CABAN Jacek 1 DROŹDZIEL Paweł 2 Jakość płynu hamulcowego a bezpieczeństwo w ruchu drogowym WSTĘP Zaobserwowany wzrost liczby samochodów, jaki dokonał się w krajach tzw. nowej Unii do których zaliczyć możemy Polskę na przestrzeni ostatnich dwóch dekad spowodował wyraźny spadek poziomu bezpieczeństwa ruchu drogowego [5, 8]. W celu jego poprawy systematycznie modernizuje się istniejącą oraz buduje się nową infrastrukturę drogową, zwiększa się skuteczność i niezawodność systemów bezpieczeństwa pojazdów oraz stosuje się coraz doskonalsze środki eksploatacyjne. Aby zwiększyć bezpieczeństwo transportu samochodowego we wszystkich nowych pojazdach stosuje się złożone mechatroniczne systemy bezpieczeństwa, takie jak układy bezpieczeństwa biernego i czynnego [1, 4, 6, 7]. Jednym z nich jest układ hamulcowy, który ma decydujący wpływ na poziom bezpieczeństwa czynnego samochodu [3]. Na rysunku 1 przedstawiono udział procentowy usterek pojazdu, które były przyczyną zaistniałych wypadków drogowych [9]. Rys. 1. Wypadki drogowe spowodowane niesprawnością układów pojazdu [9] Na podstawie wykresu kołowego przedstawionego na rysunku 1 wynika, że 22,5% przyczyn wystąpienia wypadków drogowych z powodu niesprawności układów pojazdów są usterki występujące w jego układzie hamulcowym. Wymagania jakie są stawiane układom hamulcowym samochodów sformułowano w Regulaminie 13 Europejskiej Komisji Gospodarczej ONZ (ECE) [10]. Wymagania te dotyczą skuteczności hamowania, stateczności ruchu pojazdu w czasie hamowania oraz niezawodności układu hamulcowego. Spadek skuteczności siły hamowania jest konsekwencją intensywnego hamowania pojazdem, podczas którego dochodzi do wrzenia płynu w układzie hamulcowym. Sytuacja taka może mieć miejsce gdy płyn hamulcowy jest niskiej jakości. Świeży dobrej jakości płyn hamulcowy ma mniejszą podatność na zagotowanie podczas intensywnego hamowania. Oczywiste jest, że do zagotowania świeżego płynu hamulcowego może dojść w szczególnych warunkach drogowych np. przy typowo sportowej jeździe na rajdowych odcinkach specjalnych. Dlatego też dla prawidłowego funkcjonowania układu hamulcowego najważniejsze są właściwości płynu hamulcowego, ale także odpowiednia jego ilość. Podczas eksploatacji samochodu wymagana jest więc częsta jego kontrola oraz uzupełnianie bądź wymiana gdy zaobserwowane parametry jakościowe płynu ulegną pogorszeniu [2]. 1 Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, 20-612 Lublin, ul. Głęboka 28, j.caban@pollub.pl 2 Politechnika Lubelska, Instytut Transportu Silników Spalinowych i Ekologii, 20-618 Lublin, ul. Nadbystrzycka 36, p.drozdziel@pollub.pl 197
W niniejszej pracy zaprezentowano wyniki badań płynu hamulcowego przeprowadzonych na wybranej grupie samochodów osobowych. Badania prowadzono w celu określenia zmian jakości płynu hamulcowego podczas ich rocznej eksploatacji. Jako parametry oceny jakości przyjęto zawartość wody oraz temperaturę wrzenia płynu hamulcowego [4]. 1. METODYKA BADAWCZA Badania kontroli jakości płynu hamulcowego zrealizowano na grupie 32 pojazdów. Badane samochody charakteryzowały się różną datą produkcji (2000 2012) oraz posiadały różne przebiegi kilometrowe. Pojazdy zostały przebadane dwukrotnie w odstępie jednego roku ich eksploatacji. W tym czasie wykonały one różne przebiegi kilometrowe. Najkrótszy wynosił 113 km, natomiast najdłuższy wynosił 29 908 km. Wartość średnia wynosiła ponad 13 tys. km. Badania zawartość wody oraz temperatury wrzenia płynu hamulcowego przeprowadzano za pomocą elektronicznego testera ATE-BFT 320 umieszczonego w zbiorniczku wyrównawczym. Należy w tym miejscu powiedzieć, że wartość temperatury wrzenia płynu hamulcowego w elementach wykonawczych (tj. zaciskach hamulcowych) będzie znacznie mniejsza od tej zmierzonej w zbiorniczku [4]. Związane jest to z higroskopijnością płynów hamulcowych na bazie glikolu. Na rysunku 2 przedstawiono aparaturę badawczą do określenia temperatury wrzenia płynu hamulcowego. Rys. 2. Schemat testera do pomiaru temperatury wrzenia firmy ATE-BFT 320 [4] 2. ANALIZA STATYSTYCZNA UZYSKANYCH WYNIKÓW BADAŃ Pierwsza przeprowadzona analiza statystyczna badania zgodności rozkładu empirycznego z rozkładem normalnym wykazała (na przyjętym w obliczenia poziomie istotności α = 0,05), że dla pierwszego oraz drugiego pomiaru histogram temperatury wrzenia płynu hamulcowego można aproksymować rozkładem normalny. Statystyka Shapiro-Wilka dla pierwszego badania wynosiła S-W = 0,9819 przy p = 0,8541, zaś dla drugiego S-W = 0,9769 p = 0,7070. Na rysunkach 3 i 4 przedstawiono histogramy uzyskanych wyników pomiarów. 198
Rys. 3. Histogram temperatury wrzenia płynu hamulcowego w badanej populacji pojazdów przy pierwszym badaniu; 1 funkcja gęstości rozkładu normalnego dopasowana do danych empirycznych Rys. 4. Histogram temperatury wrzenia płynu hamulcowego w badanej populacji pojazdów przy drugim badaniu; 1 funkcja gęstości rozkładu normalnego dopasowana do danych empirycznych W celu sprawdzenia czy wartość średnia temperatury wrzenia płynu hamulcowego różni się istotnie pomiędzy kolejnymi badaniami pojazdu przeprowadzono (ze względu na spełnienie założeń klasycznej analizy statystycznej) analizę t-studenta dla zmiennych zależnych. Jej wyniki t = 10,29 oraz p < 0,0001 wskazują, że nastąpiło istotne zmniejszenie się wartości średniej temperatury wrzenia płynu hamulcowego z 212,21ºC do 196,25ºC. Na rysunku 5 przedstawiono wykres ramka-wąsy zależności temperatury wrzenia płynu hamulcowego od numeru badania. 199
Rys. 5. Wykres zależności temperatury wrzenia płynu hamulcowego a numerem badania pojazdu Kolejna analiza statystyczna, z wykorzystaniem tabel wielodzielnych, miała na celu sprawdzenie czy zawartość procentowa wody w płynie hamulcowym różni się istotnie pomiędzy pierwszym a drugim badaniem. Zastosowano statystkę 2 największej wiarygodności. Wyniki uzyskanych obliczeń wskazują ( 2 = 1,3772 przy p = 0,7108) na brak istotnych statystycznie różnic zawartości wody pomiędzy pierwszym a drugim pomiarem zawartości wody w badanych płynach hamulcowych. Na rysunku 6 przedstawiono interpretację graficzną tej zależności w postaci trójwymiarowego wykresu. Rys. 6. Trójwymiarowy wykres zawartości wody w płynie hamulcowym w badanej populacji pojazdów W przeprowadzonych badaniach stwierdzono, że zawartość wody w płynie hamulcowym zmieniła się pomiędzy kolejnymi badaniami o 1% tylko dla 5 pojazdów. Sprawdzono czy występująca zmiana zawartości wody w płynie hamulcowym wynikała z przebiegu kilometrowego pojazdu pomiędzy kolejnymi badaniami. W tym celu przeprowadzono analizę porównawczą dla zmiennej grupującej zmiana wody i zmiennej zależnej przebieg kilometrowy pojazdu. Ze względu na to, że posiadane dane nie spełniają założeń klasycznej analizy z zastosowaniem testu t-studenta zastosowano test nieparametryczny U Manna-Whitney a. 200
Wyniki obliczeń wskazują na brak istotnych statystycznie różnic pomiędzy średnim przebiegiem kilometrowym samochodu (Z = -0,2335 przy p = 0,8406) a procentową zmianą zawartości wody w płynie hamulcowym. Na rysunku 7 przedstawiono wykres ramka-wąsy zależności przebiegu kilometrowego pojazdu a zmianą zawartości procentowej wody w płynie hamulcowym. Rys. 7. Wykres zależności przebiegu kilometrowego pojazdu i zmiany zawartości procentowej wody w płynie hamulcowym Sprawdzono także czy występująca zmiana zawartości wody w płynie hamulcowym spowodowała istotną różnicę w zmianie wartości średniej temperatury wrzenia płynu hamulcowego. Ze względu na to, że posiadane dane nie spełniają, po raz kolejny, założeń klasycznej analizy z zastosowaniem testu t-studenta zastosowano test nieparametryczny U Manna-Whitney a. Wyniki przeprowadzonych obliczeń wskazują na brak istotnych statystycznie różnic pomiędzy zmianą średniej wartości temperatury wrzenia płynu hamulcowego (Z = 0,5718 przy p = 0,5790) a zmianą procentową zawartości wody w płynie hamulcowym, co pokazano na wykresie ramka-wąsy na rysunku 8. Rys. 8. Wykres zależności zmiany temperatury wrzenia płynu hamulcowego i zawartości procentowej wody w płynie hamulcowym 201
Uzyskane wyniki obydwu porównań wskazują na to, że zmiana zawartości procentowej wody w płynie hamulcowym nie zależy od przebiegu kilometrowego pojazdu oraz jej zmiana nie wpływa na zmianę obserwowanej wartości temperatury wrzenia płynu hamulcowego. Ostatnią wykonaną analizą statystyczną była analiza korelacji przeprowadzona w celu sprawdzenia czy zmiana temperatury wrzenia płynu hamulcowego zależy od przebiegu pojazdu pomiędzy kolejnymi badaniami. Wartość współczynnika korelacji r = 0,2514 wskazuje na słabą ale nie istotną statystycznie (p = 0,1650). Na 9 rysunku przedstawiono wykres rozrzutu pomiędzy tymi zmiennymi. Rys. 9. Wykres rozrzutu temperatury wrzenia płynu hamulcowego oraz przebiegu pojazdu pomiędzy badaniami; 1 krzywa regresji, 2 przebieg ufności dla prognozowanej średniej obserwacji PODSUMOWANIE Badaniom jakości płynu hamulcowego poddano populację 32 pojazdów w odstępie czasowym jednego roku. Badanymi parametrami jakości płynu hamulcowego były: temperatura wrzenia płynu hamulcowego oraz procentowa zawartość w nim wody. Na podstawie przeprowadzonych analiz można stwierdzić, że obserwowana zmiana temperatury wrzenia płynu hamulcowego nie zależy od zmiany zawartej w nim wody, a tylko od wykonanego przez pojazd przebiegu kilometrowego. Jak wykazano w badaniach średni spadek wartości temperatury wrzenia płynu hamulcowego wynosi ok. 16 C po roku użytkowania pojazdu przy średnim przebiegu kilometrowym wynoszącym ok. 13 000 km. Przyjmując, że dopuszczalny spadek wartości średniej temperatury wrzenia płynu hamulcowego nie może być mniejszy niż 60 C można przyjąć, że przebieg pojazdu rzędu 50 000 km jest sygnałem do sprawdzenia jakości i ewentualnej jego wymiany. Taka częstotliwość wymiany zapewnia poprawne funkcjonowanie układu hamulcowego, a tym samym zwiększa bezpieczeństwo uczestników ruchu drogowego. Dodatkowo w trakcie wykonywanych badań przeprowadzano rozmowy kontrole z właścicielami pojazdów. Niektórzy z kierowców stwierdzili, że wcale nie sprawdzają jakości płynu lub też pomimo zaleceń diagnosty nie wymienili go. Ich działania ograniczają się jedynie do uzupełniają jego poziomu w zbiorniczku wyrównawczym. W dwóch przypadkach kierowcy stwierdzili, że skoro pojazd hamuje to znaczy, że układ działa poprawnie, a oni nie hamują nagle przy użyciu maksymalnego nacisku na pedał hamulca. Wskazuje to lekceważący stosunek do zagadnień bezpieczeństwa ruchu drogowego. Dlatego też tak ważne jest wzbudzanie świadomości kierujących pojazdami, że od ich zachowania i prawidłowej obsługi użytkowanych pojazdów, zależy bezpieczeństwo na drodze. 202
Streszczenie Bezpieczeństwo ruchu drogowego zależy od wielu czynników, miedzy innymi od sprawności technicznej układów pojazdu oraz dyspozycji kierowcy. W artykule przedstawiono wpływ jakości płynu hamulcowego w pojazdach samochodowych na bezpieczeństwo ruchu drogowego. Zaprezentowano wyniki badań płynu hamulcowego przeprowadzone na wybranej grupie samochodów osobowych, będących uczestnikami ruchu drogowego. Badane pojazdy charakteryzowały się różną datą produkcji (od roku 2000 do 2012) i posiadały różne wskazania drogomierza. Quality of brake fluid on the road safety Abstract Road safety depends on many factors, including the efficiency of the technical system and the disposal of the driver of the vehicle. The influence of the quality of the brake fluid in vehicles on road safety. The results of tests carried out on the brake fluid selected group of cars, which are traffic. The test vehicles were characterized by different production date (from 2000 to 2012) and had a different of odometer reading. BIBLIOGRAFIA 1. Caban J., Droździel P., Holeša L., Vrábel J., Šarkan B., Research on the brake fluid testers. TRANSCOM 2013 10th European Conference of Young Researchers and Scientists, Proceedings Section 1, Transport and Communications Technology. University of Žilina, 24-26 June 2013 Žilina, Slovak Republic, 2013. 2. Caban J., Droździel P., Stan bezpieczeństwa ruchu drogowego w Polsce i na Słowacji w latach 2002 2013. Logistyka 2014, nr 5. 3. Caban J., Holeša L., The Methods Of The Determination Of Glycol-Based Brake Fluids. Progressive Directions For Mechanical Engineering, Device Building Transportation Industries And Ecology, Materials of the scientific international technical conference of students, postgraduate and young scientists Sevastopol, Ukraine, 20-23 of May, 2013. 4. Caban J., Holeša L., Jachymek M., Opielak M., Stopa P., Šarkan B., Vrábel J., Badania płynu hamulcowego w samochodach osobowych. TTS 2013, nr 10. 5. Caban J., Vrábel J., Droździel P., Stan bezpieczeństwa transportu drogowego w Polsce i na Słowacji w porównaniu z innymi krajami UE. Autobusy 2013, nr 3. 6. Droździel P., Komsta H., Rybicka I., Analiza uszkodzeń układów bezpieczeństwa w pojazdach komunikacji zbiorowej na przykładzie Miejskiego Przedsiębiorstwa Komunikacyjnego w Lublinie. Logistyka 2012, nr 3. 7. Hudak A, Vrábel J., Faktory ovplyvňujúce bezpečnosť styku pneumatiky a vozovky. Doprava a spoje: internetový časopis śilińska Univerzita, 2010, nr 1. 8. Jamroz K., Metoda zarządzania ryzykiem w inżynierii drogowej. Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2011. 9. Narodowy Program Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego 2013-2020,KRBRD materiał na posiedzenie plenarne KRBRD w dniu 08.01.2013. 10. Uniform provisions concerning the approval of vehicles of categories M, N and O with regard to braking. UN ECE, Regulation No 31. 203