Vă spunem care sunt componentele sale și cum funcționează acestea

În prima parte a raportului privind sistem de frânare în mașină Vă vom spune istoricul frânelor și în ce tipuri sunt împărțite, în funcție de sistemul de livrare a forței de frânare sau de tipul ansamblului rotor/stator. Acum, că ne aflăm în context, ne vom scufunda în descrierea unui sistem de frână hidraulic actual, de la pedala de frână la discuri, enumerând componentele sale și numărând fiecare detaliu al fiecăruia.

Cum funcționează frânele?

Dacă vă amintiți din tranșa anterioară, un sistem de frânare nu este altceva decât un sistem de control, altul pentru trimiterea forței de frânare, un rotor și un stator care, din cauza fricțiunii, frânează rotorul.

În cazul unei mașini medii precum cea pe care o vom vedea astăzi, sistemul de control este pedala de frână și maneta frânei de parcare, în timp ce sistemul de trimitere a forței de frânare este hidraulic, efectuând transmisia și amplificarea frânei. printr-un cilindru principal și un servomotor de frână, conectat prin conducte care conțin un fluid incompresibil, de obicei un fel de antigel sau poliglicol, numit lichid de frână, deși în funcție de tip poate avea o bază de silicon sau ulei.

racer

Frână cu disc ventilată cu etrier plutitor

Sistemul ABS/ESP este apoi introdus pentru a-și îndeplini funcția și astfel transmite puterea de frânare la etrierele de frână. În interiorul etrierelor -stator- avem pistoane care sunt cele care primesc forța de frânare și împing plăcuțele de frână pe disc -rotor-. În acest fel, se exercită fricțiunea necesară pentru a transforma energia cinetică în energie termică și, astfel, a reduce viteza.

Înainte de a descrie fiecare parte în detaliu, vom explica cu oarecare fizică fundamentele sistemelor de frână hidraulice, pentru a le înțelege mai bine.

Legea lui Pascal

Relaxați-vă, nu vom da o clasă de fizică, ci doar o mică bază pentru a pune bazele. Sistemele hidraulice de frânare profită de legea lui Pascal pentru a transmite forța de frânare. Acest principiu se bazează pe faptul că lichidul nu poate fi comprimat, deci dacă transmitem o forță pe un piston într-un circuit hidraulic, această forță va fi transmisă unui alt piston conectat la același circuit.

Unde este utilitatea? În acest sens, dacă modificăm diametrul tuburilor, putem converti o forță mică pe distanță lungă într-o forță mare pe distanță scurtă. Adică putem înmulți forța aplicată. Această forță va depinde și de suprafața pistoanelor pe care le avem.

După cum putem vedea, și transferând-o la sistemul de frânare dintr-o mașină, aplicând o forță pe pedală, vom multiplica acea forță care va fi transmisă hidraulic celor patru etriere de frână. În diagramă o puteți vedea mai clar. Am inclus câteva formule pentru cei mai curioși, unde F este forța, D distanța și S suprafața.

Componentele unui sistem de frânare curent

La fel ca toate sistemele din mașini, sistemul de frânare continuă să evolueze și să se îmbunătățească cu fiecare nouă iterație. Ideea de a o explica într-un mod simplu este de a lua un sistem tipic de frânare al unei mașini obișnuite, pentru a vedea din ce părți este compus. Pentru aceasta vom folosi ca exemplu un sistem hidraulic de frânare pe disc cu ABS.

Pedala de frana

Începem cu sistemul de control cu ​​ceva ce știm cu toții: pedala de frână. Arată doar ca o acțiune în care forța de frânare este proporțională cu forța pe care o exercităm asupra sa, dar designul său este foarte important în sistem. Pedala de frână acționează direct asupra cilindrului principal, împingând pistonul său și trimitând forța de frânare necesară la etrierele de frână.

Este important ca forța care trebuie aplicată să fie rezonabilă pentru o persoană obișnuită și, pentru aceasta, pedala de frână acționează ca o pârghie: distanța de la axa de rotație la actuatorul pistonului cilindrului principal (L1) este mai mică decât distanța de la ax se întoarce la pedala însăși unde sprijinim piciorul pentru a frâna (L2). Prin urmare, avem un efect multiplicator al forței de frânare cu un factor care ar fi L2 împărțit la L1, ca în orice pârghie. Acesta este ceea ce se numește raportul pedalei de frână. De exemplu, dacă aplicăm o forță de 100 N pedalei, iar raportul este 5: 1, forța aplicată cilindrului principal va fi de 500 N.

În trecut, înainte de sosirea amplificatorului de frână, acest raport era mai mare, deoarece nu aveam asistență la frânare. Dacă ați încercat să călcați frâna de mai multe ori după oprirea mașinii, veți vedea cu adevărat câtă forță este necesară pentru a frâna - este necesară multă forță fără un servofrână. Apoi vom vedea acest expert mai detaliat.

Pedala de frână nu numai că servește la acționarea frânelor, ci trebuie să ofere șoferului o senzație directă a puterii de oprire a vehiculului

Pedale de la un Ferrari F430 (ancoră superioară)

Pedale de la un Porsche Carrera GT (ancoră inferioară)

În prezent, un raport tipic poate fi între 4 și 6, în funcție de producător și de proiectarea sistemului, deoarece acesta trebuie să fie în concordanță cu amplificatorul de frână, diametrul cilindrului principal și diametrul țevilor. Apoi vom vedea un exemplu simplu în care toate variabilele sunt încorporate pentru a realiza proiectarea unui sistem de frânare.

În ceea ce privește tipurile de pedale, putem distinge fundamental două: pedalele cu ancoră superioară (cum ar fi cele ale Ferrari F430) sau cu ancoră inferioară (cum ar fi cele ale Porsche Carrera GT). La cele cu ancoră superioară, instalate în majoritatea autoturismelor, punctul de pivotare este aproape de coloana de direcție și sunt ancorate de peretele care separă motorul de habitaclu. Cei cu ancora inferioară sunt fixați la solul vehiculului și punctul lor de pivotare este aproape de solul însuși. De obicei se găsesc în supercars sau mașini de curse.

Ambele tipuri își îndeplinesc funcția, dar cele ancorate la sol au punctul de pivotare mai aproape de călcâie, astfel încât acționarea lor este mai naturală decât cele cu ancorare superioară, în care trebuie să existe o alunecare a tălpii pantofului sau a piciorului. compensare care trebuie acționată.

Etrier hidromecanic de frână

Etrier hidraulic și mecanic de frână

Pauza de parcare

După cum sugerează și numele său, este un subsistem al sistemului de frânare, acționând doar ca frânare statică sau de frânare de urgență. În mod tradițional, acesta constă dintr-o pârghie cu un sistem de reținere pentru a o aplica, amplasată de obicei în consola centrală, împreună cu cabluri de oțel care conectează pârghia cu etrierele de frână de parcare din spate.

Această manetă, așa cum am văzut cu pedala de frână, are un raport care înmulțește forța de aplicare, care este de obicei 6: 1. Astfel, cablurile de oțel sunt strânse care ajung în mod normal la etrierele speciale din spate și aplică mecanic presiune pe plăcuțele de frână, blocând rotația discului.

Trebuie remarcat faptul că există mai multe tipuri de etriere spate cu frână de parcare. Uneori, un etrier este utilizat exclusiv pentru frâna de parcare, care poate fi mecanică sau electrică, dar pentru a economisi componente, există, de obicei, etriere hidromecanice duble, care pot fi acționate de circuitul hidraulic normal în timpul conducerii sau de un sistem mecanic pentru pauza de parcare. În trecut și ca înlocuitor al pârghiei mecanice, au existat câteva soluții cu întinzătoare de cabluri electrice, pentru a activa frâna de parcare, deși această soluție nu mai este utilizată.

Cu frâna de parcare electronică, au fost câștigate noi funcționalități, cum ar fi pornirea în siguranță a rampei

Etrier electrohidraulic cu frână de parcare electronică

Etrier electronic de frana de parcare

Cele mai actuale sisteme folosesc deja o frână de parcare electronică -EPB sau frână de parcare electronică-, care se aplică cu un buton și o unitate de control îi controlează mișcarea. Etrierele din spate sunt electro-hidraulice și au atașat un mic motor electric, care apasă pe etriere pentru a bloca frâna de parcare atunci când este activată. Acest mic motor electric înlocuiește vechea pârghie mecanică și poate fi utilizat în timpul conducerii cu frâna de serviciu. Datorită comenzii electronice, pot fi programate și alte funcții, cum ar fi Auto-Hold, care frânează mașina pe o pantă și eliberează frânele la accelerare sau că frâna de mână este activată automat la oprirea mașinii.

Ceva mai exotic este sistemul de frânare spate complet electromecanic controlat de o unitate de control, care nu are lichid hidraulic și este activat de actuatoare electrice. Este posibilă frânarea de urgență cu aceste frâne de parcare electronice? Chris Harris a făcut testul în acest videoclip.

Continuând cu excepțiile, uneori această pârghie pentru a acționa frâna de parcare este înlocuită de o pedală, situată în stânga ambreiajului, ceva foarte frecvent în SUA, iar în alte cazuri poate fi chiar un mâner de pe consola centrală, de exemplu ca Citroën GS. Poate fi aplicat și roților din față în loc de spate, ca în multe Citroën, Saab 900 și unele Subaru, de exemplu.

Cilindru principal de concurs unic

Cilindru dublu master Jeep Grand Cherokee

Cilindrul principal

Cilindrul principal este nucleul sistemului de frânare, deoarece conectează sistemul de comandă (pedala) cu etrierele (stator), amplificând forța de frânare. Așa cum am văzut deja cu Legea lui Pascal, va amplifica forța de frânare, deoarece diametrul său este mai mare decât conductele de ieșire care ajung la pistoanele adăpostite în etrierele de frână. În funcție de modul în care este sistemul nostru de frânare, un anumit diametru va fi selectat pentru a se potrivi parametrilor de proiectare.

Funcționarea sa este foarte simplă. Cel mai de bază are un piston în interior, care, pe de o parte, primește forța pe care o aplicăm pe frână, iar pe de altă parte, împinge lichidul de frână pe care îl trimite. În partea superioară este rezervorul de lichid de frână, care împiedică pătrunderea aerului în circuit.

În cele mai comune sisteme, cilindrul principal este dublu în tandem cu două ieșiri independente. În cele mai vechi timpuri, acest lucru se făcea pentru a împărți circuitul între frânele din față și cea din spate, adică o priză mergea la etrierele din față, în timp ce cealaltă mergea spre cele din spate. Dar în prezent este folosit ca sistem redundant, trimitând forța de frânare către unitatea hidraulică ABS/ESP.

Rezervor cu senzor și cilindru principal (stânga), rezervor cu două camere (dreapta sus) și două rezervoare independente (jos dreapta)

Rezervor de lichid de frână

Rezervorul de lichid de frână este probabil cea mai vizibilă parte a sistemului de frână, deoarece este întotdeauna situat în partea cea mai înaltă a capotei motorului, care este de obicei cea mai apropiată de bord. De obicei are un capac galben, iar rezervorul este de obicei din plastic translucid, astfel încât să putem vedea cu ușurință nivelul.

De obicei, are două prize în partea sa inferioară, care se conectează cu fiecare dintre cilindrii pe care îi are cilindrul principal, precum și un senzor pentru a avertiza asupra unui nivel scăzut al lichidului de frână pe care îl conține. În interior există de obicei o diviziune intermediară care compartimentează fiecare dintre ieșirile către cilindrii tandem, dar nu o împarte complet, ambele părți având același lichid de frână.

Funcția sa este dublă. Pe de o parte, trebuie să împiedice pătrunderea aerului în circuit, asigurându-se că există întotdeauna fluid disponibil pentru cilindrul principal, chiar și sub accelerații laterale sau longitudinale intense. Și, pe de altă parte, acționează ca un ameliorator de presiune, deoarece la frânare deplasăm fluidul către pistoanele etrierelor de frână și, atunci când încetăm să facem acest lucru, lichidul trebuie să revină în rezervor.

Lichid de frână

Lichidul de frână este un produs care trebuie să îndeplinească multe caracteristici pentru a fi eficient în sistemul de frânare. Dintre acestea, trebuie remarcat faptul că nu trebuie să fie compresibil, trebuie să aibă vâscozitate redusă, trebuie să aibă, de asemenea, putere lubrifiantă și anticorozivă, punct de fierbere ridicat și nu trebuie să deterioreze elastomerii sau țevile de cauciuc.

Pentru aceasta, diferitele organizații au creat standarde care specifică caracteristicile pe care ar trebui să le aibă un anumit lichid de frână. În 1958, SAE - Societatea inginerilor auto - a creat standardele SUA SAE J70 R1 și R2, care specificau caracteristicile pe care lichidul de frână ar trebui să le îndeplinească. Începând cu 1972, Departamentul de Transport al Statelor Unite (DoT) a popularizat standardele DOT 3, DOT 4 și DOT 5 în specificația FMVSS 116. De obicei, numărul mai mare este mai nou și cu caracteristici mai bune. La rândul său, ISO - Organizația pentru standarde internaționale - a creat standardul 4925, care se bazează pe standardul SAE J1703, care a apărut în 1978.

Pentru automobile, se folosesc de obicei DOT 3, DOT 4 și DOT 5.1, în timp ce pentru industria militară se utilizează DOT 5, bazat pe siliconi. Există un fluid special, LHM pe care doar Citroën îl folosea în vehiculele sale cu suspensie hidropneumatică, deoarece suspensia împărțea un circuit cu lichidul de frână. Acest lichid LHM pe care l-a folosit era un ulei de origine minerală.

În general, piesele de schimb pentru orice sistem de siguranță activă pe vehiculul nostru nu ar trebui să fie scrumate, inclusiv anvelopele. Schimbarea lichidului de frână la fiecare doi ani poate evita sperieturile ocazionale

Datorită căldurii generate de presiune, este foarte important ca lichidul de frână să reziste la temperaturi foarte ridicate fără a ajunge la fierbere, deoarece acest lucru ar genera bule de gaz care ar elimina eficacitatea circuitului de frână.

Un punct important este că lichidul de frână este higroscopic, adică absoarbe apa și umezeala în timp, ceea ce îi reduce eficacitatea, scăzând punctul de fierbere. Acesta este motivul pentru care trebuie modificat atunci când producătorul decide, fiind de obicei la fiecare doi ani, deși percepem că continuă să frâneze la fel.

Mai jos aveți un tabel rezumat cu caracteristicile și standardele fiecărui tip de lichid de frână.

DOTSAEISOCompoziție Punct de fierbere uscat (ºC) Punct de fierbere umed (ºC) Vâscozitate maximă (mm 2/s)
3J17034925 Clasa 3Poliglicol2051401500
LHM + (PSA)--Ulei mineral2301551800
4J17044925 Clasa 4Poliglicol2492491200
5J17054925 Clasa 5Silicon260180900
5.1J17054925 Clasa 5-1Poliglicol260180900

Diagrama de presiune a unei supape proporționale reglabile