W nagłych sytuacjach czy w przypadku jakiegoś niebezpiecznego zdarzenia drogowego kierowca często nie jest w stanie lub nie może wykorzystać pełnego potencjału, jaki tkwi w układzie hamulcowym jego auta. Wynika to z tego, że niekiedy kierowca nie wciśnie hamulca z pełną siłą, co spowoduje dłuższą niż oczekiwana drogę hamowania.

Firma Bosch przeprowadziła w związku z tym badania, których wynik pokazał, że przeciętny kierowca potrzebuje 73 metrów drogi hamowania, aby zatrzymać samochód jadący z prędkością 100 km/h - mimo że taki manewr jest możliwy już na dystansie 40 metrów. Aby wspomóc kierowcę w przypadku nagłego hamowania, zaprojektowano system zwany asystentem hamowania. Wzmacnia on siłę nacisku na pedał hamulca, czyli gwałtownie zwiększa ciśnienie w układzie hydraulicznym hamulca, pozwalając tym samym skuteczniej zahamować autem.

Generalnie rozróżnia się dwa typy asystentów hamowania. Pierwszy działa na zasadzie pneumatycznej, drugi - elektrohydraulicznej. Układy pneumatyczne wymagają zastosowania dodatkowych elementów budowy i czujników. Układy elektrohydrauliczne bazują na komponentach już zamontowanych w pojeździe w ramach układu ESP (układu stabilizacji toru jazdy). Jedynym ich rozszerzeniem jest zmiana oprogramowania, co pozwala stworzyć dodatkową funkcjonalność istniejącego systemu. Regulacja i przyrost ciśnienia w układzie hamulcowym realizowane są za pomocą dostępnych w układzie ESP komponentów.

Pneumatyczny asystent hamowania rozpoznaje nagłą sytuację na drodze po wskazaniach czujnika nacisku i drogi pedału hamowania zamontowanego w układzie wspomagania. Jeśli kierowca bardzo szybko wciśnie pedał hamulca, to elektronika układu asystenta hamowania za pośrednictwem zaworu elektromagnetycznego połączy komorę ciśnieniową z przewodem ciśnieniowym w podciśnieniowym układzie wspomagania. Dzięki temu wspomaganie układu hamowania zadziała ze swoją maksymalną siłą. W ten sposób ciśnienie w układzie hydraulicznym hamulców bardzo gwałtownie wzrośnie, co skróci drogę hamowania. Ze względu na specyfikę działania układy asystentów hamowania mogą być montowane w układach wyposażonych w system ABS. W przeciwnym razie asystent powodowałby całkowite blokowanie kół pojazdu, co wcale nie poprawia skuteczności hamowania. W pneumatycznych asystentach hamowania w układzie zależność ciśnienia od siły nacisku na pedał hamulca jest stała, ale na wyższym poziomie niż w przypadku układu hamulcowego bez asystenta. W razie zmniejszenia nacisku na pedał hamulca system rozpoznaje sytuację nagłego hamowania za zakończoną i wyłącza działanie asystenta, wracając do nominalnej pracy układu hamulcowego i układu wspomagania.

Asystent hamowania działający na zasadzie elektrohydraulicznej rozpoznaje nagłe hamowanie przez czujnik umieszczony wewnątrz głównego cylinderka w pompie hamulcowej. Rozpoznaje on dwa parametry. Po pierwsze, zwiera się w sytuacji bardzo szybkiego przyrostu ciśnienia płynu hamulcowego w pompie, czyli rozpoznaje manewr nagłego hamowania. Po drugie, kontroluje ciśnienie w układzie hamulcowym.

Jeśli któryś z tych parametrów przekroczy wartość nominalną parametrów jednej z tych dwóch wielkości, to czujnik aktywuje układ asystenta hamowania. Aktywacja ta polega na tym, że pompa układu ESP wysterowuje ciśnienie w hamulcach każdego koła aż do momentu ich zablokowania. Końcowa regulacja ciśnienia w układzie hamulcowym odbywa się już systemie ESP. Jeśli koła zostaną zablokowane, to do akcji wkracza system ABS, który „troszczy się" o to, aby nie doprowadzić do ich ciągłego poślizgu i utraty przez kierowcę kontroli nad pojazdem. Po ustaniu manewru nagłego hamowania i przywróceniu parametrów mierzonych przez w trakcie wykonywania manewru. W tym celu układ ABS moduluje siłę hamującą tylnych kół. Układ rozdziału siły hamującej nie wymaga żadnych dodatkowych komponentów poza wprowadzeniem zmian w oprogramowaniu jednostki sterującej. Hamulce muszą pracować w taki sposób, aby zapewnić opóźnienie na poziomie 0,83 g (1 g to przyspieszenie odpowiadające przyspieszeniu ziemskiemu wynoszącemu 9,81 m/s2) oraz by zapewnić stabilne zachowanie się pojazdu podczas wykonywania gwałtownych manewrów. Pojazdy, które nie są wyposażone w układ ABS, mają na stałe ustalony rozdział sił hamujących między osią przednią a tylną, lub są wyposażone w korektor siły hamującej oś tylną zależnie od obciążenia tyłu pojazdu, czyli ugięcia się jego zawieszenia. czujnik do granic tolerancji pomiarowych działanie asystenta hamowania zostaje przerwane.

Ponieważ układy pneumatycznego asystenta hamowania oferują natychmiastowe, maksymalne wzmocnienie hamowania, niesie to za sobą pewne niekorzystne konsekwencje. Hamulec jest trudny do kontrolowania podczas aktywacji systemu, którego jest częścią. W efekcie układ asystenta hamowania zawsze montowany jest w połączeniu z układem ABS. Kolejną konsekwencją jest to, że próg wyzwolenia układu przez prędkość naciskania pedału jest ustawiony dość wysoko, tak aby nie spowodować jego aktywacji podczas normalnej jazdy i nie uczynić jej jednocześnie gwałtowną i nieprzyjemną. Badania przeprowadzone na kierowcach wykazały również, że wielu z nich (przede wszystkim ci z małym stażem) nie osiąga prędkości progowych podczas przyciskania pedału hamulca i w ogóle nie powoduje aktywacji układu.

W układach elektrohydraulicznych ten problem został rozwiązany za pomocą dwóch krzywych przebiegu ciśnienia w układzie. Podczas hamowania awaryjnego o dużej prędkości ruchu pedału hamulca, ale jednocześnie przy przeciętnym przyroście ciśnienia w układzie (czyli przy niedużym nacisku na pedał) sterowanie asystentem hamowania jest realizowane za pomocą charakterystyki stromej. Gdy do szybkiego ruchu pedału dojdzie jeszcze duża siła nacisku, to asystent hamowania zamieni stromą charakterystykę na maksymalny przyrost ciśnienia w układzie, który znany jest z rozwiązań mechanicznych. Testy przeprowadzone przez markę Opel wykazały, że przeciętny kierowca zatrzymuje samochód na krótszym odcinku drogi, jeśli ma do dyspozycji układ asystenta hamowania wyposażony w dwie charakterystyki. Natomiast w przypadku układów z jedną charakterystyką kierowca potrzebuje dłuższego odcinka drogi do całkowitego zatrzymania pojazdu.

Kolejną funkcją dodatkową układów ABS i ESP jest elektroniczny podział siły hamowania na poszczególne koła pojazdu. W zależności od sytuacji na drodze, czyli od aktualnych odczytów płynących z czujników, układ ten wysterowuje na tylną oś największą możliwą siłę hamowania - a więc największe możliwe opóźnienie pojazdu w trakcie wykonywania manewru. W tym celu układ ABS moduluje siłę hamującą tylnych kół. Układ rozdziału siły hamującej nie wymaga żadnych dodatkowych komponentów poza wprowadzeniem zmian w oprogramowaniu jednostki sterującej. Hamulce muszą pracować w taki sposób, aby zapewnić opóźnienie na poziomie 0,83 g (1 g to przyspieszenie odpowiadające przyspieszeniu ziemskiemu wynoszącemu 9,81 m/s2) oraz by zapewnić stabilne zachowanie się pojazdu podczas wykonywania gwałtownych manewrów. Pojazdy, które nie są wyposażone w układ ABS, mają na stałe ustalony rozdział sił hamujących między osią przednią a tylną, lub są wyposażone w korektor siły hamującej oś tylną zależnie od obciążenia tyłu pojazdu, czyli ugięcia się jego zawieszenia. Stały rozdział sił hamujących (grafika nr 1, krzywa 2) prowadzi do tego, że zamiast osiągnięcia optymalnego przebiegu siły hamującej dla pojazdu załadowanego (grafika nr 1, krzywa 1b) osiągnięty zostanie przebieg optymalny dla pojazdu bez obciążenia (grafika nr 1, krzywa 1l). Zastosowanie korektora siły hamującej dla osi tylnej polepsza przebieg krzywej siły hamującej (grafika nr 1, krzywa 3). Ale niezależnie od tego same elementy korektora i dopasowanie go do danego pojazdu oraz zgranie elementów mechanicznych i hydraulicznych jest dość kosztowne.

Rozdział siły hamowania w układzie ABS jest stały i odpowiada krzywej nr 2 (grafika nr 2) przebiegającej poniżej przebiegu optymalnego wyznaczonego przez krzywą 1. Za pomocą czujników i możliwości obróbki sygnałów z nich dochodzących układ ABS oblicza poślizg koła i konieczność zmniejszenia siły hamującej, by przywrócić przyczepność kół przednich i tylnych. Jeśli stosunek poślizgu kół tylnych do poślizgu kół przednich przekroczy wartość progową, wówczas zamknięty zostaje zawór wlotowy ABS-u do kół tylnych. W takim przypadku ciśnienie w układzie hamulcowym koła tylnego nie rośnie. Jeśli jednak kierowca zwiększy nacisk na pedał hamulca, to poślizg kół przednich się zwiększy, zmieniając zarazem proporcje poślizgu kół tylnych do przednich. Zawór wówczas ponownie się otworzy, co spowoduje przyrost ciśnienia w układzie hamulcowym kół tylnych i wyrównanie proporcji sił hamujących w kołach.

W zależności od sytuacji na drodze i panujących warunków atmosferycznych przebieg ten może być wielokrotnie powtórzony. Schodkowy przebieg krzywej hamowania (krzywa nr 3) zbliża się do krzywej optymalnego przebiegu. Poza tym siła hamowania kół tylnych jest w tym przypadku znacznie zwiększona (punkt nr 4 na wykresie) w porównaniu do siły hamowania kół tylnych w układzie ze stałym rozdziałem sił hamujących między osiami. Takie niewielkie zmiany w modyfikację układu ABS mają wiele zalet, m.in.: lepszą stabilność pojazdu przy jego każdym dostępnym obciążeniu i odmiennej sytuacji na drodze; brak konwencjonalnych korektorów siły hamowania; mniejsze obciążenie termiczne hamulców przedniej osi; mniejsze zużywanie się hamulców dzięki zrównoważeniu sił hamowania; większe opóźnienie przy takiej samej wartości nacisku na pedał hamulca.

Hamulec elektrohydrauliczny to system regulacji elektronicznej połączonej z hydraulicznym układem hamulcowym. Jego sterownik jest połączony z innymi sterownikami za pośrednictwem sieci CAN. Działa on jako: układ zabezpieczający blokowanie kół (ABS), układ kontroli napędu w przypadku poślizgu, układ elektronicznej stabilizacji toru jazdy, układ adaptacyjny tempomatu ACC (Adaptive Cruise Control) ze sterowaniem hamulca. W tego typu układzie nie są już konieczne osobne wzmacniacze siły hamowania dla każdego koła ani też układy modulujące siłę hamującą. Rozdział siły hamującej przebiega dzięki zastosowaniu odpowiedniego układu elektronicznego i zależny jest od konkretnej sytuacji na drodze. A aby móc ją rozpoznać, system ten musi otrzymać informacje z takich czujników, jak: czujnik obrotu koła, czujnik ciśnienia w układzie hamulcowym i czujnik ruchu pedału hamulca.

Podstawą systemu hamulca elektrohydraulicznego jest zamiana żądania kierowcy odnośnie zatrzymania w sygnał elektryczny. Ten sygnał przy współudziale innych wartości dotyczących dynamiki jazdy steruje jednostką hydrauliczną, która oddzielnie dla każdego koła steruje hamulcem, czyli ciśnieniem w układzie hamulcowym. Przez oddzielenie elementu mechanicznego od hydraulicznego w tym układzie, czyli pedału hamulca oraz samej części hydraulicznej układu, możliwe stało się osiągnięcie bardzo wydajnego hamulca, który działa komfortowo dla kierowcy i jest sterowany indywidualnie dla każdego koła w zależności od warunków jazdy.

Układ elektrohydrauliczny jest wyposażony w pedał hamulca (Rys. 6.). Jest on elementem jednostki wykonawczej (6), która zawiera pompę hamulcową ze zbiornikiem płynu hamulcowego, symulator drogi przebytej przez pedał hamulca i czujnik drogi hamulca. Symulator zapewnia kierowcy takie same odczucia podczas hamowania jak w przypadku konwencjonalnego hamulca. Czujnik drogi zamienia ruch pedału w sygnał elektroniczny i przekazuje go do jednostki sterującej (3). Tam razem z danymi przekazanymi z układu ESP oraz z czujników (1, 4, 7) jest przeliczany na rozkaz hamowania osobny dla każdego koła. W pompie hydraulicznej (5) zawory regulują dla każdego koła oddzielne ciśnienie (modulator ciśnienia), które przekłada się na oddzielną siłę hamującą na każde koło w zależności od aktualnych warunków i odczytów z czujników. Aby nie nastąpiło żadne opóźnienie czasowe, konieczne jest posiadanie w układzie płynu hamulcowego, który jest wstępnie pod wysokim ciśnieniem. Odpowiedzialna za to jest pompa, która spręża płyn hamulcowy do ciśnienia od 140 do 160 barów i magazynuje go w zbiorniku buforowym. W normalnym stanie żytkowania pedał hamulca wyzwala ciśnienie, które jest elektronicznie dozowane do każdego koła. Taki rozdział układu pozwala także uniknąć wibracji pedału hamulca podczas aktywacji układu ABS. W przypadku uszkodzenia elektrycznego lub zaniku zasilania układu automatycznie otwierane są zawory mostkujące. Kierują one ciśnienie z pompy bezpośrednio do pozostałych elementów układu hamulcowego. W ten sposób układ ten zaczyna działać w sposób zbliżony do konwencjonalnego, czyli staje się układem hydraulicznym.

Dzięki połączeniu jednostki sterującej ESP z funkcjami pobocznymi takimi jak ABS/ASR oraz hamulca elektrohydraulicznego możliwe staje się zainicjowanie dodatkowych czynności regulujących wpływających na komfort jazdy i zwiększających bezpieczeństwo prowadzenia pojazdu. W chwili nagłego zdjęcia nogi z pedału gazu następuje wstępna aktywacja układu hamulcowego poprzez lekki wzrost ciśnienia w nim i przylgnięcie klocków i okładzin hamulcowych do tarcz i bębnów. W przypadku potrzeby zahamowania następuje dalszy wzrost ciśnienia w układzie hamulcowym dzięki czemu skracana jest droga hamowania. System elektrohydraulicznego hamulca może być zintegrowany z systemem adaptacyjnym tempomatu, który za pomocą sterowania elektronicznego pozwala zmniejszyć prędkość samochodu w zależności od potrzeb kierującej nim osoby. Podczas deszczu za pomocą czujnika opadów system utrzymuje tarcze hamulcowe suche dzięki niewielkiemu stykowi z nimi klocków hamulcowych. W ten sposób skracana jest także droga hamowania. Krótko przed zatrzymaniem się pojazdu następuje lekkie odpuszczenie hamulca. Pozwala to zmniejszyć skutki kołysania się pojazdu tuż po jego zatrzymaniu. W cyklu miejskim funkcja stop-and-go przejmuje całkowicie czynność hamowania. W połączeniu jej z aktywnym tempomatem sterowanym radarowo możliwe jest dzięki niej także automatyczne

przyspieszanie.

W połączeniu z czujnikiem przechylenia pojazdu hamulec elektrohydrauliczny pomaga w ruszaniu autem na pochyłościach. W momencie zaniku momentu napędowego aktywowany jest hamulec, a w momencie przybierania momentu siła hamująca jest zmniejszana. W połączeniu z pozostałymi czujnikami i kamerami rozpoznającymi otoczenie układ elektrohydraulicznych hamulców oraz elektryczne wspomaganie kierownicy wraz ze sterowaniem elektronicznym umożliwiają sterowanie pojazdem praktycznie bez ingerencji kierowcy. Na razie jest to jednak w sferze badań i od strony prawnej nie jest określone, do jakiego stopnia kierowca może być wyłączony z „panowania" nad samochodem.

Opisy do rysunków

Rys. 1. Współdziałanie bloków funkcyjnych hamulca elektrohydraulicznego

Rys. 2. Przebieg wzmocnienia siły hamowania w elektrohydraulicznym asystencie hamowania

Rys. 3. Przebieg wzmocnienia siły hamowania w pneumatycznym asystencie hamowania

Rys. 4. Konwencjonalny rozdział siły hamującej

Rys. 5. Elektroniczny rozdział siły hamującej

Rys. 6. Najważniejsze komponenty hamulca elektrohydraulicznego i ich rozmieszczenie w pojeździe. Jego opis w artykule