Rzeczywista skuteczność układu hamulcowego – jak ją zbadać?

W rzeczywistości, skuteczność hamowania można poprawić na kilka różnych sposobów. Można zamontować wysoko wydajne tarcze i klocki hamulcowe, wstawić wzmocniony zestaw hamulcowy, albo zdecydować się na tzw. swap – czyli zamianę hamulców seryjnych na komplet z mocniejszego modelu. Pytanie tylko, jakie właściwie parametry określają skuteczność systemu hamulcowego?

W niniejszym artykule podpowiadamy, co tak naprawdę pomaga podnieść efektywność hamulców, a także wskazujemy, na jakie parametry należy w tym kontekście zwracać największą uwagę.

Czynniki wpływające na skuteczność hamowania

Długość drogi hamowania zależy od całego szeregu różnego rodzaju czynników, m.in. rodzaju nawierzchni, warunków pogodowych, prędkości z jaką porusza się pojazd, doświadczenia i umiejętności kierowcy, właściwości opon oraz oczywiście jakości układu hamulcowego. My skupimy się naturalnie na tym ostatnim czynniku.

Efektywność systemu hamulcowego da się realnie zmierzyć. I co więcej, ponieważ pozwalające na jej oszacowanie wzory matematyczne dostarczają konkretnych wartości liczbowych, możliwe jest też łatwe porównanie poszczególnych układów hamulcowych.

Moment hamowania – wzór i znaczenie parametrów

Kluczowym wskaźnikiem jest tutaj tzw. moment hamowania (Mh). By móc go obliczyć wystarczy znać trzy parametry: efektywny promień tarczy hamulcowej (R1), siłę ściskania między tarczą a klockami (F), a także dynamiczny współczynnik tarcia pary tarcza-klocek (μd).

Wzór na moment hamowania to Mh = R1 x F x μd, gdzie:

efektywny promień (R1) – to odległość między środkiem tarczy hamulcowej a punktem, w którym tarcza styka się z klockiem,

siła ściskania (F) – to siła z jaką zacisk dociska okładziny do powierzchni tarczy,

wskaźnik (μd) – współczynnik tarcia pomiędzy tarczą a klockiem. Choć parametr ten jest czymś innym niż współczynnik własny klocków hamulcowych, to w tym przypadku możemy przyjąć, że ich wartości są takie same (tarcze produkowane są bowiem z żeliwa).

Siła ściskania (F) – jak ją obliczyć i o czym ona właściwie mówi?

O ile kwestia wielkości efektywnego promienia (R1) oraz współczynnika tarcia klocków raczej nie powinna budzić wątpliwości, o tyle wartość siły ściskania (F) bywa przedmiotem nieporozumień. W praktyce jednak wystarczy wiedzieć, że zależy ona jedynie od ciśnienia panującego w układzie (p) oraz powierzchni tłoków zacisku (S). By ją obliczyć, trzeba zatem tylko podstawić odpowiednie dane do wzoru: F = p x S.

Z wyżej zebranych informacji można wyciągnąć kilka ważnych wniosków. Te najistotniejsze z punktu widzenia poruszanego przez nas tematu to:

• rozmiar klocków hamulcowych w ogóle nie wpływa na drogę hamowania samochodu;
• liczba tłoków nie wpływa na skuteczność pracy zacisku;
• możliwe jest obliczenie i porównanie skuteczności poszczególnych zacisków – tych seryjnych i opcji alternatywnych.

Trochę praktyki

Przyjrzyjmy się teraz, jak przytoczone wzory i informacje mogą wspomóc wybór najlepszego systemu hamulcowego. Jako przykład niech posłuży nam właściciel BMW serii 5 E39, który zdecydował się wymienić swoje hamulce seryjne na system Brembo montowany w BMW serii 7 E38.

Na BMW „piątce” montowane są pływające jednotłoczkowe zaciski ATE o średnicy 60 mm, natomiast w Brembo – zaciski czterotłoczkowe (na każdej ze stron znajdują się po dwa tłoki o średnicy 40 i 44 mm). Wynika z tego, że łączna, efektywna powierzchnia ogólna u ATE - 5652 mm², u E38 - 5552 mm². Przy tym samym ciśnieniu w systemie,(przypuśćmy 3 bar) - siła docisku zacisków fiksowanych będzie o 2% mniejsza! Co mówi o tym, że wielotłoczkowe rozwiązanie nie jest bardziej skuteczne aniżeli jednotłoczkowy pływający zacisk. Dalej, rozważmy wszystkie parametry i uwzględnimy rozmiar tarcz. Zewnętrzna średnica u BMW E39 - 324 mm, przeciw 316 mm u "siódemki". Efektywny promień w pierwszym przypadku - 130 mm, w drugim - 124 mm. Pod warunkiem, że klocki hamulcowe będą tej samej klasy ze współczynnikiem tarcia 0,4 - otrzymujemy, że moment hamulcowy produkcji ATE - 2649 H/m, Brembo -2480 H/m. W sumie, układ hamulcowy E38 z czterytłoczkowym zaciskiem zdolny dać prawie na 7% mniejszą efektywność, aniżeli fabryczny od piątki. I jest jeszcze jedna kwestia. Wykorzystane były klocki mające ten samy wspolczynnik tarcia. Jednak, przy użyciu wysokowydajnościowej formuły (na przykład, klocków z wskaźnikiem 0,5) – można otrzymać przyrostu efektywności zacisków w granicach 10-15%.

O skuteczności hamulców powie ci także temperatura tarcz

O skuteczności systemu hamulcowego informuje również wysokość temperatury do jakiej nagrzewają się tarcze w momencie zatrzymania pojazdu. Jeśli jej wysokość mieści się w dopuszczalnym dla klocków przedziale temperaturowym (seryjne klocki tolerują zwykle 0-350 °C) to wszystko jest w porządku.

To, ile wynosi w danej chwili temperatura tarcz można zmierzyć za pomocą formuły:

T = (K₀-K₁) / (417 x Ws)+T₀, gdzie:

K₀ – energia kinetyczna w chwili rozpoczęcia hamowania,

K₁ – energia kinetyczna w końcu procesu,

T₀ – temperatura własna tarcz (temperatura w chwili rozpoczęcia hamowania),

Ws – waga tarcz hamulcowych.

Na podstawie wcześniejszego przykładu BMW E39 prześledźmy, jak w praktyce oblicza się temperaturę tarcz.

Zakładając, że auto będzie hamowało np. z 80 km/h (22 m/s) do 0 km/h, możemy oszacować jedyny nieznany parametr – energię kinetyczną w początkowym momencie hamowania (K₀). Po podstawieniu do wzoru na energię kinetyczną:

K = (m x V²)/2, gdzie:

m – masa pojazdu

V – prędkość pojazdu,

otrzymamy K₀= (1530 x 22 x 22) / 2 = 370260 J.

A co z parametrem K₁? Skoro przyjmujemy, że auto się zatrzymało, to energia kinetyczna K₁ musi w tym momencie wynosić 0. Ponadto załóżmy, że temperatura własna tarcz wynosi 23 C. Tym samym po podstawieniu wszystkich danych do wcześniej wspomnianej formuły otrzymamy: 370260 / (417 x 16,6) + 23 °C = 56 °C. I to jest właśnie wartość wyrażająca temperaturę tarczy.

Jesteśmy przekonani, że dzięki powyższym wskazówkom nawet ci kierowcy, którzy są mniej zaznajomieni z tematem hamulców, poradzą sobie z obliczeniem rzeczywistej skuteczności różnych systemów hamulcowych.

Kopiowanie materiałów jest możliwe wyłącznie na warunkach umieszczenia linku do źródła Brakestock.PL