ترمزهای پیشرفته در خودروها2

قسمت دوم
یک مفهوم کلی از ترمزهای ضد قفل
تئوری ترمزهای ضد قفل بسیار ساده است.یک چرخ در حال لیز خوردن(به طوری که سطح تماس تایر نسبت به زمین سر بخورد) نسبت به چرخی که لیز نمی خورد نیروی اصطکاک کمتری دارد.اگربا اتومبیل خود در یخ گیر کرده باشید می دانید که اگر چرخها بچرخند هیچ نیروی جلو بری به اتومبیل وارد نمی شود زیرا سطح تماس چرخ نسبت به یخ لیز می خورد.
ترمزهای ضد قفل با جلوگیری کردن از سر خوردن چرخ ها در هنگام ترمز کردن،دو مزیت را بوجود می آورند:اول اینکه خودرو زود تر متوقف می شود و دوم اینکه می توان خودرو را هنگام ترمز کردن نیز هدایت کرد.

در ترمز های ضد قفل چهار بخش اصلی وجود دارد:
● حسگر های سرعت
●پمپ
●سوپاپ ها
●کنترل کننده

حسگرهای سرعت:
سیستم ترمز ضد قفل باید بداند چه موقع چرخ در حال قفل کردن است،حسگرهای سرعت که در هر چرخ یا در بعضی مواقع در دیفرانسیل قرار گرفته اند این اطلاعات را فراهم می کنند.
دنده هایی که دور تا دور چرخ دنده قرار گرفته اند به هنگام چرخش چرخ دنده یک ولتاژ AC را که فرکانس آن با سرعت چرخشی چرخ دنده متناسب است تولید می کنند این ولتاژ AC در ECU تجزیه و تحلیل و سرعت چرخ محاسبه می شود.
http://www.gerdavari.com/tormoz-pishe1.gif

سوپاپ ها:
در هر لوله ی ترمز که به هر ترمز می رود یک سوپاپ وجود دارد که با کنترل کننده کنترل می شود،در بعضی از سیستم ها سوپاپ سه حالت دارد:
●در حالت اول سوپاپ باز است و فشار از سیلندر اصلی مستقیما به ترمز می رسد
●در حالت دوم سوپاپ لوله ی ترمز را می بندد و ترمز را از سیلندر اصلی جدا می کند،این حالت از افزایش بیش از حد فشار ترمز وقتی راننده روی پدال فشار می آورد،جلو گیری می کند
●در حالت سوم سوپاپ مقداری از فشار ترمز را کم می کند
پمپ:
چون سوپاپ می تواند فشار ترمز را کم کند باید به طریقی این فشار از دست رفته را جبران کرد واین کاری است که پمپ انجام می دهد.بعد از اینکه سوپاپ فشار را در یک ترمز کم کرد پمپ دو باره فشار ایجاد می کند

کنترل کننده:
کنترل کننده یک پردازنده است که با توجه به حسگرهای سرعت، سوپاپ ها را کنترل می کند.
http://www.gerdavari.com/tormoz-pishe2.jpg

واحد کنترل هیدرولیکی در مجموع اعمال زیر را انجام می دهد

• تنظیم ABS
• کنترل مداوم کلیه اجزای الکتریکی ABS
• کمک به تشخیص عیب در تعمیرگاه به هنگام سرویس

http://www.gerdavari.com/tormoz-pishe3.jpg

ترمز ضد قفل هنگام عمل کردن
انواع مختلف و الگوریتم های کنترل گوناگونی برای ترمز های ضد قفل وجود دارد.ما درباره ی طرز کار یکی از ساده ترین انواع آن توضیح می دهیم.

کنترل کننده همیشه حسگرهای سرعت را کنترل می کند و به دنبال کاهش سرعت غیر معمول در چرخ ها می گردد.دقیقا قبل از اینکه چرخی قفل کند کاهش سرعت شدیدی را تجربه می کند اگر این چرخ کنترل نشود بسیار زودتر از زمانی که خودرو برای متوقف شدن نیاز دارد قفل خواهد کرد.یک خودرو که با سرعت ٦۰مایل در ساعت حرکت می کند درشرایط ایده آل حدود ٥ ثانیه زمان لازم دارد تا بایستد اما یک چرخ در کمتر از یک ثانیه از چرخیدن می ایستد و قفل می کند.
کنترل کننده می داند که یک چنین کاهش سرعتی در چرخها غیرممکن است.بنابراین در چرخی که کاهش سرعت غیر معمول داشته فشار ترمز را کاهش می دهد تا زمانی که حسگر آن چرخ افزایش سرعت را ثبت کند آنگاه کنترل کننده دوباره فشار ترمز را افزایش می دهد تا اینکه حسگر ها کاهش سرعت را گزارش کنند.کنترل کننده این کار را بسیار سریع وقبل از آنکه تایر تغییر سرعت زیادی داشته باشد انجام می دهد نتیجه این است که حرکت چرخ ها با همان شدتی که از سرعت خودرو کم می شود کند می گردد و ترمز ها چرخ ها را نزدیکی نقطه ی قفل کردن نگه می دارند که این به سیستم بیشترین نیروی ترمز کردن را می دهد.

نحوه عملکرد ترمز ABS
لوله هاي هيدروليکي که از پمپ زير پا مي آيند، به يک کارانداز هيدروليکي متصل مي شوند. لوله هاي ديگري از اين کارانداز به ترمز هرچرخ کشيده مي شوند. کارانداز را مدول کنترل سيستم ترمز ABS کنترل مي کند. حسگرهاي سرعت چرخ در هر چرخ بطور پيوسته سرعت چرخ را به مدول کنترل سيستم ترمز ABS اطلاع مي دهند. اين سيستم ترمز عمل نمي کند مگر اينکه کليد چراغ ترمز به مدول کنترل سيگنال بدهد که پدال ترمز فشرده شده است. وقتي مدول کنترل افت سريع سرعت چرخ را حس مي کند، به کارانداز سيگنال مي دهد که فشار روغن ترمز آن چرخ را تغيير دهد، در نتيجه چرخ قفل نمي شود. اين عمل به صورت زير اتفاق مي افتد :

مدول کنترل سرعت چهار چرخ را بطور پيوسته مقايسه مي کند. تا وقتي که هر چهار چرخ با سرعت تقريباً برابر مي چرخند، مدول کنترل اقدامي نمي کند. وقتي که سرعت چرخش چرخي سريعتر از چرخهاي ديگر کاهش مي يابد، مدول کنترل به رله سيستم ترمز ABS سيگنال مي دهد که واحد هيدروليکي را فعال کند. يک يا دو سلنوئيد در واحد هيدروليکي شيرهاي تنظيم جريان يا شيرهاي سلنوئيدي لوله هاي ترمز را باز و بسته مي کنند. با عمل کردن اين شيرهاي سلنوئيدي فشار هيدروليکي پشت هر ترمز قطع يا وصل مي شود.
وقتی ترمز ضد قفل در حال کار کردن است شما ضربات منظمی در پدال ترمز احساس می کنید که به خاطر باز و بسته شدن سریع سوپاپ ها است.بعضی از ترمزهای ضد قفل تا ۱٥بار در ثانیه این کار را انجام می دهند.
http://www.gerdavari.com/tormoz-pishe4.jpg

انواع ترمزهای ABS
ترمزهای ضد قفل طراحی های مختلفی دارند که به نوع ترمز به کار رفته بستگی دارد.ما به آنها بر اساس تعداد کانال ها(تعداد سوپاپ هایی که به طور جداگانه کنترل می شوند) و تعداد حسگر های سرعت اشاره می کنیم:
●ترمز ضد قفل با چهار کانال و چهار حسگر سرعت:این بهترین طراحی است که در آن برای هر چرخ حسگر و سوپاپ جداگانه ای وجود دارد با این روش کنترل گر هر چرخ را به طور مجزا بررسی می کند تا به هر چرخ بیشترین نیروی اصطکاک وارد شود.

●سه کانال و سه حسگر:این روش بیشتر در وانت ها و کامیون ها با چهار چرخ ضد قفل استفاده می شود و در آن برای هر چرخ جلو یک حسگر و یک سوپاپ وجود دارد اما برای دو چرخ عقب فقط یک حسگر و یک سوپاپ وجود دارد.حسگر سرعت چرخ های عقب روی محور عقب قرار دارد.
در این حالت برای هر چرخ جلو کنترل جداگانه وجود دارد بنابراین چرخ های جلو به بیشترین نیروی ترمزی می رسند. چرخ های عقب قبل از فعال شدن سیستم ضد قفل، قفل می کنند. با این سیستم ممکن است یکی از چرخهای عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که نسبت به حالت چهار کاناله باعث کاهش کارایی ترمز می شود.
یک کانال و یک حسگر:این سیستم در وانت ها و کامیون ها با محور عقب ضد قفل وجود دارد که یک سوپاپ برای کنترل هر دو چرخ عقب و یک حسگر سرعت واقع در محور عقب دارد
این سیستم مشابه قسمت عقب سه کاناله عمل می کند دو چرخ عقب با هم کنترل می شوند و قبل از فعال شدن سیستم ضد قفل هر دو قفل می کنند.در این روش هم ممکن است یکی از چرخ های عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که باز هم باعث کاهش کارایی ترمز می شود.
این سیستم به سادگی قابل تشخیص است.معمولا یک لوله ی ترمز وجود دارد که با یک اتصالT شکل به دو چرخ عقب وصل می شود.شما می توانید حسگر های سرعت را با مشاهده ی اتصالات الکتریکی نزدیک دیفرانسیل در محورعقب پیدا کنید.

ESP ترمز نیست
برنامه پایداری الکترونیکی یا همان سیستم آنتی رولینگ است.
سیستم ای اس پی حاصل تلفیق سیستم ترمز ای بی دی ... سیستم ا بی اس و سیستم تراکشن کنترل است که بوسیله نرم افزاری و در صورت داشتن سخت افزار لازم برای سه سیستم بالا به همراه تعدادی سنسور اضافه برای زاویه فرمان و شتاب های طولی و عرضی وارده به خودرو سیستم پایداری الکترونیکی یا همان ای اس پی بوش ( بعضی از شرکتها نامهای تجاری دیگه مثل مثلا" DSP برای بی ام دبلیو ) رو بوجود آورد.
کار ای اس پی چیست؟
ای اس پی با اندازه گیری مداوم این پارامترها وضعیت حرکتی خودرو رو بررسی میکند:

1-سرعت گردش هر چرخ و سرعت حرکت خودرو
2-وضعیت قرار گیری فرمان و همینطور محاسبه سرعت گرداندن فرمان
3-میزان شتاب وارده طولی و شعاعی به خودرو
4-وضعیت موتور از نظر گشتاور تولیدی
5-در بعضی از گونه ها تعدادی سنسور برای بررسی وضعیت مسیر حرکت از نظر خیس یا خشک بودن و همینطور میزان لغزندگی مسیر حرکت هم وجود دارد

بعد از بررسی پارمترها فوق ای اس پی یک نقشه کلی از نظر چگونگی حرکت خودرو و وضعیت چرخها تنظیم میکند و با مقایسه این مقادیر با مقادیر ایده آل مورد نیاز خودرو تصمیم به دخالت در امر رانندگی میگیرد.به این ترتیب که با توجه به سرعت حرکت خودرو و شتاب وارده به خودرو از جهات مختلف و همینطور چگونگی کارکرد راننده با فرمان نتیجه گیری میکند که شرایط حرکت خودرو عادی یا با اندر استیر ( انحراف قسمت جلوی خودرو ) و یا اور استیره ( انحراف قسمت عقب خودرو ).در صورت اندر یا اور استیر بودن با استفاده تکی یا توام از ترمز چرخها و گاها" گشتاور موتور شروع به اصلاح وضعیت حرکت خودرو میکند.
FULL-contact disc brake
اين طرح شبيه ترمزهاي ديسکي است، با اين تفاوت که در ترمزهاي ديسکي هنگام ترمزگيري تنها حدود 15 درصد سطح ديسک گردان با لنتها در تماس مي باشند، اما با تغيير در طراحي آنها و ساخت اين نمونه که به عنوان ترمز ديسکي تمام درگير ناميده مي شود، تقريباً 75 درصد سطح ديسک گردان در يک لحظه با لنتها مي توانند در تماس باشند.
در استفاده از ديسکها و لنتهاي معمول، ديسک گردان بين لنتها درگير مي شود. اما در اين نمونه (Full-contact) همانطور که درشکل مشاهده مي شود، يک سطح عنکبوت مانند، ديسک ترمز را در برمي گيرد که شش لنت ترمز نيز درون اين سطح و روي ديسک قرار مي گيرد. سيستم عملگر نيز بصورت هيدروليکي برروي لنت مدوري که پشت ديسک قرار دارد عمل مي کند.
براي اطمينان از انتقال حرارت ترمز و خنک نگه داشتن آن، سيستم بوسيله پره هاي خنک کننده اي که به لنتهاي بيروني متصل است، پوشيده شده است. لنتهاي دروني درون يک قالبي از جنس مواد کامپوزيت قرار گرفته اند. براي اطمينان از عملکرد بهينه ترمز تحت شرايط گوناگون از انواع مختلفي از مواد بعنوان لنت استفاده مي شود.
مزاياي اينگونه ترمزها که نسبت به گونه هاي قبلي آن قابل ملاحظه است، عبارتند از : خنک کاري بهتر، توان ترمز گيري بيشتر و کاهش سروصدا و ارتعاشات.
http://www.gerdavari.com/tormoz-pishe5.jpg



Automatic brake differential (ABD)
اين سيستم كه با نام TCS نيز شناخته می شود برای گذر از محلهای لغزنده بكار می رود ، حالتی را فرض كنيد كه يك يا چند چرخ خودرو در محلی لغزنده يا گل آلود گير كنند ، چرخهای مورد نظر به صورت درجا می چرخند و خودرو بدون حركت در جايش باقی می ماند ، حتی در صورت گل آلود بودن سطح ، چرخ بيشتر و بيشتر به داخل گل و لای فرو می رود ، اما با كمك سيستم ABD اين اتفاق نخواهد افتاد چرا كه اين سيستم با تشخيص هرزگردی چرخ و با كمك سيستم ABS چرخ يا چرخهای مورد نظر را با گرفتن و رها كردن ترمز از حالت هرزگردی خارج ، و با انتقال نيرو به چرخ يا چرخهای درگير با سطح غير لغزنده ، خودرو را از آن محيط بيرون می آورد.
Electronic brakeforce distribution (EBD)
اين سيستم مكملی است برای سيستم ABS ، که با تقسيم نيروی ترمز به ميزان لازم برای اکسل های جلو و عقب ، ماکزيمم تاثير سيستم ترمز رابرآورده می سازد ، در نتيجه پايداری خودرو ؛ با هر باری و تحت هر نوع شرايط جاده ای حفظ می گردد ، اين سيستم همچنين با تقسيم نيروی ترمز بين چرخهای عقب از چرخش خودرو هنگام ترمز کردن در سر پيچ ها نيز جلوگيری می کند

ترمز ESC
يك سيستم براي كنترل مستقيم گشتاور چرخشي جهت بهبود در پايداري و كنترل پذيري خودرو است. در ESC كنترل گشتاور چرخشي به عنوان راهي براي كنترل ديناميك جانبي در جريان يك مانور شديد در نظر گرفته مي شود. براي دستيابي به اين هدف يك استراتژي كنترلي براي گشتاور چرخشي بر مبناي فيدبك از متغييرهاي حالت سيستم و يك مجموعه عملگر لازم است.

ایجاد گشتاور چرخشی در ESC به دو طریق میسر است
روش متداول ايجاد گشتاور چرخشي ترمزگيري مستقل چرخها و استفاده از اختلاف نيروي ترمزي طرفين چپ و راست خودرو است. اين روش به عنوان ترمزگيري اختلافي شناخته شده است و بر مبناي تكنولوژي ترمز ABS با منطق كنترلي پيچيده تر استوار است. عليرغم موتورهاي احتراق داخلي مرسوم در نمونه هاي مدرن موتورهاي الكتريكي EVS كنترل نيروي رانش موتور مي تواند به عنوان ابزاري براي ايجاد گشتاور چرخشي استفاده شود. زنجيره توان در اين موتورها شامل دو يا چهار موتور الكتريكي است كه با هر كدام از چرخها يكپارچه شده و مي تواند مستقلا كنترل شوند. در اين تركيب بندي نيروي رانش هر چرخ بوسيله كنترل جريان موتور الكتريكي قابل كنترل است
استفاده از ESC خصوصا در خودروهاي الكتريكي بسيار حائز اهميت است. در حقيقت با نصب جعبه هاي سنگين باطريها در اين خودروها موقعيت مركز ثقل خودرو به طور ناخواسته جابجا مي شود اين موضوع خودرو را بيش فرمان مي كند. اين به معني نياز جدي اين خودروها به سيستمهاي پايداركننده اضافي چون ESC است. اين در حالي است كه در خودروهاي احتراق داخلي متداول كم فرماني ذاتي خودروها پايداري قابل ملاحظه اي را حتي در مانورهاي شديد بوجود آورده است.عليرغم نحوه ايجاد گشتاور پيچشي استراتژي كنترلي حاكم بر آن جنبه اصلي طراحي يك سيستم ESC است. اين استراتژي علاوه بر توليد گشتاور پيچشي مورد نياز بايد توزيع بهينه نيروي طولي در چرخها را براي دستيابي به بهترين شرايط از جهت پايداري بدست دهد. اين موضوع خودرو را از اثرات نامطلوب بيش فرماني و كم فرماني مي رهاند.
وضعيت ايمني با استفاده از ESC اگرچه سيستمهاي غير فعال مانند كمربند ايمني خسارات ناشي از تصادف از جلو را كاهش داده است. امروزه بخش بزرگي از خسارات به دليل انحراف از مسير و تصادفات جانبي بوجود مي آيند. و اين حوزه اي است كه ESC نقش اساسي خود را ايفا مي كند. در سال 2003 تحقيق جامعي در دانشگاه Iowa انجام شد با اين پرسش اوليه كه" آيا وجود ESC به راننده براي كنترل خودرو در شرايط بحراني كمك مي كند؟" بر اساس تمام تحليلهاي انجام شده با وجودESC شرايطي كه راننده كنترل خود را از دست مي دهد 24.5 درصد نسبت به حالت بدون ESC كاهش داشته است. براي يك تست مشخص راننده هايي كه توانسته اند با وجود ESC كنترل خودرو را حفظ كنند 34% بيشتر از حالتي بود كه سعي مي كردند، خودرو بدون ESC را كنترل كنند.
اين تحقيق تاثير شاخص و قابل توجه ESC را در حفظ ايمني خودرو نشان مي دهد. VW در تحليل تصادفات محصولات خود نشان داده است كه با وجود 80% ESC از ميزان تصادفات ناشي از لغزش كاسته مي شود . VW نتيجه گرفته است كه تاثير استفاده از ESC در كاهش خسارات ناشي از تصادفات حتي از كيسه هوا هم بيشتر است .
بر مبناي تحليل آماري تصادفات جاده اي ، تويوتا برآورد كرده است كه ESC توانسته است تا 50% تصادفات خودرو منفرد را كاهش دهد. نتايج همه اين مطالعات تصويري پايا از ESC به عنوان يك سيستم موثر بر ايمني ارائه مي دهد. خصوصا پتانسيل بيشتر اين سيستمها وقتي آشكار مي شود كه از آنها در خودروها با مركز ثقل بالا - مثل خودروهاي SUV و كاميونتها- استفاده شود.

اما در هر حال بايد گفت كه ESC نمي تواند از همه تصادفات جلوگيري كند يا براي همه خطاهاي راننده تنظيم گردد. براي داشتن ترافيك جاده اي ايمن هنوز هم تمرينات رانندگي و برآورد درست راننده از وضعيت حركت نقشي اساسي را بازي مي كند. با كنترل سرعت و وضعيت رانندگی ، از چرخش و انحراف خودرو در پيچها جلوگيری ميكند و بوسيله دكمه ECS/Sport بر روی داشبورد نيز قابل كنترل می باشد.

ترمز الکتریکی
اين نمونه از پيشرفته ترين نمونه ها در نوع خود است که معمولاً در خودروهاي مسابقه اي فرمول يک استفاده مي شود. از لحاظ ساختماني شبيه عملگر هيدروليکي دو مرحله اي است با اين تفاوت که بجاي مدار فرمان هيدروليکي، يک مدار فرمان الکترونيکي جايگزين شده است. بدين صورت که پدال ترمز به يک رئوستاي فوق العاده حساس متصل شده است و هرچه پدال بيشتر فشرده شود، سيگنال بزرگتري به مدول کنترل فرستاده مي شود. (شکل4-15) اما مدار هيدروليکي دوم شبيه حالت قبل است. از مزاياي اين سيستم اين است که مي توان محل پدال را بدون محدوديت هرجاي دلخواهي در نظر گرفت.
http://www.gerdavari.com/tormoz-pishe6.jpg












گرداورنده : محمد حسین لطف آبادی
استاد : مهندس مجید سالاری