Know How: Συστήματα πέδησης Part I

Ένα υποτιμημένο -για τους πολλούς- υποσύστημα

Ο πολύς κόσμος σκέφτεται τη λέξη φρένα μόνο σε κανένα φρενάρισμα πανικού, όταν κοκκαλώσουν οι μπροστινοί, άντε και όταν τους βγει το κοστούμι για νέες δισκόπλακες στο «μεγάλο σέρβις». Από την άλλη, ρωτήστε οποιονδήποτε επαγγελματία ή ερασιτέχνη αγωνιζόμενο και θα σας πει ότι τα φρένα είναι «πιο ζωτικό-πεθαίνεις» κομμάτι των επιδόσεων του αυτοκινήτου. Τέτοια είναι η ...γκάμα των απόψεων που θα βρει κανείς σχετικά με αυτό το υποσύστημα του αυτοκινήτου. Και αυτό επειδή τα φρένα είναι ταυτόχρονα θέμα ασφαλείας και επιδόσεων: όπως θέλουμε το αυτοκίνητο να επιταχύνει σωστά-καλά-δυνατά, το ίδιο θέλουμε και να επιβραδύνει, οπότε η βαρύτητα που πρέπει να δίνεται σε ολόκληρο το σύστημα πέδησης είναι μεγιστοτιτανοτεράστια. Για να το πούμε απλά, ένα αυτοκίνητο με φρένα-άγκυρες σου τονώνει την οδηγική αυτοπεποίθηση και σου αυξάνει την οδηγική απόλαυση. Ένα αυτοκίνητο με φρένα σαν το BMX σας, παλιά (όταν φρενάρατε με το παπούτσι στη ρόδα), μπορεί να είναι από ψυχολογικά τρομακτικό -με την κακή έννοια- μέχρι επικίνδυνο για οτιδήποτε ζωντανό ή μη (και οι κολώνες έχουν ψυχή) γύρω σας. Και ενώ υπάρχουν εφαρμογές που πρακτικά θέλουμε τα φρένα απλά να ...σταματάνε το αυτοκίνητο υπό νορμάλ συνθήκες, υπάρχουν εφαρμογές που θα χρειαστεί να σταματήσουμε τόνους βάρους διαδοχικά από τα 200 ή τα 300 χιλιόμετρα χωρίς να λιώσει το σύμπαν. Χρησιμοποίησα πιο πάνω τόσο τη λέξη «σύστημα» όσο και τη λέξη «υποσύστημα» μιλώντας για φρένα. Ενώ, λοιπόν, σε πρώτη θεώρηση κάποιος θα θεωρούσε το «υποσυστήμα» ως πιο σωστό χαρακτηρισμό, θεωρώντας τα φρένα απλά ένα μικρό υποσύνολο του οχήματος, στην πραγματικότητα πρέπει πιο σωστά να μιλάμε για ολόκληρο, ενιαίο, αναπόσπαστο, συνολικό «σύστημα» πέδησης, αν θέλουμε να περιλάβουμε σωστά ό,τι ανήκει σε «αυτό το σύνολο εξαρτημάτων που επηρεάζουν περισσότερο η λιγότερο άμεσα το πώς επιβραδύνει το αυτοκίνητο»: μπορεί ως «αυτό καθεαυτό υποσύστημα» τα φρένα να περιλαμβάνουν δίσκους-τακάκια-δαγκάνες και πιο πάνω υγρά-σωληνώσεις-τρόμπες-σέρβο-μοχλικά-πεντάλ κτλ., αλλά τεράστιο ρόλο στην πέδηση παίζουν και οι τροχοί (όπως θα δούμε, τα λάστιχα είναι πολύ πιο σημαντικά κι από τα ...φρένα), η ανάρτηση, το πλαίσιο, ακόμα και ο κινητήρας. Με άλλα λόγια, ολόκληρο το αυτοκίνητο, είτε ως ...σίδερο είτε ως στήσιμο-ζύγισμα-γεωμετρία, επηρεάζει την πέδηση περισσότερο ή λιγότερο. Στη σειρά αυτή που ξεκινάμε σήμερα και, πρώτα ο Θεός, θα μας πάρει καιρό, ζωή να ‘χουμε, θα επικεντρωθούμε φυσικά περισσότερο στο «υποσύστημα αυτό καθεαυτό» των φρένων, φυσικά, όμως, όπως θα δείτε, οι αναφορές στο ευρύτερο «σύστημα», που χαρίζει επιβράδυνση, θα είναι συνεχείς και δομικής σημασίας.

Ολίγη ιστορική αναδρομή

Ανέκαθεν τα τροχήλατα οχήματα, από ...ανακαλύψεως του τροχού και πολύ πριν την ανακάλυψη των κινητήρων, είχαν κάποιου είδους φρένα, με π.χ. τα φρένα των κάρων να μοιάζουν πολύ με τα φρένα των πρώτων αυτοκινήτων πριν εκατόν φεύγα χρόνια. Και μπορεί σήμερα να περηφανευόμαστε για τις πολυπίστονες δαγκάνες μας, τα δισκόφρενα-ταψιά και τα ηλεκτρονικά που κανονίζουν τα πάντα στα φρένα, αλλά, όπως καταλαβαίνετε, δεν ήταν πάντα έτσι τα πράγματα. Τα πράγματα, ως προς τις εξελίξεις στο σύστημα πέδησης, έχουν προχωρήσει τρομακτικά από την απαρχή της αυτοκίνησης μέχρι τη σήμερον ημέρα, αν λάβουμε υπόψη ότι τα πρώτα πρώτα φρένα ήταν απλά κυριολεκτικά τάκοι (μόλις συνειδητοποίησα, μετά από 35 χρόνια στη γη, ότι το «τακάκι» είναι το υποκοριστικό του «τάκου», βράχος-βραχάκι, τάκος-τακάκι, κοίτα να δεις) ολόκληροι, σε μέγεθος μικρού τούβλου, που έτριβαν τον τροχό. Οι βασικές αρχές φυσικής της υδραυλικής ή της τριβής δεν έχουν φυσικά αλλάξει, αλλά π.χ. έχουν αλλάξει τα υλικά της τριβής ή των σωληνώσεων. Η τριβή είναι μέχρι σήμερα η θεμελιώδης δύναμη πάνω στην οποία στηρίζεται η λειτουργία των φρένων - αυτό δεν άλλαξε ποτέ κατά την ιστορική εξέλιξη των φρένων -  αλλά οι συντελεστές τριβής, ανάλογα με τη θερμοκρασία, όπως θα δούμε πιο αναλυτικά αργότερα, είναι αυτοί που βελτιώθηκαν σε άλλα επίπεδα στο πέρασμα του χρόνου. Έχουμε φτάσει περαιτέρω σε σημείο οι high-end δίσκοι να μην είναι καν μασίφ μεταλλικοί, αλλά από σύνθετα και κεραμικά υλικά, οι τρόμπες των φρένων και ο μηχανισμός εμβόλων των δαγκάνων να σχεδιάζονται με τη βελτιστοποίηση στο νου από υπερ-υπολογιστές, ενώ τα ηλεκτρονικά, που αφορούν τη λειτουργία των φρένων ή απλά χρησιμοποιούν τα φρένα για άλλους σκοπούς, να είναι ολόκληρη επιστήμη από μόνα τους εδώ και δεκαετίες. Πριν φτάσουμε, όμως, να μιλήσουμε για όλα αυτά, πάμε για λίγο πίσω στο...

1900 και στα μηχανικά φρένα

Στα πρώτα αυτοκίνητα, τα φρένα δεν ήταν καν υδραυλικά, αλλά μηχανικά, όπως στο BMX των παιδικών ετών σας πιο πάνω. Και μηχανικά φρένα σημαίνει όντως ακριβώς αυτό: είτε μέσω ράβδων είτε με ντίζες, η κίνηση μεταφερόταν από το πεντάλ σε φρένα με κυκλικό ιμάντα, ο οποίος επενεργούσε-έσφιγγε είτε εξωτερικά στο τύμπανο (από χυτοσίδηρο συνήθως) α λα πρώιμο μηχανικό ταμπούρο του τροχού είτε πιο πίσω στο βολάν ή στον άξονα μετάδοσης. Εναλλακτικά, κάποια οχήματα της εποχής είχαν έκκεντρο ή σφήνα, που μηχανικά από το πεντάλ πίεζαν ένα σετ σιαγόνες μέσα στο τύμπανο. Η διαφορά των πρώτων εκείνων πρώιμων ταμπούρων σε σχέση με τα πιο «εξελιγμένα» ταμπούρα, που βρίσκουμε μέχρι σήμερα, έγκειται στο ότι ήταν κυρίως εξωτερικής επιφάνειας, δηλαδή η τριβή ασκούνταν στην εξωτερική περιφέρεια του τυμπάνου και όχι στην εσωτερική, όπως με τις μετέπειτα εσωτερικές σιαγόνες. Πολύ απλά, εξωτερική επιφάνεια τριβής στο ταμπούρο σήμαινε ότι όλα τα στοιχεία της φύσης, σκόνη νερό κτλ. έκαναν πάρτι πάνω στα υλικά τριβής και υπό τέτοιες συνθήκες κοίταγες και στον ουρανό το Θεό, όταν φρέναρες. Οι πρώτοι που δοκίμασαν να περάσουν από το «εξωτερικό» ταμπούρο στο «εσωτερικό» ήταν οι Γάλλοι της Renault, το 1902. Και όλα αυτά όχι για τις τέσσερις γωνίες του οχήματος: τα περισσότερα αυτοκίνητα τότε είχαν μόνο στον πίσω άξονα φρένα και μόνο τα τότε σούπερ-ντούπερ μοντέλα είχαν και μπροστινά φρένα, τα οποία φυσικά πάλι ήταν μηχανικά ταμπούρα με ντίζα και -πιο συγκεκριμένα- συνήθως ομοαξονικό συρματόσχοινο τύπου Bowden. Και αυτό δεν ήταν μόνο λόγω θεμάτων κόστους, αλλά και για τεχνικούς λόγους: ελλείψει υδραυλικών και ηλεκτρονικών, ήταν τρομερά δύσκολο να κατανέμεις σωστά την πίεση σε τέσσερις τροχούς χωρίς επικίνδυνα μπλοκαρίσματα και ψαρέματα ουράς, οπότε στα απλά μοντέλα προτιμούσαν πέδηση στον ένα άξονα από ένα ασταθές σύστημα και στους δύο. Και ο λόγος που ο ένας άξονας, που επιλεγόταν, ήταν ο πίσω και όχι ο μπροστά ήταν αφενός ότι τεχνικά ήταν πολύ δύσκολο να επιτευχθεί αξιόπιστη διάταξη σε τροχούς που επίσης διέθεταν σύστημα διεύθυνσης, ενώ αφετέρου η νοοτροπία τότε τουλάχιστον ήταν ότι στα μπλοκαρίσματα καλύτερα να γλιστράει πέρα δώθε το πίσω μέρος παρά να ...έρθει τούμπα από πάνω όλο το πράμα μαζί με το φορτίο α λα ακούσιο «έντο». Τα πιο ακριβά αυτοκίνητα που είχαν πέδηση και στους δύο άξονες το κατάφερναν μονάχα με πολύπλοκα μηχανικά συστήματα με ζυγούς και τροχαλίες εξισορρόπησης. «Καμουφλαρισμένη» διάταξη μηχανικών φρένων συναντάμε ουσιαστικά ακόμα σε όλα τα σύγχρονα αυτοκίνητα...Πού..? Μα, φυσικά, στο χειρόφρενο!

Κάν’ το υδραυλικά

Σωτήριον έτος 1918 και κάποιος κύριος Malcom Loughead ανακάλυψε τα υδραυλικά φρένα, μία εφεύρεση που εκατό χρόνια μετά ακόμη σήμερα μας συντροφεύει πρακτικά στο σύνολο των επιβατικών αυτοκινήτων. Πλέον, η τάση μεταφερόταν με υδραυλική πίεση βάσει της αρχής του Πασκάλ, την οποία θα δούμε πιο αναλυτικά όταν φτάσει η κουβέντα σε τρόμπες και έμβολα αργότερα: εφόσον μιλάμε για υγρό, μιλάμε για -πρακτικά- ασυμπίεστο ρευστό, οπότε η δύναμη που ασκούμε από τη μία πλευρά (του πεντάλ) μεταφέρεται όμοια σε κάθε ένα από τα έμβολα των φρένων στους τροχούς. Τέρμα οι ντίζες, τέρμα τα αξονάκια και όχι μόνο ισορρόπησε πλέον η πίεση πέδησης και στις τέσσερις γωνίες καθιστώντας δυνατό να έχουμε φρενάρισμα παντού στους δύο άξονες, αλλά μέσω των υδραυλικών μειώθηκε και η δύναμη που έπρεπε να ασκεί ο οδηγός στο πεντάλ για δεδομένη πίεση πέδησης στους τροχούς, οπότε το όλο (τότε extreme…) άθλημα της οδήγησης έγινε και πιο εύκολο και πιο ασφαλές. Η Duesenberg του 1920 ήταν το πρώτο αυτοκίνητο στην ιστορία με υδραυλικά φρένα, ακολούθησε η Chrysler το 1924 και πολύ σύντομα, όπως είναι λογικό, όλοι οι κατασκευαστές ακολούθησαν και προσέφεραν μοντέλα με υδραυλικό κύκλωμα πέδησης. Ένα πολύ ενδιαφέρον factoid σχετικά με τη μετάβαση από τα μηχανικά στα υδραυλικά φρένα είναι το γεγονός ότι ακόμα κι όταν τα περισσότερα επιβατικά αυτοκίνητα στα τέλη των ‘20s είχαν περάσει σε υδραυλικά, η πλειοψηφία των αγωνιστικών αυτοκίνητων επέμενε σε ντιζάτα μηχανικά φρένα: αυτό είχε να κάνει με την ευκολία συντήρησης-αντικατάστασης εξαρτημάτων, καθώς και με λόγους αξιοπιστίας. Τα πρώτα, τότε, υδραυλικά φρένα είχαν διάφορα μικρά ή μεγάλα θεματάκια αξιοπιστίας, με διαρροές από τις πρώιμες -τότε- διατάξεις στεγανοποίησης με αμφίβολα υλικά σε ροδέλες, τσιμούχες κτλ., οπότε με την παλιά-καλή ντίζα ήξεραν οι αγωνιάρηδες ότι δεν κινδυνεύουν να φύγουν ευθεία σε κάποια καμπή με πολλά (και ελλείψει κάθε είδους παθητικής ασφαλείας τότε στα αγωνιστικά, που έτρεχαν με ...καπέλο και γιλέκο, «πολλά» χιλιόμετρα ήταν και τα 60...).

Κάν’ το υδραυλικά και με υποβοήθηση

Τα υδραυλικά του Πασκάλ βοήθησαν τα ποδάρια των οδηγών του μεσοπολέμου να μην κουράζονται, όπως παλιά με τις ντίζες, με αποτέλεσμα η μέση περιφέρεια τετρακέφαλου τότε -βάσει ερευνών- να μειωθεί κατά 1,7 ίντσες, αλλά δεν ήταν αρκετά: τα υποβοηθούμενα φρένα/πεντάλ ήταν το επόμενο βήμα. Και αυτό δεν άργησε πολύ: η Cadillac (τους είχαν πάρει φαλάγγι τα αμερικανάκια τους Ευρωπαίους τότε σε καινοτομίες, καλά οι Ιάπωνες δεν υπήρχαν καν στο χάρτη) ήταν η πρώτη που έβγαλε τέτοιο σύστημα, το 1930. Το πρώτο σύστημα που έμοιαζε ως πρόδρομός τους, με τα γνωστά σε όλους σέρβο υποπίεσης που ακολούθησαν και υπάρχουν ως σήμερα, το έβγαλε η Bendix, το ονόμαζε «Master-Vac» και το πατένταρε τη δεκαετία του’50. Τη δεκαετία του ’60, το σέρβο ήταν μέρος του προαιρετικού, παρακαλώ, εξοπλισμού πολλών mainstream μοντέλων και στα μέσα της ακόλουθης δεκαετίας του ’70 ήταν που άρχισε πλέον να γίνεται μέρος του στάνταρντ εξοπλισμού στα περισσότερα αυτοκίνητα: σε αυτό δεν βοήθησε μόνο η ευκολία από πλευράς απαιτούμενης δύναμης στο πόδι, αλλά και η έλευση σιγά-σιγά των δισκόφρενων, τα οποία, όπως θα δούμε σε επόμενη συνέχεια, πάνε γάντι με την υποβοήθηση περισσότερο κι από τα ταμπούρα.

Η μετάβαση από τα ταμπούρα: δώστε δίσκους στο λαό

Δίσκους σερβιρίσματος, δίσκους του Κόκοτα, δισκόφρενα, μόνο δισκοκήλες μην δώσετε. Επόμενη σημαντική εξέλιξη στην τεχνολογική πορεία των φρένων ήταν, λοιπόν, η σταδιακή μετάβαση από τα ταμπούρα σε δίσκους. Η πλάκα είναι ότι σαν εφαρμογή αποτελούν πολύ πιο παλιά εφεύρεση απ’ όσο φαντάζεται κανείς: «πρωτόγονα» δισκόφρενα χρησιμοποιούνταν σε κάποια από τα πρώτα ηλεκτρικά αυτοκίνητα από το 1898 κιόλας (ναι, για όσους τους διαφεύγει το ηλεκτρικό αυτοκίνητο ΠΡΟΗΓΕΙΤΑΙ ως εφεύρεση του εσωτερικής καύσης). Τα πρώτα πραγματικά δισκόφρενα, όπως τα αναγνωρίζουμε σήμερα, εμφανίστηκαν μετά των Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο και, πιο συγκεκριμένα, το πρώτο αυτοκίνητο με δίσκους ήταν η Crosley Supersport του 1949 (αξίζει να το googlάρετε μόνο και μόνο για να δείτε τη μούρη του, πρέπει να το σχεδίασε ο Walt Disney…). Τέλη ‘60s – αρχές ‘70s, επί χούντας στην Ελλάδα και επί Johnson-Nixon στις ΗΠΑ, άρχισαν τα δισκόφρενα να απολαμβάνουν ευρείας αποδοχής από την αυτοκινητοβιομηχανία, παρόλο που τα πιο σπορ και ακριβά μοντέλα τα φορούσαν ήδη από χρόνια (Triumph και Jaguar από το 1956, στάνταρντ εξοπλισμός στην Corvette του ’65 και ως εξτρά στην Mustang GT του ίδιου έτους). H Jaguar μάλιστα είχε κερδίσει και τις 24 ώρες του LeMans, τη δεκαετία του ’50, με την πρώτη εφαρμογή δισκόφρενων σε αγωνιστικά: τόσο η πολύωρη, συνεχής καταπόνηση στον εν λόγω 24ώρο αγώνα όσο και το γεγονός ότι σε πολλά σημεία πέφτεις στα φρένα από τα 300 στα 50, ήταν τα καλύτερα τεστ για τα πρώιμα, τότε, δισκόφρενα που μόνο υπό τέτοιες συνθήκες μπορούσαν πραγματικά να δείξουν την αξία τους: δισκόφρενα πρωτοχρησιμοποίησαν τότε και τα αμερικανάκια στα οβάλ τους, όπως οι αγώνες του Indianapolis 500, αλλά δεν είδαν -πρακτικά- καμία διαφορά σε σχέση με τα ταμπούρα, αφού εκεί -σε αντίθεση με το LeMans- οι απαιτήσεις επιβράδυνσης ήταν πολύ χαμηλότερες, με τα χιλιόμετρα να μην πέφτουν χαμηλά. Η βασική αιτία που άρχισε να κάνει τα ταμπούρα ανεπαρκή εκείνες τις δεκαετίες ήταν η συνεχής αύξηση τόσο του βάρους όσο και των επιδόσεων του μέσου αυτοκινήτου. Όπως θα δούμε αργότερα ενδελεχώς, τα φρένα παράγουν τρομακτικά ποσά θερμικής ενέργειας και δεν χρειάζεται να πυρώσουν για να το κάνουν αυτό. Τα ταμπούρα έχουν μεγάλο μειονέκτημα σε σχέση με την αποβολή της ενέργειας αυτής προς την ατμόσφαιρα: ψύχονται μόνο από την εξωτερική τους πλευρά και όχι και από την εσωτερική, κάτι που κάνει το μισητό fading «κολλητάρι» τους. Ένα άλλο θέμα που έχουνε τα ταμπούρα έχει να κάνει με το γεγονός ότι, αν το αυτοκίνητο περάσει από νερολακκούβα ή λοιπές πηγές ύπαρξης στάσιμου νερού, κατακρατάει ικανές ποσότητες, τέτοιες ώστε για ώρα το νερό αυτό στη συνέχεια να λειτουργεί ως λιπαντικό ακριβώς στο σημείο που δεν θέλουμε λιπαντικό: ανάμεσα στη σιαγόνα και στο τύμπανο, με άλλα λόγια μειώνει δραστικότατα το συντελεστή τριβής του φερμουίτ/θερμουίτ τους(παρακαλώ, ψηφίστε στο email μου για το πιο από τα δύο εφεξής προτιμάτε να χρησιμοποιώ και μην πάρετε την ψήφο σας ελαφρά τη καρδία, γιατί τους μήνες που ακολουθούν θα πρέπει να πω την παραπάνω λέξη εκατοντάδες έως και χιλιάδες φορές, ευχαριστώ) με το εσωτερικό του τυμπάνου. Αυτό είναι λοιπόν το πρωταρχικό πλεονέκτημα των δισκόφρενων έναντι των ταμπούρων, δηλαδή η ψύξη και η δυνατότητα απαγωγής της θερμότητας, η οποία έχει να κάνει τόσο με την εξωτερική επιφάνεια της περιφέρειας των δίσκων που δαγκώνεται εκατέρωθεν και στις δύο πλευρές της από το ζευγάρι τακακίων όσο και με την εσωτερική επιφάνεια, με τους αεραγωγούς και τα πτερύγια στην περίπτωση των αεριζόμενων δισκόφρενων. Τα δισκόφρενα επίσης κρατάνε λιγότερο νερό, είναι ελαφρύτερα από μάζα (ακόμα και τα απλά μαντεμένια) και πιο συμπυκνωμένα σε όγκο, ενώ δεν απαιτούν και ρύθμιση, όπως τα ταμπούρα, αφού είναι αυτοκεντραριζόμενα κατά τη λειτουργία τους σε συνδυασμό με τη δαγκάνα. Φυσικά, κατά τα γνωστά, οι δίσκοι μέχρι κάποιο επίπεδο ισχύος/τιμής ακόμα και σήμερα δεν φοριούνται συχνά και στους δύο άξονες, άλλα μόνο στον μπροστά που τρώει και το μεγαλύτερο ζόρι λόγω μεταφοράς βάρους. Οδηγός είναι φυσικά το κόστος, όχι μόνο του πίσω ταμπούρου αυτού καθεαυτού, αλλά και κάποιων παράπλευρων περιφερειακών ενός τέτοιου συστήματος, αφού π.χ. και η εγκατάσταση του χειρόφρενου σε ταμπούρο είναι φθηνότερη. Κάποτε, βέβαια, φορούσαν πίσω δίσκους μόνο τα ακριβά μοντέλα, πλέον ευτυχώς, Παναγία μου, τα συναντάς ακόμα και σε τσιλιβήθρες πόλης. Η επόμενη μεγάλη γενιά-επανάσταση φρένων, ακόμη και από τα υποβοηθούμενα δισκόφρενα, είναι αυτή που φέρνει το σύγχρονο, ηλεκτρονικό έλεγχο του υδραυλικού κυκλώματος κατά βούληση συνθηκών, κεφιών και νομοθεσίας, δηλαδή το ABS και ολόκληρη η αρμάδα «υπορουτίνων» που αυτό έφερε στη συνέχεια μαζί του, δηλαδή τα διάφορης λογής ESP-TSC-EBD κτλ. κτλ. Αυτά τα έχουμε δει και μόνα τους ξεχωριστά στο παρελθόν σε συνέχειες, όπου μιλήσαμε για ενεργητική ασφάλεια, αλλά θα τα δούμε και στην τρέχουσα σειρά περαιτέρω, κυρίως ως προς τη διάδρασή τους με το «hardware» κομμάτι των φρένων αυτών καθεαυτών. Για την ώρα, τα αφήνουμε στην άκρη και θα επανέρθουμε δριμύτεροι.

 

Και αέρα κοπανιστό διαθέτουμε

Και δεν μιλάμε για τον αέρα που έχει εισέλθει στο υδραυλικό σας κύκλωμα επειδή έχετε να αλλάξετε τα υγρά πέντε χρόνια και έχει κάνει το πεντάλ σφουγγάρι. Μιλάμε για τα πνευματικά φρένα ή «αερόφρενα», στα οποία η ισχύς πέδησης δεν μεταφέρεται ούτε με ντίζες ούτε με υγρά, αλλά με συμπιεσμένο αέρα. Τα αερόφρενα αφορούν μεν πολλά οχήματα, αλλά κυρίως μεγάλα επαγγελματικά, κατηγορίας νταλίκας ή λεωφορείου και όχι επιβατικά: αυτό έχει να κάνει με το βασικό θέμα «ασφάλεια». Όταν σε ένα υδραυλικό κύκλωμα πέδησης, όπως αυτό των επιβατικών, έχουμε και την παραμικρή διαρροή, αργά ή γρήγορα, αντίο πέδηση ουσιαστικά. Στα αερόφρενα, ακόμα και μικρές διαρροές δεν θα μας αφήσουν χωρίς φρένα, αφού υπάρχει συμπιεστής στο κύκλωμα ώστε να αναπληρώνει τα χαμένα και επιπλέον να αποθηκεύει και «καβάτζα» σε πνευματικό συσσωρευτή (συν ότι έχουμε και τα κατάλληλα ηχητικά εφέ εν είδει τεράστιας σκάστρας που όλοι εμείς οι πιτσιρικάδες λατρεύουμε). Όταν έχεις δέκα-είκοσι τόνους φορτίου να έρχονται κατά πάνω σου, θέλεις το πράμα να έχει φρένα βρέξει-χιονίσει και αυτό -πέρα από το θέμα των δυνητικών διαρροών- έχει να κάνει και με μία άλλη βασική αρχή: τα φρένα των επιβατικών τουτού μας, όταν δεν ασκείται καμία απολύτως τάση στο κύκλωμα είτε λόγω βλάβης είτε επειδή λιποθυμήσαμε στο τιμόνι, είναι ανοικτά, δηλαδή είναι σαν να μην υπάρχουν. Με τα αερόφρενα των βαρέων οχημάτων ισχύει το αντίστροφο: εκ προοιμίου έχουν κλειδωμένο τον τροχό και μόνο αν ασκήσουμε πίεση στο κύκλωμα αυτό ανοίγει και ο τροχός μπορεί να περιστραφεί. Τα αερόφρενα δεν έχουν ενδιαφέρουν για τα ΙΧ αυτοκίνητα που εσείς κι εγώ βολτάρουμε, αλλά -τεχνικά- έχουν πολύ και ενδιαφέρον ψωμί, οπότε σε επόμενη συνέχεια θα επανέλθουμε και εδώ για εις βάθος βουτιά.

 

Τι καθορίζει τα όρια των φρένων και ποιοι παράγοντες επηρεάζουν την επιβράδυνση

Πριν μπούμε στα πολύ βαθιά τους επόμενους μήνες και τα δούμε όλα ένα ένα ξεχωριστά, πρέπει πρώτα εδώ -σε μία αρχική προσέγγιση- να βάλουμε σε μία σειρά, περιληπτικά, όλα αυτά τα «εμπόδια» και τους σχεδιαστικούς στόχους που θέτουν οι κατασκευαστές, όταν εξελίσσουν ένα σύστημα πέδησης. Μιλώντας, λοιπόν, για σύγχρονα φρένα, έχοντας στο νου ότι οι ίδιες δυσκολίες, που έθετε η φυσική το 1900, τις ίδιες θέτει και τώρα, ποια είναι τα όρια φρεναρίσματος? Πόσο καλά μπορεί να είναι κάποια πολύ καλά φρένα και σε ποιους τομείς -σε σύγκριση με άλλα- «κακά» φρένα..? Κάποια από τα όρια που τίθενται στην πέδηση μπορούν να καθοριστούν-βελτιωθούν μέσω σωστής συντήρησης ή μέσω του αρχικού τους σχεδιασμού, άλλα πάλι καθορίζονται από την φυσική και δεν μπορούμε να κάνουμε τίποτα, είναι συνδυασμός των δύο πάντοτε. Σε κάθε περίπτωση μιλάμε και θα μιλάμε για μήνες εφεξής για πέντε βασικά όρια πάνω στο τραπέζι: Το πρώτο είναι η καθαρή δύναμη πέδησης από την αρχική πηγή ενέργειας, που δεν είναι άλλη από το πόδι του οδηγού (ή του συνοδηγού, αν μιλάμε για σχολή οδηγών..!). Μιλάμε για το όριο που τίθεται όταν ο οδηγός φρέναρει με όλη του τη δύναμη, αλλά το αυτοκίνητο δεν είναι στη μέγιστη δύναμη επιβράδυνσής του από την τεχνική, δική του πλευρά. Με άλλα λόγια, μιλάμε για την περίπτωση όπου, αν ο οδηγός μπορούσε να ασκήσει περισσότερη δύναμη, το αυτοκίνητο θα επιβράδυνε περισσότερο, δηλαδή το όριο το έχουμε πιάσει από την πλευρά της δύναμης εισόδου και όχι π.χ. της δαγκάνας. Και αντίστροφα, πώς μπορούμε να φτάσουμε τα όρια του συστήματος φρένων από πλευράς δύναμης, χωρίς ο οδηγός να φτάσει στα δικά του, μυϊκά όρια. Εδώ αρχίζουμε και παίζουμε με τις διαστάσεις της τρόμπας των φρένων, του σέρβο και των σωληνώσεων. Επίσης, στην εξίσωση υπεισέρχεται εδώ και η θερμοκρασία, αφού, όπως θα δούμε, αυτή επηρεάζει τη μέγιστη δυνατή δύναμη στο δίσκο/ταμπούρο: η κουβέντα εδώ είναι το γνωστό brake fade, το οποίο θα ξεφτιλίσουμε φυσικά σε επόμενη συνέχεια. Το επόμενο όριο είναι το «όριο παραμόρφωσης» και είναι αυτό που έχει να κάνει με τον μηχανικό ή υδραυλικό τζόγο του όλου συστήματος και κυκλώματος, δηλαδή πόση μπορεί να είναι η μέγιστη πέδηση, αν θεωρήσουμε ότι το πρώτο όριο πάνω δεν είναι θέμα και ότι, δηλαδή, το πεντάλ μπορεί να φτάσει στο τέρμα του, είτε αυτό είναι το πάτωμα είτε το ειδικό στοπ στο τέλος της διαδρομής του. Εδώ ρόλο παίζει και ο σχεδιασμός του συστήματος (χαρακτηριστικών τρόμπας, σκληρότητας των σωληνώσεων των φρένων, ακαμψία της δαγκάνας κτλ.) αλλά και η συντήρηση, αφού ο αέρας στα υγρά φρένων επηρεάζει άμεσα το όριο αυτό. Το τρίτο όριο έχει να κάνει με τη φθορά των υλικών τριβής σε σημείο που να επηρεάζεται πλέον ο (δεδομένος για καινούρια φρένα υπό ίδιες συνθήκες) συντελεστής τριβής. Εδώ τα όρια μπορούν να επηρεαστούν είτε άμεσα, π.χ. από το μέγεθος των δίσκων-τακακίων ή ακόμα και των σωληνώσεων, είτε έμμεσα μέσω της αύξησης της απαγωγής θερμότητας. Εδώ κι αν έχει ψωμί στη συνέχεια, οπότε μείνετε συντονισμένοι.

Και ερχόμαστε, λοιπόν, στο όριο που θέτει η θερμοκρασία αυτή καθεαυτή. Και ξεκινάμε από το ενεργειακό δεδομένο ότι -κατά κανόνα- ο κινητήρας ενός αυτοκινήτου μπορεί να δώσει περισσότερη συνεχόμενη κινητική ενέργεια στο όχημα απ’ ό,τι το σύστημα φρένων μπορεί να μετατρέψει σε θερμική πριν αυτό τα φτύσει, αν δεν έχει αρκετό χρόνο, ώστε να προλάβει να απαγάγει την ανάλογη θερμότητα που δημιουργείται. Και όταν ένα σύστημα πέδησης φτάσει στα θερμοκρασιακά όριά του, επηρεάζονται και τα τρία παραπάνω όρια που ήδη αναφέραμε: φτάνοντας σε οριακή θερμοκρασία μπορεί να σημαίνει οριακή δύναμη πέδησης, οριακή παραμόρφωση ή οριακή φθορά (αφού, όπως θα δούμε, αυτή δεν είναι ανάλογη της θερμοκρασίας, από κάποιο σημείο θερμοκρασίας και μετά είναι βαρβάτα εκθετική η αύξηση της φθοράς). Σε πιο προχώ καταστάσεις βρασίματος των φρένων, αν επιμείνουμε πέραν του ορίου, μπορεί να έρθουν και τα χειρότερα, δηλαδή πλαστική παραμόρφωση και καταστροφή σε εξαρτήματα. Μακριά από εμάς. Και ερχόμαστε στο σημαντικότερο, «εξωτερικό» όριο των φρένων, που είναι η πρόσφυση των τροχών-ελαστικών. Και η πλάκα είναι ότι, ενώ αυτό είναι το πιο σημαντικό και πιο καθοριστικό όριο από όλα, όπως είπαμε στην αρχή, τυπικά δεν ανήκει στο υποσύστημα των φρένων, αλλά ουσιαστικά είναι το Α και το Ω του. Ακόμα κι αν όλα τα παραπάνω πούμε ότι είναι όρια-υπερήρωα και δεν τα πιάνουμε όσο κι αν ζορίσουμε το σύστημα, αν προσπαθήσουμε να επιβραδύνουμε περισσότερο απ’ ό,τι η πρόσφυση των ελαστικών επιτρέπει, πολύ απλά οι τροχοί θα μπλοκάρουν. Υπό αυτές τις συνθήκες, η δουλειά των φρένων έχει τελειώσει, δεν έχουν να κάνουν κάτι παραπάνω αυτά από τη στιγμή που κατάφεραν να κλειδώσουν το δίσκο με τη δαγκάνα και ο αδύναμος κρίκος είναι πλέον τα ελαστικά και η πρόσφυσή τους. Και αυτό ισχύει είτε με είτε άνευ ABS. Με άλλα λόγια, σε ένα τέλειο-καλό σύστημα φρένων, η πρόσφυση των ελαστικών είναι -εξ’ ορισμού- ΠΑΝΤΑ το όριό τους. Μην ξεχνάμε ότι άσχετα με το τι κάνει το τακάκι στο δίσκο ή η σιαγόνα στο ταμπούρο, τελικά η πρόσφυση με το δρόμο είναι αυτή που δίνει την κινητική ενέργεια στο πώς θα περιστραφεί ο δίσκος και τελικά θα μεταφέρει κινητική ενέργεια σε όλο το όχημα. Είναι ακριβώς το ίδιο αλλά αντίστροφα με το τι κάνει ο κινητήρας και τι δίνει το ελαστικό στην επιτάχυνση. Για δεδομένη πρόσφυση, το μόνο που μπορεί να γίνει από πλευράς συστήματος φρένων αυτού καθεαυτού, ώστε να αυξηθεί το όριο, είναι η ρύθμιση της κατάλληλης κατανομής πέδησης μέσω ηλεκτρονικών ή μηχανικών κατανεμητών ανάλογα με τη στατική ΚΑΙ δυναμική κατανομή και μεταφορά βάρους αντίστοιχα που αντιμετωπίζουμε.

Θα τα δούμε όλα αυτά εν καιρώ, μόλις που ξεκίνησαμε και μόλις που αγγίξαμε λίγο την επιφάνεια στο θέμα «φρένα».  Καλό φθινόπωρο και βίρα τις άγκυρες!