Hogyan működnek az autófékek: teljes útmutató a fékrendszerekhez

Gépjármű fékek a súrlódás révén alakítsa át járműve kinetikus energiáját hőenergiává, így autóját szabályozottan leállítja. Ha lenyomja a fékpedált, A hidraulikus nyomás 3-6-szorosára megsokszorozza a láb erejét , a fékbetéteket a forgó tárcsákhoz vagy dobokhoz nyomja, hogy létrehozza a lassításhoz szükséges súrlódást. A modern járművek tárcsafékeket, dobfékeket vagy a kettő kombinációját alkalmazzák, valamint olyan kifinomult rendszereket, mint az ABS és az elektronikus fékerőelosztás a biztonságos és megbízható fékezőerő biztosítása érdekében.

The Hydraulic Brake System Foundation

A hidraulikus rendszer alkotja a modern autófékrendszer gerincét. Ha lenyomja a fékpedált, az aktiválja a fékfolyadékot tartalmazó főhengert. Ez a zárt rendszer Pascal elvén működik, ahol a zárt folyadékra kifejtett nyomás egyformán terjed át a rendszerben.

Főfékhenger működése

A főhengerben két dugattyú található, amelyek külön hidraulikus körökben hoznak létre nyomást. A kétkörös rendszerek 1967-ben váltak kötelezővé miután a biztonsági előírások redundanciát írnak elő – ha az egyik áramkör meghibásodik, a másik részleges fékezési képességet tart fenn. A tipikus főfékhenger generál 800-1200 psi hidraulikus nyomás normál fékezéskor és 2000 psi-ig vészleálláskor.

Fékfolyadék tulajdonságai

A fékfolyadéknak összenyomhatatlannak kell maradnia szélsőséges körülmények között, miközben ellenáll a -40 °F és 400 °F közötti hőmérsékletnek. A 3. PONT, 4. PONT és DOT 5.1 folyadékok glikol alapúak, eltérő forrásponttal:

A glikol alapú folyadékok higroszkópos jellege azt jelenti, hogy idővel felszívják a nedvességet, ami csökkenti a forráspontot és csökkenti a fékhatást. A gyártók a fékfolyadék cseréjét 2-3 évente javasolják futásteljesítménytől függetlenül.

A tárcsafék alkatrészei és működése

A tárcsafékek uralják a modern járműveket kiváló hőelvezetésük és egyenletes teljesítményük miatt. A rendszer a kerékagyhoz erősített rotorból, a féknyeregházból, a hidraulikus dugattyúkból és a fékbetétekből áll, amelyek súrlódást okoznak a rotorral szemben.

Fékrotor tervezés

A rotorok többféle konfigurációban kaphatók, mindegyik különböző alkalmazásokhoz optimalizálva:

• Szilárd rotorok egyrészes öntvények, amelyeket a gazdaságos járművek hátsó tengelyein használnak, ahol alacsonyabb a hőtermelés
• Szellőztetett rotorok feature internal cooling vanes that pump air through the rotor, reducing temperatures by 100-200°F during heavy braking
• Fúrt rotorok lyukakkal rendelkezik, amelyek felszabadítják a gáz felhalmozódását és csökkentik a súlyt, de szélsőséges hőterhelés hatására megrepedhetnek
• Hornyolt rotorok hornyokat használjon a fékpor elvezetésére és a betétharapás fenntartására, ami a nagy teljesítményű járműveken általános

A legtöbb személygépkocsi rotor 10-14 hüvelyk átmérőjű és 15-25 fontot nyom. A nagy teljesítményű alkalmazások legfeljebb 16 hüvelykes, 28-32 mm vastagságú rotorokat használnak az ismétlődő kemény megállások kezelésére. 60 mérföld/óra 110 láb alatt .

A féknyereg típusai és működése

A féknyergek két elsődleges kivitelben kaphatók. Az úszó féknyergek egyetlen dugattyút használnak, amely az egyik betétet a rotorhoz nyomja, miközben a féknyereg testét húzza az ellentétes betét felhelyezéséhez. Ez a kialakítás olcsóbb, és a legtöbb gazdaságos és középkategóriás járműben megjelenik. A rögzített féknyergek mereven rögzíthetők, és egymással ellentétes dugattyúkat használnak (általában 4, 6 vagy 8), hogy mindkét oldalról egyenletes nyomást fejtsenek ki. A rögzített féknyergek 15-20%-kal nagyobb szorítóerőt biztosítanak jobb hőkezeléssel, így a sportautók és luxuslimuzinok alapfelszereltsége.

Fékbetét összetétele

A modern fékbetétek többféle anyagot kevernek a súrlódási, zaj-, por- és kopási jellemzők egyensúlyára. A félig fémből készült párnák 30-65% fémtartalmat tartalmaznak, beleértve acélt, vasat és rezet, így kiváló hőátadást és tartósságot biztosítanak 40 000-70 000 mérföld élettartam . A kerámia betétek kerámiaszálakat és színesfém anyagokat használnak, amelyek kevesebb port és zajt termelnek, de 40-60%-kal többe kerülnek. A szerves párnák csendes működést biztosítanak, de gyorsabban kopnak, és nedvesen rosszul teljesítenek.

Dobfék mechanika

A dobfékek a súrlódó alkatrészeket egy forgó dob belsejébe zárják, íves fékpofákkal, amelyek kifelé nyomódnak a dob belső felületéhez. Noha nagyrészt az első tengelyeken lévő tárcsákkal helyettesítik, a dobok továbbra is gyakoriak maradnak a teherautók és gazdaságos személygépkocsik hátsó tengelyein az alacsonyabb gyártási költségek és a hatékony rögzítőfék-integráció miatt.

Vezető és követő cipőtervezés

A legtöbb dobrendszer vezető-záró saru konfigurációt használ. A vezető saru a dob forgása irányába mozog, így önerősödő hatást kelt, amely megsokszorozza a fékezőerőt. A hátsó saru elfordulás ellen mozog, így stabilitást biztosít és megakadályozza az elakadást. Ez az elrendezés biztosítja egyenletes fékezőerő 25-30%-kal kevesebb pedálerővel mint az egyenértékű lemezrendszerek.

Kerékhenger funkció

A főfékhenger hidraulikus nyomása egy két egymással szemben lévő dugattyút tartalmazó kerékhengerbe jut. Ezek a dugattyúk kifelé nyomják a fékpofákat a rugó visszatérő feszültsége ellen. A tipikus kerékhenger furat átmérője 0,75-1,0 hüvelyk, elegendő erőt generálva 400-600 kilós nyomás a cipőtől a dobig .

Hőelvezetési korlátozások

A zárt kialakítás felfogja a hőt a dobegység belsejében, korlátozva az ismételt erős fékezési képességet. Normál használat során a dobok hőmérséklete elérheti a 400-600°F-ot, de a tartósan 500°F feletti hőmérséklet a fékek elhalványulását okozza, mivel a súrlódó anyagok elvesztik hatékonyságukat. Ez a hővisszatartás megmagyarázza, hogy a modern járművek miért használnak tárcsaféket az első tengelyeken, amelyek kezelik A teljes fékerő 60-70%-a lassítás közben.

Fékerősítő rendszerek

A fékrásegítők felerősítik a pedálerőt, hogy csökkentsék a vezető erőfeszítéseit, miközben megtartják a pontos irányítást. Segítség nélkül egy 3500 kilós jármű autópályán történő megállításához több mint 150 font pedálnyomásra lenne szükség – ez a legtöbb sofőr számára fenntarthatatlan igény.

Vákuumos fékerősítő

A vákuumfokozó a motor szívócsatorna vákuumját használja, hogy nyomáskülönbséget hozzon létre a membránon. Amikor lenyomja a fékpedált, kinyílik egy szelep, amely engedi a légköri nyomást a membrán egyik oldalán, miközben fenntartja a vákuumot a másik oldalon. Ezt 14,7 psi nyomáskülönbség a főhengert segítő rudat tol, 3-4-szeresére megszorozva a bemenő erőt. Egy tipikus nyomásfokozó 8-11 hüvelyk átmérőjű, és a pedálszerelvény és a főhenger közé szerelhető.

Hidraulikus fékasszisztens

A dízelmotorok és a turbófeltöltős járművek gyakran nem rendelkeznek elegendő vákuummal, ami hidraulikus segédrendszereket igényel. Ezek motoros szivattyút használnak a hidraulikafolyadék nyomás alá helyezésére 2000-3000 psi , akkumulátorban tárolva. A rendszer a motor terhelésétől függetlenül egyenletes lendületet biztosít, és olyan fejlett funkciókat tesz lehetővé, mint az automatikus vészfékezés.

Elektromechanikus erősítők

A hibrid és elektromos járművek elektromechanikus fékrásegítőket használnak, mivel hiányzik a motor folyamatos működése. A motorral hajtott golyóscsavar vagy sebességváltó felerősíti a pedál bemenetét, azonnali reakciót biztosítva, és zökkenőmentesen integrálódik a regeneratív fékrendszerekkel, amelyek képesek helyreállni a kinetikus energia akár 70%-a lassítás közben.

Blokkolásgátló fékrendszerek

Az ABS megakadályozza a kerekek blokkolását erős fékezés közben azáltal, hogy másodpercenként akár 15-ször módosítja a hidraulikus nyomást. A rendszer fenntartja a gumiabroncsok tapadását, lehetővé téve a kormányzás irányítását, miközben maximalizálja a fékezőerőt. Az ABS 10-20%-kal csökkenti a féktávolságot nedves útfelületen és még inkább jégen vagy kavicson.

Alkatrészek működése

Minden keréknek van egy sebességérzékelője, amely figyeli a forgási sebességet. Amikor az ABS vezérlőmodul azt észleli, hogy egy kerék gyorsabban lassul, mint a többi – jelezve a közelgő blokkolást –, akkor parancsot ad egy hidraulikus modulátornak, hogy csökkentse a kerék fékjére nehezedő nyomást. A rendszer három fázison megy keresztül:

1. Nyomástartás fenntartja az aktuális fékerőt, amikor a kerék megcsúszik
2. Nyomáscsökkenés leengedi a féknyomást, hogy helyreállítsa a kerék forgását
3. Nyomás növekedés újra kifejti a fékerőt, amikor a kerék visszanyeri tapadást

Teljesítmény jellemzők

A modern ABS rendszerek 5-10 ezredmásodpercenként dolgozzák fel az érzékelőadatokat, és ezredmásodperces pontossággal állítják be a féknyomást. A tipikus rendszer az optimális csúszási arányt 10-20% között tartja, ahol a gumiabroncs súrlódási csúcsa van. Ez magyarázza a pedál lüktetését az ABS aktiválása közben – a hidraulikus modulátor gyorsan mozgatja a szelepeket a nyomás szabályozására.

Elektronikus fékerő-elosztás

Az EBD optimalizálja a fékegyensúlyt az első és a hátsó tengely között a jármű terhelése és lassulása alapján. Fékezés közben a súly előretolódik, csökkentve a hátsó gumiabroncs tapadását. Az EBD arányosan csökkenti a hátsó féknyomást, hogy megakadályozza a hátsó kerék idő előtti blokkolását, miközben maximalizálja az első fékek hatékonyságát.

A rendszer figyeli az egyes kerekek fordulatszámát, és folyamatosan kiszámítja az optimális nyomáseloszlást. Egy megrakott kisteherautóban az EBD küldhet a fékerő 75%-a az első tengelyre , míg egy üres sportautó kiegyensúlyozottabb 65-35 osztást kap. Ez a dinamikus beállítás javítja a stabilitást és csökkenti a féktávolságot változó körülmények között.

A fékrendszer karbantartási követelményei

A megfelelő karbantartás biztosítja az egyenletes fékteljesítményt és megakadályozza az alkatrészek idő előtti meghibásodását. A kopási minták és a szervizintervallumok megértése segít azonosítani a problémákat, mielőtt azok veszélyeztetik a biztonságot.

A betét és a rotor élettartama

A fékbetéteket a vezetési stílustól és az anyagösszetételtől függően általában 30 000-70 000 mérföldenként kell cserélni. A legtöbb betét kopásjelzőkkel rendelkezik – fém fülek, amelyek érintkeznek a rotorral, amikor a betét vastagsága eléri 3 mm, a minimális biztonságos specifikáció . A rotorok 50 000-100 000 mérföldet bírnak, de a betétcsere során meg kell mérni. A minimális specifikáció alatti vastagság vagy a 0,002 hüvelyk feletti felületi kifutó rotor cseréjét teszi szükségessé.

Folyadék ellenőrzése és cseréje

A fékfolyadék vizsgálata méri a nedvességtartalmat és a forráspontot. A szennyezett folyadék átlátszó borostyánsárga helyett sötétbarnának tűnik, és látható részecskéket tartalmazhat. A szakmai tesztek ezt mutatják 3%-os nedvességtartalom 25%-kal csökkenti a forráspontot , jelentősen növeli az elhalványulás kockázatát hegyi ereszkedés vagy ismételt kemény megállások során.

Fékproblémák figyelmeztető jelei

• A csikorgó vagy csikorgó hangok azt jelzik, hogy az elhasználódott betétek azonnali cserét igényelnek
• A pedál lüktetése elvetemült rotorokra utal, amelyek vastagsága meghaladja az előírásokat
• A puha vagy szivacsos pedálérzés a hidraulikavezetékekben lévő levegőre vagy a főfékhenger belső kopására utal
• Ha a jármű fékezés közben egy oldalra húzódik, az elakadt féknyereg dugattyúkat vagy szennyezett betéteket jelez
• A megnövekedett féktávolság a rendszer általános romlására utal, amely átfogó ellenőrzést igényel

E tünetek azonnali megszüntetése megakadályozza más alkatrészek károsodását, és fenntartja a vészleállításokhoz szükséges biztonsági ráhagyást.