między sprzęgniętymi pojazdami może odbyć się tylko przy zachowaniu pewnych wymogów. W tym celu należy połączyć dwuprzewodowy układ hamulcowy według DIN ISO 1728 z przewodami zasilającym i sterującym. Połączenie do ABS może natomiast odbyć się wyłącznie przy zachowaniu normy DIN ISO 7638 (numery PIN dla 6 i 7 dla magistrali CAN‑BUS), natomiast położenie przyłączy w pojeździe ciężarowym określone jest przez DIN ISO 4009.

Elementy budowy układu hamulcowego

Klocki hamulcowe

Klocki hamulcowe to część składowa układu hamulcowego. Są złożone z płyty nośnej, które pokrywa się okładziną cierną. Podstawowe rodzaje klocków hamulcowych: ceramiczne, wytworzone z półmetali, nisko metaliczne czy organiczne azbestowe.

Tarcze hamulcowe

Dziś można spotkać zarówno monolityczne tarcze hamulcowe (stosowane w pojazdach starszego typu), jak i wentylowane tarcze hamulcowe. Te pierwsze wykonane są z pełnego fragmentu metalu. Te drugie natomiast posiadają specjalne otwory, zadaniem których jest odprowadzanie ciepła, dzięki czemu tarcze nie nagrzewają się i dłużej można je użytkować.

R5Y0qTutkVlV6

Ilustracja przedstawia tarczę hamulcową. Jest to umieszczony w przestrzeni, okrągły, płaski element, na osi którego widoczne są otwory umieszczone w regularnych odstępach na grubej krawędzi. Środkowa część tarczy wystaje nad jej powierzchnię, a w samym środku tarczy znajduje się duży, centralnie umieszczony otwór.

W samochodach używa się pneumatyczne, hydrauliczne i mechaniczne układy, które uruchamiają hamulce. Działanie takiego mechanizmu polega na przeniesieniu siły kierowcy lub siły z innego źródła na mechanizm hamulcowy.

Mechaniczny układ uruchamiający

Układy hamulcowe sterowane mechanicznie są wykorzystywane w hamulcach ręcznych i w hamulcach zasadniczych motocykli, natomiast bardzo rzadko w samochodach osobowych o mniejszych gabarytach. Wadą takiego systemu jest utrudnione uzyskanie jednoczesnego hamowania kół w samochodzie. Niepoprawna regulacja może doprowadzić do zbyt silnego hamowania jednego z kół, co może skutkować zarzucaniem pojazdu. Regulacja kół nie należy do najprostszych, ale musi być często przeprowadzana, ponieważ hamulce mają to do siebie, że rozregulowują się samoczynnie. Regulacja hamulców mechanicznych to regulacja długości cięgieł przy użyciu nakrętek rzymskich lub nakrętek motylkowych tak, aby naciskanie na pedał hamulca skutkowało równomierne dociskanie szczęk we wszystkich kołach do bębnów hamulcowych.

Hydrauliczny układ uruchamiający

W nowoczesnych samochodach stosuje się przeważnie hamulce hydrauliczne, w których siła, którą wywiera na pedał kierowca, przenoszona jest do mechanizmu hamulcowego, a dzieje się to przy użyciu cieczy, hydrolu, lub płynu hamulcowego. Takie układy są używane w hamulcach nożnych, które oddziałują na wszystkie koła samochodu. Hamulce hydrauliczne cechują się równomiernym hamowaniem wszystkich kół, ponieważ ciśnienie cieczy jest równomiernie rozłożone we wszystkich kierunkach. Do układu uruchamiającego zaliczamy pedał hamulca, przewody hamulcowe, pompę hamulcową i rozpieracze hydrauliczne. Pompa hamulcowa, po tym jak naciśnie się pedał, przetłacza płyn pod ciśnieniem przy pomocy sztywnych i elastycznych przewodów do rozpieraczy hydraulicznych, które to dociskają szczęki do bębnów hamulcowych. Trzeba całkowicie wypełnić układ płynem hamulcowym, żeby zapewnić jego poprawne działanie. Nawet śladowa ilość powietrza sprawi, że hamulce nie będą działać poprawnie. Podobnie pęknięcie któregoś z przewodów hydraulicznych sprawi, że z układu zacznie wyciekać płyn hamulcowy, doprowadzając do niepoprawnego działania. Płyn hamulcowy, który dostarczany jest przez CPN (Centralę Produktów Naftowych) jest złożony w 40% z oleju rycynowego i z 60% ze spirytusu butylowego. Dzięki temu nie zamarza on w panujących u nas warunkach atmosferycznych, nie wywołuje korozji metalu i nie niszczy gumy. Nie można mieszać dwóch różnych płynów, ponieważ może to wywołać reakcję chemiczną, która skutkować będzie zacieraniem się elementów rozpieraczy hydraulicznych i pompy hamulcowej, dlatego też w układzie hamulcowym powinniśmy stosować tylko jeden płyn hamulcowy. Aby skorzystać z innego płynu, uprzedni należy odlać, a cały układ dokładnie przepłukać spirytusem denaturowanym.

Układy hamulcowe pełnią jedną z najważniejszych funkcji w pojeździe osobowym. To od ich sprawności działania zależą bowiem nie tylko zdrowie i życie kierującego pojazdem, ale też innych uczestników drogi. Hamulce samochodowe dzielą się na:

• zasadnicze – kierowca ma możliwość manipulowania nimi podczas jazdy, działają na wszystkie koła jezdne,

• awaryjne – włączane są w przypadku awarii hamulców zasadniczych, działają niezależnie od nich, często na koła tylko jednej osi,

• postojowe – posiadają elementy blokujące i działają bez udziału kierowcy, chronią np. przed stoczeniem się pojazdu.

Hamulce szczękowo‑bębnowe

Ruchomy element stanowi cylindryczny bęben (zbudowany z żeliwa, aluminium lub stali), który jest przymocowany do piasty koła. Jego powierzchnia jest gładka i to do niej dociskane są szczeki hamulcowe z przymocowanymi okładzinami ciernymi.

Hamulce bębnowe

Pojazdy samochodowe korzystają z wielu rodzajów hamulców bębnowych, wśród których należy wymienić typy: simplex, duplex, serwo, duo‑duplex i duo‑serwo. Wszystkie one różnią się nieco budową i mechanizmem działania. Simplex posiadają dwie szczęki i jeden cylinder hamulcowy działający dwustronnie. Duplex posiadają zarówno dwie szczęki, ale o przeciwległych podporach, a także dwa cylindry działające jednostronnie. Serwo mają dwie współbieżne szczęki zawieszone pływająco i jeden cylinder, który działa dwustronnie. Duo‑duplex zostały skonstruowane w taki sposób, że posiadają dwie szczęki podparte ślizgowo i dwa cylindry działania dwustronnego. Z kolei typ hamulca bębnowego duo‑serwo zbudowany jest z dwóch szczęk podpartych ślizgowo, opierających się na sworzniu i z jednego cylindra, który działa dwustronnie.

Simplex

Serwo

Duo‑duplex

Hamulce tarczowe

Siła hamowania w przypadku hamulca tarczowego jest generowana na powierzchni tarczy (najczęściej stalowej o szlifowanych płaszczyznach), która połączona jest z kołem jezdnym. Hamulce tarczowe posiadają różne rozwiązana konstrukcyjne i zaliczamy do nich takie o zacisku nieruchomym, przesuwnym bądź pływającym. Zaciski obejmują tarczę i ich aktywacja równoznaczna jest z rozpoczęciem procesu hamowania.

RrOnQc42920wK

Ilustracja przedstawia tarczę hamulcową. Jest to umieszczony w przestrzeni, okrągły, płaski element. Środkowa część tarczy wystaje nad jej powierzchnię, do niej przymocowana jest kolejna, mniejsza tarcza z umieszczonymi na niej symetrycznie na planie koła czterema czerwonymi bolcami. W środku tarczy znajduje się duży, centralnie umieszczony otwór. Z dwóch stron płaskiej płaszczyzny większej tarczy znajdują się okładziny cierne klocków hamulcowych, które podczas hamowania zostają do niej dociśnięte.

Hamulce tarczowe odznaczają się także odmiennymi systemami mocowania zacisku: z jednym rozpieraczem (Lockheed) albo z dwoma (Dunlop).

Rodzaje układów hamowania

Układ hydrauliczny

To rodzaj układu hamulcowego ciernego, który nie wymaga ogromnej siły hamowania, jak w przypadku pojazdów ciężarowych czy autobusów. Wykorzystywany jest przede wszystkim w pojazdach osobowych. Naciśnięcie pedału hamulca powoduje zwolnienie płynu, które kierowany jest do tłoków umiejscowionych w kołach. Płyn, gdy dotrze do tłoków, powoduje ich zatrzymanie, czego następstwem jest albo przyhamowanie pojazdu, albo również jego zatrzymanie. Pojazd może być wyposażony w jedno-, dwu- bądź trójobwodowe układy uruchamiające hamulec.

Układ mechaniczny

Wykorzystywany do sterowania hamulcami pomocniczymi w samochodach osobowych. Składa się z elementów, takich jak cięgno (np. linka), pedał z układem dźwigni, a także rozpieracz krzywkowy.

Zwalniacz- retarder

Jest urządzeniem, dzięki któremu możliwe jest długotrwałe hamowanie pojazdu. . Używa się go, żeby zapobiec nadmiernemu wzrostowi prędkości w czasie długotrwałych zjazdów ze wzniesienia. Używany jest przeważnie w samochodach ciężarowych lub w autobusach, ponieważ w tych pojazdach może dojść do gwałtownych przegrzań, co skutkuje zmniejszeniem skuteczności hamulców. Zwalniacze chronią też hamulce przed zbytnim zużyciem. Hamulców zasadniczych i zwalniaczy używa się razem lub osobno. Przy hamowaniu zwalniaczem cała energia kinetyczna zmienia się w ciepło, które musi być rozproszone, dlatego w zwalniaczach montowane są układy chłodzenia elementów roboczych. Używa się kilka rodzajów zwalniaczy:

1. Zwalniacz cierny (już niestosowany) - dziś ten typ zwalniacza nie jest stosowany. Do jego roboczych elementów możemy zaliczyć elementy cierne – bęben, tarcze cierne. Montuje się go w miejscu łożyska podporowego wału napędowego. Ten rodzaj zwalniaczy przestał być produkowany, ponieważ występujące w nim elementy zużywały się w zbyt szybkim tempie. Inną przyczyną było zbyt szybkie nagrzewanie się elementów, co skutkowało mniejszym momentem hamowania, dlatego zupełnie nie nadawały się przy długich trasach. Można było ich używać jako hamulców postojowych.

2. Zwalniacz silnikowy – ten typ zwalniaczy jest również dość rzadko stosowany. Korzysta on ze zjawiska wewnętrznych oporów silnika, które są wynikiem tarcia ruchomych części i pompowania. Wykorzystuje on też sztuczne warunki, które sprawiają, że praca silnika jest zmieniana w pracę sprężarki. Zwalniacz silnikowy odcina na jakiś czas dopływ paliwa i zamyka układ wydechowy pojazdu, przez co możliwe jest wspomaganie hamowania silnikiem. Używa się go tylko w pojazdach, które są wyposażone w manualna skrzynię biegów.

3. Zwalniacz elektryczny – działa przy użyciu indukcji w wirującej tarczy hamulcowej prądów wirowych, które przeciwstawiają się jej obrotowi. Do elementów zwalniaczy elektromagnetycznych możemy zaliczyć: wyposażony w zespół elektromagnesów stojan, który mocuje się do ramy pojazdów, mostu napędowego lub do skrzyni biegów, oraz dwa wirniki, które są napędzane przy użyciu wałów napędowych.

4. Zwalniacz hydrokinetyczny – jego zasada działania opiera się na hydrokinetycznym sprzęganiu wału napędowego z korpusem, który się nie obraca. Zachodzi tylko przy wypełnieniu przestrzeni roboczej cieczą roboczą, która jest wtłaczana do zbiornika. Hamulec działa podobnie do sprzęgła hydrokinetycznego o niestałym stopniu napełnienia, ale z tą różnicą, że za każdym razem pracuje przy przełożeniu kinematycznym.

RnNL2a6RFLerO

Ilustracja przedstawia retarder, inaczej zwalniacz. Posiada dwa kołnierze mocujące umieszczone z obydwu stron wału, a do korpusu przykręcone są specjalne uchwyty. Z obydwu stron korpusu znajdują się po dwie poduszki gumowe. Do podłużnic ramy pojazdu zamocowane są podpory, na których opierają się uchwyty retardera.

Deformacja tarcz hamulcowych

Do tej usterki może dojść wtedy, gdy po gwałtownym zahamowaniu pojazd wjedzie w kałużę. Ochlapanie rozgrzanej tarczy wodą spowoduje jej nierównomierne stygnięcie, a to z kolei może spowodować odkształcenia konstrukcyjne. Za deformację mogą być odpowiedzialne jeszcze inne czynności, np. nieprawidłowe dokręcenie koła. Jeśli moment dokręcenia okaże się za duży, może wtedy dojść do odkształceń na styku tarczy hamulcowej i piasty koła.

R1F6UArbz9uEN

Ilustracja przedstawiająca zdeformowaną tarczę hamulcową.

Pęknięcie tarczy hamulcowej

Tarcza pęka zazwyczaj w związku z pojawieniem się wysokich temperatur w jej wnętrzu. Takie przegrzanie może być spowodowane podczas hamowania przy stromych zdjazdach.

RW1OxGdEIR5kL

Ilustracja przedstawiająca pękniętą tarczę hamulcową.

Przegrzanie klocków hamulcowych

Uszkodzenie pojawia się zazwyczaj na skutek wielokrotnego gwałtownego hamowania. W związku z działaniem dochodzi na ogół do wytrącenia się substancji łączącej materiał cierny z klockiem. Powodem przegrzania klocków może być również uszkodzony zacisk.

R1anL4sOJnBOZ

Ilustracja przedstawiająca przegrzane klocki hamulcowe, część środkowa - okładzina, jest nieco jaśniejsza. Klocki mają postać płaskich wielowarstwowych elementów z półokrągłym wcięciem na jednej z krawędzi.

Usterki hamulca ręcznego

Na tę część pojazdu negatywnie oddziaływać może korozja. Do usterek przyczynia się dodatkowo niewłaściwa regulacja bądź blokada z powodu niekorzystania z hamulca przez dłuższy czas. Awarie związane z hamulcem ręcznym objawiać mogą się blokadą kół mimo zwolnienia dźwigni hamulca czy popiskiwanie w czasie jazdy.

RGfOgi1aJag4y

Ilustracja przedstawiająca skorodowane linki hamulca ręcznego. Pokryte są rdzą.

Usterki przewodów hamulcowych i pompy

Przyczyn usterek należy upatrywać w korozji metalowych przewodów. Za uszkodzenie pompy odpowiada zazwyczaj zużycie elementów uszczelniających to urządzenie. Zwiastować wspomniane awarie mogą: wyciek płynu hamulcowego, spadek skuteczności hamowania, luźny pedał hamulca, który „wpada” w podłogę.

RJWdCyF6MPSy7

Ilustracja przedstawiająca przecięty przewód hamulca.

Uszkodzenie systemu ABS

System rzadko ulega uszkodzeniom, ale czasem się to zdarza. Kierujący o niesprawności systemu zostanie poinformowany zapaleniem się odpowiedniej kontroli. Gdy system ulegnie jednak większej awarii i zostanie wyłączony, pojazd będzie się prowadzić, jakby tej funkcjonalności był pozbawiony. Jakie sytuacje przyczynią się do usterek systemu ABS? Między innymi jest to jazda po zabrudzonych drogach lub mechaniczne uszkodzenie czujników, w które ABS jest wyposażony.

Rb2uGWDuVqWX5

Ilustracja przedstawiająca zapaloną kontrolkę systemu ABS na desce rozdzielczej.

Przykładowe dźwięki wskazujące na uszkodzenia elementów układu hamulcowego