هدف از سیستم ترمز چیست؟ توابع اصلی توضیح داده شده است

اساسی هدف از الف سیستم ترمز تبدیل انرژی جنبشی وسیله نقلیه به انرژی حرارتی از طریق اصطکاک است که به راننده این امکان را می دهد که با خیال راحت سرعت خود را کاهش دهد، متوقف کند و در هر شیب ثابتی بماند. بدون این تبدیل انرژی کنترل شده، یک وسیله نقلیه متحرک به عنوان یک پرتابه هدایت نشده باقی می ماند که تنها به مقاومت غلتشی و کشش آیرودینامیکی برای کاهش سرعت وابسته است - نیروهایی که برای جلوگیری از برخورد در مواقع اضطراری بسیار ضعیف هستند. سیستم‌های ترمز همچنین مدولاسیون دقیق سرعت را برای سفر در پیچ و سراشیبی فعال می‌کنند و آنها را به مهم‌ترین جزء ایمنی فعال در هر خودرو تبدیل می‌کند.

1. فیزیک پشت ترمز: تبدیل انرژی ماموریت اصلی است

هر سیستم ترمز، صرف نظر از طراحی، وجود دارد با خیال راحت انرژی جنبشی را به عنوان گرما از بین می برد . یک خودروی سواری 1500 کیلوگرمی که با سرعت 100 کیلومتر در ساعت حرکت می کند تقریباً 578 کیلوژول انرژی جنبشی دارد. در یک توقف سخت از آن سرعت، سیستم ترمز باید تمام آن انرژی را در 3 تا 4 ثانیه به انرژی حرارتی تبدیل کند. این نرخ اتلاف توان بیش از 140 کیلو وات است که با حداکثر توان خروجی موتور خودرو قابل مقایسه است. اجزای ترمز برای مقاومت در برابر چرخه حرارتی مکرر مهندسی شده‌اند: لنت‌های ترمز مدرن به طور معمول در دمای 200 درجه سانتی‌گراد تا 400 درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند، با مواد اصطکاک عملکردی که از پیک‌های مختصر بالای 600 درجه سانتی‌گراد زنده می‌مانند. بر اساس داده‌های آزمایشی انجمن خودروسازان اروپا (ACEA)، روتورهای ترمز جلوی سدان‌های متوسط ​​می‌توانند در طول تست‌های محو شدن با سرعت بالا به رنگ نارنجی بدرخشند و دمای سطح نزدیک به 700 درجه سانتی‌گراد را نشان می‌دهند.

زنجیره تبدیل انرژی در طول یک توقف معمولی 100-0 کیلومتر در ساعت

• انرژی جنبشی وسیله نقلیه: 578 کیلوژول
• انرژی جنبشی چرخشی چرخ ها و روتورها: تقریباً 15-25 کیلوژول
• انرژی جذب شده توسط ترمزهای جلو: 80-65 درصد کل (به دلیل انتقال وزن)
• انرژی جذب شده توسط ترمزهای عقب: 20-35٪
• اوج افزایش دمای روتور: 300-500 درجه سانتی گراد بالاتر از محیط
• فاصله کل توقف روی آسفالت خشک: 36-42 متر

2. ایمنی: هدف غیرقابل مذاکره هر سیستم ترمز

هدف نهایی سیستم ترمز محافظت از جان افراد با فرمان دادن به راننده بر سرعت خودرو و فاصله توقف خودرو است. داده های سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراه های ایالات متحده (NHTSA) نشان می دهد که مشکلات مربوط به ترمز تقریباً 22٪ از تصادفات وسایل نقلیه را تشکیل می دهد که در آن نقص وسیله نقلیه به عنوان یک عامل کمک کننده ذکر می شود. علاوه بر این، یک مطالعه در سال 2022 توسط مؤسسه بیمه ایمنی بزرگراه (IIHS) نشان داد که وسایل نقلیه مجهز به ترمز اضطراری خودکار (AEB) - که کاملاً به سیستم ترمز پایه متکی است - 50٪ کمتر تصادفات از عقب را تجربه می کنند. این آمار نشان می دهد که یک سیستم ترمز نه تنها یک راحتی است، بلکه یک ضرب کننده نیرو برای کاهش خطر است.

مقایسه فواصل توقف تحت سناریوهای مختلف سلامت ترمز بر اساس داده های تست ADAC. حتی تخریب به ظاهر جزئی مترهایی را اضافه می کند که می تواند نتایج تصادف را تعیین کند.

3. کنترل سرعت و پایداری جهت: فراتر از توقف کامل

هدف سیستم ترمز فراتر از توقف های اضطراری و تعدیل سرعت روزانه است که خودرو را پایدار و قابل پیش بینی نگه می دارد. کنترل پایداری الکترونیکی مدرن (ESC) از ترمز تکی چرخ برای اصلاح کم فرمانی یا بیش فرمانی استفاده می کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک وسیله نقلیه در یک گوشه شروع به سر خوردن به سمت بیرون می کند، ESC به طور خودکار ترمز عقب داخلی را برای ایجاد یک لحظه انحراف ایجاد می کند که دماغه را به سمت مسیر مورد نظر به عقب می کشد. این عملکرد آنقدر موثر ثابت شده است که NHTSA تخمین می زند ESC خطر تصادف یک وسیله نقلیه را تا 34 درصد برای خودروها و 59 درصد برای SUV ها کاهش می دهد. بدون بردار گشتاور مبتنی بر ترمز، حتی پیشرفته‌ترین پیشرانه‌ها نیز نمی‌توانند به اندازه کافی سریع در برابر از دست دادن ناگهانی چسبندگی واکنش نشان دهند.

چگونه ترمز باعث ایجاد ثبات در حین مانورهای فرار می شود

1. مدیریت انتقال وزن: ترمز بار را به محور جلو منتقل می‌کند و چسبندگی لاستیک جلو را تا 30 درصد به صورت لحظه‌ای افزایش می‌دهد که واکنش اولیه چرخش را تیزتر می‌کند.
2. ترمز انتخابی چرخ: با ترمز کردن یک چرخ خاص، وسیله نقلیه می‌تواند حول محور عمودی خود بدون ورودی فرمان بچرخد و با کم‌فرمانی و بی‌فرمان بالابر مقابله کند.
3. ترمز دنباله دار در یک گوشه: نگه داشتن فشار سبک ترمز از نقطه دور چرخش، وزن لاستیک های جلو را حفظ می کند و بدون از دست دادن ثبات انتهای عقب، یک خط سفت تر ایجاد می کند.
4. کنترل فرود از تپه: در درجه های شیب دار، سیستم ترمز می تواند به طور خودکار سرعت خزیدن 5-10 کیلومتر در ساعت را ثابت نگه دارد و از شتاب ناشی از گرانش جلوگیری کند.

4. ترمزهای دیسکی در مقابل ترمزهای درام: طرح های متفاوت، هدف واحد

هر دو سیستم ترمز دیسکی و درام هدف یکسان اتلاف انرژی جنبشی را انجام می دهند، اما ویژگی های عملکردی آنها در استفاده مداوم به شدت متفاوت است. ترمزهای دیسکی بر وسایل نقلیه مسافربری مدرن به دلیل مدیریت حرارت عالی خود غالب هستند. طبق روش تست بین‌المللی SAE J2522، روتور دیسکی تهویه‌شده می‌تواند تقریباً 30٪ سریع‌تر از یک ترمز درام قابل مقایسه گرما را دفع کند. این مزیت حرارتی به این معنی است که ترمزهای دیسکی در طول توقف های مکرر کمتر محو می شوند و تقریباً در هر خودرویی که امروزه فروخته می شود آنها را در محورهای جلو اجباری می کند.

مقایسه ترمز دیسکی و درام نشان می دهد که چرا ترمزهای دیسکی بر محورهای جلو که بیشتر انرژی ترمز در آن تلف می شود، تسلط دارند، در حالی که ترمزهای درام در محورهای عقب خودروهای اقتصادی به دلیل مزیت های هزینه و عملکرد مناسب برای بارهای سبک تر عقب باقی می مانند.

5. سیستم های هیدرولیک و الکترونیک: چگونه ضرب نیرو هدف را برآورده می کند

هدف سیستم ترمز بدون ضرب نیرو قابل اطمینان محقق نمی شود. یک پای انسان که پدال ترمز را با نیروی 200 نیوتن فشار می‌دهد، برای بستن لنت‌ها به روتورها با 10000 تا 20000 نیوتن مورد نیاز برای کاهش سرعت ناکافی است. سیستم هیدرولیک از اصل پاسکال برای تقویت این نیرو استفاده می کند. یک سیلندر اصلی با سوراخ 20 میلی متری که سیال را به داخل پیستون های کولیس فشار می دهد با مساحت ترکیبی چهار برابر بزرگتر، نیرو را در ضریب چهار ضرب می کند. علاوه بر این، تقویت‌کننده‌های ترمز خلاء (یا تقویت‌کننده‌های برقی در خودروهای برقی) کمک 4 تا 6 برابری بیشتری را ارائه می‌کنند، به طوری که نیروی واقعی در لنت‌ها تنها با تلاش متوسط ​​پدال به سطح مورد نیاز می‌رسد.

پارامترهای هیدرولیکی کلیدی که تبدیل انرژی قابل اعتماد را تضمین می کند

• نقطه جوش روغن ترمز (DOT 4 خشک): حداقل 230 درجه سانتی گراد نقطه جوش مرطوب (3.7٪ آب): حداقل 155 درجه سانتیگراد.
• فشار خط معمولی در هنگام توقف سخت: 80 تا 120 بار (8-12 مگاپاسکال).
• فرکانس چرخش مدولاتور ABS: 15 تا 30 بار در ثانیه، از قفل شدن چرخ جلوگیری می کند.
• آستانه مداخله کنترل پایداری الکترونیکی: معمولاً زمانی که خطای سرعت انحراف از 2-3 درجه در ثانیه بیشتر شود.

6. ترمز احیا کننده: گسترش هدف برای بازیابی انرژی

در خودروهای برقی، هدف سیستم ترمز دوگانه است: کاهش سرعت خودرو و بازپس گیری انرژی جنبشی برای شارژ باتری. ترمز احیا کننده از موتور کششی به عنوان یک ژنراتور استفاده می کند و تا 70 درصد از انرژی جنبشی را در طول یک کاهش سرعت شهری معمولی به برق ذخیره شده تبدیل می کند. این به طور مستقیم سایش لنت ترمز را کاهش می دهد - تسلا گزارش داده است که به دلیل ترمز احیا کننده، برخی از وسایل نقلیه می توانند بیش از 150000 کیلومتر را قبل از نیاز به تعویض لنت طی کنند. با این حال، گشتاور ترمز احیا کننده در سرعت های بسیار پایین (زیر 10 کیلومتر در ساعت) و در هنگام توقف کامل اضطراری محدود می شود. بنابراین، سیستم ترمز اصطکاکی به عنوان پشتیبان و برای ترکیب در مواقعی که حداکثر کاهش سرعت مورد نیاز است، ضروری باقی می ماند.

استراتژی ترکیبی در یک خودروی الکتریکی باتری معمولی نشان می‌دهد که ترمز احیاکننده بیشتر انرژی کاهش سرعت را در رانندگی روزمره کنترل می‌کند، در حالی که ترمزهای اصطکاکی به‌عنوان بهترین گزینه ایمنی باقی می‌مانند.

7. هدف ترمز دستی: یک عملکرد ثانویه حیاتی

ترمز دستی به هدف متمایز نگه داشتن یک وسیله نقلیه ثابت، حتی در شیب های تا درجه 30 درصد، بدون تکیه بر فشار هیدرولیک که در طول زمان ممکن است نشت کند، انجام می دهد. این یک قفل کاملاً مکانیکی (یا الکتریکی) است که روی چرخ های عقب عمل می کند. طبق مقررات اروپا، ترمز دستی باید وسیله نقلیه با بار کامل را در شیب 20 درصد به طور نامحدود نگه دارد. در عمل، اکثر سیستم های کابلی می توانند در شیب 25% در صورت تنظیم صحیح نگه دارند. ظهور ترمزهای دستی الکترونیکی (EPB) باعث درگیری خودکار هنگام خاموش شدن احتراق و قابلیت ترمز اضطراری پویا شده است، جایی که کشیدن و نگه داشتن سوئیچ باعث کاهش سرعت کنترل شده با استفاده از واحد هیدرولیک کنترل پایداری می شود.

8. تعمیر و نگهداری ترمز و تأثیر مستقیم آن بر تحقق هدف اصلی

عدم توجه به تعمیر و نگهداری ترمز به طور مستقیم توانایی سیستم را در خدمت به هدف خود از بین می برد. روغن ترمز رطوبت سنجی است. به مرور زمان رطوبت هوا را جذب می کند. هنگامی که محتوای آب به 3٪ می رسد، نقطه جوش مرطوب بیش از 30٪ کاهش می یابد. در یک سناریوی فرود کوه، این می تواند باعث قفل شدن بخار و از دست دادن کامل پدال شود. داده‌های گزارش‌های TÜV نشان می‌دهد که تقریباً 15٪ از وسایل نقلیه بالای پنج سال دارای روغن ترمز با محتوای آب بسیار خطرناک هستند. به طور مشابه، لنت های پوشیده شده کمتر از 2 میلی متر نمی توانند به طور موثر گرما را مدیریت کنند و صفحه پشتی فولادی می تواند با روتور تماس پیدا کند که منجر به افزایش فاجعه بار فاصله توقف می شود.

فواصل نگهداری توصیه شده برای حفظ عملکرد ترمز

• تعویض روغن ترمز: هر 2 سال یا 40000 کیلومتر، هر کدام زودتر اتفاق بیفتد.
• بررسی ضخامت لنت: در هر بازه زمانی خدمات؛ در صورت زیر 3 میلی متر تعویض کنید.
• اندازه گیری ضخامت روتور: اگر کمتر از حداقل مشخصات سازنده است، معمولاً 1-2 میلی متر کمتر از اصلی است، آن را دور بریزید.
• بازرسی شلنگ ترمز: هر سال ترک، برآمدگی و از بین رفتن را بررسی کنید.

9. ترمزهای هوایی و وسایل نقلیه تجاری: مقیاس بندی هدف برای بارهای سنگین

برای کامیون ها و اتوبوس ها، هدف سیستم ترمز تا 40 تن بزرگتر می شود. سیستم های ترمز هوا از هوای فشرده (معمولاً 8-10 بار) برای اعمال نیروی عظیم استفاده می کنند. طراحی بدون خرابی تضمین می کند که اگر فشار هوا کاهش یابد، فنرهای قدرتمند به طور خودکار ترمزها را اعمال می کنند - یک اقدام ایمنی حیاتی. یک خودروی 18 چرخ که با سرعت 90 کیلومتر در ساعت حرکت می کند، می تواند به بیش از 100 متر برای توقف نیاز داشته باشد. خشک کن هوا، کمپرسور و مخازن همگی برای حفظ عملکرد قابل اعتماد طراحی شده اند. محو شدن ترمز در کامیون‌ها حتی خطرناک‌تر است، بنابراین ترمزهای موتور (ترمز جیک) و ترمزهای اگزوز سیستم اصطکاک را تکمیل می‌کنند تا انرژی را بدون گرم شدن بیش از حد درام‌ها یا دیسک‌ها در کاهش‌های طولانی مدت تلف کنند.

سوالات متداول

هدف اصلی سیستم ترمز در یک جمله چیست؟

هدف اصلی تبدیل انرژی جنبشی به گرما به شیوه‌ای کنترل‌شده است تا راننده بتواند تحت هر شرایط بار و جاده، سرعت خود را کاهش دهد، متوقف کند و موقعیت پارک شده را ایمن حفظ کند.

ABS چگونه از هدف سیستم ترمز پشتیبانی می کند؟

سیستم های ترمز ضد قفل با جلوگیری از قفل شدن چرخ ها، کنترل فرمان را در هنگام ترمز وحشتناک حفظ می کنند. این به طور مستقیم از هدف حفظ ثبات جهت و در عین حال کاهش فاصله توقف در اکثر سطوح، به ویژه جاده های خیس یا سست پشتیبانی می کند.

آیا سیستم ترمز می تواند بدون نیروی موتور کار کند؟

بله. سیستم ترمز هیدرولیک مستقل از موتور عمل می کند، اگرچه کمک خلاء با توقف موتور از بین می رود. با این حال، اتصال مکانیکی به راننده اجازه می دهد تا نیروی ترمز را با تلاش بیشتر پدال ایجاد کند، و هدف اصلی را حتی با اتلاف کل نیرو انجام دهد.

چرا ترمزهای جلو سریعتر از ترمزهای عقب سایش می کنند؟

زیرا انتقال وزن تحت ترمز تا 80 درصد از جرم خودرو را به محور جلو منتقل می کند. در نتیجه، ترمزهای جلو بیشتر بار تبدیل انرژی را کنترل می کنند، که منجر به نرخ سایش لنت دو تا سه برابر سریعتر از ترمز عقب در یک خودروی معمولی موتور جلو می شود.

وقتی روغن ترمز می جوشد چه اتفاقی می افتد؟

حباب های بخار در سیال هیدرولیک تشکیل می شوند که قابل تراکم هستند. پدال ترمز با مقاومت کمی روی زمین فرو می‌رود و نیروی ترمز تقریباً وجود ندارد. این حالت که قفل بخار نامیده می شود، هدف سیستم را کاملاً شکست می دهد و نیاز به خنک کننده و تعویض فوری سیال دارد.

را هدف از الف brake system را می توان به عنوان تبدیل هماهنگ حرکت به گرما خلاصه کرد که توسط فیزیک کنترل می شود و توسط هیدرولیک، الکترونیک و مواد اصطکاک اجرا می شود. چه در یک هیبریدی فشرده که ترکیب احیاکننده را انجام می دهد یا یک کامیون سنگین که از گردنه کوهستانی پایین می آید، سیستم ترمز دستگاه منحصر به فردی است که قصد راننده را به تعامل ایمن وسیله نقلیه با دنیای فیزیکی تبدیل می کند.