Kuinka autojen jarrut toimivat: Täydellinen opas jarrujärjestelmiin

Autojen jarrut muuntaa ajoneuvosi kineettistä energiaa lämpöenergiaksi kitkan avulla ja pysäyttää autosi hallitusti. Kun painat jarrupoljinta, hydraulipaine moninkertaistaa jalkasi voiman 3-6 kertaa , työntämällä jarrupalat pyöriviä levyjä tai rumpuja vasten luoden hidastamiseen tarvittavan kitkan. Nykyaikaisissa ajoneuvoissa käytetään joko levyjarruja, rumpujarruja tai molempien yhdistelmää sekä kehittyneitä järjestelmiä, kuten ABS ja elektroninen jarruvoiman jakautuminen turvallisen ja luotettavan jarrutustehon varmistamiseksi.

Hydraulisen jarrujärjestelmän säätiö

Hydraulijärjestelmä muodostaa nykyaikaisen autojarrun selkärangan. Kun painat jarrupoljinta, se aktivoi pääsylinterin, joka sisältää jarrunestettä. Tämä suljettu järjestelmä toimii Pascalin periaatteella, jossa suljettuun nesteeseen kohdistettu paine siirtyy tasaisesti koko järjestelmään.

Pääsylinterin toiminta

Pääsylinterissä on kaksi mäntää, jotka luovat painetta erillisissä hydraulipiireissä. Kaksipiiriset järjestelmät tulivat pakollisiksi vuonna 1967 sen jälkeen kun turvallisuusmääräykset vaativat redundanssia – jos yksi piiri epäonnistuu, toinen säilyttää osittaisen jarrutuskyvyn. Tyypillinen pääsylinteri tuottaa 800-1200 psi hydraulinen paine normaalin jarrutuksen aikana ja jopa 2000 psi hätäpysäytysten aikana.

Jarrunesteen ominaisuudet

Jarrunesteen on pysyttävä kokoonpuristumattomana äärimmäisissä olosuhteissa ja kestettävä lämpötiloja välillä -40 °F - yli 400 °F. PISTE 3-, PISTE 4- ja DOT 5.1 -nesteet ovat glykolipohjaisia, ja niillä on erilaiset kiehumispisteet:

Glykolipohjaisten nesteiden hygroskooppisuus tarkoittaa, että ne imevät kosteutta ajan myötä, mikä alentaa kiehumispistettä ja heikentää jarrutustehoa. Valmistajat suosittelevat jarrunesteiden vaihtoa 2-3 vuoden välein kilometrimäärästä riippumatta.

Levyjarrun osat ja toiminta

Levyjarrut hallitsevat nykyaikaisia ajoneuvoja erinomaisen lämmönpoistonsa ja tasaisen suorituskyvyn ansiosta. Järjestelmä koostuu pyörän napaan kiinnitetystä roottorista, jarrusatulakotelon hydraulimännistä ja jarrupaloista, jotka aiheuttavat kitkaa roottoria vasten.

Jarruroottorin suunnittelu

Roottoreita on useita kokoonpanoja, joista jokainen on optimoitu eri sovelluksiin:

• Kiinteät roottorit ovat yksiosaisia valukappaleita, joita käytetään taloudellisten ajoneuvojen taka-akseleilla, joissa lämmöntuotanto on vähäistä
• Tuuletetut roottorit niissä on sisäiset jäähdytyssiivet, jotka pumppaavat ilmaa roottorin läpi alentaen lämpötiloja 100-200 °F voimakkaassa jarrutuksessa
• Poratut roottorit niissä on reikiä, jotka vapauttavat kaasun kertymisen ja vähentävät painoa, mutta voivat halkeilla äärimmäisen lämpörasituksen aikana
• Uritetut roottorit käytä uria jarrupölyn poistamiseen ja jarrupalojen pureman ylläpitämiseen, mikä on yleistä suorituskykyisissä ajoneuvoissa

Useimmat henkilöautojen roottorit ovat halkaisijaltaan 10-14 tuumaa ja painavat 15-25 puntaa. Suorituskykyisissä sovelluksissa käytetään jopa 16 tuuman roottoreita, joiden paksuus vaihtelee 28–32 mm:n välillä toistuvien kovien pysäytysten käsittelemiseksi. 60 mph alle 110 jalassa .

Satulan tyypit ja toiminta

Satureita on kahta päämallia. Kelluvat jarrusatulat käyttävät yhtä mäntää, joka työntää yhden tyynyn roottoria vasten samalla kun vedetään jarrusatularungosta vastakkaisen tyynyn kiinnittämiseksi. Tämä malli maksaa vähemmän ja näkyy useimmissa taloudellisissa ja keskihintaisissa ajoneuvoissa. Kiinteät jarrusatulat kiinnittyvät jäykästi ja käyttävät vastakkaisia ​​mäntiä – tyypillisesti 4, 6 tai 8 – paineen kohdistamiseksi tasaisesti molemmilta puolilta. Kiinteät jarrusatulat antavat 15-20 % enemmän puristusvoimaa paremmalla lämmönhallinnalla, mikä tekee niistä vakiovarusteita urheiluautoissa ja luksussedaneissa.

Jarrupalojen koostumus

Nykyaikaiset jarrupalat sekoittavat useita materiaaleja tasapainottaakseen kitkaa, melua, pölyä ja kulumisominaisuuksia. Puolimetalliset tyynyt sisältävät 30-65 % metallipitoisuutta, mukaan lukien terästä, rautaa ja kuparia, mikä takaa erinomaisen lämmönsiirron ja kestävyyden 40 000-70 000 mailia käyttöikä . Keraamiset tyynyt käyttävät keraamisia kuituja ja ei-rautamateriaaleja, jotka tuottavat vähemmän pölyä ja melua, mutta maksavat 40-60 % enemmän. Orgaaniset pehmusteet tarjoavat hiljaisen toiminnan, mutta kuluvat nopeammin ja toimivat huonosti märinä.

Rumpujarrun mekaniikka

Rumpujarrut sulkevat kitkakomponentit pyörivän rummun sisään käyttämällä kaarevia jarrukenkiä, jotka painavat ulospäin rummun sisäpintaa vasten. Vaikka rummut korvataan suurelta osin etuakselien levyillä, rummut ovat edelleen yleisiä kuorma-autojen ja taloudellisten henkilöautojen taka-akseleilla alhaisempien valmistuskustannusten ja tehokkaan seisontajarrun integroinnin ansiosta.

Johtava ja perässä oleva kenkäsuunnittelu

Useimmat rumpujärjestelmät käyttävät johtavaa perässä olevaa kenkäkokoonpanoa. Etukenkä liikkuu rummun pyörimissuuntaan luoden itsesähköisen vaikutuksen, joka moninkertaistaa jarrutusvoiman. Takakenkä liikkuu pyörimistä vastaan, mikä tarjoaa vakautta ja estää lukkiutumisen. Tämä järjestely tuottaa tasainen pysäytysvoima 25-30 % pienemmällä poljinvoimalla kuin vastaavat levyjärjestelmät.

Pyörän sylinterin toiminto

Pääsylinteristä tuleva hydraulipaine tulee pyörän sylinteriin, jossa on kaksi vastakkaista mäntää. Nämä männät työntävät jarrukengät ulospäin paluujousen jännitystä vastaan. Tyypillinen pyörän sylinterin reikä on halkaisijaltaan 0,75-1,0 tuumaa, mikä tuottaa riittävän voiman 400-600 puntaa kengän ja rummun välistä painetta .

Lämmön hajoamisen rajoitukset

Suljettu rakenne vangitsee lämmön rumpukokoonpanon sisään ja rajoittaa toistuvaa kovaa jarrutuskykyä. Rummut voivat saavuttaa 400-600 °F normaalin käytön aikana, mutta jatkuvat yli 500 °F lämpötilat aiheuttavat jarrun haalistumista, koska kitkamateriaalit menettävät tehonsa. Tämä lämmönpidätys selittää, miksi nykyaikaisissa ajoneuvoissa käytetään levyjarruja etuakseleissa, jotka käsittelevät 60-70 % kokonaisjarrutusvoimasta hidastuksen aikana.

Jarrutehostusjärjestelmät

Jarrutehostimet vahvistavat poljinvoimaa vähentääkseen kuljettajan vaivaa ja säilyttäen samalla tarkan hallinnan. Ilman apua 3 500 kiloa painavan ajoneuvon pysäyttäminen maantiellä vaatisi yli 150 kiloa poljinpainetta – se on kestämätön kysyntä useimmille kuljettajille.

Tyhjiöjarrutehostin

Tyhjiötehostin käyttää moottorin imusarjan tyhjiötä paine-eron luomiseksi kalvon yli. Kun painat jarrupoljinta, venttiili avautuu sallien ilmanpaineen kalvon toiselta puolelta ja ylläpitää samalla alipainetta toisella puolella. Tämä 14,7 psi paine-ero työntää pääsylinteriä avustavaa sauvaa, joka kertoo syöttövoiman 3-4 kertaa. Tyypillinen tehostin on halkaisijaltaan 8-11 tuumaa ja se kiinnitetään poljinkokoonpanon ja pääsylinterin väliin.

Hydraulinen jarruavustin

Dieselmoottoreista ja turboahdetuista ajoneuvoista puuttuu usein riittävä tyhjiö, mikä vaatii hydraulisia apujärjestelmiä. Nämä käyttävät moottorikäyttöistä pumppua paineistamaan hydraulinestettä 2000-3000 psi , säilytetään akkuun. Järjestelmä antaa tasaisen tehon moottorin kuormituksesta riippumatta ja mahdollistaa edistykselliset ominaisuudet, kuten automaattisen hätäjarrutuksen.

Sähkömekaaniset vahvistimet

Hybridi- ja sähköajoneuvoissa käytetään sähkömekaanisia jarrutehostimia, koska niiltä puuttuu jatkuva moottorin toiminta. Moottorikäyttöinen kuularuuvi tai vaihdelaatikko vahvistaa polkimen syöttöä antaen välittömän vastauksen ja integroituen saumattomasti regeneratiivisiin jarrujärjestelmiin, jotka voivat palautua jopa 70 % liike-energiasta hidastuksen aikana.

Lukkiutumattomat jarrujärjestelmät

ABS estää pyörien lukkiutumisen kovan jarrutuksen aikana moduloimalla hydraulipainetta jopa 15 kertaa sekunnissa. Järjestelmä ylläpitää renkaiden pidon, mahdollistaen ohjauksen hallinnan ja maksimoi samalla pysäytysvoiman. ABS lyhentää jarrutusmatkoja 10-20 % märällä tiellä ja vielä enemmän jäällä tai soralla.

Komponenttien toiminta

Jokaisessa pyörässä on nopeusanturi, joka valvoo pyörimisnopeutta. Kun ABS-ohjausmoduuli havaitsee pyörän hidastuvan nopeammin kuin muut - mikä osoittaa lähestyvää lukkiutumista - se käskee hydraulimodulaattoria vähentämään pyörän jarrun painetta. Järjestelmä käy läpi kolme vaihetta:

1. Paineen pito ylläpitää nykyisen jarruvoiman, kun pyörän luistaminen alkaa
2. Paineen lasku vapauttaa jarrupainetta pyörän pyörimisen palauttamiseksi
3. Paineen nousu käyttää uudelleen jarrutusvoimaa, kun pyörä saa taas pidon

Suorituskykyominaisuudet

Nykyaikaiset ABS-järjestelmät käsittelevät anturitietoja 5-10 millisekunnin välein säätämällä jarrupainetta millisekunnin tarkkuudella. Tyypillinen järjestelmä säilyttää optimaalisen luistosuhteen välillä 10-20%, missä renkaiden kitka on huipussaan. Tämä selittää sykkivän polkimen tunteen ABS:n aktivoinnin aikana – hydraulinen modulaattori pyörittää venttiileitä nopeasti ohjatakseen painetta.

Elektroninen jarruvoiman jako

EBD optimoi jarrujen tasapainon etu- ja taka-akselien välillä ajoneuvon kuormituksen ja hidastuvuuden perusteella. Jarrutuksen aikana paino siirtyy eteenpäin, mikä vähentää takarenkaan pitoa. EBD vähentää takajarrun painetta suhteellisesti estääkseen takapyörän ennenaikaisen lukkiutumisen ja maksimoimalla etujarrun tehokkuuden.

Järjestelmä valvoo yksittäisten pyörien nopeuksia ja laskee optimaalisen paineen jakautumisen jatkuvasti. Ladatussa lava-autossa EBD saattaa lähettää 75 % jarrutusvoimasta etuakseliin , kun taas tyhjä urheiluauto saa tasapainoisemman 65-35-jaon. Tämä dynaaminen säätö parantaa vakautta ja lyhentää jarrutusmatkoja vaihtelevissa olosuhteissa.

Jarrujärjestelmän huoltovaatimukset

Asianmukainen huolto varmistaa tasaisen jarrutustehon ja estää komponenttien ennenaikaisen vioittumisen. Kulutuskuvioiden ja huoltovälien ymmärtäminen auttaa tunnistamaan ongelmat ennen kuin ne vaarantavat turvallisuuden.

Pehmusteen ja roottorin käyttöikä

Jarrupalat on yleensä vaihdettava 30 000–70 000 mailin välein ajotavasta ja materiaalikoostumuksesta riippuen. Useimmissa tyynyissä on kulumisosoittimet – metalliset kielekkeet, jotka koskettavat roottoria, kun tyynyn paksuus saavuttaa 3mm, pienin turvallinen määritys . Roottorit kestävät 50 000–100 000 mailia, mutta ne vaativat mittauksen tyynyn vaihdon yhteydessä. Paksuus alle vähimmäismäärän tai yli 0,002 tuuman pintavuoto vaatii roottorin vaihtamisen.

Nesteen tarkastus ja vaihto

Jarrunesteen testaus mittaa kosteuspitoisuuden ja kiehumispisteen. Likaantunut neste näyttää tummanruskealta kirkkaan keltaisen sijaan ja saattaa sisältää näkyviä hiukkasia. Ammattimainen testi osoittaa sen 3 % kosteus alentaa kiehumispistettä 25 % , mikä lisää merkittävästi häipymisriskiä vuoristolaskujen tai toistuvien kovien pysähdysten aikana.

Jarruongelmien varoitusmerkit

• Kiljuvat tai jauhavat äänet viittaavat kuluneisiin tyynyihin, jotka on vaihdettava välittömästi
• Polkimen pulsaatio viittaa vääntyneisiin roottoreihin, joiden paksuusvaihtelu ylittää vaatimukset
• Pehmeä tai sieninen polkimen tuntuma osoittaa ilmaan hydraulilinjoissa tai sisäisen pääsylinterin kulumisen
• Ajoneuvon vetäytyminen toiselle puolelle jarrutuksen aikana osoittaa jarrusatulan mäntien tai likaantuneiden tyynyjen juuttumista
• Pidentyneet jarrutusmatkat viittaavat järjestelmän yleiseen heikkenemiseen, mikä edellyttää kattavaa tarkastusta

Näiden oireiden nopea korjaaminen estää muiden komponenttien vaurioitumisen ja säilyttää hätäpysäytyksiin välttämättömän turvamarginaalin.