วิธีการทำงานของเบรกรถยนต์: คู่มือฉบับสมบูรณ์เกี่ยวกับระบบเบรก

เบรกรถยนต์ แปลงพลังงานจลน์ของยานพาหนะของคุณให้เป็นพลังงานความร้อนผ่านการเสียดสี ซึ่งจะทำให้รถของคุณหยุดนิ่งโดยได้รับการควบคุม เมื่อคุณเหยียบแป้นเบรก แรงดันไฮดรอลิกจะคูณแรงเท้าของคุณ 3-6 เท่า โดยดันผ้าเบรกเข้ากับจานเบรกหรือดรัมที่กำลังหมุนอยู่เพื่อสร้างแรงเสียดทานที่จำเป็นในการชะลอความเร็ว รถยนต์สมัยใหม่ใช้ดิสก์เบรก ดรัมเบรก หรือทั้งสองอย่างผสมกัน ควบคู่ไปกับระบบที่ซับซ้อน เช่น ABS และการกระจายแรงเบรกแบบอิเล็กทรอนิกส์ เพื่อให้มั่นใจถึงพลังการหยุดที่ปลอดภัยและเชื่อถือได้

มูลนิธิระบบเบรกไฮดรอลิก

ระบบไฮดรอลิกเป็นแกนหลักของการเบรกรถยนต์ยุคใหม่ เมื่อคุณเหยียบแป้นเบรก มันจะกระตุ้นแม่ปั๊มเบรกที่มีน้ำมันเบรก ระบบปิดผนึกนี้ทำงานบนหลักการของ Pascal โดยที่แรงดันที่จ่ายให้กับของไหลที่ปิดอยู่จะส่งผ่านอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งระบบ

การทำงานของกระบอกสูบหลัก

กระบอกสูบหลักมีลูกสูบสองตัวที่สร้างแรงดันในวงจรไฮดรอลิกที่แยกจากกัน ระบบวงจรคู่มีผลบังคับใช้ในปี พ.ศ. 2510 หลังจากที่กฎระเบียบด้านความปลอดภัยกำหนดให้มีการสำรอง หากวงจรหนึ่งล้มเหลว อีกวงจรหนึ่งจะคงความสามารถในการเบรกบางส่วนไว้ กระบอกสูบหลักทั่วไปจะถูกสร้างขึ้น แรงดันไฮดรอลิก 800-1200 psi ระหว่างการเบรกปกติและสูงถึง 2,000 psi ระหว่างการหยุดฉุกเฉิน

คุณสมบัติของน้ำมันเบรก

น้ำมันเบรกจะต้องคงสภาพที่ไม่สามารถบีบอัดได้ภายใต้สภาวะที่รุนแรง ในขณะที่ต้านทานอุณหภูมิตั้งแต่ -40°F ถึงมากกว่า 400°F ของเหลว ดอท 3, ดอท 4 และ ดอท 5.1 มีพื้นฐานจากไกลคอลซึ่งมีจุดเดือดต่างกัน:

ลักษณะการดูดความชื้นของของเหลวที่มีไกลคอลเป็นส่วนประกอบหลักหมายความว่าของเหลวจะดูดซับความชื้นเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งจะทำให้จุดเดือดลดลงและลดประสิทธิภาพการเบรก ผู้ผลิตแนะนำให้เปลี่ยนน้ำมันเบรกทุกๆ 2-3 ปี โดยไม่คำนึงถึงระยะทาง

ส่วนประกอบและฟังก์ชั่นดิสก์เบรก

ดิสก์เบรกครองใจยานพาหนะสมัยใหม่เนื่องจากการระบายความร้อนที่เหนือกว่าและประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอ ระบบประกอบด้วยโรเตอร์ที่ติดอยู่กับดุมล้อ ลูกสูบไฮดรอลิกที่หุ้มคาลิปเปอร์ และผ้าเบรกที่สร้างแรงเสียดทานกับโรเตอร์

การออกแบบโรเตอร์เบรก

โรเตอร์มีการกำหนดค่าหลายแบบ แต่ละแบบได้รับการปรับให้เหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน:

• โรเตอร์ที่เป็นของแข็ง เป็นการหล่อแบบชิ้นเดียวที่ใช้กับเพลาล้อหลังของรถยนต์ราคาประหยัดที่มีการสร้างความร้อนน้อยกว่า
• โรเตอร์ระบายอากาศ มีใบพัดระบายความร้อนภายในที่สูบลมผ่านโรเตอร์ ช่วยลดอุณหภูมิลง 100-200°F ในระหว่างการเบรกอย่างหนัก
• โรเตอร์เจาะ มีรูที่ปล่อยก๊าซสะสมและลดน้ำหนัก แต่อาจแตกร้าวภายใต้ความเครียดจากความร้อนที่รุนแรง
• โรเตอร์แบบ slotted ใช้ร่องเพื่อไล่ฝุ่นเบรกและรักษาการกัดผ้าเบรก ซึ่งพบได้ทั่วไปในรถยนต์สมรรถนะสูง

โรเตอร์ของรถโดยสารส่วนใหญ่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10-14 นิ้ว และหนัก 15-25 ปอนด์ การใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงใช้โรเตอร์ที่มีขนาดสูงสุด 16 นิ้ว โดยมีความหนาตั้งแต่ 28-32 มม. เพื่อรองรับการหยุดอย่างแรงซ้ำ ๆ จาก 60 ไมล์ต่อชั่วโมง ต่ำกว่า 110 ฟุต .

ประเภทคาลิเปอร์และการใช้งาน

คาลิปเปอร์มีสองแบบหลักๆ คาลิเปอร์แบบลอยใช้ลูกสูบเดี่ยวที่ดันผ้าเบรกหนึ่งแผ่นเข้ากับโรเตอร์ ขณะดึงตัวคาลิปเปอร์เพื่อติดผ้าเบรกด้านตรงข้าม การออกแบบนี้มีราคาถูกกว่าและปรากฏบนยานพาหนะระดับประหยัดและระดับกลางส่วนใหญ่ คาลิปเปอร์แบบตายตัวจะยึดอย่างมั่นคงและใช้ลูกสูบตรงข้าม (โดยทั่วไปคือ 4, 6 หรือ 8) เพื่อใช้แรงกดอย่างสม่ำเสมอจากทั้งสองด้าน คาลิปเปอร์แบบตายตัวให้แรงจับยึดเพิ่มขึ้น 15-20% พร้อมระบบจัดการความร้อนที่ดีกว่าทำให้เป็นมาตรฐานสำหรับรถสปอร์ตและรถเก๋งหรู

ส่วนประกอบผ้าเบรก

ผ้าเบรกสมัยใหม่ผสมผสานวัสดุหลายชนิดเพื่อสร้างสมดุลระหว่างลักษณะการเสียดสี เสียง ฝุ่น และการสึกหรอ แผ่นกึ่งโลหะประกอบด้วยโลหะ 30-65% รวมถึงเหล็ก เหล็ก และทองแดง ให้การถ่ายเทความร้อนที่ดีเยี่ยมและความทนทานสำหรับ อายุการใช้งาน 40,000-70,000 ไมล์ . แผ่นเซรามิกใช้เส้นใยเซรามิกและวัสดุที่ไม่ใช่เหล็กซึ่งผลิตฝุ่นและเสียงรบกวนน้อยลง แต่มีราคาแพงกว่า 40-60% แผ่นรองออร์แกนิกให้การทำงานที่เงียบแต่สึกเร็วกว่าและทำงานได้ไม่ดีเมื่อเปียก

กลศาสตร์ดรัมเบรก

ดรัมเบรกล้อมรอบส่วนประกอบเสียดสีไว้ในดรัมที่กำลังหมุน โดยใช้ฝักเบรกแบบโค้งที่กดออกด้านนอกกับพื้นผิวด้านในของดรัม แม้ว่าส่วนใหญ่จะถูกแทนที่ด้วยจานเบรกบนเพลาหน้า แต่ดรัมยังคงพบเห็นได้ทั่วไปบนเพลาหลังของรถบรรทุกและรถยนต์ราคาประหยัด เนื่องจากต้นทุนการผลิตที่ลดลงและการบูรณาการเบรกจอดรถอย่างมีประสิทธิภาพ

การออกแบบรองเท้าชั้นนำและต่อท้าย

ระบบดรัมส่วนใหญ่ใช้โครงสร้างฐานรองแบบนำหน้า รองเท้าชั้นนำเคลื่อนที่ไปในทิศทางของการหมุนของดรัม ทำให้เกิดพลังในตัวเองที่เพิ่มแรงเบรกเป็นทวีคูณ รองเท้าต่อท้ายเคลื่อนที่ทวนการหมุน ให้ความมั่นคงและป้องกันการล็อค ข้อตกลงนี้ส่งมอบ พลังการหยุดที่สม่ำเสมอโดยใช้แรงเหยียบน้อยลง 25-30% กว่าระบบดิสก์ที่เทียบเท่า

ฟังก์ชั่นกระบอกล้อ

แรงดันไฮดรอลิกจากแม่ปั๊มหลักจะเข้าสู่แม่ปั๊มล้อที่มีลูกสูบตรงข้ามกันสองตัว ลูกสูบเหล่านี้จะดันยางเบรกออกไปด้านนอกเพื่อไม่ให้สปริงดึงกลับ รูแม่ปั๊มล้อทั่วไปจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.75-1.0 นิ้ว ซึ่งสร้างแรงได้เพียงพอในการสร้าง แรงกดระหว่างแท่นถึงถัง 400-600 ปอนด์ .

ข้อจำกัดในการกระจายความร้อน

การออกแบบที่ปิดมิดชิดจะดักความร้อนภายในชุดดรัม ซึ่งจำกัดความสามารถในการเบรกอย่างแรงซ้ำๆ ดรัมสามารถมีอุณหภูมิสูงถึง 400-600°F ในระหว่างการใช้งานปกติ แต่อุณหภูมิที่คงไว้เหนือ 500°F จะทำให้เบรกซีดจางเนื่องจากวัสดุเสียดสีสูญเสียประสิทธิภาพ การกักเก็บความร้อนนี้อธิบายได้ว่าทำไมรถยนต์สมัยใหม่จึงใช้ดิสก์เบรกที่เพลาหน้าซึ่งทำหน้าที่ควบคุม 60-70% ของแรงเบรกทั้งหมด ในระหว่างการชะลอตัว

ระบบเสริมแรงเบรก

บูสเตอร์เบรกจะขยายแรงเหยียบเพื่อลดแรงของผู้ขับขี่ในขณะที่ยังคงการควบคุมที่แม่นยำ หากไม่ได้รับความช่วยเหลือ การหยุดรถน้ำหนัก 3,500 ปอนด์จากความเร็วบนทางหลวงจะต้องใช้แรงเหยียบมากกว่า 150 ปอนด์ ซึ่งเป็นความต้องการที่ไม่ยั่งยืนสำหรับผู้ขับขี่ส่วนใหญ่

หม้อลมเบรกสุญญากาศ

เครื่องเพิ่มแรงดันสุญญากาศใช้สุญญากาศท่อร่วมไอดีของเครื่องยนต์เพื่อสร้างความแตกต่างของแรงดันทั่วทั้งไดอะแฟรม เมื่อคุณกดแป้นเบรก วาล์วจะเปิดขึ้นเพื่อรับความดันบรรยากาศที่ด้านหนึ่งของไดอะแฟรม ในขณะที่ยังคงรักษาสุญญากาศที่อีกด้านหนึ่ง นี้ แรงดันต่างกัน 14.7 psi ดันก้านที่ช่วยเสริมกระบอกสูบหลัก โดยคูณแรงเข้า 3-4 เท่า บูสเตอร์ทั่วไปมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8-11 นิ้ว และยึดระหว่างชุดแป้นเหยียบและแม่ปั๊มเบรก

ระบบช่วยเบรกไฮดรอลิก

เครื่องยนต์ดีเซลและรถยนต์เทอร์โบชาร์จมักขาดสุญญากาศที่เพียงพอ ซึ่งต้องใช้ระบบช่วยเหลือแบบไฮดรอลิก สิ่งเหล่านี้ใช้ปั๊มที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์เพื่อสร้างแรงดันให้กับของไหลไฮดรอลิก 2,000-3,000 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว ,เก็บไว้ในตัวสะสม ระบบให้การเร่งความเร็วที่สม่ำเสมอโดยไม่คำนึงถึงภาระของเครื่องยนต์ และเปิดใช้งานคุณสมบัติขั้นสูง เช่น การเบรกฉุกเฉินอัตโนมัติ

บูสเตอร์ระบบเครื่องกลไฟฟ้า

รถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้าใช้หม้อลมเบรกแบบระบบเครื่องกลไฟฟ้า เนื่องจากเครื่องยนต์ขาดการทำงานของเครื่องยนต์อย่างต่อเนื่อง บอลสกรูหรือกระปุกเกียร์ที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์จะขยายอินพุตของคันเหยียบ ให้การตอบสนองทันทีและบูรณาการเข้ากับระบบเบรกแบบจ่ายพลังงานใหม่ได้อย่างราบรื่นซึ่งสามารถฟื้นตัวได้ มากถึง 70% ของพลังงานจลน์ ในระหว่างการชะลอตัว

ระบบเบรกป้องกันล้อล็อก

ABS ป้องกันการล็อกล้อระหว่างการเบรกอย่างแรงโดยการปรับแรงดันไฮดรอลิกสูงสุด 15 ครั้งต่อวินาที ระบบจะรักษาการยึดเกาะของยาง ทำให้สามารถควบคุมพวงมาลัยได้ในขณะที่เพิ่มกำลังในการหยุดรถให้สูงสุด ABS ลดระยะการหยุดลง 10-20% บนพื้นเปียก และยิ่งกว่านั้นบนน้ำแข็งหรือกรวด

การทำงานของส่วนประกอบ

แต่ละล้อมีเซ็นเซอร์ความเร็วที่ตรวจสอบอัตราการหมุน เมื่อโมดูลควบคุม ABS ตรวจพบว่าล้อกำลังลดความเร็วเร็วกว่าล้ออื่นๆ ซึ่งบ่งชี้ถึงการล็อคที่กำลังจะเกิดขึ้น โมดูลจะสั่งการโมดูเลเตอร์ไฮดรอลิกเพื่อลดแรงกดที่เบรกของล้อนั้น ระบบจะหมุนเวียนเป็นสามขั้นตอน:

1. แรงกดค้างไว้ จะรักษาแรงเบรกในปัจจุบันเมื่อล้อเริ่มลื่นไถล
2. ความดันลดลง ปล่อยแรงดันเบรกเพื่อคืนการหมุนของล้อ
3. ความดันเพิ่มขึ้น จะส่งแรงเบรกอีกครั้งเมื่อล้อกลับมายึดเกาะอีกครั้ง

ลักษณะการทำงาน

ระบบ ABS สมัยใหม่จะประมวลผลข้อมูลเซ็นเซอร์ทุกๆ 5-10 มิลลิวินาที เพื่อปรับแรงดันเบรกด้วยความแม่นยำในระดับมิลลิวินาที ระบบทั่วไปจะรักษาอัตราส่วนการลื่นที่เหมาะสมไว้ระหว่าง 10-20% ซึ่งเป็นจุดที่แรงเสียดทานของยางถึงจุดสูงสุด สิ่งนี้จะอธิบายความรู้สึกของคันเร่งระหว่างการเปิดใช้งาน ABS—โมดูเลเตอร์ไฮดรอลิกจะหมุนวาล์วอย่างรวดเร็วเพื่อควบคุมแรงดัน

การกระจายแรงเบรกแบบอิเล็กทรอนิกส์

EBD ปรับสมดุลเบรกระหว่างเพลาหน้าและเพลาหลังตามอัตราการบรรทุกและการชะลอความเร็วของรถ ในระหว่างการเบรก น้ำหนักจะถ่ายโอนไปข้างหน้า ลดการยึดเกาะของยางหลัง EBD ช่วยลดแรงดันเบรกหลังตามสัดส่วนเพื่อป้องกันการล็อกล้อหลังก่อนวัยอันควร ในขณะเดียวกันก็เพิ่มประสิทธิภาพเบรกหน้าให้สูงสุด

ระบบจะตรวจสอบความเร็วล้อแต่ละล้อและคำนวณการกระจายแรงดันที่เหมาะสมที่สุดอย่างต่อเนื่อง ในรถกระบะบรรทุกหนัก EBD อาจส่ง 75% ของแรงเบรกที่เพลาหน้า ในขณะที่รถสปอร์ตเปล่าจะได้สปลิต 65-35 ที่สมดุลมากขึ้น การปรับแบบไดนามิกนี้ช่วยเพิ่มเสถียรภาพและลดระยะการหยุดรถในสภาวะต่างๆ

ข้อกำหนดการบำรุงรักษาระบบเบรก

การบำรุงรักษาที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการเบรกที่สม่ำเสมอและป้องกันความล้มเหลวของส่วนประกอบก่อนเวลาอันควร การทำความเข้าใจรูปแบบการสึกหรอและช่วงเวลาเข้ารับบริการจะช่วยระบุปัญหาก่อนที่จะกระทบต่อความปลอดภัย

อายุการใช้งานของแผ่นและโรเตอร์

โดยทั่วไปผ้าเบรกจะต้องเปลี่ยนทุกๆ 30,000-70,000 ไมล์ ขึ้นอยู่กับสไตล์การขับขี่และองค์ประกอบของวัสดุ แผ่นอิเล็กโทรดส่วนใหญ่มีตัวบ่งชี้การสึกหรอ นั่นคือแถบโลหะที่สัมผัสกับโรเตอร์เมื่อแผ่นอิเล็กโทรดหนาถึง 3 มม. ซึ่งเป็นข้อกำหนดความปลอดภัยขั้นต่ำ . โรเตอร์มีอายุการใช้งาน 50,000-100,000 ไมล์ แต่ต้องมีการวัดระหว่างการเปลี่ยนแผ่นเบรก ความหนาต่ำกว่าข้อกำหนดขั้นต่ำหรือการเบี่ยงเบนหนีศูนย์ของพื้นผิวเกิน 0.002 นิ้ว จำเป็นต้องเปลี่ยนโรเตอร์

การตรวจสอบและเปลี่ยนของเหลว

การทดสอบน้ำมันเบรกจะวัดปริมาณความชื้นและจุดเดือด ของเหลวที่ปนเปื้อนจะปรากฏเป็นสีน้ำตาลเข้มแทนที่จะเป็นสีเหลืองอำพันใส และอาจมีอนุภาคที่มองเห็นได้ การทดสอบระดับมืออาชีพแสดงให้เห็นว่า ความชื้น 3% ลดจุดเดือดลง 25% เพิ่มความเสี่ยงการซีดจางอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการลงภูเขาหรือการหยุดรถอย่างหนักซ้ำๆ

สัญญาณเตือนปัญหาเบรก

• เสียงแหลมหรือเสียงบดบ่งบอกว่าแผ่นอิเล็กโทรดชำรุดต้องเปลี่ยนทันที
• การเต้นเป็นจังหวะของคันเหยียบบ่งบอกว่าโรเตอร์บิดเบี้ยวซึ่งมีความหนาแปรผันเกินข้อกำหนดเฉพาะ
• ความรู้สึกของแป้นเหยียบที่นุ่มนวลหรือเป็นรูพรุนชี้ไปที่อากาศในท่อไฮดรอลิกหรือการสึกหรอของแม่ปั๊มหลักภายใน
• รถที่ดึงไปด้านใดด้านหนึ่งระหว่างเบรก แสดงว่าลูกสูบคาลิปเปอร์ติดอยู่หรือผ้าเบรกที่ปนเปื้อน
• ระยะหยุดที่เพิ่มขึ้นบ่งชี้ถึงความเสื่อมของระบบโดยรวมซึ่งจำเป็นต้องมีการตรวจสอบที่ครอบคลุม

การจัดการกับอาการเหล่านี้โดยทันทีจะช่วยป้องกันความเสียหายต่อส่วนประกอบอื่นๆ และรักษาระดับความปลอดภัยที่จำเป็นสำหรับการหยุดฉุกเฉิน