Teoretycznie drogę hamowania można obliczyć z prostego wzoru z fizyki. Przyjmując, że pojazd będący w ruchu ma pewną energię kinetyczną, która jest zamieniana na pracę związaną z zatrzymaniem pojazdu, mamy dwa wzory:
- Energii kinetycznej – Ek= 1/2 * m * v2 (m – masa pojazdu, v – prędkość)
- Pracy - W= T * Dh (gdzie siła tarcia T= m*μ*a, opóźnienie op=μ*a , μ -współczynnik tarcia, Dh- droga hamowania).
- Tym samym 1/2 * m * v2 = m * op * Dh Stąd: Dh = v2 / 2 * op.
Więcej porad dla kierowców znajdziesz na stronie głównej gazety.pl
Wg skryptów z fizyki przybliżoną drogę hamowania Dh samochodu osobowego, wyrażoną w metrach, na suchej nawierzchni można obliczyć ze wzoru Dh=0,0052v˛, gdzie v oznacza prędkość w km/h (op przyjęto ponad 7 m/s2 )
Oznacza to, że jadąc 50 km/h droga hamowania to 13 m, przy prędkości 70 km/h to 25,48 m, przy 90 km/h to już 42,12 metra, przy 100 km/h to 52 metry, a przy 120 km/h to 74.88 m.
Niestety są to wyliczenia czysto akademickie.
Faktycznie interesująca jest droga zatrzymania pojazdu, czyli odcinek jaki przejedzie samochód od chwili gdy kierowca dostrzeże niebezpieczeństwo, aż do chwili, gdy pojazd się zatrzyma.
Tym samym obliczana wcześniej droga hamowania (50km/h-13m, 70km/h-25,48m, 90km/h-42,12, 100km/h- 52m, 120 km/h-74,88m) jest tylko jednym z czynników składowych.
Faktyczna droga zatrzymania to odległość będąca sumą drogi hamowania, drogi pokonanej w czasie reakcji kierowcy i drogi wynikającej z momentu skasowania wszystkich luzów w układzie hamulcowym
Reakcja kierowcy, czyli pierwsza część drogi zatrzymania
Przyjmuje się, że od czasu gdy kierowca dostrzeże niebezpieczeństwo, do chwili gdy położy nogę na pedale hamulca upływa od 0,5 do 1 sek.
W tym czasie oko rejestruje obraz i przekazuje informację do mózgu. Tam następuje weryfikacja obrazu i określenie niebezpieczeństwa. Kolejnym etapem jest impuls nerwów wymuszający przełożenie stopy na pedał hamulca. Dodatkowo mózg określa z jaką siłą należy nacisnąć hamulec.
Szybkość wykonania przez mózg tej reakcji zależy od dwóch czynników: samopoczucia i odruchów warunkowych
Samopoczucie to zespół czynników pozwalających na poprawne widzenie (szybkość dostrzeżenia przeszkody), poprawną i szybką reakcję mózgu (pracę tę zakłócają leki psychotropowe, alkohol, narkotyki, ale także zmęczenie i osłabienie związane z chorobą, czy podwyższoną temperaturą), oraz szybkie ruchy kończyną (osłabienie po ćwiczeniach, kontuzje, złe ubranie itd).
Odruch warunkowy to zminimalizowanie pracy mózgu do niezbędnego minimum na zasadzie zero-jedynkowym: czyli niebezpieczeństwo-reakcja. Taka sytuacja wymaga jednak wypracowania nawyków, a te można uzyskać jedynie podczas wielogodzinnego treningu (najogólniej mówiąc zależy to od ilości przejechanych kilometrów).
Niemniej warto zauważyć, że bez względu na fakt szybkości i wyuczenia odpowiednich nawyków, samochód i tak przejedzie pewną odległość zanim kierowca położy nogę na pedale hamulca. Podaliśmy drogę w metrach jaką samochód pokonuje jadąc przez 0,5-1 sekundy, gdy porusza się z daną prędkością.
- 50 km/h : 6,95 – 13,9 metrów,
- 70 km/h: 9,7-19,4 metra,
- 90 km/h: 12,5 – 25 metra,
- 100 km/h: 13,9-27,8 metra.
- 120 km/h: 16,6-33,3 metra
Naciskamy pedał hamulca i... druga część drogi zatrzymania
Od chwili położenia nogi na pedale hamulca, do dociśnięciu okładzin ciernych także upływa czas ok 0,5 -1 sek. Zatem pojazd znowu swobodnie przesuwa się o kilka metrów
- 50 km/h : 6,95 – 13,9 metrów, 70 km/h: 9,7-19,4 metra, 90 km/h: 12,5 – 25 metra,
- 100 km/h: 13,9-27,8 metra. 120 km/h: 16,6-33,3 metra
Jest to efektem czasu potrzebnego na : wytworzenie odpowiedniego ciśnienia w układzie i skasowania luzów: pedał hamulca - tłok pompy, tłoczki zacisków - klocki hamulcowe, klocki hamulcowe – tarcze.
O tym jak ważnym czynnikiem jest wyeliminowanie straty czasu, związanego z przygotowaniem układu do hamowania, najlepiej świadczy fakt iż jest to priorytet w układzie PRE SAFE opatentowanym przez Mercedesa w roku 2002 (pierwsze zastosowanie Klasa S). Układ ten jest obecnie standardem wielu nawet popularnych konstrukcji. W przypadku wykrycia niebezpieczeństwa są wówczas domykane okna, napinane pasy bezpieczeństwa i... zwiększane ciśnienie w układzie hamulcowym.
W przypadku starszych samochodów, często mamy zużyte elementy układu hamulcowego, a to dodatkowo wydłuża czas pomiędzy położeniem nogi na pedale hamulca, a rozpoczęciem procesu wytracania prędkości. W tym wypadku, oprócz „normalnego" kasowania luzów wynikających z konstrukcji układu, dochodzą dodatkowe problemy niepoprawnej (za wolnej) pracy poszczególnych elementów.
Ważna jest też siła nacisku na pedał hamulca. Siła nacisku nie od razu jest maksymalna, lecz przy normalnym ruchu nogi rośnie w sposób liniowy. Często zdarza się jednak, że kierujący gwałtownie naciska na pedał, a potem cofa nogę zmniejszając ciśnienie w układzie i siłę docisku okładzin. Aby wyeliminować to zjawisko zastosowano system BAS (Brake Assist System). Polega ono na tym, że wykrywając nagłe naciśnięcie pedału hamulca, czujnik pedału hamulca odczytuje ten fakt i wysyła informację do pompy ABS. Jej zadaniem jest zwiększenie ciśnienia w układzie hamulcowym niewspółmiernie bardziej w porównaniu do tego, z jaką siłą kierowca nacisnął pedał. Zazwyczaj towarzyszy temu zapalenie się świateł awaryjnych, które mają zwrócić uwagę kierowcy jadącego za nami.
Rozpoczynamy hamowanie, czyli trzecia część drogi zatrzymania
Jak widać z tego zestawienia pojazd w pełni sprawny i z bardzo dobrym kierowcą za kierownicą pokona przy prędkości 100 km/h aż 27,8 metra zanim nastąpi faktyczne wytracanie prędkości.
Dopiero dalej rozpocznie się bowiem właściwa droga hamowania wynikająca z tarcia opona-nawierzchnia. Przyjmując iż mamy idealną oponę (model fizyczny, nie konkretne ogumienie)
wszystko zależy od rodzaju nawierzchni. Podaliśmy kilka przykładów współczynnika tarcia μ, dla różnych nawierzchni.
- Najbezpieczniejszą jest nawierzchnia betonowa. Jest gładka, lekko porowata, a w czasie deszczu nie staje się zbyt śliska.
Beton: suchy μ = 0,8-1,0; mokry μ = 0,6-0,8.
- Nawierzchnia asfaltowa jest bardzo przyjemna do jazdy ale tylko wtedy, gdy jest sucho i niezbyt gorąco. W czasie deszczu asfalt staje się śliski i wymaga znacznego ograniczenia prędkości, a w upalny dzień rozgrzany asfalt jest miękki i nagrzewa opony, ograniczając styk i przyczepność.
Asfalt: suchy μ = 0,7-0,8; mokry μ = 0,4-0,5
- Nawierzchnia z kostki bazaltowej w miarę eksploatacji staje się niebezpiecznie gładka, a podczas deszczu jest bardzo śliska.
Kostka: sucha μ = 0,6-0,7; mokra μ = 0,3-0,5
- W przypadku drogi gruntowej decyduje przede wszystkim rodzaj podłoża.
Droga gruntowa: sucha μ = 0,5-0,6; mokra μ= 0,3-0,4
Kiedy nawierzchnię drogi - obojętnie jakiego rodzaju - pokryje szczelna warstewka śniegu, przyczepność kół do jezdni maleje i współczynnik wynosi μ =0,1-0,4
- Gdy nawierzchnia drogi pokryje się warstewką lodu (gołoledź), siła przyczepności prawie zanika.
Droga oblodzona: μ =0,05-0,15
Dla przykładu warto zestawić owe dwie skrajności: beton suchy μ = 1,0 i beton oblodzony μ = 0,05, czyli: na betonie oblodzonym siła przyczepności kół do nawierzchni maleje dwudziestokrotnie.
Karambol na drodze
Wyjaśniając fakt zatrzymania samochodu warto zwrócić uwagę jak powstaje zjawisko karambolu. Przyjmiemy, że sznur samochodów jedzie w odległości po 50 metrów za sobą. Są to nowe pojazdy, mają one dobrych kierowców, a ich prędkość to 100 km/h.
Gdy pierwszy zaczyna hamować (czyli zapalają się światła stop), następne, jadące za nim zbliżają się o ok 27 metrów. Tyle bowiem wynosi przejazd w czasie reakcji kierowcy drugiego auta od zobaczenia świateł stop do rozpoczęcia hamowania (reakcja tylko 0,5 sekundy) i rozpoczęcie właściwego wytracania prędkości (wspomniane kasowania luzów także przyjmujemy 0,5 sekundy). Tym samym odległość między pierwszym i drugim zmalała do 23 metrów.
Gdy trzeci pojazd zobaczy światła poprzednika rozpoczyna hamowanie, ale także jest już oddalony od bagażnika auta drugiego tylko 23 metry. Równocześnie drugi samochód zbliżył się do pierwszego, gdyż ten rozpoczął już gwałtowne hamowanie, podczas gdy on dopiero rozpoczyna wytracanie prędkości.
W efekcie odległości między autami ulegają zmniejszeniu. Jeżeli którykolwiek kierowca ma gorszą reakcję (czas reakcji jest dłuższy) lub ma mniej sprawny samochód (kasowanie luzów trwa dłużej), odległości niebezpiecznie się skracają. Także układy hamulcowe w różnych samochodach mają inną skuteczność. Zależny to od konstrukcji układu, ale także od okładzin ciernych i opon. Dokładnie pokazują to testy ADAC które zamieszczamy w tabeli.
W efekcie odległości się skracają i... pojazd zatrzyma się na bagażniku poprzednika. Wtedy zaś zaczyna się efekt domina. Trwa to do czasu, aż ktoś ma na tyle dużą odległość od poprzednika, że zdąży bezpiecznie wyhamować lub... zaczyna hamować widząc światła hamowania samochodów wcześniejszych.
Pamiętajmy więc, że auto nawet z najbardziej sprawnym układem hamulcowym, zanim rozpocznie wytracać prędkość, musi przejechać pewien odcinek bez hamowania. Jak długi jest to odcinek zależy głównie od predyspozycji człowieka. W przypadku mniej sprawnego układu, dochodzi jeszcze problem natury technicznej.
