Współczesne zaawansowane układy hamulcowe w motocyklach.

Referat Przygotowany na Konferencję IES Problemy rekonstrukcji wypadków drogowych.

Niniejszy referat ma na celu zaprezentowanie w dużym skrócie układy i systemy hamulcowe stosowana w nowoczesnych motocyklach oraz ich wpływ na bezpieczeństwo czynne uczestników ruchu.

Wstęp

W okresie ostatnich 5 lat w motocyklach królują hydrauliczne układy hamulców tarczowych. Coraz częsciej jednak są one wzbogacane układami zintegrowanymi lub przeciwpoślizgowymi, co w oczywisty sposób podnosi poziom ogólnego bezpieczeństwa jazdy motocyklem.

Podstawowe siły i zależności występujące pomiędzy przyczepnością koła do nawierzchni jezdni i siłą hamowania na tarczy hamulcowej są przedstawione na jednym z rysunków

Wg powyższego rysunku siła hamowania równa się:

Natomiast równanie momentów ma następującą postać:

Co to jest zintegrowany system hamulcowy w motocyklu?

Pierwsze próby pomyślnego zastosowania zintegrowanych układów hamulcowych podjęto w latach 20. poprzedniego stulecia. Sprawność tamtych układów i rozwiązania mechaniczne powodowały znaczny wzrost masy pojazdu przy jednoczesnym spadku niezawodności i bardzo małej precyzji w działaniu.

Zintegrowany system hamulcowy w motocyklu to taki system, który pozwala na jednoczesne uruchomienie hamulców koła przedniego i tylnego z odpowiednio dopasowaną do sytuacji intensywnością przy zachowaniu rozdziału na dźwignię uruchamianą niezależnie prawą ręką lub prawą nogą. W skuterach układ hamowania koła tylnego uruchamiany jest odpowiednio zamiast prawą nogą dźwignią prawą ręką. Najprostszy hydraulicznie sterowany system zintegrowany jest przedstawiony na rysunku poniżej.

W systemie tym zarówno hamulce koła przedniego jak i tylnego są tarczowe z zaciskami wielotłoczkowymi. I właśnie ta duża ilość tłoczków daje możliwość odpowiedniego podziału układu hamulcowego (trochę inaczej jak w samochodzie) i uruchomienie jedną dźwignią (hamulca ręcznego) zarówno zacisków koła przedniego jak i tylnego. Przy czym nadal pozostaje możliwoć niezależnego hamowania tylko kołem przednim, co daje motocykliście możliwoć usprawnienia pewnych manewrów.

Czym jest ABS w motocyklu?

Powszechnym błędem jest mniemanie, że ABS skraca drogę hamowania. W przypadku niedoświadczonych kierowców rzeczywiście może tak być, ale nie to jest zasadniczym celem stosowania systemu przeciwpoślizgowego. Układ ABS pozwala przede wszystkim zachować stabilność pojazdu podczas hamowania, umożliwiając również bezpieczną zmianę kierunku jazdy bez przerywania procesu hamowania motocykla. Umożliwia to na przykład ominięcie przeszkody bez ryzyka przewrócenia się. Zalety ABS widać szczególnie wyraźnie na liskich nawierzchniach, gdzie można hamować z maksymalną siłą bez zagrożenia upadkiem. ABS przydaje się również w drogowych pułapkach, zwłaszcza wtedy, gdy w momencie hamowania na łuku trafiamy na liski fragment jezdni (woda, olej, piasek, inny gatunek asfaltu).

Działanie systemu przeciwpoślizgowego w motocyklu, z czysto technicznego punktu widzenia, jest bardzo proste. Odpowiednie czujniki śledzą obroty kół (podobnie jak w samochodzie) i przekazują dane do sterownika. Jeśli obroty zaczynają spadać i osiągają dolną wartość graniczną, sterownik wysyła sygnały do modulatora. Uruchamiane są zawory elektromagnetyczne zmieniające w odpowiedni sposób cinienie w układzie hamulcowym. Kontrolowany przez system spadek ciśnienia zapobiega zablokowaniu koła, natomiast wzrost powoduje zwiększenie siły hamowania. Tak więc podczas hamowania następuje ciągle zmniejszanie i zwiększanie ciśnienia, odbywa się to kilkanaście razy na sekundę. I ta szybkoć działania jest włanie największym wyzwaniem dla technologów i elektroników. Trzeba zastosować elektronikę, która potrafi przeliczyć wszystkie dane i wysłać odpowiednie sygnały do zaworów sterujących. Z kolei zawory muszą także działać odpowiednio szybko, by działanie systemu było odpowiednio precyzyjne. Nie bez znaczenia jest tutaj zestrojenie działania układu hamulcowego ze sztywnocią zawieszenia oraz z pochyleniem poprzecznym i podłużnym motocykla, tak aby całoć działała jak sprawny "organizm" pozwalający w optymalny sposób wykorzystać siłę przyczepności opon do jezdni przy zachowaniu stabilnoci ruchu pojazdu.

Rodzaje systemów ABS w motocyklach.

Prace nad seryjnym zastosowaniem układów przeciwpoślizgowych BMW rozpoczęło już w latach 80. Ale dopiero po raz pierwszy seryjnie zastosowano to rozwiązanie w roku 1988 w modelu BMW K 1 oraz w serii K 100. Na poniższym rysunku przedstawiono schemat i działanie systemu BMW ABS I. Zasada działania systemu BMW opiera się o działanie modulatora cinienia, w którym znajduje się jeden zawór sterujący współpracujący z siłownikiem elektromagnetycznym. Modulator cinienia jest oczywiście sterowany przez komputerowy moduł sterujący.

Japończycy dopiero w latach 90 intensywnie przystąpili do opracowywania systemu ABS, najpierw Yamaha, a potem Honda. Rozwiązania Hondy różnią się trochę od rozwiązań stosowanych przez BMW.

Główna różnica tego systemu od systemu BMW, to zastosowanie dwóch zaworów sterujących i pompy wysokiego ciśnienia, które odpowiednio uruchamiane przez komputerowy moduł sterujący „kontrolują” poślizg koła. Specyfika działania polega na tym, że zawory działają przemiennie, a każdy z zaworów spełnia tylko jedną funkcję. Gdy pierwszy otwiera dopływ wysokiego cinienia, drugi zamyka przejście do akumulatora ciśnienia. System taki gwarantuje większą prędkość działania całego układu sterującego, a o to włanie chodzi.

Ważne różnice, o których trzeba pamiętać.

Mimo różnic konstrukcyjnych wszystkie stosowane obecnie motocyklowe układy ABS działają bardzo podobnie. Jednak nawet w przypadku dwóch egzemplarzy tego samego modelu jednośladu różnice w długości drogi hamowania ze 100 km/h mogą sięgać nawet kilkunastu metrów! Skąd się to bierze? Jedno, co wiemy dzisiaj na pewno, to że masa pojazdu nie ma wpływu na drogę hamowania. Za to zestrojenie podwozia ma już niebagatelne znaczenie. Zazwyczaj w motocyklach z ABS stosuje się sztywniejsze zawieszenia. Motocykl jest wtedy stabilniejszy, a elektronika ma znacznie mniej przeliczeń związanych z ruchem pojazdu.

Dobre efekty daje łączenie ABS ze zintegrowanym systemem hamulcowym przykładem może być BMW i Honda. Stabilność ruchu jednośladu jest wówczas największa. Najnowsze rozwiązania zintegrowanego systemu hamulcowego pracują w połączeniu z ABS i są wspomagane specjalnym systemem komputerowym uwzględniającym w sposób ciągły bardzo dużo parametrów.

Podsumowanie.

Przez wiele lat układy przeciwpoślizgowe były czymś elitarnym, kojarzącym się tylko z drogimi motocyklami klas wyższych. Barierą była oczywiście cena. W ostatnich latach elementy elektroniczne stały się znacznie tańsze, a klienci akceptują wyższy poziom cenowy jednośladów. Dzięki temu wyposażenie pokroju ABS nie stanowi już luksusu. Dostępność takiego rozwiązania jest na tyle duża, że jest ono proponowane nawet w klasie średniej. Mają je nawet skutery, i to nie tylko te największe (Suzuki Burgman). Jako pierwsza w tej klasie jednośladów ABS otrzymała Honda Jazz 250. Wród klasycznych motocykli mamy dzisiaj nawet "500" i "600" z układami przeciwpoślizgowymi. Dopłata za system ABS wynosi 500-600 euro, a to jest suma do przyjęcia przez klientów na Starym Kontynencie. Systemy znacznie różnią się jednak między sobą, dlatego BMW żąda za ABS ponad 1000 euro. Mimo wszystko znajduje klientów, którzy chętnie podwyższają w ten sposób poziom bezpieczeństwa czynnego. Jednak na drodze rozwoju systemów przeciwpoślizgowych, oprócz ceny, istniała również skuteczna blokada polegająca na braku akceptacji ze strony nabywców. W tym przypadku przeważała wiara kierowców we własne umiejętności, która wród motocyklistów jest bardzo powszechna. Użytkownicy jednośladów to specyficzna grupa uczestników ruchu drogowego. Ale i to już zaczyna się szybko zmieniać, przybywa ludzi, którzy jednolady traktują bardziej instrumentalnie. Nie szukają wrażeń i nie chcą się sprawdzać, ani nikomu imponować, pragną jedynie dojechać do pracy czy szkoły, im spokojniej, tym lepiej. Oni najbardziej doceniają zalety ABS. Na poniższym rysunku przedstawiono wyreżyserowaną sytuację, w której dzięki systemowi ABS i zintegrowanemu systemowi hamulcowemu udało się uniknąć motocykliście najechania na nagle pojawiający się samochód. Uwagę należy zwrócić również na to, że kierowca oprócz hamowania musi wykonać manewr skrętu w prawo, więc pochylić motocykl na prawo. A to koniecznie trzeba poprzedzić wytrąceniem motocykla z równowagi, czyli niewielkim skrętem kierownicy w lewo. Ten zespół manewrów, całkowicie obcy kierowcom samochodowym, może okazać się trudny za kierownicą motocykla w sytuacji pełnego stresu.

Graficzne przedstawienie pozytywnego działania ABS.

Ogromny wpływ na przebieg hamowania z ABS-em ma również rodzaj ogumienia oraz umiejętność posługiwania się układem hamulcowym przez kierowcę. W przypadku ABS niedopuszczalne jest hamowanie pulsacyjne. System traci wówczas orientację, bowiem warunkiem precyzyjnego działania jest stałe ciśnienie w układzie od strony pompy. Podczas hamowania trzeba cały czas naciskać na dźwignię. Ważne jest również, aby podczas awaryjnego hamowania jak najmocniej przycisnąć dźwignię. Jak widać, jazda motocyklem z ABS-em wymaga pewnego treningu, aby móc w pełni wykorzystać możliwości tego dobrodziejstwa. Warto o tym pamiętać, bowiem łatwo przewidzieć, że z układami przeciwpoślizgowymi będziemy się spotykać w motocyklach coraz częściej.

Bibliografia:

Swiat motocykli rocznik 2005/2006

Motorrad rocznik 2005

Motorradtechnik Grundlagen und Konzepte - Jurgen Stoffregen