Istorija: Kočnice (I)

Snažan motor bez jednako tako snažnih kočnica isto je što i pitbull bez lanca. Stoga ćemo se pozabaviti temom zaustavljanja automobila, te svime što nam je za to potrebno

Nema tome sumnje, automobil (ili bilo koje vozilo) najjednostavnije je zaustaviti tako da ga zabijete u zid. No, u tom bi slučaju vijek trajanja našeg prevoznog sredstva bio poprilično kratak. Štoviše, u većini slučajeva kratak bi bio i vijek trajanja onoga ko njime upravlja. Upravo stoga, još u vremenima davno prije nego li je Bertha Benz provozala Richarda i Eugena put Pforzheima, izmišljene su kočnice.

Istorija kočnica duža je od istorije samih automobila jer, ne zaboravimo, čovjek je upravljao i kočijama koje su,zavisno o raspoloživom konju, bile itekako brze. No, da neko ne bi pomislio kako je ovo štivo isključivo zabavnog karaktera, recimo da su kočnice mehanička naprava namijenjena pretvaranju kinetičke energije u druge oblike, najčešće toplinu (putem trenja) ali i električnu te potencijalnu energiju.

A, s obzirom da kinetička energija (Ek) raste s kvadratom brzine (v) (tijelo koje se kreće brzinom od 10 km/h ima 100 puta veću kinetičku energiju od onoga koje se kreće brzinom od 1 km/h), brzo nam postaje jasno koliki se zahtjev postavlja pred kočnice modernog automobila. Pogledamo li formulu, kojom izračunavamo kinetičku energiju, vidljivo je kako i masa (m) utiče na povećanje energije. Upravo stoga, kada vidite da u našim testovima prigovaramo zbog velike mase nekog automobila, sjetite se da razlog tome leži upravo u ovoj formuli.

U današnje automobile se po pravilu ugrađuju dvije vrste kočnica: disk i doboš kočnice. Doboš kočnice su jednostavnije konstrukcije i omogućiće slabiju silu kočenja od disk kočnica. Zapravo, doboš kočnice su nekad bile jedino rješenje, a danas ih susrećemo tek kod automobila manje mase i nižih performansi. te isključivo na zadnjim točkovima. Naime, prilikom kočenja dolazi do prenosa opterećenja prema prednjoj osovini (prednjem dijelu vozila). Upravo stoga su zadnje kočnice uvijek manje opterećene od prednjih te mogu biti i slabijih performansi. No, danas se, u sve snažnije motorizovane i/ili teže automobile ugrađuju disk kočnice na svimtočkovima, s time što su prednje u pravilu ventilirane.

O smještaju kočnica ne treba mnogo govoriti. Iako je, u prošlosti, bilo nekih varijacija na temu, one su po pravilu montirane na glavčinu točka. To znači da kad stavimo točak, kočnica ostaje unutar naplatka. U sljedećim ćemo nastavcima vidjeti i da u veće naplatke stanu i veće kočnice itd.

Naime, bitno je napomenuti kako se sila kočenja u automobilu prenosi hidrauličkim putem. Dakle, kada pritisnete papučicu kočnice, pomakne se klip u tzv. glavnom kočničkom cilindru. On, pak, pokrene tečnost cijevima od kojih po jedna vodi do svake kočnice i ako sve štima kako je konstruktor zamislio, automobil će usporiti, a samim tim na kraju i zaustaviti.

Zaustavni put

Put koje vozilo pređe od trenutka kada vozač uoči potencijalnu opasnost do trenutka kada je vozilo u potpunosti zaustavljeno.

Zaustavni put odrediće dva činioca:

– vrijeme reakcije vozača i
– put kočenja, tj. put koji će vozilo preći od potpunog pritiska na papučicu kočnice do potpunog zaustavljanja

Za svaki od navedenih činilaca imamo i prigodnu formulu pomoću koje ćemo izračunati put pređen tokom vremena reakcije vozača (s reakcija) i onaj koji vozilo pređe tokom samog kočenja (s kočenje). Zbrojene, ove dvije udaljenosti predstavljaju zaustavni put vozila, zavisno od brzine kretanja (v) (navedene formule podrazumijevaju da u njih unesemo brzinu izraženu u km/h, pri čemu je dobijeni put izražen u metrima).

Svakako, zaustavni put zavisi od cijelog niza činilaca pa navedene formule (koje vrijede za suvi asfalt) treba uzeti s velikom rezervom. Uobičajeno, dok možemo zaključiti kako je vrijeme reakcije zavisno tek od osobe koja se nalazi za upravljačem, put kočenja zavisi od trenja ostvarenog između guma i asfalta (što, pak, zavisi od sastema i konstrukcije gaznog sloja gume te o vrsti podloge), aerodinamičkom otporu vozila, njegovoj masi itd. Posebno značajan činilac je i stanje asfalta – je li suv ili mokar, pokriven snijegom…

Nadalje, vrijeme reakcije vozača sastoji se od dva činilaca: vremena same reakcije nakon što vozač uoči neku opasnost (obično 1/4 do 1/2 sekunde) i vremena potrebnog da makne nogu s papučice gasa i pritisne papučicu kočnice (obično 1/4 do 3/4 s). I, ta su vremena značajno različita, od osobe do osobe. No, pored vozača, znatne razlike u stvarnom zaustavnom putu uzrokovat će i stanje ceste, kvaliteta asfalta, konkretna mješavina i konstrukcija gaznog sloja gume, temperatura okolne u trenutku sudara itd. Svi ovi činioci trebali bi biti uzeti u obzir prilikom vještačenja. Dakle, konkretan koeficijent trenja između određene gume i određene ceste pri nekoj temperaturi i vlazi, a trebalo bi i izmjeriti reakciju konkretnog vozača. Svakako, malo ili ništa od navedenog vještaci u praksi ne sprovode, a razlike u dobijenim rezultatima mogu biti itekako velike. No, ostavimo tu temu za neku drugu priliku…

Na kraju, bitno je primijetiti da se put kočenja znatno razlikuje između teorije i prakse. No, recimo kako se teorija odnosi na “najgori mogući scenario”, dok praksa pokazuje vozila testirana u optimalnim uslovim, s profesionalnim visoko sposobnim vozačem iza upravljača. Zato je i razlika između puta kočenja nekih konkretnih automobila i teorijskog puta kočenja zaista velika, čak i kada teorijski put podijelimo sa 2, što se smatra situacijom paničnog kočenja (i tada bi npr. put kočenja sa brzine od 100 km/h bio dug 50 m, dok je u praksi najčešće kraći od 40 m).

A, što je sa snijegom? Kakva je razlika među gumama?

Vjerojatno nije neka posebna mudrost zaključiti da je put kočenja (sada, dakle, govorimo o dijelu zaustavnog puta iz kojeg je izostavljeno vrijeme reakcije vozača) na klizavim podlogama koje imaju manje trenje od asfalta – veći. Sledeće vrijednosti opet mogu znatno varirati, zavisno od uslova, no načelno se smatra da je put kočenja u poređenju  sa onime na suvoj podlozi:

– 1,7 puta duži na mokrom
– 2 puta duži na bljuzgavici
– 3 puta duži na rastresitom snijegu
– 4 puta duži na utabanom snijegu

Nadalje, zanimljivo je vidjeti kako reaguju ljetne / zimske gume u zimskim uslovima. Tako je put kočenja na snijegu 23% duži s ljetnim gumama (43 naprema 35 m, sa brzine od 50 km/h) nego li sa zimskim, dok na ledu ta razlika iznosi 20% (68 naprema 57 m), ali sada sa brzine od samo 30 km/h.

Kako bi cijela priča bila dodatno komplikovana, testovi su pokazali da različiti modeli guma garantuju i različite puteve kočenja. Nekoliko tipova pneumatika u dimenzijama između 14 i 16 cola pokazalo je dužinu puta kočenja na suvoj podlozi (sa brzine od 100 km/h) koja se kreće između 37,1 pa sve do 41,7 metara.

Konačno, ne zaboravimo niti druge načine kretanja. I dok automobil s brzine od 50 km/h (tipična situacija u gradskom prometu) ima zaustavni put od 40 m, za isto (vrijeme reakcije + put kočenja) motociklu (40 km/h) je potrebno 28 m, mopedu (25 km/h) 14 m, biciklu (20 km/h) 10 m, a pješaku (5 km/h) 1,75 m. Dakako, pješak koji hoda normalnom brzinom zaustavit će se praktički na mjestu, no vrijeme potrebno za reakciju i dalje će mu oduzeti nekih metar i pol.

Ne zaboravimo: prije nekih dvije stotine godina…

Da sada ne ulazimo u razloge zbog kojih je neko vozilo potrebno usporiti (vjerujemo kako su očiti), na početku ove priče opisat ćemo prabaku svih kočnica – drvenu “papuču” koja je pritiskala točak. Ovaj jednostavni način usporavanja osmišljen je u davnim vremenima za primjenu na kočijama, a sastojao se od nekakvih poluga koje su potiskivale (najčešće drveni) blok prema točku. Jednom pritisnut, ovaj je blok uzrokovao trenje koje bi (uz ponešto sreće i snažnu ruku na spomenutoj polugi) usporilo predmetni točak.

Svakako, takva je konstrukcija kočnica sa sobom donijela cijeli niz problema. Od asimetričnog usporavanja (djelovala je najčešće samo na jedan točak), do brzog trošenja dijelova koji su bili u kontaktu, prvenstveno drvenog bloka (danas bi smo ga zvali kočionom pločicom). No, povuci-potegni, ovakve su kočnice svoje mjesto našle i na prvim automobilima. Konkretno, na dugoj je poluzi bio montiran zakrivljen komad metala (čija je zakrivljenost pratila zakrivljenost točka) presvučen kožom koja je služila kao zamjenjiva kočiona obloga.

Zbog poprilično groznog uticaja na točak, ovakve su se kočnice pokazale podosta nepraktičnim sa širenjem upotrebe pneumatika (automobili su do tada imali točkove sa obručima od pune gume, a kočije najšeće od metalnih prstenova) koji su bili kudikamo osjetljiviji, te su pucali već i pri samoj pomisli da se pri punoj brzini u njih zabije komad drva (metala ili čega već)… Konačno, ove su pradavne kočnice bile djelotvorne tek pri zaista malim brzinama, smatra se, do 30-ak km/h (zavisno od mase vozila, no nemojmo zaboraviti ni kako su kočije bile kudikamo brže od ranih automobila – Benz Patent Motorwagen dostizao je 16 km/h).

Izum pneumatika, škotskog veterinara Johna Boyda Dunlopa, tako je zauvijek promijenio priču o kočnicama. Naime, kako bi se zaštitio pneumatik koji nije mogao trpjeti način kočenja trenjem (poput točka od pune gume), u širu su upotrebu ušle pojasne kočnice koje koriste čeličnu traku obavijenu oko vratila točka (najčešće oko tzv. “bubnja” postavljenog na vratilo). Ova se traka (pojas) zatezala nekakvom polugom što je stvaralo trenje i tako usporavalo vratilo te, posredno, točkove. Prema legendi o putovanju u Pforzheim, Bertha Benz je na Patent Motorwagen-u morala mijenjati kožne obloge bloka za kočenje. Ipak, slika gore (preuzeta iz jedne knjige objavljene 1936.) pokazuje upravo pojasnu kočnicu na tom, prvom automobilu.

I, za kraj ovog istorijskog uvoda, spomenućemo još jedan način kočenja, više ili manje uspješno primijenjen na prvim automobilima. Nesumnjivo neobičan, ovaj se sistem sastojao od metalnog šiljka koji se zabijao u podlogu (cestu). Koliko je ta metoda bila raširena i na kojim je vozilima primijenjena, nije poznato.

autonet.hr