Czy elektronika jest nam naprawdę potrzebna?(R)Ewolucja bezpieczeństwa

Nabieranie prędkości to zwykle łatwa czynność. Niestety, jej wytracanie tak proste już nie jest. W poprzednim numerze przyjrzeliśmy się czynnikom, które decydują o skuteczności hydraulicznych układów hamulcowych. Lecz są sytuacje, w których nawet te, które wydają się pewne, nie wystarczą.

Pułapki przy hamowaniu

W trakcie dynamicznej jazdy sportowej lub w sytuacji awaryjnej nie ma czasu na analizę, jak wyhamować. Większość z nas, wiedziona emocjami, gniecie klamkę hamulca, aż bieleją knykcie. Nie ma się co dziwić, w końcu jak często zdarza się hamowanie awaryjnie? Pewnie kilka, maksymalnie kilkanaście razy w roku, więc nie jest to czynność w żadnym stopniu wytrenowana. A tymczasem w przypadku hamowania z użyciem wyłącznie przedniego hamulca, choć w takiej sytuacji zwiększa się nacisk przedniego koła na podłoże (widelec ugina się), łatwo zerwać nawet tę zwiększoną przyczepność opony zbyt mocnym naciskiem na dźwignię hamulca. Co wiadomo jak się zazwyczaj kończy.

A co z tylnym hamulcem? Niestety, poza chopperami i cruiserami, najczęściej zapewnia znacznie mniejszą siłę hamowania niż przedni, czemu paradoksalnie winny jest zmieniający się rozkład sił docisku kół do nawierzchni w trakcie wytracania prędkości. Generalnie jego użycie stabilizuje tor jazdy, sprawia, że motocykl prostuje się. W zakręcie to akurat efekt niepożądany, lecz do pewnego stopnia potrzebny, by zapobiegać uślizgowi przedniego koła. Jeśli jednak tylny hamulec zostanie użyty zbyt mocno, efekt stabilizacji i prostowania toru jazdy może przeszkodzić w skręcie (nie uda się odpowiednio złożyć motocykla) czy manewrze omijania przeszkody. W sumie zatem optymalne hamowanie, zwłaszcza w zakręcie, to bezustanny balans sił hamujących przednie i tylne koło i to w taki sposób, by żadne nie utraciło przyczepności.

Czynnik ludzki

Jeśli dojdzie do zablokowania koła, skutkiem może być położenie motocykla, a w gorszym przypadku także highside (przy dużym wychyleniu motocykl łapie przyczepność i dosłownie wysadza kierowcę z siodła). Pułapek czyhających na motocyklistę w trakcie hamowania jest mnóstwo. Sposobów na ich uniknięcie również jest mnóstwo, ale nawet wprawiony motocyklista może nieodpowiednio zareagować w niespodziewanej sytuacji. Najlepiej opracowywać układy hamulcowe w taki sposób, żeby ograniczyć negatywny wpływ czynnika ludzkiego.

Nurkowanie przodu, o którym już wspomniałem, w kontrolowanych dawkach może pozytywnie wpływać na prowadzenie motocykla. Jednak zbyt mocne zagraża skuteczności i bezpieczeństwu hamowania. Dochodzi do niego nie tylko w nagłych sytuacjach, ale także w jeździe sportowej.

Zapomniany Anti-Dive

Pierwsze prace nad wyeliminowaniem tego zjawiska rozpoczęła Honda w 1969 r. Zadanie do najłatwiejszych nie należało, bo teleskopy z systemem antynurkującym (TRAC) firma wprowadziła dopiero w 1980 roku w wyścigowej NR500. W praktycznym zastosowaniu szybsze okazało się Suzuki, które zamontowało swój system antynurkujący – Anti Nose Dive Fork – rok wcześniej w GSX 750.

W ślady pionierów poszło wielu producentów – Yamaha, Kawasaki czy nawet Harley-Davidson. Pierwsze wersje systemu działały na zasadzie mechanicznej lub hydraulicznej. Naciśnięcie przedniego hamulca zaprzęgało do pracy popychacze, tłoczki i zawory, które zwiększały siłę tłumienia, a co za tym idzie – zmniejszały nurkowanie. Niestety, przy hamowaniu na nierównych nawierzchniach widelec stawał się za sztywny, co przynosiło więcej szkody niż korzyści, natomiast w przypadku rozwiązań hydraulicznych, wyczucie siły hamowania było mocno ograniczone, bo anti-dive i zacisk hamulcowy obsługiwany był przez jeden układ hydrauliczny.

Elektronika

Sytuacja poprawiła się, gdy do obsługi zaprzęgnięto elektrykę. Tłoczkami sterowały elektromagnesy, a charakterystyka działania była lepiej dopasowana do różnych stanów nawierzchni. Kawasaki w swoim systemie ESCS z 1986 poszło nawet o krok dalej i zastosowało dodatkową jednostkę sterującą, która precyzyjniej zarządzała stopniem utwardzenia zawieszenia w zależności od jakości drogi.

Podejrzewam, że większość z was słyszy o systemie antynurkującym po raz pierwszy. Nic dziwnego, bowiem nie był to spektakularny sukces. Jego waga i cena były niewspółmiernie wysokie do korzyści, jakie dawał. Do zabicia „anty-nurków” przyczyniły się także sprężyny progresywne (miękkie przy małych ugięciach, twarde przy większych), które nie dość, że w podobnym stopniu niwelowały nurkowanie, to jeszcze miały korzystny wpływ na ogólną pracę zawieszenia. Nie bez znaczenia była także coraz doskonalsza hydraulika stosowana w zawieszeniu. W zeszłym roku pożegnaliśmy ostatni motocykl z Anti-Dive – czyli poprzedni model Gold Winga.

Poszukiwania równowagi

Do zwiększenia stabilności motocykla i poprawy siły hamowania może się przyczynić jednoczesne używanie przedniego i tylnego obwodu. Jednak by w pełni wykorzystać potencjał takiej metody, potrzeba wprawy albo… „kombinowanego” układu hamulcowego, zwanego potocznie CBS lub LBS (Combined/Linked Brake System).

Jego początki sięgają 1929 roku i motocykla Ascott Pullin 500 (tutaj też po raz pierwszy zastosowano hydrauliczne hamulce). Później pomysł podłapały takie marki jak Rudge czy Moto Guzzi, a w końcu Honda.

Po raz pierwszy Japończycy zastosowali CBS w GoldWingu z 1982 r. W porównaniu do klasycznego układu hamulcowego, olej zanim dotrze do zacisku, przepływa przez zawory. Układ zaprojektowany jest w taki sposób, żeby w momencie lekkie wciśnięcie dźwigni hamulca tylnego, uruchamiało tylko tył, ale gdy dźwignia zostanie mocno wduszona, do akcji wchodzi też przód, ale tylko jeden tłoczek jest poruszany. Na dodatek, delikatnie zmniejsza się ciśnienie w układzie tylnym. Następca systemu CBS był Dual CBS, który pierwsze kroki stawiał między innymi w CBR 1100XX. W tej wersji, niezależnie od naciśniętej dźwigni, uruchamianie zostawały oba hamulce, choć rozdział siły hamowania odbywał się na tej samej zasadzie jak w wersji poprzedniej. Dzisiaj każdy motocykl o pojemności do 125 ccm musi być wyposażony przynajmniej w układ CBS, choć trzeba przyznać, że często skuteczność tego rozwiązania można podać w wątpliwość. Sprawdzają się za to świetnie w ciężkich motocyklach turystycznych czy cruiserach i chopperach.

Trudna rewolucja

Prawdziwą rewolucją w układach można nazwać układ ABS (Anti Lock Brake System), czyli rozwiązanie, zapobiegające blokowaniu kół podczas hamowania. Wymyślono go na potrzeby… lotnictwa, a w motocyklach zadebiutował w 1988 roku w modelach BMW K1 i K100LT za sprawą współpracy niemieckiego producenta i FAG Kugelfischer.

Kluczowym elementem układu był modulator, który sterował ciśnieniem płynu hamulcowego, a tym samym siłą hamowania. By prawidłowo działał, system sterujący musiał rozpoznawać, kiedy „niemal” dochodzi do zatrzymania koła. W tym celu przy tarczach hamulcowych umieszczano koła impulsowe. Ich ruch był badany przez czujniki zamontowane na zawieszeniu. Informacje o prędkości obrotowej kół były wysyłane do komputera i jeśli wykrył, że zmniejsza się ona zbyt gwałtownie w porównaniu z prędkością liniową, wysyłał do modulatora polecenie obniżenia skuteczności hamowania. Odbywało się to za pośrednictwem tłoczka, który ograniczał przepływ płynu hamulcowego. Kiedy moduł sterujący wyliczył, że ryzyko zablokowania koła zostało zażegnane, modulator podnosił siłę hamowania. Wszystko to w błyskawicznym tempie, w jakim najlepsi kierowcy-amatorzy nie mogliby ocenić ryzyka blokady koła, a tym bardziej na nie zareagować. Co prawda w większości przypadków droga hamowania nie była krótsza, ale bez względu na warunki i to, jak mocno i gwałtownie zostanie użyty hamulec, koło nie było blokowane.

Integracja nie zawsze korzystna

Choć ABS radykalnie podnosił poziom bezpieczeństwa, to o jego pierwszej generacji nie da się mówić w samych superlatywach. Czujniki wykonywały zbyt mało obliczeń, przez co działanie układu było nieprecyzyjne, a podczas hamowania na dziurawych drogach system gubił się i drastycznie ograniczał skuteczność hamulców. A poza tym był wyjątkowo drogi (kosztował ok. 1300 euro) i ważył aż 11 kg. Jednak od czegoś trzeba było zacząć.

W 1996 roku BMW oferowało już w swoich motocyklach drugą generację ABS, lżejszą o 4 kg. Do ABS-owego towarzystwa dołączyły inne marki, jak Yamaha czy Honda. Zwłaszcza ta druga wyróżniała się zaangażowaniem. Przez kolejne lata intensywnie rozwijała swój układ, łącząc go z poprzednimi technologiami. W ten sposób opracowano C-ABS, w którym hamulce przednie i tylne były zintegrowane.

W początkowych wersjach stosowano dwa modulatory – po jednym na każde koło, które rozdzielały siłę hamowania i zapobiegały utracie przyczepności. W sportach – CBR 600RR i CBR 1000RR – od 2008 roku Honda stosowała kolejną generację C-ABS, lżejszą i przygotowaną do użytku sportowego.

Brake-By-Wire

Za obsługę odpowiedzialny był tylko jeden modulator i elektronika, która obliczała, jak efektywnie rozdysponować siłę hamowania. Układ był czasem nazywany Brake-By-Wire właśnie ze względu na to, że to elektronika miała ostateczny wpływ na siłę hamowania.

Podobny system stosowało także BMW. Ostatecznie jednak, obie marki zrezygnowały ze swoich elektrycznie sterowanych układów zintegrowanych. Honda w 2017 r. wycofała się też z prac nad własnymi układami i zdecydowała się korzystać z rozwiązań Boscha. Dziś z technologii tej firmy korzystają już niemal wszyscy producenci motocykli. Jej układy były rozwijane od lat 90., a obecnie na rynku funkcjonuje 10. generacja. O doświadczeniu Boscha w tej dziedzinie może świadczyć chociażby technologia MSC czyli Motorcycle Stability Control, potocznie nazywana Cornering ABS.

O kilka poziomów bezpieczniej

Tzw. ABS na zakręty to efekt zintegrowania kontroli trakcji i układu przeciwpoślizgowego. Jeśli chodzi o rozwiązania zwiększające bezpieczeństwo, to obecnie nie ma niczego bardziej zaawansowanego.

Dzięki sygnałom z czujników kontroli trakcji, mierzących przyśpieszenia i kąt złożenia motocykla, informacjom z czujników ABS, układ doskonale wie, jak dopasować siłę hamowania w zakręcie, żeby uniknąć uślizgu, a co za tym idzie upadku. W skrócie oznacza to, że można gnieść hamulce z całych sił, a układ odpowiednio dopasuje siłę hamowania oraz jej rozdział między przód i tył. Do tego w niektórych wersjach, dzięki możliwości sterowania przepustnicą, dba on o ograniczenie siły prostującej w zakręcie, a także kontroluje unoszenie przedniego i tylnego koła lub ogranicza je.

Rodem ze sportu?

Czy układ, jak dotąd wszystko co nowe, przyszedł ze sportu? Otóż nie. Po raz pierwszy zastosował go KTM w modelu 1190 Adventure w 2013 roku. Do maszyn sportowych trafił w 2014 r. w BMW HP4. Co ważne, to chyba pierwszy ABS, który polubili amatorzy jazdy torowej i który w takich warunkach naprawdę pozwala na poprawienie czasów okrążeń. To tylko pokazuje, do jak wysokiego poziomu doszły współczesne systemy wspomagania hamowania. Trudno zaprzeczyć, że ABS i półaktywne zawieszenia przez ostatnią dekadę podniosły bezpieczeństwo motocyklisty przynajmniej o kilka poziomów.