Układy hamulcowe – wczoraj, dziś i jutro

14 października 2022, 14:08

Hamulce są – pod względem bezpieczeństwa – jednym z najważniejszych komponentów pojazdu. Z naszego artykułu dowiesz się, jak wyglądała ewolucja tego układu oraz jakie są aktualne trendy konstrukcyjne w dziedzinie hamulców.

Historia układów hamulcowych

Choć znaczenie hamulców jest obecnie nie do zakwestionowania, to urządzenia te w pierwszych samochodach były wręcz komicznie nieskuteczne, skomplikowane i ciężkie w obsłudze.

Konstruktorów sprzed stu bardziej interesowały silniki niż hamulce. Potem w latach 10. i 20. XX w. samochody stawały się coraz szybsze, co wymuszało energiczne nadepnięcie na hamulec, a mówiąc precyzyjniej – pociągnięcie, bo tzw. hamulce taśmowe były obsługiwane ręcznie.

Montowane na osiach hamulce bębnowe były na początku lat 1900 w fazie eksperymentalnej. Ze względu na toporną budowę zabudowywano je na zewnątrz, nagrzewały się niemożliwie przy jeździe po krętych drogach górskich, a ich interwał serwisowy wynosił mniej więcej 500 kilometrów (!).

Kilka lat później dwa hamulce bębnowe tylnej osi zostały zabudowane w kole, dzięki czemu zmniejszyła się ich wrażliwość na warunki atmosferyczne (w tamtych czasach hamowano tylko tylną oś). Ich żywotność wynosiła 1,6 tys. kilometrów.

Hamulec bębnowy jest nadal stosowany w motoryzacji, choć głównie w mniejszych samochodach osobowych.

Początki hamulców tarczowych są skomplikowane jak wszystko, co jest warte dużych pieniędzy. Choć zaczęto je stosować seryjnie w latach 50-tych, to sama zasada ich działania znana była już w 1898 r. Pierwszy raz zastosował je amerykański wynalazca Elmer Ambrose Sperry we własnym samochodzie z napędem elektrycznym, w którym hamulec również był sterowany elektrycznością. To pokazuje, że początki samochodów elektrycznych i hamulców zasilanych elektrycznie są znacznie starsze niż mogłoby się komukolwiek wydawać.

Już w 1953 r. Dunlop opracował układ hamulców tarczowych bardzo podobny do dzisiejszych, który był montowany w Jaguarze typu C. Nie był to pierwszy pojazd z hamulcami tarczowymi, ale mimo wszystko uważany jest za kamień milowy pod względem technicznym.

Do tego dochodziły udoskonalenia: rodzaj okładziny, wspomaganie podciśnieniowe, hydraulika, hamulce pneumatyczne, ABS i inne elektroniczne urządzenia pomocnicze.

Podtypy hamulców tarczowych

Pływający hamulec tarczowy: jak wszędzie, szybko zaczęto w hamulcach szukać oszczędności. Wkrótce powstała rodzina hamulców z zaciskiem typu pływającego, która od tego czasu zadomowiła się w samochodach. Łączy je wspólna cecha: tłoczki są po jednej stronie, przeciwległy klocek jest luźny (stąd „pływający”), ale przy zacisku również naciska na tarczę.

Pływający hamulec tarczowy można znaleźć w większości małych i średnich samochodów osobowych. Jego nazwa bierze się stąd, że jego mechanizm zaciskowy przypomina zaciśniętą pięść. Obie strony zacisku są ściągane za pomocą sworzni, które są bardzo dobrze ukryte i chronione przed wszelkimi czynnikami zewnętrznymi. Jego montaż jest łatwiejszy niż w przypadku zacisku stałego. Zobaczmy zasadę działanie hamulca tarczowego:

Pływający hamulec tarczowy z zabudowanymi klockami: Jest to prawie dokładnie to samo, co poprzednia pozycja, tylko klocki są zabudowane w ramie. Ze względu na kompresję tłoczka, naciska on nie tylko na klocek po swojej stronie, ale również ściąga drugie ramię zacisku, przyciągając drugi klocek.

Hamulec tarczowy z połączonymi zaciskami pływającymi: oba wyżej wymienione typy hamulca mają pewien problem – można je obciążać tylko w ograniczonym zakresie w porównaniu z zaciskami stałymi. Dlatego, aby uniknąć konieczności stosowania stałych zacisków w większych pojazdach wymyślono kombinację dwóch zacisków pływających, co umożliwia uzyskanie wystarczającej siły nacisku nawet w przypdku lekkich ciężarówek.

Materiały hamulcowe

To, jak bardzo można obciążyć tarczę/klocki hamulcowe i jak długo możemy to robić, zależy od materiałów, z których elementy te zostały wykonane. Generalnie zacisk i tarcza prawie zawsze wykonane są ze stali, w przypadku klocków wybór materiałów jest nieco szerszy.

Producenci oczywiście nigdy nie ujawniają szczegółowego składu, ale znane są podstawowe parametry: materiał cierny, który ma kontakt z tarczą, składa się z mieszaniny spoiw (np. żywicy), wypełniaczy (np. tlenku żelaza), środków smarnych (np. grafitu) i metali (np. tkaniny stalowej). Dziś nie wszystkie tarcze są ze stali, istnieją też produkowane z materiałów ceramicznych.

Nawiercana, rowkowana tarcza hamulcowa (źródło:www. pexels.com)

Tarcze służą również do chłodzenia hamulców. Funkcję tę realizują wykonane na nich otwory i rowki, czy też zagłębienia wywiercone w tarczy, dzięki którym możemy uzyskać chłodzenie o skuteczności nawet do 20-30%.

Węglowo-ceramiczna tarcza hamulcowa (źródło: www. pixabay.com)

Nie możemy zapomnieć o węglowo-ceramicznych tarczach hamulcowych, które cechuje wyjątkowa wytrzymałość, choć nie jest to ich jedyny atut. W sportach wyścigowych kluczowe znaczenie ma waga pojazdu, więc robi się wszystko, co można, aby ją zmniejszyć. Kompletny zestaw zacisków hamulcowych nie waży w obecnych samochodach Formuły 1 więcej niż 6 kilogramów – w wykonaniu stalowym ważyłyby trzy razy więcej.

Prawdą jest również to, że tarcza węglowo-ceramiczna wytrzymuje obciążenia cieplne znacznie lepiej niż stal i stąd jej wydłużona żywotność.

Samochody elektryczne a układy hamulcowe

Wraz z upowszechnieniem się samochodów hybrydowych i elektrycznych możliwe stało się odzyskanie części energii kinetycznej, która powstaje podczas hamowania, a którą można zwrócić do akumulatora.

Ta rekuperacja umożliwiła znacznie lepszą ochronę układu hamulcowego, zapewniając tym samym znacznie dłuższe interwały wymiany klocków i tarcz.

Jednym z obecnych mankamentów pojazdów elektrycznych zasilanych akumulatorowo (BEV) jest waga: ważą niekiedy setki kilogramów więcej niż ich odpowiedniki z silnikami spalinowymi. Moglibyśmy dojść do wniosku, że samochody te wymagają mocniejszych hamulców, ale rekuperacyjny asystent hamowania w dużym stopniu rekompensuje tę wadę.

Należy również zauważyć, że pomimo powyższego, producenci zazwyczaj odpowiednio dostosowują hamulce do samochodów elektrycznych, więc klienci zazwyczaj dostrzegają zwiększoną skuteczność hamowania w porównaniu z dotychczasowym doświadczeniem.

Patrząc w przyszłość, upowszechnienie hamulców elektrycznych jest niemal bezdyskusyjne, wynika to z jednej strony ze zwiększonej elektryfikacji, z drugiej z dużo łatwiejszej programowalności systemów samojezdnych i wspomagania jazdy.

Często jako argument przemawiający za tym systemem podaje się, że jest on łatwiejszy w obsłudze, ponieważ nie jest już wymagany płyn hamulcowy, siłowniki i inne elementy, które wchodziły w skład układu hydraulicznego. Należy tutaj wspomnieć, że nie jest to prawdą, ponieważ dzisiejsze samochody wyposażone w system hamulców elektrycznych nadal posiadają hamulec hydrauliczny jako zabezpieczenie nadmiarowe w przypadku awarii elektrycznej w pojeździe.

 

Komentarze

Komentarz musi być dłuższy niż 5 znaków!

Proszę zaakceptuj regulamin!

Brak komentarzy!