Wszystko, co potrzebujesz wiedzieć o hamulcach. Zanim zahamujesz, przeczytaj ten tekst

Choć na tle innych komponentów hamulce samochodowe są stosunkowo mało skomplikowane i od lat ich zasada działania się nie zmienia, nie znaczy to że nie ewoluują. Ewoluują, a jakże. Dzięki nim - i dzięki coraz lepszym oponom - zwykłe auto miejskie jest dziś w stanie hamować skuteczniej niż wyścigowy bolid z lat 70. czy 80. XX w., nadal zdolny do osiągnięcia prędkości rzędu 300 km/h.

Początkowo nawet nie bardzo było co hamować, bowiem pierwsze automobile miały silniki o bardzo małych mocach (zwykle nie więcej niż kilka koni mechanicznych) i można było mówić o dobrych osiągach, jeśli były szybsze od piechura. Nie przeszkadzało to jednak w spowodowaniu pierwszego w historii wypadku samochodowego już w... 1771 r., za co odpowiedzialny był Nicolas-Joseph Cugnot - francuski wynalazca, który ważącą 2,5 tony maszyną parową własnej konstrukcji raczył wjechać w mur, co udowadnia, że hamulec jest niegłupim dodatkiem nawet do czegoś, co nie przekracza 4 km/h.

Pierwsze hamulce były proste jak budowa cepa - drewniany klocek dociskany był do metalowej obręczy koła za pomocą zwykłej dźwigni dostępnej dla operatora (kierowcy lub... woźnicy w przypadku wozu konnego). Skuteczność można opisać jednym słowem: nie. Ale nadal było to lepsze niż brak jakiegokolwiek hamulca. Zdarzały się układy działające jednocześnie na więcej niż jedno koło pojazdu.

Oczywiście wszystko jest względne, ale to właśnie w 1902 r. po raz pierwszy świat ujrzał pierwsze hamulce bębnowe, skonstruowane przez Loiusa Renault. Choć uruchamiane były mechanicznie (linkami), to sama zasada pracy bębnów była taka sama, jaką znamy dziś.

Bardzo prosto. Faktyczny bęben obraca się wraz z kołem, natomiast w jego wnętrzu znajdują się szczęki hamulcowe, uzbrojone w specjalne okładziny. Gdy uruchamia się hamulec, szczęki są rozpierane przez cylinderek hamulcowy, przez co wywierają od środka nacisk na bęben. Dzięki powstałemu w ten sposób tarciu koło - a wraz z nim cały pojazd - wytracają prędkość. W starszych rozwiązaniach szczęki mogły działać bezpośrednio na koło, zamiast na osobny bęben - narażało je to jednak na działanie warunków atmosferycznych i innych szkodliwych czynników.

Pierwsze prace nad nimi rozpoczęto w 1918 r. - za pomysłem stał Malcolm Loughead. Układy hydrauliczne były znacznie mniej wymagające w zakresie bieżącej obsługi (szczególnie regulacji), poza tym pozwoliły na hamowanie z większą precyzją (dozowanie siły hamowania było łatwiejsze) i - przede wszystkim - z większą siłą. A większa siła hamowania to skrócenie drogi hamowania.

Niemal dokładnie wtedy, co pierwsze hamulce bębnowe: w 1902 r. William Lanchester opatentował takie rozwiązanie, aczkolwiek na jego upowszechnienie się w motoryzacji trzeba było poczekać aż do połowy XX w., kiedy osiągi aut zaczęły się szybko poprawiać, podobnie jak wyposażenie (za czym poszedł wzrost masy własnej). I tak przez długi czas większość samochodów zadowalała się tarczami jedynie przy przedniej osi, tylna była ciągle obsługiwana przez bębny. Pierwszym seryjnie produkowanym autem z konwencjonalnymi hamulcami tarczowymi na przedniej osi był Citroen DS z 1955 r.

Wraz z kołem obraca się tarcza hamulcowa, obejmowana przez jarzmo (niegdyś zwane obudową zaciskacza). W jarzmie znajduje się szereg innych elementów, z których najważniejsze są: zacisk, tłoczek (lub tłoczki) oraz klocki hamulcowe (w zacisku montuje się tłoczki i klocki). Wzrost ciśnienia w układzie sprawia, że klocki są dociskane do tarczy, dzięki czemu pojazd zwalnia.

Później pojawiły się jeszcze wentylowane tarcze hamulcowe, które można w uproszczeniu traktować jako dwie złączone ze sobą tarcze lite, z kanałami wentylacyjnymi pośrodku. Stosowane są prawie zawsze na osi przedniej, natomiast w samochodach wyższej klasy lub o wysokich osiągach, także na osi tylnej (często jednak tarcze lite z tyłu są wystarczające).

Innym, niespotykanym dziś rozwiązaniem jest to, które zaproponował w 1949 r. Chrysler (m.in. w modelu Imperial). Z zewnątrz amerykański pomysł wyglądał jak zwykły bęben hamulcowy, ale wewnątrz znajdowały się dwie tarcze, z których każda miała na swoim obwodzie rozmieszczonych kilka okładzin ciernych. Gdy kierowca uruchamiał hamulec, tarcze te odsuwały się od siebie, a jednocześnie dociskały się do wewnętrznych stron bębna. Wizualnie we wnętrzu cały układ bardziej przypominał sprzęgło niż hamulec.

Można by to dla uproszczenia nazywać „tarczobębnem”, gdyby nie to, że w Polsce przyjęło się określanie tym mianem innego rozwiązania: połączenia tarczowego hamulca roboczego z niewielkim hamulcem bębnowym służącym za hamulec pomocniczy (jeszcze 15-20 lat temu połowa korzystających z internetu właścicieli Opli Astra F marzyła o montażu w swoich autach takich tarczobębnów z wersji GSi na tylnej osi). Rolę bębna pełniła tu powiększona piasta tarczy hamulcowej, mieszcząca w sobie szczęki, cylinderek hamulcowy i tak dalej.

Bębny nie oferują tak dużej siły hamowania jak tarcze, ale na ogół to nie problem, ponieważ generalnie za większą część siły hamowania w każdym aucie odpowiadają przednie hamulce - a praktycznie nie spotyka się już nowoczesnych, szybkich pojazdów, które miałyby bębny na przedniej osi. Hamulce tylnej osi oczywiście nieco pomagają w hamowaniu, ale przede wszystkim stabilizują pojazd. Z tego względu w wielu samochodach, nawet w lekkich autach usportowionych, bębny na tylnej osi sprawdzają się bardzo dobrze i w nowoczesnych konstrukcjach zanadto nie przeszkadzają w osiąganiu dróg hamowania na poziomie konkurencji wyposażonej w tarcze przy wszystkich kołach.

Poza tym typowe bębny o konstrukcji zamkniętej są znacząco bardziej odporne na zanieczyszczenia, łatwiej tu też o zastosowanie skutecznego i bezproblemowego hamulca postojowego. Co więcej, hamulce bębnowe znacznie lepiej radzą sobie z długimi okresami bezczynności, przez co obecnie przeżywają swoją drugą młodość w samochodach elektrycznych - jeśli kierowca nie zwalnia mocno, to wytracanie prędkości odbywa się tu na drodze rekuperacji (odzysku) energii, a nie faktycznego uruchomienia układu hamulcowego. Z tego powodu hamulce tarczowe w autach elektrycznych (i w mniejszym stopniu w hybrydowych) relatywnie często korodują - bębny tego kłopotu nie mają. Więcej na ten temat możecie przeczytać w tym tekście.

Można więc powiedzieć w uproszczeniu, że o ile na przedniej osi dziś praktycznie zawsze znajdziemy tarcze, to typ hamulców na osi tylnej mocno zależy od typu pojazdu i jego przewidzianego przez producenta zastosowania.

W samochodach wyczynowych zwykłe układy hamulcowe z tarczami żeliwnymi szybko przestały wystarczać. Przykładowo w latach 60. XX w. z problemami związanymi z przegrzewaniem się (i z innymi usterkami) zmagał się Ford w swoim GT40, a wcale nie był pierwszym producentem, któremu układ hamulcowy spędzał sen z oczu.

W 1979 r. - 3 lata po zastosowaniu podobnego rozwiązania w samolocie Concorde - tarcze hamulcowe na bazie kompozytów z osnową węglową wzmocnione włóknem węglowym zastosował brytyjski zespół Formuły 1, Brabham. Były one bardzo skuteczne po rozgrzaniu, ale także bardzo drogie - poza tym niemal zupełnie nie hamowały na zimno, przez co nie nadawały się do użytku na drogach publicznych. Na dodatek przy wysokich temperaturach kompozyt szybko się utleniał, co oznaczało, że żywotność takich tarcz była krótka - nie był to problem dla i tak drogich w obsłudze samolotów czy bolidów, ale dla zwykłych samochodów - owszem.

W kolejnych latach miały miejsce działania mające na celu nieco „ucywilizować” opisane powyżej hamulce. W wyniku tych działań zastosowano materiał ceramiczny, węglik krzemu. To był strzał w dziesiątkę, choć na zastosowanie ceramiki w autach drogowych trzeba było poczekać aż do początku nowego tysiąclecia - Mercedes zbudował wtedy 55 egzemplarzy modelu CL 55 AMG F1 Edition, bazującego na samochodzie bezpieczeństwa F1 z sezonu 2000. Na szerszą skalę hamulce ceramiczne wprowadziło do oferty Porsche w 2001 r. (PCCB - Porsche Composite Ceramic Brakes) - były standardem w modelach 911 GT2 i 911 Turbo S, opcjonalnie oferowano je w zwykłym 911 Turbo i w Carrerze 4S.

Porsche wprowadziło w 2019 r. inną bardzo ciekawą nowość - układ PSCB (Porsche Surface Coated Brakes). Bazują one na tarczach żeliwnych, ale jednym z etapów produkcji jest „bombardowanie” tychże tarcz cząstkami węglika wolframu z prędkością ponaddźwiękową, a następnie wtapianie ich w żeliwo przy pomocy lasera. Tego rodzaju hamulce są, według Porsche, o 10 proc. twardsze od konwencjonalnych, wystarczają na 30 proc. dłużej, a na dodatek aż o 90 proc. ograniczają pylenie. Można je rozpoznać po białych zaciskach (opisywane wcześniej PCCB ma zaciski w kolorze żółtym).

ABS również zaprojektowany został dla potrzeb lotnictwa, a w motoryzacji pojawił się później. Z czego nadal zdecydowanie zbyt wiele osób nie zdaje sobie sprawy, ABS nie został zaprojektowany po to, by skracać drogę hamowania - to jedynie pozytywny skutek uboczny, na dodatek występujący niemal wyłącznie na dobrej, równej i względnie czystej nawierzchni. System ABS powstał po to, by zapobiegać blokowaniu się kół podczas gwałtownego hamowania, a tym samym zachować jakąkolwiek sterowność (na zablokowanych kołach nie da się zmienić kierunku ruchu) i by umożliwić tym samym ominięcie przeszkody. Lata temu kierowcy ćwiczyli tzw. hamowanie pulsacyjne, które miało taki sam cel, ale żaden, nawet najlepszy kierowca, nie jest w stanie tak szybko uruchamiać i odpuszczać hamulca, jak zrobi to ABS (czyli ok. kilkanaście razy na sekundę, stąd charakterystyczny efekt terkotania i wyraźne wibracje na pedale hamulca, gdy ABS się uruchomi).

Pierwszym samochodem, w którym zastosowano podobny system (mechaniczny Maxaret), był Jensen FF z 1966 r. - układ działał jednak wyłącznie na tylne koła, więc mógł co najwyżej ustabilizować tył auta podczas wytracania prędkości i ewentualnie nieco skrócić drogę hamowania, ale nie pomagał w zachowaniu sterowności. Podobne systemy, ale sterowane elektronicznie, pojawiły się zaledwie kilka lat później m.in. w Fordzie Thunderbird i Lincolnie Continental III.

Pierwszy układ tego typu działający na wszystkie cztery koła zagościł w Chryslerze Imperial w 1971 r. - aż 7 lat przed ABS-em, który po raz pierwszy pojawił się w 1978 r. w Mercedesie klasy S. Pierwszym autem, które we wszystkich wersjach otrzymało seryjny ABS, był Ford Scorpio (na niektórych rynkach znany jako Granada) w 1985 r.

Jest to skrót od słów Brake Assist, choć spotyka się także inne nazwy. Stosuje się je głównie dlatego, że kierowca, który nie został nauczony hamowania awaryjnego, prawdopodobnie nie będzie w stanie zrobić tego poprawnie - wciśnie pedał hamulca zbyt słabo. Systemy BAS wykrywają szybkie i gwałtowne wciśnięcie pedału hamulca, po czym zwiększają ciśnienie w układzie do maksimum, nawet jeśli kierowca popełnił wskazany wyżej błąd.

Z pewnością nie, choć oczywiście większość rozwiązań zapewne już kiedyś wymyślono - jak choćby wzmacniające precyzję i siłę hamowania serwo (zaprojektowane już w 1927 r.). Dość powiedzieć, że nawet same mieszanki używane do produkcji klocków hamulcowych są regularnie modernizowane, choćby po to by przy zachowaniu podobnej skuteczności zmniejszyć poziom pylenia.