Co se děje při brždění

Pojďme pěkně od začátku a zopakujme si trochu fyziky ze základní a střední školy. Jelikož jsou brzdy u téměř všech v současnosti vyráběných motocyklů hydraulické, podívejme se, co se děje po zmáčknutí páčky brzdy. Z obrázku výše je zřejmé, že aktuační síla pomocí brzdové páčky je přímo přenesena (pákovým mechanizmem) na hlavní brzdový válec (aktuátor). Po zmáčknutí se tedy vyvine v hydraulickém vedení tlak. Tenhle tlak působí na plochu pístků brzdového třmene a vytváří tangenciální sílu. Průměr hlavního brzdového válce je menší, než průměr pístku brzdového třmenu, na rozdílu těchto ploch závisí také hydraulický převod. Čím větší je součet ploch pístků brzdového třmenu, tím větší bude převodový poměr při stejném aktuátoru, také ale bude potřeba jeho větší dráhy.

Když si budete chtít vyměnit brzdy, je potřeba vědět proč tak děláte a čeho tím chcete dosáhnout. Když zaměníte pouze brzdový třmen za jiný, který má klidně i stejnou plochu pístků, může dojít k přitvrzení nebo naopak změknutí systému. Je to dáno hydraulickou deformací pouzdra a vnitřních částí. Když vyměníte brzdový třmen za třmen s větší plochou pístků, můžete dosáhnout většího chodu brzdové páčky, klidně i takového, který váš původní hlavní válec není schopen obsáhnout. Uvedený vzorec pro výpočet celkové síly působící na brzdové destičky je platný pouze pro brzdu, která má průměr všech pístků stejný. Při rozdílných průměrech pístků je zapotřebí místo násobení pomocí konstanty n spočítat jejich plochu. Podívejme se na obrázek níže, který zobrazuje děj na brzdovém kotouči.

Brzdný moment vzniká tím, že tangenciální síla přitlačuje brzdové destičky na kotouč, kde na třecím poloměru vytváří brzdnou sílu. Tenhle poloměr je definován jako těžiště styčné plochy. Rozložení kontaktního tlaku styčné plochy destičky se mění pro různé tlaky a deformace pouzdra, tudíž se plynule mění i přesná hodnota třecího rádiusu. Tyhle změny není možné změřit. Pro výpočtové účely se tedy používá zjednodušený přesně definovaný poloměr tření. Brzdná síla je závislá na koeficientu tření mezi třecím materiálem destičky a kotoučem. Při měření je tahle změna zaznamenána také jako změna třecího koeficientu, ačkoliv k němu nemuselo právě dojít.

Na grafu níže můžeme sledovat změnu koeficientu tření v závislosti na teplotě. Černou je vyznačena křivka běžných brzdných materiálů a modrou je křivka sportovních materiálů. Běžnými materiály jsou ocelový disk a třecí materiál destičky ze spékaných kompozitů. Konkrétní složení brzdových destiček je závislé na konkrétním použití (EU nebo USA trh apod.), a také na materiálu disku. Když koupíte jinou značku brzdových destiček (než výrobce doporučuje), je možné, že tuhle změnu bude provázet minimálně hluk, zvýšené opotřebení kotouče nebo v horším případu vyšší tepelné zatížení a prodloužená brzdná dráha. Jak lze pozorovat, teplota vadnutí brzdného účinku je u běžných materiálů kolem 400°C, běžná teplota během jízdy se pohybuje mezi 100-250°C.

Za sportovní brzdy považujeme obyčejně karbon-keramickým disk v kombinaci s kompozitovým třecím materiálem (odlišného složení než u ocelových disků). Jak je vidět v grafovém porovnání, efektivita (nebo třecí koeficient) je u sportovních brzd mnohem vyšší než u komerčních brzd. Nižší hodnoty dosahuje pouze za studena.

Šipkou na grafu je znázorněn bod vadnutí brzdového systému, tzv. fading. Vadnutí komerčních brzd začíná při teplotě 400°C, u sportovních zásadně převyšuje 500°C. Extrémní případ přehřátí brzdového systému po fadingu si můžete prohlédnout na obrázku výše, kde testovaný kotouč překračuje hranici 750°C. Bod začátku vadnutí je zajímavý z hlediska limitu brzdy. Po tepelné kalkulaci se ve vývojé fázi dělají testy na dynamometrech, nikoliv na testovacích vozidlech. Úlohou vývoje brzdy je zabránit vadnutí i během extrémní jízdy. Zajímá nás také, co se děje po fadingu a jak prudké je vadnutí. Malá brzda na velkém motocyklu (když to přeženeme - brzda z kola na géesu) se bude přehřívat a hořet. Když se totiž dostáváte za bod, kdy začne vadnout brzdný účinek, musíte k dosažení požadované brzdné síly brzdit vyšším tlakem a zahřívání systému se během brždění zvyšuje rychleji. Platí však rovnice, že čím je teplota kotouče vyšší, tím rychleji chladne. Důležitá vlastnost kotouče je tudíž jeho schopnost odvézt teplo, karbon-keramické kotouče chladnou mnohem rychleji než ocelové.

U předimenzovaného systému (když to přeženeme - brzda z auta na skútru) nemusí nikdy k fadingu dojít. Na motocyklech se brzdí relativně malá setrvačnost, a tak kinetická energie, kterou je potřeba proměnit na tepelnou, není, v porovnání s auty, mnohdy tak kritická. Proto víc motocyklů sdílí stejné brzdy a je také možné zaměnit původní systém, nebo jeho části, za výkonnější.

Dobrá rada: Kotouče a brzdové destičky je dobré mít od jednoho výrobce, nebo jeho původního dodavatele, tím zabezpečíte dobrou funkci brzd. Čím je tenhle set levnější, tím větší je možnost, že vám bude brzda minimálně pískat (cenu brzdových kotoučů a destiček totiž určuje objem finančních prostředků vynaložených na jejich vývoj).

Už víme, co se děje s brzdami, pojďme se podívat, co se děje s motocyklem při brždění. Jako figurant nám opět nám poslouží Helmut. Obrázek výše znáte z předešlého článku o geometrii řízení, dnes se však dovíme, jak změna rozložení sil vypadá v reálných číslech.

Jednoduchým měřením statického zatížení se lze dopracovat k poloze těžiště našeho motocyklu. Výpočet ukazuje, že Helmutův sportovně-cestovní Japonec má statické rozložení hmotnosti s jezdcem 53 % na předním kole a 47 % na zadním (53:47 ve prospěch přední nápravy). Pomocí stejné momentové rovnice vzhledem k bodu kontaktu kola s vozovkou B (nebo A) pak můžeme také dopočítat výšku těžiště tím, že změříme stejné statické hmotnosti na nakloněné rovině. To nám přinese jednu goniometrickou funkci navíc, se kterou vás tu drtit nebudu v obavách, že bych i těch pár zbylých čtenářů k smrti vyděsil. Logiku však najdete na obrázku níže. Tyhle výpočty jsou v dnešní době produktem simulačního oddělení vývojového centra. Brzdy motocyklu musí být navrhovány s ohledem na přídavnou zátěž v podobě kufrů nebo spolujezdce.

Když máme vypočítanou polohu těžiště, můžeme se podívat na setrvačnou sílu při brždění. Helmut je starý mazák a dokáže se svou motorkou zastavit z rychlosti 100 km/h na dráze 64 metrů, což je za rovnoměrného brždění decelerace odpovídající hodnotě 0,6 g. Pokud mi nevěříte, zkuste si to. Naše nové mašiny s povinným ABS dokáží tenhle manévr úplně bez rizika a pomocí aplikace ve vašem chytrém telefonu hned uvidíte hodnotu přetížení v g. Pokud chcete poznat limity své motorky, tak si najděte kousek opuštěné silnice a zkuste zpomalení na hraně, kdy vám ještě nezasahuje ABS.

Pořád stejná rovnice, akorát tu při akceleraci či deceleraci máme o jednu sílu navíc. Momentová rovnost všech sil, které působí na motocykl vzhledem ke kontaktnímu bodu kola s vozovkou. Dle výsledku má Helmutův motocykl při zpomalení 0,6 g rozložení hmotnosti 85,3 : 14,7 ve prospěch přední nápravy. Znamená to, že na zadním kole je ve stejném poměru i méně trakce. Stejným způsobem lze dopočítat také zrychlení, akorát bude mít vektor setrvačné síly opačný směr.

Jenom pro srovnání, typické rozložení hmotnosti automobilu při přetížení do 1g je 70:30 ve prospěch přední nápravy. U motocyklu máme relativně malý poměr rozvoru kol a výšky těžiště, tudíž často stačí k brždění používat pouze přední brzdu. Přední brzdy jsou u všech vozidel z tohoto důvodu větší než zadní, extrémní případ jsou supersportovní motorky, kde přední dva kotouče ostře kontrastují s jednou malou brzdičkou na zadním kole. Také je možné při brždění motocykl postavit na přední kolo, jak to vídáme v SBK nebo GP. To je znakem maximálního možného zpomalení, jaké lze na konkrétním motocyklu s konkrétním jezdcem a při konkrétní technice jízdy dosáhnout.

Správná technika brždění je jenom jedna, zobrazena zeleným trojúhelníkem na obrázku níže. Začátek brždění je prudký, postupně brzdu uvolňujeme, až se dostaneme k začátku zákruty. V sedle motocyklu jsme v přední části a nohama svíráme nádrž motorky. Ruce jsou uvolněné a při přejezdu nerovnosti nepůsobí silou, ale pouze jako tlumič pro případ kmitání řídítek (závlek se o správný směr postará). V momentu, kdy začneme motocykl naklápět, brzdu uvolňujeme. Sportovní brždění může být poněkud prudší, ale se stejnou logikou, přičemž vždy platí stejné pravidlo, že začátek brždění je prudší a jak se přibližujeme k apexu, brzdu uvolňujeme. Kromě toho, že si vytváříme rezervu v brždění, též máme možnost regulovat brždění podle situace před nebo za námi, je-li tomu zapotřebí. Tohle platí jak pro sportovní jízdu na okruhu, tak i pro běžnou jízdu do práce nebo kolem světa. Platí to při brždění před zákrutou, ale také při dobrzďování na semaforu a před křižovatkou, stejně tak pro motorky, auta a všechny prostředky na kterých jezdíme na suché vozovce nebo v lijáku.

Špatná technika brždění je zobrazena červeným trojúhelníkem. V grafu je na svislé ose dráha (nebo čas) a na vodorovné ose hodnota zpomalení (decelerace). Jak je vidět, nesprávná technika je začít zlehka a postupně přidávat a doufat, že to vyjde, následované prudkým uvolnění brzdové páky. Tenhle styl jízdy je nebezpečný a většinou vám zaručí minimálně špatnou stopu, navíc už nemáte žádnou rezervu. Prudké uvolnění brzd způsobí prudkou změnu geometrie řízení a ovládacích sil, tudíž zapříčiňuje nemožnost správného nasměrování motocyklu do zákruty.

Teorie je sice všem jasná, ale realita se bude, jak už to bývá zvykem, trošku lišit. Započteme-li reakční časy a rychlost mačkání brzdové páčky, měření tlaku brzdového systému na okruhu může vypadat dle obrázku níže. Červená barva je brždění za sucha, modrá znázorňuje mokrou trať. Na suché vozovce je vidět, že jakmile dosáhneme požadovaného zpomalení, je třeba brzdu uvolňovat. Na mokré trati je rezerva větší, brždění začíná dřív a uvolňování je pozvolnější. Také můžeme vidět to, že motocykl brzdí i v nájezdu do zatáčky a brzdy se uvolňují těsně před apexem, což je při sportovní jízdě běžné. Dnešní jízdní asistenti ABS a kontrola trakce umožňují i takovéto manévry na hraně gripu s relativně vysokou mírou bezpečí.

Období jara často dominuje statistikám dopravních nehod. Ti, kdo máme zimní pauzu, si často sedáme za řídítka s pocitem školáčka před učitelkou matematiky. Před dveřma garáže se mnohdy sám sebe ptám, jestli jsem to ještě nezapomněl. První kilometry však dodají odvahy. Kromě horší trakce si plechovkáři přes zimu odvykli, že jsou na cestách pánové v jedné stopě a kritických situací bývá zpravidla víc. Mějte na paměti, že kromě celoročního předvídavého ježdění, je zapotřebí být připraven brzdit, protože jde o život. Tak co, vyzkoušíte i vy limity svého motocyklu?

Informace o redaktorovi

Marek Janoušek - (Odebírat články autora)