MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

Transkript

1 MENDELOVA UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BRNO 2013 ÁDÁM MIZSÉRI

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: Ádám Mizséri Brno 2013

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem diplomovou práci na téma Provozní brzdy motorových vozidel vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Diplomová práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana Agronomické fakulty Mendelovy univerzity v Brně. dne. podpis diplomanta.

4 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Prof. Ing. Františku Bauerovi, CSc. za cenné připomínky a odborné rady, kterými přispěl k vypracování této bakalářské práce.

5 Abstrakt Tato bakalářská práce se zabývá analýzou problematiky provozní brzdění vozidel. Uvádí přehled a rozdělení brzdových systémů a funkci brzd včetně schéma a popisu. Jsou zde také představeny některé systémy pro zlepšení jízdních vlastností automobilů. Dále se práce zabývá možnostmi zkoušení brzd, měření brzdné dráhy a brzdného zpomalení na zkušebnách brzd, včetně popisu jednotlivých metod a zařízení. Jsou zde uvedeny legislativní požadavky na brzdné dráhy a brzdné zpomalení. Závěr práce porovnává brzdové systémy, elektronické bezpečnostní systémy pro bezpečné a spolehlivé brzdění a zastavení vozidla. Klíčová slova: třecí síla, aktívní bezpečnostní systém, diagnostika Abstract This closing work examines the operating brake systems. It provides an owerview of brakes, their functions and also their functional schemes. The work gives a presentation of some systems that can improve the drivebility and stability of vehicles. This work deals with the diagnostics of brakes, measuring of braking distances and braking slowdown in the break testing laboratories. It also shows the description of the used technics. There are described the legislative requiments of braking distances and braking slowdowns. In the summary of the work I combare the brake systems in order to the safe and reliable braking and stopping of vehicles. Keywords: friction force, active safety system, diagnostics

6 Obsah 1. ÚVOD CÍL PRÁCE DYNAMIKA BRZDĚNÍ Pohybová rovnice brzděného vozidla Průběh brzdění [5] Součinitel adheze µ Blokování kol [4] Rozdělení brzdné síly ROZDĚLENÍ BRZDOVÝCH SYSTÉMŮ [6] ROZDĚLENÍ BRZD PODLE KONSTRUKCE Bubnová brzda Hlavní části bubnových brzd [6] Druhy bubnových brzd [6] Kotoučová brzda Hlavní části kotoučových brzd [4] Druhy kotoučových brzd [6] OVLÁDACÍ ÚSTROJÍ BRZDOVÝCH SOUSTAV [4] Hydraulické brzdové soustavy Jednookruhový hlavní brzdový válec Dvouokruhový hlavní brzdový válec Posilovače brzdění Brzdové okruhy Brzdové kapaliny [4] Vzduchové brzdové systémy Vzduchový brzdový systém samotného vozidla [6] Jednohadicová brzdová soustava přípojného vozidla [8] Dvouhadicová brzdová soustava přípojného vozidla [8] hadicová brzdová soustava přípojného vozidla [8] DIAGNOSTIKA BRZDOVÝCH SOUSTAV [1] Jízdní zkoušky [1] Válcové zkušebny brzd Pomaloběžné válcové zkušebny... 33

7 7.2.2 Válcové stanice rychloběžné [7] ELEKTRONICKÉ BEZPEČNOSTNÍ SYSTÉMY ABS (Anti-lock Braking System) [3] Snímače otáček kol [3] Uzavřený ABS systém [3] Otevřený ABS systém ESP (Electronic Stability Program) [13] Snímač úhlu natočení volantu Snímač vybočení vozidla VYHODNOCENÍ JEDNOTLIVÝCH BRZD A ŘÍDÍCÍCH SOUSTAV Porovnání bubnových a kotoučových brzd Porovnání hydraulických a vzduchových brzdových soustav ZÁVĚR Seznam použité literatury Literární zdroje: Časopisy Internetové zdroje Seznam obrázků Seznam tabulek... 48

8 1. ÚVOD První brzdy používali římané na svých vozech. Byli to jednoduché mechanické brzdy ovládané pákami, táhlami. Později se zvýšili rychlosti, a v motorových vozidlech bylo nutné vyvinout bezpečné brzdové soustavy. Začali se šířit hydraulické ovládání. Pro oba systémy bylo platné, že brzdní sílu měl vyvinout řidič vozidla. Proto, pak vyvinuli různé servomechanismy, aby brzdění bylo pohodlnější a bezpečnější. Ve dvacátých letech minulého století začali používat ve vozidlech vzduchotlaké soustavy, které se už dříve používali u kolejových vozidel. U těchto systémech nemusí řidič vyvinout velkou brzdnou sílu. Opravdu velký pokrok byl to, že se zvýšil brzdný účinek a jeho dynamická regulovatelnost. Používají se u těžkých nákladních automobilů, autobusů a přípojných vozidel. V poslední době pro zlepšení jízdních vlastností vozidel se používají elektronické systémy zlepšující chování vozidla v rozdílných provozních podmínkách. Ať se již jedná o zlepšení směrové stability a řiditelnost vozidla při brzdění, regulace prokluzu kol nebo o systém regulace dynamiky jízdy. Začátkem 20. století v automobilech používali bubnové brzdy, které mají nevýhodu při sjezdu z delšího kopce, když se buben může přehřát a roztáhnout tak, že zdvih brzdového válce již nebude stačit a sníží se brzdný účinek. V padesátých letech začali použít i v sériové výrobě kotoučové brzdy, které mají dobrý odvod tepla a stabilitu brzdného účinku při dlouhodobém používání. Pro zabezpečení plynulé dopravy musí mít vozidla schopnost rychlé akcelerace a rychlého zpomalení. Zvlášť důležité je brzdění, tedy zmenšení rychlosti vozidla. Požadavky na brzdové zařízení jsou stanoveny zákonem v ČR vyhláška č. 102/1995 Sb. a vyhláška č. 176/1960 Sb. Tyto požadavky jsou v souladu s homologačnímy předpisy EHK č. 13, 78, 90. Tyto předpisy podrobně určují podmínky pro rychlé, spolehlivé a účinné zastavení vozidla při jakékoli rychlosti a při každé okamžité hmotnosti na všech svazích, které při provozu vozidla přicházejí v úvahu. V dnešní době se neustále zvyšují rychlosti a hmotnosti jednotlivých vozidel, proto brzdové soustavy musejí splnit rostoucí požadavky pro bezpečné brzdění a zastavení vozidla. 6

9 2. CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je uvést současný stav v konstrukci brzdových systémů motorových vozidel. Vysvětlování principu činnosti pomocí funkčních schémat. Popsání dynamiky a procesu brzdění, funkce brzd a technické řešení. Představovat bezpečnostní opatření podle platných předpisů a důležitost pravidelné vykonávání diagnostiky. Dále porovnání, vyhodnocení výhod a nevýhod jednotlivých soustav brzdění. 3. DYNAMIKA BRZDĚNÍ Úkolem brzd je zajištění spolehlivé snížení rychlosti a zastavení, v případě zajištění vozidla proti pohybu při parkování. Brzdový systém má umožnit co největší zpomalení, a stabilitu po brzdění. Princip činnosti spočívá v tření rotující části a třecího, brzdného členu, čímž se kinetická energie mění v teplo. [5] 3.1 Pohybová rovnice brzděného vozidla Pohyb brzděného vozidla kromě účinku brzdové systémy je ovlivněn jinými faktory. Pro zkoumání pohybu brzděného vozidla používáme zjednodušení model, kde předpokládáme: účinek brzdění je symetrický, vozidlo můžeme modelovat za dvourozměrný, vyloučíme hnací síly motoru, vyloučíme dobu náběhu brzdění, a brzdní sílu považujeme za konstantní za celou dobu brzdění, nedojde k prokluzování pneumatik po podložce. 7

10 Fvz FO FG Fb1 Fv1 Fb2 Fv2 Fµ Fr1 Fr2 Obr. 1 Síly působící na brzdící vozidlo[vlastní] F vz odpor vzduchu, F b1 brzdní síla na přední nápravě, F v1 valivý odpor na přední nápravě, F r1 reakční síla na přední nápravě, F o setrvační síla, F G tíhová síla, F b2 brzdní síla na zadní nápravě,f v2 valivý odpor na zadní nápravě,f r1 reakční síla na zadní nápravě, F µ - Adhezní síla Podle obrázku na vozidlo působící síly jsou: Setrvační síla = [N] Kde: F o setrvační síla [N] m hmotnost vozidla [kg] δ součinitel vyjádřující moment setrvačnosti rotujících kol a součástek (δ>1) [ ] a zpoždění vozidla [m/s 2 ] Součet vynaložených brzdových sil na obvodu všech kol F B Odpor valivý = cos [N] Kde: g gravitační zrychlení [m/s 2 ] f součinitel odporu valení [ ] α úhel sklonu nakloněné roviny [ ] Odpor vzduchu = 2 [N] 8

11 Kde: F vz odpor vzduchu [N] ρ měrná hmotnost vzduchu [kg/m 3 ] c vz součinitel odporu vzduchu [ ] A čelní plocha vozidla [m 2 ] v náporová rychlost, tj. rychlost vzduchu ve směru osy x [m/s] Pomocí d'alembertova principu můžeme sčítat všechny vnější síly, které budou v mechanickém systému v rovnováze, a dostaneme rovnici pohybu brzděného vozidla. = [N] Kde: F S odpor svahu [N] pro α = 0 [ ] F S = 0 [N] V pohybové rovnici všechny složky můžeme považovat za stálé, kromě síly odporu vzduchu (F vz ) a setrvační síly (F O ). Po uspořádání a integraci této rovnice a separaci kořenů můžeme vyjádřit dobu potřebnou k zastavení vozidla. = 2 arctg 2 arctg 2 [ s ] Kde: v 0 počáteční rychlost vozidla [m/s] v 1 konečná rychlost vozidla (po brzdění) [m/s] Dráhu brzdění lze vypočítat transformací původní rovnice, ale stejně pomocí zákonu zachování energie, protože brzdová soustava přemění kinetickou energii vozidla na tepelnou energii. = [J] 2 = Kde: E k kinetická energie vozidla [J] W brzda tepelná energie [J] s brzdná dráha [m] 9

12 brzdná dráha [m] zjednodušená 80 podrobná počáteční rychlost [km/h] Obr. 2 Porovnání dvou metod výpočtu brzdní dráhy [4] Srovnáme-li výsledky při použití zjednodušeného a podrobného výpočtu, odchylka je v pouhých procentech, proto můžeme používat i zjednodušenou metodu [4] 3.2 Průběh brzdění [5] Při řízení motorového vozidla brzdění vyžaduje největší pozornost. To platí na brzdění našeho vozidla, a taky na zajištění vpředu brzdícího vozidla. Doba brzdění se skládá z více částí: Reakční doba řidiče t r je časový úsek, který uplyne od vzniku nepředvídatelné události do řidičovy reakce. Její doba se pohybuje kolem 0,5-2 sekund, ale vždy záleží na pozornosti řidiče, jeho věku, fyzické a psychické kondici a dalších faktorech. Čas prodlevy brzd t p je časová doba, kým se překoná vůle v kloubech a ložiskách, brzdové obložení dosedne na třecí plochy brzd. Až potud jede při zanedbání jízdných odporů vozidlo nesníženou rychlostí. Doba náběhu brzdy t n je čas, ve kterém účinek brzdění dosáhne svého maxima. Doba úplného brzdění t u je další časový úsek, při kterém předpokládáme rovnoměrné brzdění, až do úplného zastavení vozidla. 10

13 Obr. 3 Doba brzdění [5] 3.3 Součinitel adheze µ Na chování vozidla a stejně na konstrukce brzdových soustav má velký vliv skutečnost, že možnost přenášení síly mezi pneumatiky a vozovkou je značně ohraničena. Na obvodu pneumatik je možné vyvinout brzdní sílu jenom, když na obvodu pneumatik a povrchem vozovky dojde ke skluzu. Můžeme ji vyjádřit pomocí vztahu: = [ ] kde: s skluz v o obvodová rychlost kol [ m/s ] v rychlost vozidla [ m/s ] Součinitel adheze vyjadřuje souvislost mezi brzdící sílou a svislém zatížením jednoho kola: = [N Kde: F x brzdící síla na 1 kolo [N] F z zatížení 1 kola [N] 11

14 Obr. 4 Síly působící na brzděné kolo [4] M brzda brzdící moment, F x brzdící síla, v směr jízdy, r poloměr kola Při daných adhezních podmínkách můžeme zvýšit brzdnou sílu, když zvýšíme zatížení kol. Se zvýšením zatížení kol se zvětší valivý odbor, teplota pneumatiky bude větší a dojde ke snížení adheze. Součinitel adheze je ve velkém míře ovlivněn velikostí skluzu pneumatik na vozovce, a na brzdné síle působící na pneumatiku. adheze µmax [-] skluz s [-] Obr. 5 Funkce adheze [4] Na grafickém znázornění vidíme průběh součinitele adheze v závislosti na skluzu. Při dosažení kritické hodnoty, s=1, dojde ke smyku kola. 12

15 Adheze pneumatiky nezávisí pouze na povrchu silnice, na klimatických podmínkách, na rychlosti jízdy, na tlaku, teplotě a opotřebení pneumatiky, ale stejně na zatížení pneumatiky. Při zvyšující se vnější teplotě se zvyšuje i tlak v pneumatice, což zároveň snižuje adhezi. [4] Druh povrchu Adheze μ beton 0,7-1,0 asfalt - suchý 0,7-0,9 - mokrý 0,3-0,5 makadam 0,5-0,7 polní cesta 0,7-0,8 vlhké strniště 0,6 písek 0,3-0,4 sníh 0,2-0,3 náledí 0,1 Tab. 1 Součinitele adheze pro různí povrchy [2] Blokování kol [4] Blokování kol je nežádoucí jev při brzdění. Brzdová síla vynaložená blokujícím kolem přinese menší brzdící účinek než kolo odvalující se po obvodu, protože kinetickou energii sníží jenom třecí síla mezi vozovkou a pneumatikou. S tím se sníží ovladatelnost vozidla, a též pneumatiky se opotřebovávají ve větší míře. Podle pořadí blokování náprav vozidla mohou nastat tři případy: Nejprve se zablokují přední kola, v tom vozidlo se stane neovladatelným a zachovává pohyb ve směru jízdy. Nejprve se zablokují zadní kola, pak při působení minimální boční síly vozidlo úplně ztratí svou stabilitu. Všichni kola blokují spolu. Na hranici blokování všech kol účinnost brzdění je maximální, ale při výskytu blokování chování vozidla bude nepředvídatelné, kvůli působení výslední síly všech sil a momentů v paralelné rovině s vozovkou. 13

16 3.4 Rozdělení brzdné síly Úkolem brzdových systémů je zajištění co největší zpoždění vozidla, při zachování co největší stabilitě a ovládatelnosti. Největší dostupný zpomalení lze vyjádřit pomocí adheze mezi pneumatiky a podložkou: = [m/ ] Kde: F zi zatížení i-tého kola [ N ] µ max i maximální adheze na i-té kolo [ ] m hmotnost vozidla [kg] n počet brzděných kol Problém je v tom, že zatížení kol se může měnit staticky (počet cestujících, náklad, sklon vozovky), anebo dynamicky (setrvačné síly vyplívající z brzdění, zatáčení, nerovnosti vozovky). Mezi povrchem vozovky a pneumatiky se stejně může měnit součinitel adheze, a to může být rozdílné u jednotlivých kol. Největší zpomalení dosáhneme pouze tehdy, když celková brzdná síla bude rozdělena mezi jednotlivými koly podle přilnavosti, přitom nemůže působit žádný točivý moment kolem svislé osy vozidla. [4] 4. ROZDĚLENÍ BRZDOVÝCH SYSTÉMŮ [6] Brzdové zařízení tvoří všechny brzdové systémy namontované na vozidla, jejichž účelem je zajištění plynulosti dopravy, snížení rychlosti pohybujícího se vozidla, a stejně zajištění vozidla proti samovolnému pohybu na svahu. U některých typů motorových vozidel se používají brzdy k nucenému zatáčení pomocí rozděleného nožního pedálu. V brzdové soustavě rozeznáváme tyto samostatné celky dle jejího využití (ČSN ): Provozní brzda soubor prvků umožňující řidiči, aby snížil přímo nebo nepřímo rychlost vozidla v průběhu normální jízdy nebo jej zastavil. Účinek soustavy pro provozní brzdění musí být odstupňovatelný. 14

17 Nouzová brzda - soubor prvků umožňující řidiči, aby snížil přímo nebo nepřímo rychlost vozidla nebo jej zastavil v případě selhání soustavy pro provozní brzdění. Účinek soustavy pro nouzové brzdění musí být odstupňovatelný. Parkovací brzda soubor prvků umožňující řidiči udržet stojící vozidlo mechanickými prostředky i na svahu a zejména v nepřítomnosti řidiče. Odlehčovací brzda - soubor prvků umožňující řidiči ustálit nebo snížit rychlost vozidla, zejména na dlouhém svahu. Soustava pro samočinné brzdění soubor prvků, které samočinně brzdí přípojné vozidlo při jeho úmyslném nebo náhodném odpojení od tažného vozidla. Brzdění se pokládá za odstupňovatelné, pokud řidič může v každém okamžiku zvětšit brzdnou sílu působením na ovládací orgán, brzdná síla se mění ve stejném smyslu jak působení na ovládací orgán, je možno regulovat dostatečně jemně brzdnou sílu. Řidič musí mít možnost ovládat provozní brzdění beze změny polohy ze svého sedadla, aniž by sejmul obě ruce z řízení vozidla. Každé vozidlo musí mít nejméně dvě na sobě nezávislé brzdové soustavy. Soustava provozní brzdy musí působit na všechna kola automobilu a parkovací a nouzová musí působit na alespoň jedno kolo na každé straně. Brzdný účinek při poruše v systému provozního brzdění musí být větší než 30% původního brzdného účinku. Z tohoto vyplývá požadavek, že ovládací soustava brzd musí být rozdělena na nejméně dvě části, přičemž porucha v jedné z nich nesmí zabránit funkci druhé části. Brzdové systémy používané u silničních vozidel lze rozdělit na různé ústrojí, a to jsou: ústrojí pro dodávku energie, ovládací ústrojí, převod, vlastní brzda, přídavné ústrojí na tažném vozidle. Ústrojí pro dodávku energie je část brzdového zařízení, které dodávají, regulují a je-li potřeba upravují energii požadovanou k brzdění. Ovládací ústrojí je část brzdové soustavy, které ji uvádí do činnosti, a ovládá její účinek. Ovládací příkaz může být přiváděn uvnitř ovládacího ústrojí mechanickými, hydraulickými nebo elektrickými prostředky. Ovládací ústrojí může být uváděno do činnosti: 15

18 Přímo rukou nebo nohou. Nepřímo řidičem, nebo bez jeho jakékoli zásahu (pouze přípojné vozidla) Změnou tlaku nebo elektrického proudu ve spojovacím vedení mezi tažným a přípojným vozidlem. Inteligentní elektronické zařízení, které můžou samostatně rozhodnout o nutnosti a velikosti brzdění, a automaticky sníží rychlost vozidla. ESP, elektronický stabilizační program, automaticky rozhodně o zapnutí nebo vypnutí brzdění jednoho nebo více kol. Převodové ústrojí brzdy je část brzdové soustavy, které přenášejí energii předávanou ovládacím ústrojím. Může být mechanický, hydraulický, pneumatický přetlakový nebo podtlakový, elektrický nebo kombinovaný. Brzda jsou části brzdové soustavy, ve kterých vznikají síly působící ve smyslu proti jízdy kotoučová brzda, bubnová brzda, pásová brzda, západková brzda. 5. ROZDĚLENÍ BRZD PODLE KONSTRUKCE U silničních a motorových vozidel se používají třecí brzdy, které brzdí otáčející se kolo momentem vzniklým suchým třením. Tím se pohybová energie motorového vozidla mění na tepelnou energii. Brzda je umístěna přímo v kole, proto ji nazýváme tzv. kolová brzda. Třecí brzdy rozdělíme podle tvaru třecích ploch (válcová nebo rovinná plocha) na bubnové a kotoučové. [4] 5.1 Bubnová brzda Bubnová brzda má starší konstrukci než kotoučová. U vozů staršího typů se používali na obou nápravách, dnes už jen u levnějších modelech na zadní nápravě. Při sešlápnutí brzdového pedálu přitlačíme čelisti s třecím obložením na vnitřní stěnu bubna pomocí hydraulické pracovní válce nebo mechanicky. K tomu je potřebná odpovídající množství tlakové kapaliny, stlačený vzduch, nebo mechanické síly. Potom začíná růst brzdící moment, která je přímo úměrná s vynaloženou sílou na řídícím 16

19 ústrojí. Vzniklé tření mezi obložením čelisti a bubnem přeměňuje kinetickou energii na tepelnou. Po ukončení brzdění čelisťové pružiny táhnou zpátky čelisti do základní polohy. [4] Obr. 6 Bubnová brzda [13] 1- hadice pro přívod brzdové kapaliny, 2 - štít (nosník) brzdy, 3 - pracovní válec, 4 - rozpěrka čelistí, 5 - brzdová čelist, 6 - třecí obložení, 7 pružina, 8 buben, 9 - pružina čelisti Hlavní části bubnových brzd [6] Štít (nosník) brzdy se vyrábí lisováním z oceli. Je našroubován k podvozku, a na to se připevní hydraulické a mechanické ovládací části, čelisti, a nastavovací prvky. Přes nosník se předávají reakční síly na nápravu při brzdění. Spolu s bubnem vytvoří jeden celek, co je výhodné z hlediska izolaci nečistoty a vody z okolí. Právě kvůli tomu chlazení je méně účinné, a nečistoty vytvořené opotřebením třecích částí zůstávají uvnitř brzdy, které mohou působit snížení brzdového účinku a zvýšení hluku. Brzdový buben drží brzdové čelisti. Brzdový buben musí mít dostatečnou pevnost. Během brzdění je buben namáhán na krut, ohyb a tah. Působení přítlačných sil a zvýšení provozní teploty nesmí zapříčinit deformování bubnu. Pro snížení hmotnosti se 17

20 může buben vyrábět lisováním z ocelového plechu, ze šedé litiny, nebo ze slitin různých lehkých kovů. Pro buben je potřebné zajistit dostatečné chlazení, pro tento účel jsou lehké kovy vhodné. Buben musí být správně vystředěn, a nesmí házet. Brzdové čelisti u osobních vozidel mají profil tvaru T, aby dosáhli požadovanou tuhost. Jsou vyrobeny svařováním z ocelového plechu, nebo odlité z lehkých kovů. U větších nákladních vozidel mohou mít profil dvojité T odlité z ocelolitinových materiálů. Čelisti buď jsou na jednom konci volně opěrný na čepu (plovoucí), nebo pevně uložené na otočném čepu (ukotvené). Na druhém konci jsou čelisti připojené buď na klíč brzdy (u mechanický ovládaných brzd), anebo na pracovní válec. Obložení: jsou nalepené, nebo přinýtované na čelist. Jejich funkce je vytvořit co největší tření bez ohledu na přehřátí. Dříve byly vyrobeny z asbestu, dnes se používají umělé hmoty, celulózy, uhlíkové a keramické materiály. Rozpěrné zařízení: Přítlačná síla může být přiváděn buď mechanicky - pomocí rozpěrné páky, hydraulicky - pomocí rozpěrných válečků. Působením na brzdový pedál se tlak kapaliny přenese na plochu pístu, ten se vysune a přitlačí brzdovou čelist k bubnu. Brzdový válec: Brzdový váleček obsahuje jeden nebo dva pístky, dle provedení brzdy. Tlak vytvořený hlavním brzdovým válcem působí na pístky ve válečku a vytváří rozpěrnou sílu. Pístky jsou těsněny pryžovými manžetami. Na vnějších stranách najdeme protiprachové manžety, chránící mechanismus před nečistotami. Na nejvyšším místě válečku se nachází odvzdušňovací ventil. [12] Druhy bubnových brzd [6] Bubnové brzdy můžeme rozdělit podle toho, jestli mají čelisti jeden společný válec, nebo dva - pro každou stranu samostatný válec. Jednoduchá brzda (simplex): má jednu náběžnou a jednu úběžnou čelist, jeden válec slouží k přitlačování obou čelisti. Dvojnáběžná brzda (duplex): má dvě náběžná čelisti, každá čelist je přitlačován vlastním ovládacím válcem. Brzda s praženími čelisti (servo): čelisti jsou uloženy tak, že na sebe působí navzájem. Při jízdě vpřed působí obě čelisti jako náběžné, při jízdě vzad jak úběžné. 18

21 Obr. 7 Druhy bubnových brzd [14] a simplex, b duplex, c servo, d duo-duplex, e duo-servo 5.2 Kotoučová brzda Kotoučová brzda jak v provedení, tak i ve vlastnostech se liší od bubnových brzd. Velikost třecích ploch je mnohem menší, to znamená, že je potřeba větší tlak v brzdové kapalině, a třecí materiály mají větší požadavky na tepelnou odolnost. Hlavním funkčním částem kotoučové brzdy je rotor se třecím obložením, který je uložen na drážkách hřídele polonápravy. Při jízdě se volně otáčí mezi přítlačními kotouči. Brzdící část je spojena s rámem vozidla, a neotáčí se. Pomocí potrubí do brzdových válec je přiváděna tlaková kapalina z hlavního brzdového válce. Píst tlačí brzdové destičky kolmo na kotouč, s tímto se vytváří tření mezi nimi. [2] Hlavní části kotoučových brzd [4] Rotor (kotouč): je připevněn na hřídele polonápravy, točí se s ním. Většinou je vyroben z oceli, ale v některých případech sportovních vozů je vyroben z keramických materiálů pro snížení hmotnosti a pro snížení opotřebení. Při brzdění dochází ke značnému zahřívání kotouče, proto u některých modelů je opatřen soustavou kanálků, která pomůže chlazení. Větší výhodu mají kotouče, do kterých jsou navrtané otvory. Mají příznivější odvod vody a par při vlhkém počasí. 19

22 Obr. 8 Kotoučová brzda [13] 1 kotouč, 2 -třmen brzdy, 3 - brzdové destičky, 4 - vodící čep, 5 - odvzdušňovací šroub, 6 - brzdový válec, 7 - přívod kapaliny Brzdový třmen: je pevně připojená k rámu vozidla. Do třmene je namontován brzdový píst, a brzdové destičky. Aby splnil všechny mechanické požadavky, vyrábí se z litiny s kuličkovým grafitem. Tento materiál i při nejmenší tloušťky stěny má potřebnou tuhost a tepelná roztažnost je minimální. Brzdové destičky: jsou přitlačovány brzdovým pístem k rotoru. Mají být vyrobeny z materiálu s vysokým koeficientem smykového tření (0,37 0,42) Druhy kotoučových brzd [6] Podle způsobu ovládání rozeznáváme dva druhy kotoučových brzd: s pevným třmenem (a) těleso třmene je nepohyblivý, hydraulické válce, jsou uspořádané proti sobě, ve kterých se pohybují písty po obou stranách kotouče. Podle počtu hydraulických válců existují různé provedení: dvouválcové, čtyřválcové, ve kterých jsou válce stejného průměru, a válce jsou uložené v párech ve stejné ose. V někteřích případech existují i tříválcové provedení, kde je jeden válec většího průměru, a dva 20

23 válce na opačné straně menšího průměru, přičemž součet ploch pístu na každé straně je stejný. s volným (plovoucím) třmenem (b): třmen je uložen posuvně na drážkách. Píst válce tlačí obložení proti brzdovému kotouči. Reakční síla posouvá třmen, který se přitlačí na brzdový kotouč na opačné straně. Brzdový válec je pouze na jedné straně kotouče. Obr. 9 Druhy kotoučových brzd: a) s pevným třmenem b) s volným třmenem [12] 1 kotouč brzdy, 2 třmen, 3 píst válce, 4 brzdová kapalina ve válci, 5 brzdové destičky 6. OVLÁDACÍ ÚSTROJÍ BRZDOVÝCH SOUSTAV [4] Hlavním úlohou provozních brzdových systémů je zastavení vozidla. Ovládací ústrojí uvádí do činnosti brzdovou soustavu a ovládá její účinek. Předává potřebnou sílu po sešlápnutí brzdového pedálu pro kolové brzdy. U osobních automobilů se dnes už běžně používají posilovače pro zvýšení účinku lidské síly. Podle způsobu přenosu energie ovládací soustavy lze rozdělit na: hydraulické, vzduchové, mechanické, kombinované (hydromechanické, hydropneumatické). 21

24 Pro ovládání provozního a nouzového brzdění u osobních automobilů se používají výhradně kapalinové ovládací soustavy, a na ovládání parkovací brzdění mechanické soustavy. 6.1 Hydraulické brzdové soustavy Základem fungování hydraulických brzdových soustav je Pascalův zákon, o rovnoměrném šíření tlaku v kapalině v uzavřené nádobě. Tlačením na kapalinu vzroste tlak ve všech místech stejně. Kapaliny jsou relativně nestlačitelné, proto při brzdění není potřené počítat nárůstkem času na zvýšení tlaku. Obr. 10 Hydraulická brzdová soustava [14] Jestli šlápneme na brzdový pedál, síla pomocí posilovači vytvoří hydraulický tlak v hlavním brzdovém válci. Brzdová soustava je dokonale uzavřený systém, takže tlak se šíří rovnoměrně. Tento tlak pomocí potrubí se dostane k pracovním válcům na kolech. Podle mezinárodních zákonných předpisů musí mít osobní vozidlo dvouokruhovou ovládací soustavu, která splňuje požadavky na nouzové brzdění i v případě poruchy jednoho okruhu, a jsou ovládané společným ovládacím orgánem (pedálem). Soustava se skládá z hlavního brzdového válce, posilovače, vyrovnávacího nádrže pro brzdovou kapalinu a ze spojovacího potrubí. Při normálních okolnostech jsou brzděny všechny kola vozidla. Dále podle mezinárodních norem k brzdové soustavě patří elektrický obvod pro zapájení brzdových světel, červeného světla. [6] 22

25 6.1.1 Jednookruhový hlavní brzdový válec Základní úlohou hlavního brzdového válce je: Rychlé vytvoření tlaku v brzdové kapalině Dovolit změnu objemu kapaliny v závislosti na změně teploty. Schopnost rychlého snížení tlaku kapaliny v brzdovém systému Obr. 11 Jednookruhový hlavní brzdový válec [14] 1 - píst, 2 zpětný ventil, 3 vyrovnávací nádrž, 4 primární manžeta, 5 sekundární manžeta, 6 tlačná tyčka, 7 zpětná pružina Brzdová kapalina z vyrovnávacího nádrže se dostane do pracovního prostoru hlavního hydraulického válce dvěma otvory. Jeden z nich slouží k naplnění soustavy brzdnou kapalinou při odvzdušňování, a druhý tenčí slouží k vyrovnání odchylek tlaků důsledkem rozdílných teplot. Působící síla od brzdného pedálu stlačí pružinu pod pístem. Při dosažení dostatečné velikosti síly (síla potřebná ke stlačení pružiny pod pístem) se píst začne pohybovat. Důsledkem tohoto pohybu primární (těsnící) manžeta uzavře spojovací kanál mezi válci a vyrovnávací nádrže, a začne růst tlak brzdní kapaliny v pracovní oblasti válce. 23

26 Zpětný ventil se nachází na konci pracovního prostoru válce. Úkolem tohoto ventilu je udržení jistého přetlaku v spojovacím potrubí. Při zvýšení tlaku v prostoru pod pístem válce zpětný ventil se otevře, a nechá vyrovnat tlak. Ventil zůstane otevřen, kým je tlak v potrubí dostatečně velký. To závisí na velikosti plochy ventilu, a na síle potřebné ke stlačení pružiny. Zpětné ventily mají různá provedení. [6] Dvouokruhový hlavní brzdový válec Pro dodržení bezpečnostních předpisů se používají dvouokruhové ovládací soustavy. To znamená, že hlavní brzdový válec má dva oddělené pracovní prostory a písty uspořádané za sebou ve společné ose. Tento brzdní válec může obsluhovat dva okruhy zvlášť. Při brzdění je píst vtlačován do pracovního válce a ventily uzavřou spojení tlakových prostorů válce s kapalinovou nádrží. Kapalina z prostoru před pístem je vytlačována do jednoho brzdového okruhu. Tlaková kapalin zároveň působí na druhý plovoucí píst, důsledkem čeho vzrůstá tlak ve druhém okruhu. Tlaky na obou stranách plovoucího pístu se vyrovnají. Po uvolnění brzdného pedálu se písty působením vratných pružin vracejí do výchozí polohy. Brzdová kapalina proudí zpátky z potrubí přes činné prostory válce do nádrže. Pro okruh kotoučových brzd je zabudován zpětný ventil bezpřetlakový, a pro okruh bubnových brzd zpětný ventil přetlakový. V případě poruchy jednoho z okruhů se zcela zasune dřík ventilu vadného okruhu do plovoucího pístu, a brzdný tlak s mechanickým přenosem se vytvoří jen v okruhu neporušeném. S tím se prodlouží zdvih brzdového pedálu, a sníží se brzdní účinek. [6] 24

27 Obr. 12 Dvouokruhový hlavní brzdový válec [14] 1 píst, 2 plovoucí píst, 3 I. okruh, 4 II. okruh, 5 vyrovnávací nádrž, 6 vratná pružina Posilovače brzdění V dnešní době se zvýšují hmotnosti a pojezdová rychlost silničních vozidel, proto se více používají kotoučové brzdy. Aby se splnili bezpečnostní požadavky na brzdění, pro snížení ovládací síly na brzdový pedál se používají posilovače brzdění. Posilovače brzdění mohou být různého provedení: podtlakový, přetlakový, hydraulický. Podtlakový posilovač brzdění: je umístěn mezi brzdovým pedálem a hlavním brzdovým válcem. Zdrojem energie je podtlak, což je u zážehových motorů odebírán ze sacího potrubí, u vznětových motorů je podtlak vytvářen pomocí vakuového čerpadla. Posilovač se skládá ze dvou komor, které jsou rozděleny pístem membránou. Pokud se brzda nepoužívá, motorem vytvořený podtlak je vytvářen jak před pístem, tak i za ním. Při sešlápnutí brzdového pedálu dojde k propojení prostoru za pístem s ovzduší. Rozdíl tlaků na obou stranách pístu vyvolává posilující sílu. Tato síla spolu se sílou od pedálu se přenese na píst hlavního brzdového válce. [11] 25

28 Obr. 13 Podtlakový posilovač brzdění [14] 1 sací potrubí, 2 píst s membránou, A prostor A, B prostor B, C ovzduší, K - kanál Brzdové okruhy Podle mezinárodních bezpečnostních předpisů hydraulická část brzdového systému musí být dvouokruhová, vyjma posilovače. Pravděpodobnost toho, že dva nezávislé hydraulické okruhy se poškodí naráz je výrazně menší. Ovládací soustava musí splnit požadavky na nouzové brzdění. [6] Uspořádání dvouokruhových brzd podle normy DIN : a b c d e Obr. 14 Dvouokruhové brzdové soustavy [14] Standardní zapojení TT (a) v každém okruhu je brzděna jedna náprava. Je to nejstarší a nejjednodušší způsob zapojení dvouokruhových ovládacích soustav. 26

29 Dnes se používají u klasických vozidel se zadní hnací nápravou vyšší kategorie. Má nevýhodu, že při poruše jednoho okruhu se výrazně změní řiditelnost vozidla. Diagonální zapojení K (b) v každém okruhu je zapojeno jedno přední a diagonálně protiležící zadní kolo. Používá se u aut střední a nižší kategorie, s motorem umístěným vpředu a s větším zatížením přední nápravy. Zapojení HT (c) jeden okruh ovládá přední a zadní nápravu, druhý okruh ovládá jen přední nápravu. Na přední nápravě je nutno použit dva pracovní válce pro jednu kotoučovou brzdu. Menší pracovní válec přední kotoučové brzdy je zapojen spolu s předními pracovními válci. Druhý okruh se skládá z větších pracovních válců přední nápravy. Zapojení LL (d) každý okruh ovládá přední nápravu a jedno zadní kolo. Technicky nejsprávnější, ale ekonomicky nejnáročnější způsob zapojení. Výhodou je, že při poruše kteréhokoli okruhu, jsou přední kola bržděna. Zapojení HH (e) každý okruh ovládá přední a zadní nápravu. Tento způsob zapojení přináší největší bezpečí. [6] Brzdové kapaliny [4] Brzdová kapalina je náplní hydraulických brzdových systémů, ve kterých společně s ostatními částmi zajišťuje přenos sil při brzdném účinku vozidla. Na brzdový systém jsou kladeny vysoké nároky. Musí zajistit bezpečnost a funkčnost v jakýchkoliv provozních podmínkách. V neposlední řadě brzdová kapalina maže a chrání před korozí jednotlivé části hydrauliky. Základní požadavky na brzdovou kapalinu: Co nejvyšší bod varu, aby se zabránilo vzniku parních bublin. Vyšší bod varu dává vyšší spolehlivost brzdového systému při vysokém zatížení. Pro určení bodu varu kapaliny existuje několik různých metod i přístrojů. Konstantní viskozita v závislosti na změně teploty a odpovídající zvolenému konstrukčnímu řešení brzd. Co nejnižší hygroskopičnost, tj. schopnost pohlcovat a udržovat vlhkost ve vázané formě. Voda do systému proniká především díky netěsnosti celého systému. Obsah vody v brzdové kapalině časem stoupá, a tím klesá její bod 27

30 varu. Při provozu pak vlivem zahřívání dochází ke vzniku parních bublin. Parní bubliny jsou, na rozdíl od brzdové kapaliny stlačitelné, a dochází tak k podobnému efektu jako u zavzdušněných brzd. Brzdový účinek klesá. Odolnost proti korozi - zabraňuje korozi kovových součástí brzdového hydraulického systému. Snášenlivost s pryžovými díly kapalina by neměla negativně působit na pryžové díly. Na brzdové kapaliny jsou kladeny vysoké nároky, proto se doporučuje výměna v systémech ve lhůtě do 2 let. Včasná výměna brzdové kapaliny zásadně ovlivňuje bezpečnost provozu. 6.2 Vzduchové brzdové systémy V prvních motorových vozidlech používali brzdové systémy ovládané mechanicky. Později se rozšířily hydraulické brzdy. Tyto systémy mají společnou vlastnost, že řidič sám musí vytvořit potřebnou ovládací sílu, a proto bylo potřebné vyvinout posilovací mechanizmy a servomechanizmy. Od roku 1920 začali používat vzduchové brzdy u motorových vozidel, což už nepotřebuje výraznou ovládací sílu od řidiče. Vzduchové brzdy se používají u vozidel s minimální celkové hmotností 7 t, a u jízdních souprav. U menších vozidel se nepoužívají kvůli nedostatku místa k instalování. Z hlediska druhů nákladních vozidel můžeme zapojení brzdové soustavy rozdělit do čtyř skupin: samostatné vozidlo, tahač přívěsu, tahač návěsu, přívěs nebo návěs. U moderních vzduchových brzdových systémů můžeme rozeznávat plnící část a brzdící část. [6] 28

31 6.1.2 Vzduchový brzdový systém samotného vozidla [6] Plnící část brzdové soustavy plynule zabezpečuje potřebné množství stlačeného vzduchu potřebného tlaku, potřebné kvality, a zásobování vzduchu. Pro výrobu stlačeného vzduchu se používá kompresor, co nasává atmosférický vzduch a vytlačuje ho do potrubí. To je poháněn od spalovacího motoru klínovým řemenen nebo ozubeným převodem. Za kompresorem je umístěn regulátor tlaku, který zabraňuje překročení maximálního tlaku (0,8 MPa), a přebytečný vzduch vypouští do atmosféry. Vysoušeč vzduchu odstraňuje vlhkost obsažené ve vzduchu. Čtyřokruhový pojistný ventil rozvádí vzduch do jednotlivých okruhů, a zajišťuje zásobu vzduchu pro případ poruchy některého z okruhů. Vzduchojemy slouží pro zásobování stlačeného vzduchu pro provozní brzdy, parkovací brzdy a brzdy přívěsů. Zkondenzovaná voda je vypouštěna pomocí odkalovacích ventilů. Obr. 15 Vzduchová brzdová soustava tahače návěsu [6] 1 kompresor, 2 regulátor tlaku, 3 protimrazové zařízení, 4 mokrý vzduchojem, 5 automatický ovládací ventil, 6 čtyřokruhový jistící ventil, 7 vzduchojem, 8 odvodňovací ventil, 9 hlavní dvouokruhový brzdič, 10 ruční brzdič, 11 zpětný ventil, 12 brzdič návěsu, 13 ochranný ventil proti přetížení, 14 ochranný zátěžový regulátor, 15 ventil přední nápravy, 16 membránový válec, 17 kombinovaný brzdový válec, 18 hadicová šroubovice Stlačený vzduch vytváří brzdící účinek v brzdách přední a zadní nápravy. Dvouokruhový brzdový systém je ovládán pomocí dvouokruhového brzdiče, což je přiváděn do činnosti pomocí pedálu nebo pákovým mechanismem. Brzdný účinek závisí na síle, s jakou řidič působí na pedál. Dvouokruhový brzdič reguluje množství 29

32 proudícího vzduchu ze vzduchojemů do brzdových válců přední nápravy, a přes zátěžový regulátor do pružinových válců zadní nápravy Jednohadicová brzdová soustava přípojného vozidla [8] Převod brzdy je realizován pomocí jediným spojovacím potrubím mezi tažným a přípojným vozidlem. Tato hadice slouží pro uvádění brzd přípojného vozidla do činnosti, a pro dodávku zdroje energie. Pracovní tlak u jednohadicové brzdové soustavy je 0,53 MPa. Stlačený vzduch je dodán od tažného vozidla pomocí spojkové hlavice. Pro správné připojení u jednohadicovém brzdění se používají hlavice černé barvy. Plnícím potrubím proudí vzduch přes čističe vzduchu do brzdícího ventilu přívěsu. Přes bod 2-1 brzdícího ventilu proudí vzduch do vzduchojemu. Tento úsek potrubí při jízdě je vždy pod přetlakem, kým nedojde k brzdění. Při brzdění se začne snížit tlak v plnícím potrubí (při nouzovém brzdění až na 0 MPa). Vzduchojem je vybaven odvodňovacím ventilem. Brzdící ventil má zajistit při snížení tlaku v plnícím potrubí proudění vzduchu ze vzduchojemu do brzdových válců. Obr. 16 Jednohadicová brzdová soustava [8] 1 spojková hlavice, 2 vzduchový filtr, 3 brzdící ventil přívěsu, 4 vzduchojem, 5 odvodňovací ventil, 6 brzdový vále0c, 7,8 zátka, 9 - spojková hlavice Dvouhadicová brzdová soustava přípojného vozidla [8] U dvouhadicové brzdové soustavy je tažné vozidlo s přípojným vozidlem spojeno pomocí plnící hadice a ovládací hadice. Pracovní tlak dvouhadicové soustavy je vyšší, 6,5 8,5 MPa. Plnící hadice s červenou spojkovou hlavicí je při jízdě vždy pod tlakem, 30

33 a vzduchojem je neustále naplňován. Naopak ovládací hadice se žlutou hlavicí je pod tlakem jen při brzdění. Při takovém uspořádání by nemělo dojít ke snížení tlaku při brzdění. Obr. 17 Dvouokruhová brzdová soustava [8] 1 plnící spojková hlavice, 2 ovládací spojková hlavice, 4 - vzduchový filtr, 5 - brzdící ventil přívěsu, 6 - vzduchojem, 7 odvodňovací ventil, 9, 10 zátka, 8,13 brzdový válec hadicová brzdová soustava přípojného vozidla [8] Obr. 18 Trojhadicová brzdová soustava [8] 7. 1 plnící spojková hlavice, 2 ovládací spojková hlavice, 3 spojková hlavice, 8. 4-vzduchový filtr, 5 - brzdící ventil přívěsu, 6 zpětný ventil, 7 zátka, 8 vzduchojem, 9 odvodňovací ventil, 10 - zátka 31

34 Modernější tahače už jsou vybavené oběma systémy, ale přípojné vozy jen s jedním. Existuje vybavení na tzv. 1+2 hadicový systém. V tomto případě se mění typ ventilu přívěsu. Jedno a dvouhadicová soustava se liší i ve velikosti pracovního tlaku, proto je potřebné vybavit přípojné vozidlo i s obousměrným omezovacím ventilem. 7. DIAGNOSTIKA BRZDOVÝCH SOUSTAV [1] Kontrolní zkoušky brzdových systémů vozidel je se řídí vyhláškou 103 Ministerstva dopravy ČR z 31.5,1995 o pravidelných technických prohlídkách silničních vozidel. Dle této vyhlášky je nutno provádět následující kontroly: mechanický stav všech rozhodujících dílů brzdových soustav: brzdových bubnů a kotoučů, brzdových hadic a potrubí, brzdového obložení, dílů převodu brzdy a brzdových válců, hodnoty tlaků v provozních okruzích a spojovacích hlavicích pro přípojné vozidlo, kontrola seřízení zátěžového regulátoru tlaku, těsnost brzdových soustav, signalizace správné funkce antiblokovacího systému brzd, hodnoty zdvihů brzdových pák u vzduchových brzd a zdvihu páky parkovací brzdy, zdvih pedálu, jeho mrtvého chodu a vůli v uložení. Předepsaný účinek musí být, dosažen při prvním sešlápnutí brzdového pedálu, činnost posilovače brzd, signalizace výstražného zařízení poklesu tlaku vzduchu pod určenou hodnotu v provozních okruzích a v okruhu pružinové brzdy u vzduchových brzd, signalizace výstražného zařízení poruchy pásti kapalinového převodu brzdy nebo poklesu zásoby brzdové kapaliny pod minimální hodnotu u kapalinových brzd, hodnoty doby náběhu tlaku v brzdových válcích a na spojovacích hlavicích pro přípojné vozidlo u vzduchových brzd. Dobře fungující brzdy musí zastavit vozidlo při každé provozní situaci na vymezené dráze. Brzdní dráha je závislá na rychlosti jízdy a součiniteli přilnavosti pneumatik. Skutečnou délku ovlivní reakční doba řidiče, technický stav brzdové soustavy, stav 32

35 pneumatik, povrch vozovky. Brzdová soustava musí být v takovém stavu, aby brzdná dráha byla co nejkratší a aby při brzdění vozidlo nevybočovalo z přímého směru jízdy. Souměrnost brzdných sil posuzujeme zvláště na každé nápravě. Předepsané tolerance jsou uváděny ve vyhlášce č. 102/95 Sb. 7.1 Jízdní zkoušky [1] Jízdní zkoušky brzdného účinku v přímém směru se provádí dle ČSN Na měření brzdných drah se používá značkovací zařízení. Odpalovací zařízení se upevňuje na přední nárazník vozidla, který vystřeluje barevní značky na vozovku. Vozidlo se rozběhne na předepsanou zkušební rychlost, řidič ručním spínačem uvede do činnosti elektricky ovládané stopky, v témže okamžiku se elektricky odpálí první značka. Potom řidič začne brzdit. V okamžiku dotyku na brzdný pedál je odpálena druhá značka na vozovku a současně stopky jsou zastaveny. Po zastavení vozidla se odměří vzdálenosti mezi značkami a značkovacím zařízením, odečte se čas na stopkách a vypočte se výchozí rychlost. Při brzdění ovládací síla nesmí překročit dovolenou hodnotu a nesmí ani jedno kolo blokovat. Norma předepisuje nejméně 4 měření. Nevýhoda zkoušky je, že se nedá zjistit účinnost brzd jednotlivých kol. 7.2 Válcové zkušebny brzd Pomaloběžné válcové zkušebny Zabírají malý prostor a jsou použitelné bez ohledu na počasí. Mají dva páry měřících válců uložených v základové konstrukci, zapuštěné v úrovni podlahy. Každý z nich je poháněn samostatným elektromotorem s převodovkou. Převodovka se může natáčet kolem své podélné osy, která je totožné s osou poháněného válce. Na převodovce je připevněno momentové rameno, kterého vnější konec se opírá o snímač tlakové síly. Při zkoušení vozidlo stojí na válcích. Kola nápravy se roztočí na stálou počáteční rychlost měřícími válci. Tato rychlost je konstantní během brzdění. Brzdná síla, působící na obvodu brzděných kol, vyvolá reakční moment, který je úměrný velikosti brzdné síly kola. Rameno tlačí na snímač, který je spojen zapisovačem a registruje graficky průběh síl. Válcové zkušebny vyžadují hnací motory poměrně velkým příkonem, aby byl udržen konstantní rychlost otáčení měřících válců. Proto, jako kompromis se používá poměrně malá zkušební rychlost, která nepřesahuje 10 km/h. Tyto stanice se označují 33

36 jako pomaloběžné. Při zkouškách na válcích nesmí také dojít k zablokování některého kola. Proto válcové zkušebny mají zařízení pro signalizaci skluzu pneumatiky na válci. Aby součinitel adheze byl větší než 0,5, povrchy válců jsou rýhované, používá se i asfalt, guma, nebo syntetické pryskyřice. [1] Obr. 19 Schéma válcové zkušebny pro měření brzdné síly[1] 1 kolo vozidla, 2 zkušební válec, 3 momentové rameno, 4 snímač brzdné síly, 5 - elektromotor6 válec signalizující blokování kol, 7 kolo vozidla, 8 měřící panel, 9 - měřící přístroj, 10 žárovka signalizující chod motoru, 11 - žárovka signalizující blokování kol, 12 přenosní ovládací panel, B brzdná síla na obvodě kol, F hnací síla, G připadající část tíhy vozidla Válcové stanice rychloběžné [7] K měřícím válcům jsou připojeny setrvačníky. Zkušební brzdění na válcích probíhá v podobných podmínkách jako na silnici. Ocelové válce mají hladký povrch, nepoškozují pneumatiky ani při blokování kol. Zkušební rychlost bývá až 100 km/h. Rychloběžné válcové stanice se používají na montážních linkách velkých automobilek. 34

37 Výkon hnacích elektromotorů není mařen brzdami vozidla, ale brzdy maří energii akumulovanou v setrvačnosti válců. Při zkoušení vozidlo najede na válce, kola na nezkoušené nápravě je nutné zajistit klíny. Po dosažení zkušební rychlosti zašlápne technik brzdový pedál na předem stanovenou hodnotu ovládací síly a automaticky se vypnou oba elektromotory a kinetická energie otáčejících se válců je mařena brzděním vozidla. Z počtu otáček válců po dobu brzdění a z velikosti ovládací síly jsou vyhodnoceny brzdné vlastnosti vozidla. Obr. 20 Setrvačníkový stav pro zkoušky brzdného účinku [7] 1 klínový řemen, 2 snímač impulzů (brzdná dráha), 3 tachodynamo (rychlost jízdy), 4 pár válců, 5 setrvačník, 6 hnací elektromotor, 7 zdvojené kolo (dvojmontáž), 8 - spojka 8. ELEKTRONICKÉ BEZPEČNOSTNÍ SYSTÉMY 8.1 ABS (Anti-lock Braking System) [3] Při použití systému ABS hlídá senzor otáčení kola a při náhlém brzdění bezprostředně před zastavením brzděného kola - ještě předtím, než prokluz mezi pneumatikou a vozovkou nastane - sníží brzdný tlak ve velmi krátkém čase. Tím se zabrání prokluzování a okamžitě obnoví předchozí brzdný tlak. Tento zásah se provádí ve velmi krátkých časových intervalech, dokonce za vteřinu patnáct až dvacetkrát. 35

38 Tím brzděné kolo zůstane vždy řiditelné. Protože brzdění je vždy nejúčinnější na hranici uklouznutí, pomocí systému ABS dosáhneme nejoptimálnější brzdění. Je velmi důležité, že i při prudkém brzdění vozidlo zůstává po celou dobu brzdění ovladatelné. Obrázek znázorňuje časový průběh brzdného tlaku, rychlosti vozidla, a rychlosti kola při brzdění bez ABS a s ABS. Je zřejmé že při použití systému ABS se doba brzdění, tj. čas potřebný k zastavení vozidla se výrazně snižuje. V důsledku toho vozidlo zachová svou stabilitu a řiditelnost. p [Pa] Brzdění bez ABS Nestabilní oblast -1 v [m.s ] -1 n [s ] Brzdný tlak dosahuje nejvyššý hodnotu Rychlost vozidla Rychlost kola (kolo blokuje) čas [s] Brzdění s ABS p [Pa] -1 v [m.s ] -1 n [s ] Rychlost vozidla A B C Rychlost kola (kolo neblokuje) Brzdný tlak je regulován čas [s] Obr. 21 Časový průběh brzdného tlaku, rychlosti vozidla, rychlosti kola při brzdění bez ABS a s ABS [3] Snímače otáček kol [3] Požadavky na snímače otáček kol Při brzdění, se uvolňuje značné teplo, které musí čidla snášet. U silničních vozidel to může být i C. Musí být schopny odolat náhlým změnám teploty. Stříkající voda z mokré vozovky může způsobovat intenzivní chlazení. 36

39 Musí být odolné proti agresivním látkám a nečistot slaná voda, benzin, nafta, olej, prach. Mají být dobře odolné proti vibracím a mechanickým účinkům. Aby se zabránilo tření, nesmí přijít do kontaktu s rotujícími díly. Mají být ekonomicky vyrobitelné, a snadno montovatelné. Pasívní snímače otáček kol Pasívní snímače otáček kol nepotřebují žádnou elektrickou energii dodávanou zevnějšku. Snímače pracují na principu magnetické indukce. Skládalí se ze tří hlavních magnetických součástí: nehybná cívka, trvale magnetická část a část magneticky měkkého železa. V cívce (1) snímače je umístěn permanentní magnet (2). Otáčení ozubeného kola (3) způsobuje změnu magnetického toku v cívce s permanentním magnetem a indukuje střídavé napětí přibližně sinusového průběhu (4), které Schmittův obvod tvaruje na pravoúhlý průběh. Indukované napětí v cívce je úměrné změně magnetického toku. Velikost signálu je přímo úměrná otáčkám ozubeného kola. Ozubené kolo je připevněno k náboji kola nebo k hřídeli nápravy vozidla. Obr. 22 Pasívní snímač otáček [16] 1 cívka, 2 permanentní magnet, 3 ozubené kolo, 4 střídavé napětí Amplituda signálu závisí na vzduchové mezeře, která je nastavena na 0,8 až 1,5 mm a velikosti zubů. Přesné nastavení mezery mezi cívkou a impulsním kolem je velmi důležité. 37

40 Výhodou induktivních snímačů jsou nízké výrobní náklady, odolnost proti rušení, nemají elektroniku ve snímači, a mají velký teplotní rozsah. Nevýhodou jsou citlivost na změnu vzduchové mezery a závislost výstupního napětí na otáčkách. Aktívní snímače otáček kol K provozu aktívních snímačů je potřebné zajistit vnější napájení. Permanentní magnety jsou umístěny např. v těsnícím kroužku ložiska kola, které se otáčí spolu s nábojem kola. Jako snímače se používají Hallovy snímače nebo magnetorezistory. Napětí ze snímače, které je nezávislé na otáčkách kola je digitalizováno, umožňuje proto i přenos informací o směru otáčení kol. Do snímače na magnetorzestívním principu jsou zabudovány čtyři odpory, které jsou zapojeny podle Wheatstone můstku. Odpor magnetorezistoru se mění v závislosti na intenzitě magnetického pole. Tyto snímače dávají přesný signál až do zastavení kola. Výhoda těchto snímačů je, že jsou malé a mají malou hmotnost, dále jsou mnohem přesnější jako pasívní snímače. Obr. 23 Aktívní snímač otáček [16] 38

41 8.1.2 Uzavřený ABS systém [3] U uzavřených protiblokovacích systémech neproudí brzdová kapalina při snížení tlaku do nádoby brzdní kapaliny, ale do uzavřeného skladovacího prostoru. Z hlediska hydraulické bezpečnosti je nejvýhodnější řešení. Princip fungování: Vytvořený brzdící tlak z hlavní pracovní válci (2) se dostane přes otevřený trojčinný elektromagneticky ovládaný ventil (4) do brzdových válečků (8). Škrtící ventil určuje rychlost růstu brzdového tlaku. Při nebezpečí blokování kol řídící jednotka přesune trojčinný ventil do polohy udržení tlaku a proudění kapaliny se zastaví. Současně motor zapne čerpadlo (12), a posune píst do horní úvrati, ve které poloze píst zůstane. Obr. 24 Uzavřený systém ABS [3] 1 brzdový pedál, 2 hlavní brzdový válec, 3 vyrovnávací nádrž, 4 trojčinný ventil, 5,6 škrtící ventil, 7, 10, 13 zpětný ventil, 8 brzdní válec, 9 nízkotlaká komora, 11 excentr, 12 píst čerpadla, 14 tlaková nádrž Většinou pro zabránění zablokování kol nestačí udržení brzdného tlaku, proto řídící jednotka se přepíná na snížení tlaku. V tomto případě nízkotlaká skladovací komora (9) se spojí s brzdovým válcem (8). Rychlost snížení tlaku nyní určuje škrtící ventil (6). Kapalina proudí částečně do nízkotlaké komory (9), částečně přes zpětný ventil nad píst čerpadla. Tlak stlačí píst na excentr, v důsledku čehož se začíná čerpání kapaliny přes 39

42 zpětný ventil (13) zpátky do potrubí za uzavřeným trojčinným ventilem (4) a do pracovního prostoru hlavního brzdného válce (2). Po vyprázdnění nízkotlaké komory (9) píst čerpadla (12) se zastaví, ale excentr (11) se dále točí, až do ukončení brzdění. Po zvýšení rychlosti kola trojčinný (4) ventil se přesune do původní polohy. Po ukončení regulace brzdní tlak se zvýší na hodnotu před regulaci. Současně se přesunutím ventilu vypíná elektromotor pohonu čerpadla Otevřený ABS systém U tohoto způsobu protiblokování kol při snížení brzdného tlaku brzdová kapalina proudí do nádoby brzdné kapaliny s atmosférickým tlakem. To je nejčastější provedení protiblokovacích systémů. Princip fungování: Vytvořený tlak v hlavním brzdném válci (2) se při brzdění dostane přes otevřený dvojčinný ventil (4) do brzdového válce (8). Tlaky na obou stranách zpětného ventilu jsou stejné, proto v důsledku přítlačné síly pružiny zůstane ventil v uzavřeném stavu. Čerpadlo brzdní kapaliny (9) přes zpětný ventil (10) naplní vysokotlaká nádobu (11) na očekávaný nejvyšší tlak potřebný při brzdění. Ventil pro zvýšení tlaku (6) a ventil pro snížení tlaku (7) jsou uzavřené. Při blokování kol nejprve se uzavře ventil (4) a hned otevře ventil pro snížení tlaku (7). Velikost poklesu tlaku závisí od průměru škrtícího ventilu (7a) a od doby otevření ventilu (7). Potom se uzavře ventil (7), a velikost brzdného tlaku se nemění. Kvůli tomu se kolo začne zrychlovat. Řídící jednotka to rozpozná a otevře ventil pro zvýšení tlaku (6), přes který proudí kapalina z tlakové nádrže (11) do pracovního válce (8). Velikost nárůstu tlaku závisí od průměru škrtícího ventilu (6a) a od doby otevření ventilu (6). Pokud regulace tlaku není přesné, tj. ventil (6) je otevřen příliš dlouho a proto vznikne příliš vysoký tlak, tak se otevře zpětný ventil (5). Tento nárůst tlaku posune píst hlavního brzdného válce (2) Zpět. 40