Provozní brzdy osobních automobilů

Transkript

1 Mendelova univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy Provozní brzdy osobních automobilů Bakalářská práce Vedoucí práce: Prof. Ing. František Bauer, CSc. Vypracoval: Václav Šles Brno 2013

2

3 PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Provozní brzdy osobních automobilů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská 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.

4 PODĚKOVÁNÍ Děkuji panu prof. Ing. Františku Bauerovi CSc. za vedení mé práce, odborné rady a připomínky. Dále bych chtěl poděkovat své rodině za podporu ve studiu na Mendelově univerzitě v Brně.

5 ABSTRAKT Práce obsahuje přehled provozních brzd osobních automobilů. V úvodní části jsou vysvětleny základní pojmy brzdění a rozebrány zákonné požadavky a vyhlášky na brzdový systém, jeho rozdělení a uspořádání. Hlavní část popisuje funkční části hydraulické brzdové soustavy a podrobné analýzy kotoučových a bubnových brzd. Poslední kapitola se zabývá elektronickými stabilizačními systémy, a to: protiblokovací systém (ABS), protiskluzový systém (ASR) a stabilizační systém (ESP). Klíčová slova: Vozidlo, brzda, brzdový systém, brzdění, kotouč, ABS, ASR, ESP ABSTRACT Bachelor thesis provides an overview of the service brakes of passenger vehicles. The introductory section explains the basic concepts of braking. The same part discusses the legal requirements and regulations regarding the brake system, its classification and arrangement. The main part of thesis describes the functional components of the hydraulic brake system and detailed characterization of disc and drum brakes. The last charter deals with electronic stabilization systems: anti-lock braking system (ABS), anti-slip system (ASR) and electronic stability program (ESP). Keywords: Vehicles, brake, brake system, braking, disc, ABS, ASR, ESP

6 Obsah 1 ÚVOD CÍL PRÁCE ROZDĚLENÍ BRZDOVÉHO SYSTÉMU ZÁKLADNÍ POJMY ZÁKONNÉ POŽADAVKY A PŘEDPISY USPOŘÁDÁNÍ BRZDOVÝCH SYSTÉMŮ ROZDĚLENÍ BRZDOVÝCH SOUSTAV PODLE POUŽITÉHO ZDROJE ENERGIE PODLE ZPŮSOBU OVLÁDÁNÍ PODLE ÚČELU HYDRAULICKÉ BRZDOVÉ SOUSTAVY HLAVNÍ BRZDOVÉ ČÁSTI Hlavní brzdový válec Posilovač brzd Rozdělení brzdné síly Brzdová kapalina BUBNOVÉ BRZDY Typy konstrukce bubnových brzd Brzdový buben Brzdové čelisti a brzdové obložení Brzdový váleček KOTOUČOVÉ BRZDY Brzda s pevným třmenem Brzda s plovoucím třmenem Brzdový kotouč Brzdové obložení brzdové destičky ROZBOR FUNKČNÍCH VLASTNOSTÍ KOTOUČOVÝCH BRZD Poškození kotouče při montáži Poškození vzniklá používáním BRZDOVÝ ASISTENT - BAS FUNKCE BRZDOVÉHO ASISTENTU BRZDNÁ DRÁHA ZÁKLADNÍ STABILIZAČNÍ PROGRAMY PROTIBLOKOVACÍ SYSTÉM ABS Princip činnosti Požadavky na ABS Hlavní části Regulační soustavy Brzdná dráha PROTISKLUZOVÝ SYSTÉM ASR Princip činnosti Elektronická uzávěrka diferenciálu EDS Elektronické řízení výkonu motoru EMS Regulace brzdného momentu motoru MSR ELEKTRONICKÁ STABILIZACE JÍZDY ESP Princip... 51

7 7.3.2 Srovnání CELKOVÉ ZHODNOCENÍ A ZÁVĚR POUŽITÁ LITERATURA SEZNAM OBRÁZKŮ... 58

8 1 ÚVOD Brzdový systém je jeden z nejdůležitějších systémů bezpečnosti osobních automobilů. Od počátku výroby dopravních prostředků bylo nutné rychlost regulovat brzdami. Regulace fungovala na principu třecí síly, která přetrvává až doposud. Každý pohybující se předmět má určitou pohybovou energii, kterou při brzdění přetváříme v teplo, které je nevyužité a odvádí se do okolí. Brzdný moment závisí na síle a rameni působení. Z toho vyplývá, že lepší brzdný účinek vytvoříme buď větším průměrem, nebo zvýšením síly. Brzdový systém se řadí mezi prvky aktivní bezpečnosti. Snižuje rychlost pohybujícího se vozidla, popř. úplné zastavení vozidla nebo zajištění ve svahu. Musí okamžitě a přesně reagovat na Vaše potřeby. Vozidlo musí zastavit při každé provozní situaci. Při brzdění je vozidlo zatíženo na předek a zadní kola odlehčuje. Proto lze intenzivněji brzdit přední kola. Nově vyrobená vozidla musí před schválením absolvovat homologační zkoušky brzd. Brzdná dráha je závislá na rychlosti jízdy a součiniteli přilnavosti pneumatik k vozovce. Aby byla brzdná dráha v kritických situacích co nejkratší a vozidlo při brzdění zachovalo směr jízdy, byly vyvinuty elektronické systémy. ABS byl první elektronický systém, který zásadně zlepšil jízdní vlastnosti vozidel. Byl vyvinut firmou BOSCH, která si ho nechala patentovat. Dalšími systémy jsou ASR, který pomáhá řidiči při rozjezdu nebo ESP, který pomáhá řidiči předcházet vzniku smyku. 8

9 2 CÍL PRÁCE Cílem bakalářské práce je vypracovat přehled provozních brzd osobních automobilů. Práce obsahuje jednotlivé brzdové systémy, jejich rozdělení a porovnání, kde jsou uvedeny výhody a nevýhody. Jsou zde analyzovány jednotlivé části brzd. V závěru jsou uvedeny informace o základních stabilizačních programech, které jsou již v základní výbavě vozidel nižších tříd a popis, jak tyto systémy fungují. 9

10 3 ROZDĚLENÍ BRZDOVÉHO SYSTÉMU 3.1 Základní pojmy Následující základní pojmy jsou převzaty z ČSN (Základní automobilové názvosloví): Brzdná síla [N]: 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. Brzdná síla závisí na tíze vozidla G [N] a součiniteli záběru [-]. Je možno ji určit ze vztahu: F b = G.m.g. [N] Ovládací síla brzdy [N]: síla vynakládaná na brzdění buď řidičem, nebo jiným zdrojem energie. Brzdící síla [N]: síla, která vzniká přímo v brzdě účinkem ovládací síly a prostřednictvím převodu brzdy a vyvolává zpomalující sílu na brzděných prvcích. Obr 1: Doba (dráha) brzdění a její složky [1] 10

11 Doba brzdění [s]: doba uplynulá od okamžiku, kdy řidič začne působit na brzdu vozidla (brzdovou soustavu) až do okamžiku, kdy účinek brzdy pomine, nebo kdy se vozidlo zastaví. Doba brzdění má tyto složky: doba technické prodlevy brzdy je doba, která uplyne od okamžiku, kdy řidič začne působit na brzdu vozidla, až do okamžiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat, doba náběhu brzdění je doba, která uplyne od okamžiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat, až do okamžiku, kdy dosáhne plné výše, účinná doba brzdění je doba, která uplyne od okamžiku, kdy se účinek brzdy začne projevovat, až do okamžiku, kdy pomine nebo kdy se vozidlo zastaví, doba doběhu brzdění je doba, která uplyne od okamžiku, kdy řidič přestane působit na brzdu vozidla, až do okamžiku, kdy účinek brzd pomine. Dráha brzdění [m]: dráha ujetá vozidlem v době brzdění. Dráha brzdění má tyto složky: dráha technické prodlevy brzdy je dráha, kterou vozidlo ujede v době prodlevy brzdy, dráha náběhu brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v době náběhu brzdění, dráha účinného brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v účinné době brzdění, dráha doběhu brzdění je dráha, kterou vozidlo ujede v době doběhu brzdění. Brzdné zpomalení [m s -2 ]: úbytek rychlosti vozidla za 1 s, způsobený účinkem provozní, pomocné, popř. zpomalovací brzdy. Střední brzdné zpomalení se vypočte z rychlosti vozidla v [km.h -1 ] a brzdné dráhy s [m] podle vzorce: 11

12 Brzdná dráha [m]: dráha brzdění, jestliže bylo vozidlo brzděno až do zastavení. Lze vypočíst ze vztahu: kde: g tíhové zrychlení [m.s -2 ] - součinitel záběru [-] v pojezdová rychlost vozidla [m.s -1 ] Brzdný sklon [ ]: sklon svahu, na kterém lze vozidlo brzdou udržet v klidu (je měřítkem účinnosti parkovací brzdy). Brzdový výkon [W]: součin brzdné síly [N] a rychlosti vozidla [m.s -1 ]. Slábnutí brzd: zmenšení účinku brzd, způsobené jejich oteplením během brzdění (po vychladnutí brzd pomine). Adhezní síla: největší možná síla, kterou lze přenést ve styku pneumatiky s vozovkou při daném stavu povrchu vozovky a při dynamickém stavu pneumatiky. Maximální zpomalení: a max = g. v [m.s -2 ] Největší součinitel adheze v je na suché betonové nebo asfaltové vozovce ( v = 0,7 až 1,00), nejmenší na ledě ( v = 0,05 až 0,1). Voda a nečistoty snižují hodnotu adheze. Účinek brzdy (brzdové soustavy): schopnost snížit rychlost vozidla, popř. je zastavit, udržovat požadovanou rychlost při jízdě ze svahu nebo vozidlo na svahu udržet. Účinek brzdy vyjadřujeme brzdnou dráhou, zpomalením nebo brzdným sklonem. [1], [9] 12

13 3.2 Zákonné požadavky a předpisy Vyhlášku Ministerstva dopravy a spojů 341/2002 Sb., o schválení technické způsobilosti a o technických podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích novelizuje vyhláška 283/2009 Sb. Tato vyhláška je v souladu s homologačními předpisy EHK č. 13, 78, 90. Předpis EHK č. 13 platí pro vozidla kategorií M, N (osobní a nákladní automobily) a O (přípojná vozidla). V tomto předpise jsou popsány vlastnosti brzdových systémů, systém brzdění a zkoušky brzd. EHK č. 78 je předpis, který se vztahuje na zkoušení a schvalování typu systému pro brzdění motorových vozidel se dvěma nebo třemi koly kategorií L. Předpis EHK č. 90 schvaluje typy náhradních částí brzdovým obložením, obložení bubnových brzd a kotoučů a bubnů pro motorová vozidla a jejich přípojná vozidla. Tab 1: Požadavky na brzdný účinek podle EHK pro kategorie vozidel M, N [2] Výpis zákonných požadavků na brzdnou soustavu: Předepsaného brzdného účinku se musí dosáhnout bez blokování kol, porucha v hydraulickém nebo pneumatickém převodu musí být signalizována řidiči, ovládací orgány provozního a parkovacího brzdění musí být vždy nezávislé, 13

14 provozní brzdění musí působit na všechna čtyři kola a musí brzdný účinek vhodně rozdělovat mezi nápravy. Účinek musí být odstupňovatelný a řidič musí být schopen brzdit ze svého sedadla, aniž by sejmul ruce z volantu, parkovací brzdy musí být schopny zabránit protáčení kol vozidla při jeho celkové hmotnosti na svahu (u osobních vozidel nejméně 18 %, u nákladních vozidel a autobusů u jednotlivého vozidla nejméně 18 %, u soupravy nejméně 12 %), nouzové brzdění musí být odstupňovatelné, řidič musí být schopen brzdit ze svého sedadla a řídit nadále vozidlo alespoň jednou rukou. [1], [9] 3.3 Uspořádání brzdových systémů Podle zákonných předpisů pro brzdové systémy osobních automobilů je vyžadována dvouokruhovost. Dvouokruhový systém nám zaručuje, že v případě poruchy prvního okruhu brzdění okruhem druhým, nejméně s účinkem nouzového brzdění. Pro dvouokruhové brzdové soustavy existuje několik typů zapojení. U zapojení čtyři - čtyři ( HH ) se na všech kolech musí používat čtyřpístkové kotoučové brzdy. Každý okruh ovládá přední i zadní nápravu. U zapojení čtyři - dva ( HI ) se čtyřpístkové kotoučové brzdy používají jen na přední nápravě. Hlavní okruh ovládá přední i zadní nápravu, druhý ovládá jen přední nápravu. U zapojení trojúhelník ( LL ) jsou použity čtyřpístkové kotoučové brzdy. První i druhý okruh ovládá přední nápravu a jedno zadní kolo v poměru 50:50 %. Tyto tři systémy nám zaručují vyšší bezpečnost zdvojováním částí, avšak úměrně k vyšší bezpečnosti roste i komplikovanost systému. Dostatečný brzdný účinek zaručují i brzdy jednodušší, nejčastěji používané. Zapojení přední náprava - zadní náprava ( II ) V tomto typu zapojení mohou být použity kotoučové i bubnové brzdy na všech kolech. Obvykle, přední náprava kotoučové brzdy, zadní bubnové. První brzdový okruh brzdí přední nápravu. Druhy brzdový okruh brzdí zadní nápravu. Nastane-li porucha v prvním brzdovém okruhu, vytvoří se velmi malý účinek neporušeným okruhem brzd zadních. Poměr brzdné síly přední nápravy a zadní nápravy je 70:30 %. 14

15 Obr 2: Zapojení přední zadní náprava, dvouokruhové brzdové soustavy [11] Zapojení diagonální ( X ) V každém jednotlivém okruhu je brzděno jedno přední kolo a k němu protilehlé (diagonální) zadní kolo. Pro přední i zadní nápravu se používají kotoučové i bubnové brzdy. Poměr brzdné síly 1. a 2. okruhu je 50:50 %. [1], [2], [3] Obr 3: Zapojení diagonální, dvouokruhové brzdové soustavy [11] 15

16 4 ROZDĚLENÍ BRZDOVÝCH SOUSTAV 4.1 Podle použitého zdroje energie Přímočinná soustava energie potřebná k vytvoření brzdné síly je vyvolána pouze svalovou silou řidiče, působením na pedál brzdy. Tato síla je přenášena na kola vozidla hydraulickým (bez posilovače) nebo mechanickým převodem (táhla, lanka). Přímočinná soustava s posilovačem (polostrojní) brzdění je vyvoláno svalovou silou řidiče a posilovače brzdného účinku. Brzdová soustava musí zůstat v činnosti i při poruše posilovače, přitom ovládací síla na brzdový pedál nesmí přesáhnout 800 N. Nepřímočinná soustava (strojní) energie k vytvoření brzdné síly se dodává jiným způsobem. Využívá se tlakové energie kapaliny, vzduchu nebo kombinované. Řidič pouze reguluje brzdný účinek, bez svalového působení. [1], [2], [3] 4.2 Podle způsobu ovládání Mechanické nejjednodušší typ přímočinných brzd, ovládané přes mechanický převod (pákový, lanový ). V současné době se využívají jako brzdy zadní nápravy u levných automobilů nebo jen jako pomocné ruční brzdy. Kapalinové (hydraulické) brzdná síla je vytvořena pedálem brzdy, který tlačí na hlavní brzdový válec, odkud je pomocí brzdové kapaliny přenášena na kolové válečky v brzdě. Princip činnosti je založen na využití Pascalova zákona. Vzduchotlaké používá se především u nákladních automobilů a autobusů. V případě použití vzduchotlakých brzd fyzická síla řidiče působící na brzdový pedál pouze uvolňuje energii stlačeného vzduchu, které je pak regulovaně použita pro brzdění vozidla. [2], [3] 16

17 4.3 Podle účelu Provozní brzda účelem je snížení rychlosti nebo zastavení vozidla. Vozidlo se nesmí odchýlit od přímého směru. Účinek brzd musí být rozdělen na všechna kola a být regulovatelný. Nouzová brzda hlavním úkolem je zastavení vozidla v případě poruchy provozní brzdy. Účinek brzd musí být regulovatelný a musí působit alespoň na jedno kolo z každé strany vozidla. Parkovací brzda musí zajistit vozidlo proti pohybu, zejména na svahu i v nepřítomnosti řidiče. Zpomalovací brzda snižuje rychlost vozidla bez použití provozní, nouzové nebo parkovací brzdy. Úkolem není vozidlo zastavit, pouze zpomalit, a to především při sjíždění dlouhých svahů. [1], [2] 17

18 5 HYDRAULICKÉ BRZDOVÉ SOUSTAVY 5.1 Hlavní brzdové části Hlavní brzdový válec Hlavní brzdový válec je jeden ze základních zařízení kapalinové brzdové soustavy. Je ovládán silou řidiče na pedál brzdy. Úkolem je dovolit brzdové kapalině změnu objemu v závislosti na změně teploty. Musí být vytvořen tlak v každém brzdovém okruhu a v případě rychlého uvolnění brzdového pedálu musí dojít k okamžitému poklesu tlaku v systému. [1], [12] Hlavní brzdový válec jednookruhové soustavy V základní poloze je píst i pracovní prostor spojen otvory přes vyrovnávací nádržku. Po sešlápnutí brzdového pedálu se působením tlačné tyčky píst posouvá směrem ke zpětnému ventilu. Brzdová kapalina je vytlačována z pracovního prostoru zpět do vyrovnávací nádržky. Po překrytí vyrovnávacího otvoru primární manžetou se vyrovnávací otvor uzavře a v pracovním prostoru se začne vytvářet tlak. Brzdová kapalina se tak dostává přes zpětný ventil do spojovacího potrubí ke kolovým brzdovým válečkům. Pokud se brzdový pedál uvolní, píst se působením vratné pružiny vrací do základní polohy. Protože brzdová kapalina nepřitéká tenkými otvory tak rychle jak píst pomocí pružiny, v pracovním prostoru se vytvoří podtlak. Aby do pracovního prostoru nevnikl vzduch, chlopně primární manžety se uvolní a brzdová kapalina se nasává plnícími otvory z vyrovnávacího prostoru za pístem do podtlakového prostředí. Doplní tak chybějící objem v pracovním prostoru. Prostor za pístem je neustále doplňován z vyrovnávací nádržky. Brzdová kapalina vracející se se zpožděním z brzdového systému se vytlačuje přes vyrovnávací otvor do vyrovnávací nádržky. [2], [12] Hlavní brzdový válec dvouokruhové soustavy (tandemový) Základem pro hydraulické dvouokruhové brzdy je hlavní tandemový válec (obr. 4). V jednom pouzdře (1) má dva oddělené pracovní prostory (7,11), čepy (8) a písty umístěné za sebou (2,9). Jeden hlavní píst (2) a jeden píst plovoucí (9). Pružina pístu je předepnuta pomocí 18

19 šroubu a misky pružiny (14). Oba písty tak reagují současně, takže oba vyrovnávací otvory (11,12) jsou ovládány současně. Doplňovací prostor (4,10) mezi přední a zadní částí pístu je vyplněn brzdovou kapalinou. Těsnící manžeta (3) utěsňuje zadní stěny obou pístů. U tlačného pístu (2) zabraňuje tato manžeta vniknutí atmosféry do pracovního prostoru (4). V případě plovoucího pístu (9) od sebe odděluje prostor doplňovací (10) od prostoru pracovního (7). Mezi pístem (2,9) a čelní těsnící manžetou (6) jsou ventilové podložky (5). Zabraňují vmáčknutí manžety do přepouštěcích otvorů a tím jejímu poškození. Obr 4: Tandemový brzdový válec Škoda Favorit [2] 1 těleso hlavního brzdového válce 6 čelní těsnící manžeta 11 pracovní prostor 2. okruhu 2 tlačný píst (primární) 7 pracovní prostor 1. okruhu 12 vyrovnávací prostor 3 těsnící manžeta 8 čep 13 doplňovací otvor 4 doplňovací prostor 1. Okruhu 9 plovoucí píst (sekundární) 14 miska 5 ventilová podložka 10 doplňovací prostor 2. okruhu Funkce: V základní poloze musí být vyrovnávací nádrž spojená přes vyrovnávací otvor s pracovním prostorem. Při ohřátí nebo ochlazení brzdové kapaliny umožňuje změnu objemu. Při sešlápnutí brzdového pedálu se píst posune směrem doprava a manžeta tak zakryje vyrovnávací otvor. Vlivem posunutí se v prvním pracovním prostoru zvýší tlak, který působí na vyrovnávací otvor a ve druhém pracovním prostoru, tudíž i ve druhém brzdovém okruhu vzroste tlak. Tlaky na obou stranách se okamžitě vyrovnají. Při odbrzdění se oba písty vrací do základní polohy pomocí vratných pružin. Brzdová kapalina proudí z vyrovnávacího 19

20 prostoru, přes uvolněnou čelní manžetu a ventilovou podložku, do pracovního prostoru. Takto nemůže dojít k vytvoření podtlaku a vniknutí vzduchu do brzdové soustavy. Tlak okamžitě klesá a brzdy se uvolní. Signalizace poruchy: Dvouokruhový brzdový systém je vybaven signalizační kontrolkou. Pokud dojde k závadě, dojde k poklesu hladiny brzdové kapaliny na jednom z brzdových okruhů, rozsvítí se řidiči kontrolka na přístrojové desce. V systému kapalinových brzd je hlídán stav hladiny brzdové kapaliny plovákovými spínači nebo diferenčním tlakovým spínačem. Při porušení prvního okruhu se primární píst přesune a zatlačí čepem na plovoucí píst. Síla, kterou řidič přenese na brzdový pedál, působí pouze na plovoucí píst. Tím vzroste přetlak v druhém neporušeném okruhu. Obr 5: Netěsnost v 1. brzdovém okruhu [12] Při poruše druhého okruhu se vlivem tlaku od prvního pístu posune plovoucí píst až nadoraz do dna tělesa. Poté se v prvním okruhu zvýší tlak na maximum. 20

21 Obr 6: Netěsnost v 2. brzdovém okruhu [12] Okruhy se určují směrem od příruby. Dojde-li k poruše u jednoho z okruhů, prodlouží se zdvih pedálu o 50 %. Brzdná dráha se prodlouží, ale neporušený okruh zaručuje bezpečné zastavení. [1], [2], [12] Tandemový brzdový válec s centrálním ventilem Používá se zejména u vozidel s protiblokovým systémem (ABS). Protože při brzdění dochází k neustálému zvyšovaní a snižování tlaku, funkci přepouštěcích otvorů přejímá centrální ventil. Snižuje se tak nebezpečí poškození primární manžety. V současné době mají tandemové hlavní brzdové válce dva centrální ventily. Tyto tandemové brzdové válce jsou vybaveny nesnímatelnými bezpečnostními kroužky. Při poruše nelze vyměňovat jednotlivé dílky, ale musí se vyměnit kompletní brzdový válec. Předchází se tak chybám při montáži. Obr 7: Tandemový brzdový válec s centrálním ventilem [12] 1 pouzdro válce 7 upínací manžeta 13 dorazový kroužek 2 vratná pružina 8 vložený plovoucí píst 14 sekundární manžeta 3 pružina ventilu 9 dělící manžeta 15 plastová objímka 21

22 4 těsnění ventilu 10 vratná pružina hlavního pístu 16 zajišťovací kroužek 5 čep ventilu 11 opěrný kroužek 17 píst s tlačnou tyčí 6 primární manžeta 12 plnící kroužek V normální poloze centrální ventil dosedá na kolík, který je pevně uchycen v tělese brzdového válce. Slouží jako doraz pro otevření centrálního ventilu. Ventil je otevřen a dochází k vyrovnání změny objemu brzdové kapaliny. Při sešlápnutí brzdového pedálu se píst posouvá doleva a uzavírá se ventil pomocí ventilové pružiny. Pracovní prostor je uzavřen a dochází ke zvýšení tlaku. Při odbrzdění se píst posouvá doprava, centrální ventil dosedá zpět na kolík a brzdová kapalina proudí do vyrovnávací nádržky. Dochází tak k poklesu tlaku. [1], [12] Posilovač brzd Posilovač brzd pracuje s podtlakem. Pomáhá řidiči snížit ovládací sílu na brzdový pedál. Je umístěn mezi brzdový pedál a hlavní brzdový válec. U automobilů se zážehovým motorem se montuje podtlakový posilovač, u automobilů se vznětovým motorem kapalinový posilovač. Podtlakový posilovač brzdné síly U všech typů vozidel se zážehovým motorem se používá podtlakový posilovač brzd. Podtlak se odebírá ze sacího potrubí motoru. Jelikož je podtlak malý (asi 20 kpa), podtlakový posilovač funguje jen při běžícím motoru. Pokud motor vypneme, zpětný ventil udržuje posilovací podtlak. Při dalším sešlápnutí se stává posilovač nefunkční a řidič musí vyvinout na pedál takovou sílu, jako kdyby tam posilovač nebyl. Pokud použijeme u vznětového motoru podtlakový posilovač, systém musí být doplněn o vakuové čerpadlo, které je poháněno motorem. 22

23 Obr 8: Podtlakový posilovač brzdné síly [11] Konstrukce: Pracovní píst (1) s membránou (4) rozděluje posilovač na komoru podtlakovou a pracovní. K podtlakové komoře (2) je připojen zpětný ventil (16), přes který je připojen podtlak ze sacího potrubí. V pracovní komoře (3) se střídá podtlak s atmosférou prostřednictvím vložky ventilu (10) a odsávacího kanálu (18). Vracení pístu s membránou zpět do klidové polohy zajišťuje vratná pružina (14). V plášti pracovní komory (3) je píst utěsněn manžetou (5) a membránou (9). Táhlo (13) se opírá o reakční kotouč (11) k pístu a pryžovým těsněným k hlavnímu válci (17). Filtr vstupu vzduchu (15) zabraňuje vniknutí nečistotám do posilovače a vyvolat tak jejich poruchu a netěsnost. Pokud dojde k poruše posilovače brzd, pístnice pedálu (8) působí přes vložku ventilu (10) na táhlo (13) hlavního brzdového válce. Tím je dosaženo ovládání posilovače i bez posilovacího účinku. 23

24 Klidová poloha: V době, kdy nebrzdíme, je v obou komorách stejný tlak (podtlak). Atmosférický ventil je uzavřen. Pracovní komora s podtlakovou je spojená přes otevřený podtlakový ventil odsávacím kanálem. Pracovní píst není ovlivněn žádnou silou, resp. působí na něj jen vratná pružina, která ho drží v klidové poloze. Brzdění: Sešlápneme-li brzdový pedál, pístnice pedálu spolu s vložkou ventilu jsou tlačeny na reakční kotouč. Reakční kotouč se deformuje a je tlačen přes píst na táhlo hlavního brzdového válce. Při zvýšení síly na pedál reakční kotouč propruží a vložka ventilu svým větším průměrem dosedne na sedlo pístu. Tím dojde k uzavření podtlakového ventilu a otevře se atmosférický ventil. Membrána, která je tlačena pružinou, uzavře odsávací kanál. Dochází tak k přerušení spojení mezi pracovní a podtlakovou komorou. Kanálem mezi membránou a vložkou ventilu vnikne do prostoru pracovní komory vzduch. Rozdíl tlaků v komorách vyvolává posilující sílu, která se přenáší táhlem spolu se silou od pedálu na píst tandemového hlavního brzdového válce. Po uvolnění pedálu brzdy vratná pružina vrací píst posilovače do původní polohy. Odsávací kanál se otevře a v komorách nastává rovnovážný stav, tedy podtlak. [1], [2], [11], [12] Kapalinový posilovač brzdné síly Používá se u vozidel s přeplňováním motoru, především vznětových. Podtlak se vyrábí čerpadlem, který je závislý na chodu motoru. Pracuje s vysokými tlaky (až 160 bar.). Systém musí být vybaven vysokotlakým čerpadlem a akumulátorem. Pří vypnutí motoru musí být akumulátor v činnosti asi na 12 zabrzdění. Poté jsou brzdy v provozu, ale bez funkce posilovače. Kapalinový posilovač je kompaktnější a má rovnoměrnější posilovací účinek. 24

25 Obr 9: Kapalinový posilovač brzdné síly [11] Konstrukce: Akumulátor (2) má dvě komory. Komoru s olejem a dusíkem. Olej je natlakovaný hydraulickým čerpadlem (přívod tlaku z čerpadla (9)), dusík je přes membránu stlačován olejem. Vytváří se tak zásoba tlaku. Regulátor tlaku (4) je neustále spojen s hydraulickým posilovačem brzd (1). Regulátor přepouští olej do akumulátoru (2), dokud nezaplní alespoň 10 % z celkového objemu a nevytvoří se v něm tlak minimálně 55 bar. Poté regulátor uzavře přívod oleje do akumulátoru a celý objem oleje je k dispozici pro jiné účely (např. posilovač řízení). Při brzdění proudí regulovatelné množství oleje z regulátoru do posilovače brzd. Po vyšlápnutí brzdy proudí olej do olejové nádoby (5). Odebráním oleje klesl tlak a regulátor začne přepouštět olej do akumulátoru. [1], [11] 25

26 5.1.3 Rozdělení brzdné síly Při brzdění v přímém směru je vozidlo zatěžováno na přední nápravu a zadní náprava se odlehčuje. I při průměrném brzdném zpomalení a průměrném zatížení, musí vozidlo zachovat směrovou stabilitu a řiditelnost. Rozdělovač brzdné síly rozděluje brzdný tlak na nápravy tak, aby bylo dosaženo co nejlepšího poměru. Omezuje tlak brzdové kapaliny na brzdy zadní nápravy a umožňuje zvýšit tlak pro brzdy přední nápravy. Pokud vozidlo překoná tyty parametry, zablokují se kola zadní nápravy nebo se vozidlo dostane do smyku a stane se tak neřiditelným. Omezovač brzdné síly (hydraulický omezovač tlaku) Omezovač je umístěn za hlavním brzdovým válcem. Po sešlápnutí brzdového pedálu působí tlak na brzdy přední i zadní nápravy. Pokud by měl tlak působící na brzdy zadní nápravy překročit hodnotu přepínacího tlaku, omezovač omezí brzdný tlak a tlak v zadních brzdách se dále nezvyšuje i při prudkém brzdění. Regulátor brzdné síly (hydraulický regulátor tlaku) Nahrazuje funkci omezovače. I po dosažení přepínacího tlaku, brzdný tlak na brzdy zadní nápravy narůstá. V závislosti na přírůstku brzdného tlaku na brzdy přední nápravy, narůstá tlak i v zadní nápravě v určitém poměru. Přírůstek tlaku na brzdy zadní nápravy je menší. Zátěžový regulátor brzdné síly (mechanický regulátor tlaku) Používá se u vozidel s výraznou změnou zatížení zadní nápravy. Přes pákový mechanismus regulátoru se mění vzdálenost mezi zadní nápravou a karoserií. Pohyb se přenáší na pístek uložený v tělese regulátoru. Pokud dojde ke změně této vzdálenosti, mění se zatížení regulačních pružin a dochází ke změně přepínacího tlaku. Tlak v brzdách se mění v závislosti na zatížení zadní nápravy. Tak jsou zadní kola lépe využita při jakémkoliv zatížení. [1], [2] Elektronický rozdělovač brzdné síly (EBV, EBD) EBV dovoluje brzdám zadní nápravy maximální brzdný účinek, aby nedošlo k přebrzdění zadní nápravy. 26

27 EBD umožňuje rozdělení brzdné síly na jednotlivá kola. Podle zatížení náprav řídící jednotka upravuje brzdný tlak na jednotlivá kola. Tak je brzdný účinek maximální. [14], [15] Brzdová kapalina Brzdová kapalina přenáší brzdnou sílu od hlavního brzdového válce k brzdám jednotlivých kol. Při malém účinku brzdy, nemusí být závada vždy jen na segmentech brzdy. V případě poruchy je potřeba zkontrolovat hladinu brzdové kapaliny. Pokud klesne hladina brzdové kapaliny, musí se dolít a to pouze stejný druh. Pro každé vozidlo je určený jiný typ brzdové kapaliny. V požadovaných vlastnostech je i mísitelnost s kapalinami různých výrobců, ale stejné kvalifikace. Pokud zjistíme rapidní pokles kapaliny, chyba je v brzdovém systému. Základním požadavkem je neměnnost složení a hustoty kapaliny od -50 do +260 C. Brzdová kapaliny pohlcuje vlhkost. Voda snižuje její bod varu a kapalinu znehodnocuje. Při dlouhodobém brzdění může nastat, že brzdová kapalina překoná hranici bodu varu a vytvoří se bublinky vodních par. Pára je stlačitelná a objem stlačitelnosti v hlavním brzdovém válci je malý, může dojít k nefunkčnosti brzd. Zdvih brzdového pedálu nestačí k vytvoření potřebného tlaku v kapalině. Ovšem další z vlastností kapaliny je absorpce vody do kapaliny. Brzdová kapalina obsahující 3,5 % vody má bod varu C. Postupem času se obsah vody v kapalině zvyšuje, a proto je nutná výměna. Výměna je udaná výrobcem automobilu, mění se přibližně po 2 letech. Požadavky a vlastnosti kapaliny jsou obsaženy v mezinárodních normách DOT, SAE, ISO. DOT 3 a DOT 4 jsou vyrobeny na bázi etylenglykolu a jsou mísitelné, kapaliny DOT 5 na bázi silikonu a nelze je použít do systému DOT 3 (4). Kapaliny DOT 5.1 lze mísit se systémy DOT 3 (4). [1], [8], [13], [16] 5.2 Bubnové brzdy Nejdůležitějšími částmi bubnových brzd jsou brzdový buben, brzdové čelisti, rozpěrné zařízení, vratné pružiny a štít brzdy. Všechny části jsou umístěné uvnitř brzdy pod brzdovým bubnem a jsou chráněny proti nečistotám. Při dlouhodobém brzdění dochází k poklesu brzdného účinku, tzv. fading. Při velice silném brzdění může dojít k deformaci brzdového bubnu. Bubnové brzdy mají samo posilující účinek. Velikost účinku závisí na uspořádání brzdových čelistí. Jednoduše lze přizpůsobit pro funkci parkovací brzdy. 27

28 Obr 10: Popis částí bubnové brzdy [24] 1 brzdové čelisti 2 brzdový váleček 3 páka ruční brzdy 4 rozpěrné zařízení 5 brzdové lano 6 pružiny 7 brzdový buben Konstrukce a princip činnosti: Části pro vytvoření přítlačné síly jsou uloženy na štítu brzdy. Štít brzdy je pevně spojen s nápravou a neotáčí se. Brzdové čelisti (1) jsou přitlačovány na vnitřní stranu brzdového bubnu (7) mechanicky (parkovací brzdy, pomocí brzdového lana (5) přes rozpěrné zařízení (3,4)) nebo hydraulicky (provozní brzdy brzdovým váleček (2)). Brzdový buben (7) je spojen s kolem a otáčí se. Vratné pružiny (6) drží čelisti v klidové poloze. 28

29 5.2.1 Typy konstrukce bubnových brzd Podle ovládání brzdových čelistí rozlišujeme brzdy jednonáběžné (simplex), dvounáběžné (duplex), dvounáběžné obousměrné (duo-duplex), brzdy se spřaženými čelistmi (servo) a obousměrné dvounáběžné se spřaženými čelistmi (duo-servo). Obr 11: Uložení čelistí bubnových brzd [1] Brzdy jednonáběžné simplex Brzda je tvořena náběžnou a úběžnou čelistí. Má malý samo posilovací účinek, který je stejný při jízdě vpřed i vzad. Čelisti jsou uchyceny na pevných čepech a přitlačovány na vnitřní stranu bubnu pomocí brzdového klíče, brzdové vačky a nejčastěji dvoupístkového brzdového válečku. Má nerovnoměrné opotřebení. Jsou doplněny o části, které současně pracují jako parkovací brzda. Brzdy dvojnáběžné duplex Při jízdě vpřed se obě čelisti chovají jako náběžné. Brzdný účinek je v tomto případě větší než u stejně velké jednonáběžné brzdy. To vyžaduje pro každou čelist vlastní jednostranně působící brzdový váleček. Na jedné straně čelist přitlačuje a na druhé slouží jako opěrná část. Při opačném směru čelisti pracují jako úběžné a tím se výrazně snižuje brzdný účinek. 29

30 Brzda obousměrná dvounáběžná duo-duplex Tato brzda je vybavena dvěma dvoupístkovými brzdovými válečky. Tím je dosaženo stejného maximálního brzdného účinku při jízdě vpřed i vzad. Brzda se spřaženými čelistmi servo Primární čelist je ovládána jednostranným brzdovým válečkem. Síla působící na primární čelist se přenáší přes spřažené uložení na čelist sekundární. Obě čelisti pracují jako náběžné, při couvání jako úběžné. Brzda obousměrná dvounáběžná se spřeženými čelistmi duo-servo Čelisti působí v obou směrech otáčení jako náběžné. Mají jeden dvoupístkový váleček a jsou spřaženy pohyblivou opěrkou. U obou čelistí je stejný samoposilovací brzdný účinek. Tyto brzdy slouží především jako parkovací. Automobily, které mají na obou nápravách kotoučové brzdy, se často kombinují s bubnovými brzdami tohoto typu. [1], [4], [10] Brzdový buben Brzdový buben musí být dostatečně pevný a tuhý, aby odolal teplotnímu a pevnostnímu namáhání a nedeformoval se. Je vyráběn z šedé nebo temperované litiny, ocelolitiny a slitiny lehkých kovů. Vnitřní strana je jemně soustružena, někdy broušena. Vnější strana bubnu s jedním žebrem zabraňuje deformaci třecí plochy. Pokud jsou na obvodu bubnu i příčně více žeber, zvětšuje se tak chladící plocha. Zvyšuje se tuhost a zlepšuje odvod tepla. Dvou materiálové bubny mají lepší tepelnou odolnost a schopnost akumulace. Vyrábí se z lehkých slitin, mají litinový třecí kroužek. [1], [4] Brzdové čelisti a brzdové obložení V dnešní době se musí splňovat vysoké požadavky na vlastnosti třecích materiálů. Za příznivou cenu musí splňovat předepsané účinky. Nesmí dojít k rychlému opotřebení, při brzdění nesmí vznikat hluk. Na každý typ automobilu se vyrábí jiné obložení. Velmi důležitý aspekt je, jak připevnit obložení k brzdové čelisti. Podle nároků na brzdu se obložení nýtuje nebo lepí. U osobních automobilů se využívá lepeného spoje. Brzdové čelisti mají základní průřez T a vyrábí se odléváním z lehkých slitin. [1] 30

31 5.2.4 Brzdový váleček U osobních automobilů se používá válec kapalinový. Brzdový kolový váleček může být buď jednoduchý s jedním pístkem (používá se u duplex a servo) nebo dvěma pístky (používá se u simplex a duo-servo). V hlavním brzdovém válci vznikne tlak, který je přenášen pomocí brzdové kapaliny na pístky ve válečku. Vytvoří se rozpěrná síla a dojde k rozevření čelistí, které tlačí na vnitřní stranu bubnu. Pístky jsou utěsněny těsnícími manžetami. Uvnitř válečku je pružina, která přitlačuje přes opěrné misky hrníčkové manžety k pístku. Při použití hrníčkových manžet, musí být po uvolnění brzdy ve válečku určitý přetlak (asi 0,04 0,17 MPa). [1], [3], [4] 5.3 Kotoučové brzdy Hlavní částí kotoučových brzd jsou brzdový kotouč, brzdové destičky, pístky a třmen (2). Proudící brzdová kapalina (4) tlačí na pístky (3) brzdového obložení, které přitlačují brzdové destičky (5) k brzdovému kotouči (1). Brzdový kotouč je pevně spojen s kolem a otáčí se. Rozlišujeme kotoučové brzdy s pevným nebo plovoucím třmenem. Pevný třmen je připevněn k nápravě automobilu (obr. 12). Jsou v něm uloženy pístky a brzdové obložení. Plovoucí třmen je uložen posuvně v pevném držáku (obr. 13). Z jedné strany má pístek, který tlačí brzdové obložení proti brzdovému kotouči. I když jsou účinnější než brzdy bubnové, přesto se u většiny automobilů používají jen na přední nápravě Brzda s pevným třmenem Třmen je pevně spojen s nápravou a nepohybuje se. Skládá se z víka a přírubové skříně. Z každé strany obklopují brzdový kotouč. Jsou spojeny šrouby. U obou částí se nachází nejméně jeden brzdový válec (dvoupístkové brzdy). V současné době se používají čtyři brzdové válce (čtyřpístkové brzdy). Vždy po dvou na každé straně. Protilehlé (se společnou osou) a stejného průměru. Nebo třípístkové válce,na jedné straně jeden většího průměru a na straně druhé, dva menší. Součet ploch pístků na každé straně se musí rovnat. V brzdovém válci je umístěn pístek s těsnícím kroužkem, protiprachovou manžetou a svěracím kroužkem. Válce jsou propojeny kanály nebo brzdovými hadičkami. Při sešlápnutí brzdového pedálu tlačí brzdová kapalina na pístky s obložením. Obložení je rovnoměrně přitlačováno z obou stran ke kotouči. Aby se vyloučili případné rázy a klepání segmentů, přítlačná pružina tlačí 31

32 brzdové destičky s obložení k pístkům. Pružina je zajištěna čepy. Těsnící kroužek je v drážce brzdového válečku. Vnitřní průměr kroužku je menší jak pístek. Kroužek obepíná pístek s přepětím. Dochází tak k dokonalému utěsnění. Vlivem brzdného tlaku se pístek pohybuje a těsnící kroužek se pružně deformuje. Vrácení do původní polohy je možné pouze v případě, že v okruhu nezůstane žádný přetlak. Brzdová vůle je velmi malá (asi 0,15 mm). Je to vzdálenost pístku z klidové polohy do polohy aktivní. Vůle se po odbrzdění vymezuje samočinným pružením těsnícího kroužku. [1], [4], [10] Obr 12: Schéma kotoučové brzdy s pevným třmenem [25] 1 brzdový kotouč 2 třmen 3 pístek 4 brzdová kapalina 5 brzdové destičky 6 vedení třmenu Brzda s plovoucím třmenem V tělese brzdy jsou jeden nebo dva pístky, umístěné pouze na jedné straně. Držák brzdy je pevně spojen s částí nápravy a neotáčí se. Třmen je pevně spojen s vodícími čepy, upevňovacím šroubem. V držáku brzdy jsou dvě válcové dutiny, do níž zapadají vodící čepy. Při brzdění působí brzdová kapalina na pístky v plovoucím třmenu. Pístky s obložením se přitlačují na brzdový kotouč. Reakcí této síly se třmen posouvá na opačnou stranu, čímž je přitlačováno protilehlé obložení ke druhé straně kotouče. [1], [4], [10] 32

33 Obr 13: Schéma kotoučové brzdy s plovoucím třmenem [25] 1 brzdový kotouč 2 třmen 3 pístek 4 brzdová kapalina 5 brzdové destičky 6 vedení třmenu Brzdový kotouč Brzdový kotouč může mít různé konstrukční řešení, různé tvary. Je přichycen šrouby k náboji kola. Základní a nejjednodušší je plochý kotouč. Nemá vnitřní chlazení, snadněji se bortí a zahřívají se ložiska. Nahradil ho kotouč hrncový, který tyto nedostatky odstraňuje. U brzd, které jsou více namáhané, se používají kotouče s vnitřním chlazením. Kotouče jsou duté a obsahují radiálně uspořádané kanály. Při otáčení kotouče vzniká tzv. ventilační efekt. Na třecí ploše kotouče jsou vytvořeny spirálové drážky, přesné hlouby. Určují opotřebení kotouče, urychlují záběh nových brzdových destiček a mají samočisticí schopnost. Vyrábí se z temperované litiny nebo ocelolitiny obsahující legující prvky. Pro sportovní vozy se vyrábí keramické brzdové kotouče. Jsou zhotoveny z karbidu křemíku, vyztužené karbonovými vlákny. Mají výrazně menší hmotnost, zároveň jsou velice tvrdé, a odolné proti opotřebení a ohřevu. Při vysokých teplotách (cca 800 C) nedochází k poklesu účinnosti brzd na rozdíl u kovových kotoučů, kde se výrazně snižuje účinnost. [1], [2], [4] 33

34 Obr 14: Brzdový kotouč s vnitřním chlazením a navrtanými otvory [26] Brzdové obložení brzdové destičky Pro automobily se používá brzdová obložení dané výrobcem. Pokud měníme obložení, mění se vždy na obou stranách vozidla, a musí pocházet z jedné krabice. Docílí se tak stejného účinku a chování. Brzdové obložení musí splňovat podmínky, jako jsou: životnost, tepelná a mechanická pevnost, necitlivost vůči vodě, i při vysokých teplotách stálý součinitel tření. Vyrábí se z organických materiálů, při vysokém namáhání (sportovní vozy) se vyrábí ze spékaných práškových kovů. [1] 34

35 Obr 15: Brzdové destičky [27] 5.4 Rozbor funkčních vlastností kotoučových brzd Poškození kotouče při montáži Při nesprávném utažení a nedodržení doporučeného utahovacího momentu, můžou vznikat na povrchu trhliny, které mají kontakt s nábojem kola (obr. 18). Poškození nosného montážního povrchu způsobuje vibrace, které lze zjistit ihned po montáži sešlápnutím brzdového pedálu. Pokud se použijí kotouče, které neodpovídají typu vozidla, vytváří se trhliny na nosném montážním povrchu. Jedná se o jasný znak nepřizpůsobení průměru kotouče k průměru náboje kola. Chybná montáž způsobuje vibrace v důsledku nadměrné házivosti. 35

36 Obr 16: Trhliny na povrchu brzdového kotouče [23] Obr 17: Utržený nosný montážní povrch [23] Při nesprávné montáži tělesa třmenu na nápravu může dojít k ulomení z náboje kola. Dochází k opotřebení středové oblasti na vnější straně kotouče ve vztahu k vozidlu a na vnější hraně u vnitřního povrchu. V tomto případě byl kotouč vystaven silnému mechanickému zatížení vedoucímu k utržení brzdového povrchu. Během brzdění se vyskytují silné nárazy. Velmi hlasitý brousicí zvuk. Dochází k narušení bezpečnosti. Jestliže neočistíme povrch náboje kola při montáži kotouče a jsou na něm zbytky koroze nebo znečištění, způsobí to nadměrnou házivost nového kotouče. Tyto chyby během montáže způsobují na jedné straně vibrace po několika stovkách nebo tisících brzděních, které 36

37 se zvyšují s ujetou vzdáleností. Na druhé straně může dojít k nerovnoměrnému opotřebení kotouče kvůli zvýšené házivosti prostřednictvím brzdových destiček. Nadměrná házivost náboje kola způsobuje poškození brzdného povrchu, který není rovnoběžný s rovinou kotouče. Místní přehřívání lze zjistit tmavším zbarvením v poškozené oblasti. Toto je způsobeno různě velkým třením mezi kotoučem a destičkami v důsledku nadměrné házivosti náboje kola. [23] Obr 18: Znečištěný náboj kola [23] Poškození vzniklá používáním Při záběhu nového brzdového kotouče se musí dodržet interval záběru. Prvních kilometrů se brzdí pouze mírně a krátce. Brzdové destičky nesmějí být v kontaktu s kotoučem příliš dlouho. Nedodržíme-li interval záběhu, vznikají mírné vibrace, které se stupňují. Kotouč se přehřívá a mění se struktura vytvářením cementitu Fe 3 C. Na kotouči je viditelné zbarvení (modré, fialové, zlaté), hlavně v oblasti ochlazování (drážka na vnitřní straně povrchu). 37

38 Obr 19: Kotouč při nedodržení intervalu záběhu [23] Překročíme-li dobu použití a tloušťka brzdového kotouče je menší než doporučená minimální tloušťka (4 mm) vznikají trhliny. Jsou jasně vidět oblasti teplotního přetížení odpovídající polohou chladicím otvorům. Při nadměrném opotřebení brzdný povrch vykazuje evidentní znaky přehřátí v důsledku zúžení poškozeného kotouče. [23] Obr 20: Vznik trhlin [23] 38

39 6 BRZDOVÝ ASISTENT - BAS BAS je zkratka označující brzdový asistent, tato zkratka vznikla z anglického brake assistant system. Systém BAS monitoruje rychlost a intenzitu sešlápnutí brzdového pedálu. Podle těchto veličin je systém schopen vyhodnotit kritickou situaci a případně zvýšit tlak v brzdné soustavě. Tím se dosáhne větší brzdné síly při stejném tlaku nohy na pedál. Brzdový asistent je tedy prvkem aktivní bezpečnosti. U nově vyráběných automobilů bývá brzdový asistent součástí elektronického stabilizačního systému ESP. Obr 21: Funkce BAS [22] 6.1 Funkce brzdového asistentu Snímač, umístěný pod brzdovým pedálem, snímá rychlost a sílu stlačení pedálu. Impulzem pro aktivaci brzdového asistenta je mezní hodnota výkonu vyjádřená jako součin síly a rychlosti. Tato mezní hodnota je získána na základě zkušeností z provozu tak, aby nedocházelo k nežádoucím sepnutím např. během přibrzďování v koloně. Při překročení této mezní hodnoty dojde k aktivaci brzdového asistenta, který urychlí náběh brzd. Asistent udržuje maximální účinek i po dobu brzdění, a to až do okamžiku uvolnění pedálu, pak se automaticky vypne. 39

40 6.2 Brzdná dráha Obr 22: Brzdná dráha se systémem BAS [22] Zkoušky systému BAS prokázaly zkrácení brzdné dráhy o 15 až 20 %. I když účinek systému je velmi ovlivněn řidičovou zkušeností. V kritické situaci totiž méně zkušený řidič sešlápne brzdový pedál buď příliš pomalu a velkou silou, nebo rychle a malou silou. V obou případech tak v kritické situaci nevyužije naplno potenciál brzd. [6], [22] 40

41 7 ZÁKLADNÍ STABILIZAČNÍ PROGRAMY Jeden ze základních prvků aktivní bezpečnosti je protiblokovací systém ABS. Byl vyvinut firmou BOSCH v roce Dalším ze základních prvků je systém ASR. Jde o systém regulace prokluzu kol, který je rozšířením systému ABS. Systém, který výrazně zajišťuje stabilitu vozidla, je ESP. Ze statistik vyplývá, že kdyby každé vozidlo bylo vybaveno systémem ESP, zabránilo by se tak až desetině dopravních nehod. 7.1 Protiblokovací systém ABS ABS (Anti-lock braking system) patří mezi prvky aktivní bezpečnosti vozidla. Zabraňuje blokování kol při brzdění. Kolo se systémem ABS se neustále odvaluje a tím se zabraňuje ztrátě adheze mezi kolem a vozovkou. Systém ABS může uvolnit kolo 12-16x za sekundu, a tím systém zajišťuje relativně stálé otáčení kol a řiditelnost vozu. Na suché vozovce má vozidlo bez ABS kratší brzdnou dráhu. Na mokrém či zledovatělém povrchu má systém s ABS kratší brzdnou dráhu. Při prudkém brzdění např. na mokré vozovce, dochází k přerušování tlaku na pedál. Přerušování způsobuje ABS, když odpouští tlak v brzdovém systému. Od roku 2004 musí mít v EU každé nově homologované auto systém ABS. [1], [6], [17] 41

42 Obr 23: Znázornění jízdní dráhy s ABS (nahoře), bez ABS (dole) [28] Princip činnosti Princip fungování je takový, že kolo se neustále otáčí, tím se zabraňuje ztrátě adheze a nedochází ke smyku. Řídící jednotka přijímá signál ze snímačů otáček kol na obou předních kolech a pastorku stálého převodu zadní nápravy (třísnímačový systém), popř. na všech kolech (čtyřsnímačový systém) a vypočítává: obvodové zpomalení nebo zrychlení vozidla, skluz kola, referenční rychlost a zpomalení vozidla. Pokud řídící jednotka vyhodnotí, že dojde k zablokovaní kol, aktivuje v hydraulické jednotce elektromagnetické ventily příslušného kola. Společný tlak v obou brzdách zadní nápravy určuje kolo s nižším součinitelem tření, tzv. Select-low. Řídící jednotka ze signálu snímačů stanoví tzv. diagonálu (pravé přední kolo se porovnává s levým zadním). Stanoví se referenční rychlost, která odpovídá rychlosti brzděného kola. Při častém brzdění určuje referenční rychlost rychleji se odvalující kolo. Při plném využití ABS se rychlosti kol s vozidlem liší a nemohou sloužit k výpočtu referenční rychlosti. Řídící jednotka si tak určí vlastní referenční rychlost, vycházející z rychlosti na počátku brzdění. 42

43 7.1.2 Požadavky na ABS regulace brzdění musí zajistit směrovou stabilitu a řiditelnost vozidla při všech stavech vozovky a při změnách přilnavosti vozovky se musí rychle přizpůsobit, při brzdění musí ABS maximálně využít součinitele tření mezi vozovkou a koly (stabilita a řiditelnost mají přednost před zkrácením brzdné dráhy), regulace brzdění musí pracovat v celé rychlostní oblasti vozidla (obvykle od 4 km.h -1 ), při brzdění na vozovce s různou přilnavostí na levé a pravé straně vozidla vznikají stáčivé momenty. Vznik a zvětšování momentu musí být pomalé. I nezkušený řidič musí být schopen tento stav vozidla jednoduše zvládnout, při brzdění v zatáčce musí zůstat vozidlo řiditelné a stabilní s nejkratší možnou brzdnou dráhou, regulace brzdění musí rozeznat aquaplaning, hystereze brzdy (brzdění po uvolnění brzdového pedálu) a vliv brzdění motorem musejí minimálně ovlivňovat proces brzdění, musí zabránit rozkývání vozidla, bezpečnostní obvody musí neustále kontrolovat bezchybnou funkci systému ABS. Jestliže kontrolní systém zjistí závadu, která by mohl ovlivnit proces brzdění, ABS se vypne Hlavní části snímače otáček kol, řídící jednotka systému ABS, elektromagnetické ventily, ozubený impulsní kotouč. 43

44 Elektromagnetický ventil Řídící jednotka spíná elektromagnetické ventily do tří různých poloh: zvýšení tlaku v normálním stavu je elektromagnetický ventil bez proudu. Spojuje tak hlavní brdový válec s kolovým brzdovým válečkem. Tlak v brzdách může vzrůstat. udržení tlaku zjistí-li řídící jednotka blokování jednoho z kol, aktivuje elektromagnetický ventil a dojde k oddělení hlavního brzdového válce od brzdového válečku kola. Ventilem prochází polovina maximálního proudu. Tlak v brzdovém válečku je konstantní. snížení tlaku při snížení tlaku musí elektromagnetickým ventilem procházet maximální proud. Hlavní brzdový válec a brzdový váleček jsou odděleny. Brzdový váleček je spojen se zpětným tokem, dochází ke snížení tlaku příslušného kola. Snímač otáček kol Ze signálů snímačů otáček určuje řídící jednotka rychlost kol. Snímač je umístěn na otočném čepu kola nebo pastorku stálého převodu hnací nápravy. Impulsní kotouč se otáčí s vozidlovým kolem. Vzhledem ke konstrukčnímu provedení impulzního kotouče je snímač umístěn radiálně nebo axiálně. Snímač (pólový kolík) je spojen s trvalým magnetem. Při otáčení kola se proti kolíku střádavě nastavuje zub a zubová mezera. Tím se neustále mění magnetické pole, touto změnou se ve vinutí snímače indukuje střídavé napětí, které je přiváděno do řídící jednotky. Používají se snímače indukční nebo magnetorezistenční (aktivní). Magnetorezistenční snímače jsou schopny, oproti indukčním, snímat otáčky od klidového stavu. Je to výhodné zejména při současném využití protiskluzovému systému ASR, (snímá od okamžiku rozjezdu vozidla). 44

45 Obr 24: Popis snímače otáček kol [17] Regulační soustavy Individuální regulace (IR/IR) má 4 regulační kanály, (4 snímače a 4 akční členy). Tzn. každé kolo je regulováno zvlášť. Použitím individuální regulace se dosáhne nejkratší brzdné dráhy, ale při nedostatečné směrové stabilitě. Při brzdění vzniká stáčivý moment, který stáčí vozidlo do protisměru. Smíšená regulace (IR/SL) se používá u diagonálního zapojení brzd. Kola přední nápravy mají vlastní regulaci, zadní kola mají společnou, (tzv. select-low ). Protože je zapojení diagonální, zadní náprava musí mít dva akční členy. Modifikovaná individuální regulace (MIR) je pozměněná regulace select-low. Dojde-li ke snížení přilnavosti přední nápravy, brzdný tlak v blokujícím kole se snižuje a v kole, u kterého není snížená přilnavost, je brzdný tlak udržován na stálé hodnotě (nezvyšuje se). Tlak v blokujícím kole se snižuje do té doby, než je dosažena příslušná obvodová rychlost. Brzdný tlak u tohoto kola se zvyšuje a zvýší se i brzdný tlak u kola, s nesníženou přilnavostí. Neblokující kolo MIR je využívána na přední nápravě. Zadní náprava má regulaci individuální (IR). [1], [2], [6], [17] 45

46 7.1.5 Brzdná dráha Dráhu pro zastavení vozidla lze stanovit ze dvou faktorů reakční dráhy a vlastní brzdné dráhy. Reakční dráha je dráha, kterou řidič ujede od okamžiku, kdy rozpozná kritickou situaci, zpracuje ji a začne brzdit. To trvá různě dlouhou dobu, vynikající řidiči reagují v desetinách sekundy, průměrný řidič asi za jednu vteřinu, u řidičů, kteří poslouchají hlasitou hudbu, používají mobilní telefon nebo požili alkohol či léky, může reakční doba trvat i tři vteřiny. V tomto čase se však vozidlo dále pohybuje s nezměněnou rychlostí. Při 50 km/h je reakční dráha při jedné vteřině 14 m dlouhá. Teprve potom dochází k účinku brzd a brzdná dráha závisí na dané rychlosti a četných vnějších podmínkách (např. podélný sklon silnice, stav vozovky, stav povrchu a na odolnosti povrchu proti smyku). Pro osvětlení posledních dvou vlivů je v příspěvku zpracován jednoduchý příklad. Vozidlo s různými brzdami (se systémem proti zablokování kol - ABS a bez něho) se pohybuje rychlostmi 50 km/h nebo 60 km/h a za různých podmínek (sucho a mokro) a na různých površích vozovek (s velmi dobrými a havarijními protismykovými vlastnostmi) a snaží se zastavit, např. před přechodem pro chodce. Za takto definované různorodosti podmínek byly stanoveny celkové brzdné dráhy a byly odvozeny závěry pro vyšší bezpečnost silničního provozu. Obr 25: Porovnání vlastní délky brzdné dráhy, pro vozidlo bez ABS při rychlosti 50 km/h a 60 km/h na různých površích vozidla [17] 46