Hamulce samochodu

Samochod zostal zaprojektowany jako pojazd do przemieszczania sie. Jednak nie mniej wazna funkcja jest to, ze mozna go rowniez (szybko) zatrzymac.

Wraz z rozwojem coraz szybszych samochodow rozwijaly sie takze rozne systemy hamulcowe. Zanim zaglebimy sie w temat hamulcow, najpierw proste pytanie: Dlaczego samochody maja hamulce?. Pierwsza mysl brzmi: zeby zmniejszyc predkosc albo sie zatrzymac. Na przyklad w sytuacji, gdy ktos przechodzi przed twoim samochodem i chcesz uniknac zderzenia, albo gdy musisz sie zatrzymac przed swiatlami, ktore przelaczaja sie na czerwone. Jednak gdy glebiej zastanowimy sie nad tym pytaniem, staje sie jasne, ze dzieki hamulcom nie tylko mozna szybko sie zatrzymac, ale takze jezdzic szybciej! Gdybys nie mial hamulcow, w miescie z duzym ruchem, skrzyzowaniami i swiatlami jezdzilbys bardzo ostroznie i powoli, zeby nie spowodowac kolizji albo nie wyleciec z zakretu. Hamulce daja nam mozliwosc zatrzymania sie lub wyhamowania wtedy, gdy jest to potrzebne, i dzieki temu umozliwiaja jazde z wieksza predkoscia! Jesli przez pierwsze 300 metrow przed toba nie ma innego ruchu, mozesz nawet spokojnie przyspieszyc, bo wiesz, ze pozniej bedziesz mogl wyhamowac. A zatem jedziesz szybciej dzieki hamulcom! W tym stwierdzeniu kryje sie tez logika: im szybciej jedzie samochod, tym mocniejsza musi byc sila hamowania.

Pierwszy hamulec

Pierwszy hamulec byl niczym wiecej jak kawalkiem drewna, ktory za pomoca dzwigni dociskano do zelaznej opaski wokol drewnianego kola wozu, aby wywolac tarcie (zobacz rysunek). W ten sposob starozytni Rzymianie hamowali i zatrzymywali swoje wozy juz ponad 2000 lat temu.

Około 1885 roku, aby poprawic komfort jazdy, zaczeto zastepowac zelazna opaske wokol drewnianego kola wozu pelna, gumowa opaska. W tym momencie drewniany klocek nie mogl juz byc uzywany jako hamulec, poniewaz zniszczylby pelna gume. Przy pelnej gumowej opasce drewniany klocek zostal zastapiony metalowa plyta, co mozna m.in. zobaczyc w Louwman Museum na modelu Benz 5HP Phaeton z 1895 roku.

To Gottlieb Daimler jako pierwszy w 1889 roku zastosowal stalowa opaske lub line nawinieta na obrotowy beben lub obrecz zamontowana na tylnej osi lub tylnym kole. Pociagniecie za dzwignie lub wcisniecie pedalu napinalo wolny koniec opaski lub liny, co powodowalo hamowanie obrotowego bebna lub obreczy na tylnej osi lub tylnym kole. Opaska byla pokryta materialem ciernym, czesto skora, ale nie mial on dlugiej trwalosci. Co 350 km konieczna byla konserwacja.

Hamulce bebnnowe

W 1901 roku Wilhelm Maybach opracowal pierwszy koncept hamulca bebnowego. Wewnetrzny pierscien z materialu ciernego byl za pomoca rolek dociskany do wewnetrznej strony bebna. Ten system zastosowano w modelu Mercedes Simplex 40pk z 1903 roku, ale nie odniesl on sukcesu.

Tymczasem, w 1902 roku, Renault opracowal ostateczna wersje hamulca bebenkowego w takiej formie, jaka znamy dzis. Mechaniczny hamulec bebenkowy Renault mial dwie zakrzywione szczeki, z jednej strony zamocowane na zawiasie, a z drugiej oparte na krzywce. Podczas pociagniecia dzwigni lub wcisniecia pedalu hamulca krzywka obraca sie i dociska obie szczeki do wewnetrznej powierzchni bebna (patrz rysunek). Przy pozniejszym zastosowaniu hamulcow hydraulicznych krzywke w hamulcu bebenkowym zastapiono cylindrem hamulca kola.

Na poczatku hamulec bebnowy stosowano tylko na tylnych kolach, poniewaz hamowanie przednimi kolami moze prowadzic do poslizgu i sprawic, ze samochod stanie sie niekierowalny.

Holenderski producent Spyker byl w 1903 roku pierwszym, ktory zastosowal hamulce na wszystkich czterech kolach w modelu Spyker 60 HP (patrz ilustracja). Wkrotce potem inne marki rowniez zaczely stosowac hamulce na cztery kola. Aby mozna bylo regulowac samo hamowanie i zapobiegac poslizgowi, mechaniczne hamulce na tylnych kolach byly czesto obslugiwane dzwignia obok kierowcy, a hamulce na przednich kolach – pedalem hamulca. Zgranie hamowania na tylnych i przednich kolach wymagalo jednak sporych umiejetnosci i doswiadczenia – czynnosci, ktorej dzis trudno nam sobie wyobrazic.

Najbardziej imponujace bebny hamulcowe byly bez watpienia te stosowane w samochodach wyscigowych, takich jak Auto-Union i Mercedes-Benz "Silberpfeile" w latach 30. (zobacz dolaczone zdjecie Mercedesa-Benz W125 z 1937 roku).

Olbrzymie bebny o srednicy 40 cm byly wyposazone w pletwy i lopatki zapewniajace optymalne chlodzenie oraz zapobiegajace zjawisku brake fading. Zjawisko to wystepuje, gdy material cierny na szczekach hamulcowych nadmiernie sie nagrzewa i ulega zeszkleniu. W skrajnych przypadkach bebny hamulcowe moga sie nawet odksztalcic, co znacznie zmniejsza skutecznosc hamowania, a nawet moze prowadzic do jej calkowitej utraty.

Hamulec hydrauliczny

Mechanicznie sterowane hamulce, z dzwigniami prowadzonymi do przednich i tylnych kol, mialy wade polegajaca na tym, ze byly ciezkie i wymagaly czestej regulacji. W 1918 roku zmienilo sie to dzieki opracowaniu hydraulicznie sterowanego hamulca, wynalazku Szkota Malcolma Lougheeda. Aby ulatwic wymowe swojego nazwiska, w 1920 roku zmienil je na Lockheed, jednoczesnie zakladajac firme Lockheed Hydraulic Brake Company. Hydraulicznie sterowany hamulec, w porownaniu z hamulcem mechanicznym, byl lekki, wymagalo sie do niego znacznie mniej sily nacisku na pedal, a sila hamowania na czterech kolach byla rozlozona bardziej rownomiernie. Hydrauliczny uklad Lockheeda byl ogromnym postepem i po raz pierwszy zastosowano go w 1921 roku w modelu Duesenberg Model A. W latach trzydziestych hamulce hydrauliczne ostatecznie staly sie standardem w niemal wszystkich samochodach.

Hamulec tarczowy

Poniewaz hamulce bebnowe przy wysokich predkosciach i czestym uzywaniu latwo sie przegrzewaja, juz na poczatku XX wieku zaczeto rozwazac zastosowanie hamulca tarczowego. Jednak z powodu zbyt malej wiedzy m.in. o odpowiednim materiale na tarcze hamulcowa i okladziny klockow, rozwiazanie to nie okazalo sie sukcesem.

Dopiero na poczatku lat piecdziesiatych firma Dunlop opracowala niezawodny hamulec tarczowy w samochodzie wyscigowym Jaguar C-Type. Dzieki hamulcom tarczowym Jaguar osiagnal w tym okresie duze sukcesy w 24-godzinnym wyscigu Le Mans. W 1955 roku hamulec tarczowy zostal po raz pierwszy zastosowany we Francji w modelu Citroen DS 19, a w 1956 roku Triumph TR3 byl pierwszym angielskim samochodem produkcyjnym z nowoczesnymi hamulcami tarczowymi. Pierwszym niemieckim samochodem produkcyjnym z hamulcami tarczowymi byl Mercedes-Benz 220 SE z 1961 roku. Obecnie hamulce tarczowe sa powszechnie stosowane. W szybkich lub ciezszych samochodach osobowych w tarcze wyposaza sie zarowno przednie, jak i tylne kola, przy czym na przedniej osi czesto stosuje sie wersje wentylowane.

System ABS

Aby jeszcze bardziej poprawic hamowanie samochodu, szczegolnie na mokrej nawierzchni, lodzie i sniegu, zastosowano ABS (Anti-lock Braking System). Jest to automatycznie sterowany uklad oparty na zasadzie „pompowania hamulca”, technice, ktora dawniej stosowali doswiadczeni kierowcy. Automatyczne sterowanie ABS-em odbywa sie z predkoscia, ktorej czlowiek nie jest w stanie osiagnac. System sprawia, ze podczas hamowania kola samochodu zachowuja przyczepnosc do nawierzchni, dzieki czemu zapobiega ich blokowaniu (brak obrotu) i niekontrolowanemu poslizgowi. W rezultacie samochod pozostaje sterowny i moze omijac przeszkody.

ABS zostal wynaleziony w 1929 roku i po raz pierwszy zastosowany w przemysele lotniczym przez francuskiego pioniera motoryzacji i lotnictwa Gabriela Voisina. ABS byl dla samolotow ogromnym postepem i poprawil skutecznosc hamowania o 30%. Zapobiegalo to rowniez czestemu przegrzewaniu opon spowodowanemu ich blokowaniem. Od 1970 roku na rynek zaczely wchodzic pierwsze samochody z ABS od Forda i GM.

Hamowanie rekuperacyjne

Inna zasada hamowania to hamowanie rekuperacyjne w samochodach elektrycznych lub hybrydowo‑elektrycznych. Przy tradycyjnym hamowaniu wskutek oporu tarcia energia kinetyczna, czyli energia ruchu, jest glownie zamieniana na cieplo, ktore jako odpad zostaje bezpowrotnie utracone. Przy hamowaniu rekuperacyjnym silnik elektryczny pelni funkcje generatora (pradnicy) i wytwarza energie elektryczna. Oddawanie tej energii powoduje obciazenie generatora, co wywoluje efekt hamowania. Energia elektryczna wytworzona podczas hamowania jest magazynowana w akumulatorach, a nastepnie wykorzystywana do napedzania samochodu energia elektryczna. Hamowanie rekuperacyjne zwieksza zatem zasieg samochodu elektrycznego lub hybrydowo‑elektrycznego.

Hamowanie regeneracyjne zostalo wprowadzone do wyscigow F1 w 2009 roku wraz z tak zwanym Kinetic Energy Recovery System (KERS). System KERS sprawia, ze energia hamowania, ktora normalnie zamieniana jest w cieplo, zostaje zmagazynowana, aby mozna ja bylo wykorzystac pozniej. Magazynowanie energii odbywa sie za pomoca kolo zamachowego (mechanicznie) lub za pomoca generatora i baterii (elektrycznie). Zmagazynowana energia w kole zamachowym lub baterii jest nastepnie wykorzystywana w wybranym momencie, aby zapewnic dodatkowa moc (przyspieszenie) bolidu F1. System nie jest idealny. Wady to miedzy innymi zlozony projekt KERS, dodatkowy wzrost masy komponentow (35 kg) oraz fakt, ze konwencjonalne hamulce cierne nadal sa niezbedne.

Przykladem bolidu F1 z systemem KERS jest Toyota TF109.

Juz w 1903 roku hamowanie rekuperacyjne bylo stosowane w tramwajach elektrycznych, a pozniej takze w pociagach. Silniki elektryczne napedzajace pojazd byly wtedy przelaczane w tryb generatora, aby zatrzymac tramwaj lub wyhamowac go podczas zjazdow. Dzieki temu przedsiebiorstwo tramwajowe uzyskiwalo korzysci ekonomiczne i operacyjne.

Koniecznosc i znaczenie dobrych hamulcow w samochodach nie byly uznawane przez wszystkich producentow aut. W odpowiedzi na klienta, ktory skarzyl sie na slabe hamulce w swoim Bugatti, Ettore Bugatti wypowiedzial znamienne zdanie: 'Buduje moje samochody po to, zeby jezdzily, a nie po to, zeby hamowac!'.

W tym artykule wspomniane Spyker 60HP, Benz 5HP Phaeton i Toyota TF109 mozna ogladac w muzeum Louwman.

Alfred Koeten