Jarrut ovat auton tärkein turvallisuusjärjestelmä. Niitä pidetään itsestäänselvinä, mutta niihin kohdistuu melkoisia vaatimuksia. Tutustu nyt tarkemmin jarrujen suunnitteluun, kehittämiseen ja toimintaan.
Kuljettaja painaa jarrupoljinta, jolloin auton nopeus alkaa hidastua. Nopeus hidastuu polkimen painamisvoiman mukaan auton pysähtymiseen saakka. Yksinkertaista – näinhän jarrut ovat toimineet jo vuosikymmeniä.
Vaikka nykyajan autoissa elektroniikan määrä jatkaa kasvuaan, jarrujärjestelmän mekaaniset osat ovat periaatteessa säilyneet ennallaan. Jokaisesta autosta löytyvät perinteiset levy- tai rumpujarrut, ja ne toimivat samalla tavalla kuin ennenkin.
Jarrujen tarkastus ja huolto kannattaa jättää valtuutetun huoltopisteen tehtäväksi. Talven jäljiltä jarrujen osissa voi olla toimintaa haittaavasti likaa ja maantiesuolajäämiä.
Kuten niin usein, päällisin puolin yksinkertainen voikin osoittautua huomattavasti monimutkaisemmaksi.
"Jarrujen toimintaan liittyy monenlaisia vaatimuksia, joiden vuoksi jarrujärjestelmien toteuttaminen on haasteellista ja monimutkaista", Škodan teknisen tuotekehitysosaston jarrujärjestelmäkoordinaattori Michal Klofec kertoo.
Perustavanlaatuinen vaatimus on tietenkin turvallisuus: jarrujen on pystyttävä pysäyttämään auto turvallisesti tietyn jarrutusmatkan aikana, myös jos järjestelmässä on osittainen häiriö. Tämä jarrutusmatkaminimi on laissa määritetty.
Toiset tykkäävät ärhäköistä jarruista, toiset rauhallisemmista
"Me täytämme luonnollisesti lakivaatimukset, mutta haluamme myös pystyä parempaan. Esimerkiksi neljännen sukupolven ŠKODA OCTAVIA pysähtyy 100 km/h nopeudesta paikoilleen 33‒34 metrin jarrutusmatkalla, mikä on erinomainen suoritus", Klofec toteaa.
"Näin lyhyiden jarrutusmatkojen toteutumiseen vaikuttavat jarrujärjestelmän lisäksi modernit renkaat, jotka pystyvät välittämään jarrutusvoimaa tiehen tehokkaasti", hän lisää.
Jarrujärjestelmäkoordinaattori Michal Klofec
Jotta kuljettajan olisi aina helppo käyttää jarruja ja siten säilyttää autonsa hallinta ilman jarrujen yllättäviä toimintoja, jarrujen suunnittelussa on lakivaatimusten lisäksi otettava huomioon monia kriteereitä.
"Meillä kaikilla on hieman vaihtelevat odotukset jarrujen toiminnasta. Jotkut tykkäävät välittömästi tarttuvista jarruista, toisia miellyttävät hieman rauhallisemmin jarruttamaan aloittavat jarrut", jarruasiantuntija tietää.
Jarrujen toiminnan hienosäätö on aina jonkinasteinen kompromissi, jota haettaessa asiantuntijoiden on pidettävä mielessä kuljettajan lisäksi myös auton matkustajat. Heidän mukavuutensa vuoksi kaikki on kalibroitava siten, että jarrutuksen tuntuminen on mahdollisimman luonnollista.
Miten jarruja on hoidettava ja mitkä niiden huoltovaatimukset ovat?
Vaikka jarrujen toiminnan perusperiaate on vuosikymmenten ajan säilynyt samana, jarrujärjestelmät ovat kehittyneet aina vain monimutkaisemmiksi. Se merkitsee esimerkiksi sitä, että kuljettajan on huomioitava muutama asia jarrujen hoitoa ajatellen. Koska eri kuljettajat kuluttavat jarruja eri tavoin (jos esimerkiksi käyttää usein moottorijarrutusta ja säästää jarruja), Klofec neuvoo suojaamaan jarruja ruostumiselta.
"Auton käyttöolosuhteet vaihtelevat, emmekä me aina voi jarruttaa jarruja kuiviksi ajon aikana. Mutta on tilanteita, joissa voimme ja on syytä: esimerkiksi autopesun jälkeen. On järkevää lämmittää ja kuivata jarrut ajamalla lyhyt matka, jonka aikana tarjoutuu tilaisuus tehdä erilaisia jarrutuksia", Klofec neuvoo.
Pitkissä alamäissä moottorilla jarruttaminen pidentää jarrujen käyttöikää. Klofec myös muistuttaa, ettei vaaratilanteessa ole mitään syytä varoa voimakasta jarruttamista.
"Täydellä voimalla jarruttaminen takaa lyhimmän mahdollisen jarrutusmatkan, ja samalla jarrujen toimintaa ohjaavat ABS- ja ESP-järjestelmät toimivat suunnitellulla tavalla", hän toteaa.
Klofec varoittaa, ettei omin päin kannata tehdä jarrujen huoltotöitä. "En todellakaan suosittele sitä. Koska kyseessä on äärimmäisen tärkeä turvallisuusjärjestelmä, olemassa on vaarallisen monta riskiä." Esimerkiksi sähkömekaanisella seisontajarrulla varustetun auton jarrujen diagnoosiin tarvitaan erikoistyökaluja.
Kokonaisuutena Škodan on turvallisuusvaatimusten lisäksi otettava huomioon monta muutakin tekijää.
"Ensimmäisenä mainitsen jarrutuntuman eli sen, miten jarrutuksen voima kasvaa jarrupolkimen painamisen lisäämisen myötä. Jarrutuntuman pitää olla luonnollinen ja jarrujen tehon helposti annosteltavissa", Klofec kertoo.
Toinen vaatimus on, että kaikkien ŠKODA-automallien jarrutuskäyttäytymisen pitää olla samanlainen. "Haluamme, että pienempikokoinen FABIA tuntuu tässä suhteessa tutulta suureen KODIAQ-katumaasturiin verrattuna", Klofec korostaa.
Jarruttamisen pitää tuntua kaikissa ŠKODA-automalleissa mukavalta – kuten ŠKODA ENYAQ SPORTLINE iV -täyssähkömaasturissa.
Jarrut eivät koskaan saa yllättää kuljettajaa, vaan niiden pitää aina toimia samalla tavalla. Kun esimerkiksi jarruttaa töyssyn yli, jarruissa ei saa tapahtua odottamatonta liikettä, vaan kuljettajan on tunnettava jarrupolkimessa muuttumaton vastus.
Jarrujen toimintavaatimusten ja turvallisuusvaatimusten (joihin sisältyy jarrujen tarkastus toistuvissa jarrutuksissa, vuoristoajotesti ja ESP-ajonvakautusjärjestelmän testi) lisäksi jarrujen suunnittelijat kohtaavat nykyään myös lainsäädännöllisiä määräyksiä koskien esimerkiksi tiettyjen materiaalien käyttöä. Asbestin, ammoniakin, lyijyn, kadmiumin ja hiljattain ylös kuparin käyttö jarruissa on kiellettyä.
Miten seisontajarru toimii?
Myös käsijarruksi kutsuttu seisontajarru on auton jarrujärjestelmän osa, joka nykyään voi toimia kahdella yleisellä tavalla. Perinteisessä seisontajarrussa kuljettaja käyttää seisontajarrukahvaa, joka vaijerivälitteisesti ja hammaspyörällä käyttää pyöräsylinterin mäntää saaden jarrupalat puristumaan jarrulevyjä vasten. Kun vaijerin jännitys vapautetaan, jarrupalat palautuvat takaisin perusasentoonsa. Rumpujarrujen yhteydessä seisontajarru toimii vastaavasti.
Modernimpi toteutus on sähkömekaaninen seisontajarru. Katkaisimen käyttäminen kytkee sähkömoottorin työntämään mäntää pienen vaihteiston läpi, jossa on myös kierukkapyörä.
Auton eri parametrit – massa, pyöräkoko, moottorin teho – vaikuttavat jarrujen rakenteeseen. Jarrut on aina suunniteltava toimiviksi ja tehokkaiksi, mutta myös edullisiksi valmistaa. Myös akustiset ominaisuudet ovat tärkeitä. Jarrujen vinkuminen on yksi epämiellyttävimpänä koetuista autoilun häiriöäänistä.
"Sitä ei koskaan saa täysin eliminoitua – jarrujen kun tulee toimia niin monissa erilaisissa olosuhteissa ja tilanteissa, unohtamatta tietenkään jarrupalojen kuntoa ja vaihtamistarvetta. Silti häiritsevien äänten ehkäisy on yksi tärkeä osa työtämme", ŠKODA-suunnittelija kertoo.
Seisontajarrua testataan myös erilaisten olosuhteiden testiradalla.
Äänet ja hiukkaspäästöt
Taistelu jarrujen kirskumista ja vinkumista vastaan kuvaa hyvin jarrujen suunnittelu- ja kehitystyön monimutkaisuutta. Suunnitteluvaiheessa olevan auton ominaisuuksien mukaisesti kehitettävistä jarruista tehdään ensin prototyyppi. Sitten jarruja tutkitaan testiolosuhteissa, joissa tietty mahdollinen vinkumistaipumus saattaa tulla esiin. Seuraavaksi kaikki tutkitaan käytännössä, sillä toisin kuin yleensä kuvitellaan, korkeataajuista vinkunaa saattavat aiheuttaa muutkin osat kuin jarrupalojen ja jarrulevyjen (tai jarrukenkien) kosketus toisiinsa.
"Vinkuminen aiheutuu yksinkertaisesti jonkin osan värähtelytaajuudesta, joka johtaa kuuluvan äänen syntymiseen. Jarrujen toiminta voi esimerkiksi saada pyöräntuennan osan värähtelemään", Klofec kertoo.
Insinöörien on keksittävä rakenteellinen muutos, jolla ko. taajuuksia vaimennetaan mahdollisimman hyvin. Toisinaan jarrupalojen vaihtaminen riittää, jos jarrupaloihin on mahdollista lisätä pieni metalliosa jäykistämään palaa ja siten vaimentamaan tiettyjä taajuuksia. Toisinaan on muutettava jarrukannattimen valumuotoa. Aina tavoitteena on pystyä vaimentamaan taajuutta siellä, missä se syntyy.
Jos auton jarrut eivät lakkaa vinkumasta, valtuutetun huoltopisteen ammattilaiset osaavat auttaa.
"Jarruissa on aina parantamisen varaa", Klofec tunnustaa.
Esimerkiksi lainsäädännön kautta halutaan pienentää jarruista aiheutuvia hiukkaspäästöjä, mikä periaatteessa tarkoittaa jarrujen kulumisen vähentämistä. Materiaalien kehittymisen myötä on mahdollista parantaa jarrujen korroosiokestävyyttä, joka on tärkeä tekijä jarrujen moitteettoman ja miellyttävän toiminnan takaamiseksi.
"Tässä suhteessa erittäin toimiva ratkaisu olisi keraamiset jarrulevyt, mutta ne ovat liian kallista tekniikkaa suursarjatuotantoautoihin. En oikein jaksa uskoa, että ne tulevaisuudessakaan yleistyisivät", Klofec arvelee.
Kuvassa ŠKODA OCTAVIA RS iV:n kirkkaanpunaiset jarrusatulat.
Rumpujarrut ja jäähdytysratkaisut Mladá Boleslavin tehtaalta
Sähköautoilun yleistymisen kynnyksellä suunnittelijat ja insinöörit etsivät uusia ratkaisuja.
"Tavallisessa ajossa täyssähköauto jarruttaa paljolti jarrutusenergian talteenoton voimalla. Voimakkaasti jarrutettaessa sekin käyttää jarrutukseen perinteistä jarrujärjestelmää. Lisäksi on muistettava, että sähköautojen ajoakut ovat huomattavan painavia. Siksi jarruilta vaaditaan jopa ristiriitaisia asioita", jarrujen kehittämisen asiantuntija kertoo.
Jarrujärjestelmien vaatimusten moninaisuus on johtanut poikkeuksellisen ratkaisuun Volkswagen-konsernin ja siten myös Škodan täyssähköautoissa: verrattain painavissa autoissa rumpujarrut ovat takana, koska nämä täyssähköautot ovat takavetoisia ja koska jarrutusenergian talteenottokin tapahtuu takapyöriltä.
Jos takapyörillä olisi levyjarrut, ne voitaisiin mitoittaa etupyörien levyjarruja pienemmiksi, koska ne jarruttavat vähemmän. Täyssähköautossa ne jarruttaisivat vieläkin vähemmän, koska takapyöriä useimmiten jarrutetaan jarrutusenergian talteenoton voimalla. Tästä seuraisi täyssähköauton takajarrulevyjen pintojen suurempi ruostumisriski. Esimerkiksi näistä syistä täyssähköautossa on takana rumpujarrut.
Koska täyssähköauto jarruttaa usein jarrutusenergian talteenoton voimalla, ENYAQ iV:n takapyörien rumpujarruja tarvitaan yleensä vain kovemmissa jarrutuksissa.
Rumpujarrut valmistetaan Mladá Boleslavin tehtaalla. ŠKODA on vastannut Volkswagen-konsernin automallien rumpujarrujen kehitystyöstä vuodesta 2004 alkaen. Škodan insinöörit vastaavat rumpujarrujen suunnittelusta viimeiseen osaan saakka: he määrittävät yksittäisten osien mitoituksen tulevien automallien vaatimusten mukaisesti. He ratkaisevat, miten jarrujen osat kiinnitetään, miten jarrujen hydrauliset piirit liitetään, miten seisontajarru toimii ja monta muuta yksityiskohtaa. He vastaavat prosessin kaikista vaiheista alusta loppuun, ensimmäisistä tietokonemalleista käytännön testeihin.
Hätäjarru!
Sähkömekaanisella seisontajarrulla on yksi erityinen toiminto, josta moni kuljettaja ei tiedä. Kun sähkömekaanisen seisontajarrun katkaisinta pidetään vedettynä yhtäjaksoisesti muutaman sekunnin ajan, hätäjarrutustila aktivoituu. Tätä toimintoa voi käyttää, jos jalkajarru ei toimi tai jos kuljettaja ei pysty painamaan jarrupoljinta. Kun katkaisin pidetään vedettynä, aktivoituu ESP-ajonvakautusjärjestelmän erityistoiminto, joka tuottaa jarruihin tarvittavan jarrupaineen auton pysäyttämiseksi. Katkaisimen tällainen käyttäminen ei ohjaa yksinomaan seisontajarrua, vaan antaa auton elektroniikalle tiedon epätavallisesta tilanteesta, jossa auto on saatava pysähtymään.
Volkswagen-konsernin automallien rumpujarruihin liittyy toinenkin tekniikka, joka on peräisin Škodan päätehtaalta Mladá Boleslavista. Jarrujen aktiivisessa jäähdytyksessä kyse on etujarrulevyjen jäähdyttämisestä.
Aiemmin jarrulevyjen jäähdyttämiseen ohjattiin ilmaa etupuskurissa olevia kanavia pitkin. Se kuitenkin lisäsi auton ilmanvastusta ja siten polttoaineen kulutusta. ŠKODA keksi ratkaisun, jossa hyödynnetään moottorin jäähdytystuuletinta.
Kun elektroniikka arvioi, että jarrut tarvitsevat tavallista enemmän jäähdytystä esimerkiksi pitkässä alamäkiajossa, jäähdytystuuletin kytkeytyy toimintaan ja ohjaa auton pohjaan sijoitettujen säleikköjen kautta jarruille jäähdyttävää ilmaa auton aerodynamiikkaa heikentämättä.
"Moottorin jäähdyttimeltä tuleva lämmin ilma on vielä riittävän viileää jäähdyttämään jarruja", Klofec toteaa ratkaisun toiminnasta kertoessaan.
