Paano Gumagana ang Automotive Brakes: Kumpletong Gabay sa Mga Braking System

Mga preno ng sasakyan i-convert ang kinetic energy ng iyong sasakyan sa thermal energy sa pamamagitan ng friction, na nagdadala sa iyong sasakyan sa isang kinokontrol na paghinto. Kapag pinindot mo ang pedal ng preno, ang haydroliko na presyon ay nagpaparami ng puwersa ng iyong paa ng 3-6 na beses , itinutulak ang mga brake pad laban sa mga umiikot na disc o drum upang lumikha ng friction na kailangan upang bumagal. Gumagamit ang mga modernong sasakyan ng alinman sa mga disc brake, drum brake, o kumbinasyon ng pareho, kasama ng mga sopistikadong sistema tulad ng ABS at electronic brake force distribution upang matiyak ang ligtas at maaasahang stopping power.

Ang Hydraulic Brake System Foundation

Ang hydraulic system ang bumubuo sa backbone ng modernong automotive braking. Kapag pinindot mo ang pedal ng preno, pinapagana nito ang isang master cylinder na naglalaman ng brake fluid. Ang selyadong sistemang ito ay gumagana sa prinsipyo ng Pascal, kung saan ang presyon na inilapat sa isang nakapaloob na likido ay pantay na nagpapadala sa buong sistema.

Master Cylinder Operation

Ang master cylinder ay naglalaman ng dalawang piston na lumilikha ng presyon sa magkahiwalay na hydraulic circuit. Ang dual-circuit system ay naging mandatory noong 1967 pagkatapos ng mga regulasyon sa kaligtasan ay nangangailangan ng redundancy—kung ang isang circuit ay nabigo, ang isa ay nagpapanatili ng bahagyang kakayahan sa pagpreno. Ang karaniwang master cylinder ay bumubuo 800-1200 psi ng haydroliko na presyon sa panahon ng normal na pagpepreno at hanggang sa 2000 psi sa panahon ng emergency stop.

Mga Katangian ng Brake Fluid

Ang brake fluid ay dapat manatiling hindi mapipigil sa ilalim ng matinding mga kondisyon habang lumalaban sa temperatura mula -40°F hanggang lampas 400°F. Ang mga likidong DOT 3, DOT 4, at DOT 5.1 ay batay sa glycol na may iba't ibang punto ng kumukulo:

Ang hygroscopic na katangian ng glycol-based na mga likido ay nangangahulugan na sila ay sumisipsip ng kahalumigmigan sa paglipas ng panahon, na nagpapababa sa kumukulo at nagpapababa sa pagganap ng pagpepreno. Inirerekomenda ng mga tagagawa ang pagpapalit ng brake fluid tuwing 2-3 taon anuman ang mileage.

Mga Bahagi at Function ng Disc Brake

Ang mga disc brake ay nangingibabaw sa mga modernong sasakyan dahil sa kanilang napakahusay na pagkawala ng init at pare-parehong pagganap. Ang system ay binubuo ng isang rotor na nakakabit sa wheel hub, isang caliper housing hydraulic piston, at mga brake pad na lumilikha ng friction laban sa rotor.

Disenyo ng Brake Rotor

Ang mga rotor ay may ilang mga configuration, bawat isa ay na-optimize para sa iba't ibang mga application:

• Solid rotors ay mga single-piece castings na ginagamit sa mga rear axle ng mga pang-ekonomiyang sasakyan kung saan mas mababa ang heat generation
• Mga naka-vent na rotor nagtatampok ng mga panloob na cooling vane na nagbobomba ng hangin sa rotor, na nagpapababa ng temperatura ng 100-200°F sa panahon ng mabigat na pagpepreno
• Mga drilled rotors may mga butas na naglalabas ng gas build up at nagpapababa ng timbang ngunit maaaring pumutok sa ilalim ng matinding thermal stress
• Mga slotted rotors gumamit ng mga grooves upang ilabas ang alikabok ng preno at mapanatili ang pad bite, karaniwan sa mga sasakyang gumagana

Karamihan sa mga rotor ng pampasaherong sasakyan ay may sukat na 10-14 pulgada ang lapad at tumitimbang ng 15-25 pounds. Ang mga application na may mataas na pagganap ay gumagamit ng mga rotor hanggang sa 16 pulgada na may kapal na mula 28-32mm upang mahawakan ang paulit-ulit na paghinto mula sa 60 mph sa ilalim ng 110 talampakan .

Mga Uri at Operasyon ng Caliper

Ang mga calipers ay may dalawang pangunahing disenyo. Ang mga lumulutang na calipers ay gumagamit ng isang piston na nagtutulak ng isang pad laban sa rotor habang hinihila ang katawan ng caliper upang ilapat ang kabaligtaran na pad. Ang disenyong ito ay mas mura at lumilitaw sa karamihan ng mga matipid at mid-range na sasakyan. Ang mga nakapirming calipers ay mahigpit na nakakabit at gumagamit ng magkasalungat na mga piston—karaniwang 4, 6, o 8—upang ilapat ang presyon nang pantay-pantay mula sa magkabilang panig. Ang mga nakapirming calipers ay naghahatid ng 15-20% na higit pang puwersa ng pag-clamping na may mas mahusay na pamamahala ng init, ginagawa silang pamantayan sa mga sports car at luxury sedan.

Komposisyon ng Brake Pad

Pinagsasama ng modernong brake pad ang maraming materyales para balansehin ang friction, ingay, alikabok, at mga katangian ng pagsusuot. Ang mga semi-metallic pad ay naglalaman ng 30-65% na nilalamang metal kabilang ang bakal, bakal, at tanso, na nagbibigay ng mahusay na paglipat ng init at tibay para sa 40,000-70,000 milya ng buhay ng serbisyo . Gumagamit ang mga ceramic pad ng mga ceramic fibers at non-ferrous na materyales na gumagawa ng mas kaunting alikabok at ingay ngunit nagkakahalaga ng 40-60% na mas mataas. Ang mga organikong pad ay nag-aalok ng tahimik na operasyon ngunit mas mabilis ang pagsusuot at hindi maganda ang pagganap kapag basa.

Mechanics ng Drum Brake

Ang mga drum brake ay nakapaloob sa mga bahagi ng friction sa loob ng isang umiikot na drum, gamit ang mga curved brake shoes na pumipindot palabas laban sa panloob na ibabaw ng drum. Bagama't higit na pinapalitan ng mga disc sa front axle, ang mga drum ay nananatiling karaniwan sa mga rear axle ng mga trak at ekonomiyang sasakyan dahil sa mas mababang gastos sa pagmamanupaktura at epektibong pagsasama ng parking brake.

Nangunguna at Nangunguna sa Disenyo ng Sapatos

Karamihan sa mga drum system ay gumagamit ng isang nangungunang-trailing na configuration ng sapatos. Ang nangungunang sapatos ay gumagalaw sa direksyon ng pag-ikot ng drum, na lumilikha ng self-energizing effect na nagpaparami ng lakas ng pagpepreno. Ang trailing na sapatos ay gumagalaw laban sa pag-ikot, na nagbibigay ng katatagan at pinipigilan ang lock-up. Ang kaayusan na ito ay naghahatid pare-parehong lakas ng paghinto na may 25-30% na mas kaunting pagsisikap sa pedal kaysa sa katumbas na mga sistema ng disc.

Gulong Cylinder Function

Ang hydraulic pressure mula sa master cylinder ay pumapasok sa isang wheel cylinder na naglalaman ng dalawang magkasalungat na piston. Itinutulak ng mga piston na ito ang brake shoes palabas laban sa pagbabalik ng spring tension. Ang karaniwang wheel cylinder bore ay may sukat na 0.75-1.0 pulgada ang lapad, na bumubuo ng sapat na puwersa upang lumikha 400-600 pounds ng shoe-to-drum pressure .

Mga Limitasyon sa Pagwawaldas ng init

Ang nakapaloob na disenyo ay nakakakuha ng init sa loob ng drum assembly, na nililimitahan ang paulit-ulit na hard braking na kakayahan. Ang mga drum ay maaaring umabot sa 400-600°F sa panahon ng normal na paggamit, ngunit ang patuloy na temperatura sa itaas 500°F ay nagiging sanhi ng paghina ng preno habang ang mga materyales sa friction ay nawawalan ng bisa. Ipinapaliwanag ng pagpapanatili ng init na ito kung bakit gumagamit ang mga modernong sasakyan ng mga disc brake sa mga front axle, na humahawak 60-70% ng kabuuang lakas ng pagpepreno sa panahon ng pagbabawas ng bilis.

Mga Sistema sa Pagpapalakas ng Preno

Ang mga brake booster ay nagpapalakas ng puwersa ng pedal upang mabawasan ang pagsisikap ng driver habang pinapanatili ang tumpak na kontrol. Kung walang tulong, ang pagpapahinto ng isang 3,500-pound na sasakyan mula sa mga tulin ng highway ay mangangailangan ng higit sa 150 pounds ng pedal pressure—isang hindi napapanatiling demand para sa karamihan ng mga driver.

Vacuum Brake Booster

Gumagamit ang vacuum booster ng engine intake manifold vacuum upang lumikha ng pressure differential sa isang diaphragm. Kapag pinindot mo ang pedal ng preno, bubukas ang balbula para tanggapin ang presyon ng atmospera sa isang bahagi ng diaphragm habang pinapanatili ang vacuum sa kabilang panig. Ito 14.7 psi pagkakaiba sa presyon itinutulak ang isang baras na tumutulong sa master cylinder, na nagpaparami ng lakas ng input ng 3-4 na beses. Ang isang tipikal na booster ay may sukat na 8-11 pulgada ang lapad at naka-mount sa pagitan ng pedal assembly at master cylinder.

Hydraulic Brake Assist

Ang mga diesel engine at turbocharged na sasakyan ay kadalasang walang sapat na vacuum, na nangangailangan ng mga hydraulic assist system. Gumagamit ang mga ito ng engine-driven na pump upang ma-pressure ang hydraulic fluid 2,000-3,000 psi , na nakaimbak sa isang accumulator. Nagbibigay ang system ng pare-parehong pagpapalakas anuman ang pag-load ng engine at nagbibigay-daan sa mga advanced na feature tulad ng awtomatikong emergency braking.

Mga Electromechanical Boosters

Ang mga hybrid at electric na sasakyan ay gumagamit ng mga electromechanical brake booster dahil kulang ang mga ito ng tuluy-tuloy na operasyon ng makina. Pinapalakas ng motor-driven na ball screw o gearbox ang input ng pedal, na nagbibigay ng agarang tugon at walang putol na pagsasama sa mga regenerative braking system na maaaring makabawi hanggang sa 70% ng kinetic energy sa panahon ng pagbabawas ng bilis.

Mga Anti-Lock Braking System

Pinipigilan ng ABS ang pag-lock ng gulong sa panahon ng matigas na pagpepreno sa pamamagitan ng pagmodulate ng hydraulic pressure hanggang 15 beses bawat segundo. Ang sistema ay nagpapanatili ng traksyon ng gulong, na nagbibigay-daan sa kontrol ng pagpipiloto habang pina-maximize ang lakas ng paghinto. Binabawasan ng ABS ang mga distansyang humihinto ng 10-20% sa basang simento at higit pa sa yelo o graba.

Pagpapatakbo ng Bahagi

Ang bawat gulong ay may speed sensor na sinusubaybayan ang rate ng pag-ikot. Kapag na-detect ng ABS control module ang pagde-decelerate ng gulong nang mas mabilis kaysa sa iba—nagpapahiwatig ng paparating na lock-up—nag-uutos ito ng hydraulic modulator na bawasan ang pressure sa preno ng gulong iyon. Ang system ay umiikot sa tatlong yugto:

1. Pressure hold nagpapanatili ng kasalukuyang lakas ng preno kapag nagsimula ang pagdulas ng gulong
2. Pagbaba ng presyon naglalabas ng presyur ng preno upang maibalik ang pag-ikot ng gulong
3. Pagtaas ng presyon muling naglalapat ng lakas ng pagpepreno habang ang gulong ay muling nakakakuha ng traksyon

Mga Katangian ng Pagganap

Pinoproseso ng mga modernong ABS system ang data ng sensor bawat 5-10 millisecond, inaayos ang presyur ng preno nang may katumpakan ng millisecond. Ang karaniwang sistema ay nagpapanatili ng pinakamainam na slip ratio sa pagitan ng 10-20%, kung saan ang alitan ng gulong ay tumataas. Ipinapaliwanag nito ang pulsing pedal sensation sa panahon ng ABS activation—ang hydraulic modulator na mabilis na nagbibisikleta ng mga valve upang kontrolin ang pressure.

Electronic Brake Force Distribution

Ino-optimize ng EBD ang balanse ng preno sa pagitan ng mga axle sa harap at likuran batay sa mga rate ng pag-load at deceleration ng sasakyan. Sa panahon ng pagpepreno, lumilipat ang timbang pasulong, na binabawasan ang traksyon ng gulong sa likuran. Ang EBD ay binabawasan ang presyur sa likod ng preno nang proporsyonal upang maiwasan ang napaaga na pag-lock ng gulong sa likuran habang pinapalaki ang pagiging epektibo ng preno sa harap.

Sinusubaybayan ng system ang mga indibidwal na bilis ng gulong at patuloy na kinakalkula ang pinakamainam na pamamahagi ng presyon. Sa isang load na pickup truck, maaaring magpadala ang EBD 75% ng lakas ng pagpepreno sa front axle , habang ang isang walang laman na sports car ay tumatanggap ng mas balanseng 65-35 split. Pinapabuti ng dynamic na pagsasaayos na ito ang katatagan at binabawasan ang mga distansyang humihinto sa iba't ibang kundisyon.

Mga Kinakailangan sa Pagpapanatili ng Brake System

Tinitiyak ng wastong pagpapanatili ang pare-parehong pagganap ng pagpepreno at pinipigilan ang napaaga na pagkasira ng bahagi. Ang pag-unawa sa mga pattern ng pagsusuot at mga agwat ng serbisyo ay nakakatulong na matukoy ang mga problema bago nila ikompromiso ang kaligtasan.

Buhay ng Serbisyo ng Pad at Rotor

Ang mga brake pad ay karaniwang nangangailangan ng pagpapalit tuwing 30,000-70,000 milya depende sa istilo ng pagmamaneho at komposisyon ng materyal. Karamihan sa mga pad ay may kasamang mga tagapagpahiwatig ng pagsusuot—mga tab na metal na kumokonekta sa rotor kapag umabot ang kapal ng pad 3mm, ang minimum na ligtas na detalye . Ang mga rotor ay tumatagal ng 50,000-100,000 milya ngunit nangangailangan ng pagsukat sa panahon ng pagpapalit ng pad. Ang kapal na mas mababa sa pinakamababang detalye o surface runout na lampas sa 0.002 pulgada ay nangangailangan ng pagpapalit ng rotor.

Inspeksyon at Pagpapalit ng Fluid

Sinusukat ng pagsusuri ng brake fluid ang moisture content at boiling point. Ang kontaminadong likido ay lumilitaw na madilim na kayumanggi sa halip na malinaw na amber at maaaring naglalaman ng mga nakikitang particle. Ipinapakita iyan ng propesyonal na pagsubok Binabawasan ng 3% moisture content ang kumukulo ng 25% , makabuluhang tumataas ang panganib ng fade sa panahon ng pagbaba ng bundok o paulit-ulit na matitigas na paghinto.

Mga Palatandaan ng Babala ng Mga Problema sa Preno

• Ang mga ingay ng pagsirit o paggiling ay nagpapahiwatig ng mga pagod na pad na nangangailangan ng agarang kapalit
• Ang pedal pulsation ay nagmumungkahi ng mga naka-warped na rotor na may pagkakaiba-iba sa kapal na lampas sa mga pagtutukoy
• Ang malambot o spongy na pakiramdam ng pedal ay tumuturo sa hangin sa mga hydraulic lines o panloob na master cylinder wear
• Ang paghila ng sasakyan sa isang gilid habang nagpepreno ay nagpapahiwatig ng mga natigil na caliper piston o kontaminadong pad
• Ang mga tumaas na distansya sa paghinto ay nagmumungkahi ng pangkalahatang pagkasira ng system na nangangailangan ng komprehensibong inspeksyon

Ang pagtugon kaagad sa mga sintomas na ito ay pumipigil sa pinsala sa iba pang mga bahagi at pinapanatili ang margin ng kaligtasan na mahalaga para sa mga emergency na paghinto.