بررسی جامع انواع سیستم های ترمز خودرو

سیستم‌های ترمز یکی از حیاتی‌ترین اجزای هر خودرو هستند که ایمنی راننده، سرنشینان و سایر کاربران جاده را تضمین می‌کنند. این قطعات با کاهش سرعت یا توقف کامل خودرو، امکان کنترل در شرایط مختلف رانندگی را فراهم می‌نمایند. با پیشرفت فناوری، انواع مختلفی از سیستم‌های ترمز توسعه یافته‌اند که هر یک ویژگی‌ها، مزایا و معایب خاص خود را دارند. در این مقاله، به بررسی جامع انواع سیستم های ترمز خودرو، نحوه عملکرد آن‌ها، مقایسه، مزایا و معایب هر یک می‌پردازیم.

به گزارش باماشین، سیستم های ترمز از زمان اختراع خودروها مسیری طولانی را طی کرده‌اند. در قرن نوزدهم، وسایل نقلیه اولیه مانند کالسکه‌ها و خودروهای بخار از ترمزهای بلوک چوبی استفاده می‌کردند که با فشار دادن یک اهرم، بلوک چوبی را به چرخ‌های فولادی فشار می‌دادند تا اصطکاک ایجاد کنند. این سیستم‌ها برای سرعت‌های پایین (زیر 20 مایل در ساعت) مناسب بودند اما با معرفی لاستیک‌های لاستیکی در دهه 1890 توسط برادران میشلن، این ترمزها منسوخ شدند، زیرا چوب باعث سایش لاستیک می‌شد.

در سال 1902، لوئی رنو ترمزهای کاسه‌ای مکانیکی را توسعه داد که از کابل‌هایی برای انتقال نیرو به کاسه‌های ترمز استفاده می‌کردند. این سیستم پایه‌ای برای ترمزهای مدرن شد. در سال 1918، مالکوم لوگ‌هد سیستم ترمز هیدرولیکی را معرفی کرد که با استفاده از فشار سیال، نیروی ترمز را به طور مؤثرتری منتقل می‌کرد. این سیستم تا اواخر دهه 1920 به استاندارد صنعت تبدیل شد. ترمزهای دیسکی، که در سال 1902 توسط ویلیام لنچستر ثبت اختراع شده بودند، در اواسط قرن بیستم به دلیل عملکرد بهتر در خودروهای سنگین و سریع محبوب شدند. در نهایت، فناوری‌هایی مانند سیستم ترمز ضد قفل (ABS) در اواخر قرن بیستم معرفی شدند که ایمنی را به طور قابل توجهی افزایش دادند.

سیستم ترمز هیدرولیکی پرکاربردترین نوع در خودروهای سواری است که بر اساس قانون پاسکال عمل می‌کند. این قانون بیان می‌کند که فشار اعمال شده به یک سیال محصور به طور یکنواخت در تمام جهات انتقال می‌یابد. این ویژگی امکان تقویت نیروی پدال ترمز را فراهم می‌کند، به طوری که نیروی کم اعمال شده توسط راننده به نیروی بزرگ‌تری در چرخ‌ها تبدیل می‌شود.

• سیلندر اصلی: نیروی مکانیکی پدال ترمز را به فشار هیدرولیکی تبدیل می‌کند.
• خطوط ترمز: لوله‌هایی که سیال ترمز را به چرخ‌ها منتقل می‌کنند.
• کالیپرها (برای ترمزهای دیسکی): شامل پیستون‌هایی که لنت‌های ترمز را به روتور فشار می‌دهند.
• سیلندرهای چرخ (برای ترمزهای کاسه‌ای): کفشک‌های ترمز را به کاسه فشار می‌دهند.
• لنت‌ها و کفشک‌های ترمز: مواد اصطکاکی که با روتور یا کاسه تماس برقرار می‌نمایند.
• روتورها/کاسه‌ها: اجزای چرخان متصل به چرخ‌ها که اصطکاک روی آن‌ها اعمال می‌شود.

هنگامی که راننده پدال ترمز را فشار می‌دهد، سیلندر اصلی سیال ترمز را فشرده می‌کند. این فشار از طریق خطوط ترمز به کالیپرها یا سیلندرهای چرخ منتقل می‌شود. در ترمزهای دیسکی، کالیپرها لنت‌ها را به روتور فشار می‌دهند، و در ترمزهای کاسه‌ای، سیلندرهای چرخ کفشک‌ها را به کاسه فشار می‌دهند. درنتیجه اصطکاک ایجاد شده انرژی جنبشی خودرو را به گرما تبدیل کرده و سرعت خودرو را کاهش می‌دهد.

در سیستم‌های تک‌مدار، یک سیلندر اصلی تمام چرخ‌ها را کنترل می‌کند، اما در صورت نشت سیال، کل سیستم از کار می‌افتد. سیستم‌های دومدار، که در خودروهای مدرن رایج هستند، دارای دو مدار جداگانه (معمولاً یکی برای چرخ‌های جلو و یکی برای چرخ‌های عقب) هستند. این طراحی ایمنی را افزایش داده، زیرا در صورت خرابی یک مدار، مدار دیگر همچنان می‌تواند خودرو را متوقف کند.

در سیستم‌های هیدرولیکی، دو نوع اصلی ترمز وجود دارد: کاسه‌ای و دیسکی.

ترمزهای کاسه‌ای شامل یک کاسه چرخان متصل به چرخ و کفشک‌های ترمز داخل آن هستند. فشار هیدرولیکی کفشک‌ها را به سمت کاسه فشار می‌دهد و اصطکاک ایجاد می‌کند. اجزای سیستم ترمز کاسه ای عبارت هستند از:

• کاسه: جزء چرخان متصل به چرخ.
• کفشک‌های ترمز: مواد اصطکاکی که به کاسه فشار می‌آورند.
• سیلندر چرخ: کفشک‌ها را به سمت کاسه هل می‌دهد.
• فنرهای بازگشت: کفشک‌ها را پس از رها شدن ترمز به عقب می‌کشند.

در برخی طراحی‌های ترمز کاسه‌ای، چرخش کاسه می‌تواند کفشک‌ها را محکم‌تر به کاسه فشار دهد و نیروی ترمز را افزایش دهد. این اثر خودتقویت‌کننده باعث کارایی بالای ترمزهای کاسه‌ای می‌شود، اما ممکن است منجر به اعمال ناگهانی ترمز (Brake Grab) شود. به همین دلیل، ترمزهای کاسه‌ای اغلب در چرخ‌های عقب استفاده می‌شوند، جایی که نیروی ترمز کمتری مورد نیاز است.

مزایا

• هزینه پایین: تولید و تعویض ارزان‌تر است.
• دوام بالا: به دلیل سایش کمتر، طول عمر بیشتری دارند.
• محافظت در برابر آلودگی: طراحی بسته از ورود گرد و غبار و رطوبت جلوگیری می‌کند.

معایب

• اتلاف حرارت ضعیف: مستعد گرم شدن بیش از حد و کاهش عملکرد (Brake Fade).
• تعمیر و نگهداری پیچیده: تنظیم و سرویس دشوارتر است.
• عملکرد کمتر: قدرت توقف کمتری نسبت به ترمزهای دیسکی دارند.

ترمزهای دیسکی شامل یک روتور چرخان و کالیپرهایی هستند که لنت‌های ترمز را در خود جای داده‌اند. فشار هیدرولیکی لنت‌ها را به روتور فشار می‌دهد و اصطکاک ایجاد می‌کند. اجزای ترمزهای دیسکی عبارتند از:

• روتور: دیسک فلزی که با چرخ می‌چرخد.
• کالیپر: شامل پیستون‌ها و لنت‌های ترمز.
• لنت‌های ترمز: مواد اصطکاکی که به روتور فشار می‌آورند.

انواع کالیپر

• کالیپر شناور: دارای پیستون در یک طرف است و با فشار دادن لنت داخلی به روتور، کالیپر به سمت دیگر می‌لغزد تا لنت خارجی را نیز اعمال کند. این نوع ساده‌تر و ارزان‌تر است.
• کالیپر ثابت: دارای پیستون در هر دو طرف است و هر دو لنت را به طور همزمان به روتور فشار می‌دهد. این نوع در خودروهای با عملکرد بالا استفاده می‌شود.

انواع روتور

• روتورهای تهویه‌دار: دارای کانال‌ها یا پره‌هایی برای خنک‌سازی بهتر، کاهش خطر گرمای بیش از حد.
• روتورهای جامد: تک‌تکه و بدون تهویه، معمولاً در خودروهای کوچک‌تر استفاده می‌شوند.

مزایا

• قدرت توقف بالا: توقف سریع‌تر و مؤثرتر.
• اتلاف حرارت بهتر: طراحی باز باعث خنک شدن سریع‌تر و کاهش Brake Fade می‌شود.
• نگهداری آسان: بازرسی و تعویض لنت‌ها ساده‌تر است.

معایب

• هزینه بالا: تولید و نگهداری گران‌تر است.
• آسیب‌پذیری در برابر آلودگی: طراحی باز مستعد ورود گرد و غبار است.
• سر و صدا: ممکن است نویز بیشتری تولید کند.

ترمز بازتولیدی در خودروهای برقی و هیبریدی استفاده می‌شود و انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و در باتری ذخیره می‌کند. هنگامی که راننده ترمز می‌کند، موتور الکتریکی به حالت ژنراتور تغییر می‌کند و انرژی جنبشی خودرو را به برق تبدیل می‌کند. این برق برای شارژ باتری استفاده می‌شود و برد رانندگی خودرو را افزایش می‌دهد.

در خودروهای برقی و هیبریدی، ترمز بازتولیدی با ترمزهای اصطکاکی (دیسکی یا کاسه‌ای) ترکیب می‌شود. سیستم کنترل خودرو ابتدا ترمز بازتولیدی را فعال می‌کند تا انرژی را بازیابی کند. اگر نیروی ترمز بیشتری لازم باشد، ترمزهای اصطکاکی وارد عمل می‌شوند. این ادغام باعث می‌شود تجربه ترمزگیری نرم و یکپارچه باشد.

مزایا

• بهره‌وری انرژی: بازیافت انرژی که در غیر این صورت به صورت گرما هدر می‌رفت.

• افزایش برد رانندگی: افزایش برد خودروهای برقی.

• کاهش سایش: کاهش استفاده از ترمزهای سنتی و افزایش عمر آن‌ها.

معایب

• کارایی محدود در سرعت پایین: در سرعت‌های پایین انرژی کمتری بازیافت می‌شود.

• پیچیدگی سیستم: افزایش پیچیدگی سیستم ترمز.

سیستم‌های ترمز بادی در خودروهای سنگین مانند کامیون‌ها و اتوبوس‌ها استفاده می‌شوند و از هوای فشرده برای اعمال فشار به لنت‌ها یا کفشک‌های ترمز استفاده می‌کنند. اجزای سیستم ترمز بادی عبارتند از:

• کمپرسور هوا: هوای فشرده را تولید می‌کند و توسط موتور خودرو تغذیه می‌شود.
• گاورنر: فشار هوا را تنظیم می‌کند.
• مخازن هوا: هوای فشرده را برای استفاده فوری ذخیره می‌کنند.
• اتاقک‌های ترمز: فشار هوا را به نیروی مکانیکی برای اعمال ترمز تبدیل می‌نمایند.
• تنظیم‌کننده‌های شل: کفشک‌های ترمز را با سایش تنظیم می‌کنند.
• شیرها: جریان هوا به اتاقک‌های ترمز را کنترل می‌کنند.

هنگامی که راننده پدال ترمز را فشار می‌دهد، شیر ترمز باز می‌شود و هوای فشرده از مخازن به اتاقک‌های ترمز جریان می‌یابد. فشار هوا کفشک‌های ترمز را به کاسه فشار می‌دهد و اصطکاک ایجاد می‌کند.

در صورت افت فشار هوا، فنرهای ترمز به طور خودکار فعال می‌شوند و از حرکت خودرو جلوگیری می‌کنند. این ویژگی برای وسایل نقلیه سنگین که وزن زیادی دارند، حیاتی است.

مزایا

• قابلیت اطمینان: مناسب برای بارهای سنگین و ارائه قدرت ترمز ثابت.
• طراحی ایمن: فعال شدن خودکار ترمزها در صورت افت فشار.

معایب

• پیچیدگی: نیاز به نگهداری منظم.
• پاسخ‌دهی کندتر: نسبت به سیستم‌های هیدرولیکی ممکن است کندتر عمل کند.

ترمزهای کمکی یا سروو برای کاهش تلاش راننده در اعمال ترمز طراحی شده‌اند و در اکثر خودروهای مدرن استفاده می‌شوند. رایج‌ترین نوع، بوستر خلأ است که از خلأ ایجاد شده توسط منیفولد ورودی موتور برای تقویت نیروی پدال ترمز استفاده می‌کند. هنگامی که راننده پدال را فشار می‌دهد، شیر بوستر باز می‌شود و اختلاف فشار بین خلأ و فشار اتمسفری نیروی اضافی را به سیلندر اصلی منتقل می‌کند.

مزایا

• کاهش تلاش راننده: ترمزگیری راحت‌تر و سریع‌تر.
• افزایش ایمنی: پاسخ سریع‌تر در شرایط اضطراری.

معایب

• وابستگی به موتور: بوستر خلأ در صورت خاموش بودن موتور کار نمی‌کند.
• هزینه بالاتر: سیستم‌های الکتریکی پیچیده‌تر و گران‌تر هستند.

ترمزهای پارک، که به عنوان ترمز دستی یا اضطراری نیز شناخته می‌شوند، برای ثابت نگه داشتن خودرو در حالت پارک استفاده می‌شوند و در مواقع اضطراری می‌توانند به عنوان پشتیبان عمل کنند.

انواع

• ترمز دستی مکانیکی: با اهرم دستی فعال می‌شود و از کابل برای اعمال ترمز به چرخ‌های عقب استفاده می‌کند.
• ترمز پارک پدالی: مشابه ترمز دستی اما با پدال فعال می‌شود.
• ترمز پارک الکتریکی (EPB): با یک دکمه فعال می‌شود و از موتورهای الکتریکی برای اعمال ترمز استفاده می‌کند. این نوع در خودروهای مدرن رایج است و می‌تواند با سیستم‌هایی مانند کمک نگه‌داری در سراشیبی ادغام شود.

مزایا

• ایمنی در پارک: جلوگیری از حرکت خودرو در شیب‌ها.
• پشتیبانی اضطراری: در صورت خرابی ترمز اصلی قابل استفاده است.

معایب

• پیچیدگی در EPB: نیاز به سیستم‌های الکتریکی پیشرفته.
• هزینه تعمیر: ترمزهای الکتریکی گران‌تر هستند.

کاهش عملکرد ترمز یا Brake Fade زمانی رخ می‌دهد که گرمای بیش از حد باعث کاهش کارایی ترمزها می‌شود. دلایل آن چیست؟

1. گرمای بیش از حد: اصطکاک مداوم گرما تولید می‌کند و اگر گرما به خوبی دفع نشود، لنت‌ها یا کفشک‌ها کارایی خود را از دست می‌دهند.
2. قفل بخار: گرمای بیش از حد می‌تواند سیال ترمز را به جوش آورد و حباب‌های گازی ایجاد کند که فشار هیدرولیکی را کاهش می‌دهد.

فناوری‌های مدرن ایمنی و عملکرد ترمز را بهبود می‌بخشند. سیستم ترمز ضد قفل (ABS)از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمزگیری شدید جلوگیری می‌کند و به راننده امکان حفظ کنترل فرمان را می‌دهد. این سیستم با استفاده از حسگرهای سرعت چرخ، فشار ترمز را به طور متناوب تنظیم می‌کند.

توزیع الکترونیکی نیروی ترمز (EBD) نیروی ترمز را بین چرخ‌های جلو و عقب بر اساس بار خودرو و شرایط رانندگی توزیع می‌کند تا پایداری و کارایی ترمز را بهبود بخشد.

سیستم کمک ترمز (Brake Assist) تشخیص می‌دهد که راننده در حال انجام ترمز اضطراری است و نیروی ترمز را به حداکثر می‌رساند تا فاصله توقف را کاهش دهد.

سیستم‌های کنترل کشش (TCS) و کنترل پایداری الکترونیکی (ESC) با ترمزها همکاری می‌کنند تا از لغزش چرخ‌ها جلوگیری کرده و پایداری خودرو را در شرایط چالش‌برانگیز حفظ کنند.