Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav automobilové dopravy
Podvozky motorových vozidel Bakalářská práce
Vedoucí práce: doc. Ing. Miroslav Havlíček, CSc. Brno 2009
Vypracoval: Václav Kočí
Zadání bakalářské práce
2
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma podvozky motorových vozidel 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 bakalářské práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………………………. podpis autora…………………………….
3
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval všem osobám, které my poskytly potřebné informace a rady. Zejména panu doc. Ing. Miroslavu Havlíčkovi CSc. za odborné rady v užití literatury a cenné připomínky k formální správnosti mé bakalářské práce.
4
Abstrakt Cílem mé práce a předmětem pro její vypracování je sestavení podrobného přehledu o rozdělení podvozků motorových vozidel do hlavních funkčních skupin a jejich následný podrobný popis. Úvod je zaměřen na problematiku týkající se rozdělení, značení a složení vozidlových pneumatik. Dále jsou popsány jednotlivé druhy zavěšení kol, náprav, odpružení, tlumičů a mechanismů řízení, které spolu tvoří podvozek. V závěru práce jsou popsány jednotlivé druhy brzdových zařízení a dalších systémů, které ke snižování rychlosti vozidla napomáhají. Některé z jednotlivých výše uvedených částí jsou pro názornost doplněny obrázky.
Klíčová slova Podvozek, pneumatika, nápravy, odpružení, zavěšení kol, tlumič, řídicí mechanismus, brzdové zařízení.
Abstract The aim of my thesis was to conduct a detailed review of the main functional types of the car chassis and their detailed description. The opening deals with the division, marking and composition of car tires. It is followed by description of each type of wheel suspension, axle, car suspension, damper and driving mechanism which all are parts of the chassis. Finally there is a description of some break systems and other systems which help to regulate car speed. The text is supplied by some pictures to help to illustrate the content.
Keywords Chassis, tire, axle, car suspension, wheel suspension, damper, driving mechanism, break system.
5
Obsah Obsah ............................................................................................................................... 6 Úvod ................................................................................................................................. 8 1. PNEUMATIKY, KOLA A RÁFKY...................................................................... 9 1.1. Pneumatiky ....................................................................................................... 9 1.1.1. Plášť pneumatiky ........................................................................................ 9 1.1.2. Značení pneumatik.................................................................................... 10 1.1.3. Konstrukce dezénu pneumatik a jeho opotřebení ..................................... 11 1.2. Ráfky a vozidlová kola................................................................................... 12 2. ZPŮSOB ULOŽENÍ A ZAVĚŠENÍ KOL.......................................................... 13 2.1. Uložení kola..................................................................................................... 13 2.2. Druhy ložiskových jednotek .......................................................................... 14 2.3. Zavěšení kol a jeho druhy.............................................................................. 15 2.3.1. Kliková náprava........................................................................................ 15 2.3.2. Lichoběžníková náprava ........................................................................... 16 2.3.3. Náprava McPherson.................................................................................. 17 2.3.4. Nápravy s víceprvkovým závěsem ........................................................... 17 2.3.5. Úhlová náprava ......................................................................................... 18 2.3.6. Výkyvné nápravy (nezávislé zavěšení kol) .............................................. 18 2.3.7. Tuhé nápravy ............................................................................................ 19 3. ODPRUŽENÍ A STABILIZÁTORY .................................................................. 19 3.1. Odpružení ....................................................................................................... 19 3.1.1. Listová pera............................................................................................... 20 3.1.2. Vinuté pružiny .......................................................................................... 20 3.1.3. Zkrutné (torzní) tyče ................................................................................. 21 3.1.4. Pryžové a polyuretanové odpružení.......................................................... 21 3.1.5. Pneumatické odpružení............................................................................. 22 3.1.6. Hydropneumatické odpružení................................................................... 22 3.2. Tlumiče............................................................................................................ 23 3.2.1. Jednoplášťový kapalinový tlumič ............................................................. 23 3.2.2. Dvouplášťový kapalinový tlumič ............................................................. 23 3.2.3. Dvouplášťový plynokapalinový tlumič .................................................... 24 3.3. Stabilizátory.................................................................................................... 25 4. ŘÍZENÍ A GEOMETRIE KOL .......................................................................... 25 4.1. Mechanismus řízení ....................................................................................... 25 4.2. Části řízení ...................................................................................................... 26 4.2.1. Řídící tyče ................................................................................................. 26 4.2.2. Kulové klouby........................................................................................... 27 4.2.3. Tlumiče řízení ........................................................................................... 27 4.3. Geometrie kol ................................................................................................. 27 4.3.1. Odklon kola............................................................................................... 27 4.3.2. Sbíhavost................................................................................................... 28 4.3.3. Příklon rejdové osy ................................................................................... 29 4.3.4. Záklon rejdové osy.................................................................................... 29 4.3.5. Poloměr rejdu............................................................................................ 30 4.3.6. Střed otáčení vozidla................................................................................. 30 4.4. Posilovače řízení ............................................................................................. 30 6
4.4.1. Řízení s elektrickým posilovačem ............................................................ 30 4.4.2. Řízení s elektrohydraulickým posilovačem .............................................. 31 4.4.3. Řízení s hydraulickým posilovačem ......................................................... 31 5. BRZDOVÁ ZAŘÍZENÍ A JEJICH DRUHY..................................................... 31 5.1. Brzdová kapalina ........................................................................................... 32 5.2. Brzdový asistent BAS..................................................................................... 32 5.2.1. Posilovač brzd přetlakový (hydraulický) .................................................. 33 5.2.2. Posilovač brzd podtlakový........................................................................ 33 5.3. Třecí brzdy...................................................................................................... 34 5.3.1. Bubnové brzdy.......................................................................................... 34 5.3.2. Kotoučové brzdy....................................................................................... 35 5.4. Protiblokovací systém ABS ........................................................................... 36 5.5. Regulace prokluzu ASR................................................................................. 36 5.5.1. Regulace prokluzu přibrzděním hnacích kol ............................................ 37 5.5.2. Regulace prokluzu řízením výkonu motoru.............................................. 37 5.6. Systém dynamické stabilizace jízdy vozidla ESP............................................ 37 Závěr .............................................................................................................................. 39 Seznam použité literatury ............................................................................................ 40 Seznam obrázků............................................................................................................ 41
7
Úvod Jakýkoliv automobil, který je složen z mnoha součástí a doplněn po estetické a funkční stránce, je rozdělen na několik základních částí. Tyto části, které se dále mohou dělit do menších skupin, označujeme podvozek, hnací soustava, karoserie, příslušenství, výstroj a výbava vozidla. Podvozek je předmětem dalšího detailního rozdělení částí automobilu, na které se zaměřuje celá bakalářská práce. Podvozek je nejspodnější částí vozidla zajišťující i přímý styk s povrchem vozovky. Spojení umožňuje kolo s pneumatikou nesoucí hmotnost celého vozidla s posádkou i případným nákladem. Pro správnou funkci je kolo připojeno k rámu nebo karoserii určitým způsobem zavěšení kola, které musí být také odpruženo, aby snížilo rázy a kmitání nápravy vůči karoserii. Odpružení zvyšuje pohodlí posádky vozidla a zvyšuje bezpečnost. Kola však musí být řízena, pro možnost změny směru a pro přímou jízdu vozidla. Bezpečné snížení rychlosti, zastavení nebo zajištění vozidla proti dalšímu nežádoucímu pohybu je zabezpečeno vhodným brzdným zařízením. Rozborem problematiky podvozků se setkáváme s mnoha dalšími vedlejšími aspekty, které s na pohled nepříliš složitou konstrukcí a funkčností podvozků úzce souvisí. Problémem je například samotné kolo, zajišťující dostatečnou adhezi (přilnavost) k vozovce vlastním pláštěm a hlavně druhem dezénu pneumatiky. Problematika brzdných systémů je v účinnosti některého druhu brzdného zařízení při určité hmotnosti vozidla, počtu kol a náprav, velikosti třecí síly společně s odstředivou silou při zatáčení, množství ostatních přídavných systémů zvyšujících brzdný účinek a v mnoha dalších souvisejících vlivech, které svými vlastnostmi ovlivňují celkové složení a chování podvozku.
8
1.
PNEUMATIKY, KOLA A RÁFKY
Podvozek je tvořen předními a zadními podvěsy, mezi ně patří nápravy (řídící i hnací), odpružení (pérování), brzdový systém, kola a řízení. Vozidlová kola nesou hmotnost vozidla a nákladu, přenášejí hnací a brzdící momenty, boční síly a jsou spojovacím článkem mezi silničním vozidlem a vozovkou.
1.1.
Pneumatiky
Pojmem pneumatika je označován celek složený z pláště, který má uvnitř duši naplněnou stlačeným vzduchem a z ráfku. U některých ráfků se používá ochranná vložka. Jiným typem pneumatik jsou bezdušové, u kterých odpadá ochranná vložka s duší a její funkci přebírá vlastní plášť opatřený bezdušovým ventilkem umístěným přímo v ráfku. Pro bezpečnost téměř každého silničního vozidla mají pneumatiky a brzdy zásadní význam. Z těchto dvou hlavních prvků jsou důležitější pneumatiky, neboť brzdný účinek je na nich závislí ve větší míře. Hlavními komponenty, z nichž se pneumatiky skládají, je přibližně z 80% pryž, různá vlákna okolo16% a zbytek něco k 4% tvoří ocelové dráty nebo síť z umělých hmot. Složkami tvořícími pneumatiku jsou polymery, černé saze, chemikálie, oleje a textilie. Suroviny dodávané do výroby plášťů pneumatik jsou elastomery a přísady potřebné do jejich směsi, chemické a přírodní vlákna jako je bavlna, polyamid nebo polyester, kordy z ocelových vláken pro vyztužování koster pneumatik a ocelový drát (patní lano). Z elastomerů neboli kaučuků se chemickou reakcí zvanou vulkanizace získává elastická pryž. Je to reakce kaučukové makromolekuly se sírou za současného použití urychlovačů, aby daný proces netrval více než pár minut i při pokojových teplotách.
1.1.1. Plášť pneumatiky Pro silniční vozidla osobní i nákladní má plášť několik hlavních částí, jimiž jsou kostra, rameno, bok a patka. Plocha pláště, opatřená vzorkem, která přichází do styku 9
s vozovkou, se nazývá běhoun s dezénem. Dříve pneumatiky měly kostru z juty, ale zkoušením nových materiálů se postupem času začala používat kostra plátěná, která byla dále nahrazena pevnější z bavlněných vláken a později ještě pevnějším umělým hedvábím. V době rozvoje radiálních pneumatik, se postupně přešlo na ocelový kord, plně syntetická a skleněná vlákna.
Obr.1 Příčný řez bezdušovou pneumatikou Pláště se mohou dále dělit podle konstrukce nosné struktury a uložení kordových nití na diagonální a radiální. 1.1.2. Značení pneumatik Rozměry pneumatiky určuje průměr ráfku v palcích nebo v mm, šířka a výška profilu nezatížené nahuštěné pneumatiky v mm (poměr výšky k šířce v %). Tyto parametry jsou součástí označení pneumatiky, stejně jako vnější průměr nezatížené pneumatiky, statický poloměr (vzdálenost osy rotace od podložky při předepsaném zatížení a huštění), odvalený obvod (dráha jedné otáčky) a účinný odvalený obvod (smluvní odvalený obvod pneumatiky). Všechny rozměry se udávají v katalozích pneumatik.
10
Příklad současného značení pro osobní automobily: 175/70 R 14 84 S – šířka pneumatiky 175 mm, profilové číslo 70 %, radiální konstrukce kostry, průměr ráfku 14“, index nosnosti 84 = maximální nosnost 500 kg, kategorie rychlosti S = do 180 km/h Označování plášťů pro nákladní automobily: 10.00 R 20 16 PR – radiální pneumatika o šířce 10“, průměru ráfku 20“ a 16 PR udává pevnost kostry odpovídající počtu bavlněných vložek 11/70 R 22,5 – úzkoprofilová radiální nákladní bezdušová pneumatika s 15° úkosem patek (šířka 11“, profilové číslo 70, průměr ráfku 22,5“) 1.1.3. Konstrukce dezénu pneumatik a jeho opotřebení Plášť je opatřen vzorkem a ten tvoří odlišně uspořádané žlábky různých tvarů tzv. ,figur“. Tím je splněna dostatečná přilnavost pneumatiky k povrchu vozovky což je hlavní úkol dezénu. Funkce figur dezénu je schopnost rozrušit vodní film mezi vozovkou a pneumatikou, aby došlo k přímému styku a dostatečnému dotykovému tlaku mezi figurou a vozovkou. Pro rychlý odvod velkého množství vody za krátký čas je vhodný dezén s malou plností, který je naopak více hlučný a také jeho opotřebení je rychlejší. Uspořádání drážek je příčně k podélné rovině pneumatiky pro větší šířku než délku dotyku pneumatiky. Profily pneumatik jsou různého druhu: • standardní pneumatiky pro letní provoz • zimní pneumatiky v provedení s lamelovou technikou • pneumatiky pro celoroční provoz • s optimalizovaným chováním při aquaplaningu • speciální pneumatiky se širokým středním kanálem pro odvádění vody v podélném směru 11
Podle uspořádání a velikosti drážek u osobních automobilů rozlišujeme dezény plášťů letní a zimní, které mohou být pásové nebo blokové. U automobilů nákladních se dělí na dráhové a terénní (šípové). Opotřebení může být charakterizováno vlastní životností, která je závislá na podmínkách provozu. Mezi ně patří teplota, rychlost jízdy, druh povrchu vozovky a ve stopě pneumatiky také působící síly. Nárůst opotřebení se projevuje s rostoucí teplotou, rychlostí. Značně stoupá při zatáčení a při prudkém brzdění nebo naopak akceleraci. Provozem se tedy zmenšuje hloubka drážek a dochází k nežádoucím změnám, které snižují adhezní vlastnosti pneumatik, usnadňují vznik aquaplaningu a mění boční tuhost pneumatiky. Dodržení správného tlaku, a tedy i nahuštění pneumatik je důležitý faktor ovlivňující se stylem jízdy dobu životnosti. Při podhuštění nebo přehuštění nastane změna stykové plochy na povrchu vozovky a tím dochází k nerovnoměrnému opotřebení dezénu.
1.2.
Ráfky a vozidlová kola
Ráfky jsou určeny pro uložení pneumatik tak, aby nedocházelo k jejich vzájemnému relativnímu pohybu. Tato uložení musí zajišťovat jejich vzájemné spojení, aby bylo možné přenášet boční, obvodové a svislé síly. Ráfky mohou být prohloubené nebo ploché, jednodílné nebo vícedílné. U kol osobních automobilů se nejčastěji používají jednodílné prohloubené. Dále se mohou ráfky dělit podle toho, zda jsou symetrické nebo asymetrické. S diskem nebo hvězdicí mohou být spojeny nerozebíratelně nýtováním, svařováním, nebo jsou s patřičnými součástmi odlity, popřípadě vykovány vcelku. Výhradně diskové ocelové kola jsou určena pro velkosériovou výrobu u osobních i nákladních automobilů. U ráfků pro bezdušové pneumatiky se po obvodu blíže prohloubení u konce ramen dělá oblé nebo ploché převýšení kvůli bezpečnosti. Převýšení zabraňuje v zatáčkách a při rychlé jízdě vtlačování patek pneumatiky do prohloubení vlivem značných bočních sil. Vozidlová kola jsou jako celek spojena s nábojem kolovými šrouby podle druhu vozidla a podle počtu montážních kol na nápravě.
12
Obr.2 Prohloubený ráfek asymetrický pro bezdušovou pneumatiku
Obr.3 Prohloubený ráfek symetrický U osobních i nákladních automobilů je tlak vzduchu v pneumatikách sledován zařízením umístěným v ráfku kola. Všechny části zařízení, kterým je bezdotykový snímač signálu o tlaku v pneumatice, jsou svým uspořádáním stejné. U nákladních vozů se kromě tlakového kontaktního čidla a snímače, používá také převodník. Od těchto částí, společně se signálem snímače otáček kola, se veškeré hodnoty dostávají do řídící jednotky, kde jsou vyhodnocovány a dále pokračují k signalizaci.
2.
ZPŮSOB ULOŽENÍ A ZAVĚŠENÍ KOL
2.1.
Uložení kola
Kolo vozidla musí být uloženo vzhledem k pevné části (náprava, zavěšení kola) tak, aby se mohlo odvalovat. Dále je u řízených kol uložení rejdového čepu, kvůli možnosti je natáčet. Kola se mohou dělit na poháněná a nepoháněná. Řízená kola a nezávisle zavěšená kola se vyznačují čepy nápravy pro uložení kola. Uložení zajišťuje přenos sil 13
působících ve stopě pneumatiky a přesné otáčení při nulové vůli uložených kol, pokud je možné tuto vůli zajistit. Pro tento účel se používají valivá ložiska oproti uložení rejdového čepu (otočný čep kola), kde se mohou zakomponovat i ložiska kluzná. Ložiska v uložení kola jsou radiální pro zachycení zatížení kola, momentu od boční síly, obvodové síly a ložiska axiální pro zajištění přenosu síly boční. Zatížení je nahodilé a proto se ložiska dimenzují podle tří druhů jízdy vozidla. Myslíme tím jízdu přímou po vozovce v dobrém a špatném stavu a pro zatáčení kdy je nejvíce zatěžováno kolo vnější. Uložení může být pomocí dvou sepnutých ložisek, u kterých lze snadno nastavit vůli nebo použitím dvouřadého ložiska, u něhož vůle nastavit nelze, avšak výhodou je možnost jeho použití při nedostatku prostoru.
2.2.
Druhy ložiskových jednotek
Vývojové fáze – tzv. generace ložiskových jednotek: • 1. generace - pro větší únosnost se používá u osobních automobilů ložisko s děleným vnitřním kroužkem namísto dvou radiálních ložisek. Zachycuje větší klopné momenty a má zabudované těsnící kroužky pro zajištění mazání po celou dobu životnosti ložiska. • 2. generace - zde se používá příruba u vnějšího kroužku pro upevnění kola. Odpadlo seřizování vůle a snížila se hmotnost díky úspoře konstrukčních dílů. • 3. generace - začátek používání příruby i na vnitřním kroužku. Použití je jak pro nepoháněné nápravy, u kterých slouží celý vnitřní díl ložiska jako náboj kola a vnější kroužek je připevněn k přírubě trubky tuhé nápravy, tak i pro poháněné. U nich je vnitřní část ložiska spojena s kolem a tvoří náboj kola. Vnější kroužek je však přišroubován k plechovému nosníku kola. • 4. generace - připojení kroužků je shodné s předchozí, generací ložiskových jednotek (3.), pouze vnitřní kroužek ložiska má zabudován stejnoběžný kloub. Uložení hnacích kol u nákladních automobilů s tuhou nápravou je možné třemi způsoby. U těžkých vozů se používá full floating: otočné uložení, konstrukce je těžká, objemná a drahá (kolo je uloženo otočně na dvou valivých ložiskách, hnací hřídel 14
namáhán krutem, ohyb nese náprava), ale hnací hřídel může být slabšího průměru. Dalším druhem uložení je semi floating: letmé uložení (uložení hlavy kola pevně přímo na hřídel, který se otáčí v ložisku a je uloženo uvnitř ložiska), hnací hřídel je namáhán krutem i ohybem, hřídel je součást zachycující všechny rázy. Tento způsob se používá spíše pro lehčí automobily. Při havárii vzniklé mechanickou poruchou hřídele může dojít k odpojení kola. Posledním druhem, který se používá je free – quarter floating: pololetmé (tříčtvrtinové) uložení (hlava kola je pevně spojena s hnacím hřídelem, otáčí se na valivém ložisku), u kterého nese hnací hřídel pouze částečně ohybový moment a zbytek se přenáší na nápravu. Následky jsou stejné jako při poruše letmého uložení.
2.3.
Zavěšení kol a jeho druhy
Zavěšení kol je způsob jejich spojení s rámem nebo karoserií znám pod názvem ,,náprava“. Náprava je však nepřesné označení, neboť se skládá z více funkčních skupin: zavěšení kol, uložení kol, odpružení kol, řídící nebo hnací ustrojí a brzdného systému. Hlavním účelem nápravy je nést tíhu vozidla a přenášet ji na kola. Nápravy také přenášejí hnací, brzdné a boční síly mezi kolem a samonosnou karoserií (rámem) a umožňují odpružení vozidla pomocí pružin, které jsou uloženy mezi nápravami a vozidlem. Lze je rozdělit podle vztahu k pohonu vozidla na hnané, které přenáší pouze tíhu samotného vozidla, a hnací, které kromě přenosu tíhy vozidla na vozovku umožňují i přenos točivého momentu motoru na hnací kola. Jako hnací může sloužit náprava přední, zadní nebo obě (všechny). Nápravy lze dále dělit podle vztahu k řízení vozidla na řídící a rejdové. Řídící mají rejdová kola, která svým vychylováním umožňují měnit směr jízdy vozidla. Oproti tomu rejdové jsou tuhé nápravy, které se vychylují kolem svislé osy jako celek a umožňují tak změnu směru jízdy vozidla. V následující části jsou uvedeny pouze druhy náprav, používané v současnosti u osobních automobilů. 2.3.1. Kliková náprava Ta je také označována jako polotuhá náprava s vlečenými rameny. Každé kolo je zavěšeno na jednom nebo dvou podélných ramenech. Kola se vykyvují kolem osy 15
kolmé k podélné ose vozidla. Určitou nevýhodou této nápravy jsou problémy se zachycováním bočních sil, které vznikají na příklad při průjezdu zatáčkou. Kliková ramena jsou spojena U profilem, který působí jako příčný stabilizátor. Ramena jsou uložena v lůžkách s proměnlivou tuhostí. Náprava je vhodná jako zadní hnaná, používá se však i jako zadní hnací.
Obr.4 Zadní hnaná kliková náprava s vlečenými rameny 2.3.2. Lichoběžníková náprava Kola se zavěšují na nápravnici, rám, případně na skříň rozvodovky pomocí dvou nestejně dlouhých příčných ramen, horní rameno je kratší. Vhodnou volbou vzájemného poměru délky obou ramen lze dosáhnout velmi příznivé kinematiky. Náprava je vhodná jako řídící, může však být použita i jako hnací.
Obr.5 Lichoběžníková náprava
16
2.3.3. Náprava McPherson Konstrukce této nápravy představuje určitou obdobu lichoběžníkového závěsu. Kolo je uchyceno kulovým kloubem na výkyvném rameni obvykle tvaru trojúhelníku, uloženém šikmo k podélné ose vozidla. Horní závěs tvoří valivé axiální ložisko (případně ložiska dvě), které přenáší hmotnost příslušné části vozu na vinutou pružinu. Pružina se opírá svým spodním koncem o misku, spojenou s vnější částí vzpěry McPherson. Tato vzpěra je vlastně vhodně upravený teleskopický tlumič. Kola se otáčejí do rejdu kolem spojnice středu ložiska a kulového kloubu, která představuje pomyslnou osu (nejedná se o osu žádné konkrétní součásti, pouze o spojnici dvou různých bodů), tvořící také osu zatěžování pružiny. Předností tohoto uspořádání je větší stabilita vozu při jízdě v zatáčkách a také sloučení tří funkcí do jednoho konstrukčního celku, které zajišťují odpružení, tlumení a natáčení kol do rejdu. Náprava McPherson se převážně používá jako řídící, může však sloužit jako zadní náprava hnací i hnaná.
Obr.6 Přední hnací náprava McPherson se spodními příčnými rameny 2.3.4. Nápravy s víceprvkovým závěsem Každé kolo u těchto náprav je zavěšeno na více ramenech. Jedná se o prostorově složitý systém (až pěti ramen), který zajišťuje optimální kinematiku nápravy. Požadavky na kinematiku se liší podle toho, jedná-li se o nápravu přední nebo zadní. Jako přední 17
nápravy se používají modifikované nápravy McPherson nebo lichoběžníkové. Kromě těchto náprav se jako víceprvkový závěs kola zadní nápravy používá prostorová konstrukce, složená z několika jednoduchých příčných ramen a obvykle jednoho podélného nebo šikmého ramene.
Obr.7 Víceprvkový závěs kola přední hnací nápravy (lichoběžníková náprava) 2.3.5. Úhlová náprava Jde o kyvadlovou nápravu se šikmou osou kývání. Kolo je uchyceno pomocí rozvidleného
ramene.
Tato
ramena
jsou
obvykle
připevněna
k nápravnici
prostřednictvím pryžových bloků. Náprava se používá jako zadní hnací nebo hnaná, avšak použít ji jako nápravu řídící nelze. 2.3.6. Výkyvné nápravy (nezávislé zavěšení kol) U výkyvných náprav ve srovnání s tuhými nápravami je neodpružená hmota podstatně menší. Pomocí polonáprav jsou zavěšena kola samostatně, tedy jejich výkyv může být nezávislý na sobě. 18
2.3.7. Tuhé nápravy Pojmem tuhá náprava se rozumí pevné spojení obou kol (změna rozchodu není možná) a tato náprav je vzhledem k vozidlu odpružena jako celek. Dnes se u osobních automobilů tuhé nápravy vyskytují jen výjimečně. Stále se však uplatňují u užitkových vozidel a autobusů. Vedení tuhé nápravy může být podélnými listovými pery nebo podélnými rameny a příčně uchycené Panhardskou tyčí, popřípadě také pomocí ScottRusselova mechanismu. Perspektivním způsobem zavěšení kol je elastokinematicky, které zlepšuje jízdní vlastnosti směrové dynamiky tím, že ovlivňuje přetáčivost a nedotáčivost. Takové zavěšení přední nápravy zvyšuje směrovou stabilitu způsobem postavení předních kol při brzdění.
3.
ODPRUŽENÍ A STABILIZÁTORY
3.1.
Odpružení
Účelem je zmírnit rázy a otřesy karoserie od nerovného povrchu vozovky, udržet všechna kola ve stálém styku s vozovkou a hlavně zmenšit namáhání rámu krutem. Pokud je styk mezi koly a vozovkou přerušen, tak po celou dobu nejsou přes kola přenášeny žádné síly (brzdné, suvné ani tažné). Na styk kola s vozovkou má významný vliv poměr mezi odpruženou a neodpruženou hmotností. Neodpruženou hmotností vozidlových částí je myšleno, hmotnost po vozidlové pružiny, tzn. kola, části náprav nebo celé nápravy brzdový a řídicí systém i některé další části. Oproti tomu u odpružených částí automobilu se jedná o hmotnost všeho nad vozidlovými pružinami. Stálý styk mezi koly a vozovkou je zajištěn tím, čím větší je poměr mezi hmotností odpruženou a neodpruženou. Celý systém odpružení automobilu sestává z pneumatik pohlcujících kmity od drobných nerovností vozovky, vozidlových pružin (viz rozdělení níže) a z pružných sedadel doplňujících celý systém tím, že zachycují chvění a kmity vznikající za vozidlovými pružinami.
19
3.1.1. Listová pera Listová pružina je svazek plátů z pružinové oceli, které jsou na sebe naskládány a spojeny třmeny. V současné době se u osobních automobilů listová pera pro jejich poměrně velké rozměry a hmotnost téměř nepoužívají. V několika málo případech listová pera připevňujeme na zadní nápravu u osobních vozů. Zbytek využití je u nákladních automobilů. Listová pera bývají na vozidlech umístěna obvykle podélně, avšak je možné jejich příčné uložení a výjimečně, což není časté, také uložení šikmo. Pokud dojde k deformaci listové pružiny, vzniká posuv mezi listy v podélném směru a tím k tření styčných ploch. Jde o suché tření, které se dříve zmenšovalo mazáním listových per. Dnes jsou používány plastové vložky umístěny na koncích jednotlivých listů, popřípadě i uprostřed, čímž se prakticky suché tření odstraní. 3.1.2. Vinuté pružiny Pružina je vinuta z drátu kruhového průřezu a je nejpoužívanějším druhem vozidlové pružiny u osobních automobilů. Drát pro navinutí je vyroben z pružinové oceli. Umístění pružin je mezi nápravou a rámem nebo karoserií, ale mohou tvořit přímo část nápravy (náprava McPherson). Umístění pružiny závisí na druhu nápravy a stlačující síla musí působit přesně v ose pružiny. Tuhost vinuté pružiny závisí na průměru drátu, ze kterého je navinuta, počtu pružících závitů, stoupání závitů a průměru pružiny. Progresivity lze dosáhnout: • pružinou s nestejným stoupáním závitů, kdy mají závěrné závity větší rozteče než závity uprostřed a při větším zatížení dosednou středové závity na sebe (ustane jejich pružení), čímž se sníží jejich počet a pružina se stane tužší • pružinou s proměnným průměrem, které mohou být kuželové nebo soudečkové • pružinou doplněnou o pryžový blok, což funguje při překonání tuhosti vinuté pružiny a dojde k dosednutí bloku na podložku. Tuhost takovéto pružiny se značně zvýší
20
• Mini-blok, jehož složení kombinuje všechny tři předchozí způsoby dosažení progresivity Tuhost pružiny je udávána velikostí zatěžující síly, kterou se stlačí pružina o 1 milimetr, což výrazně ovlivňuje frekvenci kmitů karoserie. Určení tuhosti (c) pružiny je možné ze vztahu: c = F/s (N*mm‾¹)
F - zatížení pružiny (N)
s - míra stlačení pružiny (mm)
Obr.8 Umístění vinuté pružiny na vozidle (lichoběžníková náprava) 3.1.3. Zkrutné (torzní) tyče Obvykle kruhového průřezu s broušeným povrchem na stejný průměr po celé délce tyče. Princip spočívá v jejím zkrucování, přičemž konce tyče jsou rozšířeny a opatřeny šestihranem nebo jemným drážkováním. Umístění na vozidle je podélně nebo příčně, což u podélného způsobu umožňuje větší délku tyče a tím i větší úhel jejího zkrucování. Zkrutné tyče jsou výrazně, oproti listovým perům a vinutým pružinám, méně používané pro odpružení jakékoliv nápravy. 3.1.4. Pryžové a polyuretanové odpružení Použití pryžového materiálu k odpružení vozidel, jako přídavného pružícího prvku, má řadu výhod a na druhou stranu i několik nedostatků. Za výhody můžeme brát nízkou cenu pryže, její vysokou životnost při nulové údržbě a velmi dobré tlumící účinky. Naopak nedostatkem jsou vlastnosti, které plynou ze styku pryže s chemikáliemi, 21
olejem i z její citlivosti na teplotu a počasí. Délkou doby užívání, klesá statická únosnost pryžového prvku a také vlastí absorpce hluku s mezí únavy. Přes veškeré nedostatky pryže je uplatnění tohoto materiálu velké u uložení podvozku motorových vozidel, ale i samotné karoserie a uložení motoru pomocí silentbloků. Pěnový polyuretan je dalším druhem přídavných pružin, přičemž jeho největší výhodou je jeho stlačitelnost o 70-80% vlastní délky. Toto stlačení se uvádí do meze, než dojde k jakémukoliv poškození polyuretanového elementu. Oproti pryžovým materiálům snáší vyšší výkyvy teplot, podmínky ovzduší a styk s oleji. Ideální spojení polyuretanu s kovovou částí se provádí litím. Tím je zajištěno měkké propružení při zatížení. 3.1.5. Pneumatické odpružení Principem tohoto odpružení je vzduch uzavřený v nádobě, která je z pružného měchu (vlnovce) nebo ocelového válce s pístem a těsnící membránou. Pneumatické pružiny jsou používány zejména u užitkových vozidel, jakými jsou například autobusy, nákladní automobily, přívěsy, návěsy a podobně. V poslední době se tento způsob odpružení vozidel začal používat u osobních automobilů luxusní třídy ve spojení s elektronickou regulací a plynokapalinovými tlumiči. Hlavní výhodou je podstatné zlepšení pohodlí a bezpečnosti jízdy v závislosti na jízdních podmínkách stavu vozovky. Tento systém také umožňuje samočinnou regulaci světlé výšky vozidla. 3.1.6. Hydropneumatické odpružení Složení hydropneumatické pružiny je ze dvou částí. Jedná se o válec pružiny, který zajišťuje přenos síly z nápravy na stlačený plyn a zásobník stlačeného plynu. Jako plyn se používá dusík, který je stlačen na 10 až 20 MPa (100 až 200 barů) a tvoří vlastní pružící látku. V zásadě jsou možné dvě konstrukce, buď jsou válec pružiny a zásobník odděleny a vzájemně spojeny tlakovým potrubím a plyn a olej jsou odděleny membránou. Druhou možností je jeden celek tvořený jak válcem pružiny, tak i zásobníkem stlačeného plynu, který je oddělen opět membránou a pružina současně plní funkci tlumiče. Podobně jako u předchozího pneumatického odpružení lze udržovat konstantní vzdálenost podlahy vozidla od náprav automaticky. Dosahuje se toho
22
například tak, že při zvětšení zatížení se plyn stlačí a do válce se doplní takové množství tlakového oleje, aby byla podlaha automobilu v požadované úrovni.
3.2.
Tlumiče
Hlavním úkolem tlumičů je účinně snižovat vlastní kmity pružin, které vznikají při přejezdu kola vozidla přes nerovnosti vozovky, a tím zabránit nadměrnému svislému rozkmitání karoserie. 3.2.1. Jednoplášťový kapalinový tlumič Tlumič tvoří pístnice, plášť, pracovní píst s ventily a dělící píst, který rozděluje celý prostor tlumiče na část s kapalinou a část s plynem. Pro pohlcení pohybové energie je využito tření kapaliny při průchodu ventily. Účinnost tlumiče se snižuje vznikem pěny při pohybu pracovní kapaliny. Použití jednoplášťového tlumiče u osobních vozidel (v dnešní době) je stále aktuální, protože konstrukce s dělícím pístem umožňuje práci v jakékoliv poloze. 3.2.2. Dvouplášťový kapalinový tlumič V okamžiku, kdy se pohybuje náprava ke karoserii, je jedním ventilem protlačován olej z prostoru pod pístem do prostoru nad pístem. Objem pracovního prostoru se tím zmenšuje o objem pístnice, a proto je přebytečný olej vytlačován ventilem ve dnu do vyrovnávacího prostoru mezi vnitřním a vnějším pláštěm. Vyrovnávací prostor je spojen s atmosférou otvůrky v horní části. Při zpětném (obráceném) pohybu, při kterém se pohybuje náprava od karoserie, dochází k přetlačování oleje z prostoru nad pístem do prostoru pod pístem a současně se jeho množství doplňuje z vyrovnávacího prostoru. Pomocí škrcení průtoku kapaliny otvory z jednoho prostoru do druhého dosahujeme požadovaného tlumení.
23
Obr.9 Dvouplášťový kapalinový tlumič 3.2.3. Dvouplášťový plynokapalinový tlumič Princip i konstrukce jsou v podstatě stejné jako u dvouplášťového kapalinového tlumiče, ale jejich hlavní rozdíl spočívá v prostoru nad kapalinou, který je vyplněn dusíkem a není spojen s atmosférou a v zachycení pracovní kapalina plynovým polštářem, který zabraňuje vzniku pěny. Pěna snižuje účinnost tlumiče. Tlumič pracuje jako nízkotlaký, protože nad hladinou oleje působí tlak dusíku 0,2 až 0,8 MPa (2 až 8 barů).
Obr.10 Dvouplášťový plynokapalinový tlumič
24
3.3.
Stabilizátory
Hlavním úkolem stabilizátorů je snižování náklonu karoserie při průjezdem vozidla zatáčkou. Stabilizátor je umístěn napříč vozidla a na rozdíl od tlumičů je pro obě kola jedné nápravy společný. Zkrutné stabilizátory jsou normálně označovány písmenem ,,U“. Stabilizátor tvoří zkrutná tyč, která je ve dvou místech upevněna otočně, pomocí kovopryžových pouzder, na rám vozidla. Její konce jsou spojeny s pravým a levým kolem téže nápravy, aby se vychýlení přenášelo na zkrutnou tyč. Stabilizátor se používá pro přední, zadní nebo obě nápravy podle typu vozidla a druhu provozu. Stabilita vozidla v zatáčkách je ovlivňována hlavně při rychlé jízdě snížením adheze u kola, které je uvnitř zatáčky a také klesá schopnost přenést boční síly tohoto kola, což v horším případě vede k vynášení vozidla ze zatáčky. Pérování ve spolupráci s tlumiči a stabilizátory musí zajišťovat stálou velikost adheze mezi všemi koly a vozovkou.
4.
ŘÍZENÍ A GEOMETRIE KOL
Pro změnu směru a k udržení přímého směru pojezdu po vozovce se používá řízení celou nápravou, což se využívá hlavně u přívěsů nákladních automobilů, a jednotlivými koly (předními), které jsou natáčeny kolem osy řízení neboli rejdového čepu. Řízení, může být pohybem dvěma předními nápravami s natočením kol obou náprav, pohybem zadních kol a řízení všemi koly. Řízení můžeme rozlišit i podle způsobu ovládání na přímé a s posilovacím zařízením pro vyšší účinek.
4.1.
Mechanismus řízení
Určité parametry řízení musí při průjezdu zatáčkou zamezit smykání pneumatik po povrchu vozovky a naopak zajistit jejich odvalování. Tento mechanismu musí zajistit přenos řídícího pohybu od převodovky řízení na řízená kola, rozdílné natáčení vnitřního a vnějšího kola při změně směru jízdy a v neposlední řadě udržet přední kolo ve vzájemně nastavené poloze. Všechny převodovky řízení jsou vybaveny řídícím čtyřúhelníkem. Jedinou výjimkou je hřebenová převodovka s trojúhelníkovým řízením, které je do převodovky zařazeno z kinematického hlediska. Mechanismem řízení může být tedy zmiňovaná převodovka řízení hřebenová, maticová a dále maticová kuličková, 25
která se používá pro snížení třecích ztrát, kdy se ocelové kuličky pohybují po kružnici mezi závity šroubu a matice. Umístění táhel, pák a určitého počtu tyčí řídícího mechanismu záleží na tom, zda jde o závislé nebo nezávislé zavěšení a na druhu převodovky řízení. Převodovka s otočným pohybem bývá protiběžná nebo stejnoběžná. U prvního typu, tedy protiběžného, je smysl natáčení řídicí páky k páce hlavní opačný. Stejnoběžné provedení má natáčení hlavní páky řízení a řídicí páky ve stejném smyslu. Pokud se jedná o přední nápravu a nezávislé zavěšení kol, mechanismus řízení bývá umístěn za osou nápravy nebo před ní s použitím většího počtu pák a tyčí. Veškeré požadavky kladené na řízení jsou upraveny podle § 32 vyhl. č. 102/1995 Sb. o podmínkách provozu vozidel na pozemních komunikacích, § 22 odst. 4 vyhl. č. 102/1995 Sb., který udává maximální přípustnou plochu zabírající vozidlem při zatáčení, a v neposlední řadě také musí splňovat homologační předpis Evropské hospodářské komise OSN č. 12. a č. 79.
4.2.
Části řízení
Při otáčení volantem se otáčivý pohyb přenáší hřídelí volantu do převodovky řízení, kde se tento pohyb převoduje ,,dopomala“ a změní na posuvný, který je pomocí řídicích pák a spojovacích tyčí, spojených kulovými klouby, přenesen na kola. 4.2.1. Řídící tyče U nezávislého zavěšení kol spojují hlavní (pomocnou) páku s řídicími pákami obvykle dva klouby s přímou trubkou, která má levotočivý a pravotočivý závit, jeden na každé straně. Střední části trubky, která je závity spojena s klouby, se stejnoměrným otáčením plynule nastavuje sbíhavost kol. Toto seřizování je pouze u trubky přímé. Pokud jde o zalomenou řídící tyč, seřizování je přesunuto na stranu a je prováděno trubkou. Velmi dlouhé řídící tyče vyžaduje hřebenová převodovka řízení, která musí být pro svou funkčnost vysoko uložena.
26
Obr.11 Řídicí tyč pro hřebenové řízení (1 - tyč, 2 - objímka, 3 - hlavice) 4.2.2. Kulové klouby Dříve se ke spojení jednotlivých částí používaly klouby mazané, dnes využívané pouze u nadměrně znečišťovaných řídících tyčí stavebních strojů a traktorů. S pár výjimkami se zcela používají kulové klouby nevyžadující údržbu. Čím vyšší má kloub tuhost, tím více roste izolace vlastního hluku. 4.2.3. Tlumiče řízení Úkolem tlumičů je potlačit veškeré vzniklé rázy a neklid řízení rovnoměrným seřízením, které působí během celého zdvihu tlumiče. Jeho umístění je většinou ve vodorovné poloze a pracuje jako jednoplášťový tlumič. V případech nedostatečného místa pro začlenění tlumiče v provedení s pryžovou komorou soudečkového tvaru se závěsnými oky, je použito tlumiče řízení se závěsnými čepy, přivařenou válcovou vyrovnávací komorou a pružně zatíženou miskovou manžetou.
4.3.
Geometrie kol
Spojovací tyč řízení a obě páky rejdových kol s osou přední nápravy tvoří při přímé jízdě lichoběžník řízení, který umožňuje odlišné natočení rejdových kol při průjezdu zatáčkou. Pří jízdě v zatáčce ujedou kola téže nápravy různou dráhu. Pokud by byla obě rejdová kola natočena stejně, žádné z nich by se neodvalovalo bez smykání, a proto musí být vnitřní kolo natočeno více než vnější. 4.3.1. Odklon kola Označením odklonu kola rozumíme odchýlení střední roviny kola od roviny kolmé k vozovce. Úhel odklonu kola se udává v úhlových stupních a minutách při sbíhavosti ,,0“. Odklon může být pozitivní nebo negativní neboli příklon. Oba typy sklonu kola 27
vytváří axiální sílu, která zatěžuje ložiska kola, což má za následek zamezení kmitání kol. Odklon má také vliv na velikost poloměru rejdu a tím i na síly působící v řízení.
Obr.12 Odklon kola 4.3.2. Sbíhavost Sbíhavostí je myšlen rozdíl vzdáleností mezi vnitřními okraji ráfků kol při postavení kol do přímého směru. Měření se provádí ve vodorovné rovině, která prochází středy kol a určuje se pro obě kola společně v milimetrech (popřípadě v úhlových stupních a minutách). Rozlišujeme sbíhavost větší než nula, nulovou a rozbíhavost (menší než nula). Přední kola vozidel s pohonem zadní nápravy při pozitivním poloměru rejdu mají snahu se natáčet svou přední části do rozbíhavosti (ven). Nastavením sbíhavosti předejdeme kmitání kol a v přímém směru zlepšíme směrovou stabilitu. Větší množství předních hnacích náprav má negativní poloměr rejdu a nastavení kol do sbíhavosti je i v tomto případě.
Obr.13 Kontrola sbíhavosti
28
4.3.3. Příklon rejdové osy Osa, kolem které se natáčí kolo do rejdu. Jako příklon rejdové osy se označuje její sklon vůči podélné rovině vozidla kolmé k vozovce. Úhel příklonu se uvádí, rovněž jako u odklonu kola, v úhlových stupních a minutách a bývá obvykle 5° až 10°. Odklon kola a příklon rejdové osy spolu tvoří sdružený úhel s neměnnou velikostí při seřizování a určují velikost poloměru rejdu. Z toho vyplývá, čím větší je odklon kola, tím menší je příklon rejdové osy a naopak.
Obr.14 Příklon rejdové osy 4.3.4. Záklon rejdové osy Rozumí se tím úhel mezi osou rejdového čepu a kolmicí základní rovinou. Spolu s příklonem rejdové osy podporuje stabilitu jízdy i samočinné vracení kol do přímého směru po průjezdu zatáčkou. Záklon se měří v úhlových mírách a neprovádí se přímo, nýbrž při oboustranném natočení kola zpravidla o 20° (10°).
29
4.3.5. Poloměr rejdu Poloměr rejdu je rameno, na kterém působí třecí síla mezi kolem a vozovkou. Je to vzdálenost středu stopy kola od průsečíku prodloužené rejdové osy s vozovkou. Poloměr rozlišujeme na pozitivní, negativní a nulový.
Obr.15 Poloměr rejdu 4.3.6. Střed otáčení vozidla Přední i zadní kola, při průjezdu zatáčkou, mají teoreticky společný střed otáčení, který leží na prodloužené ose zadní neřízené nápravy. Skutečný střed otáčení je v důsledku vzniku boční deformace pneumatik posunut obvykle dopředu.
4.4.
Posilovače řízení
4.4.1. Řízení s elektrickým posilovačem Posilovací účinek vyvolává elektromotor se šnekovým převodem na hřídeli volantu. Elektromotor je ovládán řídící jednotkou. Pro určení velikosti posilovacího účinku se využívá, podobně jako u hydraulických posilovačů, kruhové nebo ohybové deformace vysoce namáhaného členu hřídele volantu.
30
4.4.2. Řízení s elektrohydraulickým posilovačem Na rozdíl od hydraulického posilovače, v tomto případě olejové čerpadlo není poháněno mechanicky motorem, ale pomocí elektromotoru, který je do provozu poháněn pouze dle potřeby. Hlavní výhodou tohoto způsobu pohonu olejového čerpadla je mimo jiné zásadní snížení spotřeby paliva. Toto snížení porovnáváme se spotřebou čistě hydraulického posilovače řízení, který odebírá trvale výkon motoru i v době, kdy posilující účinek není zapotřebí. Příkladem může být přímá jízda vysokou rychlostí. 4.4.3. Řízení s hydraulickým posilovačem Části, ze kterých se skládá, jsou obdobné jako u předchozích typů posilovačů. Hydraulický posilovač je opatřen převodkou řízení s dvojčinným pístem a připojeným hydraulickým zařízením. Tlak oleje potřebný pro vytvoření posilovacího účinku je vytvářen vysokotlakým olejovým čerpadlem, které je spojeno se zásobníkem oleje a je poháněno motorem. Řídící ventil v závislosti na natočení volantu přepouští olej na jednu nebo druhou stranu pracovního pístu. Ten pak provádí vlastní natočení kol do rejdu. Takto vzniklý posilovací účinek snižuje sílu potřebnou k ovládání volantu. Řízení s hydraulickým posilovačem je zařízení, které musí zajišťovat ovladatelnost vozidla i při poruše.
5.
BRZDOVÁ ZAŘÍZENÍ A JEJICH DRUHY
Zařízením rozumíme brzdové soustavy, které plní funkci umožňující snížit rychlost vozidla, i jeho zastavení a zajištění v klidu vůči vozovce. Působení brzd je úmyslně vyvolávané tření mezi pohyblivou (rotující) a pevnou částí. Příkladem jsou brzdové čelisti a brzdový kotouč, mezi kterými se pohybová energie mění na tepelnou. Tato energie vzniká působením řidiče vozidla na brzdový pedál, který zatlačí na hlavní válec. Brzdová kapalina, u které je využito Pascalova zákona, pak proudí z nádrže do brzdových válečků, které přitlačují brzdové čelisti na kotouč. Ten může být nahrazen brzdovým bubnem. Pro zvýšení vyvolaného tlaku na pedál slouží posilovač a jízdní vlastnosti brzděného vozidla zlepšuje regulátor brzdné síly. Uspořádání, které je výše zmiňováno, se používá především u osobních automobilů. Pro nákladní vozidla, autobusy a podobné těžké automobily, by síla řidiče, působící na pedál brzdy nebyla dostačující, a je nutno použít tzv. strojní brzdovou soustavu. Potřebná energie se dodává 31
pomocí vzduchové soustavy a jejím zdrojem je kompresor. Doba brzdění se pro správnost musí rozšířit o reakční dobu řidiče, která bývá 0,5 až 1,2 sekundy, a pak mluvíme o celkové době potřebné k brzdění. Brzdové soustavy jsou podle uspořádání a zákonných požadavků ČSN 30 0035 rozdělovány na soustavy pro brzdění provozní, nouzové, parkovací, odlehčovací a samočinné. Brzdové zařízení se skládá z ústrojí pro dodávku energie, převodu, ovládacího ústrojí a vlastní brzdy.
5.1.
Brzdová kapalina
Požadavky na brzdovou kapalinu jsou na její vysoký bod varu (pro příklad 250°C), nejnižší možnou stlačitelnost, nízkou viskozitu a pomalé stárnutí. Nesmí způsobovat korozi kovových částí, musí být chemicky neutrální a mísitelná s jinými druhy brzdových kapalin. Kapaliny, vyrobeny na bázi alkoholu, jsou nejčastěji z glykolu a jeho směsí s éterem a dalšími přísadami. Mají však i nežádoucí vliv na pohlcování vzdušné vlhkosti tím, že jsou silně hygroskopické a zhoršují se tak jejich vlastnosti. Do brzdové kapaliny se vlhkost dostává přes odvzdušňovací otvory ve vyrovnávací nádobce a brzdách. Vlhkost způsobuje snížení bodu varu kapaliny, vzniku bublinek vodní páry, přičemž může dojít k selhání brzd a havárii vozidla. Kapaliny je nutné, asi po jednom roce, pravidelně měnit.
5.2.
Brzdový asistent BAS
Elektronické zařízení BAS (z angličtiny: Brake Assist) odstraňuje nedokonalosti při tvoření tlaku v brzdovém systému. Řidič, který sešlápne rychle brzdový pedál, ale ne dost silně, nedá impuls pro vytvoření největšího tlaku a brzdná dráha vozidla se prodlužuje. Elektronická řídící jednotka neustále porovnává s referenčními hodnotami rychlost sešlápnutí pedálu, a pokud se oproti běžnému stavu zrychlí, pak dojde k aktivaci elektromagnetického ventilu. Tento ventil okamžitě zavzdušní pracovní komoru posilovače brzd a tím vyvolá největší tlakový spád a posilovací účinek. Elektrický proud, který je přiváděn do elektromagnetického ventilu, se po odbrzdění přeruší a dojde k vypnutí sytému. 32
Obr.16 Brzdový asistent BAS 5.2.1. Posilovač brzd přetlakový (hydraulický) Využívá se tlaku oleje, vytvořeného vysokotlakým hydraulickým čerpadlem (lamelovým), pro vyvolání posilovacího brzdného účinku. Čerpadlo je poháněno od motoru vozidla a v novějších systémech elektromotorem Hydraulický posilovač je nezávislý na chodu motoru a tím i méně náročný na prostor a má rovnoměrnější posilovací účinek. Navíc při poruše motoru je možné asi dvanáctkrát zabrzdit díky tlaku oleje ze zásobníku. Poklesne-li tlak v zásobníku, zůstávají v provozu pouze samotné brzdy bez posilovacího účinku. 5.2.2. Posilovač brzd podtlakový Podtlak, kterého je využíváno, může být u zážehového motoru odebírán ze sacího potrubí motoru. Takový podtlak ze sacího potrubí je nízký (asi 20 kPa, neboli 0,2 baru) a proto je potřeba velkého prostoru a plochy, aby byl potřebný posilovací účinek dosažen. Posilovač o velkém prostoru je plněn a naopak vyprazdňován delší dobu. Pokud se zastaví motor vozidla, brzdný účinek se nezmění pouze při jednom zabrzdění a po dalším se zvyšuje ovládací síla působící na brzdový pedál. 33
5.3.
Třecí brzdy
5.3.1. Bubnové brzdy Využívají se u zadních náprav osobních automobilů jako třecí brzdy s vnitřními čelistmi. Bubnové brzdy tvoří čelisti, buben, dvoupístkový (kolový) brzdový váleček, štít brzdy a vratné pružiny.
Obr.17 Bubnová brzda Brzdové čelisti jsou vyrobeny z ocelového plechu nebo odlitky ze slitin lehkých kovů. Na jednom konci mají většinou opěrnou plochu pro výřez v tlačítku brzdového válečku a na druhém se opírá o pevnou opěrku, přičemž se dosahuje rovnoměrnějšího opotřebení obložení, nebo se otáčí na čepu. Brzdové obložení je přilepeno nebo přinýtováno na brzdové čelisti a vyrábí se z organických materiálů. Při vysokém namáhání se obložení vyrábí ze spékaných práškových kovů. Součinitel tření pro brzdové obložení je větší než 0,4 a odolává teplotám kolem 800°C. Při odbrzdění jsou čelisti vráceny do klidové polohy vratnými pružinami. Brzdový buben se pohybuje společně s kolem vozidla. Má velkou odolnost proti otěru a dobře vede teplo. Musí být také tvarově a rozměrově stálý. Vyrábí se z šedé nebo temperované litiny a také ze slitin lehkých kovů. Buben se nesmí radiálně ani axiálně vychylovat a nesmějí u něj vznikat vibrace.
34
Brzdový váleček se používá většinou se dvěma pístky, na které ve válečku působí tlak kapaliny. Tlakem je vytvořena síla rozpírající čelisti a jejich přitlačení k brzdovému bubnu. Váleček je pevně spojen se štítem brzdy, který spojuje dílčí části bubnové brzdy a je vyroben z ocelového plechu, pevně přidělaného k části nápravy. Pístky jsou utěsněny pryžovými těsnícími kroužky v drážce pístů nebo na čelech pístů pryžovými manžetami. Protiprachové manžety zabraňují vnikání nečistot do válečku. Pohyb a síla se na brzdové čelisti přenáší tlačnými čepy (tlačítka), které jsou vloženy do válcových otvorů na vnějších stranách pístků. 5.3.2. Kotoučové brzdy Především se používají u předních náprav osobních automobilů pro větší brzdný účinek a vysokou odolnost vůči ,,vadnutí“ brzd při silném dlouhodobém brzdění. Kotoučové brzdy se stále častěji objevují i na zadních nápravách sportovních, luxusních i cestovních vozu. Konstrukčně se rozdělují na kotoučové brzdy s pevným a plovoucím třmenem. U pevného třmenu jsou na obou stranách vytvořeny válečky, ve kterých se pohybují pístky a při brzdění přitlačují brzdové obložení z obou stran na kotouč. Oproti tomu plovoucí třmen je uložen posuvně v pevném držáku a pístek ve válečku tlačí obložení proti kotouči. Třmen, který je posouván reakční silou, je na opačné straně přitlačován na brzdový kotouč. Brzdový kotouč má tvar talíře a je vyroben z temperované litiny nebo ocelolitiny obsahující legující prvky. Při vysokém namáhání brzd se používá dutý kotouč, který je chlazen proudícím vzduchem vnitřně (kotouč s vnitřním chlazením). Dutina je tvořena radiálně uloženými kanály, zajišťujícími proudění vzduchu při otáčení kotouče. Pro snížení tepla, vzniklého třením na povrchu kotouče, je třecí plocha opatřena přídavnými otvory, které urychlují chlazení po brzdění, snižují hmotnost kotouče a zvyšují jeho schopnost vlastního čistění. V současnosti se na třecí plochy vytváří spirálové drážky, podle kterých se později určuje opotřebení brzdového kotouče. Třecí segmenty (,,brzdové destičky“) se vkládají do třmene kotoučové brzdy a na nosný kovový segment je nalepeno brzdové obložení. Tlumící materiály a konstrukční úpravy odstraňují hlučnost a vibrace. Pořád častěji se objevují třecí segmenty se zalisovanými kontakty v určité hloubce obložení. Tyto kontakty se po 35
nadměrném opotřebení obložení propojí a dojde k sepnutí elektrického obvodu a rozsvícení varovné kontrolky, stavu obložení kotoučové brzdy, na kontrolním panelu přístrojové desky v kabině vozidla. Novější metodou dojde k rozsvícení kontrolky, když je zalisovaný vodič v obložení přerušen.
5.4.
Protiblokovací systém ABS
Funkcí systému ABS (z němčiny: Anti-Blockier-Systém) je zajistit co nejkratší brzdnou dráhu, řiditelnost a směrovou stabilitu vozidla, a to i při intenzivním brzdění na vozovce s nízkou adhezí. Z těchto úloh je pro bezpečnost jízdy a pohodlí nejdůležitější zachování řiditelnosti a stability vozidla. Individuální regulace systému se používá u předních náprav osobních automobilů o větší hmotnosti a stabilitě, přičemž je přenášen největší
možný
brzdný
účinek,
nezávisle
na
ostatních
kolech,
pomocí
elektromagnetických ventilů. Konstrukce protiblokovacího systému se skládá ze základních částí posilovače brzd, tandemový hlavní brzdový válec a kotoučové nebo bubnové brzdy. Rozšiřujícími částmi systému ABS jsou hydraulická a elektronická řídící jednotka ABS a snímače otáček s kolovými ozubenými impulsními kotouči. Ty pak během jízdy měří na kolech přední nápravy a na pastorku převodu zadní nápravy otáčky kol. Měření může probíhat na všech kolech osobního automobilu. Podle snímaných signálů řídící jednotka aktivuje elektromagnetické ventily, pro příslušné kolo, v hydraulické jednotce. Ventily jsou nastaveny do polohy pro zvýšení, udržení nebo snížení brzdného tlaku příslušného kola. Ve spojení se systémem ABS se používá elektronický závěr diferenciálu EDS (z němčiny: Elektronische Differential-Sperre) také známý pod zkratkou ABD. Jde o nerovnoměrné rozdělení hnacího momentu motoru na hnací kola a jejich řízené brzdění. Brzděno je vždy pouze jedno z hnacích kol, to které má největší tendenci k prokluzu. Tento druh regulace hnacích kol přibrzděním je v činnosti asi do rychlosti jízdy 40 km*h‾¹.
5.5.
Regulace prokluzu ASR
Systém regulace prokluzu zajišťuje stabilitu a řiditelnost vozidla při zrychlení v podélném směru. Regulace ASR (z angličtiny: Anti Skid Regulation) může být 36
rozšířena o přídavnou regulaci momentu motoru MSR (z němčiny: MotorSchleppmoment-Regelung). Řazením nižšího převodového stupně nebo rychlým uvolněním pedálu plynu při jízdě na kluzké vozovce, může brzdný účinek motoru ovlivnit brzdný skluz, a dojde k zablokování kol. MSR zvýší točivý moment motoru lehkou akcelerací, aby se obnovila stabilita jízdy nižším brzděním kol. Regulace prokluzu bývá zabezpečena přibrzděním hnacích kol nebo řízením výkonu motoru. 5.5.1. Regulace prokluzu přibrzděním hnacích kol Slouží ke zlepšení přenosu hnací síly zejména na povrchu vozovky s různým součinitelem adheze (přilnavosti). Potřebného prokluzu je dosaženo přibrzděním hnacího kola, které prokluzuje. Výhodou je individuální ovlivňování prokluzu jednotlivých hnacích kol. U této regulace je nutno rozšířit hydrauliku ABS. 5.5.2. Regulace prokluzu řízením výkonu motoru Provedení regulace je především za účelem zajištění stabilní jízdy ve vysokých rychlostech. Výkon motoru může být snižován v závislosti na požadavcích systému ABS/ASR a na použitém systému řízení motoru. Snížení výkonu se dosahuje elektronickým řízením nastavení polohy škrticí klapky, kdy přivření klapky snižuje točivý moment motoru. Dále lze výkon ovlivnit řízením vstřikování u zážehových nebo vznětových motorů a řízením zapalování s krátkodobým potlačením zapalovacích impulsů.
5.6.
Systém dynamické stabilizace jízdy vozidla ESP
Jedná se o určité rozšíření systémů ABS a ASR o elektronický stabilizační program ESP (z angličtiny: Electronic Stability Program). ESP reguluje skluz pneumatiky v příčném směru vozidla, kdy dojde k jeho vybočení do strany a snižuje riziko vzniku smyku při brzdění nebo zrychlení vozidla. Pro zaznamenání potřebných parametru je do systému zařazen snímač úhlu natočení volantu, který indikuje zvolený směr jízdy řidičem a kombinovaný snímač míry otáčení a příčného zrychlení. Další funkci zastává řízení brzdného tlaku se snímačem tlaku brzdové kapaliny.
37
Obr.18 Regulace jízdy pomocí ESP Systém ESP stabilizuje vozidlo samočinnými zásahy do brzd jednotlivých kol a hnacího momentu motoru bez zásahu řidiče. Pokud hrozí například vybočení zadní části u přetáčivého vozidla, systém přibrzdí přední kolo na vnější straně zatáčky. V případě nedotáčivého chování vozidla se přibrzdí zadní kolo na vnitřní straně zatáčky.
38
Závěr Seznámením s danou problematikou bylo dosaženo uceleného pohledu na jednotlivé části samotných podvozků. Takový pohled poukazuje na způsob, jakým se zajišťuje správná funkce těchto částí a také ukazuje cesty k dosažení vyšší účinnosti jednotlivých funkčních okruhů. Podvozek jako skupina hlavních částí určitého druhu musí být kompaktní a každá z těchto částí má přesně plnit požadovanou úlohu. Důraz se klade na rychlost a přesnost, s jakou daná součást pracuje, na dobu trvání pracovního procesu s přihlédnutím k lidskému faktoru, životnost jednotlivých prvků a jednoduchost začlenění do celkového konceptu podvozku. Jednoduchým rozčleněním zkoumaných vlastností podvozků automobilů, kterými byly informace o složení kola a pneumatiky, jejích značení, jednotlivé způsoby zavěšení a pružící zařízení kol na nápravách, řízení i brzdové systémy zajišťující bezpečné zastaveni vozidla, bylo dosaženo požadovaného přehledu o uspořádání podvozků.
39
Seznam použité literatury Bauer, F. a kol. Traktory. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Profi press, s.r.o., 2006. 192 s. ISBN 80-86726-15-0
Vlk, F. Alternativní pohony motorových vozidel. Brno: Nakladatelství Vlk, 2004. 234 s. ISBN 80-239-1602-5
Vlk, F. Automobilová elektronika 2: Systémy řízení podvozku a komfortní systémy. Brno: Vlk, 2006. 308 s. ISBN 80-239-7062-3
Vlk, F. Dynamika motorových vozidel: Jízdní odpory, Hnací charakteristika, Brzdění, Odpružení, Řízení, Ovladatelnost, Stabilita. 1. vyd. Brno: Nakladatelství Vlk, 2000. 434 s. ISBN 80-238-5273-6
VLK, F. Podvozky motorových vozidel. 2. vyd. Brno: Nakladatelství Vlk, 2003. 392 s. ISBN 80-239-0026-9
Wikipedie, otevřená encyklopedie
[citováno 11.4.2009]. Dostupný z www: http://cs.wikipedia.org/wiki/Sbíhavost_kol
40
Seznam obrázků Obr.1 Příčný řez bezdušovou pneumatikou .................................................................... 10 Obr.2 Prohloubený ráfek asymetrický pro bezdušovou pneumatiku .............................. 13 Obr.3 Prohloubený ráfek symetrický .............................................................................. 13 Obr.4 Zadní hnaná kliková náprava s vlečenými rameny .............................................. 16 Obr.5 Lichoběžníková náprava....................................................................................... 16 Obr.6 Přední hnací náprava McPherson se spodními příčnými rameny ....................... 17 Obr.7 Víceprvkový závěs kola přední hnací nápravy (lichoběžníková náprava) ........... 18 Obr.8 Umístění vinuté pružiny na vozidle (lichoběžníková náprava)............................. 21 Obr.9 Dvouplášťový kapalinový tlumič .......................................................................... 24 Obr.10 Dvouplášťový plynokapalinový tlumič ............................................................... 24 Obr.11 Řídicí tyč pro hřebenové řízení (1 - tyč, 2 - objímka, 3 - hlavice) ...................... 27 Obr.12 Odklon kola......................................................................................................... 28 Obr.13 Kontrola sbíhavosti............................................................................................. 28 Obr.14 Příklon rejdové osy............................................................................................. 29 Obr.15 Poloměr rejdu ..................................................................................................... 30 Obr.16 Brzdový asistent BAS .......................................................................................... 33 Obr.17 Bubnová brzda .................................................................................................... 34 Obr.18 Regulace jízdy pomocí ESP ................................................................................ 38
41
