ترمزهاي پيشرفته در خودروها
قسمت دوم
يك مفهوم كلي از ترمزهاي ضد قفل
اگربا اتومبيل خود در يخ گير كرده باشيد مي دانيد كه اگر چرخها بچرخند هيچ نيروي جلو بري به اتومبيل وارد نمي شود زيرا سطح تماس چرخ نسبت به يخ ليز مي خورد.
ترمزهاي ضد قفل با جلوگيري كردن از سر خوردن چرخ ها در هنگام ترمز كردن،دو مزيت را بوجود مي آورند:اول اينكه خودرو زود تر متوقف مي شود و دوم اينكه مي توان خودرو را هنگام ترمز كردن نيز هدايت كرد.
در ترمز هاي ضد قفل چهار بخش اصلي وجود دارد:
● حسگر هاي سرعت
●پمپ
●سوپاپ ها
●كنترل كننده
حسگرهاي سرعت:
سيستم ترمز ضد قفل بايد بداند چه موقع چرخ در حال قفل كردن است،حسگرهاي سرعت كه در هر چرخ يا در بعضي مواقع در ديفرانسيل قرار گرفته اند اين اطلاعات را فراهم مي كنند.
دنده هايي كه دور تا دور چرخ دنده قرار گرفته اند به هنگام چرخش چرخ دنده يك ولتاژ AC را كه فركانس آن با سرعت چرخشي چرخ دنده متناسب است توليد مي كنند اين ولتاژ AC در ECU تجزيه و تحليل و سرعت چرخ محاسبه مي شود.
سوپاپ ها:
در هر لوله ي ترمز كه به هر ترمز مي رود يك سوپاپ وجود دارد كه با كنترل كننده كنترل مي شود،در بعضي از سيستم ها سوپاپ سه حالت دارد:
●در حالت اول سوپاپ باز است و فشار از سيلندر اصلي مستقيما به ترمز مي رسد
●در حالت دوم سوپاپ لوله ي ترمز را مي بندد و ترمز را از سيلندر اصلي جدا مي كند،اين حالت از افزايش بيش از حد فشار ترمز وقتي راننده روي پدال فشار مي آورد،جلو گيري مي كند
●در حالت سوم سوپاپ مقداري از فشار ترمز را كم مي كند
پمپ:
چون سوپاپ مي تواند فشار ترمز را كم كند بايد به طريقي اين فشار از دست رفته را جبران كرد واين كاري است كه پمپ انجام مي دهد.بعد از اينكه سوپاپ فشار را در يك ترمز كم كرد پمپ دو باره فشار ايجاد مي كند
كنترل كننده:
كنترل كننده يك پردازنده است كه با توجه به حسگرهاي سرعت، سوپاپ ها را كنترل مي كند.
واحد كنترل هيدروليكي در مجموع اعمال زير را انجام مي دهد
1. تنظيم ABS
2.كنترل مداوم كليه اجزاي الكتريكي ABS
3.كمك به تشخيص عيب در تعميرگاه به هنگام سرويس
ترمز ضد قفل هنگام عمل كردن
انواع مختلف و الگوريتم هاي كنترل گوناگوني براي ترمز هاي ضد قفل وجود دارد.ما درباره ي طرز كار يكي از ساده ترين انواع آن توضيح مي دهيم.
كنترل كننده هميشه حسگرهاي سرعت را كنترل مي كند و به دنبال كاهش سرعت غير معمول در چرخ ها مي گردد.دقيقا قبل از اينكه چرخي قفل كند كاهش سرعت شديدي را تجربه مي كند اگر اين چرخ كنترل نشود بسيار زودتر از زماني كه خودرو براي متوقف شدن نياز دارد قفل خواهد كرد.يك خودرو كه با سرعت ٦۰مايل در ساعت حركت مي كند درشرايط ايده آل حدود ٥ ثانيه زمان لازم دارد تا بايستد اما يك چرخ در كمتر از يك ثانيه از چرخيدن مي ايستد و قفل مي كند.
كنترل كننده مي داند كه يك چنين كاهش سرعتي در چرخها غيرممكن است.بنابراين در چرخي كه كاهش سرعت غير معمول داشته فشار ترمز را كاهش مي دهد تا زماني كه حسگر آن چرخ افزايش سرعت را ثبت كند آنگاه كنترل كننده دوباره فشار ترمز را افزايش مي دهد تا اينكه حسگر ها كاهش سرعت را گزارش كنند.كنترل كننده اين كار را بسيار سريع وقبل از آنكه تاير تغيير سرعت زيادي داشته باشد انجام مي دهد نتيجه اين است كه حركت چرخ ها با همان شدتي كه از سرعت خودرو كم مي شود كند مي گردد و ترمز ها چرخ ها را نزديكي نقطه ي قفل كردن نگه مي دارند كه اين به سيستم بيشترين نيروي ترمز كردن را مي دهد.
نحوه عملكرد ترمز ABS
لوله هاي هيدروليكي كه از پمپ زير پا مي آيند، به يك كارانداز هيدروليكي متصل مي شوند. لوله هاي ديگري از اين كارانداز به ترمز هرچرخ كشيده مي شوند. كارانداز را مدول كنترل سيستم ترمز ABS كنترل مي كند. حسگرهاي سرعت چرخ در هر چرخ بطور پيوسته سرعت چرخ را به مدول كنترل سيستم ترمز ABS اطلاع مي دهند. اين سيستم ترمز عمل نمي كند مگر اينكه كليد چراغ ترمز به مدول كنترل سيگنال بدهد كه پدال ترمز فشرده شده است. وقتي مدول كنترل افت سريع سرعت چرخ را حس مي كند، به كارانداز سيگنال مي دهد كه فشار روغن ترمز آن چرخ را تغيير دهد، در نتيجه چرخ قفل نمي شود. اين عمل به صورت زير اتفاق مي افتد :
مدول كنترل سرعت چهار چرخ را بطور پيوسته مقايسه مي كند. تا وقتي كه هر چهار چرخ با سرعت تقريباً برابر مي چرخند، مدول كنترل اقدامي نمي كند. وقتي كه سرعت چرخش چرخي سريعتر از چرخهاي ديگر كاهش مي يابد، مدول كنترل به رله سيستم ترمز ABS سيگنال مي دهد كه واحد هيدروليكي را فعال كند. يك يا دو سلنوئيد در واحد هيدروليكي شيرهاي تنظيم جريان يا شيرهاي سلنوئيدي لوله هاي ترمز را باز و بسته مي كنند. با عمل كردن اين شيرهاي سلنوئيدي فشار هيدروليكي پشت هر ترمز قطع يا وصل مي شود.
وقتي ترمز ضد قفل در حال كار كردن است شما ضربات منظمي در پدال ترمز احساس مي كنيد كه به خاطر باز و بسته شدن سريع سوپاپ ها است.بعضي از ترمزهاي ضد قفل تا ۱٥بار در ثانيه اين كار را انجام مي دهند.
انواع ترمزهاي ABS
ترمزهاي ضد قفل طراحي هاي مختلفي دارند كه به نوع ترمز به كار رفته بستگي دارد.ما به آنها بر اساس تعداد كانال ها(تعداد سوپاپ هايي كه به طور جداگانه كنترل مي شوند) و تعداد حسگر هاي سرعت اشاره مي كنيم:
●ترمز ضد قفل با چهار كانال و چهار حسگر سرعت:اين بهترين طراحي است كه در آن براي هر چرخ حسگر و سوپاپ جداگانه اي وجود دارد با اين روش كنترل گر هر چرخ را به طور مجزا بررسي مي كند تا به هر چرخ بيشترين نيروي اصطكاك وارد شود.
●سه كانال و سه حسگر:اين روش بيشتر در وانت ها و كاميون ها با چهار چرخ ضد قفل استفاده مي شود و در آن براي هر چرخ جلو يك حسگر و يك سوپاپ وجود دارد اما براي دو چرخ عقب فقط يك حسگر و يك سوپاپ وجود دارد.حسگر سرعت چرخ هاي عقب روي محور عقب قرار دارد.
در اين حالت براي هر چرخ جلو كنترل جداگانه وجود دارد بنابراين چرخ هاي جلو به بيشترين نيروي ترمزي مي رسند. چرخ هاي عقب قبل از فعال شدن سيستم ضد قفل، قفل مي كنند. با اين سيستم ممكن است يكي از چرخهاي عقب هنگام ترمز كردن قفل كند كه نسبت به حالت چهار كاناله باعث كاهش كارايي ترمز مي شود.
يك كانال و يك حسگر:اين سيستم در وانت ها و كاميون ها با محور عقب ضد قفل وجود دارد كه يك سوپاپ براي كنترل هر دو چرخ عقب و يك حسگر سرعت واقع در محور عقب دارد
اين سيستم مشابه قسمت عقب سه كاناله عمل مي كند دو چرخ عقب با هم كنترل مي شوند و قبل از فعال شدن سيستم ضد قفل هر دو قفل مي كنند.در اين روش هم ممكن است يكي از چرخ هاي عقب هنگام ترمز كردن قفل كند كه باز هم باعث كاهش كارايي ترمز مي شود.
اين سيستم به سادگي قابل تشخيص است.معمولا يك لوله ي ترمز وجود دارد كه با يك اتصالT شكل به دو چرخ عقب وصل مي شود.شما مي توانيد حسگر هاي سرعت را با مشاهده ي اتصالات الكتريكي نزديك ديفرانسيل در محورعقب پيدا كنيد.
ESP ترمز نيست
برنامه پايداري الكترونيكي يا همان سيستم آنتي رولينگ است.
سيستم اي اس پي حاصل تلفيق سيستم ترمز اي بي دي … سيستم ا بي اس و سيستم تراكشن كنترل است كه بوسيله نرم افزاري و در صورت داشتن سخت افزار لازم براي سه سيستم بالا به همراه تعدادي سنسور اضافه براي زاويه فرمان و شتاب هاي طولي و عرضي وارده به خودرو سيستم پايداري الكترونيكي يا همان اي اس پي بوش ( بعضي از شركتها نامهاي تجاري ديگه مثل مثلا” DSP براي بي ام دبليو ) رو بوجود آورد.
كار اي اس پي چيست؟
اي اس پي با اندازه گيري مداوم اين پارامترها وضعيت حركتي خودرو رو بررسي ميكند:
1-سرعت گردش هر چرخ و سرعت حركت خودرو
2-وضعيت قرار گيري فرمان و همينطور محاسبه سرعت گرداندن فرمان
3-ميزان شتاب وارده طولي و شعاعي به خودرو
4-وضعيت موتور از نظر گشتاور توليدي
5-در بعضي از گونه ها تعدادي سنسور براي بررسي وضعيت مسير حركت از نظر خيس يا خشك بودن و همينطور ميزان لغزندگي مسير حركت هم وجود دارد
بعد از بررسي پارمترها فوق اي اس پي يك نقشه كلي از نظر چگونگي حركت خودرو و وضعيت چرخها تنظيم ميكند و با مقايسه اين مقادير با مقادير ايده آل مورد نياز خودرو تصميم به دخالت در امر رانندگي ميگيرد.به اين ترتيب كه با توجه به سرعت حركت خودرو و شتاب وارده به خودرو از جهات مختلف و همينطور چگونگي كاركرد راننده با فرمان نتيجه گيري ميكند كه شرايط حركت خودرو عادي يا با اندر استير ( انحراف قسمت جلوي خودرو ) و يا اور استيره ( انحراف قسمت عقب خودرو ).در صورت اندر يا اور استير بودن با استفاده تكي يا توام از ترمز چرخها و گاها” گشتاور موتور شروع به اصلاح وضعيت حركت خودرو ميكند.
FULL-contact disc brake
اين طرح شبيه ترمزهاي ديسكي است، با اين تفاوت كه در ترمزهاي ديسكي هنگام ترمزگيري تنها حدود 15 درصد سطح ديسك گردان با لنتها در تماس مي باشند، اما با تغيير در طراحي آنها و ساخت اين نمونه كه به عنوان ترمز ديسكي تمام درگير ناميده مي شود، تقريباً 75 درصد سطح ديسك گردان در يك لحظه با لنتها مي توانند در تماس باشند.
در استفاده از ديسكها و لنتهاي معمول، ديسك گردان بين لنتها درگير مي شود. اما در اين نمونه (Full-contact) همانطور كه درشكل مشاهده مي شود، يك سطح عنكبوت مانند، ديسك ترمز را در برمي گيرد كه شش لنت ترمز نيز درون اين سطح و روي ديسك قرار مي گيرد. سيستم عملگر نيز بصورت هيدروليكي برروي لنت مدوري كه پشت ديسك قرار دارد عمل مي كند.
براي اطمينان از انتقال حرارت ترمز و خنك نگه داشتن آن، سيستم بوسيله پره هاي خنك كننده اي كه به لنتهاي بيروني متصل است، پوشيده شده است. لنتهاي دروني درون يك قالبي از جنس مواد كامپوزيت قرار گرفته اند. براي اطمينان از عملكرد بهينه ترمز تحت شرايط گوناگون از انواع مختلفي از مواد بعنوان لنت استفاده مي شود.
مزاياي اينگونه ترمزها كه نسبت به گونه هاي قبلي آن قابل ملاحظه است، عبارتند از : خنك كاري بهتر، توان ترمز گيري بيشتر و كاهش سروصدا و ارتعاشات.
Automatic brake differential (ABD)
اين سيستم كه با نام TCS نيز شناخته مي شود براي گذر از محلهاي لغزنده بكار مي رود ، حالتي را فرض كنيد كه يك يا چند چرخ خودرو در محلي لغزنده يا گل آلود گير كنند ، چرخهاي مورد نظر به صورت درجا مي چرخند و خودرو بدون حركت در جايش باقي مي ماند ، حتي در صورت گل آلود بودن سطح ، چرخ بيشتر و بيشتر به داخل گل و لاي فرو مي رود ، اما با كمك سيستم ABD اين اتفاق نخواهد افتاد چرا كه اين سيستم با تشخيص هرزگردي چرخ و با كمك سيستم ABS چرخ يا چرخهاي مورد نظر را با گرفتن و رها كردن ترمز از حالت هرزگردي خارج ، و با انتقال نيرو به چرخ يا چرخهاي درگير با سطح غير لغزنده ، خودرو را از آن محيط بيرون مي آورد.
Electronic brakeforce distribution (EBD)
اين سيستم مكملي است براي سيستم ABS ، كه با تقسيم نيروي ترمز به ميزان لازم براي اكسل هاي جلو و عقب ، ماكزيمم تاثير سيستم ترمز رابرآورده مي سازد ، در نتيجه پايداري خودرو ؛ با هر باري و تحت هر نوع شرايط جاده اي حفظ مي گردد ، اين سيستم همچنين با تقسيم نيروي ترمز بين چرخهاي عقب از چرخش خودرو هنگام ترمز كردن در سر پيچ ها نيز جلوگيري مي كند
ترمز ESC
يك سيستم براي كنترل مستقيم گشتاور چرخشي جهت بهبود در پايداري و كنترل پذيري خودرو است. در ESC كنترل گشتاور چرخشي به عنوان راهي براي كنترل ديناميك جانبي در جريان يك مانور شديد در نظر گرفته مي شود. براي دستيابي به اين هدف يك استراتژي كنترلي براي گشتاور چرخشي بر مبناي فيدبك از متغييرهاي حالت سيستم و يك مجموعه عملگر لازم است.
ايجاد گشتاور چرخشي در ESC به دو طريق ميسر است
روش متداول ايجاد گشتاور چرخشي ترمزگيري مستقل چرخها و استفاده از اختلاف نيروي ترمزي طرفين چپ و راست خودرو است. اين روش به عنوان ترمزگيري اختلافي شناخته شده است و بر مبناي تكنولوژي ترمز ABS با منطق كنترلي پيچيده تر استوار است. عليرغم موتورهاي احتراق داخلي مرسوم در نمونه هاي مدرن موتورهاي الكتريكي EVS كنترل نيروي رانش موتور مي تواند به عنوان ابزاري براي ايجاد گشتاور چرخشي استفاده شود. زنجيره توان در اين موتورها شامل دو يا چهار موتور الكتريكي است كه با هر كدام از چرخها يكپارچه شده و مي تواند مستقلا كنترل شوند. در اين تركيب بندي نيروي رانش هر چرخ بوسيله كنترل جريان موتور الكتريكي قابل كنترل است
استفاده از ESC خصوصا در خودروهاي الكتريكي بسيار حائز اهميت است. در حقيقت با نصب جعبه هاي سنگين باطريها در اين خودروها موقعيت مركز ثقل خودرو به طور ناخواسته جابجا مي شود اين موضوع خودرو را بيش فرمان مي كند. اين به معني نياز جدي اين خودروها به سيستمهاي پايداركننده اضافي چون ESC است. اين در حالي است كه در خودروهاي احتراق داخلي متداول كم فرماني ذاتي خودروها پايداري قابل ملاحظه اي را حتي در مانورهاي شديد بوجود آورده است.عليرغم نحوه ايجاد گشتاور پيچشي استراتژي كنترلي حاكم بر آن جنبه اصلي طراحي يك سيستم ESC است. اين استراتژي علاوه بر توليد گشتاور پيچشي مورد نياز بايد توزيع بهينه نيروي طولي در چرخها را براي دستيابي به بهترين شرايط از جهت پايداري بدست دهد. اين موضوع خودرو را از اثرات نامطلوب بيش فرماني و كم فرماني مي رهاند.
وضعيت ايمني با استفاده از ESC اگرچه سيستمهاي غير فعال مانند كمربند ايمني خسارات ناشي از تصادف از جلو را كاهش داده است. امروزه بخش بزرگي از خسارات به دليل انحراف از مسير و تصادفات جانبي بوجود مي آيند. و اين حوزه اي است كه ESC نقش اساسي خود را ايفا مي كند. در سال 2003 تحقيق جامعي در دانشگاه Iowa انجام شد با اين پرسش اوليه كه” آيا وجود ESC به راننده براي كنترل خودرو در شرايط بحراني كمك مي كند؟” بر اساس تمام تحليلهاي انجام شده با وجودESC شرايطي كه راننده كنترل خود را از دست مي دهد 24.5 درصد نسبت به حالت بدون ESC كاهش داشته است. براي يك تست مشخص راننده هايي كه توانسته اند با وجود ESC كنترل خودرو را حفظ كنند 34% بيشتر از حالتي بود كه سعي مي كردند، خودرو بدون ESC را كنترل كنند.
اين تحقيق تاثير شاخص و قابل توجه ESC را در حفظ ايمني خودرو نشان مي دهد. VW در تحليل تصادفات محصولات خود نشان داده است كه با وجود 80% ESC از ميزان تصادفات ناشي از لغزش كاسته مي شود . VW نتيجه گرفته است كه تاثير استفاده از ESC در كاهش خسارات ناشي از تصادفات حتي از كيسه هوا هم بيشتر است .
بر مبناي تحليل آماري تصادفات جاده اي ، تويوتا برآورد كرده است كه ESC توانسته است تا 50% تصادفات خودرو منفرد را كاهش دهد. نتايج همه اين مطالعات تصويري پايا از ESC به عنوان يك سيستم موثر بر ايمني ارائه مي دهد. خصوصا پتانسيل بيشتر اين سيستمها وقتي آشكار مي شود كه از آنها در خودروها با مركز ثقل بالا – مثل خودروهاي SUV و كاميونتها- استفاده شود.
اما در هر حال بايد گفت كه ESC نمي تواند از همه تصادفات جلوگيري كند يا براي همه خطاهاي راننده تنظيم گردد. براي داشتن ترافيك جاده اي ايمن هنوز هم تمرينات رانندگي و برآورد درست راننده از وضعيت حركت نقشي اساسي را بازي مي كند. با كنترل سرعت و وضعيت رانندگي ، از چرخش و انحراف خودرو در پيچها جلوگيري ميكند و بوسيله دكمه ECS/Sport بر روي داشبورد نيز قابل كنترل مي باشد.
ترمز الكتريكي
اين نمونه از پيشرفته ترين نمونه ها در نوع خود است كه معمولاً در خودروهاي مسابقه اي فرمول يك استفاده مي شود. از لحاظ ساختماني شبيه عملگر هيدروليكي دو مرحله اي است با اين تفاوت كه بجاي مدار فرمان هيدروليكي، يك مدار فرمان الكترونيكي جايگزين شده است. بدين صورت كه پدال ترمز به يك رئوستاي فوق العاده حساس متصل شده است و هرچه پدال بيشتر فشرده شود، سيگنال بزرگتري به مدول كنترل فرستاده مي شود. (شكل4-15) اما مدار هيدروليكي دوم شبيه حالت قبل است. از مزاياي اين سيستم اين است كه مي توان محل پدال را بدون محدوديت هرجاي دلخواهي در نظر گرفت.
