MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2011 STANISLAV DUDA

2 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Provozní brzdy motorových vozidel Bakalářská práce Vedoucí práce: Prof.Ing.František Bauer, CSc. Vypracoval: Stanislav Duda 2011

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe jsem diplomovou práci na téma Provozní brzdy motorových vozidel vypracoval samostatně a pouţil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloţeném seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a můţe být pouţita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis...

4 PODĚKOVÁNÍ Poděkování patří především mým rodičům, kteří mi poskytli zázemí a podporu při studiu na vysoké škole. Za vedení při tvorbě bakalářské práce, za ochotu a cenné připomínky při jejím vypracování děkuji panu Prof.Ing.Františku Bauerovi, CSc.

5 ANOTACE Bakalářská práce obsahuje přehled provozních brzdných systémů motorových vozidel. Úvodní část obsahuje vysvětlení základních pojmů, teorii brzdění a jejich zákonné předpisy a vyhlášky. Druhá část práce je čistě technická. Vysvětluje funkci elektronických zabezpečovacích systémů, stručný popis funkce vzduchotlakých brzd a hlavní část se zabývá kapalinovými brzdami. U kotoučových brzd je proveden rozbor funkčních vlastností. Klíčová slova: Vozidlo, Brzda, Kotouč, Třmen, Destičky ANNOTATION Bachelor s thesis provides an overview of operating braking systems motor vehicle. Introductory section explains the basic concepts, theory braking and statutory provisions and regulations. The second part is purely technical. It explains the function of electronic security systems, a brief description of pressure brakes and main part deals with hydraulic brakes. The disc brakes are analyzed functional properties. Keywords: Vehicle, Brake, Disc, Stirrup, Pads

6 OBSAH 1 ÚVOD ZÁKLADNÍ POJMY TEORIE BRZDĚNÍ Adhezní síla Vzdálenost potřebná k zastavení vozidla ZÁKONNÉ PŘEPISY A VYHLÁŠKY ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ PROVOZNÍCH BRZD Rozdělení podle zdroje brzdové síly Rozdělení podle přenosu brzdné síly ELEKTRONICKÉ ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY Protiblokovací systém ABS Princip systému ABS Popis systému ABS Protikluzový systém ASR Brzdová regulace ASR Motorová regulace ASR Regulace uzavíráním diferenciálu Omezení spojení motoru s koly Elektronický stabilizační systém ESP VZDUCHOTLAKÉ BRZDY- PŘETLAKOVÁ VZDUCHOVÁ BRZDOVÁ SOUSTAVA Dvouokruhová vzduchotlaká soustava Princip činnosti Dvouokruhová dvouhadicová vzduchotlaká brzdová soustava KAPALINOVÉ BRZDY Uspořádání dvouokruhových brzdových soustav Fyzikální princip funkce Hlavní brzdový válec Funkce hlavního brzdového válce v jednookruhové soustavě Funkce hlavního brzdového válce ve dvouokruhové soustavě Tandemový brzdový válec Tandemový brzdový válec s jedním nebo dvěma centrálními ventily Posilovač brzd Bubnové brzdy Základní popis bubnových brzd Druhy bubnových brzd Brzdové čelisti Rozpěrné zařízení Brzdový buben... 39

7 8.6 Kotoučové brzdy Základní popis kotoučových brzd Brzdový kotouč Brzdový třmen Brzdové destičky Brzdová kapalina ROZBOR FUNKČNÍCH VLASTNOSTÍ KOTOUČOVÝCH BRZD Napětí a deformace v brzdovém třmenu Provozní spolehlivost brzd při intenzivním brzdění Chlazení kotoučů a brzdových destiček Opotřebení kotoučů CELKOVÉ ZHODNOCENÍ A ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ... 54

8 1 ÚVOD Provozní brzdy jsou součástí brzdových systémů vozidel. Účelem provozních brzd je sníţení rychlosti vozidla, zastavení vozidla nebo udrţování určité rychlosti vozidla při jízdě na svahu. Bezpečné zastavení nebo zpomalení vozidla je důleţitým faktorem při prevenci dopravních nehod. Brzdové systémy jsou tedy jedním ze základních bezpečnostních konstrukčních prvků vozidel. Principem brzdění je záměrně způsobená přeměna pohybové energie v energii tepelnou. U klasických brzd je tato přeměna dosaţena třením mezi rotujícími a pevnými částmi brzdových soustav. Takto vzniklé teplo je z brzdových soustav odváděno do prostoru mimo vozidlo, aby nebyla omezena účinnost brzdění, popř. aby nedošlo k poškození brzd. Ze základního vzorce pro výpočet kinetické energie E = 0,5 m v 2 vyplývá, ţe v brzdovém ústrojí je na tepelnou energii přeměňováno relativně velké mnoţství kinetické energie, z čehoţ vyplývá, ţe u klasických brzd dochází k poměrně velkému opotřebení během relativně krátkého časového období. Hmotnost m uvedená ve vzorci je celková hmotnost vozidla, tedy součet pohotovostní a uţitečné hmotnosti vozidla. Pokud jede např. vozidlo o celkové hmotnosti 1400 kg rychlostí 80 km/h a během krátké doby zastaví, přemění se v jeho brzdách na teplo (při zanedbání ostatních odporů vozidla) kinetická energie 346 kj. Takové mnoţství tepelné energie by přivedlo do varu celý litr vody. Z toho vyplývá, ţe při vývoji brzdových systémů musí být tedy před započetím sériové výroby provedeno mnoho náročných testů a zkoušek, aby byla zajištěna dostatečná spolehlivost a účinnost brzdových systémů. U mnoha vozidel jsou brzdné systémy doplněny elektronickými zabezpečovacími systémy, které mají nezanedbatelný vliv při prevenci dopravních nehod, neboť velká část řidičů nemá dostatečné zkušenosti s řízením vozidla v nepříznivých podmínkách (např. při dešti). 8

9 2 ZÁKLADNÍ POJMY Následující základní pojmy jsou převzaty z ČSN (Základní automobilové názvosloví): Brzdná síla: Síla,působící proti směru pohybu vozidla, vyvozená účinkem brzdy, resp. brzdové soustavy. Dosáhne li brzdná síla velikosti adhezní síly na kolech vozidla, označuje se tento stav jako brzdění na mezi adheze. Ovládací síla brzdy: síla vynakládaná na brzdění buď řidičem nebo jiným zdrojem energie Brzdící síla: síla, která vzniká přímo v brzdě účinkem ovládací síly a prostřednictvím převodu brzdy a vyvolává zpomalující sílu na brzděných prvcích Doba brzdění: doba uplynulá od okamţiku, kdy řidič začne působit na brzdu vozidla (brzdovou soustavu) aţ do okamţiku, kdy účinek brzdy pomine, nebo kdy se vozidlo zastaví Dráha brzdění : dráha ujetá vozidlem v době brzdění (je znázorněna na obrázku) Doba (dráha) prodlevy brzdy: měří se od okamţiku, kdy řidič začne působit na brzdu vozidla, aţ do okamţiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat Doba (dráha) náběhu brzdění: měří se od okamţiku, kdy se účinek brzd začne projevovat, aţ do okamţiku, kdy dosáhne své plné výše Účinná doba brzdění (dráha účinného brzdění) : měří se od okamţiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat, aţ do okamţiku, kdy pomine, nebo kdy se vozidlo zastaví Doba (dráha) doběhu brzdění: měří se od okamţiku, kdy řidič přestane působit na brzdu vozidla, aţ do okamţiku, kdy účinek brzdy pomine Brzdné zpomalení: úbytek rychlosti vozidla za 1 s, způsobený účinkem provozní, 9

10 pomocné, popř. zpomalovací brzdy Brzdná dráha: dráha brzdění, jestliţe bylo vozidlo brzděno aţ do zastavení (známe-li střední brzdné zpomalení vozidla v daných podmínkách, lze brzdnou dráhu vypočítat analogicky z této hodnoty a z počáteční rychlosti před brzděním) Brzdný sklon : sklon svahu, na kterém lze vozidlo brzdou udrţet v klidu (je měřítkem účinnosti parkovací brzdy) Brzdový výkon : součin brzdné síly a rychlosti vozidla Slábnutí brzd: zmenšení účinku brzd, způsobené jejich oteplením během brzdění (po vychladnutí brzd pomine) Adhezní síla: největší moţná síla, kterou lze přenést ve styku pneumatiky s vozovkou při daném stavu povrchu vozovky a při dynamickém stavu pneumatiky. Účinek brzdy (brzdové soustavy): schopnost sníţit rychlost vozidla, popř. je zastavit, udrţovat poţadovanou rychlost při jízdě ze svahu nebo vozidlo na svahu udrţet. Účinek brzdy vyjadřujeme brzdnou dráhou, zpomalením nebo brzdným sklonem. 10

11 3 TEORIE BRZDĚNÍ 3.1 Adhezní síla Brzdění vozidla je závislé na adhezní síle mezi vozovkou a pneumatikami kol. Pokud je pneumatika stále přilnutá k vozovce, působí na ní stále adhezní síla. Překročí-li však brzdná síla velikost síly adhezní, kolo se přestane otáčet, zablokuje se a začne se smýkat. Zablokované kolo přenáší menší brzdicí sílu a ztrácí svou vodicí funkci. Aby se tedy prostřednictvím kol přenášela na vozovku největší moţná síla a tedy aby vozidlo účinně brzdilo, musí být pneumatiky s vozovkou ve stálém kontaktu a nesmí po ní klouzat. Adhezi je tedy moţné zjednodušeně definovat jako přilnavost pneumatiky k vozovce, nelze však adhezi ztotoţňovat s prostým třením, protoţe adheze je ovlivněna více různými faktory, např. stavem dezénu pneumatik, nerovnostmi vozovky apod. Pokud pneumatika přestane mít adhezi, smýká se přímo rovně směrem, kterým se pohybuje vozidlo a smýkanými koly nelze měnit směr jízdy. V takovém případě nezáleţí na stočení kol, protoţe kola se neodvalují, takţe nepřenáší boční síly. I při velké účinnosti brzd a při správném brzdění je v určitých podmínkách dána hodnota maximálního moţného zpomalení vozidla, vyjádřená rovnicí ( je tzv. koeficient adheze). Přibliţné hodnoty koeficientu adheze pro brzděná otáčející se kola jsou např. na suchém asfaltu v rozmezí 0,6 aţ 0,9, na mokrém asfaltu v rozmezí 0,3 aţ 0,8, na sněhu v rozmezí 0,2 aţ 0,4 a na náledí v rozmezí 0,1 aţ 0,3. [1] Adheze je výrazně ovlivněna nejen hloubkou dezénu pneumatiky, ale také konstrukcí pneumatiky. Styčnou plochu pneumatiky s vozovkou tvoří plocha několika centimetrů čtverečních. Aby byla dosaţena vhodná směrová stabilita vozidla, je důleţité dodrţování předepsaných tlaků huštění pneumatik na přední i zadní nápravě. Pokud jsou pouţívány letní pneumatiky v zimním období, dochází při klesající teplotě k jejich tuhnutí, coţ sniţuje koeficient adheze. Nejniţší přípustná teplota pro pouţití letních pneumatik je 7 C. Nejvýraznější rozdíl v pouţití zimních a letních pneumatik nastává v případě náledí. Pokud hloubka dezénu zimní pneumatiky klesne pod hodnotu 4mm, výrazně se sniţuje stabilita vozidla, přenos hnacích sil i odolnost vůči vzniku aquaplaningu. Maximální velikost adhezních sil závisí kromě koeficientu adheze také na normálové síle (tedy síle kolmé k vozovce), jejíţ velikost je dána okamţitou hmotností vozidla. 11

12 3.2 Vzdálenost potřebná k zastavení vozidla Vzdálenost potřebná k zastavení vozidla je součet reakční vzdálenosti a brzdné dráhy vozidla. Reakční vzdálenost tuto vzdálenost ujede nebrzděné vozidlo za dobu, která je součtem reakční doby řidiče a doby prodlevy brzd. Reakční doba řidiče je doba, která uplyne od okamţiku, kdy řidič zpozoruje blíţící se překáţku do okamţiku, kdy přenese nohu na brzdový pedál (u řidiče připraveného brzdit je v rozmezí 0,5 aţ 0,7 s). Doba prodlevy brzd je časový interval, který uplyne od okamţiku řidičova kontaktu s brzdovým pedálem do okamţiku, kdy brzdy začínají účinkovat. Doba prodlevy závisí na typu a stavu brzd a průměrně činí 0,05 s. [1] Brzdná dráha vozidla tato vzdálenost se dělí na dráhu, při které začíná účinek brzd, a na dráhu plně brzděného vozidla. Doba náběhu brzdného účinku je dána časovým intervalem od počátku účinku brzd do okamţiku dosaţení maximálního zpomalení. Obvykle se počítá s hodnotou 0,15s. [1] V praxi se dráha plně brzděného vozidla ztotoţňuje s délkou brzdných stop, přestoţe určitý čas trvá, neţ plně brzděná kola začnou na vozovce zanechávat stopy. Délka brzdné dráhy závisí nejen na stavu brzd a na stavu povrchu vozovky, ale také např. na rychlosti vozidla a na stavu a konstrukci pneumatik. Např. vozidlo se zimními pneumatikami s hloubkou dezénu 6mm má o přibliţně 20 % delší brzdnou dráhu neţ vozidlo se stejnými pneumatikami s hloubkou dezénu 8mm. [2] Délka brzdné dráhy na mokré nebo namrzlé vozovce je ovlivněna také pouţitím systému ABS, který kombinuje brzdění přerušované a degresivní. Pokud se některé kolo zablokuje, systém ABS brzdné síly na daném kole uvolní do okamţiku, neţ se kolo roztočí a vznikne adheze. 4 ZÁKONNÉ PŘEPISY A VYHLÁŠKY Z důvodu plynulosti dopravy a bezpečnosti silničního provozu je nezbytné, aby vozidla měla dostatečné zrychlení i dostatečné zpomalení. Z toho důvodu jsou předepsány legislativně také poţadavky na brzdové systémy vozidel. V ČR platí vyhláška Ministerstva dopravy a spojů č. 283/2009 Sb., která novelizovala vyhlášku 341/2002 Sb. o schvalování technické způsobilosti a o technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích. Poţadavky dané touto vyhláškou jsou v souladu s homologačními předpisy EHK č. 13,78,90. EHK č. 13 je předpis, který platí pro 12

13 vozidla kategorie M a N (vozidla určená pro dopravu osob nebo nákladu) a jejich přípojná vozidla kategorie O. V tomto předpise jsou předepsány limity pro jednotlivé typy zkoušek brzd, tedy hodnoty maximální povolené délky brzdné dráhy a minimální hodnoty zpomalení. V předpise jsou uvedeny také např. poţadavky pro rozdělení brzdných sil na nápravy u různých kategorií vozidel, která nejsou vybavena ABS zařízením. Předpis EHK č. 78 platí pro zkoušení a schvalování brzdných systémů motorových vozidel kategorie L. V předpisu č. 90 je předepsáno zkoušení a schvalování náhradních částí s brzdovým obloţením, které jsou určeny pro pouţití ve třecích brzdách brzdových systémů motorových vozidel a přípojných vozidel. Z hlediska poţadavků na brzdné systémy vozidel je Vyhláška 283/2009 Sb. téměř totoţná s vyhláškou 341/2002 Sb. Uvedená vyhláška je poměrně rozsáhlá a stanoví např. následující podmínky, které musí být dodrţeny, pokud má být konkrétní vozidlo schváleno pro provoz na pozemních komunikacích. V kaţdém vozidle musí být alespoň dvě na sobě nezávislá brzdová zařízení, přičemţ jedno umoţňuje provozní brzdění, tedy dostatečně odstupňované ovládání pohybu vozidla včetně jeho účinného zastavení, a druhé umoţňuje parkovací brzdění, tedy zajištění polohy stojícího vozidla. Navzájem nezávislé musí být i ovládací prvky provozního a parkovacího brzdění. Brzdová zařízení u vozidel kategorie M a N musí splňovat takové podmínky, aby v případě vzniku poruchy při provozním brzdění bylo moţné zastavit vozidlo nouzovým brzděním. Soustava provozního brzdění musí být konstruována tak, aby bylo moţné spolehlivé a dostatečně rychlé zastavení vozidla při jakékoliv rychlosti a hmotnosti ve stoupání i klesání, které se mohou při provozu vozidla vyskytnout. Největší povolené hmotnosti na nápravu vozidla nesmí překročit u jednotlivé nápravy 10 t, u jednotlivé hnací nápravy 11,50 t. Ovládání provozní brzdící soustavy musí být umoţněno tak, aby řidič při řízení nemusel změnit polohu trupu těla a aby nemusel sundat současně obě ruce z volantu. Pokud vznikne porucha v části pneumatického nebo hydraulického převodu, musí být tato porucha signalizována řidiči. Brzdná síla musí působit minimálně na jednu dvojici kol umístěných na jedné nápravě. U osobních automobilů (kategorie vozidel M) musí být poţadovaný účinek provozního brzdění rozdělen mezi nápravy v mezích předepsaných z hlediska bezpečnosti, nezávisle na okamţité hmotnosti vozidla a na adhezních podmínkách. Předepsaný brzdný účinek musí být dosaţitelný bez blokování kol a bez vybočování ze směru jízdy. U osobních automobilů nesmí být maximální noţní síla na 13

14 brzdový pedál větší neţ 500 N, maximální prodleva brzd můţe být 0,36 s a maximální brzdná dráha při zpomalení z rychlosti 80km/h můţe být 50,7 m. [3] 5 ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ PROVOZNÍCH BRZD 5.1 Rozdělení podle zdroje brzdové síly Přímočinná soustava U přímočinné brzdové soustavy je velikost brzdicí síly tvořena vlastní silou řidiče, kterou působí na brzdový pedál nebo na páku brzdové soustavy. Tato síla je dále přenášena mechanickými nebo hydraulickými převody na kola vozidla. Brzdová soustava s posilovačem U brzdové soustavy s posilovačem je síla, kterou působí řidič na ovládací prvek brzdové soustavy, zvýšena podtlakovým nebo hydraulickým posilovačem. Posilovače jsou konstruován tím způsobem, ţe při vzniku poruchy zůstává brzdová soustava v činnosti, přičemţ ovládací síla na brzdový pedál nepřesáhne 800 N. Nepřímočinná soustava U nepřímočinné soustavy je brzdná síla tvořena jiným zdrojem energie, který řidič pouze ovládá, aniţ by působil vlastní silou. Většinou se u nepřímočinných soustav jako zdroj brzdící síly pouţívá tlak vzduchu. 5.2 Rozdělení podle přenosu brzdné síly Kapalinové brzdy Princip brzdění u kapalinových brzd je zaloţen na vyuţití Pascalova zákona, na základě kterého platí, ţe tlak kapaliny v uzavřeném prostoru je ve všech místech tohoto prostoru stejný. Tlak kapaliny je vytvořen brzdovým pedálem, který působí na píst v hlavním brzdovém válci. Brzdová kapalina přenáší tlakovou sílu na pístky v kolových brzdových válečcích a tím je vytvořena brzdná síla. Vzduchotlaké brzdy vzduchotlaké brzdy se pouţívají především u nákladních automobilů a autobusů, protoţe při jejich provozu nestačí fyzická síla řidiče pro vytvoření dostatečné brzdné síly. U uţitkových vozidel do hmotnosti 10 t jsou obvykle pouţity kombinované vzduchokapalinové brzdy. V případě pouţití vzduchotlakých brzd fyzická síla řidiče působící na brzdový pedál pouze uvolňuje energii stlačeného vzduchu, které je pak regulovaně pouţita pro brţdění vozidla. 14

15 Mechanické brzdy Tyto brzdy jsou nejjednodušším druhem přímočinných brzd. V současné době se pouţívají jen jako pomocné ruční brzdy, popř. jako brzdy jednostopých vozidel. Síla řidičev mechanických brzdách je do brzd přenášena prostřednictvím lan, táhel, tyčí apod. 6 ELEKTRONICKÉ ZABEZPEČOVACÍ SYSTÉMY Elektronické zabezpečovací systémy pomáhají řidiči při ovládání vozidla. Nejvíce pouţívané systémy jsou protiblokovací systém ABS (anti blocking systém), protiprokluzový systém ASR (anti-skid regulation) a elektronický stabilizační systém ESR (electronic stability program). Protiblokovací systém ABS byl vyvinut v roce 1978 a v současné době je jedním ze základních prvků aktivní bezpečnosti vozidel. Ze statistik např. vyplývá, ţe kdyby byla všechna vozidla vybavena i systémem ESP, zabránilo by se přibliţně desetině dopravních nehod, protoţe systém ESP dokáţe během jízdy vyhodnotit stav jízdní stability aţ 30 krát častěji neţ řidič. Na základě tohoto faktu Evropská komise rozhodla, ţe od roku 2014 mají být všechna nová vozidla v EU povinně vybavena systémem ESP. V současné době není systémem ESP vybaveno více neţ 50 % vozidel prodaných na území EU. [4] 6.1 Protiblokovací systém ABS Princip systému ABS Systém ABS automaticky reguluje brzdnou sílu v třmenech brzd tak, aby nedošlo k zablokování kol vozidla a tím pomáhá udrţet stabilitu vozidla v kritických situacích, ve kterých by se vozidlo mohlo dostat do smyku. Kritické situace hrozí především na mokré nebo namrzlé vozovce. Pokud dojde při brzdění v důsledku zablokování kol vozidla ke ztrátě adheze, přestanou kola přenášet boční sílu a neumoţní zatočení, takţe vozidlo se stane neřiditelné a není moţné měnit směr jízdy otáčením volantu. Na suché vozovce má vozidlo bez ABS kratší brzdnou dráhu, avšak na namrzlé vozovce má kratší brzdnou dráhu vozidlo vybavené ABS. Systém ABS zabraňuje zablokování kol i při intenzivním brzdění, protoţe v rychlém sledu blokuje a uvolňuje kola tak, aby udrţel brzdnou sílu na mezi adheze, takţe kola se stále odvalují a vozidlo je ovladatelné i v kritických situacích. 15

16 Obr. 1 Znázornění brzdné dráhy vozidla na vozovce s nízkým koeficientem adheze Popis systému ABS Systém ABS je tvořen elektronickou řídící jednotkou, senzory otáček kol, čerpadlem, zásobníky tlaku a elektromagnetickými vstupními a výstupními ventily.(viz.obr.2) Čerpadlo dodává brzdovou kapalinu zpět do hlavního brzdového válce. Funkcí elektromagnetických ventilů je regulace tlaku brzdové kapaliny. Senzor otáček (indukční snímač) je na kaţdém kole. Senzor otáček je tvořen permanentním (trvalým) magnetem a cívkou. (viz.obr.3) Cívka je spojena s řídicí jednotkou ABS. Před senzorem se otáčí ozubené impulzní kolo, a v cívce senzoru se tím indukuje sinusové střídavé napětí, jehoţ frekvence závisí na otáčkách kola. Řídicí jednotka ABS ze sinusových signálů snímačů otáček vypočítává okamţitou rychlost otáčení příslušných kol. V průběhu jízdy jsou měřeny úhlové rychlosti nejen na předních kolech vozidla, ale také na diferenciálu zadní nápravy popř. na všech čtyřech kolech. V řídící jednotce systému jsou tyto úhlové rychlosti porovnávány s referenční rychlostí. Referenční rychlost je rychlost pro optimální skluz, který lze charakterizovat jako optimální rozdíl mezi rychlostí vozidla a obvodovou rychlostí jednotlivých kol. Referenční rychlost si řídící systém vytvoří na začátku regulace a pak ji postupně sniţuje. U některých vozidel je na karoserii namontován akcelometr, který měří skutečnou rychlost karoserie. V tomto případě je skluz vypočítán jako rozdíl rychlosti karoserie a rychlosti kol a systém neurčuje referenční rychlost. Pokud nastane zablokování kol, je spuštěno čerpadlo pro zpětnou dodávku brzdové kapaliny a otevřeny výstupní magnetické ventily a tím se krátkodobě sníţí tlak v brzdovém systému a příslušné kolo je znovu uvedeno do pohybu. Systém ABS můţe uvolnit kolo 12 aţ 16 krát za sekundu, a tím zajišťuje relativně stále otáčení kol a řiditelnost vozu. Přední kola jsou ovlivněna tak, aby mohla 16

17 přenést největší moţnou brzdnou sílu. Řídící jednotka přepíná elektromagnetické ventily do třech stavů: - stav bez proudu, kdy je vstupní ventil otevřen a výstupní ventil uzavřen a tím je hlavní brzdový válec spojen s brzdovými válečky kol a tlak v brzdě kola můţe růst - stav pod proudem, kdy je vstupní ventil uzavřen a výstupní ventil otevřen, brzda kola je spojena s čerpadlem zpětné dodávky brzdové kapaliny a tlak v brzdě klesá. - stav bez proudu, kdy je hlavní brzdový válec oddělen od brzdových válečků a tlak v brzdě kola je konstantní. Obr. 2 Schéma systému ABS Obr. 3 Schéma měření otáček 17

18 6.2 Protikluzový systém ASR Problém nestability vozidla můţe vzniknout nejen při intenzivním brzdění, ale také při prudké akceleraci, protoţe při překročení meze adheze začnou kola prokluzovat a nepřenáší ţádnou boční sílu, takţe přední nebo zadní část vozidla můţe vybočovat ze směru jízdy. Pokud je v takové situaci vozidlo např. v zatáčce nebo pokud působí boční vítr, můţe dojít ke smyku vozidla. Prokluz kol způsobuje také větší opotřebení pneumatik a hnacího ústrojí automobilu (např. diferenciálu). Účelem systému ASR je však především zajištění stability a řiditelnosti vozidla při zrychlení. Systém ASR zabraňuje protočení kol při rozjezdu nebo při zrychlení nejen v zatáčce, ale také na vozovce s náledím a při jízdě do kopce. Systém ASR je moţné povaţovat za systém doplňující ABS. Systém ASR zamezuje vzniku nestability tím způsobem, ţe omezuje hnací moment přiváděný na kola těmito způsoby: - přibrzděním hnacích kol vozidla - sníţením hnacího momentu motoru - uzavřením diferenciálu - omezením spojení motoru a hnacích kol Brzdová regulace ASR Pomocí brzdění hnacích kol je dosaţena rychlá reakční doba ASR, protoţe je ovlivněn přímo skluz kol. Brzdová regulace je většinou pouţívána společně s motorovou regulací. Aby bylo moţné zamezit prokluzu kola, které má v danou chvíli niţší součinitel adheze, je toto kolo přibrzděno a následně je sníţen točivý moment motoru na hodnotu, při které je přenášena maximální hnací síla na daném povrchu vozovky. Samotná brzdová regulace, tedy brzdění kol, se pouţívá především při rozjezdu u vozidel s náhonem na přední kola a s motorem, který má niţší výkon. Tato regulace je z důvodu zamezení přehřátí brzd pouţívána jen při nízkých rychlostech (do rychlosti přibliţně 40km/h). Brzdová regulace vyţaduje rozšíření hydrauliky systému ABS Motorová regulace ASR Motorová regulace ASR je u vozidel se záţehovým motorem umoţněna prostřednictvím regulace škrtící klapky, časování záţehu nebo omezením přívodu paliva. Regulace 18

19 škrtící klapkou má poměrnou dlouhou reakční dobu, ale je vhodné z hlediska zatíţení motoru a také z hlediska sloţení výfukových plynů. Při regulaci zapalování jsou po určitou dobu zpoţděny zapalovací impulsy popř. jsou některé zapalovací impulsy vynechány. Tato regulace postačuje u vozidel,u kterých jsou niţší nároky na komfort jízdy. U vozidel se vznětovým motorem je motorová regulace umoţněna sníţením vstřikovaného mnoţství nafty pomocí elektricky ovládaného vstřikovacího čerpadla Regulace uzavíráním diferenciálu Uzavření diferenciálu můţe být řešeno buď pomocí hydraulického stlačení lamel v diferenciálu, které lze regulovat od polohy základního uzavření aţ po úplné uzavření, nebo pomocí elektronické uzávěrky diferenciálu (EDS), která je rozšířením systému ABS. EDS funguje tím způsobem, ţe pokud dojde k protáčení kola s niţší adhezí, zjištěného pomocí senzoru otáček, přibrzdí řídící jednotka EDS protáčející se kolo. Tím nastane brzdný moment, pomocí kterého přenese kolo s vyšší adhezí větší sílu na vozovku a nedojde k prokluzu. (viz.obr.4) U vozidel s jednou poháněnou nápravou se systém EDS deaktivuje při niţší rychlosti neţ u vozidel s pohonem na obě nápravy Obr. 4 regulace uzavíraní diferencíalu (EDS) [4] Omezení spojení motoru s koly Omezení spojení motoru s koly je umoţněno pomocí mezi-nápravové spojky. Jako příklad lze uvést spojku HALDEX, která se pouţívá u vozidel s pohonem všech kol.spojka HALDEX je umístěna u zadní rozvodovky. Pokud dojde k prokluzu kol, je větší část hnací síly převedena na zadní nápravu, v kritických situacích to můţe být aţ 98% hnací síly. 6.3 Elektronický stabilizační systém ESP Systém ESP je také rozšířením systému ABS. Systém ESP vyhodnocuje ze senzorů otáček kol a ze senzorů bočního zrychlení a stáčivého momentu stav vozidla a při 19

20 přetáčivém nebo nedotáčivém pohybu kompenzuje pohyb vozidla zásahem do jednotlivých brzd, popř. zásahem do řízení motoru, při kterém sníţí točivý moment na hodnotu odpovídající dané situaci. Systém také vyhodnocuje, jakým způsobem řidič reaguje na vzniklou situaci (natočení volantu, brzdění) a v průběhu několika milisekund vyhodnotí, jakým způsobem budou jednotlivá kola přibrzděna a jak bude sníţen výkon motoru. Kromě hodnot převzatých od systému ABS vyhodnocuje systém ESP pomocí senzorů současně také stáčivou rychlost, úhel natočení volantu, polohu akceleračního pedálu, boční zrychlení a podélnou rychlost. Z těch veličin systém spočítá odhad skluzu kol, na základě kterého vyhodnotí nejvhodnější reakci. Natočení volantu je zjištěno pomocí senzorů otáčivého pohybu ozubených kol v systému řízení, na kterých jsou umístěny magnety. Boční zrychlení je měřeno pomocí mikromechanického kapacitního senzoru. Stáčivá rychlost je měřena pomocí mikromechanického gyroskopu. Na obrázku je červenou barvou označeno kolo, které systém ESP přibrzďuje při vzniku mezní situace. Při nedotáčivém smyku je přibrzděno zadní kolo na vnitřní straně zatáčky a je sníţen tah motoru. V druhém případě, tedy při přetáčivém průjezdu zatáčkou, je přibrzděno kolo na vnější straně zatáčky, a také proveden zásah do řízení motoru a případně i do automatické převodovky. Tímto způsobem je vyrovnán vznikající smyk. (viz.obr.5) Obr. 5 stabilizace systemem ESP[4] 20

21 7 VZDUCHOTLAKÉ BRZDY- PŘETLAKOVÁ VZDUCHOVÁ BRZDOVÁ SOUSTAVA U vozidel se vzduchotlakými brzdami řidič vozidla stlačením brzdového pedálu ovládá ústrojí (brzdič), které přepouští tlakový vzduch ze vzduchojemů do brzdových válců a tím uvolňuje energii stlačeného vzduchu, která je regulovaně uţita k brzdění vozidla. Tlak vzduchu je u většiny vozidel v rozmezí 0,8 aţ 1 MPa. Pokud není brzdový pedál stlačen, brzdná soustava je spojena s výpustí do okolního prostředí. Jakmile je brzdový pedál stlačen, je brzdná soustava spojena se vzduchojemy, výpusť do okolního prostředí se uzavře a v brzdovém systému se tlak zvýší na provozní hodnotu. Přetlaková vzduchová brzdová soustava se pouţívá především u vozidel s celkovou hmotností převyšující 10t a u většiny vozidel má dva okruhy. U vozidel s celkovou hmotností do 10t jsou většinou pouţity kombinované vzduchokapalinové brzdy. Hlavní části přetlakové vzduchové brzdové soustavy jsou kompresor, regulátor tlaku, jistící ventil, vzduchojemy, čistič vzduchu, hlavní brzdič, brzdič přívěsu, vypouštěcí ventil, brzdové válce a tlakové potrubí. Vzduch je stlačován v kompresoru, který je poháněn motorem vozidla. Některá vozidla jsou vybavena plničem pneumatik, který je připojen na regulátor. 7.1 Dvouokruhová vzduchotlaká soustava Dvouokruhová vzduchotlaká soustava je tvořena plnící částí a ovládací částí. V plnící části je vytvářena zásoba stlačeného vzduchu. V ovládací části je regulován brzdný účinek soustavy. Do plnící části patří kompresor, regulátor tlaku, čtyřokruhový pojistný ventil, dva vzduchojemy s odkalovacími ventily a tlakoměr. Do ovládací části patří pedálový dvouokruhový brzdič, samočinný zátěţový regulátor tlaku, pruţinové brzdové válce na zadní nápravě, jednoduché brzdové válce na přední nápravě a ovládací ventil parkovací brzdy. 21

22 7.1.1 Princip činnosti Vzduch je z okolního prostředí nasáván kompresorem, ve kterém je stlačován a následně je uchováván ve vzduchojemech, které tedy slouţí jako zásobníky stlačeného vzduchu. Ve vzduchojemech jsou umístěny manometry pro měření tlaku vzduchu. Pedálový brzdič slouţí k přepouštění stlačeného vzduchu do systému provozní brzdy. Přes regulátor tlaku a vysoušeč vzduchu je vzduch přepouštěn do čtyřokruhového pojistného ventilu. Regulátor tlaku zamezuje překročení maximální hodnoty dovoleného tlaku pomocí upuštění přebytečného vzduchu zpět do okolního prostředí. Vysoušeč vzduchu odstraňuje ze vzduchu vlhkost na principu absorpce. Čtyřokruhový pojistný ventil rozděluje stlačený vzduch do 1. a 2. okruhu provozních brzd a do parkovací brzdy a je moţné z něj rozvádět vzduch také do brzdy přívěsu nebo do přídavných vzduchových systémů. Pojistný ventil také zajišťuje, ţe pokud vznikne v některém okruhu porucha, není tento okruh dále plněn stlačeným vzduchem. Odkalovací ventily slouţí k vypuštění vody, která zkondenzuje ve vzduchojemu. Stlačený vzduch vytváří v brzdách přední a zadní nápravy brzdný účinek, který je řízen pedálovým dvouokruhovým brzdičem a závisí na síle jakou řidič sešlápne brzdový pedál. Čím více je brzdový pedál stlačen, tím větší mnoţství vzduchu je ze vzduchojemů přepuštěno do okruhů provozních brzd. Přes pedálový dvouokruhový brzdič je vzduch přepuštěn do brzdných válců přední nápravy a přes zátěţový regulátor tlaku do pruţinových brzdových válců zadní nápravy. Tlak v brzdách na zadní nápravě je samočinně regulován zátěţovým regulátorem tlaku podle zatíţení vozidla. U nezatíţeného vozidla je přívod vzduchu do zadních pruţinových válců omezen. Parkovací brzda je ovládána pneumaticky a do činnosti je uvedena ruční pákou ovládající ventil parkovací brzdy. Pruţinové brzdové válce zadní nápravy jsou při odbrzdění propojeny přes ovládací ventil parkovací brzdy s příslušným vzduchojemem nebo přímo se čtyřokruhovým pojistným ventilem a zavzdušněny. V pracovní poloze jsou odvzdušněny. Pokud nastane porucha provozní brzdy, můţe parkovací brzda fungovat jako nouzová brzda s odstupňovaným účinkem. 22

23 Obr. 6 sechema: dvouokruhová vzduchotlaká soustava [5] 7.2 Dvouokruhová dvouhadicová vzduchotlaká brzdová soustava Dvouokruhová dvouhadicová soustava pracuje na stejném principu jako dvouokruhová soustava, ale je navíc vybavena brzdičem přívěsu, který je napojen na vzduchojem a je ovládán dvouokruhovým hlavním brzdičem. Brzdič přívěsu je umístěn v brzdové soustavě přívěsu a slouţí k ovládání jeho brzd. Brzdové okruhy vozidla a přívěsu jsou propojeny pomocí plnící hadice a ovládací hadice. Stlačený vzduch je do brzd přívěsu přiváděn ze čtyřokruhového pojistného ventilu přes výstupní přípojku a plnící připojovací hlavici a je regulován pomocí ovládací hadice a ovládací připojovací hlavice. Tlak vzduchu přivedený k brzdám přívěsu je stejný jako tlak vzduchu přivedený do brzd vozidla. Při aktivaci parkovací brzdy se stupňovitě sníţí tlak na 23

24 vstupní přípojce brzdiče přívěsu a současně se zvýší tlak v brzdovém okruhu přívěsu. Tím je splněna podmínka daná předpisy, ţe nouzové brzdění taţného vozidla musí vyvolat provozní brzdění přívěsu. Při odtrţení přívěsu od taţného vozidla se přeruší přívod vzduchu v hadicích, coţ způsobí zabrzdění přívěsu pomocí brzdiče přívěsu. Pokud dojde k odtrţení samotné ovládací hadice, nastane pokles tlaku vzduchu v ovládací připojovací hlavici, který způsobí pokles tlaku také v plnící hlavici a tím nastane samočinné zabrzdění přívěsu. 8 KAPALINOVÉ BRZDY Kapalinovou brzdovou soustavu tvoří brzdový pedál, hlavní brzdový válec, brzdové potrubí, brzdové hadičky, kolové brzdové válečky a kolové brzdy (bubnové nebo kotoučové). (viz.obr.7) U předních kol jsou obvykle pouţity kotoučové brzdy a u zadních kol bubnové brzdy, avšak u některých vozidel jsou kotoučové brzdy pouţity u předních i zadních kol. Brzdový pedál je přímo spojen s hlavním brzdovým válcem. Dostatečně velká přítlačná síla v kolových brzdách je umoţněna pomocí hydraulického převodu. U mnoha automobilů je síla z brzdového pedálu zvýšena ještě pomocí posilovače brzd. V některé části brzdové soustavy mohou být omezovače tlaku brzdové kapaliny. Kapalinové brzdy jsou pouţity u většiny osobních i dodávkových vozidel. U téměř všech vozidel je z důvodu bezpečnosti pouţita soustava tvořená dvěma brzdovými okruhy (dvouokruhová brzdová soustava), která u kapalinových brzd vyţaduje pouţití dvojitého hlavního brzdového válce. V případě poruchy jednoho okruhu lze vozidlo zabrzdit pomocí druhého neporušeného okruhu. U kapalinových brzd je nutné průběţně kontrolovat a doplňovat brzdovou kapalinu, protoţe pokud nejsou brzdové hadice zcela naplněny, tlak není přenášen efektivně a je nutné sešlapávat brzdový pedál aţ do krajní polohy.[5] Obr. 7 Schéma dvouokruhové brzdové soustavy u Škody Favorit [5] 24

25 8.1 Uspořádání dvouokruhových brzdových soustav U dvouokruhových brzdových soustav je několik moţných uspořádání. U uspořádání čtyři dva ( HI ) jsou u předních kol pouţity čtyřpístkové kotoučové brzdy. Jedním okruhem jsou ovládány brzdy na přední i zadní nápravě a druhým okruhem brzdy na zadní nápravě. U uspořádání čtyři- čtyři ( HH ) jsou pouţity čtyřpístkové kotoučové brzdy u předních i zadních kol. Jeden pár pístků u předních i zadních brzd je ovládán jedním okruhem a jeden pár pístků druhým okruhem. U uspořádání trojúhelníkového ( LL ) jsou u kol přední nápravy také pouţity čtyřpístkové kotoučové brzdy. Jeden okruh působí na jeden pár pístků obou předních brzd a na levou zadní brzdu a druhý okruh na druhý pár pístků předních brzd a na pravou zadní brzdu. Uspořádání HI, HH a LL jsou pouţita méně často. U většiny vozidel je pouţito uspořádání II nebo X. Uspořádání přední náprava zadní náprava ( II ) u tohoto uspořádání jsou brzdy přední nápravy ovládány jedním okruhem a brzdy zadní nápravy druhým okruhem. Nevýhodou je zhoršení řiditelnosti vozidla při poruše jednoho okruhu. Pokud nastane porucha okruhu pro přední nápravu, stane se vozidlo přetáčivé a tato změna jízdních vlastností můţe způsobit havárii vozidla. U tohoto uspořádání je moţné pouţít bubnové brzdy. Rozdělení brzdné síly mezi brzdami přední a zadní nápravy je přibliţně v poměru 70:30 %. [5] Obr. 8 uspořádání typu II Uspořádání diagonální ( X ) u tohoto uspořádání jsou levé přední kolo a pravé zadní kolo brzděny jedním okruhem a zbylá dvě kola jsou brzděna druhým okruhem. Toto zapojení je výhodné z ekonomického hlediska, avšak pokud nastane porucha jednoho okruhu, vznikne při brzdění stáčivý moment kolem svislé osy vozidla. Tato 25

26 nevýhoda je odstraněna pomocí záporného poloměru rejdu. Rozdělení brzdné síly mezi okruhy je v poměru 50:50 %. [5] Obr. 9 uspořádání typu X Fyzikální princip funkce Brzdovou soustavu je moţné z fyzikálního hlediska popsat jako hydraulické zařízení. Poměrně malá ovládací síla řidiče na brzdovém pedálu je nejdříve několikrát zvýšena pomocí fyzikálního principu páky (tvořené samotným brzdovým pedálem) a následně pomocí hydraulického převodu (popř. také pomocí posilovače brzd) zvýšena tak, aby v kolových brzdách vznikla dostatečně velká přítlačná síla. Konstrukčně je tento princip proveden tím způsobem, ţe síla F1 přenesená z brzdového pedálu působí na hlavní brzdový válec, z kterého je prostřednictvím brzdové kapaliny přenesena na pístky brzdových válečcích, kde je v důsledku Passcalova zákona zvýšena na potřebnou hodnotu F2. Poměr velikosti působících sil F1 a F2 je tedy stejný jako poměr celkové plochy pístků a plochy hlavního brzdového válce, ale opačný k poměru velikosti zdvihu pístků a zdvihu hlavního brzdového válce. Platí tedy rovnice F1 S2 = F2 S1. (viz.obr.10) Protoţe v kapalinových brzdách jsou poměrně vysoké tlaky (aţ 12 MPa), mají jednotlivé součásti brzdové soustavy relativně malé rozměry. Mezi pevnými a pohyblivými částmi kapalinových brzd je malá vůle, takţe účinek brzd vzniká po stlačení pedálu jen s nepatrným zpoţděním. Obr. 10 Princip funkce brzd dle Pascalova zákona 26

27 Obr. 11 schéma působení tlaku [5] Obr. 12 Schéma hydraulického převodu [5] 8.3 Hlavní brzdový válec Hlavní brzdový válec můţe být ovládán svalovou silou řidiče nebo pomocnou silou (stlačený vzduch, čerpadlo). Účelem hlavního brzdového válce je vytvoření potřebného tlaku v brzdových okruzích, umoţnění změny objemu brzdové kapaliny při změně teploty a zajištění rychlého poklesu tlaku brzdové kapaliny při rychlém uvolnění brzdového pedálu Funkce hlavního brzdového válce v jednookruhové soustavě Vyrovnávací nádrţka brzdové kapaliny je v jednookruhové soustavě spojena s pracovním prostorem válce dvěma otvory. Při stlačení brzdového pedálu se píst v hlavním brzdovém válci posouvá a po překrytí druhého otvoru vytlačí brzdovou kapalinu přes zpětný ventil do spojovacího potrubí ke kolovým válcům a tím se v soustavě zvyšuje tlak. Při uvolnění brzdového pedálu proudí brzdová kapalina z 27

28 kolových válců přes zpětný ventil zpět do hlavního brzdového válce. Funkcí zpětného ventilu je udrţení mírného přetlaku ve spojovacím potrubí v odbrzděném stavu (tzv. zbytkového tlaku). Tento přetlak brání případnému vniknutí vzduchu do soustavy netěsnostmi. Zbytkový tlak lze vyuţít jen u bubnových brzd, jejichţ čelisti se vracejí do základní polohy v odbrzděném stavu zpětnými pruţinami. U kotoučových brzd, u nichţ se přítlačné desky vracejí do základní polohy jen pomocí axiálního házení kotouče, případně pomocí pruţné deformace těsnícího krouţku pístu, nesmí být v soustavě v odbrzděném stavu ţádný přetlak. Z toho důvodu je v kuţelovém zpětném ventilu škrtící otvor o velikosti přibliţně 0,7 mm). [5] Funkce hlavního brzdového válce ve dvouokruhové soustavě Ve dvouokruhové brzdové soustavě má hlavní brzdový válec dva oddělené pracovní prostory a dva písty. U většiny vozidel je pouţit tzv. tandemový brzdový válec, u kterého jsou pracovní prostory za sebou a mají společnou osu. Při sešlápnutí brzdového pedálu je tlačný píst posunut směrem ke středu válce a ventily na obou stranách plovoucího pístu uzavřou spojení tlakových prostorů válce s nádrţkou brzdové kapaliny. Z prostoru před tlačným pístem je brzdová kapalina vytlačována do jednoho brzdového okruhu a současně tlak kapaliny působí na plovoucí píst, který zvýší tlak ve druhém okruhu. Po uvolnění brzdového pedálu se oba písty působením vratných pruţin vracejí do výchozí polohy a ventily na obou stranách plovoucího pístu se uvolní a brzdová kapalina proudí z brzdového potrubí přes brzdový válec zpět do nádrţky brzdové kapaliny a tím dojde k objemovému vyrovnání. Pokud jsou u vozidla pouţity na zadní nápravě bubnové brzdy, je ve výstupním hrdle pro okruh kotoučových brzd pouţit bezpřetlakový zpětný ventil a ve výstupním hrdle pro okruh bubnových brzd zpětný ventil přetlakový Tandemový brzdový válec Základní popis Konstrukce tandemového brzdového válce je popsána pomocí obrázku. V tělese (1) je umístěn primární tlačný píst (2) i plovoucí píst (9). Mezi utěsněnou přední a zadní částí tlačného pístu je doplňovací prostor prvního okruhu (4) a mezi utěsněnou přední a zadní částí plovoucího je doplňovací prostor druhého okruhu (10). Oba doplňovací prostory jsou vyplněny brzdovou kapalinou. Přední stěna tlačného pístu je utěsněna těsnící manţetou (3), pro zamezení vniknutí vzduchu do válce. Zadní stěna plovoucího pístu je 28

29 také utěsněna těsnící manţetou (3), aby byl oddělen pracovní prostor prvního okruhu (7) od doplňujícího prostoru druhého okruhu (10). Na čelní ploše obou pístů jsou těsnící manţety (6). Aby nedošlo k poškození manţet vmáčknutím do přepouštěcích otvorů v pístech, jsou mezi písty a manţetami ventilové podloţky (5). (viz.obr.13) Obr. 13 Tandemový brzdový válec u Škody Favorit [5] Obr. 14 princip činnosti tandemového brzdového válce [6] Popis pracovních poloh Pokud je hlavní brzdový válec v klidové poloze, tak jsou vyrovnávací otvory odkryté a oba pracovní prostory jsou spojeny s vyrovnávací nádrţkou a tím je dosaţeno rychlé změny objemu brzdové kapaliny při jejím zahřívání nebo ochlazování. Pokud je však vyrovnávací otvor uzavřen v důsledku znečištění nebo nesprávné polohy pístu, dochází při zahřátí brzdové kapaliny v důsledku zvětšení jejího objemu k přibrzďování. Při brzdění zakryje čelní manţeta vyrovnávací otvor a v pracovním prostoru prvního okruhu dojde ke zvýšení tlaku. Zvýšený tlak posune s nepatrným zpoţděním plovoucí 29

30 píst, který uzavře vyrovnávací otvor druhého okruhu a tlak brzdové kapaliny je přenesen na kolové brzdy. Jakmile dojde k uvolnění brzdového pedálu, vratná pruţina posune oba písty do klidové polohy a těsnící manţety umístěné na čelech pístů se deformují, ventilové podloţky se nezvednou a brzdová kapalina začne přes přepouštěcí otvory proudit z doplňovacího prostoru do zvětšujících se pracovních prostorů. Tím je zabráněno vniknutí vzduchu do brzdové soustavy. V obou brzdových okruzích poté poklesne tlak a kolové brzdy se uvolní. (viz.obr.15) Pokud dojde k porušení prvního okruhu, posune se tlačný píst při sešlápnutí brzdového pedálu aţ k plovoucímu pístu, o který se opře svým čepem a tím působí ovládací síla brzdového pedálu přímo na plovoucí píst. Pokud dojde k porušení druhého okruhu, posune se plovoucí píst do krajní polohy a zabrání úniku kapaliny z prvního okruhu do druhého a tím umoţní zvýšení tlaku v prvním okruhu. (viz.obr.16) Obr. 15 schema brzdového válce v klidové poloze [5] Obr. 16 schema brzdového válce při brzdění [5] 30

31 8.3.4 Tandemový brzdový válec s jedním nebo dvěma centrálními ventily Základní popis Místo přepouštěcích otvorů můţe být v hlavním brzdovém válci pouţit centrální ventil, který je umístěn uvnitř v pístu. Oproti provedení s přepouštěcími otvory je v případě pouţití centrálního ventilu menší nebezpečí poškození čelní těsnící manţety, coţ je důleţité především u brzdových soustav doplněných systémem ABS, u kterých dochází k častějšímu nárůstu a poklesu tlaku. Centrální ventil můţe být umístěn v plovoucím pístu nebo v obou pístech. V pístu je vytvořena podélná štěrbina, která je v přední části pístu spojena s kanálkem, ve kterém je uloţen centrální ventil. Ve štěrbině je uchycen dorazový kolík, který je uloţen v tělese hlavního brzdového válce. Kolík tvoří dorazovou plochu pro otevření centrálního ventilu. Obr. 17 Tandemový hlavní brzdový válec s jedním centrálním ventilem [6] Popis pracovních poloh V klidové poloze těleso ventilu dosedá svoji zadní částí na kolík, ventil je otevřen a můţe být vyrovnána změna objemu brzdové kapaliny. Při brzdění se píst posouvá a ventilová pruţina uzavře ventil, takţe pracovní prostor před pístem je uzavřen a nastane nárůst tlaku v příslušném okruhu. Při uvolnění brzdového pedálu se píst vrací do klidové polohy, těleso ventilu dosedne na kolík, ventil se otevře a dochází k rychlému poklesu tlaku v brzdovém okruhu, přičemţ část kapaliny proudí do vyrovnávací nádobky. 31

32 8.4 Posilovač brzd Obr. 18 Tandemový hlavní válec se dvěma centrálními ventily Brzdová soustava je u některých vozidel vybavena posilovačem brzd. U většiny vozidel s posilovačem je pouţit buď podtlakový nebo hydraulický posilovač. U podtlakového posilovače je vyuţito rozdílu v tlaku vzduchu mezi podtlakovou a pracovní komorou posilovače. Podtlaková komora je od pracovní komory oddělena pomocí podtlakového ventilu, který je uzavírán pohybem pístnice. Vnikáním atmosférického tlaku do pracovní komory nastává tlakový rozdíl mezi komorami,v jehoţ důsledku nastává posilování brzdového účinku.u automobilů s benzínovým motorem vniká podtlak pomocí sacího potrubí a posilovač má v důsledku malého podtlaku větší rozměry. U automobilů s naftovým motorem vzniká podtlak pomocí vakuového čerpadla, které je poháněno motorem vozidla.(viz.obr.19, 1.část) U hydraulického posilovače vytváří posilovací sílu vysokotlaké olejové čerpadlo, které čerpá olej do tlakového zásobníku naplněného dusíkem. Vzniklý tlak můţe mít aţ 15 MPa. Při stlačení brzdového pedálu se uzavře odtok oleje a otevře se přítok oleje a tlak v oleji je přenesen na píst brzdového válce. Při uvolnění brzdového pedálu se uzavře přítok oleje a otevře se odtok oleje. Pokud dojde k poruše motoru, vystačí vzniklý tlak oleje ještě na několik zabrzdění. (viz.obr.19, 2 a 3.část) 32

33 Obr. 19 schema s principem činnosti podtlakového a hydraulického posilovače 33

34 8.5 Bubnové brzdy Základní popis bubnových brzd Hlavní části bubnové brzdy jsou: brzdový buben, brzdové čelisti, rozpěrné zařízení, vratné pružiny a štít brzdy. (viz.obr.21) Brzdový buben je pevně připevněn ke kolu. Na štítu brzdy jsou uloţeny brzdové čelisti. Štít se neotáčí a je pevně připevněn k nápravě vozidla. Brzdové čelisti jsou osazené brzdovým obloţením a jsou rozpěrným ústrojím přitlačovány na vnitřní plochu brzdového bubnu, takţe mezi čelistmi a bubnem vzniká tření, které působí brzdnou sílu. Při brzdění vzniká samoposilující účinek (servoúčinek), který závisí na uspořádání brzdových čelistí a je poměrně velký. V důsledku tření vzniká moment, který náběţnou čelist přitlačuje k bubnu a tím posiluje její brzdný účinek. Brzdný účinek úběţné čelisti se naopak zmenšuje. (viz.obr.20) U bubnové brzdy je ústrojí brzdy umístěno uvnitř brzdového bubnu, coţ omezuje vnikání nečistot. Ve srovnání s kotoučovými brzdami mají bubnové brzdy delší ţivotnost obloţení. Bubnové brzdy lze snadno spojit s parkovací brzdou. Nevýhodou bubnové brzdy je pokles brzdného účinku při delším brzdění a při přílišném přehřátí riziko deformace brzdového bubnu. Výrobci osobních automobilů přestávají postupně bubnové brzdy pouţívat, avšak u vozidel, které pracují v náročných podmínkách (např. zemědělské stroje) jsou bubnové brzdy pouţívány stále, především kvůli odolnosti vůči vnikání nečistot. Obr. 20 Schéma bubnové brzdy [7] 34

35 Obr Druhy bubnových brzd Podle ovládání a uloţení čelistí se bubnové brzdy rozdělují na jednonáběţné (Simplex), dvounáběţné (Duplex), dvounáběţné obousměrné (Duo-duplex), brzdy se spřaţenými čelistmi (Servo) a dvounáběţné obousměrné se spřaţenými čelistmi (Duo-servo). Obr. 22 rozdělení bub. brzd podle ovládání [5] 35

36 Brzda jednonáběžná(simplex) Jednonáběţná brzda je základní typ bubnové brzdy. Jedna brzdová čelist v této brzdě je náběžná a druhá čelist je úběžná. Obě čelisti jsou ke třecí ploše bubnu přitlačovány společným rozpěrným zařízením (např. dvoupístkovým brzdovým válečkem) a jsou uloţeny na svém otočném čepu nebo mají svou opěrnou plochu. Jednonáběţná brzda má stejnosměrný brzdový účinek, ale dosaţený samoposilovací účinek je malý a dochází k nerovnoměrnému opotřebení obloţení. Při jízdě vpřed i vzad je brzdný účinek stejný. Pokud je brzda doplněna o části, které umoţňují aretační polohu, můţe současně fungovat i jako parkovací brzda. (viz.obr.2.a.) Brzda dvounáběžná (Duplex) U dvounáběţné brzdy mají obě čelisti své rozpěrné zařízení, coţ znamená, ţe při jízdě vpřed jsou obě čelisti náběţné. Nejčastější je pouţití dvou jednopístkových brzdových válečků, přičemţ kaţdý váleček tvoří současně opěrku pro druhou čelist. Brzdný účinek při jízdě vpřed je větší neţ u jednonáběţné brzdy, protoţe obě čelisti jsou náběţné. Při jízdě vzad je však a brzdný účinek menší. Protoţe obě čelisti jsou úběţné. (viz.obr.2.b.) Brzda dvounáběžná obousměrná (Duo-duplex) U této brzdy je dosaţený brzdný účinek v obou směrech jízdy stejný, protoţe brzda má dva dvoupístkové brzdové válečky, které působí stejnou silou na obě strany čelisti. (viz.obr.2.c.) Brzda se spřaženými čelistmi (Servo) U této brzdy jsou čelisti mezi sebou spřaţeny a působí na sebe navzájem. Při jízdě vpřed fungují obě čelisti jako náběţné, při jízdě vzad jako úběţné. (viz.obr.2.d.) Brzda dvounáběžná obousměrná se spřaženými čelistmi Duoservo U této brzdy jsou čelisti spojeny pohyblivou opěrkou a fungují v obou směrech otáčení bubnu jako náběţné, protoţe směr působení třecí síly a tím vytvořeného momentu se projeví jako samoposilovací účinek u obou čelistí. Brzda vyţaduje pouze malou ovládací sílu a při obou směrech jízdy má stejný brzdný účinek. Účinnost brzdy je velmi ovlivňována nečistotami a vlhkostí. Nejčastější je tento typ brzdy vyuţit jako parkovací brzda, u které se jako rozpěrné zařízení pouţívá brzdový klíč ovládaný lankem. (viz.obr.2.e.) Brzdové čelisti Brzdové čelisti jsou umístěny uvnitř bubnu a jsou při brzdění přitlačovány na vnitřní válcový 36

37 povrch bubnu tzv. ovládacím zařízením, které působí na jednom konci čelisti. Podle způsobu uloţení druhého konce dělíme čelisti na otočné, volné plovoucí a volné zakotvené. Otočné čelisti jsou otočně uloţeny na čepu, mají tedy pevný otočný bod a 1 volnosti. Volné čelisti, které jsou opřeny o opěrnou plochu (kolmou nebo šikmou) se nazývají plovoucí čelisti. Volné čelisti, které jsou uloţené pomocí výkyvné vzpěry na čepu, se nazývají zakotvené čelisti. Nemají tedy pevný otočný bod a mají 2 volnosti pohybu. Vhodnější je volné uloţení, protoţe čelisti se v bubnu vystřeďují a opotřebení obloţení je rovnoměrnější. Podle smyslu působení momentu obvodové třecí síly vzhledem k uloţení čelisti se rozlišuje čelist náběţná a úběţná. (viz.obr.23) U náběţné čelisti zvyšuje moment třecí síly přítlak čelisti na třecí plochu bubnu (má tzv. posilující účinek náběţné čelisti). U úběţné čelisti naopak tento moment zmenšuje přítlak čelisti na třecí plochu bubnu. Zpětný pohyb čelistí do základní polohy v odbrzděném stavu zajišťuje vratná pruţina. Čelisti, štít brzdy a ovládací zařízení tvoří pevnou část bubnové brzdy. Čelisti mají tvar T profilu z důvodu dosaţení potřebné tuhosti. Brzdové čelisti jsou většinou vyrobeny z ocelového plechu nebo jako odlitky ze slitin lehkých kovů. Na brzdových čelistech je nalepeno případně přinýtováno brzdové obloţení z kompozitního materiálu vyrobeného práškovou metalurgií z pilin různých kovů a pojidel. [5] Obr. 23 popis brzdových čelistí [5] Rozpěrné zařízení Funkcí rozpěrného zařízení je přitlačení brzdových čelistí k třecí ploše brzdového bubnu. U kapalinových brzd se k přitlačení nejčastěji pouţívají kolové brzdové válečky, u některých brzd se pouţívají brzdové klíny. U mechanicky ovládaných parkovacích brzd se k rozevření čelistí nejčastěji pouţívá rozpěrná páka nebo klíč. Rozpěrná páka 37

38 parkovací brzdy doplňuje bubnové brzdy zadní nápravy a umoţňuje ruční ovládání parkovací brzdy Brzdový váleček Brzdové válečky jsou konstruovány buď se dvěma pístky nebo jako jednoduché s jedním pístkem. Na obrázku je znázorněn váleček se dvěma pístky. Funkcí brzdového válečku je přenos tlaku brzdové kapaliny na brzdové čelisti. Při popisu funkce je pouţito označení z obrázku. Váleček (1) je pevně spojen se štítem brzdy. Tlak brzdové kapaliny přiváděné do válečku (1) z hlavního brzdového válce působí na pístky (2) ve válečku a vytváří rozpěrnou sílu pro rozevření čelistí a jejich přitlačení k brzdovému bubnu. Pístky (2) jsou utěsněny buď v dráţce pryţovými těsnícími krouţky (4) nebo pryţovými manţetami (7) na čelní ploše. Pokud jsou k těsnění pouţity hrníčkové manţety, musí po uvolnění brzdového pedálu zůstat ve válečku mírný přetlak v rozmezí 0,04 aţ 0,17 MPa, protoţe okraje hrníčkové manţety jsou přitlačeny ke stěně válečku (1) tlakem kapaliny a tím jsou pístky utěsněny. Hrníčkové manţety jsou přes opěrné misky přitlačovány k pístku (2) pruţinou Pokud by přetlak nezůstal, mohlo by dojít v důsledku netěsnosti k nasátí vzduchu. Přetlak je zajištěn výtlačným ventilem umístěným v hlavním brzdovém válci. Vniknutí nečistot do válečku zamezují protiprachové manţety (6). Do pístků jsou z vnější strany vloţeny tlačné čepy (5), prostřednictvím kterých je brzdná síla přenášena na brzdové čelisti. Na zadní straně válečku jsou závitové otvory pro upevnění ke štítu brzdy a pro připojení brzdové hadice. Na horní straně válečku je umístěn odvzdušňovací ventil (8). Obr. 24 [5] 38

39 8.5.5 Brzdový buben Brzdový buben je ke kolu vozidla připevněn pomocí šroubů. Brzdový buben musí mít dostatečnou odolnost proti otěru, stálost tvaru a rozměrů a dostatečnou tepelnou vodivost. Nejčastěji pouţívanými materiály pro výrobu brzdového bubnu jsou šedá nebo temperovaná litina, ocelolitina nebo slitiny lehkých kovů. Třecí plochy na bubnu jsou jemně soustruţené případně broušené, aby byl zajištěn vhodný styk bubnu s brzdovými čelistmi. U brzdového bubnu nesmí vznikat vibrace ani radiální nebo axiální kmitání. 8.6 Kotoučové brzdy Základní popis kotoučových brzd Hlavní části kotoučové brzdy jsou: kotouč, brzdové obloţení (destičky), třmen, brzdové pístky. (viz.obr.25) Kotouč je pevně připevněn ke kolu vozidla. Podle způsobu ovládání se kotoučové brzdy rozdělují na brzdy s pevným třmenem a na brzdy s plovoucím (pohyblivým) třmenem. Ve třmenu jsou uloţeny brzdové destičky a jeden nebo více pístků, ke kterým je brzdovou hadičkou přiváděna brzdová kapalina. (viz.obr.26) Pevný třmen je pevně připojen k nápravě vozidla a na obou stranách třmenu jsou umístěny pístky. Plovoucí třmen je posuvně uloţen v drţáku, který je pevně připojen k nápravě vozidla a pístky jsou uloţeny z jedné strany třmenu (popř. jeden pístek). Při sešlápnutí brzdového pedálu vznikne v brzdové kapalině tlak, který přes pístky přitlačí brzdové obloţení (destičky) ke kotouči a vzniklé tření způsobí brzdný účinek. Velikost brzdného účinku nezávisí na smyslu otáčení kola a brzdnou sílu lze dobře regulovat. Ve srovnání s bubnovými brzdami jsou kotoučové brzdy výrazně lehčí, výkonnější a lépe chlazené, jsou však draţší a mají menší odolnost proti poruchám vzniklým v důsledku znečištění. Protoţe pístky působí přímo na brzdové obloţení, vzniká při brzdění nebezpečí vytváření parních bublin v brzdové kapalině. U většiny levných vozidel se kotoučové brzdy pouţívají stále jen u předních kol. 39

40 Obr. 25 Schéma kotoučových brzd s pevným třmenem(vlevo), s plovoucím třmenem (vpravo) (1) brzdové obložení (2) pístek (3) brzdový kotouč(4) třmen brzdy, (5) držák brzdového třmenu (6) přívod tlaku [5] Obr. 26 Schéma kotoučové brzdy s pevným třmenem Brzdový kotouč U většiny vozidel má brzdový kotouč talířový tvar a je připevněn ke kolu vozidla přírubovým spojem. Brzdové kotouče u běţných vozidel jsou vyrobeny z ocelolitiny. Pro zlepšení materiálových vlastností se pouţívají legovací prvky, např. molybden, měď, chrom nebo titan. Třecí plochy kotoučů jsou broušené, protoţe jakost povrchu kotouče výrazně ovlivňuje opotřebení třecího obloţení i kotouče. U vozidel se silnějším motorem jsou pouţívány kotouče z legované šedé litiny s vysokým obsahem uhlíku, 40

41 která velmi dobře odvádí teplo vznikající při brzdění. Protoţe větší část brzdné síly je na přední nápravě, jsou u některých vozidel u brzd na přední nápravě pouţity tzv. duté kotouče, které mají z důvodu chlazení vzduchové kanálky. U některých vozidel jsou pro zlepšení brzdného účinku pouţity kotouče s navrtanými otvory,(viz.obr.28) které při dešti umoţňují lépe odvádět vodu a odpařující se vodní páru. U některých vozidel mají kotouče na třecí ploše vytvořeny spirálové dráţky přesně stanovené hloubky, které slouţí k indikaci opotřebení kotouče, zlepšují samočisticí schopnost kotouče a urychlují zaběhnutí obloţení brzdových destiček.(viz.obr.27) U drahých vozidel s vysokou maximální rychlostí jsou pouţity keramické brzdové kotouče, které mají výrazně niţší hmotnost a opotřebení neţ klasické kotouče. Keramické kotouče jsou vyrobeny z keramického materiálu, ve kterém má největší podíl karbid křemíku a jsou vyztuţeny uhlíkovými vlákny. Tento materiál tlumí kmitání, čímţ zamezuje pulzování brzd a má velkou odolnost proti otěru. Nevýhodou keramických kotoučů jsou vysoké náklady na výrobu. Obr. 27 Kotouč se spirálovými drážkami Obr. 28Brzdový kotouč s navrtanými otvory 41

42 8.6.3 Brzdový třmen V brzdovém třmenu jsou uloţeny brzdové pístky a brzdové destičky. U více namáhaných brzd (především u drahých nebo sportovních aut) má brzda více pístků z důvodu rovnoměrnějšího rozloţení tlaku na plochu brzdové destičky. U některých vozidel jsou pouţity i brzdy se šesti nebo osmi pístky. Brzdy s plovoucím třmenem mají menší rozměry a hmotnost neţ brzdy s pevným třmenem. U brzd s plovoucím třmenem je při intenzivním brzdění menší riziko vzniku parních bublin v brzdové kapalině, protoţe pístky jsou umístěny jen na jedné straně kotouče, avšak můţe nastat zadření posuvné části třmene v drţáku a tím sníţení brzdného účinku. V současné době je více pouţíváno provedení s plovoucím třmenem, protoţe brzdnou kapalinou je vyplněn pouze jeden prostor, který je během jízdy dobře ochlazován proudícím vzduchem. Obr. 29 schéma brzdových třmenů brzdy s pevným třmenem těleso třmene je sloţeno z víka a přírubové skříně. Obě části mají dutinu (u jednopístkové brzdy) nebo dvě a více dutin (u vícepístkových brzd). Dutiny v třmenu a víku tvoří brzdový váleček, ve kterém se pohybují pístky. Válečky jsou spojeny kanálky nebo brzdovým potrubím. Pístky jsou uspořádány proti sobě po obou stranách kotouče. Pokud jsou pístky dva, mají stejný průměr a společnou osu. (viz.obr31.a.) Pokud jsou tři, je větší pístek umístěn na jedné straně kotouče a dva menší na druhé straně kotouče, avšak součet plochy pístků na obou stranách je stejný. Pokud je pístků více, mají stejný průměr a dvojice protilehlých pístků má společnou osu. (viz.obr.31.b.) Při brzdění jsou brzdové destičky přitlačeny tlakem brzdové kapaliny přes pístky na brzdový kotouč. Rozpěrná pruţina přitlačuje brzdové destičky směrem k pístkům, aby při brzdění nedocházelo k rázům. Pístky jsou utěsněny 42

43 kruhovým těsněním uloţeným v dráţce třmenu, které má vnitřní průměr menší, neţ je průměr písku, aby bylo zajištěno předpětí. Při brzdění se těsnící krouţek zdeformuje. Po uvolnění brzdového pedálu klesne tlak brzdové kapaliny, těsnění se vrátí do původní polohy a posune do původní polohy i pístek. Obr. 27, Obr. 28 popis dvou a čtyřpístového třmenu brzdy s volným třmenem - v tělesu třmenu jsou dva válcové otvory, ve kterých jsou uloţena teflonová vodící pouzdra, pomocí kterých je třmen ve směru osy kotouče posuvně uloţen na vodících čepech drţáku brzdy. Drţák je připevněn na závěs kola. Pístky (popř. jeden pístek) jsou na jedné straně kotouče a při brzdění tlačí na vnitřní brzdovou destičku. Na druhé straně kotouče je vnější brzdová destička pevně spojena se třmenem. Při brzdění je třmen posunut reakční sílou a tím se uvede do činnosti vnější destička. Přítlačná síla u obou destiček je stejná. 43

44 8.6.4 Brzdové destičky V brzdových destičkách je přímo převáděna kinetická energie vozidla na tepelnou energii. Existuje mnoho druhů destiček, které mohou mít různé pracovní teploty. Funkční částí brzdové destičky je brzdové obloţení, které je přilepeno na nosnou část destičky. Při návrhu brzd je správná volba destiček velmi důleţitá, protoţe brzdové destičky jsou při brzdění stejně jako brzdové kotouče vystaveny extrémní tepelné zátěţi a při překročení povolených hodnot můţe dojít k prohoření brzdového obloţení, jeho zaleštění, nebo rozkmitání brzdového disku, coţ výrazně sniţuje brzdový účinek. Pouţití nesprávného typu destiček můţe způsobovat vadnutí brzd. Protoţe během provozu jsou v závislosti na provozních podmínkách brzdové destičky opotřebovány nerovnoměrně, jsou u některých typů brzd destičky opatřeny senzorem,který v případě jejich opotřebení signalizuje řidiči nutnost výměny. Obr. 29 Brzdové destičky Materiály brzdového obložení Při volbě materiálu destiček je nejdříve zvaţován správný koeficient tření, aby byla zajištěna rovnováha výkonu brzd. Pouţitý třecí materiály by měl mít stálý koeficient tření i při plném zatíţení vozidla a prudkém brzdění. Základní teplotní odolnost destiček je navrhována na přibliţně 800 C. [5] Pro výkonnější nebo sportovní vozidla jsou pouţívány měkčí destičky s vyšší hranicí teplotní zátěţe, pro běţná vozidla se pouţívají tvrdší destičky s niţší teplotní odolností, které jsou trvanlivější. V minulosti byly destičky vyráběny z azbestu, v současné době jsou vyrobeny ze směsí, které mohou obsahovat například oxidy ţeleza nebo hliníku, měď, aramidová vlákna, grafit a pryskyřici. Třecí materiál u běţných destiček je vyroben z minerálních, kovových, keramických nebo organických látek, které jsou vázány organickými pojivy (např. syntetická pryskyřice nebo kaučuk). Obloţení u vysoce namáhaných destiček je 44

45 vyrobeno ze spékaných práškových kovů. Materiál pouţitý pro třecí povrch brzdových destiček má vysoký koeficient smykového tření (vyšší neţ 0,4) Konstrukce brzdových destiček Obr. 30 Čelní a boční pohled na brzdovou destičku Opěrná deska - Standardní materiál pouţitý pro opěrnou desku je rovná měkká ocel. Běţná tloušťka u malých destiček je 3 aţ 5 mm, u destiček pro lehké uţitkové vozy 6 aţ 7 mm. Běţné rozměrové tolerance na šířku jsou v rozmezí 0,10 aţ 0,13 m z důvodu dostatečné vůle třmenu. Rovinnost opěrné desky by neměla překročit 0,15 mm. Protihluková deska - protihluková deska sniţuje hluk způsobený vibracemi při brzdění. Protihluková deska je obvykle provedena jako tenký plátek z gumy nebo oceli, který je v profilu opěrné desky přichycený lepidlem nebo vymezujícími kolíky. Nálitky - nálitky jsou malé kovové výstupky na zadní straně opěrné desky, které zapadají do prohlubní v třmenu pístku, které jsou připojeny k mechanismu ruční brzdy. Automatické nastavení závisí na aretaci pístku. Výstupky brání pístku v rotaci. Kdyţ jsou destičky vyjmuty, pístek je rotací vrácen to těla brzdiče. Nálitky jsou také pouţity k upevnění hlukových vibračních spon pro indikaci opotřebení. 45