تحقیق معرفی و بررسی انواع سیستم های ترمز خودرو

 موضوع پروژه:
معرفی و بررسی انواع سیستم های ترمز خودرو

فصل اول : مقدمه:
همگی می دانیم که فشردن پدال ترمز ماشین، سرعت را می کاهد.اما چگونه؟چگونه ماشین نیروی پای شما را به چرخ ها منتقل میکند؟چگونه نیروی شما را چند برابر می کند تا برای متوقف کردن جسمی به بزرگی یک ماشین کافی باشد؟

طرحی کلی از سیستم ترمز
وقتی شما پدال ترمز را می فشارید،ماشین نیروی پای شما را از طریق یک سیال به ترمز ها منتقل میکند.زیرا ترمزهای واقعی نیرویی خیلی بیشتر از نیرویی که شما توسط پایتان وارد می کنید نیاز دارد.ماشین باید نیروی پای شما را چند برابر کند.این کار از طریق ٢ روش انجام میشود
١-مزیت مکانیکی(اهرمها)
٢-افزایش هیدرولیکی نیرو
ترمزها نیرو را از طریق اصطکاک به چرخ ها منتقل می کنند و چرخ ها نیز این نیرو را توسط اصطکاک به جاده می دهند.
قبل از اینکه بحث را بشکافیم،اجازه دهید این ٣ قانون را یاد بگیریم:
● دستگاه اهرمی
● دستگاه هیدرولیکی
● دستگاه اصطکاکی

دستگاه اهرمی
پدال به نحوی طراحی شده که میتواند نیروی پای شما را قبل از اینکه هرگونه نیرویی به روغن ترمز وارد شود چند برابر کند.

افزایش نیرو
در شکل بالا،نیروی F به سمت چپ اهرم وارد شده است.سمت چپ اهرم (2X) دو برابر سمت راست(X) است.در نتیجه در سمت راست اهرم،نیروی 2F ظاهر میشود،ولی در نصف جابجایی (Y) نسبت به سمت چپ(2Y).تغییر نسبت سمت چپ و راست اهرم تعیین کننده نسبت نیروی دو طرف است.

سیستم هیدرولیکی
ایده اساسی ساده ای در پشت هر سیستم هیدرولیکی نهفته است: نیروی وارد به هرنقطه از سیال تراکم ناپذیر،که عموماً یک نوع روغن می باشد،به همان اندازه به مابقی نقاط منتقل می شود.بیشتر سیستم های ترمز از این طریق نیرو را چند برابر می کنند.در اینجا شما ساده ترین سیستم هیدرولیکی را مشاهده می کنید.

یک سیستم ساده ی هیدرولیکی
در شکل بالا،دو پیستون(به رنگ قرمز)در دو استوانه شیشه ای,پر شده از روغن,گنجانده شده اند و از طریق یک لوله پر از روغن به یک دیگر متصل اند.اگر شما یک نیروی رو به پایین به یک پیستون وارد کنید(مثلاً سمت چپی در شکل)نیرو از طریق لوله روغن به پیستون بعدی منتقل می شود.از آن جایی که روغن تراکم ناپذیر است،کارایی بسیار بالاست.تقریباً تمامی نیروی اعمال شده در پیستون دوم تولید می شود.نکته مهم در مورد سیستم هیدرولیکی اینست که لوله متصل کننده دو پیستون به هر شکل و طولی می تواند باشد،به طوری که امکان هر گونه تغییر شکل را در مسیر انتقال نیرو میسرمی کند.این لوله همچنین می تواند چند شاخه شود،در نتیجه یک پیستون مادر می تواند بیش از یک شاخه،در صورت نیاز داشته باشد،همان طور که در شکل نشان داده شده است.

یک نکته شسته رفته دیگر در مورد سیستم هیدرولیک اینکه می تواند نیرو را چند برابر کند،(یا تقسیم کند)اگر شما "چگونه قرقره و جعبه دنده کار می کنند؟" یا "نسبت دنده چگونه کار می کند؟" را خوانده باشید،حتماً می دانید که مبادله نیرو و جابه جایی در سیستم های مکانیکی بسیار مرسوم است.در یک سیستم هیدرولیکی ،کافیست سایز یک پیستون را نسبت به دیگری متفاوت انتخاب کنیم،مطابق شکل:

افزایش هیدرولیکی نیرو
برای تعیین ضریب افزایش در شکل بالا،با توجه به اندازه پیستون ها کار را شروع می کنیم،فرض کنید که قطر پیستون درسمت چپ ٢ اینچ,در سمت راست 6 اینچ باشد.مساحت هر پیستون از رابطه πr2 دست می آید.پس مساحت پیستون سمت چپ 3/14 و سمت راست 28/26 است.پیستون سمت راست 9 برابر پیستون سمت چپ است،این بدان معناست که نیرویی معادل 9 برابر نیروی اعمال شده به پیستون سمت چپ،در پیستون سمت راست تولید می شود.پس اگر یک نیروی 100 پوندی به پیستون چپ وارد کنیم،نیروی معادل 900 پوند در سمت راست تولید می شود.تنها نکته این ست که شما باید پیستون سمت چپ را 9 اینچ پایین ببرید تا پیستون سمت راست 1 اینچ بالا بیاید.
اصطکاک
اصطکاک،میزان سختی حرکت دادن یک جسم بر روی جسم دیگر است.نگاهی به شکل زیر بیندازید.
١-هر دو جسم از یک جنسند،ولی یکی سنگین تر است.فکر می کنم که همه ما می دانیم که کدام یک سخت تر جابجا می شود.

نیروی اصطکاک در برابر وزن
برای درک دلیل این موضوع،اجازه دهید یک نگاهی از نزدیک به یکی از بلوک ها بندازیم

اصطکاک در ابعاد میکروسکوپی
با وجود اینکه بلوک ها با چشم غیر مسلح صاف به نظر می آیند ,در واقع در سطح میکروسکوپیک ناهموارند.وقتی شما یک بلوک را روی یک میز قرار می دهید،فرو رفتگی ها و بر آمدگی های کوچک در یک دیگر فرو می روند،و بعضی در واقع به هم جوش می خورند.وزن بلوک سنگین تر باعث میشود که این پستی بلندی ها بیشتر در یکدیگر فرو بروند،در نتیجه سخت تر روی هم بلغزند.اجسام مختلف ساختار های میکروسکپیک مختلفی دارند.مثلا ًپاک کن روی پاک کن سخت تر جابجا می شود تا استیل روی استیل.جنس ماده تعیین کننده ضریب اصطکاک،نسبت نیروی لازم برای جابجایی جسم به وزن بلوک،است.یعنی اگر ضریب اصطکاک در آزمایش ما یک باشد١٠٠پوند برای جابجایی بلوک١٠٠پوندی لازم است یا ٤٠٠ پوند نیرو برای جابجایی بلوک ٤٠٠ پوندی لازم است.ولی اگر ضریب اصطکاک ١/٠ باشد،در نتیجه ١٠پوند نیرو برای جابجایی بلوک ١٠٠پوندی لازم است.پس نیروی لازم برای جابجایی جسم با وزن آن متناسب است.این مفاهیم در مباحث کلاچها و ترمزها ،محلی که یک صفحه به یک دیسک دوار فشرده میشود کاربرد دارد.هر چه نیروی فشار دهنده صفحه بزرگتر باشد،نیروی متوقف کننده بیشتر است.قبل از اینکه به بحث اصلی ترمز ماشین وارد شویم،اجازه دهید نگاهی به سیستم ساده زیر بیندازیم.

یک ترمز ساده
مشاهده می کنید که فاصله پدال تا محور دوران ٤ برابر فاصله سیلندر تا محور است,پس نیروی پدال با ضریب ٤ به سیلندر متنقل میشود.همچنین مشاهده می کنید که قطر سیلندر ترمز٣ برابر قطر سیلندر پدال است که باعث می شود که نیرو در ۹ ضرب شود.در مجموع ،این سیستم نیرو را ٣٦برابر می کند.اگر شما نیروی ١٠ پوند را به پدال وارد کنید ٣٦٠پوند در فشردن دیسک ترمز وارد می شود.تعدادی مشکل در مورد این سیستم وجود دارد.اگر یک سوراخ وجود داشته باشد،چه اتفاقی می افتد؟اگر یک سوراخ کوچک باشد چه؟در واقع مایع کافی برای پر کردن سیلندر ترمز وجود ندارد،و ترمز ها کار نمی کنند.اگر یک سوراخ بزرگ باشد،برای اولین باری که ترمز را می فشارید،تمامی مایع به بیرون نفوذ خواهد کرد و ترمز به کلی خراب می شود.سیلندر مادر در ماشین های مدرن به گونه ای طراحی شده اند که با این مشکل مقابله کنند.

فصل دوم
سیستم های ترمز
سیستم های ترمز خودروهای سواری بر مبنای شرایط ذیل دسته بندی می شوند :
* از نظر طراحی و ساخت
* از نظر اصول عملکردی
اصول طراحی
شرایط عملکردی تجهیزات سیستم های ترمز خودروها ، مطابق با استانداردهای تدوین شده ، به سه سیستم دسته بندی می گردند :
* سیستم های ترمز معمولی یا پایی (BBA)
* سیستم ترمز ثانویه (HBA)
* سیستم ترمز دستی (FBA)
سیستم ترمز معمولی : این سیستم به جهت کاهش سرعت خودرو ، ثابت نگه داشتن آن در یک سطح و توقف خودرو بکار می رود.
سیستم ترمز ثانویه:
در صورت عدم عملکرد سیستم های ترمز معمولی ، سیستم های ترمز ثانویه بایستی عملکرد سیستم را بعهده گرفته و همچنین قادر به ایجاد نیروی ترمزی مطلوب و فقط به جهت کاهش سرعت را داشته باشد . سیستم ترمز ثانویه لزوماً دارای سیستم سومی در مکانیزم خود نمی باشد ( به عنوان سیستم مکمل ترمز معمولی ، یا ترمز دستی نمی باشد ) . این سیستم ممکن است دارای یک مدار در یک طراحی از سیستم ترمز با مدار دوگانه و یا در مدار سیستم ترمز دستی با یک واکنش جزئی باشد .

سیستم ترمز دستی
سیستم ترمز دستی به جهت نگهداری خودرو در حالت توقف و پایداری آن بکار می رود . ترمزهای عقب و در برخی خودروها (مانند xantia) ترمزهای جلو را به کار می اندازد . به جهت اعمال موارد ایمنی و حفاظتی ، این سیستم دارای مکانیزم های مکملی بین مکانیزم کنترل و ترمز چرخ می باشد . ترمز دستی توسط اهرم کنترل مخصوصی در داخل اتاق خودرو و در برخی از موارد خاص توسط پدال پایی فعال می شود . ترمز دستی فقط بر روی چرخ ها و تنها در یک اکسل مجزا عمل می کند .
اصول عملکرد سیستم
بسته به نحوه استفاده از سیستم ترمز بطور کامل ، جزئی و یا انرژی ، ماهیچه های پا ، این سیستم به گروه های زیر دسته بندی می گردد :
* سیستم های ترمز پایی
* سیستم های ترمز تقویتی
* سیستم های ترمز تقویتی بوستری

سیستم های ترمز پایی
این نوع سیستم ترمز در داخل اتاق خودرو تعبیه شده و بر روی چرخ ها عمل می کند .
نیروی اعمالی توسط پای راننده ، توسط رابط های مکانیکی و یا کابل اتصال به سیستم ترمز اعمال شده و یا از طریق رله سیستم فشار هیدرولیکی (سیلندر اصلی ترمز ، سیلندرهای چرخ ) سیستم ترمز را فعال می کند .

سیستم ترمز تقویتی بوستری
این نوع سیستم ترمز در خودروهای سواری و نیز خودروهای باربری سبک بکار می رود . سیستم شامل بوستر ترمز سرو بوده که نیروی اعمالی توسط پای راننده را از طریق انرژی ایجاد شده توسط وکیوم یا فشار هیدرولیکی تقویت می کند .
مدار هیدرولیکی ، این نیروی تقویت شده را به سیلندرهای چرخ ها منتقل می کند . (شکل 1)

سیستم ترمز تقویتی
عمده کاربرد این سیستم ترمز در خودروهای سنگین و کامیون می باشد ، ولی در برخی از خودروهای سواری بزرگ که دارای سیستم ترمز (ABS ) می باشند بکار برده شده است . این نوع سیستم ترمز بدون استفاده از نیروی پای راننده انجام می گیرد .
در این سیستم ها از انرژی هیدرولیکی ( بر مبنای فشار هیدرواستاتیکی ) و دستگاه های انتقال نیروی هیدرولیکی استفاده می شود که روغن هیدرولیک در مخزن مربوطه ( انبار هیدرولیکی ) نگهداری شده و شامل گاز فشرده ( غالباً نیتروژن ) می باشد .
جهت جدا نگهداشتن گاز از مایع ( روغن ترمز ) از یک دیافراگم قابل انعطاف و یا در برخی موارد از یک پیستون با عایق لاستیکی استفاده می شود . فشار هیدرواستاتیکی که بصورت ثابت نسبت به فشار گاز قرار دارد ، توسط یک پمپ هیدرولیکی بوجود می آید . توسط یک رگلاتور فشار ، هرگاه که فشار به بالاترین مقدار خود می رسد ، عملکرد پمپ متوقف می شود .
یکی از مزایای روغن هیدرولیک ، ثابت ماندن حجم آن بدون تاثیرات افزایش یا کاهش فشار می باشد . این مزیت باعث می شود که با بکار بردن مقدار کمی از روغن هیدرولیک ، حجم زیادی از فشار هیدرولیکی را جا بجا کرد . ( از این مزیت در عملکرد سیلندر اصلی ترمز استفاده می شود ) .
نصب سیستم ترمز ABS در این نوع سیستم ترمز بدون اضافه کردن قطعات پیچیده نیز امکان پذیر می باشد بطوریکه مرحله کاهش فشار در سیلندرهای چرخ همراه با تخلیه روغن هیدرولیک به سمت انباره هیدرولیکی می باشد .
یکی از نقاط قوت این نوع طراحی این است که هر گونه نشتی در سیستم توام با کاهش فشار سیال (روغن ) هیدرولیکی می باشد که در نهایت منجر به تخلیه کامل انرژی سیستم می باشد.
ساختمان مدار ترمز
مقررات و استانداردهای ایمنی ، استفاده از سیستم های ترمز دوگانه (دوبل ) را اجباری ساخته است . این استاندارد که دارای 5 آپشن مختلف می باشد در سری استانداردهایDIN74000 که دارای دو نسخه (IIوX) می باشد ، مشخص گردیده است .
جهت اجرای این استانداردها که استفاده از ترمز ثانویه را بصورت اجباری مطرح کرده است ، خودروهای سنگین مجهز به سیستم ترمز مورب ( قطری نوع X ) می باشد . در این طرح از سیستم ترمز ، هر مدار ترمز یکی از چرخ های جلو و یکی از چرخ های عقب در طرف مقابل را کنترل می کند ( نوع II ) . در خودروهای عقب سنگین و خودروهای نیمه سنگین و باری سبک مناسب می باشد .
استفاده از سایر سیستم ها ( HH.LL,HI ) به جهت عدم تامین کامل موارد ایمنی منسوخ شده است . در مجموع می توان گفت که استفاده از دو نوع ساختاربندی مدارهای ترمز ( نوع II و X ) در اکثر خودروها متداول می باشد .
طراحی سیستم ترمز
سیستم ترمز با توجه به نیازمندیهای خودرو و ضروریات ذاتی خود سیستم طراحی می شود . در صورت در نظر گرفتن مشخصات خودرو ، مرکز ثقل خودرو و تقسیم بندی نیروی ترمزی ما بین اکسل جلو عقب و مشخص کننده مقدار نیروی ترمزی اعمالی قبل از قفل شدن چرخ ها با توجه به مقدار چسبندگی لاستیک و سطح جاده می باشد .
طراحی سیستم ترمز با توجه به ابعاد ترمزهای چرخ و دستگاههای کنترل آن انجام می گیرد . مهمترین عواملی که در طراحی سیستم ترمز نقش دارند عبارتند از : گشتاور ترمزی موتور و هم چنین نوع سیستم ترمز (دیسکی ، کاسه ای ) ، دوام (مقاومت در برابر سایش و بار وارده بر خودرو ) و فضای مورد نیاز جهت نصب سیستم .
ساختار مکانیکی ترمزگیری
استانداردهای مخصوصی ، ساختاربندی مکانیکی سیستم ترمزگیری را در فاصله ما بین آغاز فعالیت کنترلی ترمز و پایان عمل ترمزگیری مشخص می کند . (شکل 2 )

شروع پروسه ترمزگیری
نقطه ای که در آن نیروی ترمزی بر مکانیزم کنترل در …. اعمال شده و تاثیر می گذارد .
زمان پاسخ دهی اولیه سیستم
این زمان برابر است با …….. که برابر اختلاف مدت زمانی است که نیرو شروع به تاثیرگذاری بر مکانیزم کنترلی کرده و مدت زمانی که نیروی ترمزی فعال شده ، اعمال می شود .
زمان اعمال فشار ترمزی
این زمان برابر است با …. که برابر اختلاف مدت زمان اولیه نیروی ترمزی و حصول فشار مورد نیاز ترمزگیری می باشد .
مدت زمان کلی ترمزگیری
برابر اختلاف مدت زمانی (…..) است که نیرو شروع به تاثیرگذاری بر مکانیزم کنترل ، کرده و زمانی که نیروی ترمزی قطع می شود . اگر خودرو قبل از قطع نیروی ترمزی متوقف گردد ، در این صورت مدت زمان کل ترمزگیری به نقطه ای که در آن خودرو متوقف می گردد ، اطلاق می شود .
زمان فعال بودن پروسه ترمزگیری
برابر اختلاف مدت زمانی (….) یعنی اعمال نیروی موثر ترمزی و قطع کامل آن می باشد . اگر خودرو قبل از قطع نیروی ترمزی متوقف گردد ، در این صورت مدت زمان کل ترمزگیری به نقطه ای که در آن خودرو متوقف می گردد ، اطلاق می گردد .

مفاهیم پایه
تمامی اجسام بدون حرکت ، تمایل به ساکن ماندن دارند و تمامی اجسام محرک ، تمایل به حفظ موقعیت حرکتی و سرعتی خود دارند .
جهت غلبه بر موقعیت یک ذره ( یا جسم ) بایستی یا نیرو تولید شده و یا اعمال گردد ، به عنوان مثال می توان از اعمال نیروی ترمزی بر خودرویی که در حال چرخش بر روی یک سطح یخ زده می باشد ، نام برد که در این حالت خودرو به حرکت و لغزش خود در امتداد لغزش ادامه داده و هیچ گونه واکنشی نسبت به اعمال تغییر جهت نشان نمی دهد .
نیروهای ذیل بر حرکت خودرو در سطح زمین تاثیر می گذارند :
* نیروی جاذبه زمین
* نیروی آیرودینامیکی ( زاویه Drag )
* اصطکاک لاستیک ( مقاومت چرخشی )

اصطکاک لاستیک
اصطکاک لاستیک برابر مقاومت آستانه ای شروع حرکت و تغییرات جهتی آن می باشد .
اصطکاک لاستیک شامل اجزا مستقل ذیل می باشد . ( شکل 3)
* نیروی محیطی (Fu) مشتق از نیروی محرک حرکتی
* نیروی جانبی ( Fs) مشتق از سیستم فرمان و نیری چرخشی
* نیروی نرمال ( Fn) که بواسطه وزن خودرو حاصل می شود .

نیروی محیطی چرخ
نیروی محیطی ( Fu) بر سطح تماس زمین با لاستیک تاثیر می گذارد . این نیرو امکان
اعمال شتابدهی و ترمزگیری را به جهت شتابگیری و توقف خودرو امکان پذیرمی سازد .
نیروی نرمال
نیروی نرمال ( Fn ) برابر نیروی حاصل از وزن و بار خودرو می باشد . عکس العمل نیروی وزن خودرو در جهت عمودی بر سطح زمین می باشد . امتداد این نیرو به موارد ذیل بستگی دارد :
* شرایط سطح جاده
* شرایط لاستیک های خودرو
* شرایط آب و هوایی
نیروی وارد بر سطح جاده به نیروی اصطکاکی مابین لاستیک و سطح جاده ( زمین ) بستگی دارد . سیستم های ترمز ABS و TCS از این نیرو اصطکاکی به جهت استفاده موثر و بهینه از اصطکاک با سطح جاده استفاده می کنند .

نیروهای اصطکاکی
نیروی حاصل از اصطکاک (FR ) مطابق رابطه زیر و متناسب با نیروی نرمال (Fn ) می باشد :
برابر ضریب نیروی ترمزی ( یا ضریب اصطکاک یا چسبندگی موثر) می باشد . این ضریب خصوصیات و مشخصات ترکیب جنس های مختلف و متفاوت سطح جاده – لاستیک را به همراه تاثیرات خاص هر کدام بین می کند . ضریب نیروی ترمزی به عنوان مرجعی از نیروی حاصل از ترمزگیری که در طی عمل ترمزگیری اعمال می گردد ، بکار می رود .
بیشترین تعداد ضریب نیروی اصطکاکی در لاستیک خودروهای سواری در سطوح جاده ای خشک و تمیز و کمترین مقدار آن در سطوح یخ زده حاصل می گردد . سایر مقادیر مابین این دو وضعیت برای ضریب نیروی اصطکاکی در سطوح مرطوب و کثیف بدست می آید که به هر حال ضریب اصطکاک را کاهش خواهد داد .
مثال:
شرایط سطح جاده ضریب نیروی ترمزی
خشک 0.8…………1
مرطوب 0.2……..0.65
یخ زده 0.05………0.1
فاکتور سرعت همیشه به عنوان مهمترین عامل در ضریب نیروی ترمزی می باشد ولی نمی توان این مورد را در سطوح مرطوب نیز عنوان نمود . فعال شدن سیستم ترمز در سرعت های بالا و در سطوح جاده ای مناسب و ایده آل منجر به قفل شدن چرخ ها خواهد شد .
این عمل هنگامی رخ می دهد که ضریب نیروی ترمزی بسیار کمتر از مقداری باشد که چسبندگی چرخ های خودرو را به سطح جاده تامین می نماید .
هنگامی که یکی از چرخ های خودرو قفل می شود ، توانایی انتقال نیروهای جانبی کاهش یافته و خودرو قادر به واکنش دهی به ورودی سیستم فرمان نخواهد بود .
(شکل 4 )

بیانگر رابطه مابین ضریب نیروی ترمزی در چرخ قفل شده در سرعت های مختلف بر روی سطوح مرطوب می باشد . فرآیند اصطکاک به دو زیر گروه طبقه بندی می گردند :
اصطکاکی استاتیکی و لغزشی
در اجسام صلب ( یکپارچه ) نیروی اصطکاکی استاتیکی بیشتر از اصطکاک لغزشی می باشد .
و به همین دلیل یک لاستیک در حال چرخش و حرکت ، ضریب اصطکاکی بیشتری را در مقایسه با حالتی که چرخ قفل شده است ، تولید خواهد کرد . در همان زمان ، پروسه های لغزش در لاستیکی که در حال چرخش نرمال خود می باشد ، رخ خواهد داد . این موقعیت ( لغزش ) لاستیک نامیده می شود .
لغزش
حرکت چرخ که در واکنش به نیروهای شتاب دهنده یا ترمزگیر رخ می دهد به همراه مراحل پیچیده فیزیکی در قسمت مماسی و اصطکاکی لاستیک می باشد .
عناصر لاستیکی تمایل به تغییر شکل . کشش داشته و مقدار کمی لغزش پایین تر از حد آستانه قفل شدن چرخ رخ خواهد داد .

فاکتور لغزش (..) بیانگر تناسب لغزش در مرحله چرخش لاستیک می باشد :

VF بیانگر سرعت خودرو و Vu برابر شتاب محیطی لاستیک می باشد (شکل 5)
همانگونه که در معادله بالا نشان داده شده است ، لغزش ترمزی هنگامی روی می دهد که کاهش سرعت چرخ کمتر از حالتی است که بطور نرمال در شتاب خودرو وجود دارد.
این تنها در حالتی است که نیروهای ترمزی تولید می شوند ( موقعیت آنالوگی در طی شتاب گیری بوجودخواهد آمد ).

ضریب اصطکاک به عنوان عملگری از لغزش ترمزی بکار برده می شود که مطابق شرایط سطح جاده تغییر می کند .
هنگامی که سیستم ترمز در شرایط عملکرد خطی بکار برده می شود ، هیچگونه نیروهای جانبی بوجود نخواهد آمد و تمامی پتانسیل تماسی ما بین لاستیک و سطح جاده برای ترمزگیری مهیا خواهد بود .
از نقطه آغاز این لغزش ترمزی ( نقطه صفر ) ، ضریب نیروی ترمزی بطور کاملاً سریع در محدوده مابین 10% الی 40% قبل از کاهش مجدد ، افزایش پیدا خواهد کرد . ( الگوی دقیق مطابق با شرایط لاستیک و سطح جاده مشخص می گردد ) .
قسمتی از منحنی که افزایش قابل ملاحظه ای که در آن مشاهده می گردد ، محدوده ثابت ( محدوده جزئی ترمزگیری ) و قسمتی که کاهش در آن مشاهده می گردد ، محدوده متغیر نامیده می شود ( شکل 6 ) .

در طی ترمزگیری خطی ، سیستم ترمز ABS از وارد شدن خودرو به محدوده متغیر منحنی جلوگیری می کند . جهت اطمینان از ثابت ماندن خودرو در مسیر عادی خود در طی مرحله چرخش خودرو ، نیروهای جانبی بایستی در لاستیک تولید شده و از خارج شدن خودرو از مرکز ثقل خود جلوگیری بعمل آورد . جهت تولید این نیروهای جانی بایستی مقداری تغییر شکل جانبی در لاستیک ها بوجود آید . در این حالت ، سرعت مرکز ثقل چرخ ها توسط زاویه لغزش از خط مرکزی ( M ) منحرف می شود شکل 7 .

نمودار روبرو ، بیانگر رابطه مابین ضریب نیروی ترمزی و ضریب نیروی جانبی بعنوان عملگرهای لغزش ترمز در زاویه 4 درجه می باشد . ضریب نیروی جانبی در لغزش ترمز صفر درجه به حداکثر خود خواهد رسید ، سپس در پاسخ به افزایش سطح لغزش ، در ابتدا به آرامی و سپس به تندی شروع به کاهش خواهد داشت . قسمت پایین منحنی هنگامی حاصل می شود که چرخ قفل شده باشد . این مقدار متوسط به علت زاویه لغزش چرخ قفل شده بوده و در واقع چرخ قفل شده قادر به ایجاد مقاومت جانبی نخواهد بود .

فصل سوم
اجزاء سیستم ترمز
سیستم ترمز نیز همانند سیستم فرمان و سیستم تعویض دنده ها به جهت کنترل خودرو توسط راننده بکار می رود . طراحی اجزاء سیستم ترمز باید به نحوی باشد که در مقابل اعمال فشار توسط پای راننده عمل کرده و با کمترین نیروی اعمالی توسط آن ، بیشترین مقدار فشار را تولید کند .
بوستر ترمز
بوستر ترمز ، با تقویت کردن نیروی اعمالی توسط پای راننده ، سیستم ترمز را فعال کرده و بدین ترتیب از اعمال فشار زیاد توسط راننده در هنگام ترمزگیری جلوگیری بعمل می آورد . در بسیاری از سیستم های ترمز خودروها ، بوستر ترمز در یک مجموعه که با سیلندر اصلی ترمز یکپارچه می باشد قرار گرفته است . بوسترهای ترمز به دو نوع تقسیم بندی می شوند :هیدرولیکی و خلایی . هر دو نوع این بوسترها توسط یک منبع انرژی که در خودرو وجود دارد فعال می شوند .

بوستر ترمز خلایی
تعداد بسیاری از خودروهای سواری مجهز به سیستم بوستر ترمز خلایی می باشند .

(شکل 1 ) بوسترهای ترمز خلایی در موترهای بنزینی توسط فشار منفی و در موتورهای دیزلی توسط پمپ خلایی (bar 9/0 الی 5/0 ) جهت تقویت نیروی حاصل از اعمال فشار پای راننده بر روی پدال ترمز بکار می روند . هنگامی که پدال ترمز فشرده می شود ، نیروی اضافی حاصل از کارکرد بوستر ترمز فشار حاصل از اعمال نیروی وارده از طرف پای راننده را تا هنگام رسیدن به حداکثر فشار جهت کارکرد سیستم ترمز تقویت می کند . این نیرو که تا آستانه قفل شدن چرخ ها نیز ادامه پیدا می کند در حدود 60 تا 100 بار (baR می باشد که بسته به نوع خودرو متفاوت است . هیچگونه افزایش فشار و نیروی پس از این وجود نخواهد داشت .

بوستر ترمز هیدرولیکی
این نوع بوستر ها ، در خودروهایی که خلا ورودی تولید می کنند بکار می رود ( بطور مثال موتورهای دیزلی و توربو ) ، همچنین در خودروهایی نیز که منبع تامین هیدرولیکی ( بطور مثال جهت فرمان هیدرولیک ) دارند نیز نصب گردیده است بوستر ترمز هیدرولیکی در مقایسه با بوسترهای خلایی دارای سیکل فشار بالاتری می باشد ( در محدوده bar160 ) . یکی از موارد قابل اطمینان و مزیت این سیستم ، واکنش فوق العاده نرم پدال ترمز می باشد .
سیلندر اصلی چرخ
آغاز فعالیت سیستم ترمز در فرآیند ترمزگیری از طریق سیلندر اصلی چرخ انجام می گردد . طبق قوانین و مقررات ایمنی ، خودروهای سواری بایستی مجهز به دو مدار جداگانه ترمز باشند . جهت برآورده ساختن این قوانین ، طراحی و ساخت سیلندر اصلی به عنوان مکمل سیستم ترمز در فرآیند ترمزگیری آغاز گردید (شکل 2 ) .

پیستون شناور (6) با حرکت به سمت انتهای سیلندر که امکان انباشته شدن فشار در محفظه فشار (21) را میسر می سازد ، در مقابل وجود نشتی در مدار دوم یا شناور ، واکنش نشان می دهد . اگر این نشتی در مدار اولیه رخ دهد ، پیستون فشاری (14) با فشردن پیستون شناور (6) باعث جمع شدن و انباشته گردیدن فشار خواهد شد . هنگامی که سیستم ترمز فعال می گردد ، وجود نیروی اضافی جهت فشرده شدن ترمز ، راننده خودرو از وجود عیب و نقص احتمالی مدار در سیستم ترمز آگاه خواهد کرد . سیلندر اصلی چرخ ، هم چنین دارای یک سوپاپ مرکزی در مدار شناور می باشد . هنگامی که فشار مدار آزاد می گردد ، روغن ترمز از مسیر اریفیس پین سوپاپ (18) جریان پیدا خواهد کرد .
مسیر بعدی مابین محفظه میانی (8) و مخزن قرار دارد . استفاده از سوپاپ میانی سبب می شود که دریچه پرکن (12) به عنوان یک محفظه افزونه در مدار بکار رود . در خودروهای مجهز به سیستم ترمز ABS ، احتمال آسیب دیدگی کاسه نمد مدار اولیه (23) وجود دارد و این مورد در فشارهای بالا در مدار روی خواهد داد . ( که در نهایت منجر به خرابی سیستم مدار ترمز خواهد شد ) و به همین علت اکثر خودروهای مجهز به سیستم ترمز ABS دارای دو سوپاپ میانی می باشند .

عملکرد سیلندر اصلی
نیرویی که بر پدال ترمز مدار می شود ، مستقیماً بر روی پیستون فشاری (14) تاثیر می گذارد و سبب حرکت آن به سمت چپ می شود . در حین انجام حرکت ، پیستون از سمت دریچه پرکن (12) گذشته و روغن موجود در محفظه فشار (21) باعث فشرده شدن پیستون شناور (6) به سمت چپ می گردد . پین (18) پس از حرکت پیستون شناور در حدود mm1 به سمت چپ ، در مقابل پین فنری (7) مقاومت نشان نخواهد داد .
سوپاپ درزبندی (16) فشاری را به پیستون شناور (6) به جهت عایق بندی و جداسازی محفظه فشار (3) از محفظه میانی (8) ، وارد می آورد . فشار در هر دو محفظه (3و21) در واکنش به هر گونه افزایش نیروی وارده بر پدال افزایش پیدا خواهد کرد . در همان زمان ، هر دو پیستون (6و14) با حرکت به سمت راست تا زمان رسیدن به دریچه پرکن (12) و یا تماس پین فنری (7) با پین (18) در مقابل کاهش فشار پایی راننده واکنش نشان داده و باعث بیرون آمدن سوپاپ درزبندی (16) از داخل پیستون شناور خواهد شد . این فعل و انفعالات باعث برگشت روغن ترمز به سمت مخزن شده و فشار در مدار کاهش خواهد یافت .
سوپاپ های تنظیم فشار ترمزی
به علت تغییر مکان نیروهای دینامیکی از قسمت عقب خودرو به قسمت جلو در هنگام ترمزگیری ، نیروی وارد بر چرخ های جلو بزرگتر از نیروی وارد بر چرخ های عقب باشند . و به همین علت اجزا و قطعات ترمزی در چرخ های جلو بزرگتر از نیروی وارد بر چرخ های عقب می باشند .
این تغییر مکان نیرویی از قسمت عقب به جلو یک فرآیند خطی نمی باشد و به عنوان عملگری از فرآیند کاهش بکار می رود ، از این رو وجود یک سیستم مکمل جهت کاهش فشار در چرخ های عقب متناسب با چرخ های جلو مورد نیاز می باشد .
این سیستم مکمل با استفاده از سوپاپ های تنظیم فشار ترمزی تامین خواهد شد . بسته به نوع خودرو و سیستم های مختلف بکار رفته توسط سازنده های مختلف ، سه نوع مختلف از این نوع سوپاپ ها در خودرو استفاده می شود :
* سوپاپ تنظیم فشار ترمزی حساس به بار خودرو
* سوپاپ تنظیم فشار ترمزی حساس به فشار
* سوپاپ تنظیم فشار ترمزی حساس به کاهش شتاب

سوپاپ تنظیم فشار ترمزی حساس به بار خودرو
این سوپاپ های تنظیم در خودروهایی که عوامل مربوط به بار زیاد خودرو در فرآیند ترمزگیری باعث بروز نیروهایی در قسمت اکسل خودرو می شود ، بکار می روند . ( بطور مثال ، در خودروهای استیشن واگن ) (شکل های 3و4 )

رگلاتور فشار بر بدنه خودرو نصب شده و از طریق یک اهرم بندی مکانیکی به سیستم تعلیق عقب متصل گردیده است .
تغییر مکان سیستم تعلیق و بدنه خودرو به پیستونی که در قاب سوپاپ واقع شده است ، منتقل می شود . پیستون نیز در واکنش به تغییرات به وجود آمده در نرخ تراکم سیستم تعلیق ، باعث فشرده شدن فنر تا نقطه تقاطع آن در منحنی مربوطه می شود . این سیستم
جهت جبران تغییرات بوجود آمده در بار خودرو، فشار را در سرتاسر مدار مربوطه تطبیق می دهد .

سوپاپهای تنظیم فشار ترمزی حساس به فشار
این سوپاپها ، معروف به محدود کننده های فشار نیز می باشند (شکل 5 )

در خودروهایی که پتانسیل بار وارده بر اکسل ها محدود به ظرفیت بار و مرکز ثقل آن می باشد ، بکار می روند . (بطور مثال در خودروهای مسابقه ای )
سوپاپهای تنظیم فشار ترمزی حساس به کاهش شتاب
این سوپاپها دارای محدوده وسیعی از کاربرد در خودروها می باشند . (شکل 6 ) نقطه سیکل این تجهیزات توسط نرخ کاهش سرعت خودرو که معمولاً g3/0 (g: شتاب ثقلی ) می باشد ، تعیین می گردد . هنگامی که فشار ترمزی سیستم بدون توجه به بار خودرو ، تمایل به نگه داری و ایجاد نرخ شتاب منفی در خودرو دارد ، این سوپاپ فرآین مربوط به کاهش شتاب خودرو که حساس به بار خودرو می باشد را ایجاد خواهد کرد .

طراحی
جهت طراحی سوپاپ تنظیم فشار ترمزی بایستی توجه داشت که توضیع نیروی ترمزی واقعی ، پایین تر از مقدار تئوری ایده آل آن باشد . سایر ملاحظات جهت طراحی عبارتند از : نوسانات در ضریب اصطکاکی ، گشتاور ترمزی موتور و تلرانس رگلاتور فشار

سیستم ترمز چرخ

تنها تفاوت مهم در ترمزهای چرخ در دیسکی یا کاسه ای بودن نوع سیستم ترمز است . در عمل اکثر چرخ های جلو در خودروها دارای سیستم دیسکی می باشند و تمایل به نسب این سیستم در چرخ های عقب نیز رو به افزایش است .
این سیستم عملکرد اصطکاکی می باشد ، بطوریکه انرژی ترمزگیری جهت فشرده شدن لنت های ترمز ( یا کفشک ها ) بر روی دیسک (یا کاسه ) چرخ به کار می رود .
از دیسک ترمز بعنوان روتور نیز یاد می گردد . سیستم ترمز در چرخ ها دارای شرایط خاصی طبق استانداردهای بین المللی می باشد :
* مسافت کم ترمزگیری
* حداقل تاخیر زمانی جهت ترمزگیری
* اعمال کمترین نیرو جهت موثرترین حالت ترمزگیری
تمامی این استانداردها در سیستم های ترمز دیسکی و کاسه ای تامیین می شود . در خودروهایی که مجهز به سیستم دیسکی در هر چهار چرخ می باشند ، واحد مکمل دیگری از نوع کاسه ای در تیوپهای چرخ های عقب نسب شده است که جهت استفاده از ترمز دستی بکار می رود .
از آنجائی که نرخ های کاهش سرعت خودرو بایستی تحت شرایط متوالی ترمزگیری و توقف حفظ گردد ، ترمزهای چرخ بایستی دارای سه خصوصیات ذیل باشد :
* جذب و انتشار مناسب انرژی گرمایی
* عبور جریان هوای مناسب در ترمزها جهت انتشار انرژیی گرمایی در حین ترمز گیری
* حفظ خاصیت چسبندگی و اصطکاکی لنت های ترمز در محدوده های مختلف گرمایی
سیستم های ترمز دیسکی دارای قابلیت بهتری در مقایسه با ترمزهای کاسه ای و در رابطه با سه خصوصیت ذکر شده می باشند و به همین دلیل در بیشتر خودروها مورد استفاده قرار می گیرند .
ترمزهای دیسکی
نیروهای ترمزی در ترمزهای دیسکی بر روی سطح دیسک یا روتور که همراه با چرخ خودرو دارای حرکت دورانی می باشد ، اعمال می شوند .
ترمزهای دیسکی با کالیپر ثابت
در هر نیم قسمت یک کالیپر (شکل 7 )
پیستونی وجود دارد که فشار هیدرولیکی در حین ترمزگیری به آن اعمال می شود . هر کدام از پیستونها ، لنت ترمز را در مقابل دیسک
مربوطه فشار می دهد. هنگامی که پدال ترمز رها می شود ، کاسه نمد مخصوصی ( پیستون ) با خاصیت تغییر شکل برنامه ریزی شده باعث جمع شدن و تو رفتن پیستون ، با یک افزایش مشخص ( در حدود 2/0 میلی متر ) می شود . در این حالت هیچ گونه نیازی به انجام تنظیمات در ترمزهای دیسکی نمی باشد . به علت خاصیت استحکام فیزیکی فوق العاده زیاد ، از این نوع سیستم در خودروهای سنگین و یا در خودروهای سواری با سرعت بالا استفاده می شود . یکی از مزایای این نوع طراحی ، حفظ خصوصیات گرمایی در شرایط مختلف می باشد ( بطور مثال رانندگی در ارتفاعات بالا ) .
خرابی سیستم ترمز به علت درجه حرارت بالای روغن ترمز می باشد بنابراین بیشتر از ترمزهای دیسکی با کالیپر متغیر استفاده می شود .
ترمزهای دیسکی با کالیپر متغیر ( شناور )
ترمزهای دیسکی با کالیپر متغیر ( شکل 8 ) ، فقط از یک پیستون جهت فشردن لنت بر روی دیسک یا روتور استفاده می کنند ، در قبال این عمل ، نیروی بوجود آمده محفظه کالیپر را حرکت داده و سبب فشرده شدن لنت طرف مخالف بر روی دیسک می گردد . به علت طراحی خاص و نصب این نوع سیستم ترمز از لحاظ اندازه ، در بیشتر خودروها نیز از این سیستم استفاده می شود . این نوع طراحی در سیستم ترمز ، دارای حساسیت کمتری نسبت به بارهای گرمایی و حرارتی تشکیل حباب های بخار در روغن ترمز و در نتیجه خرابی سیستم ترمز ، می باشند .

تعویض سهل و آسان لنت های ترمز نیز ، یکی دیگر از مزایای استفاده از این نوع ترمز در خودروها می باشد . جهت تعویض لنت ها می توان پیچ مربوطه را آزاد کرده و با کج کردن کالیپر به سمت بالا آن را تعویض نمود .

تنظیم خودکار این سیستم ترمز نیز دقیقاً مشابه سیستم هایی با کالیپر ثابت می باشد . روغن موجود در محفظه فشار در واکنش به حرکت پدال ترمز ، پیستون ( 2 ) را به سمت چپ حرکت داده ، سپس پیستون در مقابل لنت داخلی ( 1 ، راست ) فشرده شده و آنرا به سمت چپ در مقابل دیسک ( 3 ) حرکت می دهد . محفظه کالیپر ( 4 ) که قابلیت لغزش در درون نگهدارنده ( 5 ) خود را دارد ، در قبال این حرکت واکنش نشان داده و به سمت راست حرکت کرده و لنت بیرونی ( 1 ، چپ ) را به سمت دیگر دیسک فشرده می سازد . با افزایش فشار ، فشرده شدن لنت به دیسک بطور یکنواخت ادامه خواهد یافت .
Full-contact Disc brake
با ساخت این نمونه از ترمزها تقریباً تحول بزرگی در زمینه ترمزها بوجود آمد، اما چون اساس کار آنها با نمونه های قبلی تفاوتی نداشت، این تحول چندان به چشم نمی آید. در واقع ساخت این نمونه فراتر از یک بهبود تدریجی نمونه های قبلی است و می توان آن را تحولی جدید در ساختمان آنها محسوب کرد. این طرح شبیه ترمزهای دیسکی است، با این تفاوت که در ترمزهای دیسکی هنگام ترمزگیری تنها حدود 15 درصد سطح دیسک گردان با لنتها در تماس می باشند، اما با تغییر در طراحی آنها و ساخت این نمونه که به عنوان ترمز دیسکی تمام درگیر نامیده می شود، تقریباً 75 درصد سطح دیسک گردان در یک لحظه با لنتها می توانند در تماس باشند.
در استفاده از دیسکها و لنتهای معمول، دیسک گردان بین لنتها درگیر می شود. اما در این نمونه (Full-contac) همانطور که در شکل مشاهده می شود، یک سطح عنکبوت مانند، دیسک ترمز را در برمی گیرد که شش لنت ترمز نیز درون این سطح و روی دیسک قرار می گیرد. سیستم عملگر نیز بصورت هیدرولیکی برروی لنت مدوری که پشت دیسک قرار دارد عمل می کند.
برای اطمینان از انتقال حرارت ترمز و خنک نگه داشتن آن، سیستم بوسیله پره های خنک کننده ای که به لنتهای بیرونی متصل است، پوشیده شده است. لنتهای درونی درون یک قالبی از جنس مواد کامپوزیت قرار گرفته اند. برای اطمینان از عملکرد بهینه ترمز تحت شرایط گوناگون از انواع مختلفی از مواد بعنوان لنت استفاده می شود.
مزایای اینگونه ترمزها که نسبت به گونه های قبلی آن قابل ملاحظه است، عبارتند از : خنک کاری بهتر، توان ترمز گیری بیشتر و کاهش سروصدا و ارتعاشات.

نمونه باز شده و بسته Full-contact Disc brakes
ترمزهای کفشکی

ترمزهای کاسه ای در خودروهای سواری باعث تولید نیروی ترمزی در قسمت داخلی کاسه ترمز می شوند . ( در داخل کفشک های ترمز ) . استفاده از این نوع سیستم ترمز در خودروهای سواری ، معمولاً مختص کاربرد آن در چرخ های عقب می باشد . انواع مختلفی از سیستم های ترمز کاسه ای مورد استفاده قرار می گیرد که سیستم ترمز کاسه ای از نوع "Simplex" ( شکل 9 )
رایج ترین نوع آن می باشد . ترمزهای کاسه ای نیازمند تنظیمات ادواری منظمی می باشد که بصورت دستی / مکانیکی یا خودکار می باشد فرآیند متفاوتی در انواع ترمزهای کاسه ای و در تنظیم آنها وجود دارد .

عملکرد ترمز کاسه ای از نوع "Simplex" توسط فشار دو طرفه ای که از طرف سیلندر ترمز چرخ (5) در مقابل کفشک های جلو (6 ) و عقب (7) وارد شده و آنها را به سمت کاسه ترمز فشرده می سازد ، کنترل می شود . کفشک جلو چرخش کاسه (1) و کفشک عقب (7) در جهت مخالف آن به کاسه ترمز فشرده می شوند .
در سمت دیگر سیلندر ترمز چرخ ، کاسه های ترمز توسط نگهدارنده هایی به پایه ترمز متصل شده است .نیروهای حاصل از ترمزگیری در هر دو جهت یکسان می باشد .
سیستم های ترمز نوع "Simplex" را می توان به راحتی با سیستم ترمز دستی نوع مکانیکی تجهیز کرد . فنرهای (9) جهت جمع کردن کفشکها به کار می روند . سیستم تنظیم خودکار فاصله مابین کفشک ها را در هنگامی که ترمزها آزاد باشند تنظیم می کند.

لنتهای ترمز
بسته به شرایط مختلف از مواد مختلفی در ساختمان لنتها استفاده می شود، در گذشته بیشتر از آزبست در لنتها استفاده می شد که امروزه بعلت مشکلات زیست محیطی استفاده از آنها تقریباً منسوخ شده و بجای آنها از مواد ترکیبی و کامپوزیتی استفاده می شود. مواد اصطکاکی که امروزه در لنتها استفاده می شوند عبارتند از :
مواد آلی (Organic) : این لنتها برای استفاده در خودروهای شهری بسیار مناسبند، چرا که دوام خوبی دارند، سروصدای کمی ایجاد می کنند، سبب ساییده شدن دیسک نمی شوند و هنگامیکه خنک هستند عملکرد خوبی دارند، اما مشکل عمده آنها این است که وقتی گرم می شوند بخوبی قبل عمل نمی کنند.
نیمه فلزی (Semi-metallic/sintered) : این گونه از لنتها نمونه خوبی برای استفاده در خودروهای درون شهری و جاده ای هستند. همچنین گزینه خوبی برای استفاده در اتومبیلهای مسابقه ای هستند. این لنتها هنگامیکه سرد هستند به خوبی مواد آلی کار نمی کنند و برعکس هنگامیکه گرم می شوند، به عملکرد خوب خود می رسند.
در این لنتها صفحات نیمه فلزی توسط قیدهای فلزی بهم متصل شده اند و گهگاه ممکن است این اتصال ضعیف از بین برود و سطوح مختلف صفحات نیمه فلزی از هم جدا شوند، که البته این اتفاق به ندرت اتفاق می افتد.
فلزی (Metallic) : بطور عمده اینگونه از لنتها در خودروهای مسابقه ای یا خودروهای بسیار گرانبها استفاده می شود. سروصدای زیادی ایجاد می کنند و بعلت سختی فلز اثراتی روی دیسک دارند. هنگامیکه سرد باشند نیز به خوبی کار نمی کند.
سرامیکی (Ceramic) : لنتهای سرامیکی هنوز در حدود 15 – 40 درصد الیاف فلزی دارند که معمولاً از الیاف مس بجای فولاد استفاده می شود که علاوه بر فرسایش کمتر، حرارت را نیز بهتر منتقل می کند. این لنتها به سادگی لنتهای دیگر از بین نمی روند و دوام بیشتری دارند، زودتر خنک می شوند و تقریباً بی سروصدا عمل می کنند.

فصل چهارم
سیستم ترمز ضد قفل ABS (Anti Lock Braking System)
ترمز های ضد قفل:(ABS)
ترمزهای ضد قفل همان طور که از نامشان پیداست به منظور جلوگیری از قفل چرخها در هنگام توقف به کار میروند این امر از نظر ایمنی دارای سه مزیت است . مسافت توقف خودرو را کاهش می دهد به توقف اتومبیل در یک خط مستقیم کمک کرده و در عرض توقف ، به راننده امکان فرمان دادن و هدایت خودرو را می دهد همچنین از پنچری لاستیک در هنگامی که فقط یک نقطه از لاستیک کم ضخامت باشد جلوگیری می کند .

مسافت های توقف :
در اغلب موارد سیستم ABS مسافت توقف را کاهش میدهد زیرا ضریب اصطکاک لاستیک با سطح جاده در چرخ به صورت جزئی قفل شده ، بیشتر از ضریب اصطکاک لاستیک است که چرخ آن کاملا قفل می باشد و در اصطلاح مهندسی دارای دو لغزش چرخ منفی N است بیشترین ضریب اصطکاکی معمولا در قفل کمتر از بیست درصد چرخ اتفاق می افتد دامنه تغییرات قفل شدگی می تواند از غلتش آزاد ( قفل شدگی صفر درصد ) تا قفل کامل ( صد درصد ) باشد .
در سنگفرش خشک و صاف که توقف بر روی آن شکل است یک راننده ماهر و با حضور ذهن خوب با تنظیم فشار پدال ترمز می تواند چرخها را در مناسبترین حالت قفل کند در صورتی که یک راننده نیمه ماهر تا حد امکان پدال ترمز را فشرده و چرخها را کاملا قفل می کند لازم به ذکر است حتی یک راننده ماهر نمی تواند چرخها را به طور جداگانه کنترل کند در صورتیکه غالب سیستم های ABS قابلیت چنین کاری را دارند بنابراین حتی اگر راننده ماهر در سنگفرش خشک هموار و مطلوب تر از حالت ایده آل بتواند همانند سیستم ABS عمل کند سیستم ABS مسافت توقف کمتری را نسبت به سیستم های ترمز غیر ABS خواهد داشت زیرا سیستم ترمز ABS لاستیک ها را در حالتی قرار می دهد که بیشترین اصطکاک را داشته باشد .
نکته از آنجایی که سیستم ABS چرخ را به طور جزئی قفل می کند ، هنگام توقف مقداری سر و صدا از لاستیک شنیده و آثار وصله ای شکل بر روی لاستیک ایجاد می شود .
در دو حالت یکی شن خیلی روان و دیگری برف نرم ، قفل کامل چرخ باعث کوتاه تر شدن مسافت توقف نسبت به قفل جزئی آن می شود این نوع از مواد در جلو چرخ قفل شده یک سطح گوه ای و شیب دار ایجاد کرده و باعث کاهش سرعت وسیله نقلیه می شوند ، برخی از وسایل نقلیه به سوئیچ مجهزند که به راننده اجازه می دهد سیستم ABS را خاموش کند .

توقف در خط مستقیم :
هنگام ترمز بر روی جاده هایی که چسبندگی یا اصطکاک نامناسب دارند ( مانند جاده های پوشیده از برف تکه ای یا یخ ) وسیله نقلیه تمایل به انحراف به طرفین و یا چرخش به دور خود را دارد . دلیل بروز این حالت این است که بر روی یک سطح لغزنده چرخها تمایل بیشتری به قفل شدن زود هنگام نسبت به یک سطح با اصطکاک زیاد را دارند از آنجایی که چرخهای قفل شده اصطکاک کمتری نسبت به چرخهای آزاد دارند وسیله نقلیه تمایل به چرخش حول چرخهای قفل شده را دارد در سیستم های ترمز ضد قفل چند کاناله ، چرخها به طور مجزا کنترل می شوند به طوری که توازنی بین قفل آنها وجود داشته باشد .
کنترل فرمان :
در صورتیکه راننده سعی خود را در هدایت خودرو به کار گیر لاستیکهای قفل شده جلو در یک خط مستقیم به حرکت خود ادامه می دهد سیستم ترمز ضد قفل ABS با جلوگیری از قفل کامل چرخها به راننده امکان می دهد تا هنگام توقف ناگهانی و شدید بتواند وسیله نقلیه را هدایت کند بنابراین حتی اگر زمان کافی برای توقف و جلوگیری از تصادف نباشد می توان خودرو را هدایت کرده و در اطراف مانع توقف کرد .

احتیاط های پیشگیرانه در سیستم ترمز ضد قفل ABS :
مهمترین نکته قابل توجه در رابطه با ABS این است که این سیستم وسیله نقلیه را ضد تصادف نمی کند اعتماد بیش از حد و یا بی توجهی به آن می تواند شما را در وضعیتی قرار دهد که هیچ نیروی ترمز و یا کنترلی در هدایت خودرو نداشته باشد سیستم ABS برروی سطوح لغزنده باعث می شود که خودرو در مسیر مستقیم و کوتاهتری متوقف نماید اما در جاده های هموار و خشک در مقایسه با ترمزهای معمولی زمان بیشتری برای توقف نیاز دارد .
هنگام استفاده از ترمز های ABS پدال ترمز را به طور پیاپی فشار ندهید زیرا در این صورت سیستم فرض می کند که شما ترمز را رها کرده و دیگر به آن نیازی ندارید لذا سیستم ضد قفل فعال نمی گردد .
انجام بازرسیهای منظم و نگهداری سیستم ترمز اصلی در شرایط کاری خوب و مساعد از اهمیت زیادی برخوردار است در سیستم ABS نیز همانند سیستم ترمزهای معمولی مواردی از قبیل فرسوده بودن لنت ها کمبود روغن ترمز و و جود هوا در مدار هیدرولیکی خطرناک است.
در صورتیکه چراغ هشدار ABS که معمولا به رنگ کهریایی است به طور غیر معمول روشن شود سیستم باید بلافاصله عیب یابی و تعمیر گردد .
این چراغ در هنگام روشن کردن موتور و و توقف ABS برای مدت کوتاهی روشن می شود و سیستم ABS طوری طراحی شده که در صورت بروز اشکال غیر فعال شده و سیستم ترمز به شیوه معمولی عمل می کند به همین دلیل در رانندگی عادی که ترمز شدید نگرفته اید و توقف ناگهانی ندارید ممکن است متوجه کاهش کارایی سیستم ترمز نشوید به هر حال در صورت عدم تعمیر ABS این سیستم در موقع ضروری عمل می کند .
روشن شدن چراغ ترمز هشدار دهنده ترمز ( بجز در تعداد کمی از سیستم های قدیمی ترمز) نشان دهنده وجود مشکل در سیستم هیدرولیکی ترمز اصلی است .
اصطلاحات مربوط به ABS
عبارات مختلفی در رابطه سیستم های هیدرولیکی ترمزهای ضد قفل به کار برده می شود سیستم باز و بسته ، سیستم های مجتمع و غیر مجتمع ، مدارها و کانالها هر کدام معنا و مفهوم خاصی دارند که در مورد تمام سیستم های ABS صرفه نظر از سازنده آنها به کار می روند.

سیستم های باز و بسته :
سیستم ترمز ضد قفل باز: سیستمی است که روغن رها شده از ترمزها در هنگام توقف ABS به ترمز باز نمی گردد و در یک انباره یا آکومولاتور ذخیره شده و سپس به مخزن سیلندر اصلی باز می گردد . این نوع ، در سیستم های ساده ABS که فقط کنترل کننده چرخهای عقب اسب به کار میرود یکی از مشکلات سیستم باز این است که در صورت استفاده طولانی از ترمز ABS زمانی که روغن در مجاری ترمز جریان می یابد . پلال ترمز پایین میرود. بعضی از سیستم های باز مجهز به پمپی هستند که روغن را به سیلندر اصلی باز گردانده بدین وسیله پدال را بالا نکه میدارد. این پمپ در عملکرد واقعی سیستم ضد قفل نقش ندارد معمولا یک سیستم بسته شامل یک پمپ برقی است که فشار هیدرولیکی کاهش یافته در اثر توقف ABS را به حالت اول باز میگرداند. پمپ روغن را به یک آکومولاتور می فرستد. روغن در آکومولاتور تحت فشار ذخیره شده و در هنگام نیاز به وجود فشار ، در مجراهای ترمز ، مورد استفاده قرا میگیرد در برخی ا ز موارد در توقف ABS ، فشار پمپ نیز برای ترمز ها به کار گرفته می شود که مقدار و زمان اعمال فشار ، توسط یک شیر سلونوشیری کنترل میشود.
سیستم های مجتمع و غیر مجتمع :
در برخی از سیستم ها ، قطعات اصلی هیدرولیکی (بوستر ترمز ، تنظیم کننده هیدرولیکی ) به صورت یک واحد یکپارچه با سیلندر اصلی ساخته شده اند به این سیستم ها ، سیستم های مجتمع گویند. سایر اجزاء از قبیل آکومولاتو و تنظیم کننده هیدرولیکی ممکن است جدا از مجموعه باشند. اغلب این سیستم ها، بوستر خلائی نداشته و پمپ ABS،علاوه بر تامین فشارمورد نیاز برای عملکرد ترمز ضد قفل، ترمز را نیز تقویت می کند پمپ روغن رابه یک یا چند آکومولاتور فرستاده و تا تحت فشار زیاد (معمولا بین 2000 تا 3000 پوند به اینچ مربع ) ذخیره و در زمان لازم مورد استفاده قرار می گیرد . در سیستم های فاقد بوستر خلاثی بوستر شیری است که میزان تقویت ترمز را تنظیم کرده و توسط راننده و از طریق پدال ترمز، کنترل می شود . برخی از سیستم های قدیمی از قبیل بندیکس 9 و 10 ، بوش 3 و توس П – مجتمع بودند این روش به دلیل هزینه و پیچیدگی مجموعه هیدرولیکی ، توان بالای پمپ و نیاز به آکومولاتورهای فشار بالا، منسوخ گردید.

سیستم های غیر مجتمع به عنوان سیستم های ترمز ضد قفل اضافه کردنی و یا افزودنی نیز شناخته می شوند این سیستم ها قابلیت نصب بر روی سیستم های ترمز معمولی را داشته و بین سیلندر اصلی و ترمز چرخها نصب می گردند در این سیستم ها از یک بوستر خلایی نیز استفاده شده است. سیلندر اصلی در این سیستم شباهت زیادی به سیلندر اصلی سیستم ترمز معمولی دارد تنظیم کننده هیدرولیکی در نزدیکی سیلندر اصلی نصب میشود. مجاری روغن ، از سیلندر اصلی به تنظیم کننده هیدرولیکی و از آنجا به تمام ترمزهای چرخها انشعاب میآیند.
هنگام ترمز گرفتن عادی تنظیم کننده هیدرولیکی هیچ نقشی نداشته و فشار اصلی از سیلندر اصلی بطور یکنواخت و پیوسته از طریق تنظیم کننده هیدرولیکی به ترمز ها انتقال میابد .
هنگام توقف با سیستم ABS تنظیم کننده هیدرولیکی به سرعت فشار هیدرولیکی را در ترمز چرخها تغییر داده به طور یکنواخت نگهداشته آن را کاهش و یا افزایش میدهد در سیستم ABS با باز گرداندن روغن پر فشار به منبع کم فشار ، فشار ترمز کاهش مییابد که معمولا از این روغن تحت عنوان (( روغن ضعیف شده )) نام برده می شود.
سیستم ترمزهای ضد قفل غیر مجتمع ، ساده ، قابل اطمینان ، و ارزان قیمت میباشند . به همین دلیل طرحهای جدید ترمز ABS غالبا از نوع غیر مجتمع هستند.

مدارهای هیدرولیکی :
اگر چه لغات کانال و مدار با یکدیگر مشابهند اما هریک مفهوم مشخص و متفاوت از یکدیگر دارند. مدارهای هیدرولیکی بخشی از سیستم ترمز اصلی هستند . هر دو چرخ ، مدار هیدرولیکی ترمز جداگانه ای دارند. این امر به منظور افزایش ایمنی و جلوگیری از عملکرد ناصحیح تمام ترمز ها در یک زمان و به طور مثال به واسطه وجود نشتی د رشیلنگ ترمز می باشد . البته در حالتی که فقط ترمزهای دو چرخ عمل میکند مسافت توقف افزایش مییابد کلیه وسایل نقلیه جدید چه مجهز به سیستم ترمز ABS باشند و چه نباشند دارای دو مدار هیدرولیکی هستند این مدارهای هیدرولیکی ، مدارهای اولیه و ثانویه نامیده میشوند مدار اولیه معمولا توسط پیستونی که در تماس مستقیم با میل رابط بوستر است و در عقب سیلندر اصلی قرار گرفته عمل میکند مدار ثانویه توسط پیستونی که در جلوی سیلندر اصلی تعبیه شده، فعال میگردد در حالتی که مدار های جلو و عقب مجزا باشد مدار اولیه برای ترمزهای جلو و مدار ثانویه برای ترمز های عقب به کار گرفته میشود در حالتی که مدارها به صورت مورب و قطری از یکدیگر مجزا (Diajonel Split Gigah ( باشند. مدار اولیه برای راه اندازی یکی از ترمزهای جلو و ترمز عقب در جهت مخالف آن به کار رفته و مدار ثانویه نیز برای راه اندازی سایر ترمزها به کار می رود.

کانالهای:ABS
کانالها، بخشی از سیستم ترمز ضد قفل میباشد منظور از کانال سیستم کنترل هیدرولیکی است که مستقیم ترمز ضد قفل از آن به منظور تغییر فشار در ترمز هر یک از چرخها استفاده میکند هر کانال شامل مجموعه ای از شیرهای کنترلی است که سیستم ABS به منظور کاهش یا افزایش فشار هیدرولیکی آنها را باز، و بسته میکند.
سیستم های یک کاناله :
این سیستم در وسایل نقلیه ای که فقط ترمزهای عقب آنها ضد قفل هستند به کار می رود. در این خودروها از یک کانال برای کنترل جفت چرخهای عقب استفاده میگردد. به عنوان مثال میتوان به طرح کلی هایر اشاره کرد که شرکتهای فوج و فورد آن را ((RWAL )) و شرکت جنرال موتور آن را (( RABS )) می نامند. این سیستم برای وانت بارها مفید است.
سیستم های سه کاناله :
در این حالت برای هر یک از چرخهای جلو از کانال های مجزا و برای جفت چرخهای عقب، از یک کانال مرکب استفاده میشود. حتی اگر برای جفت چرخهای جلو عقب، فقط از یک کانال به طور مشترک، استفاده شده باشد. با وجود این ممکن است یک یا دو سنسور سرعت برای آنها به کار رود. اگر فقط از یک سنسور سرعت در عقب استفاده شود این سنسور در محلی نصب میشود تا بتواند سرعت محور خروجی گیربکس، چرخدنده و دیفرانسیل یا محور خروجی دیفرانسیل را اندازه بگیرد.
سیستم های چهار کاناله : در این سیستم برای هریک از چرخهای جلو عقب از یک کانال مجزا استفاده میشود. از آنجایی که در این سیستم، کنترل ترمز چرخهای محرک صرفنظر ازاینکه چرخهای محرک در جلو یا عقب باشند

فصل پنجم
اجزای سیستمS AB
الف ) واحد کنترل الکترونیکی (ECU )
واحد کنترل الکترونیکی کامپیوتری است که به سیستم ترمز ضد قفل فرمان می دهد. سازندگان سیستم های ABS و خودرو، هر کدام از این واحد تحت عناوین متفاوتی نام میبرند.
شرکت کدایسلر در ابتدا آن را واحد کنترل الکترونیکی (CAB ) استفاده می کنند. شرکت فورد در بسیاری از سیستم ها آن را واحد کنترل الکترونیک (ECU ) می نامد و در برخی از عبارات (( مدول کنترل )) استفاده میشود.
شرکت جنرال موتوربرای سیستم ها عبارت ((مدول کنترل الکترونیکی ترمز)) EBCM را به کارمی برد. کلیه عبارات فوق برای نامیدن یک وسیله به کار میرود. تعداد کمی از سیستم های ضد قفل اولیه از کامپیوترهای آنالوگ ( قیاسی ) استفاده می کردند. در تمام سیستم های امروزی ترمز ضد قفل سیستم هایی که در این کتاب به آنها اشاره میشود. واحد کنترل الکترونیکی (ECU ) یک کامپیوتر دیجیتال است که سیگنالهای آنالوگ خروجی از سنسورهای سرعت تعبیه شده درچرخها یا سیستم محرک را به صورت ولتاژدریافت وآنها را سیگنالهای دیجیتال و قابل استفاده تبدیل می کند. یک سیگنال ولتاژی آنالوگ، بسیارمتغیراست به صورت پیوسته و یکنواخت ، نه پله ای ، تغییر میکند سیگنال دیجیتال شامل یک سری از پالسهای روشن و به صورت صفرو یک است که با یک نظم و ترتیب مشخصی وجود دارند.

پمپ:
پمپها فشار لازم برای عملکرد ABS را فراهم میکند (به استثنای اکثر سیستم هایی که فقط چرخهای عقب ABS هستند و تنها منبع فشار هیدرولیکی، فشاری است که توسط پای راننده و پدال ترمز ایجاد میشود) در سیستم های مجتمع که پیوسته ترمز خلاصی ندارد پمپها فشار هیدرولیکی لازم برای تقویت ترمز عملکرد ABS را فراهم میکنند. پمپها توان لازم را از یک الکترو موتور گرفته و حرکت دورانی موتور را به حرکت انتقالی ( رفت و برگشت ) تبدیل میکند و باعث عملکرد یک یا دو پیستون میشوند. در انتهای محور پمپهای تک پیستونی یک یاتاقان خارج از مرکز وجود دارد و حرکت نوسانی یاتاقان ، پیستون را جابجا کرده و بدین ترتیب روغن ترمز پمپ میشود.
سیلندر اصلی :
سیلندرهای اصلی به کارگرفته شده در ABS همانند همان نمونه های موجود در ترمزهای غیر ABS هستند اما دو تفاوت عمده بین آنها وجود دارد.
سیلندرهای اصلی تعدادی از سیستمهای مجتمع، علاوه بر پیستون های اولیه و ثانویه که سیستم اصلی ترمز را راه اندازی میکند به پیستون و سوپاپ کمکی نیز مجهزند. پیستون کمکی مستقیما توسط پدال ترمز راه اندازی میشود این پیستون ، سوپاپ کمکی را باز کرده و باعث میشود که فشار هیدرولیکی ذخیره شود. در آکومولاتور ، پیستون اولیه را حرکت داده و در نتیجه پیستون ثانویه را نیز به حرکت در آورده .
پیستونهای سیلندرهای اصلی استاندارد به کارمیرود. دلیل این امراین است که حرکت سریع رفت و برگشتی پیستون های سیلندر اصلی درهنگام عملکرد ABS باعث سایش سریع لبه های پیستون درازمان عبورازدهانه های مجزای تنظیم کننده میشود.

با رها شدن پدال ترمز ، روغن از مخزن به طرف سوپاپهای مرکزی و سپس به سمت سوراخ سیلندر اصلی جریان میابد.
سلونوئیدها:
سلونوئیدها و یا به عبارت دقیق شیرهای کنترل شده توسط سلونوشیر (شیر سلونوشیری یا برقی ) در هنگام عملکرد ABS فشار هیدرولیکی درمجرای سیستم ترمز را کاهش و یا افزایش داده و آن را تنظیم میکنند. دو طرح اصلی برای این شیرها وجود دارد . شیر سلونوشیرها سه وضعیتی که در سیستم بوش 2 و بوش 3 به کارمی رود و شیر سلونوشیردو وضعیتی که در سیستم بوش 5 و اکثر سیستم میشود اصول کار شیرهای سلونوشیری ،الکترو- مغناطیسی این است که مته آهنی تعبیه شده در یک سیم پیچ باعث ایجاد خاصیت مغناطیسی می شود این هسته معمولا مغناطیس نبوده و با عبور جریان الکتریسیته سیم پیچ ، خاصیت مغناطیس پیدا می کند. با مغناطیس شدن ناگهانی هسته سوپاپ داخل شیر در وضعیت جدید قرار میگیرد. هنگام عملکرد ABS با توجه به نوع سیستم ،ممکن است شیر حداکثر تا 15 بار در ثانیه باز و بسته شود و جریان روغن قطع یا برقرار نماید.
انبارهای آکومولاتورها:
آکومولاتورها ، فقط تا زمانی روغن را تحت فشار ذخیره میکند که سیستم ضد قفل به آن نیاز پیدا کند. ( در سیستم های مجتمع ،روغن تحت فشار برای تقویت توان ترمز نیز استفاده می شود که امری مجزا از سیستم ضد قفل می باشد)آکومولاتورها بر دو نوع است . 1) نوع شارژ شده با گاز و2) نوع فنری مدل های شارژ شده با گاز ازداخل توسط دیافراگم انعطاف پذیر به دوبخش تقسیم شده ، که در یک طرف دیافراگم گاز نیتروژن تحت فشار نسبتا بالا ( معمولا1000 پوند بر اینچ مربع ) درطرف دیگرآن روغن ترمز قراردارد پمپ ABS ،روغن را به آکومولاتورفرستاده و گاز نیتروژن را متراکم می کند .
و با توجه به نوع سیستم فشار آن را به 2000 تا 3000 پوند بر اینچ مربع می رساند وتا زمان نیاز ABS به افزایش فشارروغن درآکومولاتورباقی می ماند . سپس با بازشدن شیر، گازنیتروژن متراکم ، پمپ را روشن میکند تا روغن دوباره داخل آکومولاتور بازگردد.
طرز کار آکومولاتور فنری شبیه به نوع قبلی است ، اما در فشار های پایین تری استفاده می شوند ( بین 50 تا 450 پوند بر اینچ مربع ) در این نوع ، به جای دیافراگم و گاز نیتروژن ، از یک فنر و پیستون استفاده گردیده و پمپ را به آکومولاتور فرستاده و فنر را فشرده میسازد و درصورت نیاز آکومولاتورروغن تحت فشار را به داخل مجاری ترمز هدایت می کند.
نیروهای دینامیکی در هنگام ترمزگیری
شکل های 1 و2 بیانگر روابط فیزیکی مراحل ترمزگیری به همراه سیستم ترمز ABS می باشد . مناطقی که سیستم ترمز ABS عمل می کند توسطه خطوط هاشور خورده نشان داده شده است . الگوی نموداری (شکل 1)

منحنی 1 ( سطح خشک ) ، منحنی 2 ( سطح مرطوب) و منحنی 4 ( سطح یخی ) بیانگر این مطلب است که فواصل ترمزگیری با استفاده از سیستم ترمز ABS بسیار کمتر از حالتی است که راننده با استفاده از ترمز معمولی و در حالتی توام با ترس بر روی پدال ترمز اثر می گذارد ( ..=100% ) منحنی 3 ( سطح برفی ) افزایش نیروی موثر نیروی ترمزی را در چرخ قفل شده مشخص می کند . در این مواقع بهترین قابلیت سیستم ترمز ABS که همانا حفظ تعادل و فرمان پذیری مناسب خودرو می باشد ، بروز خواهد کرد. همانگونه که منحنی های ضریب نیروی ترمزی () و ضریب نیروی عرضی () در شکل 2 مشخص می کند ، محدوده کنترل سیستم ترمز ABS بایستی از حد زاویه لغزش ترمزی درجه a=2 تا حد زاویه لغزش درجهa=10 افزایش یابد .
هنگامی که بیشترین نیروی در زمان دور زدن خودرو با بیشترین شتاب عرضی اعمال می گردد ، سیستم ترمز ABS با یک پاسخ دهی سریع ( بطور مثال شیب اولیه ترمزگیری 10% ) به آن واکنش نشان می دهد . در زاویه لغزش ترمزی درجهa=10 ضریب نیروی ترمزی آغازین تا مقدار =0.35 محدود می گردد ، در حالتی که ضریب نیروی عرضی برابر …=0.80 و نزدیک به حداکثر مقدار خود باقی می ماند . با ادامه ترمزگیری خودرو ، منحنی منحنی نرخ لغزش سیستم ABS متناسب با سرعت چرخشی و شتاب عرضی در جهت مخالف افزایش می یابد . ضریب های نیروی عرضی کمتر از کاهش شتاب عرضی حاصل می گردد ، با سطوح بالایی از کاهش شتاب همراه خواهد شد . هنگامی که در زمان دور زدن خودرو نیروی ترمزی اعمال می گردد ، نیروهای ترمزی بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابند ، بطوریکه مسافت کل ترمزگیری فقط مقدار کمی بیشتر از مسافت ترمزگیری در حالت خطی و مستقیم در شرایط مشابه می باشد .

مدار کنترل سیستم ABS
مدار کنترل سیستم ABS (شکل 3)
شامل :
* سیستم کنترلی : خودرو با سیستم ترمز ، چرخ ها و اصطکاک مابین لاستیک ها و جاده.
* عوامل بیرونی : شرایط سطح جاده ، شرایط سیستم ترمز ، بار خودرو و لاستیک ها ( بطور مثال : عدم پهنا و عمق کافی آج های لاستیک ، فشار پایین لاستیک).
* کنترل کننده : سنسورهای سرعت چرخ و واحد کنترل سیستم ABS ..
* متغیرهای کنترلی : سرعت چرخ و اطلاعات حاصل شده از آن جهت کاهش سرعت محیطی چرخ ، شتاب محیطی چرخ و لغزش ترمز
* متغیرهای مرجع ورودی : فشار وارده بر پدال ترمز ( ورودی فشار توسط راننده ) .
* متغیرهای نظارتی : فشار ترمزگیری

سیستم کنترلی
پردازش اطلاعات در واحد کنترل سیستمABS بر پایه سیستم ساده ای بنا نهاده شده است : چرخ غیر متحرک خودرو که یک چهارم وزن کل خودرو بر روی این چرخ متمرکز شده است ، ترمز چرخ ها و کوپلینگ اصطکاکی مابین لاستیک و سطح جاده ، منحنی تئوریک مابین ضریب اصطکاکی و نرخ لغزش (شکل 4) این منحنی به محدوده های ثابتی تقسیم شده است که بیانگر افزایش خطی و ضریب خطی پاسخ سیستم می باشد .
پردازش دیگری نیز در سیستم رخ می دهد، پروسه ترمزگیری بصورت ترمزگیری در راستای یک خط مستقیم و در پاسخ به اعمال ناگهانی ترمز توسط راننده می باشد .
شکل 5 بیانگر رابطه مابین گشتاور ترمزی MB (نیرویی که سیستم ترمز به لاستیک وارد می کند ) یا گشتاور اصطکاکی سطح جاده MR (نیرویی که از طرف سطح جاده به چرخ /یا کوپلینگ اصطکاکی لاستیک وارد می شود ) و زمانt می باشد . هم چنین رابطه مابین کاهش شتاب (-a) محیطی چرخ و زمان (t) را مشخص می کند .
گشتاور ترمزی بیانگر افزایش خطی در واحد زمان می باشد . گشتاور اصطکاکی سطح جاده تا زمان ثابت ماندن پروسه ترمزگیری در منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش ، با مقدار کمی تاخیر زمانی (T) ادامه پیدا خواهد کرد . پس از طی زمانی در حدود 130 میلی ثانیه ، منحنی ذکر شده به حداکثر مقدار خود( ) خواهد رسید که از این نقطه وارد محدوده متغیر منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش خواهد شد .
گشتاور ترمزی (MB ) تا زمانی که گشتاور اصطکاکی سطح جاده(MR) دیگر قادر به افزایش بیشتری نبوده و ثابت باقی بماند ، به افزایش خود ادامه خواهد داد .
همانگونه که در نمودار منحنی ضریب ضریب نیروی ترمزی و لغزش نشان داده می شود ، در فواصل زمانی مابین 130 تا 240 میلی ثانیه ( که زمان قفل شدن چرخ ها می باشد ) ، اختلاف مابین MB-MR که در محدوده ثابتی باقی می ماند ، سریعاً وانمود به افزایش تناسب بیشتری می کند. این اختلاف گشتاوری مرجع بسیار دقیقی از کاهش شتاب محیطی (-a) در چرخ ترمز گرفته شده را تامین می کند (شکل 5) .
کاهش شتاب محیطی چرخ ، محدود به سطوح پایینی محدوده زمان ثابت بوده و پس از انتقال به محدوده متغیر ، شروع به افزایش سریع خواهد کرد . در نتیجه این انتقال ، الگوی کاملاً متفاوت و مخالفی در نمودار ضریب نیروی ترمزی / لغزش در محدوده های متغیر بوجود خواهد آمد . سیستم ترمز ABS از این الگوی مخالف در پروسه ترمزگیری استفاده خواهد کرد.
متغیرهای کنترلی
انتخاب متغیرهای کننترلی مناسب از عوامل مهم در تشخیص بازده در سیستم کنترل ABS می باشد . اطلاعات پایه ای از سیگنال های ارسالی از سنسورهای سرعت چرخ که واحد کنترل الکترونیک (ECU ) از آن به جهت محاسبه افزایش و کاهش شتاب محیطی چرخ استفاده می کند ، لغزش ترمز ، سرعت مرجع و کاهش شتاب خودرو ، تامین می شود .
در عمل ، عکس العملی که چرخ محرک در مقابل ترمزگیری نشان می دهد به طور فزآینده ای نسبت به چرخ غیر محرک تفاوت خواهد داشت و این عامل بسیار مهم تر از افزایش ( کاهش) شتاب محیطی چرخ و لغزش ترمز می باشد .
بهرحال ، این متغیرها به جهت کسب نتیجه منطقی و تامین روابط بین عوامل مختلف بکار خواهد رفت . لغزش ترمز بطور مستقیم قابل اندازه گیری نمی باشد .
واحد کنترل الکترونیک ( ECU) ، از اطلاعات سرعت مرجع که در پاسخ به مشخصات تغییر شتاب و جهت کسب شرایط ترمزگیری بهینه ارائه می شود ، در محاسبات آتی خود استفاده خواهد کرد . واحد کنترل الکترونیک ، اطلاعات مزبور را از جریان سیگنالهای ثابت چرخ که از سنسورهای چرخ دریافت می گردد ، تامین می کند .
واحد کنترل الکترونیک از اطلاعات سنسورهای چرخ بصورت قطری به جهت مرجعی از سرعت استفاده می کند . ( بطور مثال اطلاعات سنسورهای چرخ جلو سمت راست و عقب سمت چپ ) در هنگام ترمزگیری معمولی و ملایم ، سرعت مرجع بر اساس چرخ های متقارن اریبی که با سرعت بیشتری می چرخند ، محاسبه می گردد.
در حین ترمزگیری ناگهانی که توام با فعال شدن سیستم کنترل ABS می باشد ، اطلاعات حاصل شده از چرخ ها با اطلاعات حاصل از سرعت خودرو مطابقت نداشته و به جهت محاسبه سرعت مرجع خودرو مناسب نمی باشد .
در حین فعال بودن فاز کنترلی سیستم ، واحد کنترل الکترونیک( ECU) این سرعت مرجع را در ابتدای سیکل ، تولید می کند . سیکل ایده آل مدار بسته کنترل پروسه ترمزگیر هنگامی قابل دسترسی می باشد که اطلاعات موجود در پروسه لغزش ترمز و نرخ افزایش / کاهش شتاب در پیرامون چرخ توام با اطلاعات ثانویه ای برای خودرو که به جهت تنظیم پردازش منطقی واحد کنترل الکترونیک بکار می رود ، باشد . از این ایده در سیستم های ترمز ضد قفل کارخانجات BOSCH استفاده شده است .
متغیرهای کنترلی چرخ غیر متحرک
نرخ های افزایش و یا کاهش شتاب در محیط بیرونی چرخ به عنوان متغیرهای کنترلی قابل اطمینانی در چرخ های غیر متحرک بکار می رود ، همانگونه که در چرخ های محرک
و در هنگام رها کردن پدال کلاچ در هنگام ترمزگیری توسط راننده استفاده می گردد . از این ایده به جهت استفاده از الگوی پاسخ مخالف سیستم توسط سیستم کنترل شده در منحنی ضریب نیروی ترمز ثابت / متغیر و منحنی لغزش مشخص می گردد، می باشد .
نرخ کاهش شتاب محیطی چرخ هنگامی قابل دسترس می باشد که محدوده ثابت در منحنی به مقدار مشخصی رسیده باشد ، به بیان دیگر هنگامی که راننده نیروی بیشتری را به پدال ترمز وارد می کند ، پاسخ و واکنش خودرو ، کاهش شتاب بیشتر بدون قفل شدن چرخ ها می باشد . این محدوده غیر ثابت در منحنی ، الگوی متفاوتی را نمایش خواهد داد. در این زمان ، افزایش خفیفی در پدال ترمز باعث قفل شدن هر چه سریعتر چرخ خواهد گردید .
از این الگوی پاسخ دهی سیستم به جهت مشخص نمودن لغزش در واکنش به پروسه ترمزگیری در نرخ های افزایش و کاهش شتاب چرخ ها استفاده می شود . هیچگونه مقدار حد آستانه ای که کاهش شتاب محیطی چرخ را مشخص کرده و در طی سیستم ترمز ABS ، حلقه کنترلی خود را فعال می کند ، نبایستی از حداکثر پتانسیل کاهش سرعت خودرو بیشتر باشد .
این مسئله هنگامی مورد توجه قرار می گیرد که اعمال نیروی کوچکی بر روی پدال ترمز همراه با ترمزگیری شدیدی باشد . وجود مقدار حد آستانه بالا ، این امکان را بوجود می آورد که قبل از اینکه سیستم ABS به تغییرات اولیه واکنش نشان دهد ، چرخ ها به سمت محدوده متغیر در منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش گرایش پیدا کنند . هنگامی یک چرخ در طی اعمال ناگهانی ترمز به حد آستانه ای کاهش شتاب محیطی می رسد ، سیستم بطور خودکار با کاهش شتاب ترمزگیری در این چرخ واکنش نشان نخواهد داد .
استفاده از لاستیک های مدرن و جدید در جاده هایی با سطح اصطکاک بالا به غیر از این مورد که فقط زمان آستانه ترمزگیری در سرعت های بالا را بهینه می کند ، سودی نخواهد داشت .
متغیرهای کنترلی در چرخ های متحرک
اگر ترمزگیری در هنگامی که دنده در موقعیت 1 یا 2 قرار داشته باشد اعمال شود ، واکنش موتور در مقابل این اعمال نیرو فقط در چرخ های متحرک اعمال می گردد . این واکنش باعث افزایش قابل توجهی در اینرسی جرمی چرخ ها () خواهد شد و چرخ ها بیشتر از مقدار واقعی وزن خود در قبال این عمل واکنش نشان خواهند داد .
در نتیجه این عمل فعل و انفعال ، کاهش متناسبی در نرخ زاویه ای کاهش سرعت محیطی چرخ ها در واکنش به تغییرات گشتاور ترمزی در محدوده متغیر و غیر ثابت منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش بوجود خواهد آمد . چرخ های غیر متحرک الگوی کاملاً غیر متفاوتی بسته به ثابت یا غیر ثابت بودن محدوده منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش نشان خواهند داد .

تاثیرات ذکر شده تغییرات مابین نرخ کاهش شتاب و سرعت محیطی چرخ ها را خنثی می کند و به عنوان مرجعی جهت مشخص کردن لغزش ترمزی با حداکثر اصطکاک ممکن مورد استفاده قرار می گیرد . در این مواقع بایستی از متغیر مکمل دیگری همانند لغزشترمز استفاده کرد که در واقع ترکیبی با نرخ کاهش شتاب محیطی چرخ خواهد بود . (شکل 6)
بیانگر نمودار مقایسه ای مابین پروسه ترمزگیری در هنگام ترمزگیری در چرخ غیر متحرک و چرخ متحرک می باشد .
در این مثال اینرسی موتور ، تاثیر جرم اینرسی چرخ را چهار برابر می کند . چرخ غیر متحرک بلافاصله پس از خروج از محدوده ثابت خود در منحنی ضریب نیروی ترمزی و لغزشی از آستانه کاهش شتاب محیطی (-a) فراتر خواهد رفت .
بعلت اینکه اینرسی چرخ متحرک در فاکتر 4 ضرب می شود ، اختلاف اینرسی قبل از خروج از آستانه (-a) بایستی چهار برابر گردد :

در این نقطه بایستی چرخ متحرک بطور کامل در محدوده متغیر منحنی ضریب نیروی ترمزی/ لغزش قرار گرفته و متناسب با محدوده ثابت تعادل خودرو باشد .
سیکل های کنترلی
کنترل مدار بسته ترمزگیری در سطوح با کشش بالا (ضریب نیروی ترمزی بالا):
هنگامی که کنترل مدار بسته پروسه ترمزگیری در سطوح با کشش بالا راه اندازی می گردد (سطوحی که دارای اصطکاک زیاد می باشند ) ، جهت جلوگیری از ارتعاشات سیستم تعلیق و موتور ، بایستی افزایش فشاری متناسب با فاز ترمزگیری اولیه (که به صورت فاکتور5 تایی کاهش می یابد ) در سیستم ایجاد گردد . منحنی های (شکل 7) بیانگر مطالب فوق الذکر بوده که در آن کنترل مدار ترمز تحت شرایط ضریب بالای نیروی ترمزی عمل می کند .

کاهش شتاب محیطی چرخ در بالاتر از حد آستانه ای (-a) در انتهای فاز 1 حرکت می کند و سوپاپ برقی به سمت موقعیت "نگهداری فشار" انتقال می یابد . در این حالت هنوز به مرحله کاهش فشار ترمزی نرسیده ایم و بایستی حد آستانه (-a) به بالاتر از محدوده ثابت در منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش برسد . سرعت مرجع در همان زمان متناسب با مقدار مشخص کاهش می یابد . سرعت مرجع به عنوان پایه ای جهت تشخیص آستانه لغزش بکار می رود.
در انتهای فاز 2 ، سرعت محیطی چرخ به پایین تر از آستانه افت خواهد کرد و سوپاپ برقی با حرکت به سمت موقعیت " تخلیه فشار " در مقابل آن واکنش خواهد داد .
پس از این مرحله فشار ترمزی تا زمانی که کاهش شتاب محیطی چرخ به بالاتر از حد آستانه ای (-a) برسد ، به کاهش خود ادامه خواهد داد ، و در انتهای فاز 3 باز هم به پایین تر از حد آستانه ای (-a) خواهد رسید. در این فاز،شتاب محیطی چرخ به اندازه ای افزایش داشته است که به بالاتر از حد آستانه ای (+a) برسد و در این حالت، فشار به صورت ثابت باقی خواهد ماند .
در انتهای فاز 4 ، شتاب محیطی چرخ بصورت متناسبی به بالاتر از حد آستانه ای (+a) ، خواهد رسید . در این هنگام فشار ترمزی تا زمانی که افزایش شتاب به بالاتر از حد آستانه ای (+a) برسد به افزایش خود ادامه خواهد داد .
در این هنگام فشار ترمزی تا زمانی که افزایش شتاب به بالاتر از حد آستانه ای (+a) برسد به افزایش خود ادامه خواهد داد . در فاز 6 و در پاسخ به افزایش حد آستانه ای (+a) فشار به صورت ثابت باقی خواهد ماند . این حالت بیانگر این است که چرخ به محدوده ثابت در منحنی ضریب نیروی ترمزی / لغزش وارد شده است و بصورت تدریجی تحت عمل ترمزگیری واقع شده است .
در این حالت فشار کافی جهت ترمزگیری بوجود آمده است (فاز 7 ) و تا زمانی که کاهش شتاب محیطی چرخ به بالاتر از حد آستانه ای(-a ) برسد ، ادامه خواهد داشت . (انتهای فاز 7) در این زمان فشار ترمزی به سرعت کاهش می یابد ، بدون اینکه سیگنال تولید گردد .
کنترل مدار بسته ترمزگیری در سطوح لغزنده (ضریب نیروی ترمزی پایین)
بر خلاف الگوی رفتاری سیستم ترمز در سطوح با اصطکاک بالا ، در سطوح لغزنده و حتی ایجاد فشار خفیف بر روی پدال ترمز ، باعث قفل شدن چرخ خواهد شد .
در این مواقع به زمان بیشتری جهت شتاب گیری مجدد مورد نیاز می باشد . مدارهای منطقی واحد کنترل الکترونیک ( ECU) شرایط جاده را تشخیص داده و کیفیت واکنش سیستم ABS را مطابق با آن تطبیق خواهند داد .

بیانگر الگوی کنترل ترمزگیری برای ضرایب پایین نیروی ترمزی می باشد . در فازهای یک و دو ، پروسه های کنترل ترمزگیری فشار به شرایط آن در سطوح با اصطکاک بالا می باشد . فاز 3 با ایجاد فشار مختصری در سیستم آغاز شده و با سیستم مقایسه ای سریعی مابین سرعت چرخ و آستانه لغزش ادامه خواهد یافت . سرعت محیطی چرخ پایین تر از مقدار آستانه لغزش بوده و به همین علت فشار ترمزگیری به مدت معینی کاهش خواهد یافت
مرحله بعدی ، فاز نگهداری فشار می باشد . در این هنگام ، سیستم دوباره ، سرعت محیطی چرخ و حد آستانه لغزش را که در نتیجه تخلیه فشار در زمان معینی به وجود می آید مورد مقایسه قرار خواهد داد . پس از این مرحله ، چرخ دوباره شروع به شتاب گیری کرده و این عمل تا زمانی که شتاب محیطی چرخ بالاتر از حد آستانه ای (+a) شود ، ادامه خواهد داشت .
این عمل باعث به وجود آمدن پریود زمانی دیگری در نگهداری فشار شده و تا زمانی که سرعت محیطی چرخ به پایین تر از حد آستانه ای ( +a) افت کند ، ادمه خواهد یافت . ( انتهای فاز 4 ) فاز 5 نیز با افزایش خفیف فشاری مشابه بخش قبلی آغاز می گردد و در انتها و در فاز 6 ، فشار تخلیه شده و سیکل جدید کنترلی آغاز خواهد شد .
در سیکل های کنترلی ذکر شده فوق ، مدار کنترلی منطقی سیستم ، مسئول تشخیص دو عملکرد تکمیلی کاهش فشار که به جهت شتاب گیری دوباره چرخ مورد نیاز است می باشد ( -a) در این حالت ، چرخ در محدوده لغزش بالا و متناسب با پریود مشخص قرار می گیرد و این موقعیت تاثیر منفی در پایداری خودرو و کنترل سیستم فرمان خواهد داشت . جهت بهبود این عوامل ، سیستم بطور مداوم سرعت محیطی چرخ و حد آستانه لغزش … را در سیکل های کنترلی مختلف مونیتور کرده و مورد مقایسه قرار می دهد . در خاتمه و در فاز 6 فشار ترمزی بطور مداومی کاهش خواهد یافت که تا زمانی که سرعت محیطی چرخ به بالاتر از حد آستانه آن (+a) در فاز 7 برسد ، ادمه پیدا خواهد کرد . به علت کاهش مداوم فشار ، چرخ فقط به مدت کوتاهی در محدوده لغزش زیاد قرار خواهد گرفت و در نتیجه پایداری و فرمان پذیری خودرو در اولین سیکل کنترلی به دست خواهد آمد .

فصل ششم
سیستمهای پایداری در خودروهای پیشرفته الکترونیکی
این سیستم ها عبارتند از :
ABS : Anti lock Braking System

ASR : Acceleration Skid Regulation

BAS : Brake Assistance System

ESP : Electronic Stability Program

SBC : Sensotronic Brake Control

ECU : Electronic Control Unit
ECU واحد کنترل الکترونیکی می باشد که سیگنالهای آنالوگی را از سنسورها دریافت کرده و به دیجیتال تبدیل می کند. سیگنالهای دیجیتالی به CPU رفته و با استفاده ازاطلاعات داخل RAM بهترین شکل فرمان محاسبه ، محاسبه کرده و به قسمتهای عمل کننده ارسال میکند .

Acceleration Skid Regulation (ASR)

ASR سیستم ضد لغزش بوده و در افزایش پایداروفرمان پذیری و سر نخوردن وبکسباد نکردن چرخهای خودرو کارایی دارد . این سیستم از سنسورهای ABS اطلاعات درمورد سرعت چرخ و سرعت خودرو را دریافت کرده و در صورت نا هماهنگ بودن دو فرمان می دهد یکی به سلونوئید ABS فرمان می دهد که چرخی که در حال بکسباد کردن است ترمز نماید وفرمان دیگری به ECU موتور فرستاده تا قدرت موتور را کاهش دهد .

بدونASR

با ASR

یک شرکت بیمه آماری ارائه داد که هیچ تفاوتی بین درخواستهای پرداخت خسارت اتومبیلهایی که مجهزبهABSبوده اند با آنهایی که فاقد این تکنولوژی می باشد ندارد. مهندسین در کمپانی های بنز و تویوتا ونیسان به این نتیجه رسیده اند که رانندگان اصولا تمایلی به وارد کردن حداکثر فشار به پدال ترمز را ندارند.
بنابرین سیستم ABS اصولا مجال و فرصتی پیدا نمیکند که بتواند به عنوان یک سیستم کمکی عمل کند. برای رفع این عیب سیستمی طراحی شد که در داخل بوستر نصب می شود وفشار ترمز را بنا به تشخیص ECU آن افزایش می دهد.که این سیستم BAS یا سیستم کمک ترمز است .

عملگر سیستم BAS
این سیستم یک سنسوردر پوستر ترمز(Pesal teravel sensor) دارد که اطلاعات دریافتی در رابطه با کورس پدال ترمز و سرعت استفاده از آن را در اختیارECU ی ABS قرار می دهید.
ABS توسط سیستم CAN با ABS در ارتباط است. چنانچه ترمز اضطراری احساس شود ECU فرمان بازشدن یک سوپاپ سلونوئیدی (valve solenoid) در داخل پوستررا میدهد که این امربلافاصله محفظه فشاربه فشار اتمسفررا باز کرده و باعث بوجود آمدن حد اکثر فشار ترمز میشود.

Electronic stability program (Esp)

عملکرد سیستم : ESP
برای استفاده از برنامه پایداری الکترونیکی ESP کافی است مدارهای هیدرولیکی را به اتومبیل اضافه کنید که با استفاده ازاین مدارها بتواند امکان ترمزانفرادی برروی رچرخ را ایجاد کنید. برای این کار اطلا عاتی از طریق سنسورهای مختلف که میزان زاویه انحراف , موقعیت فرمان و شتاب جانبی و میزان نیروی تولیدی موتوررااندازه گیری میکند دریافت میشود . به طور کلی سیستم ESPهماهنگ کننده میزان اصطکاک چرخها با نحوه حرکت راننده در رابطه با تمایل او به میزان انحراف فرمان بوده وبوجود آوردن یک برخورد یک برخورد منطقی بین سیستمهای ABS و ASR و BAS تلفیقی در پایداری اتومبیل را موجب می گردد .

متخصصین و مهندسین خودرو متفق القول هستند که آینده متعلق به سیستمهای ترمزی است که تحریک پذیری آنها بوسیله نیروی برق بوده و به آنها Brake by wire میگویند که واکنشی به مراتب سریعتر از هیدرولیک دارد.

SBC در حقیقت پل ارتباطی برای پر کردن شکاف بین دو سیستم موجود وجایگزین کردن سیستمهای هیدرولیکی , پنوماتیکی موجود به سیستم الکترونیکی است . البته نباید تصور کرد که SBC یک سیستم 100% برقی است , چرا که هنوز قدرت وارده به لنت ها توسط هیدرولیک وارد میشود . در خودرویی که مجهز به SBC است, راننده با فشار دادن بر روی پدال ترمز هدفش انتقال فرمان ودستورکاهش سرعت یا توقف به ECUیSBC است .

کنترل مدار بسته ترمزگیری در شرایط انحراف از مسیر
هنگامی که سیستم ترمز در سطوح با شرایط مختلف و فضای آزادی کم از طرفین و در شرایطی که چرخ های سمت چپ بر روی آسفالت خشک و چرخ های سمت راست بر روی سطح لغزنده ( همانند یخ ) قرار گرفته باشد ، اختلاف زیادی در نیروی مورد نیاز جهت ترمزگیری در چرخ های جلو به وجود خواهد آمد که این عامل باعث بوجود آمدن نیروی مرکزی چرخشی در حول محور عمودی خودرو خواهد داشت ( Yaw moment) ( شکل 9 ) .
خودرو های سواری سنگین با فاصله زیاد مرکز چرخ ها ، دارای ممان اینرسی بالایی در
حول محور عمودی می باشند . در این خودروها انتقال به حالت فوق الذکر (Yaw) بسیار بوده و راننده مدت زمان کافی جهت کنترل فرمان پذیری خودرو در حین ترمزگیری در شرایط وجود سیستم ABS خواهد داشت .

خودروهای کوچک تر و با فاصله کم مرکز چرخ ها که دارای ممان اینرسی پایینی نیز می باشند ، رفتار متفاوتی ارائه خواهند داد . در این مواقع ، سیستم ABS نیازمند سیستم تاخیر اینرسی ( GMA) به جهت اطمینان از اینکه پایداری و فرمان پذیری خودرو تحت شرایط ترمزگیری ناگهانی و سطوح جاده ای باریک حفظ می شود ، خواهد بود . این تاخیر باعث کاهش فشار در سیلندر ترمز چرخ جلو شده و سبب بوجود آمدن ضریب نیروی ترمزی بالاتری خواهد شد .
(شکل 10)

بیانگر توصیفی عملکرد سیستم تاخیر انحراف از مسیر می باشد . منحنی یک نشانگر فشار سیلندر اصلی ترمز( PHZ ) می باشد .
بدون وجود سیستم GMA ، چرخی که بر روی آسفالت خشک قرار دارد و دارای فشار Phigh(منحنی 2) و چرخی که بر روی سطح یخی (لغزنده) قرار دارد فشار PLow(منحنی 5)در مدت زمانی کوتاهی خواهد بود . در این شرایط هر چرخی به جهت تامین بیشترین کاهش شتاب ( کنترل مجزا ) شروع به ترمزگیری خواهد کرد .

GMA1
سیتم GMA1 در خودروهایی که دارای الگوهای پاسخ دهی غیر بحرانی می باشند ، بکار می رود. در فاز اولیه پروسه ترمزگیری این سیستم باعث افزایش فشار معینی در چرخی که دارای سرعت بیشتری می باشد (منحنی3) می شود و این مرحله تا زمانی که فشار در چرخی که دارای سرعت کمتری بوده و در مرحله اولیه قفل شدن چرخ است تخلیه شود ، ادامه خواهد داشت . به محض اینکه چرخی که دارای سرعت بیشتری می باشد به سطح فشار مورد نیاز جهت قفل شدن خود برسد ، سیگنالی که از سمت چرخ با سرعت کمتر ارسال می شود باعث بوجود آمدن سیستم کنترلی مجزایی در این چرخ شده و ترمزگیری با بازده بالایی در این چرخ بوجود خواهد آمد .
این پروسه باعث فرمان پذیری مناسب خودرو در طی ترمزهای ناگهانی و در سطوح نا همگن خواهد شد . به علت اینکه بیشترین نیروی ترمزی با کمترین تاخیر زمانی (750میلی ثانیه) در چرخی که دارای سرعت بیشتری می باشد ، اعمال می گردد ، مسافت ترمزگیری در مقایسه با خودروهایی که بدون وجود این سیستم می باشند ، کمتر می گردد .
GMA2
سیستم GMA2 در خودروهایی که دارای الگوهای پاسخ دهی بحرانی می باشند ، بکار می رود . به محض اینکه فشار نیروی ترمزی در چرخی که دارای سرعت کمتری می باشد آزاد شود ، فرمانی از طرف سیستم به شیر برقی سیستم ABS در چرخی که دارای سرعت بیشتری می باشد ارسال می گردد تا سیکل های نگهداری و کاهش فشار را آغاز نماید . ( شکل 10 منحنی 4 )
فشار جدید ایجاد شده در چرخی که دارای سرعت کمتری می باشد افزایش پیدا کرده و سپس باعث افزایش فشار تدریجی در چرخ با سرعت بیشتر می گردد و این در حالتی است که مدت زمان انباشته شدن فشار در سمت چرخ سرعت بالا ، طولانی تر از مورد مشابه آن در چرخ با سرعت کم تر است. پروسه سنجش فشار در سیستم محدود به سیکل اولیه کنترل نمی باشد و در تمامی طول مدت زمان اعمال ترمز نیز ادامه خواهد داشت .
تاثیر گذاری سیستم تاخیری در فرمان پذیری خودرو هنگامی حساستر می شود که خودرو دارای سرعت بالایی در ابتدای عمل ترمزگیری قرار گرفته باشد. سیستم GMA2 سرعت خودرو را با تقسیم آن در چهار گروه مشخص می کند که هر کدام دارای سطوح تاخیری متفاوتی می باشند .

فصل هفتم
روغن های ترمز
روغن ترمز نوعی روغن هیدرولیکی است که برای انتقال نیرو جهت سیستم ترمز بکار
می رود . جهت بر آوردن و تامین نیازمندیهای دقیق از لحاظ مسائل حفاظتی و ایمنی ، عملکرد قابل اطمینانی از اجزاء سیستم مورد نیاز می باشد . این نیازمندیها طبق استانداردهای مشابهی از سری استاندارد SAE معرفی و تشریح می گردند .( جدول 1 )
نیازمندیها
DOT3
DOT4
DOT5
11.83
نقطه جوش مرطوب( حداقل درجه سانتی گراد)
205
230
260
205
نقطه جوش خشک ( حداقل درجه سانتی گراد)
140
155
180
140
ویسکوزیته سرد در 40-درجه سانتی گرادmm/s
1500
1800
900
1800
جدول 1 (SAEJ1703 , FMVSS116 , ISO4925 )
استاندارد و مرجع جهت آزمایش
FMVSS116
SAEJ
1703

نیازمندیها
نقطه تعادل جوش
نقطه تعادل جوش بعنوان مرجعی از مقاومت سیالات در برابر فشار گرمایی بکار می رود . گرمایی که در سیلندرهای چرخ تولید می شود ( که به عنوان درجه حرارتهای گرمایی بالا در کل سیستم ترمز یاد می شود ) در برخی از موارد به عنوان نقطه بحرانی بشمار می رود . حبابهای بخار در درجه حرارتهای بالای نقطه جوش آنی روغن های ترمز تشکیل شده و در نتیجه باعث بوجود آمدن خرابی هایی در سیستم ترمز خواهد شد .
نقطه جوش مرطوب
نقطه جوش مرطوب بیانگر جذب رطوبت در نقطه تعادل جوش در برخی شرایط خاص می باشد . روغنهای نم گیر (glycol-based) بسیار حساس بوده و دارای نقطه جوش پایینی می باشند . با آزمایش نقطه جوش مرطوب می توان خواص مشابهی را با روغنهای ترمز مصرف شده مشاهده کرد . روغنهای ترمز قابلیت جذب رطوبت از شیلنگ های مرتبط سیستم را دارا می باشند و به همین دلیل می بایستی هر دو سال یکبار بطور کامل تعویض کرد . تعویض روغن ترمز در زمان توصیه شده ،جهت حفظ و نگهداری سیستم های امنیتی و حفاظتی بسیار حیاتی می باشد . در حین انجام مراحل تخلیه و تعویض کامل روغن ترمز بایستی توجه ویژه به تخلیه کامل هوای محبوس شده در مدار مبذول گردد ( هواگیری ترمزها) .
ویسکوزیته روغن
ویسکوزیته روغن بایستی در مقابل تغییرات درجه حرارت بخوبی واکنش نشان دهد تا سیستم ترمز عملکرد مناسبی را در شرایط و محدوده وسیع حرارتی (40-درجه سانتی گراد تا 100+درجه سانتی گراد ) داشته باشد . ویسکوزیته های مناسب در درجه حرارت پایین در سیستم های ترمز مجهز به ABS بسیار حائز اهمیت می باشد .
قابلیت تراکم پذیری
روغن ترمز بایستی دارای حداقل سطح تراکم پذیری در درجه حرارتهای مختلف باشد .

خاصیت ضد خوردگی
استانداردFMVSS116 بیانگر خاصیت ضد خوردگی و زنگزدگی روغنهای ترمز در مقابل قطعات فلزی که در مدار سیستم ترمز بکار می رود ، می باشد . جهت حفاظت کامل قطعات فلزی در مدار ترمز بایستی از افزودنیهای مجاز توصیه شده استفاده نمود .
تورم قطعات پلاستیکی
قطعات لاستیکی و پلاستیکی ( پلیمری ) بکار رفته در کل مدار سیستم ترمز بایستی با نوع روغن ترمز بکار رفته در خودرو مطابقت داشته باشد . اگرچه مقدار کمی تورم در این قطعات مورد انتظار است ولی ضروریست که این مقدار از 16% تجاوز ننماید .
بدیهی است که بالاتر از این مقدار ، روغن ترمز باعث ضعیف شدن این دسته از مجموعه خواهد شد . مقدار بسیار جزئی از آلودگی روغنهای معدنی ( روغنهای پایه معدنی ، حلالها) در روغنهای ترمز پایه گلیکول باعث خرابی مجموعه اجزاء لاستیکی ( همانند کاسه نمدها ) شده و در نتیجه سبب خرابی مدار سیستم ترمز خواهد گردید .
ترکیب شیمیایی
ساختمان ها و ترکیبات مختلف شیمیایی به جهت بهبود در خواص ذکر شده فوق بکار برده می شوند ولی بهرحال ممکن است برخی اصلاحات در یک مشخصه خواص ، باعث تغییرات ناخواسته ای در خاصیت دیگر گردد .

فصل هشتم
کیسه هوا(AIR BAG)
مقدمه
سیستم های کیسه هوایی به منظور حفاظت سر وسینه سرنشین خودرو در برابر ضربه های جانبی در ستون های بغل خودرو استفاده می شوند دراین تحقیق انواع مختلف سیستم های کیسه هوایی مورد تجزیه و تحلیل قرارگرفته و طراحی بهینه آن تهیه گردیده که میتوان برای هر مدل از خودرو با تغییرات جزئی از آن استفاده نمود.

کیسه های هوایی جانبی
درراستای تحقق خودکفایی درانجام پروژههایی که نیازبه فن وتکنولوژی پیشرفته ای دارد،تحلیل کیسه های هوایی در خودرو مورد استفاده قرار گرفت .استفاده از کیسه های هوایی با طول عمر حدود 15 سال به طورعمده در عمده در صنایع خودرو و موقع تصادفات ،ضربه های جلو ناشی از سرعتهای بالا را جذب میکند و اخیرا کیسه های هوایی جانبی نیز طراحی شده است.
اولین کیسه های هوایی درسال 1980 توسط کارخانه بنز وارد بازار شد ولی استقبال جهانی خوبی از آن نشد اما پس از انکه در سال 1989 استفاده از کیسه های هوایی جزاستاندارد های امریکا شناخته شد کاربرد آن در سطح جهانی افزایش یافت و این امر موجب تشویق بسیاری از کارخانجات در توسعه و تولید سیستم های کیسه های هوایی شد.

کاربرد همزمان کیسه هوایی و کمربندایمنی:
کیسه ها موقعی که با کمربند ایمنی استفاده شوند به میزان قابل توجهی از جراحات وآسیبهای وارده به سر می کاهند.کیسه های هوایی به عنوان یک سیستم کمکی استفاده می شوند. سیستم کیسه های هوا به واسطه یک مدار الکتریکی ،تحلیل گر،عیب نما و نمایش دهنده عیب سیستم از ایمنی واطمینان بسیار بالایی برخوردار می باشند.
به دلیل نقش عمده ای که کیسه هایی در کاهش جراحات وارده و مرگ و میر ناشی از تصادفات دارند .بنابراین نیاز استفاده از ان در خودرو های داخلی نیز احساس میشود به همین دلیل تحقیقی در مورد قطعات و وظایف هر یک ازآنها دراین سیستم انجام شده است.دراین سیستم کیسه هوایی بواسطه استفاده از سنسور الکترومغناطیس با دقت بالایی در تصادف از جلو فعال میشودو امکان عملکرد آن در تصادف جانبی و تصادف از عقب وجود ندارد ودر تصادف از جلو که در حدود 15 درجه از مقابل خودرو انحراف داشته باشد فعال میشود.
هر چند کیسه های هوایی نقش مکمل کمربندهای ایمنی در خودرو را بر عهده دارند و روز به روز استفاده از آنها بیشتر می شود اما نمی توانند جایگزین کمر بند ایمنی در خودرو شوند . زیرا کمر بند های ایمنی در خودرو بعنوان بهترین ، ارزانترین و آسانترین وسیله ایمنی در خودرو مطرح می باشند که در کلیه تصادفات اعم از ضربات جلو، پهلو و حتی وارونه شدن خودرو ، غلتش وغیره تاثیربسزایی در حفظ جان سر نشینان دارند.

تست کیسه هوایی

کیسه های هوایی با طول عمری کمتر از 15 سال در صنایع خودرو به طور عمده در تصادفات ضربه از جلو و تصادفات ناشی از سرعت های بالای 40 کیلو متر بر ساعت کاربرد دارند. در سالهای اخیر سیستم های کیسه های هوایی جانبی نیز طراحی گردیده است.ذکر این نکته لازم است که ایمنی کمر بند ایمنی و کیسه های هوایی باید بصورت توام بایکدیگر استفاده شوندو نتایج تحقیقات نشان می دهد که استفاده از کمر بند ایمنی در کنار کیسه های هوایی ضروری است وگرنه کارایی کیسه های هوایی کاهش می یابد.

آمارسازمان ملی ایمنی ترافیک:
بر اساس امار سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراههای امریکا در سال1997 استفاده از کیسه های هوایی بتنهایی جان 842 نفر را نجات داده است و از سال 1987 به بعد این رقم به 4200 نفر افزایش یافته است اصولا کیسه های هوایی طراحی شده اند تا اسیب های وارده بر سر و سینه را در تصادفات محدود سازد و لذا جایگزین کمربندهای ایمنی نمی باشند، بلکه مکمل انها هستند. چنانچه سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراه های امریکا تخمین زده است. ترکیب کیسه های هوایی و کمربند ایمنی میزان جراحت های وارده به ناحیه سررا در تصادفات تا 75 در صد کاهش میدهد. در حالی که در حالت استفاده از کمر بند ایمنی به تنهایی این رقم را در حدود 38 درصد کاهش یافته است. این امرگواه آن است که کیسه های هوایی درکاهش صدمات ناحیه سرنقش بیشتری دارد و حدود 40 درصد ان را کاهش میدهد. آنچه مسلم است نباید کیسه های هوایی را با یک بالش نرم اشتباه گرفت بلکه باید در نظر داشت که انها درزمانی کمتراز05/0 ثانیه یعنی سریعتراز یک چشم بر هم زدن با سرعتی بیش از400 کیلومتر برساعت به شکل بالشتک درمی اید و خود این میتواند
برای فردی که به کیسه هایی نزدیک است بسیار خطرناک باشد.لزوم سریع عمل کردن کیسه هوایی به این دلیل است که باید قبل از وارد شدن ضربه تصادف به راننده و سرنشینان خودرو و یا کیسه هوایی عمل کرده باشد و گرنه وجود آن بی معنا خواهد بود.
صدای عمل کردن کیسه های هوایی بسیار زیاد است ولی از انجا که این عمل در زمان بسیار کوتاهی صورت می گیرد .لذا اکثر افراد که تجربه عمل کردن کیسه های هوایی خودرو خود را داشته اند متوجه این صدا نشده اند بعضی افراد ادعا میکنند که بعد از عمل کردن کیسه های هوایی صدایی شبیه زنگ در گوش حس می گردد.این بسیار زود گذر است بهمین دلیل است که تاکنون هبچ گزارشی از طرف سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراههای امریکا مبنی بر آسیب از صدای کیسه های هوایی به گوش افراد دریافت نشده است.

خودروهایی که به کیسه های هوایی مجه زمی باشند با کلمات و یا حروفی از قبیل AIR BAG یا SRS مشخص شده اند که اغلب در ژاپن کاربرد دارد. همچنین وجود کیسه های هوایی در خودرو با نوشتن SIR که بطور برجسته روی فرمان و یا قسمت پانل(برای خودرو هایی که دارای کیسه های هوایی جانبی نیز میباشند )
نوشته شده است عدد مشخصه خودروVIN نیز می توانند دلیل وجود کیسه های هوایی در خودرو باشد.

بعضی از سازندگان، پلاکارد هایی در زیر کاپوت و یا روی ستون بغل پنجره نصب می کنند که بیانگر وجود کیسه های هوایی در خودرو میباشد.
همچنین روی پانل خودرو معمولا چراغی وجود دارد که عیوب احتمالی کیسه هوایی را به راننده تذکر می دهد.
کیسه های هوایی را معمولا طوری طراحی کرده اند که در تصادفات جلو خودرو در برخورد با مانع سخت مثلا یک دیوار بتونی ویا خودرو دیگر در سرعتی بیش از 30یا 40 Km/h فعال میشود. کیسه های هوایی دارای سنسورهای متعددی به منظور تفکیک تصادفات سرعت پایین از سرعت بالا و تصادفات فرعی از تصادفات اصلی می باشد.ذکر این نکته لازم است که ترمز زدن خودرو نمی تواند منجر به عمل کردن کیسه هوایی شود زیرا شتاب منفی در این حالت تنها 1/0شتاب منفی لازم برای فعال شدن کیسه هوایی است.

مواردی که کیسه هوایی فعال نمیشود:
مواردی وجود دارند که به رغم تصادفات خودرو از جلو کیسه هوایی فعال نمی شوند این موارد عبارتند از:

1- تغییر شکل شدیدی که در یک نقطه متمرکز باشد همانند برخورد با دکل های تلفن.

2- تغییر شکل هایی که به تدریج صورت می گیردمانند برخورد از پشت به کامیون در حال حرکت

3- در تصادف هایی که مانع مورد برخورد تغییر شکل زیادی بدهد مانند برخورد به پهلوی ماشین دیگر

4- در تصادف هایی که ضربه و تغییر شکل در نواحی متعدد و پس از برخورد های مکرر صورت پذیرد.

5- اگر خودرو دو یا چند بار بصورت پیاپی تصادف کند و در یکی از آنها کیسه هوایی فعال شود در تصادف بعدی کیسه هوایی عملکردی نخواهد داشت.زیرا کیسه هوایی طوری طراحی شده اند که پس از عمل کردن و منبسط شدن خالی شده و منقبض می گردد.

فعال شدن کیسه هوایی
موقعی کیسه هوایی فعال میشود که هردو سنسور جلو ضربه را احساس کنند.وکاپوت جلو جمع شود.
سیستم کیسه های هوایی به منظورمحافظت بیشترازسروسینه سرنشین خودرو موقع تصادفات شدید سیستم کیسه هوایی و کمربند ایمنی برای جذب ضربه وارده ازجلوبکارگرفته می شود.
این کیسه ها برای محافظت راننده در فرمان قرارمی گیرد و به دلیل نزدیکی راننده به فرمان از حساسیت ویژه ایی برخوردار می باشد.برای محافظت سر نشین نیز سیستم کیسه هوایی در داشبورد جایگزین می شودو برای محافظت سرنشین از ضربات جانبی نیز کیسه های هوای جانبی در ستونهای ماشین کار گذاشته میشود.
نحوه کار سیستم کیسه هوایی شبیه به اسلحه های نظامی می باشد بدین صورت که دریک تصادف شدید از جلو سنسورهای دقیق و حساس ضربه ناشی از تصادف را حس کرده و پس از تجزیه و تحلیل توسط کنترلر فرمان لازم به چاشنی ارسال میشود با عمل کردن این چاشنی مواد شیمیایی موجود در عملگر واکنش داده و تولید گاز می کند و درزمان بسیار کوتاهی گاز ناشی ازآن کیسه را منبسط می کنند. کیسه در زمانی بسیارکوتاه معمولا بین 04/0 تا 06/0 ثانیه براساس نوع خودرو وسیستم کیسه هوایی منبسط شده و پس از جذب ضربه سریعاًًخالی میشود.

انواع سنسورهای کیسه هوایی
سنسورها یکی ازمهمترین ، دقیقترین وحساسترین قسمتهای سیستم کیسه هوایی می باشند مزیت مهم سنسورهای الکترومکانیکی عدم حساسیت آنها به صدای ناشی ازتجهیزات برقی خودرو می باشد.شرکت تویوتا سنسورهای مورد استفاده را به سه دسته تقسیم میکند:
1. سنسور جلو
2. سنسور کف
3. سنسورایمنی
سنسورجلوبه علت شرایط سخت محیطی که درقسمتهای جلویی خودروبه واسطه درمعرض محیط بودن قراردارد،سنسورهای که درقسمت جلو خودرو قرار میگیردمیباید دارای ساختار صلب،پایدارو قابل اعتماد باشد. این سنسور از نوع الکترومکانیکی بوده و در دو نوع غلطشی وچرخشی بکار میروند.
سنسورغلتشی مرکب از یک جرم استوانه ای و یک فنر تخت است که دور آن پیچیده شده است. در طراحی این سنسورها،باکنترل نمودن وزن و اندازه استوانه،سختی فنر تخت ومسافتی که استوانه باید طی کند میتواند با توجه به ویژگی های وسیله نقلیه و مدت زمان شتاب منفی که میگیرد طراحی میشود.
درنوع سنسور چرخشی یک جرم خارج از مرکز و یک فنر پیچشی نقش اصلی را دارند. وزنه در یک موقعیت اولیه توسط نیروی اولیه وارده از طرف فنر با یک سختی ثابت قرار گرفته است.

سنسور کف:
درانواع الکترومکانیکی و الکتریکی می باشد وازآنجا که این سنسورها از منطقه تصادف دور هستند و در قسمت کف شاسی خودرو نصب میگردند از تنوع بیشتر برخوردار بوده و از نوع الکتریکی بیشتر استفاده می گردد. در نوع الکتریکی که بیشترین کاربرد را دارد نحوه کار براساس کرنش تیر یک سر گیرداراست که توسط یک پل الکتریکی به سیگنال الکتریکی تبدیل میشود.عناصر این پل الکتریکی در جدول زیر آمده است.

سنسور ایمنی
سنسورهای ایمنی همانند سنسورهای کف کف در منطقه تصادف قرار نمیگیرد ودر واقع در کف خودرو روی شاسی نصب میشوداین سنسورها ارز نوع الکترومکانیکی میباشند تا صدای ناشی از اجزای برقی روی عملکرد آنها تاثیر نگذارداین سنسورها وظیفه دارند که از فعال شدن کیسه هوایی در سرعتهای پایین یا دراثرسروصدا جلوگیری کند واگر سنسور کف یا جلو به طور نابهنگام و در اثر ناهنجاری وعیب فعال شودتنها سنسور ایمنی است که مانع از فعال شدن کیسه هوایی میشوداین در حالیست که شتاب منفی ناشی از ماکزیمم قدرت ترمز تنها 1/0 شتاب لازم برای عمل کردن سنسورها میباشد.این سنسورها در مدار الکتریکی با سنسورهای کف و جلو به طور سری بسته میشوند.
سنسور غلتشی
این سنسورها ساختمانی شبیه سنسورهای غلتشی دارند و به منظور کاهش هزینه از نظر اندازه کوچکتر ودارای قطعات کمتری هستند.

تحلیل گر سیستم کنترلی مورد استفاده در سیستم کیسه هوایی:
این قسمت ازسیستم کیسه هوایی وظیفه تشخیص ضربه های ناشی از تصادف،فرمان لازم جهت فعال شدن سیستم کنترل کارکرد اجزاء و عیب یابی سیستم کیسه هوایی و نمایش آن توسط کدهایی روی صفحه نمایش مقابل راننده را برعهده دارد. سنسورهای الکتریکی کف که در داخل واحد کنترلند همراه با دو سنسور جلویی که در قسمت جلوی خودرو نصب شده اند به طور موازی با یکدیگر در مدار قرار گرفته اند علاوه بر این،این 3 سنسور و سنسور ایمنی و چاشنی به صورت سری در مدار قرار گرفته اند.
عملگرمورد استفاده درسیستم کیسه هوایی:
عملگر در واقع آخرین قسمت فعال شونده سیستم کیسه هوایی می باشد.که با منبسط کردن کیسه هوایی مقابل سرنشین خودرو مانع از جراحات جدی وارد به سریا سینه سرنشین خودرو میگردند.فرمان ارسالی به قسمت عملگر باعث صدور فرمان آتش به چاشنی وانفجار موادشیمیایی موجود در آن میشود. حاصل این انفجار گازی بی خطرمیباشد که کیسه هوایی را با فشار و سرعت بالا منبسط می نماید. موقعی که چاشنی منفجر میشود.هر دوی مواد مواد تقویت کننده و مواد تولید کننده گاز واکنش داده و به سرعت برای منبسط کردن کیسه تولید گاز مینماید.

2