hamowanie

HAMOWANIE I ZATRZYMANIE (BRAKING, STOPPING SIGHT DISTANCE)
autor: inż. Stanisław Kwartnik

Procesy występujące przy zatrzymywaniu pojazdu mają decydujące znaczenie w bezpiecznym poruszaniu się po drogach.
Wszak jechać możemy tylko z prędkością umożliwiającą nam panowanie nad pojazdem. To obowiązuje w różnych warunkach przyczepności jezdni i przy różnym możliwym polu widzenia.
Prędkość dobieramy tak, by mieć możliwość hamowania i zatrzymania się w przypadku pojawienia się przeszkody.

W poniższej analizie zjawisk zauważymy w jakim stopniu prędkość, stan nawierzchni, czas reakcji będą wpływać na możliwość zatrzymania się.

ETAPY:

– DROGA REAKCJI związana z prędkością oraz czasem reakcji kierującego i pojazdu: zauważenie zagrożenia, podjęcie decyzji, przeniesienie nogi z pedału przyspieszenia na pedał hamulca, kasowanie luzów, uruchomienie hamowania.

– DROGA HAMOWANIA zależna od prędkości i stanu nawierzchni. Droga hamowania nie jest w prostej linii zależna od masy pojazdu. Jednak skuteczność hamowania może się zmniejszyć np. przy przegrzaniu hamulców – a to jest związane z masą pojazdu i jego obciążeniem.

– DROGA ZATRZYMANIA – to suma drogi reakcji i drogi hamowania.

– PRĘDKOŚĆ UDERZENIA : gdy braknie miejsca na zatrzymanie lub ominięcie przeszkody nastąpi uderzenie w przeszkodę. Skutki wynikające z uderzenia będą wprost proporcjonalne do kwadratu prędkości i do masy pojazdu. Zgodnie ze wzorem na energię kinetyczną:

Ek= 1 /2 * m * v2

WAŻNE:
– równoważne pod względem energii będzie uderzenie np: samochodu osobowego 1000kg przy prędkości 50 km/h == samochodu ciężarowego 36000kg przy prędkości 8,3 km/h.
– skutki uderzenia tych samych pojazdów jadących z tą samą prędkością – od samochodu ciężarowego są 36 razy większe niż od samochodu osobowego.


I. WPŁYW PRĘDKOŚCI NA DŁUGOŚĆ DROGI ZATRZYMANIA

Prędkość pojazdu jest głównym wyznacznikiem drogi reakcji, hamowania i zatrzymania.
Droga reakcji wzrasta liniowo wraz ze wzrostem prędkości i czasu reakcji.

Dr = v * tr ;

Droga hamowania rośnie wraz z kwadratem prędkości – tzn np. zwiększenie dwukrotne prędkości zwiększa drogę hamowania czterokrotnie, trzykrotne zwiększenie prędkości- wydłuża drogę hamowania dziewięciokrotnie itd.
W procesie hamowania dochodzi do zamiany energii kinetycznej pojazdu na pracę sił tarcia.

1 /2 * m * v2 = m * op * Dh
Stąd: Dh = v2 / 2 * op

Droga zatrzymania:

Dz = Dr + Dh

Dz=droga zatrzymania; Dr=droga reakcji w m; Dh=droga hamowania w m; v=prędkość pojazdu w m/s; tr=czas reakcji w s; op=maksymalnie możliwe opóźnienie na danej nawierzchni w m/s2.


animacja

ANIMACJA wpływu prędkości i stanu drogi na możliwość zatrzymania:
– jest wykonana w skali czasu i długości drogi;
– obliczenia dla prędkości 72 km/h oraz 50 km/h
na trzech różnych jezdniach o maksymalnym możliwym opóźnieniu:
– 7.5m/s2, 4.5m/s2, 1.5m/s2
przy jednakowym całkowitym czasie reakcji tr=0.85s.
– przedstawia przebieg sytuacji zatrzymywania się po zauważeniu nagłej nieruchomej przeszkody w odległości 34m przed pojazdem.
– podaje prędkość uderzenia w przeszkodę pojazdów.
Podaję prędkość = 32 km/h pojazdu, który zatrzyma się przed przeszkodą w
warunkach drogi pokrytej śniegiem (1.5 m/s2).

WAŻNE: zwiększenie prędkości o 22 km/h (np. 50 do 72)
powoduje ok. dwukrotny wzrost drogi zatrzymania !

prezentacja drogi zatrzymania

PREZENTACJA WPŁYWU PRĘDKOŚCI NA DROGĘ ZATRZYMANIA
jako porównanie dróg zatrzymania takich samych pojazdów z takimi samymi kierującymi o tych samych czasach reakcji jadących z różnymi prędkościami.

 


II.WPŁYW STANU NAWIERZCHNI
Stan nawierzchni i związane z nią max możliwe opóźnienie (op) decyduje o długości drogi hamowania.
Podawane opóźnienie jest proporcjonalne do współczynnika tarcia możliwego do osiągnięcia między oponą a jezdnią:
op (m/s2) = f * g (m/s2)

f – współczynnik tarcia;
g – przyspieszenie ziemskie=9.81 m/s2 .
Wielkości te można dokładnie wyznaczać.
Na potrzeby tej analizy można przyjmować dane podane w KALKULATORZE DROGI HAMOWANIA I ZATRZYMANIA.

Opóźnienie można zwiększyć wykorzystując inne siły poza tarciem np.
– siłę oporu powietrza, którą wykorzystuje się w samochodach wyścigowych przy prędkościach pow. 100km/h do docisku opon do jezdni spojlerami lub bezpośrednio rozwijanymi spadochronami;
– siłę skrawania drogi lub opony;
– siły adhezji i inne.Są pojazdy i sytuacje, które nie osiągają max możliwego opóźnienia.
Są to wszystkie pojazdy, których ciężar oddziaływania na podłoże nie wykorzystuje się w hamowaniu (niehamowane koła przenoszące ciężar).
Będą to np. jednoślady hamujące tylko na tylne koło zamiast na dwa – ich droga hamowania wydłuży się dwukrotnie; przyczepy, naczepy bez hamulca; pojazdy z niesprawnymi hamulcami;
Będą to pojazdy z kołami hamującymi w powietrzu, na warstwie wody (aquaplaning) – czyli przy braku kontaktu z podłożem.

 


 

III.WPŁYW SPOSOBU NACISKANIA NA PEDAŁ HAMULCA
Poniżej przeprowadziłem analizę możliwego do uzyskania opóźnienia w różnych typowych sytuacjach zależnych od stanu pojazdu i umiejętności kierowcy.
Do analizy przyjąłem prędkość początkową pojazdów 70 km/h , maksymalnie możliwe do uzyskania opóźnienie 6 m/s 2(odpowiada suchej starej drodze asfaltowej).
– pojazdu z ABS – max wciśnięty pedał hamulca – średnie opóźnienie 6 m/s2;
– pojazdu bez ABS – hamującego pulsacyjnie – średnie opóźnienie 5,5 m/s2;
– pojazdu hamującego w 66% możliwej siły nacisku na pedał hamulca (np. niesprawne hamulce, fading, pulsacyjne bez potrzeby, obawa o ładunek, itp) – średnie opóźnienie 4 m/s2;
– pojazdu hamującego w poślizgu (zablokowane koła w niekorzystnych warunkach np. stare opony z dużą zawartością kauczuku; piasek, kamyki, woda, olej między oponą a jezdnią; łaty o różnej przyczepności; nierówności przy niesprawnych amortyzatorach… ) – średnie opóźnienie 3,5 m/s2;

Wyniki dla czasu reakcji kierowcy 0,35s i czasu reakcji układu samochodu 0,5s przedstawiam w tabeli i na wykresie:

OPÓŹNIENIE
w m/s2
DROGA
REAKCJI
Dr(m)
DROGA
HAMOWANIA
Dh(m)
DROGA
ZATRZYMANIA
Dz(m)
CZAS
ZATRZYMANIA
tz(s)
PRĘDKOŚĆ
UDERZENIA
Vu(km/h)
6 16,5 31,5 48 4,1 0
5,5 16,5 34,4 50,9 4,4 20
4 16,5 47,3 63,8 5,7 40
3,5 16,5 54 70,5 6,4 45
wykres opóźnienia

Dh – droga hamowania,
Dz – droga zatrzymania,
tz – czas zatrzymania się,
Vu – prędkość uderzenia w przeszkodę ustawioną w miejscu zatrzymania pojazdu z ABS-em.

Różnica drogi zatrzymania wynosi 22,5 m w skrajnych przypadkach.

WAŻNE: Maksymalny efekt hamowania uzyskuje się:
– na granicy wpadania w poślizg;
– samochodem wyposażonym w ABS;
– hamując pulsacyjnie z dużą częstotliwością na granicy poślizgu w samochodach bez ABS;

A tak będzie wyglądać ich długość drogi reakcji(Dr), drogi hamowania(Dh) i drogi zatrzymania (Dz) w skali :

wykres drogi
WAŻNE: Do 50 % wydłużenie drogi zatrzymania może być spowodowane:
-brak ABS,
-brak umiejętności hamowania pulsacyjnego,
-bojaźliwe naciskanie hamulca,
-przesadny nacisk hamulca bez ABS z zablokowaniem kół.
IV. WPŁYW CZASU REAKCJI NA DŁUGOŚĆ DROGI REAKCJI

Poniżej przedstawiam wpływ czasu reakcji na możliwość zatrzymania się. Wykorzystuję obliczenia powyższe przy różnym całkowitym czasie reakcji kierowcy i pojazdu.

W czasie reakcji (tr) pojazd przebywa drogę reakcji (Dr) zależną od prędkości (v) poruszania się.

Dr = v * tr
grupa A – całkowity czas reakcji kierowcy i samochodu = 0,5 s; droga reakcji Dr = 9,7 m;
Taka sytuacja może wystąpić przy super sprawnym kierowcy i samochodzie.
Kierowca oczekujący na pojawienie się przeszkody; nogę trzyma na pedale hamulca; wypoczęty;
Samochód nowy 100% sprawny.
grupa B – całkowity czas reakcji kierowcy i samochodu = 1,5 s; Dr = 29,2 m;
Kierowca zaskoczony pojawieniem się przeszkody; gorszy wzrok lub refleks; zmęczenie;
Samochód stary niezbyt sprawny technicznie.
grupa C – całkowity czas reakcji kierowcy i samochodu = 2,5 s; Dr = 48,6 m;
Kierowca całkowicie zaskoczony pojawieniem sie przeszkody (rozkojarzony, zajęty czytaniem reklam, zaabsorbowany rozmową telefoniczną, kłótnią w samochodzie, szukający niedopałka ….); stany po alkoholu i podobnie działających środkach; bardzo zmęczony;
Samochód niesprawny; bez wspomagania układu kierowniczego; z nadmiernymi luzami między okładzinami ciernymi a tarczami; zapowietrzony układ hydrauliczny;

Wyniki prezentuję na wykresie:

wykres

Pojawienie się nagłej przeszkody w odległości 45m: kierowca i samochód z grupy A ma szanse na zatrzymanie się.

Rozkojarzony kierowca w każdym samochodzie grupy C uderza w taką przeszkodę z pełną prędkością a jego droga zatrzymania jest większa o 100%.

WAŻNE:
– Szczególna ostrożność (noga nad hamulcem i wypatrywanie) w sytuacji zagrożenia ma decydujące znaczenie (nawet 100%) na skrócenie czasu reakcji i długość drogi zatrzymania się.
– Przy prędkościach poniżej 50 km/h droga reakcji może być dłuższa od drogi hamowania.

Drogę reakcji można skrócić wykorzystując :
– hamowanie silnikiem = w czasie przenoszenia nogi z pedału gazu na pedał hamulca, gdy sprzęgło nie jest naciśnięte pojazd jest hamowany silnikiem.
Siła tego hamowania będzie zależna od rodzaju silnika i podzespołów, od obrotów silnika, od włączonego biegu.
Czym niższy bieg i wyższe obroty silnika ta siła hamująca będzie wyższa.
Hamowanie silnikiem tracimy naciskając pedał sprzęgła.
– opory ruchu pojazdu = opory powietrza, opory toczenia kół po grząskim błocie, śniegu.
– opór ruchu pojazdu hamowanego, już wcześniej, np. hamulcem pomocniczym (ręcznym).
– opór ruchu powodowany wzniesieniem lub skierowaniem pojazdu w górę.


V.STREFA ZAGROŻENIA

 

Każdy obiekt w ruchu ma na swoim kierunku przed sobą strefę do wytracenia prędkości i zatrzymania się.
Podobnie w ruchu drogowym każdy pojazd niesie przed sobą strefę, w której będzie się zatrzymywał.
Ta strefa podąża wraz z pojazdem.
Składa się z segmentów:

A – strefa drogi reakcji (Dr).

Jest zależna od prędkości poruszania się, koncentracji, umiejętności szybkiego reagowania, umiejętności przewidywania zagrożeń na drodze.
Cokolwiek (pieszy, rowerzysta, pojazd) wtargnie w tą strefę (między pojazdem a jej końcem) zostanie uderzone z pełną prędkością – człowiek nie jest w stanie zareagować na to wydarzenie.
Ryzyko śmierci dla nieostrożnych uczestników ruchu drogowego.

B – strefa hamowania do 40 km/h.

Każdy obiekt w tej strefie zostaje uderzony z prędkością powyżej 40 km/h co może być zagrożeniem życia dla osób w samochodach .
Ryzyko śmierci dla wszystkich uczestników ruchu drogowego.

C – strefa hamowania od 40 km/h do zatrzymania się (Dz).

Tu ryzykujemy kolizję drogową natomiast w spotkaniu z niechronionymi uczestnikami ruchu (piesi, rowerzyści, motocykliści) ich śmierć.
Ryzyko śmierci dla niechronionych uczestników ruchu drogowego i zranienia pozostałych.

D – STREFA INTENSYWNEJ OBSERWACJI (Dz + 30m).

Na zauważone zagrożenie w tej strefie kierujący ma szansę zareagować: zatrzymać się lub hamując ominąć
W rzadkich przypadkach przy awarii pojazdu, zaśnięciu, zasłabnięciu kierowcy może wystąpić ryzyko śmierci dla wszystkich uczestników ruchu drogowego we wszystkich strefach.
wykres strefy

WAŻNE:
– STREFA ŚMIERCI przed pojazdem jest równa jego drodze zatrzymania (Dz).
– Szerokość strefy zagrożenia jest większa niż szerokość pasa ruchu (awaria pojazdu, nieopanowanie przy wykonywaniu manewru…).
– Wejście, wjazd w strefę rażenia zawsze może zakończyć się tragicznie.
– Nierozsądne jest przebywanie w tych strefach ruchu pojazdów bez konieczności (spacery? wycieczki piesze? rowerowe?).


VI.WIDOCZNOŚĆ PIESZEGO, WIDOCZNOŚĆ POJAZDU

Analizując problem wyboru prędkości i możliwości zatrzymania się nie trudno zauważyć, że właśnie wzajemna widoczność i ocena uczestników ruchu decyduje o bezpieczeństwie.
Zakładając rozsądek wszystkich uczestników ruchu drogowego przedstawiam poniższą analizę.
Zakładam prędkość zbliżającego się do jezdni pieszego na 5 km/h.
Pieszy widząc zbliżający się pojazd w odległości W i oceniając jego prędkość V podejmuje decyzję zatrzymania się przed jezdnią:
(Dzp=1,6m przy op = 6m/s2 i trp=1s)
lub przejścia pasa jezdni przy drodze przejścia Dp = 6,2m(1,6+3+1,6). Potrzebny czas na przejście pieszego tp= 4,5s.

PIESZY w odległości 1,6m od krawędzi jezdni aby przejść pas ruchu musi mieć widoczność W :
W=V*t czyli W=V*4,5/3,6 czyli W=1,25V jeśli W(m) a V(km/h).
W tej odległości W pieszy musi zobaczyć pojazd i ocenić jego prędkość.
Jeśli pojazd jedzie równo lub wolniej niż prędkość normalna dla danego rodzaju drogi – zdąży spokojnie przejść a jeśli wejdzie przed pojazd jadący szybciej lub będący bliżej – wymusi hamowanie pojazdu i może zostać potrącony. Jeśli prawidłowo oceni prędkość i odległość – zatrzyma się – będzie mógł kontynuować przejście po przejechaniu pojazdu.

KIERUJĄCY prowadząc pojazd zgodnie z prędkością dla danego rodzaju drogi musi pilnie obserwować zachowanie pieszego w odległości Dz do W oraz w odległości od skraju jezdni min 2 m.
Ma szansę zatrzymać się jeśli zmniejszy prędkość i decyzję podejmie przed Dz. Na szansę omijania przy zatłoczonych drogach, wysokich krawężnikach, słupach, drzewach, barierkach, rowach przy jezdni – nie powinno się liczyć.
Stąd wynika obowiązek każdorazowego zwolnienia w okolicach przejść dla pieszych,pilnej wzajemnej widoczności i obserwacji.

RODZAJ
DROGI
PRĘDKOŚĆ
V (km/h)
DROGA
ZATRZYMANIA
POJAZDU
I WIDOCZNOŚĆ
POTRZEBNA
PIESZEMU
Dz(m) — W1(m)
PRĘDKOŚĆ
MAKSYMALNA
POJAZDU ABY
JEGO Dz=W
V (km/h)
POJAZD PRZEKRACZAJĄCY
PRĘDKOŚĆ O 30 km/h
JEGO DROGA
ZATRZYMANIA
I WIDOCZNOŚĆ
POTRZEBNA
PIESZEMU
Dz (m) — W 2 (m)
STREFA
ZAMIESZKANIA
20 8 — 25 44 30 — 62,5
OBSZAR
ZABUDOWANY
50 30 — 62,5 79 63 — 100
PODMIEJSKA 70 51 — 87,5 97 92 — 125
POZA OBSZAREM
ZABUDOWANYM
90 77 — 112,5 112 126 — 150
Dwujezdniowa ….
Ekspresowa
jednojezdniowa
100 92 — 125 119 145 — 162,5
110 108 — 137,5 126 165 — 175
130 145 — 162,5 139 209 — 200 brak szans na zatrzymanie
i pieszy nie zdąży przejść z prędkością
5 km/h

WAŻNE:
– PRZEKROCZENIE PRĘDKOŚCI O 30 km/h każdorazowo nie pozwala zatrzymać się przed pieszym, który źle ocenił prędkość pojazdu w odległości W1 i wszedł na jezdnię.
– Aby bezpiecznie przejść przed pojazdem przekraczającym dozwoloną prędkość o każde 10km/h potrzebna jest widoczność drogi większa o 12,5 m od typowej dla rodzaju drogi.
– Zwiększenie prędkości o 30 km/h pociąga za sobą konieczność zwiększenia widoczności o 37,5m.
– PIESZY musi widzieć 2 do 3 razy dalej niż droga zatrzymania pojazdu.
– W tabeli powyższej pogrubiono niezbędną widoczność pojazdu przed przejściem W2 wg normatywnej prędkości drogi i nieodpowiedzialnych kierujących przekraczających tą prędkość o 30 km/h.


KALKULATOR PRĘDKOŚCI W OBLICZU ZAGROŻENIA

prędkość w obliczu zagrożenia

Kalkulator ten wyliczy maksymalną prędkość, której przekroczenie nie pozwoli się zatrzymać przed przeszkodą. Należy określić stan nawierzchni, całkowity czas reakcji swój i pojazdu oraz odległość możliwej przeszkody. W przypadkach ograniczonego zaufania do współuczestników ruchu drogowego, braku możliwości pełnego wykorzystania mozliwego opóźnienia – prędkość należy jeszcze bardziej obniżyć.


KALKULATOR PRĘDKOŚCI W ZAKRĘCIE

na zakręcie

Kalkulator na podstawie rozstawu kół pojazdu, położenia środka ciężkości, stanu nawierzchni, promienia zakrętu i jego nachylenia wskaże prędkość jazdy przy której nie odczuwa się siły odśrodkowej oraz skutki przekraczania prędkości, wpadnięcia w poślizg ewentualnie przewrócenia się pojazdu.
Warunek : kąt pochylenia do 45 stopni.
Więcej o zakrętach bezpiecznych, niebezpiecznych i śmiertelnie niebezpiecznych.


KALKULATOR DROGI HAMOWANIA I ZATRZYMANIA

kalkulator drogi hamowania

wyliczy: – drogę reakcji; – drogę hamowania; – drogę zatrzymania; – czas do zatrzymania; – prędkość uderzenia w przeszkodę na drodze.
Do wyliczenia należy podać następujące dane (ułamki dziesiętne podajemy z kropką w miejsce przecinka!):
– możliwe do uzyskania średnie opóźnienie wg stanu nawierzchni drogi w m/s2;
– prędkość w km/h; – widoczność drogi lub zwyczajowy odstęp jaki utrzymujemy od poprzedzającego pojazdu;
– swój czas reakcji – zauważenia zagrożenia, podjęcia decyzji i przeniesienia nogi z pedału gazu na pedał hamulca;
– czas reakcji układu hamulcowego – naciskanie hamulca, wzrost ciśnienia płynu hamulcowego, rozpieranie tłoczków w cylinderkach, docisk okładzin ciernych do tarczy lub bębnów hamulcowych;
Program zakłada nagłe pojawienie się nieruchomej przeszkody lub zatrzymanie się w miejscu poprzedzającego pojazdu – to zdarzenia przy jego uderzeniu w drzewo, w poprzedzające pojazdy w karambolu, jego czołowe spotkanie z pojazdem jadącym z naprzeciwka. Sytuacja może być korzystniejsza dla nas przy zaistnieniu stopniowego hamowania poprzednika z intensywnością mniejszą niż możliwą do uzyskania przez nasz pojazd – ale nie ma podstaw do takiego założenia. Sytuacja może być gorsza niż poda kalkulator, gdy pojazd po uderzeniu w przeszkodę cofa się w naszą stronę (odbicie sprężyste).