Cách thức hoạt động của phanh ô tô: Hướng dẫn đầy đủ về hệ thống phanh

Phanh ô tô chuyển đổi động năng của xe thành nhiệt năng thông qua ma sát, đưa xe của bạn dừng lại có kiểm soát. Khi bạn nhấn bàn đạp phanh, áp suất thủy lực nhân lực chân của bạn lên gấp 3-6 lần , đẩy má phanh vào đĩa hoặc tang trống đang quay để tạo ra lực ma sát cần thiết để giảm tốc. Các phương tiện hiện đại sử dụng phanh đĩa, phanh tang trống hoặc kết hợp cả hai, cùng với các hệ thống phức tạp như ABS và phân bổ lực phanh điện tử để đảm bảo lực dừng an toàn, đáng tin cậy.

Nền tảng hệ thống phanh thủy lực

Hệ thống thủy lực tạo thành xương sống của hệ thống phanh ô tô hiện đại. Khi bạn nhấn bàn đạp phanh, nó sẽ kích hoạt xi lanh chính chứa dầu phanh. Hệ thống kín này hoạt động theo nguyên lý Pascal, trong đó áp suất tác dụng lên chất lỏng kèm theo truyền đều trong toàn hệ thống.

Vận hành xi lanh chính

Xi lanh chính chứa hai piston tạo áp suất trong các mạch thủy lực riêng biệt. Hệ thống mạch kép trở thành bắt buộc vào năm 1967 sau khi các quy định an toàn yêu cầu dự phòng—nếu một mạch bị hỏng, mạch kia vẫn duy trì khả năng phanh một phần. Xi lanh chính điển hình tạo ra Áp suất thủy lực 800-1200 psi khi phanh bình thường và lên tới 2000 psi khi dừng khẩn cấp.

Đặc tính dầu phanh

Dầu phanh phải không bị nén trong các điều kiện khắc nghiệt đồng thời chịu được nhiệt độ từ -40°F đến trên 400°F. Chất lỏng CHẤM 3, CHẤM 4 và CHẤM 5.1 có gốc glycol với các điểm sôi khác nhau:

Bản chất hút ẩm của chất lỏng gốc glycol có nghĩa là chúng hấp thụ độ ẩm theo thời gian, làm giảm điểm sôi và giảm hiệu suất phanh. Các nhà sản xuất khuyến nghị thay dầu phanh sau mỗi 2-3 năm bất kể số km.

Các thành phần và chức năng của phanh đĩa

Phanh đĩa thống trị các loại xe hiện đại nhờ khả năng tản nhiệt vượt trội và hiệu suất ổn định. Hệ thống này bao gồm một rôto gắn vào trục bánh xe, một piston thủy lực chứa calip và các má phanh tạo ra ma sát với rôto.

Thiết kế cánh quạt phanh

Rôto có nhiều cấu hình, mỗi cấu hình được tối ưu hóa cho các ứng dụng khác nhau:

• Cánh quạt rắn là các vật đúc nguyên khối được sử dụng trên trục sau của các loại xe phổ thông có khả năng sinh nhiệt thấp hơn
• Cánh quạt thông gió có các cánh làm mát bên trong bơm không khí qua rôto, giảm nhiệt độ 100-200°F khi phanh gấp
• Cánh quạt khoan có lỗ thoát khí tích tụ và giảm trọng lượng nhưng có thể bị nứt dưới áp lực nhiệt cực cao
• Cánh quạt có rãnh sử dụng các rãnh để loại bỏ bụi phanh và duy trì độ ăn mòn của miếng đệm, thường gặp trên các phương tiện hiệu suất cao

Hầu hết các cánh quạt của xe khách có đường kính 10-14 inch và nặng 15-25 pound. Các ứng dụng hiệu suất cao sử dụng rôto lên tới 16 inch với độ dày từ 28-32mm để xử lý các điểm dừng cứng lặp đi lặp lại từ 60 dặm/giờ trong khoảng cách dưới 110 feet .

Các loại Caliper và hoạt động

Calipers có hai thiết kế chính. Caliper nổi sử dụng một pít-tông duy nhất đẩy một miếng đệm vào rôto trong khi kéo thân thước cặp để áp dụng miếng đệm đối diện. Thiết kế này có giá thành rẻ hơn và xuất hiện trên hầu hết các loại xe phổ thông và tầm trung. Các thước kẹp cố định được gắn chắc chắn và sử dụng các piston đối diện—thường là 4, 6 hoặc 8—để tạo áp suất đồng đều từ cả hai phía. Caliper cố định mang lại lực kẹp nhiều hơn 15-20% với khả năng quản lý nhiệt tốt hơn, khiến chúng trở thành tiêu chuẩn trên xe thể thao và xe sedan hạng sang.

Thành phần má phanh

Má phanh hiện đại kết hợp nhiều vật liệu để cân bằng các đặc tính ma sát, tiếng ồn, bụi và mài mòn. Tấm bán kim loại chứa 30-65% hàm lượng kim loại bao gồm thép, sắt và đồng, mang lại khả năng truyền nhiệt và độ bền tuyệt vời cho Tuổi thọ sử dụng 40.000-70.000 dặm . Miếng đệm gốm sử dụng sợi gốm và vật liệu kim loại màu tạo ra ít bụi và tiếng ồn hơn nhưng giá thành cao hơn 40-60%. Miếng đệm hữu cơ mang lại khả năng vận hành êm ái nhưng mòn nhanh hơn và hoạt động kém khi bị ướt.

Cơ khí phanh tang trống

Phanh tang trống bao bọc các bộ phận ma sát bên trong trống quay, sử dụng guốc phanh cong ép ra ngoài vào bề mặt bên trong của trống. Mặc dù được thay thế phần lớn bằng đĩa ở trục trước, tang trống vẫn được sử dụng phổ biến trên trục sau của xe tải và ô tô phổ thông do chi phí sản xuất thấp hơn và tích hợp phanh đỗ hiệu quả.

Thiết kế giày dẫn đầu và dẫn đầu

Hầu hết các hệ thống trống đều sử dụng cấu hình guốc dẫn đầu. Guốc dẫn động di chuyển theo hướng quay của tang trống, tạo ra hiệu ứng tự sinh lực giúp tăng lực phanh gấp bội. Giày kéo di chuyển chống lại sự xoay, mang lại sự ổn định và ngăn ngừa hiện tượng bó cứng. Sự sắp xếp này mang lại lực dừng ổn định với lực đạp ít hơn 25-30% hơn các hệ thống đĩa tương đương.

Chức năng xi lanh bánh xe

Áp suất thủy lực từ xi lanh chính đi vào xi lanh bánh xe có chứa hai piston đối diện. Các pít-tông này đẩy guốc phanh ra ngoài để chống lại lực căng của lò xo hồi vị. Lỗ khoan xi lanh bánh xe thông thường có đường kính 0,75-1,0 inch, tạo ra lực đủ để tạo ra Áp lực từ giày đến trống là 400-600 pound .

Hạn chế tản nhiệt

Thiết kế kèm theo giữ nhiệt bên trong cụm trống, hạn chế khả năng phanh gấp nhiều lần. Trống có thể đạt tới nhiệt độ 400-600°F trong quá trình sử dụng bình thường, nhưng nhiệt độ duy trì trên 500°F sẽ khiến phanh bị phai màu do vật liệu ma sát mất hiệu quả. Khả năng giữ nhiệt này giải thích tại sao các phương tiện hiện đại sử dụng phanh đĩa ở trục trước. 60-70% tổng lực phanh trong quá trình giảm tốc.

Hệ thống tăng cường phanh

Bộ trợ lực phanh khuếch đại lực đạp để giảm nỗ lực của người lái trong khi vẫn duy trì khả năng điều khiển chính xác. Nếu không có sự trợ giúp, việc dừng một chiếc xe nặng 3.500 pound khỏi tốc độ đường cao tốc sẽ cần lực ép bàn đạp hơn 150 pound—một nhu cầu không bền vững đối với hầu hết người lái xe.

Bộ trợ lực phanh chân không

Bộ trợ lực chân không sử dụng chân không trong đường ống nạp của động cơ để tạo ra sự chênh lệch áp suất trên một màng ngăn. Khi bạn nhấn bàn đạp phanh, một van sẽ mở ra để thừa nhận áp suất khí quyển ở một bên của màng ngăn trong khi vẫn duy trì chân không ở bên kia. Cái này Chênh lệch áp suất 14,7 psi đẩy một thanh đỡ xi lanh chính, nhân lực vào lên 3-4 lần. Bộ trợ lực thông thường có đường kính 8-11 inch và được gắn giữa cụm bàn đạp và xi lanh chính.

Hỗ trợ phanh thủy lực

Động cơ diesel và xe tăng áp thường thiếu đủ chân không, cần có hệ thống hỗ trợ thủy lực. Chúng sử dụng một máy bơm điều khiển bằng động cơ để tạo áp suất cho chất lỏng thủy lực 2.000-3.000 psi , được lưu trữ trong bộ tích lũy. Hệ thống cung cấp khả năng tăng tốc ổn định bất kể tải trọng động cơ và hỗ trợ các tính năng nâng cao như phanh khẩn cấp tự động.

Bộ tăng áp cơ điện

Xe hybrid và xe điện sử dụng bộ trợ lực phanh cơ điện vì chúng không có động cơ hoạt động liên tục. Vít bi hoặc hộp số điều khiển bằng động cơ khuếch đại đầu vào của bàn đạp, mang lại phản hồi ngay lập tức và tích hợp liền mạch với hệ thống phanh tái tạo có thể phục hồi lên tới 70% động năng trong quá trình giảm tốc.

Hệ thống chống bó cứng phanh

ABS ngăn chặn tình trạng bó cứng bánh xe khi phanh gấp bằng cách điều chỉnh áp suất thủy lực lên tới 15 lần mỗi giây. Hệ thống duy trì độ bám đường của lốp, cho phép điều khiển lái đồng thời tối đa hóa lực dừng. ABS giảm khoảng cách dừng xe từ 10-20% trên mặt đường ướt và thậm chí nhiều hơn trên băng hoặc sỏi.

Vận hành thành phần

Mỗi bánh xe có một cảm biến tốc độ theo dõi tốc độ quay. Khi mô-đun điều khiển ABS phát hiện một bánh xe đang giảm tốc nhanh hơn các bánh xe khác—cho biết sắp bị bó cứng—nó sẽ ra lệnh cho bộ điều biến thủy lực giảm áp suất lên phanh của bánh xe đó. Hệ thống trải qua ba giai đoạn:

1. Giữ áp suất duy trì lực phanh hiện tại khi bánh xe bắt đầu trượt
2. Giảm áp suất giải phóng áp lực phanh để khôi phục chuyển động quay của bánh xe
3. Tăng áp lực tác dụng lại lực phanh khi bánh xe lấy lại lực kéo

Đặc tính hiệu suất

Hệ thống ABS hiện đại xử lý dữ liệu cảm biến cứ sau 5-10 mili giây, điều chỉnh áp suất phanh với độ chính xác đến mili giây. Hệ thống điển hình duy trì tỷ lệ trượt tối ưu trong khoảng 10-20%, nơi ma sát của lốp đạt đỉnh. Điều này giải thích cảm giác rung của bàn đạp trong quá trình kích hoạt ABS—bộ điều biến thủy lực đạp nhanh các van để kiểm soát áp suất.

Phân phối lực phanh điện tử

EBD tối ưu hóa sự cân bằng phanh giữa trục trước và trục sau dựa trên tốc độ tải và giảm tốc của xe. Trong quá trình phanh, trọng lượng chuyển về phía trước, làm giảm độ bám đường của lốp sau. EBD giảm áp suất phanh sau một cách tương ứng để tránh hiện tượng bó cứng bánh sau sớm đồng thời tối đa hóa hiệu quả phanh trước.

Hệ thống giám sát tốc độ bánh xe riêng lẻ và liên tục tính toán phân bổ áp suất tối ưu. Trong một xe bán tải có tải, EBD có thể gửi 75% lực phanh tác dụng lên cầu trước , trong khi một chiếc xe thể thao trống được chia tỷ lệ 65-35 cân bằng hơn. Điều chỉnh động này cải thiện độ ổn định và giảm khoảng cách dừng trong các điều kiện khác nhau.

Yêu cầu bảo trì hệ thống phanh

Bảo dưỡng thích hợp đảm bảo hiệu suất phanh ổn định và ngăn ngừa hỏng hóc bộ phận sớm. Hiểu được các kiểu hao mòn và khoảng thời gian bảo dưỡng giúp xác định các vấn đề trước khi chúng ảnh hưởng đến sự an toàn.

Tuổi thọ của Pad và Rotor

Má phanh thường yêu cầu thay thế sau mỗi 30.000-70.000 dặm tùy thuộc vào phong cách lái xe và thành phần vật liệu. Hầu hết các miếng đệm đều có chỉ báo độ mòn—các tab kim loại tiếp xúc với rôto khi độ dày của miếng đệm đạt đến mức 3 mm, thông số kỹ thuật an toàn tối thiểu . Rôto có tuổi thọ 50.000-100.000 dặm nhưng cần đo trong quá trình thay thế miếng đệm. Độ dày dưới thông số kỹ thuật tối thiểu hoặc độ lệch bề mặt vượt quá 0,002 inch cần phải thay rôto.

Kiểm tra và thay thế chất lỏng

Kiểm tra dầu phanh đo độ ẩm và điểm sôi. Chất lỏng bị ô nhiễm có màu nâu sẫm thay vì màu hổ phách trong suốt và có thể chứa các hạt có thể nhìn thấy được. Thử nghiệm chuyên nghiệp cho thấy rằng Độ ẩm 3% làm giảm điểm sôi 25% , làm tăng đáng kể nguy cơ phai màu khi xuống núi hoặc dừng lại nhiều lần.

Dấu hiệu cảnh báo phanh có vấn đề

• Tiếng rít hoặc tiếng mài cho thấy miếng đệm bị mòn cần thay thế ngay lập tức
• Nhịp đập của bàn đạp cho thấy rôto bị cong vênh với độ dày thay đổi vượt quá thông số kỹ thuật
• Cảm giác bàn đạp mềm hoặc xốp hướng vào không khí trong đường thủy lực hoặc độ mòn bên trong xi lanh chính
• Xe bị kéo sang một bên trong khi phanh cho thấy piston kẹp phanh bị kẹt hoặc má phanh bị bẩn
• Khoảng cách dừng tăng lên cho thấy sự xuống cấp của toàn bộ hệ thống cần được kiểm tra toàn diện

Việc giải quyết kịp thời các triệu chứng này sẽ ngăn ngừa hư hỏng cho các bộ phận khác và duy trì giới hạn an toàn cần thiết cho các lần dừng khẩn cấp.