Απαιτήσεις FMVSS 121: Το Αμερικανικό Πρότυπο Αεροφρένων

Το FMVSS 121 — Ομοσπονδιακό Πρότυπο Ασφάλειας Μηχανοκίνητων Οχημάτων Αρ. 121, κωδικοποιημένο στο 49 CFR 571.121 — είναι ο αμερικανικός κανόνας που καθορίζει την ελάχιστη απόδοση για νέα φορτηγά, ρυμουλκά, λεωφορεία και ρυμουλκούμενα με αεροφρένα. Ορίζει πόσο γρήγορα πρέπει να φορτίζει το σύστημα ο συμπιεστής, πόσο όγκο δοχείων πρέπει να φέρει το όχημα, πόσο γρήγορα πρέπει να ενεργοποιούνται και να απελευθερώνονται τα φρένα, πόση απόσταση επιτρέπεται για ακινητοποίηση από 60 mph, και ότι το όχημα πρέπει να διαθέτει αντιμπλοκαριστικό σύστημα πέδησης. Καίρια σημείωση: πρόκειται για πρότυπο κατασκευής — ο NHTSA το επιβάλλει στον κατασκευαστή κατά την παραγωγή, ενώ η κατάσταση ενός φορτηγού που ήδη εργάζεται διέπεται από τους κανόνες της FMCSA στο 49 CFR Part 393.

Τι ρυθμίζει πραγματικά το πρότυπο

Το FMVSS 121 είναι διατυπωμένο ως σύνολο δοκιμών επιτυχίας/αποτυχίας που πρέπει να περάσει ένα νέο όχημα. Γενικά καλύπτει πέντε τομείς: παροχή και αποθήκευση αέρα, συσκευές προειδοποίησης, χρόνους ενεργοποίησης και απελευθέρωσης φρένων, απόδοση ακινητοποίησης λειτουργίας και έκτακτης ανάγκης, και δύναμη συγκράτησης του φρένου στάθμευσης. Περιλαμβάνει επίσης την απαίτηση για ABS που άλλαξε τον εξοπλισμό αεροφρένων στη Βόρεια Αμερική στα τέλη της δεκαετίας του 1990. Συναφή πρότυπα καλύπτουν τα κενά — το FMVSS 106 αφορά σωλήνες και σωληνώσεις αεροφρένων, τα FMVSS 105 και 135 αφορούν οχήματα με υδραυλικά φρένα, και το FMVSS 136 αφορά τον ηλεκτρονικό έλεγχο ευστάθειας σε ρυμουλκά και μεγάλα λεωφορεία.

Παροχή αέρα, δοχεία και συσκευές προειδοποίησης

Η δοκιμή φόρτισης είναι αυτή που θυμούνται περισσότερο οι τεχνικοί: με τα δοχεία να ξεκινούν στα 85 psi και τον κινητήρα στις μέγιστες συνιστώμενες από τον κατασκευαστή στροφές, ο συμπιεστής πρέπει να ανεβάσει την πίεση του δοχείου λειτουργίας στα 100 psi εντός 25 δευτερολέπτων. Γι' αυτό η χωρητικότητα του συμπιεστή καθορίζεται ειδικά για το όχημα και δεν επιλέγεται τυχαία — μια υποδιαστασιολογημένη μονάδα σε μεγάλη τράπεζα δοχείων δεν μπορεί να το πετύχει.

Η αποθήκευση διαστασιολογείται με βάση τα φρένα που πρέπει να τροφοδοτεί. Ο συνδυασμένος όγκος δοχείων σε μονάδα ισχύος πρέπει να είναι τουλάχιστον δώδεκα φορές ο συνδυασμένος όγκος όλων των θαλάμων φρένων λειτουργίας· τα ρυμουλκούμενα υπόκεινται σε μικρότερο πολλαπλασιαστή. Κάθε δοχείο χρειάζεται αποστράγγιση στο χαμηλότερο σημείο του και προστασία με βαλβίδα αντεπιστροφής ώστε μια βλάβη ανάντη να μην αδειάζει όλο το σύστημα. Το πρότυπο δεν ορίζει συγκεκριμένη ρύθμιση ρυθμιστή — απαιτεί το σύστημα να φτάνει και να διατηρεί την πίεση λειτουργίας — οπότε στην πράξη βλέπετε αποκοπή μεταξύ 120 και 135 psi, επανασύνδεση μεταξύ 100 και 110 psi, και ένα υγιές πλήρως φορτισμένο σύστημα κοντά στα 120 psi. Η προειδοποίηση χαμηλού αέρα πρέπει να ενεργοποιείται σε όχι λιγότερο από το μισό της πίεσης αποκοπής του ρυθμιστή, κάτι που τοποθετεί το βομβητή και το φως γύρω στα 60 psi στα περισσότερα οχήματα.

Χρόνοι ενεργοποίησης και απελευθέρωσης

Τα όρια χρόνου υπάρχουν ώστε τα φρένα ρυμουλκού και ρυμουλκούμενου να ενεργοποιούνται ταυτόχρονα και όχι διαδοχικά. Οι δοκιμές ξεκινούν από περίπου 100 psi πίεση δοχείου και μετρούν στον θάλαμο.

Γύρω από αυτούς τους αριθμούς σχεδιάζονται οι βαλβίδες αναμετάδοσης, οι βαλβίδες ταχείας απελευθέρωσης και η διαστασιολόγηση των γραμμών. Αν αντικαταστήσετε μια βαλβίδα αναμετάδοσης με λάθος πίεση ενεργοποίησης ή τοποθετήσετε γραμμή μικρότερης διαμέτρου σε ρυμουλκούμενο, μπορεί να αποκλίνετε από όσα πιστοποιήθηκε να κάνει το όχημα, ακόμη κι αν τεχνικά τίποτα δεν διαρρέει.

Απόσταση ακινητοποίησης

Ο κανόνας μειωμένης απόστασης ακινητοποίησης του 2009 μείωσε τις απαιτήσεις για ρυμουλκά κατά περίπου 30%, με σταδιακή εφαρμογή από τον Αύγουστο του 2011 για τα περισσότερα τρίαξονα ρυμουλκά και το 2013 για τα υπόλοιπα. Οι ακινητοποιήσεις γίνονται από 60 mph σε στεγνή επιφάνεια και το όχημα πρέπει να παραμείνει εντός λωρίδας 12 ποδιών.

Ξεχωριστές, μεγαλύτερες αποστάσεις ισχύουν για ακινητοποιήσεις με ελαφρύ φορτίο και για ακινητοποιήσεις έκτακτης ανάγκης με ένα κύκλωμα εκτός λειτουργίας. Αυτή η δοκιμή μερικής βλάβης είναι ο λόγος που κάθε σύγχρονη μονάδα ισχύος με αεροφρένα χωρίζει το σύστημα λειτουργίας σε ανεξάρτητα εμπρός και πίσω κυκλώματα — δείτε πώς λειτουργεί το διπλό σύστημα αεροφρένων για την πλευρά της σωλήνωσης.

ABS και ευστάθεια

Το αντιμπλοκαριστικό σύστημα πέδησης έγινε υποχρεωτικό βάσει FMVSS 121 σε ρυμουλκά με αεροφρένα που κατασκευάστηκαν την ή μετά την 1η Μαρτίου 1997, και σε άλλα φορτηγά, λεωφορεία και ρυμουλκούμενα με αεροφρένα που κατασκευάστηκαν την ή μετά την 1η Μαρτίου 1998. Τα ρυμουλκά φέρουν ενδεικτική λυχνία δυσλειτουργίας ABS στην καμπίνα· τα ρυμουλκούμενα φέρουν εξωτερική λυχνία δυσλειτουργίας στην αριστερή πλευρά, και τα ρυμουλκά κατασκευής από τον Μάρτιο του 2001 πρέπει επίσης να εμφανίζουν λυχνία δυσλειτουργίας ABS ρυμουλκούμενου στην καμπίνα. Το ABS ρυμουλκούμενου τροφοδοτείται μέσω του επταπολικού συνδέσμου, γι' αυτό μια οξειδωμένη ακίδα μπορεί να εμφανιστεί ως νεκρή λυχνία ABS ρυμουλκούμενου αντί για βλάβη πέδησης.

Φρένο στάθμευσης και έκτακτης ανάγκης

Το φρένο στάθμευσης πρέπει να ενεργοποιείται μηχανικά — δηλαδή με ελατηριωτά φρένα, όχι με συγκρατούμενο αέρα — και πρέπει να συγκρατεί το φορτωμένο όχημα σε κλίση 20%. Τα ελατήρια αρχίζουν να ενεργοποιούνται καθώς η πίεση συστήματος πέφτει, συνήθως στην περιοχή 20 έως 45 psi, γι' αυτό μια ανεξέλεγκτη διαρροή τελικά ακινητοποιεί το όχημα αντί να το αφήνει ελεύθερο. Το πρότυπο απαιτεί επίσης ότι μια βλάβη στο σύστημα λειτουργίας εξακολουθεί να αφήνει τρόπο ακινητοποίησης του οχήματος.

Σε ποιους εφαρμόζεται — και σε ποιους όχι

Το FMVSS 121 εφαρμόζεται σε νέα οχήματα με αεροφρένα που κατασκευάζονται για χρήση στους δρόμους των ΗΠΑ. Τα υδραυλικά και τα υβριδικά συστήματα αέρα-υδραυλικού υπάγονται σε διαφορετικά πρότυπα, και ορισμένα ρυμουλκούμενα και εξοπλισμός εκτός δρόμου ή ειδικού σκοπού εξαιρούνται πλήρως ή μερικώς. Τίποτα στο FMVSS 121 δεν υποδεικνύει στον στόλο πώς να συντηρεί το φορτηγό στη συνέχεια· αυτό είναι αρμοδιότητα των κανονισμών αεροφρένων της FMCSA στο Part 393 και των κριτηρίων επιθεώρησης που χρησιμοποιούνται στο δρόμο.

FMVSS 121 έναντι ECE R13

Εκτός Βόρειας Αμερικής, τα περισσότερα βαρέα οχήματα πιστοποιούνται σύμφωνα με τον Κανονισμό ΟΗΕ Αρ. 13. Και τα δύο καθεστώτα επιδιώκουν το ίδιο αποτέλεσμα, αλλά η φιλοσοφία δοκιμής διαφέρει αρκετά ώστε ένα συμμορφούμενο αμερικανικό φορτηγό να μην είναι αυτόματα εγκρίσιμο στην Ευρώπη.

Οι κανόνες ECE R13 ενσωματώνουν επίσης τον ηλεκτρονικό έλεγχο ευστάθειας στον ίδιο τον κανονισμό πέδησης, ενώ οι ΗΠΑ τον χειρίζονται σε ξεχωριστό πρότυπο. Στην πράξη, γι' αυτό τα ευρωπαϊκά ρυμουλκούμενα έρχονται με EBS και ανίχνευση φορτίου ως στάνταρ εξοπλισμό, ενώ τα βορειοαμερικανικά ρυμουλκούμενα συνήθως λειτουργούν μόνο με βαλβίδες αναμετάδοσης και ABS.

Τι σημαίνει αυτό στο συνεργείο

Δεν πιστοποιείτε οχήματα, αλλά μπορείτε ήσυχα να αποπιστοποιήσετε ένα. Τοποθετήστε συμπιεστή με μικρότερη χωρητικότητα από τον αρχικό και το φορτηγό μπορεί να μην πετυχαίνει πλέον τον χρόνο φόρτισης 85 προς 100 psi. Αφαιρέστε ή μειώστε το μέγεθος δοχείου και χάνετε αποθεματικό όγκο που το πρότυπο θεωρούσε δεδομένο. Αντικαταστήστε με βαλβίδα διαφορετικού χρόνου και το ρυμουλκούμενο δεν ενεργοποιείται πλέον μαζί με το ρυμουλκό. Αφήστε μια λυχνία ABS εκτός λειτουργίας και έχετε ταυτόχρονα πρόβλημα συμμόρφωσης και όχημα που ακινητοποιείται πιο αργά στον πάγο. Αντιστοιχίστε τα εξαρτήματα με την προδιαγραφή OE — η Bendix, η Wabco/ZF, η Knorr-Bremse, η Haldex, η Meritor και οι κατασκευαστές φορτηγών δημοσιεύουν όλοι τους αριθμούς — και το όχημα συνεχίζει να αποδίδει όπως πιστοποιήθηκε.