مقدمه و تاریخچه ترمز
-1مقدمه و تاریخچه :
امروزه در صنعت اتومبیل سازی حفظ ایمنی سرنشینان خودرو فوق العاده مورد توجه قرار گرفته است . با توجه به اینكه سیستم ترمز مهمترین بخش ایمنی خودرو محسوب می گردد ، در چند ساله اخیر پیشرفتهای زیادی در این زمینه انجام گرفته است . جدیدترین این پیشرفتها پیدایش سیستم ترمز ضد قفل ABS می باشد . در این پروژه هدف آن است كه این نسل از ترمزها مورد بررسی قرار گیرد تا ان شاءالله زمینه ای برای ورود این تكنولوژی به ایران فراهم شود . این ترمزها به سبب پیچیدگی مكانیزمشان هنوز مورد توجه طراحان داخلی قرار نگرفته است كه یكی از دلایل آن عدم اطلاعات كافی و عدم آشنائی با این سیستم می باشد . امید است این پروژه مقدمه ای برای قدمهای بعدی در راه ساخت و طراحی این تكنولوژی در ایران باشد . (ان شاءالله)
در این پروژه ابتدا تاریخچه ای از پیدایش ترمزها ارائه خواهد شد . در فصل دوم به بررسی سیستم ترمز معمولی شامل كاسه ای و دیسكی و سایر اجزای جانبی آن می پردازیم .
در فصل سوم سیستم ترمز پنوماتیكی مورد بررسی قرار می گیرد و سپس در فصل چهارم و سیستم ترمز ضد قفل ABS و سپس مقایسه ای بین فصول دوم و سوم خواهیم داشت تا برتریها و معایب هركدام نسبت به یكدیگر مشخص شود و در فصول بعدی مطالب مربوط به طراحی و محاسبه نیروهای لازم آورده خواهد شد . نخست تاریخچه ای از پیدایش ترمزهای اولیه تا كنون بیان می كنیم :
اولین موتور احتراقی در سال 1885 بوسیله بنز ساخته شد . توقف این اتومبیل بوسیله یك لقمه ترمز بر روی محور دنده هرزگرد انجام می گرفت . بعدها كه اتومبیل تكمیل شد و سرعت آن افزایش یافت و از لحاظ وزن سنگین تر شد ، ترمزهای مخصوصی برای آن طرح ریزی شد .
تا سال 1900 ترمز دستی شامل ترمز ساده ای كه مستقیماً با سطح لاستیكهای توپر اصطكاك پیدا می كرد استفاده می شد. اما از این سال به بعد ترمزی ابداع شد كه توسط پدال عمل می كرد و عبارت از یك نوار فلزی بود كه در خارج بر روی چرخ دندانه دار محور محرك عقب نصب شده بود و بصورت استوانه ای آن را احاطه می كرد .
در همین سال لنكستر(Lanchester) ترمز و كلاچ را در یك مجموعه مخروطی شكل متشكل كرد و در اولین ماشین ساخت انگلستان بكار گرفت .
در سال 1905 ، انتقال حركت بوسیله چرخ دنده و محور جای انتقال حركت توسط زنجیر یا تسمه را گرفت و عمومیت پیدا كرد و بیشتر اتومبیلها با پدالی كه انتقال حركت را به ترمز تأمین می كرد مجهز شده بودند .
در سال 1910 میلادی ترمزهای بیشتر ماشینهای امریكائی روی چرخهای عقب تأثیر می كرد . در این سالها بسیاری از عوامل مربوط به ترمز، مانند اهمیت چسبندگی لاستیك به جاده اثرات چرخ قفل شده و غیره بخوبی شناخته شده بود و این مطلب محقق شده بود كه جهت اعمال ترمز صحیح هر چهار چرخ بایستی ترمز شود ، و كوشش و اثر ترمز با نسبتی متناسب بین چرخ جلو و چرخ عقب سهیم باشد . با ترمز شدن چهارچرخ است كه بدون خطر لیز خوردن ماشین ، فاصله توقف به نصف تقلیل می یابد . سالها طول كشید تا موضوع ترمز چهارچرخ مورد قبول عموم قرار گرفت . شكل عمده این بود كه آرایشی برای ترمز ترتیب داده شود كه با تشكیلات و اتصالات فرمان و چرخهای جلو و بطور كلی با تشكیلات سیستم فرمان و هدایت ماشین تداخل پیدا نكند .
در فاصله دو جنگ جهانی اول و دوم ، احتیاج به ترمز تا حدودی بیشتر احساس شد . چون سرعت ماشین ها رو به افزایش رفت همچنین بر تراكم ترافیك نیز افزوده شد .
نظر به اینكه رانندگان به ترمز قوی احتیاج داشتند و از طرفی ترمز قوی در چرخهای عقب ، موجب سرخوردن ماشین می شد ، فشار زیادی به طراحان ترمز وارد می آمد تا ترمز چرخهای جلو را تكمیل كنند . در نتیجه ، بعد از گذشت ده سال از جنگ اول ، استعمال ترمز در هر چهار چرخ ، عمومیت پیدا كرد . ظهور ترمز در چرخهای جلو ، پس از جنگ ابتدا در خودروهای بزرگ و گرانقیمت مانند هیسپانو ـ سوئیزا و هاچیكس(Hotchikss) و سپس درخودروهای سبك و ارزان قیمت صورت پذیرفت . ساده ترین راه برای اعمال ترمز جلو استفاده از سیستم هیدرولیك بود . ولی در طی سالیان متمادی اكثریت خودروها از سیستم مكانیكی استفاده می كردند تا اینكه مزایای هیدرولیك برای همه روشن شد . چرخهای اتومبیل بدون احتیاج به دنده‌ای پیچیده ترمز می شدند . جبران سائیدگی لنتها بطور خودكار صورت می گرفت و تلفات اصطكاك بمراتب كمتر از سیستم مكانیكی بود .
در سال 1911 ، اتومبیلی با ترمزهای هیدرولیكی برای چهارچرخ به نمایش گذاشته شد . اما در آن تردیدهائی وجود داشت بنابراین بصورت ابداعی باقی ماند . چندی بعد شخصی بنام M-Loughead سیستمی عملی اختراع كرد كه در سال 1917 به ثبت رسید .
در كشور انگلستان در سال 1924 ، ابتدا ترمز لاك هید هیدرولیك در ماشینهای «بین»(Bean) بكار برده شد .
در سال 1924 ترمزهای مكانیكی از چرخهای جلو برداشته شد و در 1925 نیز از چرخهای عقب حذف شد و جای خود را به ترمزهای هیدرولیك واگذار كرد.
نظر به اینكه برای ترمزهای ماشینهای سنگین به نیروی زیادی احتیاج بود بنابراین سرووهای مختلف طراحی شدند . در سال 1924 ، دواندر (Dewandre) دستگاه سرووئی ساخت كه برای بكار انداختن آن از خاصیت خلأ استفاده شده بود .
دهه 1930 ، ظهور متخصصینی را به خود دید كه سردسته آنها در ساخت ترمزهای مكانیكی ، بندیكس و گیرلینگ بودند ، و در ساخت ترمزهای هیدرولیك ، لاك هید بود .
در طول دهه 1930 ، بتدریج هیدرولیك جای ترمز مكانیكی را گرفت ظرف مدت ده سال تلاش برای توسعه ترمز هیدرولیك شدت یافت بخصوص هنگامی كه تعلیقات مستقلی برای ترمز جلو بكار رفت . در سال 1935 ، بعضی از مدلهای ساخت انگلستان دارای دو سیلندر اصلی پشت سرهم شد . در این سیستم ، یك قسمت از سیلندر اصلی ، ترمزهای جلو را بكار می انداخت و قسمت دیگر از طریق خط كاملاً مجزای دیگری ، ترمزهای عقب را .
بعد از سال 1930 ، چندین سال ، مكانیسم ترمز بدون تغییر باقی ماند و عملاً تمام ترمزها از نوع پرویا بندیكس ـ پرو بودند .
در سال 1948 ، گیرلینگ اولین سیستم ترمز هیدرولیك و ترمزهای اتومبیل را ارائه كرد و چند سالی هم تولید ترمزهای هیدرواستاتیك ادامه یافت . در این نوع ترمز ، فاصله ای بین كاسه و لنت وجود داشت و بوسیلة فنرهائی آنها را در حد تماس نگاه می داشتند تا از تكان خوردن و صدای آن جلوگیری بعمل آید .
در اواسط دهه 1950 ، در وضع عمومی ترمزها تغییر عظیمی صورت گرفت . زیرا در این هنگام آغاز جایگزینی ترمز دیسكی بجای ترمز استوانه ای بود .
در این سال در آمریكا ، شركت كرایسلر ترمزهای دیسكی « خود نیروزا » و « خود تنظیم ساز » و« نوع صفحه ای » را در ماشینهای نوع « كراون امپریال »(Crown Imperial) خود نصب كرد كه بعنوان یك ترمز اضافی و اختیاری بكار می رفت . در انگلستان نیز در سال 1925 ترمز دیسكی دانلوپ در ماشینهای جگوار كورسی بكار رفت . امروزه تمام اتومبیلهای انگلیسی ، به استثنای ماشینهای سبك كه حداقل در چرخهای جلو ترمز دیسكی دارند ، در تمام چرخها ، از ترمز دیسكی استفاده می كنند.
از تاریخی كه ترمز كاسه ای ساخته شد تا مدت سی سال ، یا زمانی در همین حدود ، رسم براین بود كه كاسه ترمز را از فولاد پرس شده می ساختند . در آن زمان ، سرعت اتومبیل كم بود و مشكلات حرارتی وجود نداشت ولی هنگامی كه سرعت ماشینها زیاد شد ، حرارت زیادی در كاسه پدید می آمد و باعث می شد فولاد مقداری از سختی و سفتی خود را از دست بدهد و كاسه معیوب شود . بدین منظور از چدن استفاده شد .
مواد اصطكاك زا در بدو امر ، برای ایجاد اصطكاك در ترمزهای اتومبیل ، از قطعه ای چوب یا فلز و یا چرم و یا پارچه استفاده می شد كه با دوره چرخ یا با لاستیك اصطكاك حاصل می كرد .
در سال 1901 ، هربرت فرود(Herbert Frood) مواد اصطكاك زائی را به ثبت رساند . این مواد با فولاد اصطكاك داشتند یا با لاستیك . در حالت اول از اشباع الیاف نخی با لاستیك تهیه می شدند و در حالت دوم از اشباع الیاف نخی با مواد مومی . در سال 1914 ، مصرف لنت ترمز فرود ، توسعه پیدا كرد . در سال 1930 ، فرود به صمغهای تعدیل كننده حرارت توجه كرد و سپس ، انتهای قالب ریزی شده را بجای لنتهای بافته شده بكار برد .
بدین ترتیب تاریخ ترمز اتومبیل سیر منظمی را طی كرد تا به شكل امروزی در آمد.
Anti - lock Braking system روی خودروهای سنگین مجهز به ترمز بادی بصورت انتخابی نصب می شود این سیستم در سال 1952 در شركت DUNLOP با نصب Maxaret روی هواپیما آغاز شد در سال 1972 در انگلستان برای اولین بار jensen intercepter و بعد شركتهای آمریكایی ford برای خودرو سال 69 بصورت تك كاناله و بوستردار طراحی كردند . سیستمخلایی 3 كاناله روی چهار چرخ در سال 1971 با همكاری دوشركت Bendix و Chrysler ساخته شد . اولین خودرو چهارچرخ ABS دار از 1976 تا 1982 از روی برخی خودروهای جنرال موتور مجاز شدند اشكال سیستم های الكترونیكی قابلیت اعتماد كم آنها بود . كه با توسعه منابع انرژی فشار بالا وبكارگیری اكومولاتور مطرح شد. بنابراین مدار كنترل الكترونیكی بر اساس پاسخ سنسوری كار می كند و نسبت به منابع خلایی محدودیت كاربرد دارد و قیمت آن بالا است . بعد از آن اداره ملی ایمنی بزرگراهها و حمل و نقل آمریكا NHTSA روی خودرو سنگین ABS بادی را نصب كرد كه اشكالاتی بوجود می آمد . سنسورها 41%، سوپایها 16% ، كامپیوتر 8% ، نصب غلط 3% ، اتصالات الكترونیكی 1% و تداخل امواج الكترومغناطیس 50% .
در نیمه اول دهه 70 در اروپا سیستم های الكترونیكی ترمزها دیجیتالی شدند این تغییر كه نتیجه تبدیل تحلیلهای آنالوگ به میكروپروسسور و مدارهای مجتمع IC (Integrated Circuits) بود . كه در سال 1979 روی سواری مرسدس با سیستم ترمز بوش به كار رفت كه روی چهار چرخ به همراه بوستر خلایی یا هیدرولیكی بود .
BMW و ژاپنیها این راه را ادامه دادند ABS بوش در 1986 روی كادیلاك نصب شد. و روی فورد در آلمان سال 1985 بكار رفت در 1991 سازندگان اتومبیل این سیستم را روی یك سوم خودروها پیشنهاد كردند . تویوتا 40% ، نیسان 44% ، هندا50%، مزدا25%، میتسوبیشی 27% كرایسلر 18% ، GM 33% ، فورد 13% تا سال 1992 15 درصد خودروها مجهز به ABS بودند . دلیل عدم استفاده ABS روی خودروهای كوچك قیمت بالا 800 تا 1300 دلار بود . GM، ABS موثر (ABS-VI) رابا قیمت 350 دلاری روی ماشینهای 91 خود بكار برد . نرخ تصادفات ماشینهای سنگین پائین آمد و آمار تصادفات بامرسدس 6% تا 10% كاهش یافت .
این سیستم ابتدا توسط روبرت بوش اختصار (Unti - Blockier Schutz)ABS را پیدا كرد كه با اندازه گیری سرعت زاویه ای چرخ ، سایر پارامترهای دینامیكی را محاسبه كرده و باشروط منطقی لغزش تایر ، قفل شدن چرخها در اثر ترمزگیری را پیش بینی می كند . واحد كنترل الكترونیكی با فرستادن سیگنالی به تعدیل گر هیدرولیكی (قلب سیستم) فرمان كاهش فشار ترمزی را صادر می كند . این روند ادامه می یابد تا باز فرمان افزایش فشار جهت ترمزگیری صادر شود . این كار چند بار تكرار می شود . مغز سیستم واحد كنترل الكترونیكی است . این قسمت فرمان دریافتی از سنسور چرخها یا دیفرانسیل (برای سیستم كنترل دوكاناله) را دریافت كرده و پس از پردازش ، دستور مناسب را صادر می كند . موتور الكتریكی مرتبط با واحد كنترل با فرمان گیری از این قسمت ، تعدیل فشار ترمزی را انجام می دهد مدل تایر نیز مطرح شده است . ماهیت غیرخطی سیستم به علت ترم هایی مثل حاصلضرب سرعت خطی خودرو در لغزش تایر ، ممان اینرسی انتقال یافته به چرخها و ضریب اصطكاك جاده ای می باشد