نحوه عملکرد ترمزهای خودرو: راهنمای کامل سیستم های ترمز

ترمز خودرو انرژی جنبشی وسیله نقلیه خود را از طریق اصطکاک به انرژی حرارتی تبدیل کرده و خودروی شما را به حالت کنترل‌شده در می‌آورد. وقتی پدال ترمز را فشار می دهید، فشار هیدرولیک نیروی پای شما را 3-6 برابر می کند ، فشار دادن لنت ترمز بر روی دیسک ها یا درام های چرخان برای ایجاد اصطکاک لازم برای کاهش سرعت. خودروهای مدرن از ترمزهای دیسکی، ترمزهای درام یا ترکیبی از هر دو، همراه با سیستم های پیچیده مانند ABS و توزیع الکترونیکی نیروی ترمز استفاده می کنند تا از قدرت ایست و مطمئن ایست ایمن اطمینان حاصل کنند.

پایه سیستم ترمز هیدرولیک

سیستم هیدرولیک ستون فقرات ترمز مدرن خودرو را تشکیل می دهد. هنگامی که پدال ترمز را فشار می دهید، سیلندر اصلی حاوی روغن ترمز را فعال می کند. این سیستم مهر و موم شده بر اساس اصل پاسکال عمل می کند، جایی که فشار اعمال شده به یک سیال محصور به طور مساوی در سراسر سیستم منتقل می شود.

عملکرد سیلندر اصلی

سیلندر اصلی دارای دو پیستون است که در مدارهای هیدرولیک مجزا فشار ایجاد می کنند. سیستم های دو مداره در سال 1967 اجباری شدند بعد از اینکه مقررات ایمنی نیاز به افزونگی داشت - اگر یک مدار از کار بیفتد، دیگری قابلیت ترمز جزئی را حفظ می کند. سیلندر اصلی معمولی تولید می کند 800-1200 psi فشار هیدرولیک در هنگام ترمز معمولی و تا 2000 psi در هنگام توقف اضطراری.

خواص مایع ترمز

روغن ترمز باید تحت شرایط شدید تراکم ناپذیر باقی بماند در حالی که در برابر دمای -40 درجه فارنهایت تا بیش از 400 درجه فارنهایت مقاومت می کند. مایعات نقطه 3، نقطه 4 و DOT 5.1 بر پایه گلیکول با نقاط جوش متفاوت هستند:

ماهیت رطوبت سنجی مایعات مبتنی بر گلیکول به این معنی است که آنها رطوبت را در طول زمان جذب می کنند، که نقطه جوش را کاهش می دهد و عملکرد ترمز را کاهش می دهد. تولید کنندگان توصیه می کنند روغن ترمز را هر 2-3 سال یکبار تعویض کنید بدون توجه به مسافت پیموده شده

اجزای ترمز دیسکی و عملکرد

ترمزهای دیسکی به دلیل اتلاف حرارت عالی و عملکرد ثابت، بر وسایل نقلیه مدرن تسلط دارند. این سیستم شامل روتور متصل به توپی چرخ، پیستون های هیدرولیک محفظه کالیپر و لنت های ترمز است که در برابر روتور اصطکاک ایجاد می کند.

طراحی روتور ترمز

روتورها در چندین پیکربندی هستند که هر کدام برای کاربردهای مختلف بهینه شده اند:

• روتورهای جامد ریخته گری های تک تکه ای هستند که در محورهای عقب خودروهای اقتصادی که تولید گرما کمتر است استفاده می شود
• روتورهای تهویه شده دارای پره های خنک کننده داخلی است که هوا را از طریق روتور پمپ می کند و در هنگام ترمزهای شدید دما را 100 تا 200 درجه فارنهایت کاهش می دهد.
• روتورهای سوراخ شده سوراخ‌هایی دارند که تجمع گاز را آزاد می‌کنند و وزن را کاهش می‌دهند، اما ممکن است تحت استرس حرارتی شدید ترک بخورند
• روتورهای شکاف دار از شیارها برای دفع گرد و غبار ترمز و حفظ نیش لنت استفاده کنید که در خودروهای پرفورمنس رایج است

بیشتر روتورهای خودروهای سواری دارای قطر 10-14 اینچ و وزن 15-25 پوند هستند. برنامه های کاربردی با کارایی بالا از روتورهای تا 16 اینچ با ضخامت 28 تا 32 میلی متر برای رسیدگی به توقف های سخت مکرر استفاده می کنند. 60 مایل در ساعت در کمتر از 110 فوت .

انواع کولیس و عملکرد

کولیس ها در دو طرح اصلی عرضه می شوند. کالیپرهای شناور از یک پیستون استفاده می کنند که یک لنت را به روتور فشار می دهد در حالی که بدنه کولیس را می کشد تا لنت مخالف را اعمال کند. این طراحی هزینه کمتری دارد و در اکثر خودروهای اقتصادی و میان رده ظاهر می شود. کالیپرهای ثابت به طور صلب سوار می شوند و از پیستون های مخالف (معمولاً 4، 6 یا 8) برای اعمال فشار یکنواخت از هر دو طرف استفاده می کنند. کالیپرهای ثابت 15 تا 20 درصد نیروی گیره بیشتری ایجاد می کنند با مدیریت حرارت بهتر، آنها را در خودروهای اسپرت و سدان های لوکس استاندارد می کند.

ترکیب لنت ترمز

لنت‌های ترمز مدرن چندین ماده را برای متعادل کردن ویژگی‌های اصطکاک، صدا، گرد و غبار و سایش ترکیب می‌کنند. لنت های نیمه فلزی حاوی 30 تا 65 درصد محتوای فلزی از جمله فولاد، آهن و مس هستند که انتقال حرارت و دوام عالی را برای 40000-70000 مایل عمر مفید . لنت های سرامیکی از الیاف سرامیکی و مواد غیر آهنی استفاده می کنند که گرد و غبار و صدای کمتری تولید می کنند اما 40 تا 60 درصد هزینه بیشتری دارند. لنت های ارگانیک عملکرد آرامی را ارائه می دهند اما سریعتر می پوشند و در هنگام خیس شدن عملکرد ضعیفی دارند.

مکانیک ترمز درام

ترمزهای درام، اجزای اصطکاک را در داخل یک درام چرخان محصور می کنند، با استفاده از کفشک های ترمز منحنی که به سمت بیرون بر روی سطح داخلی درام فشار می آورند. در حالی که تا حد زیادی با دیسک در محورهای جلو جایگزین شده است، درام ها در محورهای عقب کامیون ها و خودروهای اقتصادی به دلیل هزینه های تولید پایین تر و یکپارچگی ترمز دستی موثر باقی می مانند.

طراحی کفش پیشرو و دنباله دار

اکثر سیستم‌های درام از پیکربندی کفشک جلویی استفاده می‌کنند. کفشک پیشرو در جهت چرخش درام حرکت می‌کند و یک اثر خود انرژی‌زا ایجاد می‌کند که نیروی ترمز را چند برابر می‌کند. کفش دنباله دار برخلاف چرخش حرکت می کند و ثبات را فراهم می کند و از قفل شدن جلوگیری می کند. این ترتیب ارائه می دهد قدرت توقف ثابت با 25 تا 30 درصد تلاش کمتر پدال نسبت به سیستم های دیسکی معادل

عملکرد سیلندر چرخ

فشار هیدرولیک از سیلندر اصلی وارد سیلندر چرخ حاوی دو پیستون مخالف می شود. این پیستون ها کفش های ترمز را در برابر کشش فنر برگشتی به سمت بیرون فشار می دهند. قطر سوراخ سیلندر چرخ معمولی 0.75-1.0 اینچ است که نیروی کافی برای ایجاد ایجاد می کند. 400-600 پوند فشار کفش به طبل .

محدودیت های اتلاف گرما

طراحی محصور گرما را در داخل مجموعه درام به دام می اندازد و قابلیت ترمز شدید مکرر را محدود می کند. درام ها می توانند در طول استفاده معمولی به دمای 400-600 درجه فارنهایت برسند، اما دمای پایدار بالای 500 درجه فارنهایت باعث محو شدن ترمز می شود زیرا مواد اصطکاکی کارایی خود را از دست می دهند. این حفظ گرما توضیح می دهد که چرا وسایل نقلیه مدرن از ترمزهای دیسکی در محورهای جلو استفاده می کنند 60-70٪ از کل نیروی ترمز در طول کاهش سرعت

سیستم های تقویت ترمز

بوسترهای ترمز نیروی پدال را تقویت می کنند تا تلاش راننده را کاهش دهند و در عین حال کنترل دقیق را حفظ کنند. بدون کمک، متوقف کردن یک وسیله نقلیه 3500 پوندی از سرعت بزرگراه به بیش از 150 پوند فشار پدال نیاز دارد - یک تقاضای ناپایدار برای اکثر رانندگان.

تقویت کننده ترمز خلاء

تقویت کننده خلاء از خلاء منیفولد ورودی موتور برای ایجاد اختلاف فشار در سراسر دیافراگم استفاده می کند. وقتی پدال ترمز را فشار می دهید، دریچه ای باز می شود تا فشار اتمسفر را در یک طرف دیافراگم بپذیرد و در طرف دیگر خلاء را حفظ کند. این اختلاف فشار 14.7 psi میله ای را فشار می دهد که به سیلندر اصلی کمک می کند و نیروی ورودی را 3-4 برابر می کند. یک بوستر معمولی 8-11 اینچ قطر دارد و بین مجموعه پدال و سیلندر اصلی قرار می گیرد.

کمک ترمز هیدرولیک

موتورهای دیزلی و خودروهای توربوشارژ اغلب فاقد خلاء کافی هستند و به سیستم‌های کمکی هیدرولیک نیاز دارند. اینها از یک پمپ موتور محرک برای فشار دادن سیال هیدرولیک به آن استفاده می کنند 2000-3000 psi ، در یک آکومولاتور ذخیره می شود. این سیستم بدون توجه به بار موتور، تقویت ثابتی را ارائه می دهد و ویژگی های پیشرفته ای مانند ترمز اضطراری خودکار را فعال می کند.

تقویت کننده های الکترومکانیکی

خودروهای هیبریدی و الکتریکی از تقویت کننده های ترمز الکترومکانیکی استفاده می کنند زیرا فاقد کارکرد مداوم موتور هستند. یک بال اسکرو یا گیربکس موتوری، ورودی پدال را تقویت می کند، پاسخ فوری را ارائه می دهد و به طور یکپارچه با سیستم های ترمز احیا کننده که می توانند بازیابی شوند، یکپارچه می شود. تا 70 درصد انرژی جنبشی در طول کاهش سرعت

سیستم های ترمز ضد قفل

ABS با تعدیل فشار هیدرولیک تا 15 بار در ثانیه از قفل شدن چرخ در هنگام ترمز شدید جلوگیری می کند. این سیستم کشش لاستیک را حفظ می‌کند و به کنترل فرمان اجازه می‌دهد و در عین حال قدرت توقف را به حداکثر می‌رساند. ABS فواصل توقف را 10 تا 20 درصد در روسازی مرطوب کاهش می دهد و حتی بیشتر روی یخ یا شن.

عملیات جزء

هر چرخ دارای یک سنسور سرعت است که سرعت چرخش را کنترل می کند. هنگامی که ماژول کنترل ABS سرعت کاهش سرعت چرخ را سریعتر از بقیه تشخیص می دهد - که نشان دهنده قفل شدن قریب الوقوع است - به یک مدولاتور هیدرولیک دستور می دهد تا فشار را به ترمز آن چرخ کاهش دهد. این سیستم از سه مرحله عبور می کند:

1. نگه داشتن فشار هنگام شروع لغزش چرخ، نیروی ترمز فعلی را حفظ می کند
2. کاهش فشار فشار ترمز را برای بازگرداندن چرخش چرخ آزاد می کند
3. افزایش فشار با بازیابی کشش چرخ، دوباره نیروی ترمز را اعمال می کند

ویژگی های عملکرد

سیستم‌های مدرن ABS داده‌های حسگر را هر 5 تا 10 میلی‌ثانیه پردازش می‌کنند و فشار ترمز را با دقت میلی‌ثانیه تنظیم می‌کنند. سیستم معمولی نسبت لغزش بهینه را بین 10 تا 20 درصد حفظ می کند که در آن اصطکاک تایر به اوج خود می رسد. این موضوع احساس تپش پدال را در هنگام فعال‌سازی ABS توضیح می‌دهد - مدولاتور هیدرولیک به سرعت دریچه‌ها را برای کنترل فشار چرخانده است.

توزیع الکترونیکی نیروی ترمز

EBD تعادل ترمز بین محورهای جلو و عقب را بر اساس میزان بارگیری و کاهش سرعت خودرو بهینه می کند. در هنگام ترمزگیری، وزن به جلو منتقل می شود و کشش لاستیک عقب را کاهش می دهد. EBD فشار ترمز عقب را به طور متناسب کاهش می دهد تا از قفل شدن زودهنگام چرخ عقب جلوگیری کند و در عین حال کارایی ترمز جلو را به حداکثر برساند.

این سیستم بر سرعت تک تک چرخ ها نظارت می کند و توزیع فشار بهینه را به طور مداوم محاسبه می کند. در وانت بارگیری شده، EBD ممکن است ارسال کند 75 درصد نیروی ترمز به محور جلو ، در حالی که یک ماشین اسپرت خالی تقسیم 65-35 متعادل تری دریافت می کند. این تنظیم دینامیکی پایداری را بهبود می بخشد و فاصله توقف در شرایط مختلف را کاهش می دهد.

الزامات تعمیر و نگهداری سیستم ترمز

تعمیر و نگهداری مناسب عملکرد ثابت ترمز را تضمین می کند و از خرابی زودرس قطعه جلوگیری می کند. درک الگوهای سایش و فواصل خدمات به شناسایی مشکلات قبل از به خطر انداختن ایمنی کمک می کند.

عمر سرویس پد و روتور

لنت های ترمز معمولاً بسته به سبک رانندگی و ترکیب مواد هر 30000 تا 70000 مایل نیاز به تعویض دارند. بیشتر لنت ها دارای نشانگرهای سایش هستند - زبانه های فلزی که با رسیدن ضخامت لنت با روتور تماس می گیرند 3 میلی متر، حداقل مشخصات ایمن . روتورها 50000 تا 100000 مایل دوام می آورند اما در حین تعویض پد نیاز به اندازه گیری دارند. ضخامت کمتر از حداقل مشخصات یا خروجی سطح بیش از 0.002 اینچ نیاز به تعویض روتور دارد.

بازرسی و تعویض مایعات

تست روغن ترمز میزان رطوبت و نقطه جوش را اندازه گیری می کند. مایع آلوده به جای کهربای شفاف قهوه ای تیره به نظر می رسد و ممکن است حاوی ذرات قابل مشاهده باشد. آزمایشات حرفه ای این را نشان می دهد رطوبت 3 درصد نقطه جوش را تا 25 درصد کاهش می دهد. ، به طور قابل توجهی خطر محو شدن را در هنگام فرودهای کوه یا توقف های سخت مکرر افزایش می دهد.

علائم هشدار دهنده مشکلات ترمز

• صداهای جیغ یا ساییدگی نشان دهنده ساییده شدن پدها هستند که نیاز به تعویض فوری دارند
• ضربان پدال نشان می دهد روتورهای تاب خورده با تغییرات ضخامت بیش از مشخصات
• احساس نرم یا اسفنجی پدال به هوا در خطوط هیدرولیک یا سایش داخلی سیلندر اصلی اشاره دارد
• کشیدن وسیله نقلیه به یک طرف در هنگام ترمز نشان دهنده گیرکردن پیستون های کالیپر یا لنت های آلوده است.
• افزایش فواصل توقف نشان دهنده تخریب کلی سیستم است که نیاز به بازرسی جامع دارد

پرداختن به این علائم به سرعت از آسیب به سایر اجزا جلوگیری می کند و حاشیه ایمنی ضروری برای توقف های اضطراری را حفظ می کند.