همه چیز درباره سیستم ترمز خودرو

در این مقاله به بررسی اصول، اجزا، عملکرد و سیر تکامل سیستم ترمز خودروها می‌پردازیم.

از زمان اختراع اولین خودرو تاکنون، نحوه‌ی کنترل و متوقف کردن خودرو یکی از دغدغه‌های اصلی سازندگان بوده است. ترمز به عنوان حیاتی‌ترین سیستم ایمنی در خودروها وظیفه‌ی مهمی برعهده دارد. هنگامی که از اتوره بوگاتی، بنیان‌گذار شرکت خودروسازی بوگاتی، درباره‌ی عدم وجود سیستم ترمز در خودروهای مسابقه‌ای گرندپری این شرکت سوال شد پاسخ داد، خودروهای من برای حرکت ساخته شده‌اند نه توقف. با این حال، خیلی زود مشخص شد که نقش ترمز در خودروها فراتر از آن است که بتوان حتی در نمونه‌های مسابقه‌ای از آن چشم‌پوشی کرد.  به همین علت، از گذشته تا حال، همواره شاهد پیشرفت، تکامل و ظهور نوآوری‌های متنوع در سیستم‌های ترمز خودرو بوده‌ایم. امروزه بر خلاف گذشته، ترمزها تنها وظیفه‌ی کاهش سرعت و متوقف کردن خودرو را برعهده ندارند، بلکه در فرمان‌پذیری و شارژ باتری خودروهای هیبرید نیز اثر گذارند.

دیسک و کالیپر

همه‌ی ما می‌دانیم که با فشردن پدال ترمز سرعت خودرو کاهش می‌یابد و در نهایت متوقف می‌شود، اما چگونه نیروی اندک پا سبب توقف خودرو می‌شود؟ این نیرو چگونه به چرخ‌های خودرو انتقال می‌یابد؟ برای پاسخ‌گویی به این سوالات باید با فرآیند کلی ترمزگیری از ابتدا تا انتها آشنا شویم.

هنگامی که پا روی پدال ترمز می‌فشارید، نیروی پای شما از طریق یک سیال به ترمزهای تعبیه شده در چرخ‌ها منتقل می‌شود. بدیهی است که نیروی پای شما بسیار کم‌تر از آن است که بتواند خودرویی با وزن و سرعت بالا را متوقف کند، بنابراین نیاز است این نیرو به طریقی افزایش یابد. مهندسان با به‌کارگیری اصول فیزیکی، نیروی پای راننده را چند برابر می‌کنند. این کار از طریق دو اصل مزیت مکانیکی (اهرم) و افزایش نیروی هیدرولیکی انجام می‌شود. نیروی افزایش یافته‌ی پای راننده به ترمزهای تعبیه شده در چرخ‌ها می‌رسد، سپس ترمزها این نیرو را به شکل نیروی اصطکاک به چرخ منتقل می‌کنند و در آخرین مرحله از این فرآیند، این نیرو به شکل نیروی اصطکاک به سطح جاده وارد می‌شود و سبب کاهش سرعت و در نهایت توقف می‌شود. قبل از پرداختن به اجزای سیستم ترمز، ابتدا به بررسی اصول فیزیکی مزیت مکانیکی، هیدرولیک و اصطکاک در فرآیند ترمزگیری می‌پردازیم.

مزیت مکانیکی (اهرم)

مزیت مکانیکی یک کمیت بی‌بعد است که نشان می‌دهد نیروی مقاوم (نیرویی که ماشین بر جسم وارد می‌کند) چند برابر نیروی محرک (نیرویی که ما بر ماشین وارد می‌کنیم) در یک ماشین است. در اهرم‌ها به دلیل چشم‌پوشی از اصطکاک، مزیت مکانیکی برابر است با نسبت طول بازوی محرک به طول بازوی مقاوم. همان‌طور که در تصویر زیر مشخص است، نیروی F به سمت چپ اهرم وارد می‌شود، بنابراین طول بازوی محرک دو برابر طول بازوی مقاوم (سمت راست) است. به همین دلیل، با تقسیم طول بازوی محرک بر طول بازوی مقاوم، مزیت مکانیکی این اهرم برابر ۲ به دست می‌آید که به معنی اعمال نیروی 2F در سمت راست اهرم است. با تغییر فاصله‌ها در اهرم‌ها می‌توان ضریب چند برابری نیروها را تغییر داد.

مزیت مکانیکی

هیدرولیک

اساس فیزیکی پشت سیستم‌های هیدرولیک بسیار ساده است. در سیستم‌های هیدرولیک می‌توان نیرو را از طریق یک سیال تراکم‌ناپذیر انتقال داد. به دلیل خواص فیزیکی مناسب روغن‌ها، در اغلب سیستم‌های هیدرولیکی، سیال مورد استفاده روغن است و به همین جهت در ترمز خودروها نیز از روغن ترمز به عنوان سیال استفاده می‌شود. در سیستم‌های هیدرولیک با استفاده از قانون پاسکال می‌توان به راحتی نیروی خروجی را به مضربی از نیروی ورودی تبدیل کرد. قانون پاسکال یک قانون پایه‌ای در هیدرودینامیک است که بیان می‌کند تغییر فشار در هر نقطه از سیال تراکم‌ناپذیر به همه‌ی نقاط و سطح سیال منتقل می‌شود. این فشار از رابطه‌ی  به دست می‌آید که در آن P فشار، F نیرو و A مساحت سطحی است که نیرو به آن وارد می‌شود.

قانون پاسکال در هیدرولیک

شکل فوق یک سیستم ساده هیدرولیکی با دو سیلندر سیال را نشان می دهد که توسط پیستونی محصور شده‌اند و از یک مسیر هیدرولیکی به یکدیگر متصل‌اند. یک نیروی رو به پایین F1  در پیستون سمت چپ فشاری را به تمام سطح مایع منتقل می‌کند. نتیجه این‌که نیروی رو به بالای F2  در پیستون سمت راست تولید می‌شود که بزرگ‌تر از F1 است، زیرا بر اساس قانون پاسکال نیروی F1 به‌طور یکسان به سطح مایع تراکم‌ناپذیر منتقل می‌شود و بنابراین P1=P2 خواد بود و با توجه به مساحت بزرگ‌تر A2، F2 بزرگ‌تر از F1 است. نکته‌ی قابل توجه دیگر در سیستم‌های هیدرولیک این است که لوله‌ی واسط میان دو پیستون می‌تواند هر طول و شکلی داشته باشد و همچنین می‌توان از این لوله برای پیستون‌های دیگر نیز انشعاب گرفت.

اصطکاک

اصطکاک

به زبان ساده اصطکاک میزان سختی لغزیدن دو جسم روی یکدیگر است. با توجه به شکل بالا، هر دو بلوک از جنس یکسانی ساخته شده‌اند، اما وزن یکی از دیگری بیش‌تر است. به‌طور حسی تقریبا همه‌ی ما می‌دانیم که هل دادن بلوک سنگین‌تر دشوارتر از هل دادن بلوک سبک‌تر است و دلیل آن چیزی نیست جز اصطکاک. برای روشن‌تر شدن موضوع باید نگاهی دقیق‌تر به سطح زیرین بلوک‌ها بیاندازیم. اگرچه با چشم غیرمسلح ممکن است سطح بلوک‌ها صاف و صیقلی به نظر برسد، اما حقیقت این است که حتی صاف‌ترین سطوح نیز در مقیاس میکروسکوپیک دارای ناهمواری‌های متعددی هستند. وقتی دو جسم روی یکدیگر قرار می‌گیرند، ناهمواری سطوح آن‌ها درون یکدیگر چفت می‌شود و هرچه وزن جسم بالایی سنگین‌تر باشد، ناهمواری سطوح بیش‌تر در یکدیگر فرو می‌روند و در نتیجه لغزش دو جسم روی یکدیگر بسیار دشوار می‌شود.

اصطکاک

مواد مختلف ساختار میکروسکوپیک متفاوتی دارند، برای مثال، حرکت دادن دو سطح لاستیکی روی هم سخت‌تر از لغزاندن دو سطح استیل روی یکدیگر است. به همین جهت برای وارد کردن جنس سطوح در محاسبات اصطکاک از ضریبی به نام ضریب اصطکاک استفاده می‌شود که نسبت نیروی لازم برای لغزاندن جسم به وزن است. بنابراین، نیروی اصطکاک به وزن وابسته است و هرچه وزن بیش‌تر باشد نیروی ببزرگ‌تری لازم است. به همین ترتیب از این مفهوم در سیستم ترمز نیز استفاده می‌شود. هنگامی‌که لنت‌ها روی دیسک چرخ در حال حرکت فشرده می‌شوند، با افزایش نیروی وارد بر لنت‌ها، نیروی اصطکاک نیز افزایش می‌یابد.

ترمز خودرو

حال که با اصول فیزیکی حاکم بر سیستم ترمز آشنا شدیم وقت آن است که به بررسی تاریخچه، اجزای سازنده و پیشرفت‌های سیستم ترمز خودرو بپردازیم. اولین سیستم‌های ترمز نصب شده روی خودروها مستقیما روی شفت نصب می‌شدند تا به جای کاهش سرعت چرخ‌ها، سرعت دورانی شفت را کنترل کنند. این سیستم‌ها سبب ایجاد تنش شدید روی شفت خودرو می‌شدند و تنها دلیل استفاده از این سیستم پیچیدگی نصب سیستم ترمز روی چرخ‌های خودرو بود. با پیشرفت علم و ظهور نوآوری‌های متعدد (به خصوص سیستم‌های هیدرولیکی) ترمز شفت جای خود را به ترمز چرخ داد. با وجود تمام نوآوری‌ها، تا سال ۱۹۳۰ میلادی ترمزها تنها روی چرخ‌های عقب خودرو نصب می‌شدند و در نتیجه این خودروها پایداری مناسب در پیچ‌ها و در شرایط ترمزهای اضطراری نداشتند. کم‌کم با پیشرفت‌های صنعت خودروسازی هر چهار چرخ خودروها به ترمز مجهز شد و سیستم‌ ترمز کابلی معرفی شد. سپس، ترمزهای هیدرولیکی معرفی شدند و پس از آن سیستم‌های سروو خلا عرضه شدند تا نیروی مورد نیاز برای فشردن پدال ترمز را کاهش دهند و با اندکی فشار پدال ترمز، نیروی لازم جهت کاهش سرعت و توقف خودرو تأمین می‌شود.

انواع سیستم ترمز

به‌طور کلی عملکرد سیستم‌های مختلف ترمز از اصول فیزیکی یکسانی پیروی می‌کنند و تنها تفاوتشان در میزان اثربخشی و نحوه‌ی انتقال نیروی پای راننده به ترمزهای تعبیه شده در چرخ‌هاست. ترمزها به دو دسته‌ی کلی مکانیکی و هیدرولیکی تقسیم می‌شوند که هر کدام به زیردسته‌های کوچک‌تر قسمت می‌شود. در ادامه به بررسی هر یک از این سیستم‌ها می‌پردازیم.

ترمز هیدرولیکی
ترمز مکانیکی

سیستم ترمز مکانیکی

ترمزهای مکانیکی از اولین نمونه‌های تعبیه شده در خودروها هستند. در سیستم‌ ترمز مکانیکی نیروی پای راننده از طریق پدال ترمز به یک کابل واسط منتقل می‌شود و کابل نیروی وارده را به کفشک‌های ترمز منتقل می‌کند. کفشک ترمز در حقیقت همان لنت‌های ترمز هستند با این تفاوت که به‌جای ایجاد اصطکاک با دیسک، درون یک محفظه‌ی کاسه‌ای شکل قرار دارند و با سطح داخلی کاسه ایجاد اصطکاک می‌کنند. اگرچه این سیستم ساده است، اما ایراداتی دارد که سبب شد به مرور زمان استفاده از آن منسوخ شود. از جمله ایرادات اساسی این سیستم احتمال پارگی سیم ترمز و از کار افتادن کلی سیستم ترمز است، به علاوه در این سیستم بر خلاف سیستم‌های دیگر نظیر ترمز هیدرولیکی، امکان چند برابر کردن نیروی وارد شده بر پدال وجود ندارد.

ترمز مکانیکی خودرو

سیستم ترمز هیدرولیکی

اساس عملکرد ترمزهای هیدرولیکی تقریبا مشابه ترمز مکانیکی است با این تفاوت که به جای سیم در آن از لوله‌های حاوی سیال غیرقابل تراکم (روغن ترمز) استفاده شده است. به علاوه، به واسطه‌ی سهولت چند برابر کردن نیروی پای راننده در این سیستم، می‌توان از ترمزهای دیسکی به‌جای ترمز‌های کاسه‌ای استفاده کرد. در این سیستم  با فشردن پدال ترمز، ابتدا نیروی پای راننده به‌واسطه‌ی شکل اهرمی پدال چند برابر شده و در مرحله‌ی بعد به پیستون اصلی سیستم ترمز اعمال می‌شود. سپس، نیروی پیستون اصلی به سیال موجود در پشت پیستون وارد شده و سبب حرکت سیال در لوله‌های تعبیه شده می‌شود. با حرکت سیال در لوله‌ها، نیروی وارد شده به پیستون اصلی از طریق سیال به پیستون‌های فرعی موجود در ترمزهای چرخ‌ها منتقل می‌شود. سطح پیستون‌های فرعی از پیستون اصلی کم‌تر است، به همین جهت نیروی اعمال شده به لنت‌ها بازهم افزایش می‌یابد تا در نهایت نیروی اعمال شده بر لنت‌ها چند برابر نیروی اندک پای راننده باشد.

دیاگرام سیستم ترمز

مهندسان برای بهبود عملکرد ترمزها و افزایش هرچه بیش‌تر نیروی پای راننده، سیستم‌های کمکی ترمز را طراحی کرده‌اند. در این سیستم‌ها که اصطلاحا سیستم ترمز سروو نامیده می‌شوند، اساس عملکرد بر اختلاف فشار پشت و جلوی پیستون اصلی بنا نهاده شده است. این سیستم از یک شیر هوا، یک دیافراگم پلاستیکی و یک فنر تشکیل شده است و میان پدال ترمز و سیلندر اصلی ترمز قرار می‌گیرد.

ترمز سروو

شیر هوا به‌طور مستقیم از طریق یک لوله به منیفولد ورودی هوای پیشرانه متصل است که باعث می‌شود هوای موجود در دو طرف دیافراگم مکیده شده و خلا نسبی در این ناحیه حاکم باشد. با فشردن پدال ترمز، نیروی پای راننده از طریق یک اتصال مکانیکی سبب بسته شدن شیر هوا شده و اجازه می‌دهد هوای خارج به پشت دیافراگم وارد شود. با ورود هوای خارج اختلاف فشار میان قسمت جلو و پشت دیافراگم ایجاد می‌شود که سبب افزایش نیروی پدال شده و در نهایت نیروی افزایش یافته را به سیلندر اصلی اعمال می‌کند. با برداشته شدن پا از روی پدال، شیر هوا دوباره باز شده و فنر تعبیه شده سبب بازگشت پدال و اتصالات مکانیکی به حالت اول می‌شود. در صورت از کار افتادن پیشرانه و یا حتی بروز ایراد در سیستم سروو، سیستم ترمز خودرو همچنان فعال است با این تفاوت که باید نیروی بیش‌تری بر پدال ترمز اعمال شود.

از معضلات سیستم هیدرولیکی می‌توان به احتمال پارگی و نشتی لوله‌های انتقال روغن ترمز اشاره کرد که در نهایت می‌تواند منجر به از کار افتادن سیستم ترمز خودرو شود. برای حل این مشکل، اکثر خودروهای مدرن امروزی به دو مدار جریان سیال مجزا با دو سیلندر اصلی مجهزند تا در صورت از کارافتادن یک مدار، ترمز خودرو دچار مشکل نشود. در سیستم‌های دو مداره، ممکن است یک مدار به چرخ‌های جلو و یک مدار به چرخ‌های عقب متصل باشد، یا یک مدار به چهار چرخ متصل و یک مدار تنها به چرخ‌های جلو متصل باشد.

در شرایط ترمزهای شدید، وزن خودرو به سمت جلو متمایل می‌شود و در نتیجه چرخ‌های عقب وزن کم‌تری تحمل می‌کنند، به همین جهت احتمال قفل شدن چرخ‌های عقب بالا رفته و این شرایط می‌تواند منجر به سر خوردن‌های مرگبار شود. برای جلوگیری از وقوع چنین حالتی، سیستم ترمز اکثر خودروهای امروزی به یک شیر هوشمند حساس به بار مجهز است که می‌تواند فشار روغن ترمز را تنظیم نماید. با استفاده از این شیر به چرخی که در آستانه‌ی سر خوردن قرار دارد فشار کم‌تری از روغن ارسال می‌شود تا از وقوع قفل شدن چرخ جلوگیری شود. علاوه بر این، خودروهای امروزی به سیست‌م‌های پیچیده‌ی کنترلی دیگری نظیر ABS مجهزند که با در نظر گرفتن فاکتورهای گوناگون احتمال قفل شدن چرخ‌ها در شرایط ترمزگیری شدید را پیش‌بینی می‌کنند و با ترمزگیری‌های پیاپی در کسری از ثانیه اجازه‌ی قفل شدن را به چرخ‌ها نمی‌دهند.

ترمز کاسه‌ای

ترمز کاسه‌ای

ترمز کاسه‌ای از اولین نمونه‌های ترمز در خودروها است. در این ترمزها یک کاسه‌ی توخالی به همراه دو کفشک درون آن پشت چرخ نصب می‌شود. کفشک‌های تعبیه شده از یک سر به لولا و از سر دیگر به یک پیستون متصلند. کاسه‌ی ترمز همزمان با چرخش چرخ شروع به چرخیدن می‌کند و به محض فشردن پدال ترمز، نیروی هیدرولیک به پیستون متصل به کفشک‌ها انتقال می‌یابد و با عملکردن پیستون، کفشک به سطح داخلی کاسه می‌چسبد و سبب کاهش سرعت چرخ می‌شود. از مشکلات ترمز کاسه‌ای می‌توان به قدرت کم ترمزگیری و داغ شدن سریع در صورت استفاده‌ی مداوم اشاره کرد. به همین دلیل است که از ترمز کاسه‌ای در چرخ‌های عقب که نیروی ترمز کم‌تری مورد نیاز است، استفاده می‌شود. با وجود ایرادات، ترمزهای کاسه‌ای نیاز به تعمیر و نگهداری اندکی دارند که یک مزیت بزرگ محسوب می‌شود.

به مرور زمان سطح کفشک‌های ترمز در اثر اصطکاک خورده می‌شوند و این امر سبب می‌شود فاصله‌ی بین کفشک‌ها با سطح داخلی کاسه بیش‌تر شود. در نتیجه، باید پدال ترمز بیش‌تر فشرده شود تا روغن بیش‌تری به پیستون موجود در ترمز کاسه‌ای وارد شود تا بتواند کفشک‌ها را در فاصله‌ی بیش‌تری جابه‌جا کند. برای حل این مشکل، ترمزهای کاسه‌ای جدید به یک سیستم تنظیم فاصله‌ی مکانیکی مجهز شده‌اند که می‌تواند همواره فاصله‌ی کفشک‌ها تا سطح داخلی کاسه را ثابت نگه دارد.

ترمز دیسکی

ترمز دیسکی بی ام و

ترمزهای دیسکی به عنوان جدیدترین نمونه از سیستم‌های ترمز شناخته می‌شوند. در این ترمزها سعی شده مشکلات موجود در نمونه‌های کاسه‌ای تا حد امکان برطرف شود. برای مثال، توانایی انتقال حرارت ترمزهای دیسکی بسیار بهتر از نمونه‌های کاسه‌ای و همین امر سبب می‌شود در شرایط ترمزگیری پیاپی میزان افت عملکرد ترمز بسیار کاهش یابد. به علاوه، وزن ترمزهای دیسکی به مراتب کم‌تر از ترمزهای کاسه‌ای است و قادرند با سرعت بیش‌تری آب را از روی دیسک کنار بزنند. دیگر مزیت این ترمزها، قدرت بالای آن‌ها است. ترمزهای دیسکی قدرت بیش‌تری به چرخ‌ها وارد می‌کنند و قادرند در مسافت کوتاه‌تری خودرو را از حرکت به حالت سکون درآورند.

اجزای ترمز دیسکی

بخش‌های اصلی تشکیل دهنده‌ی ترمزهای دیسکی، دیسک ترمز، لنت‌ها و کالیپر ترمز است. دیسک ترمز به چرخ متصل می‌شود و همزمان با چرخ می‌چرخد، دو طرف آن با لنت‌ها احاطه شده است و کالیپر ترمز که همان محفظه‌ی پیستون فرعی ترمز است، به لنت‌ها متصل است. با اعمال فشار روی پدال ترمز، پیستون اصلی روغن ترمز را به سمت پیستون‌های فرعی تعبیه شده در چرخ‌ها می‌فرستد. سپس، فشار روغن سبب باز شدن پیستون فرعی شده و پیستون فرعی لنت‌ها را به سطح دیسک فشار می‌دهد تا در اصطکاک با سطح دیسک سبب کاهش سرعت و توقف خودرو شوند. فاصله‌ی لنت‌ها از سطح دیسک بسیار اندک است و در حقیقت همواره مماس با سطح دیسک قرار دارند. با برداشتن پا از روی پدال فشار روغن کاهش می‌یابد و فشار لنت‌ها از سطح دیسک برداشته می‌شود. لنت‌ها به مرور زمان و در اثر اصطکاک خورده شده و باید تعویض شوند به همین جهت در خودروهای امروزی یک سنسور ساده درون لنت‌ها تعبیه شده است که با کاهش سطح لنت یک چراغ هشدار روی صفحه‌ی کیلومترشمار روشن می‌کند. در صورتی‌که لنت‌ها به موقع تعویض نشوند می‌توانند به سطح دیسک ترمز آسیب بزنند.

چکاپ لنت

ترمزهای نوین

دیسک‌های کربن سرامیک

در حال حاضر اکثر دیسک‌های ترمز از چدن ساخته می‌شوند. با این حال، مواد جدیدی نظیر سرامیک و فیبر کربن راه خود را به صنعت خودروسازی و تولید ترمز باز کرده‌اند. دیسک‌های کربن سرامیک مدت‌هاست که در مسابقات موتور اسپرت مورد استفاده ثرار می‌گیرند، اما اولین بار پورشه کاررا GT به عنوان یک خودروی شهری از دیسک‌های کربن سرامیک استفاده کرد. در گذشته دیسک‌های کربن سرامیک با وجود قیمت‌های هنگفت، عمر کم‌تری نسبت به نمونه‌های معمول داشتند و تنها در بازه‌های دمایی بسیار محدود (بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) عملکرد قابل قبولی ارائه می‌دادند. در نهایت شرکت برمبو (فعال در زمینه‌ی ارائه‌ی سیستم‌های ترمز) توانست نوعی دیسک کربنی با حساسیت کم‌تر نسبت به خوردگی ارائه دهد که مناسب خودروهای شهری باشد. مزیت این دیسک‌ها وزن کم‌تر و عملکرد مناسب در شرایط کاری پر فشار است.

دیسک کربن سرامیک

دیسک‌های کربن سرامیکی بسیار کم‌تر از نمونه‌های چدنی وزن دارند و در مقایسه با آن‌ها حتی در دماهای بسیار بالا هم عملکرد مناسبی دارند. دیسک‌های سرامیکی در مقایسه با نمونه‌های چدنی معمول ۶ کیلوگرم وزن کم‌تری دارند که باعث می‌شود وزن فنربندی نشده‌ی خودرو کاهش چشم‌گیری داشته باشد و در نتیجه فرمان‌پذیری و ویژگی‌های دینامیکی خودرو بهبود یابد. به علاوه، این دیسک‌ها انبساط گرمایی کم‌تری دارند و درنتیجه در ترمزگیری‌های شدید لرزش کم‌تری ایجاد می‌کنند.

سیستم ترمز ضد قفل

بزرگ‌ترین مزیت سیستم ترمز ضد قفل یا به اختصار ABS این است که به راننده اجازه می‌دهد در شرایط ترمزگیری شدید بتواند در مسیر دلخواه خودرو را هدایت کند. در خودروهایی که به سیستم ABS مجهز نیستند، با فشردن شدید پدال ترمز، یک یا چند چرخ خودرو قفل می‌شود و این امر باعث از دست رفتن کنترل خودرو و سر خودردن آن به جهات غیرقابل پیش‌بینی می‌شود. سیستم ترمز ضد قفل با تشخیص زودتر احتمال قفل شدن چرخ‌ها، فشار روغن را از روی چرخ در آستانه‌ی قفل شدن برداشته و در کسری از ثانیه دوباره فشار روغن را اعمال می‌کند.

ترمز ABS

این سیستم از یک پردازش‌گر الکترونیکی، چهار حسگر (یک حسگر برای هر چرخ)، یک پمپ الکترونیکی هیدرولیکی و یک انباشت‌گر (مخزن تحت فشار) هیدرولیکی تشکیل شده است. حسگرهای تعبیه شده در چرخ‌ها به صورت لحظه‌ای اطلاعات را به پردازش‌گر ارسال می‌کنند و پردازش‌گر با تشخیص آستانه‌ی قفل شدن چرخ‌ها از طریق یک شیر سروو هیدرولیکی در کسری از ثانیه چندین مرتبه فشار روغن به چرخ را قطع و وصل می‌کند. در صورت وقوع چنین حالتی، راننده می‌تواند تکان‌های ناشی از قطع و وصل ترمز را زیر پای خود از طریق پدال ترمز حس کند. نقش انباشتگر هیدرولیکی این است که در شرایط قطع و وصل سریع فشار روغن، روغن اضافی را وارد مدار هیرولیکی کند تا هر بار که ترمز قطع و وصل می‌شود پدال ترمز تا انتها به سمت پایین حرکت نکند. سیستم ABS در شرایطی که اصطکاک سطح اندک است، مانند شرایط بارانی یا رانندگی روی یخ، و ممکن است با کوچک‌ترین ترمز چرخ‌ها قفل شوند، عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد.

یکی از مشکلاتی که مهندسان ABS با آن مواجه هستند، استفاده از این سیستم در خودروهای مجهز به سیستم چهار چرخ محرک با سیستم دیفرانسیل لغزش محدود یا دیفرانسیل قفل شونده است. مشکل این است که در استفاده‌ی هم‌زمان از این دو سیستم به سختی می‌توان اتصالات مکانیکی جعبه‌دنده را کنترل کرد. برای حل این مشکل، بعضی از سازندگان در هنگام استفاده از ABS، سیستم چهار چرخ محرک را از مدار خارج می‌کنند و بعضی دیگر با افزودن حس‌گرهای بیش‌تر سعی کرده‌اند تا انعطاف سیستم ABS را افزایش دهند.

ترمز دینامیک

ترمز دینامیک اساسا سیستمی است که میزان نیروی ترمز هر چرخ را به‌طور مجزا کنترل می‌کند. هنگام حرکت خودرو، هر چرخ در زمان‌های مختلف بارهای متفاوتی حمل می‌کند و همین موضوع مبنای عملکرد ترمز دینامیک است. چرخی که بار بیش‌تری حمل می‌کند، می‌تواند ترمز شدیدتری تحمل کند و چرخی که بار سبک‌تری حمل می‌کند نیروی ترمز کم‌تری نیاز دارد. برای روشن‌تر شدن موضوع به این مثال توجه کنید: تصور کنید که یک خودرو با سرعتی مشخص و روی سطحی خشک در حال پیچیدن به سمت چپ است. در این حالت، چرخ‌هایی که به سمت خارج پیچ قرار دارند (در این مثال چرخ‌های سمت راست خودرو) به دلیل جابه‌جایی وزن خودرو، بار بیش‌تری تحمل می‌کنند. در صورتی‌که پیشرانه‌ی خودروی مورد نظر در جلو نصب شده باشد، چرخ جلو سمت راست بیش‌ترین وزن را تحمل می‌کند. در این حالت به ترتیب چرخ جلو سمت راست، چرخ عقب سمت راست، چرخ جلو سمت چپ و چرخ عقب سمت چپ می‌توانند بیش‌ترین نیروی ترمز را داشته باشند. سیستم ترمز دینامیک می‌تواند میزان نیروی ترمز مورد نیاز هر چرخ را مشخص کرده و بر اساس آن به هر چرخ نیروی متفاوتی وارد کند. این امر سبب پایداری بیش‌تر خودرو می‌شود.

تفاوت این سیستم با سیستم ABS در این است که سیستم ترمز ضد قفل تنها در مواقع قفل شدن چرخ وارد عمل می‌شود، درحالی‌که سیستم ترمز دینامیک به‌صورت لحظه‌ای سرعت و بار هر چرخ را به‌صورت مستقل تحت نظر دارد و بر همین اساس نیروی ترمز متفاوتی به هر چرخ اختصاص می‌دهد. برای رسیدن به این عملکرد، حسگرهای تعبیه شده در هر چرخ باید اطلاعات خود را با یکدیگر و پردازش‌گر مرکزی به اشتراک بگذارند. پیچیدگی این سیستم باعث شده قیمت تمام شده‌ی آن نسبت به سیستم ABS بالاتر باشد و در نتیجه در حال حاضر تنها در خودروهای سطح بالا از آن استفاده شود. با این وجود، با گذشت زمان هزینه‌ی استفاده از این سیستم کاهش می‌یابد و می‌توانیم شاهد تجهیز خودروهای رده پایین به این سیستم باشیم.

سیستم ترمز همراه بازیاب انرژی

هر بار که از ترمز خودرو استفاده می‌کنید، انرژی جنبشی خودرو از طریق ترمزها به شکل گرما تلف می‌شود. با در نظر گرفتن میزان ترافیک موجود در شهرها و عادات رانندگی افراد می‌توان فهمید که میزان چشمگیری از انرژی بدون استفاده‌ی خاصی به محیط انتقال می‌یابد. به همین جهت مهندسان به فکر استفاده از انرژی جنبشی خودرو و ذخیره‌ی آن به شکل دیگری از انرژی افتادند. در سیستم ترمز همراه بازیاب انرژی، بخشی از انرژی جنبشی خودرو از طریق یک مولد به انرژی الکتریکی تبدیل و در باتری‌های تعبیه شده ذخیره می‌شود. در سیستم‌ ترمز معمولی با فشردن پدال ترمز بلافاصله لنت‌ها به سطح دیسک ترمز می‌چسبند و سرعت خودرو را کاهش می‌دهند، اما در سیستم ترمز به همراه بازیاب انرژی، با فشردن پدال ترمز مولد الکتریکی تعبیه شده در خلاف جهت حرکت خودرو شروع به چرخیدن می‌کند که این امر سبب کاهش سرعت خودرو و بازیافت انرژی جنبشی به صورت انرژی الکتریکی می‌شود. نکته‌ی حائز اهمیت در این مرد این است که سیستم بازیافت انرژی به تنهایی قادر به متوقف کردن خودرو نیست و تنها به عنوانی راهکاری برای کاهش هدر رفت انرژی در نظر گرفته می‌شود.

حالت بهینه‌ی عملکرد این سیستم در ترافیک‌ها و شرایط حرکت و توقف پی‌درپی است و درست مانند سیستم ABS با در نظر گرفتن پارامترهای سرعت چرخش چرخ‌های خودرو، میزان گشتاور لازم برای شارژ باتری‌ها را محاسبه می‌کند تا در شرایط بهینه وارد مدار شود. از این سیستم در خودروهای هیبریدی و الکتریکی نظیر تویوتا پریوس و تسلا رودستر استفاده می‌شود.

ترمز الکتریکی

ترمز الکتریکی

جدیدترین دستاورد در تکنولوژی ترمز خودروها، معرفی سیستم ترمز الکتریکی است. در این سیستم که به نام ترمز سیمی (Brake By Wire) نیز شناخته می‌شود، هیچ اتصال مکانیکی میان پدال ترمز و واحد اعمال کننده‌ی ترمز وجود ندارد. در ترمز الکتریکی، سیستم با دریافت و ارسال پارامترهای میزان فشار پای راننده روی پدال و سرعت فشردن پدال ترمز به هر چرخ، بهترین شرایط ترمزگیری برای هر چرخ را اعمال می‌کند. از مزایای این سیستم می‌توان به تعامل مناسب با سیستم کروز کنترل هوشمند جهت حفظ فاصله‌ی از پیش تعیین شده با خودروی جلویی و همچنین ترمزگیری تا توقف خودرو (در مواقع لزوم) بدون دخالت راننده اشاره کرد. علاوه بر این، با استفاده از این سیستم، اتصالات مکانیکی معمول حذف می‌شوند که این امر خود سبب کاهش فضای مورد نیاز، کاهش صدا و لرزش می‌شود. تنها چالش در استفاده از این سیستم ایجاد حس القای ترمزگیری در پدال ترمز است.

سیستم ترمز الکتریکی می‌تواند کاملا به صورت الکتریکی یا به‌صورت هیدروالکتریک عمل کند. در نوع اول لنت‌ها با کمک آرایشی از پیچ‌های الکتریکی به سطح دیسک فشرده و آزاد می‌شوند و در نوع دوم سیگنال الکتریکی به یک موتور هیدرولیکی ارسال شده و موتور با توجه به میزان فشار مورد نیاز، روغن را به سمت پیستون لنت‌ها ارسال می‌کند. در هر دو نوع وزن کلی سیستم نسبت به سیستم‌های معمولی کاهش می‌یابد و تعمیر سیستم راحت‌تر است.

نمونه‌ای از استفاده از این سیستم را می‌توان در پتنت ثبت شده‌ی مرسدس بنز با نام سیستم کنترل ترمز سنسوترونیک یافت. این سیستم روی مدل‌های E، SL500 و میباخ نصب شده است و اولین سامانه‌ی ترمز الکتریکی در خودروهای عادی و شهری است. در این سیستم با فشردن پدال ترمز یک سیگنال الکتریکی به پردازشگر ارسال می‌شود و پس از در نظر گرفتن پارامترهای مختلف یک سیگنال الکتریکی به پمپ هیدرولیکی برای اعمال فشار روغن ترمز ارسال می‌شود. ترمز سنسوترونیک با ترمز ضد قفل و سیستم کنترل پایداری (ESP) به صورت هماهنگ عمل می‌کند و پارامترهایی نظیر زاویه‌ی فرمان، شتاب ثانویه و سرعت هر چرخ را در اعمال ترمزها مورد محاسبه قرار می‌دهد.

در حالتی که راننده به سرعت پای خود را از روی پدال گاز بردارد و پدال ترمز را بفشارد، یک سیگنال اضطراری توسط سیستم سنسوترونیک دریافت می‌شود و به سرعت با حداکثر توان شروع به اعمال ترمزها می‌کند. طی زمان ترمزگیری، این سیستم تنها میزان صحیح و بهینه‌ی فشار لنت‌ها روی دیسک هر چرخ را اعمال می‌کند تا همواره ترمزگیری در بهترین شرایط صورت گیرد. برای مثال در پیچ‌ها میزان فشار ترمز روی چرخ‌های خارجی نسبت به پیچ بیش‌تر است. نکته‌ی قابل توجه دیگر در این سیستم، اعمال ترمز آرام برای برداشتن فیلم آب از سطح دیسک در شرایط مقتضی است.

منبع زومیت

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید