Mechanizmy nośne i jezdne w pojazdach samochodowych ㅡ kontrola i diagnozowanie
E‑BOOK
Spis treści
WstępWstęp
Koła i ich znaczenie dla bezpieczeństwa i komfortu jazdy
ZawieszenieZawieszenie
BibliografiaBibliografia
Koła i ich znaczenie dla bezpieczeństwa i komfortu jazdy
Każdy kierowca, któremu choć raz zdarzyło się nie zmienić opon na zimowe przed nadejściem pierwszego śniegu, przyzna, że koła i ogumienie mają zasadniczy wpływ na komfort i bezpieczeństwo jazdy. Warto dodać, że nie chodzi tu wyłącznie o subiektywne odczucia kierującego pojazdem. Znaczny stopień zużycia i związany z tym zły stan techniczny ogumienia lub obręczy mogą być powodem przesyłania fałszywej informacji o wartości chwilowej prędkości obrotowej każdego z kół. Takie dane są potrzebne do niezakłóconego działania elektronicznych układów czuwających nad statecznością ruchu pojazdu, np. układu stabilizacji toru jazdy . Nawet niewielka niesprawność układu jezdnego, np. wynikająca ze zbyt dużego lub zbyt małego ciśnienia powietrza w ogumieniu, niewłaściwie dobranego rozmiaru opon, jazdy na oponach różnej wielkości czy zróżnicowania wysokości rzeźby bieżnika, może stać się przyczyną wysyłania do układu błędnej informacji o warunkach ruchu. To z kolei powoduje nieprawidłowe działanie układu, które stwarza zagrożenie dla bezpieczeństwa jazdy. Z tej perspektywy znajomość budowy oraz oznakowania ogumienia i obręczy, a także umiejętność ich poprawnego zastosowania okazują się kluczowe w dążeniu do zapewnienia bezpieczeństwa ruchu drogowego.
Podstawowe informacje, które będą przydatne do diagnozowania stanu opon i obręczy, można znaleźć w oznaczeniach kodowych zamieszczanych przez producentów opon na ogumieniu i obręczy koła. Informacje te powinny być spójne bez względu na to, kto wyprodukował oponę. Kwestie te zostały bowiem unormowane przez prawodawstwo europejskie w regulaminie .
Najważniejsze z punktu widzenia diagnostyki i napraw układu ogumienia są oznaczenia dotyczące następujących parametrów opony: szerokości, wysokości profilu, średnicy obręczy, indeksu nośności oraz symbolu prędkości. Dla kierowcy kluczowa może być ostatnia informacja: symbol prędkości oznacza maksymalną prędkość, przy jakiej producent gwarantuje bezpieczną eksploatację ogumienia. Progi bezpiecznej prędkości są oznaczane literowo zgodnie z poniższą tabelą.
Symbol | Prędkość maksymalna [] | Symbol | Prędkość maksymalna [] | Symbol | Prędkość maksymalna [] |
---|---|---|---|---|---|
Indeks nośności przyjmuje wartości dwu- lub trzycyfrowe i oznacza maksymalne dopuszczalne obciążenie opony. Zestawienie indeksów nośności i powiązanych z nimi wartości dopuszczalnego obciążenia zebrano w tabeli nr 2.
Indeks nośności | Dopuszczalne obciążenie | Indeks nośności | Dopuszczalne obciązenie | Indeks nośności | Dopuszczalne obciązenie |
---|---|---|---|---|---|
Ważnym aspektem są również profile bezpieczeństwa, które chronią oponę przed zsunięciem się jej do środka obręczy. W takie profile muszą być wyposażone obręcze do radialnego ogumienia bezdętkowego. Oznaczenia obręczy przedstawiono na poniższym rysunku.
Dodatkowe identyfikatory obręczy bezpiecznych oznaczają:
– wygarbienie okrągłe jednostronne,
– wygarbienie okrągłe dwustronne,
– wygarbienie płaskie jednostronne na obrzeżu zewnętrznym,
– wygarbienie płaskie dwustronne,
– wygarbienie kombinowane: okrągłe na obrzeżu wewnętrznym i płaskie na zewnętrznym,
– obrzeże cylindryczne.
Wysokościom obrzeża obręczy przypisuje się oznaczenia literowe, a zależności w tym obszarze zebrano w tabeli 3.
Litera | Wysokość | Litera | Wysokość | Litera | Wysokość |
---|---|---|---|---|---|
Do najczęściej spotykanych objawów niesprawności kół należą m.in. drgania odczuwalne w trakcie jazdy. Ich przyczyn należy szukać w nadmiernym biciu osiowym lub promieniowym opon lub obręczy, nieprawidłowym wyrównoważeniu kół albo w nierównomiernej sztywności promieniowej opon.
Sprawdzanie stanu technicznego opony
Stan techniczny opony można zdiagnozować, biorąc pod uwagę zalecenia i kryteria oceny, zawarte w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 27 września 2022 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie zakresu i sposobu przeprowadzania badań technicznych pojazdów oraz wzorów dokumentów stosowanych przy tych badaniach (Dz.U. z 2022 r. poz. 2066). Pojazd powinien być kontrolowany na dźwigniku lub na kanale przeglądowym. Przed rozpoczęciem badania konieczne jest wyregulowanie ciśnienia w oponach do wartości nominalnych, zalecanych przez producenta pojazdu z dokładnością do dla ciśnienia do lub , jeżeli ciśnienie zalecane przekracza . Informację o ciśnieniu nominalnym można znaleźć najczęściej na słupku środkowym lub na czołowej powierzchni drzwi bocznych po stronie kierowcy. Producenci samochodów umieszczają te zalecenia także na wewnętrznej stronie pokrywy wlewu paliwa. Przykłady etykiet informacyjnych prezentuje poniższy rysunek.
Optymalny rozmiar opon określa producent danego pojazdu. Informacje na ten temat można znaleźć w świadectwie homologacji, w książce pojazdu lub na omawianych wyżej naklejkach umieszczonych w pojeździe. Indeks nośności zapewnia dopuszczalne obciążenie, które nie może być mniejsze niż maksymalny nacisk na koło. Wartość maksymalnego nacisku to iloraz maksymalnego nacisku na oś pojazdu i liczby kół danej osi. Dane dotyczące maksymalnego nacisku na oś można odczytać z tabliczki znamionowej pojazdu w kolejności od przodu do tyłu. Przykładową tabliczkę zaprezentowano na poniższym rysunku.
Indeks prędkości można natomiast ustalić, przyjmując za podstawę maksymalną prędkość pojazdu podawaną przez producenta w charakterystyce technicznej pojazdu. Prędkość wynikająca z indeksu prędkości zawsze powinna być mniejsza niż maksymalna prędkość pojazdu, z wyjątkiem ogumienia oznakowanego jako śniegowe zgodnie z dyrektywą . Takie opony mogą być użytkowane z indeksem prędkości () pod warunkiem umieszczenia naklejki ostrzegawczej o maksymalnej prędkości takich opon. Taka naklejka powinna być widoczna i czytelna dla kierowcy.
Opony montowane na tej samej osi powinny mieć jednakowy rozmiar. Natomiast koła bliźniacze wymagają stosowania ogumienia o podwójnym indeksie nośności, co oznacza, że mniejsza wartość indeksu dotyczy opony, która pracuje w kole bliźniaczym. Pojazd o dwóch osiach może mieć zamontowane różne opony:
diagonalne lub diagonalne z opasaniem na kołach tylnej osi, jeśli na kołach przedniej osi pracują opony radialne,
diagonalne na kołach tylnej osi, jeśli na kołach przedniej osi zostały zamontowane opony diagonalne z opasaniem.
Zgodność głębokości rzeźby bieżnika z wymaganiami rozporządzenia ws. warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia
Opony wyposażone we wskaźniki zużycia bieżnika, czyli (ang. tread wear indicator), można użytkować do momentu zrównania się występów bieżnika z wartościami wskaźników. Przykłady wskaźników pokazano na poniższym rysunku.
Jeśli pojazd nie został wyposażony w , za minimalną głębokość rzeźby bieżnika przyjmuje się . Wyjątkiem są tutaj autobusy dopuszczone do jazdy z prędkością do . Dla takich pojazdów minimalna głębokość rzeźby bieżnika wynosi i wymóg ten musi być spełniony na szerokości środkowej części opony.
Jedną z często występujących i niebezpiecznych nieprawidłowości jest ocieranie się opony o elementy nadwozia pojazdu. Taki problem może się pojawić wówczas, gdy w pojeździe zamontowano ogumienie:
o rozmiarze niezgodnym z zaleceniami producenta, co podczas nagłych ugięć zawieszenia sprawia, że we wnęce koła opona styka się z elementami nadwozia,
na obręczach zbyt osadzonych na zewnątrz pojazdu, co prowadzi do tego, że krawędź błotnika pozostawia otarcia na czole lub boku opony,
o zbyt dużej średnicy zewnętrznej lub na obręczach zbyt mocno osadzonych do wewnątrz pojazdu, co powoduje tarcie wewnętrznych części nadkola lub podłużnicy przedniej o boki opony podczas skrętów o dużych kątach.
Polskie normy nakładają obowiązek, by opony bieżnikowane miały następujące oznakowania:
lub **** – do jazdy z prędkością do ,
lub *** – do jazdy z prędkością do , montowane wyłącznie na osi tylnej,
lub ** – do jazdy z prędkością .
Wytwórcy ogumienia bieżnikowanego w Europie oznaczają takie opony znakiem homologacyjnym , a także numerem regulaminu, który stał się podstawą do wykonania opony o określonych parametrach. W Europie obowiązują odrębne regulaminy dla samochodów osobowych (EKG ONZ nr 108) i dla samochodów ciężarowych (EKG ONZ nr 109).
Ogumienie bieżnikowane można montować na dowolnych osiach pojazdu. Wyjątkiem są autobusy o dopuszczalnej prędkości do , w których stosowanie takich opon jest zabronione na osiach pojedynczych, chyba że wchodzą w skład osi wielokrotnych.
Współczesne prawo europejskie wymogło na producentach obowiązek montowania w nowych pojazdach układów (Tire Pressure Monitoring System). Takie systemy automatycznie monitorują ciśnienie powietrza w oponach i przekazują informację do kierowcy, gdy odnotowują spadek, który może mieć wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Taki przykładowy sposób wyświetlania komunikatu dla kierowcy przedstawiono na rysunku poniżej.
Na pogorszenie stanu technicznego ogumienia ma również wpływ:
montowanie opon o odmiennej konstrukcji na jednej osi pojazdu, dotyczy to także różnej rzeźby bieżnika,
użytkowanie opon, na których widać wyraźne pęknięcia naruszające osnowę opony,
użytkowanie opon odkształconych,
montowanie opon niezgodnie z ich przeznaczeniem dla danego rodzaju osi (np. napędowej lub nienapędowej),
użytkowanie opon uszkodzonych, przebitych lub nieszczelnych.
Promieniowe i boczne bicie koła oraz ich pomiar
Pomiar bicia koła powinien być wykonany po uprzednim sprawdzeniu nakrętek i śrub mocujących. Należy sprawdzić, czy zostały one dokręcone właściwym momentem, zgodnie ze wskazaniami producenta pojazdu. Trzeba również sprawdzić sworznie zwrotnicy i łożyska koła piasty pod kątem nadmiernych luzów.
Norma dopuszcza bicie promieniowe i osiowe obręczy oraz opony nieprzekraczające:
na obręczy i na oponie w przypadku kół o średnicy obręczy do cali,
na obręczy i na oponie dla kół o średnicy obręczy powyżej cali.
Zalecenia dla opon o indeksie prędkości , i zakładają sumaryczne bicie .
Jeśli bicie promieniowe na kole przekracza , to nie ma możliwości, by wyrównoważyć koło tak, żeby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie i komfortową jazdę.
Na poniższym rysunku przedstawiono sposoby pomiaru bicia osiowego i promieniowego dla obręczy i opony.
Szczelność ogumienia
Konstrukcja opon zapewnia uszczelnienie otworu wokół przedmiotu, który wbił się w oponę, co zmniejsza ryzyko gwałtownego ujścia powietrza z opony. Od momentu, gdy element, który przebił oponę, zostanie z niej usunięty, w oponie zaczyna stopniowo zmniejszać się ciśnienie. Właśnie dlatego eksperci zalecają okresowe sprawdzanie ciśnienia w oponach i sprawdzanie szczelności ogumienia, gdy zostanie stwierdzony nagły spadek ciśnienia.
Jedną z metod badania szczelności opony jest pokrycie jej wodą z mydłem. Pojawienie się na powierzchni wody pęcherzyków powietrza wskazuje miejsce uszkodzenia opony. Ta metoda jest łatwa w zastosowaniu i dostępna, ale nie dostarcza pełnej informacji.
Drugi sposób badania szczelności ogumienia wymaga, by wcześniej wymontować koło z pojazdu i umieścić je w wannie, której wielkość pozwala na pełne zanurzenie badanego koła. Wcześniej należy napompować oponę do ciśnienia nominalnego. Podczas zanurzania koła należy lekko poruszać zaworem, by określić szczelność jego połączenia z obręczą. Tak jak w pierwszej metodzie, należy obserwować, czy gdzieś w wodzie widać pęcherzyki powietrza.
Ich obecność świadczy o nieszczelności opony, a miejsce, w którym się pojawią, pozwoli odnaleźć uszkodzenie.
Geometria i rozkład mas na obręczy
Ponieważ koła samochodowe są elementami obrotowymi, które składają się z elementów różnie ustawionych względem siebie, mają odmienny rozkład mas wokół osi obrotu. To sprawia, że pojawia się problem niewyrównoważenia.
Koła mogą być niewyrównoważone:
statycznie, kiedy główna oś bezwładności zostaje przesunięta równolegle do osi obrotu koła,
dynamicznie – w tym przypadku oś bezwładności odchyla się od osi obrotu koła i przecina z osią obrotu w środku masy koła,
w sposób mieszany, kiedy mamy do czynienia z niewyrównoważeniem statycznym i dynamicznym równocześnie.
Wszystkie trzy rodzaje niewyrównoważenia prezentuje poniższy rysunek.
Wielkość niewyrównoważenia statycznego możemy obliczyć, przyjmując iloczyn masy ciężarka wyważającego i odległości jego środka masy do osi obrotu, czyli najczęściej promienia obręczy. To działanie można opisać wzorem:
gdzie:
– niewyrównoważenie statyczne,
– masa ciężarka,
– odległość środka masy ciężarka od osi obrotu.
Niewyrównoważnie dynamiczne można wyrazić wzorem:
gdzie:
– niewyrównoważenie dynamiczne,
– masa jednego z dwóch jednakowych ciężarków wyważających,
– odległość środka masy ciężarka od osi obrotu.
Dopuszczalna wartość szczątkowego niewyrównoważenia, zarówno statycznego, jak i dynamicznego, jest zależna od maksymalnej prędkości pojazdu oraz od średnicy obręczy kół. W przypadku kół wymontowanych z pojazdu przyjmuje się zgodnie z normą zakres wartości niewyrównoważenia statycznego od do . Dla niewyrównoważenia dynamicznego przyjmuje się wartości trzykrotnie mniejsze. Dla kół już zamontowanych w pojeździe można natomiast przyjąć wartości o większe.
Wyważarki do kół jezdnych
Wyważarki są urządzeniami służącymi do diagnozowania, lokalizowania i usuwania niewyważenia kół jezdnych pojazdu. W zależności od sposobu wyważania w warsztatach używa się wyważarek stacjonarnych do wyważania kół wymontowanych z pojazdu oraz dostawnych, które pozwalają na wyważanie kół bez konieczności ich wymontowania z pojazdu.
Wyważarki stacjonarne w porównaniu z dostawnymi są droższe i wymagają większego nakładu pracy. Jednak na ich korzyść przemawia duża dokładność pomiarów. Z drugiej strony wykonane na nich pomiary nie pozwalają uwzględnić niewyrównoważenia tarczy hamulcowej i piasty koła oraz nieprawidłowego środkowania koła w piaście. Tutaj przewagę zyskują wyważarki dostawne, ale nie pozwalają one precyzyjnie ustalić masy wyrównoważającej.
Wyważarki dostawne są zbudowane z wyważarki z układem napędowym oraz czujnika drgań. Zwykle takie wyważarki są również rezonansowe. Budowę wyważarki dostawnej prezentuje poniższy rysunek.
Wyrównoważanie kół zamontowanych w pojeździe jest metodą skuteczną pod warunkiem, że zawieszenie pojazdu jest sprawne i pozbawione nadmiernych luzów. Podczas jazdy koło wykonuje ruchy obrotowe w odniesieniu do dwóch osi: tulei wahaczy i sworznia zwrotnicy. W związku z tym podczas wyrównoważania należy wykonać te dwie operacje, które wiążą się z likwidacją drgań w płaszczyźnie poziomej, czyli niewyrównoważenie dynamiczne, oraz pionowej, czyli niewyrównoważenie statyczne. Aby wykonać pomiary, czujnik drgań z podstawką magnetyczną należy przystawić do wahacza, co zapewni nam pomiar w płaszczyźnie pionowej. Następnie przystawka powinna znaleźć się przy tarczy nośnej hamulca, co pozwala na pomiar w płaszczyźnie poziomej. Koło wprawione w ruch za pomocą koła napędowego wyważarki wywołuje drgania, które są odbierane przez czujnik drgań wyważarki. Czujnik przekazuje sygnał w formie napięcia, które jest proporcjonalne do amplitudy drgań. Układ pomiarowy wyważarki poddaje ten sygnał analizie, dając możliwość oceny niewyrównoważenia. W momencie gdy jest rejestrowana maksymalna amplituda drgań, lampa stroboskopowa wyważarki emituje światło. Światło to pada na wirujące koło, co pozwala na ustalenie położenia ciężarków wyrównoważających.
Kolejność działań w trakcie wyrównoważania statycznego:
Badane koło należy unieść na wysokość ok. .
Czujnik drgań należy umieścić tak, by mógł odbierać drgania pionowe. Najczęściej umieszcza się czujnik pod sworzniem zwrotnicy.
Zaznaczyć linię z boku opony.
Włączyć napęd wyważarki i rozpędzić koło do prędkości obrotowej przekraczającej prędkość rezonansową układu.
Odsunąć element napędowy wyważarki od koła.
Obserwować w świetle lampy stroboskopowej linię na oponie i zapamiętać ułożenie koła.
Zatrzymać koło.
Ustawić koło w zapamiętanym położeniu.
Zamocować masę wyrównoważającą w górze koła, nad osią jego obrotu.
W przypadku dynamicznego wyważania koła wykonuje się podobne czynności z kilkoma różnicami. Pierwsza z nich dotyczy umiejscowienia czujnika odbierającego drgania w płaszczyźnie poziomej. Odmienne jest też miejsce mocowania ciężarków na obręczy w płaszczyźnie poziomej, która przechodzi przez oś obrotu koła.
Wyważarki stacjonarne najczęściej są nadrezonansowe i dają możliwość wyrównoważenia koła wymontowanego z pojazdu. Na rynku są dostępne wersje wyważarek do kół samochodów osobowych i do ciężarowych. Wyważarki stacjonarne są wykorzystywane do dynamicznego wyrównoważania kół w jednym cyklu pomiarowym. Ten typ wyważarek zapewnia dużą dokładność i szybkość pomiarów. Wyważarki stacjonarne mają trzy zakresy dokładności:
bardzo duża dokładność do – do wyrównoważania kół motocykli i samochodów osobowych,
średnia dokładność do – do stosowania w przypadku kół samochodów dostawczych i większych osobowych,
przybliżona dokładność do – do stosowania wyłącznie w przypadku pojazdów ciężarowych.
Wyważarka stacjonarna jest zbudowana z następujących podzespołów: układ mocowania koła, układ optoelektryczny do pomiaru prędkości obrotowej, czujniki pomiaru wartości niewyrównoważenia, monitor z możliwością wprowadzania danych i odczytu pomiarów oraz obudowa. Budowę wyważarki stacjonarnej zaprezentowano na rysunku poniżej.
W celu wyrównoważenia koła na wyważarce stacjonarnej należy:
Wymontować koło z pojazdu.
Skontrolować ciśnienie powietrza w oponie. W razie potrzeby koło należy dopompować.
Oczyścić koło z zanieczyszczeń.
Usunąć montowane wcześniej ciężarki wyrównoważające.
Zamontować koło w uchwycie wyważarki.
Wprowadzić do urządzenia dane koła, takie jak szerokość i średnica obręczy, odległość płaszczyzny wewnętrznej obręczy od wyważarki. Dane można wprowadzić automatycznie, wykorzystując system pomiarowy wyważarki, lub ręcznie. Niektóre modele wyważarek dają też możliwość wprowadzenia danych dodatkowych, takich jak miejsce i rodzaj mocowanych ciężarków.
Uruchomić proces wyważania.
Odczytać wskazania wyważarki, czyli wartości i miejsce mocowania mas wyrównoważających.
Zamontować odpowiednie ciężarki we wskazanych miejscach.
Ponownie zamontować koło w pojeździe.
Obecnie na rynku są dostępne wyważarki z dodatkowym wyposażeniem, które pozwala na przykład analizować błędy pomiarowe wyrównoważania. Niektóre modele mogą również zasugerować rozwiązania, np. wskazać przesunięcie ciężarka lub zmienić jego masę. Są też systemy, które dają możliwość wyrównoważenia koła z ciężarkami mocowanymi na stronie wewnętrznej, niewidocznej.
Metody sprawdzania prawidłowości wyrównoważenia koła:
jazda próbna,
badanie techniczne na stanowisku kontrolnym,
badanie na wyważarce.
Drgania kół pojawiające się przy prędkości od do mogą być symptomem niewyrównoważenia dynamicznego. Jeśli niewyrównoważenie dotyczy kół przednich, drgania będą odczuwalne na kole kierownicy, a w przypadku kół tylnych będzie to odczuwalne jako drgania całego nadwozia.
Niewyrównoważenie statyczne objawia się plackowatym zużyciem czoła bieżnika opony, które pojawia się po przejechaniu tysięcy kilometrów.
Sprawdzanie kół napędowych należy poprzedzić:
zabezpieczeniem samochodu przed przemieszczeniem podczas badania,
uniesieniem kół,
uruchomieniem silnika i rozpędzeniem do prędkości między a , przy której mogą występować drgania rezonansowe typowe dla niewyrównoważenia.
W trakcie badania należy szukać drgań kół oraz całego nadwozia.
Podobny tryb postępowania obowiązuje w przypadku sprawdzania kół osi nienapędzanej, z tą różnicą, że do rozruchu kół należy wykorzystać przystawkę napędową.
Przystawka napędowa jest wyposażona w bęben napędzający, który wprawia koło w ruch.
Powrót do spisu treściPowrót do spisu treści
Powiązane materiały multimedialne
Kontrola stanu technicznego układu jezdnego - kierowniczego, podwozia, zawieszeniaKontrola stanu technicznego układu jezdnego - kierowniczego, podwozia, zawieszenia
Badanie i kontrola stanu technicznego układu jezdnego, podwozia, zawieszeniaBadanie i kontrola stanu technicznego układu jezdnego, podwozia, zawieszenia