Vše o brzdách

Brzdové systémy
Brzdové systémy lze rozdělit podle více kritérií. Podle typu brzdy:

• provozní
• nouzová
• parkovací

Dále podle počtu "nezávislých" okruhů:

• jednookruhové
• dvouokruhové

V dnešní době se používají již výlučně dvou- nebo víceokruhové brzdové systémy, tím se značně snížilo riziko v případě poruchy jednoho brzdového okruhu.
Dvouokruhové brzdné systémy lze potom rozdělit podle zapojení okruhů na:

• běžné (jeden okruh přední, druhý zadní brzdy)
• běžné zdvojené (jeden okruh přední a zadní, druhý pouze přední)
• diagonální

Provozní brzdy lze dále dělit podle konstrukce na:

• kotoučové
• bubnové

A takto by se dalo pokračovat donekonečna. Dále se budu zabývat především nejzajímavější částí, a to jsou brzdy provozní za posledních cca 30 let. V 70. letech se začala používat stále častěji na přední nápravě kotoučová brzda, ještě na Š1000MB se však používala koncepce všech čtyř brzd bubnových a brzdy měly pouze jeden okruh. Kotoučová brzda je daleko účinnější než bubnová, také zde není potřeba vymezovat vůli, bližší popis najdete stejně jako brzd bubnových v samostatném odstavci. Taktéž výhody víceokruhového systému jsou jasné, i když je technicky náročnější, tak nepochybně přispívá k větší bezpečnosti vozu při poruše jednoho z okruhů. S tím jak se vyvíjely mechanické součásti, byla zlepšována i kapalina, původní červená brzdovka se dnes hodí akorát tak na povolování zarezlých šroubů (funguje na to velmi dobře). Těžko říci, o kolik se zlepšila účinnost brzdového systému za poslední desetiletí, v každém případě však došlo k značnému pokroku.

Brzdová kapalina
Brzdová kapalina je základní element pro přenos síly mezi hlavním brzdovým válcem a brzdovými válci na kolech. Kapalina musí mít určité vlastnosti dané výrobcem vozidla, proto je nutné vždy používat pouze uvedenou brzdovou kapalinu. Pokud použijete horší kapalinu, může při větší zátěži brzd dojít k jejich selhání, pokud naopak použijete lepší, nic tím nezkazíte. Klasifikace brzdové kapaliny se udává podle DOT.
Brzdová kapalina má určité vlastnosti, pro které je nenahraditelná jinou kapalinou, je téměř nestlačitelná, působí jako inhibitor koroze, má vysoký bod varu (nad 200 st.C), ale bohužel také pohlcuje vodu. Pohlcování vody a následné snížení bodu varu je také důvod, proč je životnost kapaliny omezena na rok nebo dva podle výrobce, poté je nutno ji kompletně vyměnit. Pokud máte pochybnosti o stavu brzdové kapaliny, není nic jednoduššího než zajet do servisu (nebo počkat na nějakou akci zdarma) a nechat si zkontrolovat bod varu (servisy na to mají přístroj, celá kontrola trvá tak dvě minuty). Brzdové kapaliny jsou mísitelné s ostatními stejné klasifikace, ale je lepší používat stále jednu značku. Případný nedostatek brzdové kapaliny je hlášen u většiny aut varovnou kontrolkou kterou spíná plovák v nádržce.
S brzdovou kapalinou je spojena

Kotouče - bubny

Konstrukčně starší bubnové brzdy (na obrázku vlevo) se původně používaly na obou nápravách. Dvě nezávisle uložené čelisti jsou vytlačovány proti bubnu jedním nebo dvěma válci. Rozpínání dvěma "prasátky" se používalo například u vozů Volha, kde se vytlačovaly obě náběžné hrany čelistí. Jednodušší provedení s jedním pracovním válcem, který má dva pístky, bylo a je používáno u vozidel Škoda. Samozřejmě různých dalších verzí je mnoho, toto jsou dle mého soudu dvě hlavní, ostatní už pouze vychází z těchto.

Vlevo bubnová brzda s jedním válcem, vpravo se dvěma válci.

U bubnových brzd je potřeba vymezit vůli, tak aby nebyl neúčinný zdvih pedálu příliš velký. U staršího provedení se vůle vymezovala excentrickým šroubem. To je velmi nepohodlné řešení, protože je potřeba jednou za čas sundat kolo i buben a brzdu seřídit. Novější provedení má takzvaný samostav, to je zařízení, které automaticky vymezuje vůli mezi čelistmi a bubnem. Samostav funguje na principu omezené vratnosti čelisti.

Samostav bubnové brzdy (Škoda120).
U bubnových brzd je pomocí páky většinou řešen také přenos síly parkovací brzdy, páka rozpíná čelisti proti bubnu. Postupem doby byl z obložení odstraněn azbest v rámci mezinárodních dohod o ochraně živ. prostředí.

Kotouče
Kotoučové brzdy mají také dlouhou historii vývoje. Od původních brzd se neliší nijak dramaticky, ale řadou detailů, které je učinily jednoduššími, spolehlivějšími a výkonnějšími. Původní vícepístové provedení bylo zjednodušeno na provedení s jedním pístem a plovoucím třmenem - výjimku zde tvoří úzce specializovaná skupina sportovních brzd. Třmeny jsou dnes lehčí a mají delší životnost, například také díky lepším gumovým manžetám a těsněním. Těsnění pístu má dvě funkce, mimo těsnicí především vymezuje vůli, o jakou se destička vrátí po uvolnění tlaku zpět. Druhou funkcí je vzhledem ke konstrukci samovymezování vůle. Výhodou kotoučových brzd je jednodušší kontrola tloušťky destiček, většinou stačí pouze sundat kolo a výřezem ve třmenu je tloušťka vidět, zatímco u většiny bubnových brzd je nutno sundávat buben, což není vždy nejjednodušší. Další rekonstrukcí prošel samotný kotouč, pro zlepšení chlazení se dělají kotouče s vnitřním chlazením. V praxi jsou v středové části kotouče dutiny, do kterých proudí vzduch a tím ochlazuje kotouč. Směs destiček se měnila neustále a i dnes se používá spousta směsí podle určení, měkčí směsi pro sport, tvrdší pro běžný provoz. Vývojem bylo také dosaženo mnohem stabilnější směsi vzhledem k teplotě.

Chlazený kotouč, Škoda Octavia.

S výkonnými vozy přišly kotoučové brzdy i na zadní kola. S tímto řešením je však spojen problém parkovací brzdy, pominu-li řešení kotouč/buben, které je skutečnou kuriozitou, tak se nejčastěji používá pákový převod na píst. Mechanismus je vidět na obrázku, zjednodušeně, přenos od páky ve vozidle je lanem, které je zapojeno na třmenu na páku. Tato páka pak působí přes šroubovici pomocného šroubu mechanicky na píst. Toto řešení má ovšem jednu nevýhodu, ta se projeví při pokusu nandat tam nové destičky, zde nestačí jako u klasického kotoučového třmenu pouze zatlačit píst, ale je potřeba s pístem i točit. V servisu žádný problém, při svépomocné výměně už problém nastat může.

Na obrázku je rozložený třmen zadní kotoučové brzdy vozu Škoda Octavia.

Chlazení kotouče.
Jak již bylo napsáno, kotouče se při intenzivním brždění velmi zahřívají, pokud překročí určitou teplotu, která není obecně vyřknutelná - liší se typ od typu, brzdy ztratí účinek. Při přehřátí může nastat několik situací, může se kotouč zahřát natolik, že se na něm vytvoří kluzká plocha a tím se zmenší tření, brzdové destičky fungují bezvadně také pouze do omezené teploty, nebo se může začít vařit brzdová kapalina, dostane se do okruhu vzduch a pedál prošlápnete až na zem... Všechny tyto případy jsou extrémem, který může nastat pouze např. při rychlostních soutěžích RZ, nebo při sjíždění dlouhého kopce, kde není dostatečně využívána brzdná síla motoru. Výrobci zavedli pro omezení, nebo spíše oddálení podobných problémů, více technických vylepšení. Mezi nejjednodušší patří vzduchové kanály od přední části vozu (spoileru) k brzdám. Druhým, nejčastějším řešením, jsou pak chlazené kotouče, tedy správně kotouče s vnitřním chlazením. Chlazený kotouč je většinou více než dvojnásobně širší než kotouč nechlazený, ve střední části pak má vybrané "žebrování", do těchto míst pak může za jízdy vnikat vzduch a tak pomoci účinněji chladit kotouč. Pro chlazený kotouč musí být samozřejmě upraven i třmen, přestavba z nechlazené verze na chlazenou je proto velmi drahá. Jedním z hlavních důvodů zavedení chlazených kotoučů je také vyšší váha v přední části vozu, tj. použití u větších vozidel s motorem vpředu. Obvyklá kombinace moderní brzdové soustavy je s chlazenými kotouči vpředu a normálními kotouči vzadu.

Pedál - posilovač - brzdový válec
Pedál mechanicky přenáší sílu vyvolanou nohou na hlavní brzdový válec. Pedál většinou funguje také jako páka. Mezi pedálem a brzdovým válcem je u všech moderních aut další prvek a tím je posilovač. Posilovač funguje na principu podtlaku, pístem spojeným s táhlem procházejícím středem posilovače je ovládán přepouštěcí ventil, ten pouští do druhé části posilovače atmosférický tlak. Na membránu tak působí z jedné strany podtlak desítek kPa a z druhé strany atmosférický tlak. Membrána posilovače tak posiluje lidskou sílu. Tlak posilovače nabíhá postupně, tak aby bylo možno plynule ovládat brzdy. Podtlak je získáván ze sání motoru. Posilovač funguje pouze při běžícím motoru a krátce po jeho vypnutí (maximálně na několik sešlápnutí). Pokud je posilovač nefunkční, brzdy fungují stejně jako bez něj, je tedy potřeba vyvinout daleko větší sílu pro stejný brzdící účinek.

Řez podtlakovým posilovačem.

Hlavní brzdový válec je většinou tandemový, tzn. v jednom tělese jsou dva oddělené písty.
 
 

Výroba vlastních brzdových trubiček
Výroba vlastních trubiček se používá jen výjimečně v případech, kdy se např. dodělává ruční kapalinová brzda, v případech, kdy se pro starší vozidlo již náhradní trubičky nedostanou, nebo v případě, že chceme použít kvalitnější materiál - měď. Pro výrobu je nutné sehnat nejdříve správné koncovky, ty se naštěstí seženou buď z jiného vozu, nebo koupením delší trubičky, kterou následně upravíme. Na výrobu trubičky se musí použít kvalitní materiál, jinak se na zakončení trubička trhá. V okamžiku, kdy máme trubičku vytvarovanou jak potřebujeme a máme ji zkrácenou na správnou míru, nasadíme koncovky a za pomoci přípravku konce trubiček rozehneme, tak aby vytvořily dosedací kužel. Výroba trubiček tímto způsobem chce však zkušenost, pokud je však provedena správně, může být často kvalitnější než originální náhradní díl v případě, že je vůbec dodáván.
 

ABS
Anti Block System, protiblokovací systém.
Protiblokovací systémy jsou zde již delší čas, na letadlech se používají již několik desetiletí. U aut se dají rozlišit dva systémy, nelze však přesně určit od kterého roku se který používá (záleží na výrobci). Hlavním rozdílem těchto dvou ABS je systém, jakým regulují brzdný tlak, ani ne tak mechanický jako spíše logický. Zatímco starší typy ABS, podle snímače na kole, když došlo k jeho úplnému zastavení, uvolnily tlak na toto kolo tak, aby se začalo opět odvalovat a pak znovu zvýšily tlak, toto se opakuje mnohokrát za sekundu (asi 6-10x podle údajů ABS Bosch). Oproti tomu novější systémy ABS se snaží využít maximální brzdné efektivity, která je u kola těsně před jeho zablokováním a snaží se zabránit již jeho zablokování. Oba dva typy však udržují vozidlo plně řiditelné i při maximálním brždění, což je také jejich hlavní funkce. ABS má také jistou stabilizační funkci, nepomůže vám nijak při již vznikající ztrátě kontroly jako EPS, ale při maximálním brždění snižuje riziko ztráty kontroly. Funkci ABS pocítí řidič jako "bubnování" do pedálu brzdy, to není závada, ale čistě fyzikální jev. Nevýhodou ABS však může být delší brzdná dráha za ideálních podmínek (beton, sucho). ABS snižuje opotřebení pneumatik, na druhou stranu opotřebení brzdových segmentů a tepelná zátěž brzd jsou větší. U novějších systémů ABS se již nepoužívá mechanický omezovač brzdového tlaku na zadní nápravu.

Fyzické provedení ABS
Fyzicky začněme od nejjednoduššího a tím je snímací člen na kole. Funguje na principu hallovy sondy, tyto snímače musí být na všech kolech. Proto je ABS častěji používáno u vozidel s kotoučovými brzdami i na zadní nápravě, je to jednodušší. Signály ze všech čtyř snímačů vedou do centrální elektronické řídící jednotky. Tato jednotka bývá umístěna v motorovém prostoru, nebo je přímo součástí ABS (mechanické části). Tato jednotka je mikroprocesorová  a má vlastní paměť, něco jako ECU u motoru. V této paměti je uložen program "mapa", jak se má jednotka chovat podle stavu čidel v určitých režimech. Jednotka může pracovat s ještě doplňujícími informacemi, nebo komunikovat s dalšími jednotkami ve vozidle. Jednotky ABS umí zjistit případnou poruchu a tu pak oznámí řidiči kontrolkou na palubní desce (případně i jinak, viz hlasové zprávy u Safrane). Při poruše jednotky ABS nebo čidel  je vozidlo dále schopno jízdy a brzdová soustava funguje, jako by zde ABS nebylo, s tím je však při řízení potřeba počítat. Pokročíme dále, tato elektronická jednotka již přímo ovládá elektromechanické ventily a čerpadlo. Pomocí ventilů a čerpadla pak udržuje každému kolu zvlášť potřebný brzdný tlak. Změny tlaku vyvolané ventily se pak projevují známým pulzováním pedálu. Některé ABS (Felicia, Octavia) ovládají zadní kola dohromady, tj. pokud se zablokuje jedno ze zadních kol, uvolní tlak oběma.

Systém ABS (Bosch)

1 Snímač otáčení kola
2 Brzdový třmen
3 Modulátor tlaku
4 Hlavní brzdový válec
5 Elektronická řídící jednotka
6 Kontrolka na přístrojové desce

Jednotlivé fáze funkce ABS (Bosch)

a Narůstání tlaku
b Udržování tlaku
c Redukce tlaku
1 Snímač otáčení kola
2 Brzdový třmen
3a Solenoidový ventil
3b Akumulátor tlaku
3c Odčerpávací pumpa
4 Hlavní brzdový válec
5 Elektronická řídící jednotka

Brzdový omezovač
Jinak také nazývaný regulátor brzdného tlaku zadní nápravy. Je to většinou čistě mechanický prvek brzdového systému. Bývá umístěn mezi rameny zadní nápravy, těleso je přiděláno na karoserii a ventily jsou ovládané táhly z ramen. Smyslem tohoto zařízení je omezení brzdného tlaku na zadní kola tak, aby u vozu s lehkou zádí (motor vpředu), která je navíc fyzikálně při brždění odlehčena, nedošlo k zablokování kol a následnému smyku. Tímto se tedy mění brzdný poměr mezi přední a zadní nápravou v závislosti na "zatížení" vozidla.

Zapojení brzdového regulátoru Škoda Octavia
 

Graf funkce omezení tlaku přední / zadní náprava vozy Škoda Felicia.
 

Brzdový asistent
Je to doplňující zařízení systému ABS, jeho funkce je jediná: při nouzovém brždění vyvinout maximální brzdnou sílu. Toto zařízení vzniklo díky studiím, které zjistily, že až třetina řidičů v nouzové situaci, kdy je potřeba co nejrychleji zabrzdit, nevyvine dostatečnou (maximální) sílu na brzdový pedál. Asistent tedy je elektromechanické zařízení, které snímá polohu brzdového a plynového pedálu a v okamžiku, kdy vyhodnotí, že je potřeba maximálně brzdit, posílí brzdný tlak na maximum. U vozidel Škoda Octavia je od modelového roku 2002 na vybrané modely montován mechanický brzdový asistent, podle informací výrobce má velmi podobné výsledky jako elektronický, ale je levnější.

Výzkumy reakcí řidičů na nouzovou situaci. MBA = mechanický brzdový asistent
 

Použité zdroje:
Články o brzdových systémech a ABS, Svět motorů
Dokumentace ABS Bosch
Příručka opraváře automobilů, J. Klůna- J. Košek
Automobily Škoda Felicia, M. R. Cedrych
Automobily Škoda Octavia, Octavia Combi, M. R. Cedrych
Článek o brzdových kapalinách, server www.tuning.cz
Propagační materiály Škoda auto a.s.