سیستم ترمز اتومبیل قسمت سوم
ترمزهای نوین
دیسک‌های کربن سرامیک
در حال حاضر اکثر دیسک‌های ترمز از چدن ساخته می‌شوند. با این حال، مواد جدیدی نظیر سرامیک و فیبر کربن راه خود را به صنعت خودروسازی و تولید ترمز باز کرده‌اند. دیسک‌های کربن سرامیک مدت‌هاست که در مسابقات موتور اسپرت مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما اولین بار پورشه کاررا GT به عنوان یک خودروی شهری از دیسک‌های کربن سرامیک استفاده کرد. در گذشته دیسک‌های کربن سرامیک با وجود قیمت‌های هنگفت، عمر کم‌تری نسبت به نمونه‌های معمول داشتند و تنها در بازه‌های دمایی بسیار محدود (بین ۲۰۰ تا ۳۰۰ درجه‌ی سانتی‌گراد) عملکرد قابل قبولی ارائه می‌دادند. در نهایت شرکت برمبو (فعال در زمینه‌ی ارائه‌ی سیستم‌های ترمز) توانست نوعی دیسک کربنی با حساسیت کم‌تر نسبت به خوردگی ارائه دهد که مناسب خودروهای شهری باشد. مزیت این دیسک‌ها وزن کم‌تر و عملکرد مناسب در شرایط کاری پر فشار است.
دیسک‌های کربن سرامیکی بسیار کم‌تر از نمونه‌های چدنی وزن دارند و در مقایسه با آن‌ها حتی در دماهای بسیار بالا هم عملکرد مناسبی دارند. دیسک‌های سرامیکی در مقایسه با نمونه‌های چدنی معمول ۶ کیلوگرم وزن کم‌تری دارند که باعث می‌شود وزن فنربندی نشده‌ی خودرو کاهش چشمگیری داشته باشد و در نتیجه فرمان‌پذیری و ویژگی‌های دینامیکی خودرو بهبود یابد. به علاوه، این دیسک‌ها انبساط گرمایی کم‌تری دارند و درنتیجه در ترمزگیری‌های شدید لرزش کم‌تری ایجاد می‌کنند.
سیستم ترمز ضد قفل
بزرگ‌ترین مزیت سیستم ترمز ضد قفل یا به اختصار ABS این است که به راننده اجازه می‌دهد در شرایط ترمزگیری شدید بتواند در مسیر دلخواه خودرو را هدایت کند. در خودروهایی که به سیستم ABS مجهز نیستند، با فشردن شدید پدال ترمز، یک یا چند چرخ خودرو قفل می‌شود و این امر باعث از دست رفتن کنترل خودرو و سر خودردن آن به جهات غیرقابل پیش‌بینی می‌شود. سیستم ترمز ضد قفل با تشخیص زودتر احتمال قفل شدن چرخ‌ها، فشار روغن را از روی چرخ در آستانه‌ی قفل شدن برداشته و در کسری از ثانیه دوباره فشار روغن را اعمال می‌کند.
این سیستم از یک پردازشگر الکترونیکی، چهار حسگر (یک حسگر برای هر چرخ)، یک پمپ الکترونیکی هیدرولیکی و یک انباشتگر (مخزن تحت فشار) هیدرولیکی تشکیل شده است. حسگرهای تعبیه شده در چرخ‌ها به صورت لحظه‌ای اطلاعات را به پردازشگر ارسال می‌کنند و پردازشگر با تشخیص آستانه‌ی قفل شدن چرخ‌ها از طریق یک شیر سروو هیدرولیکی در کسری از ثانیه چندین مرتبه فشار روغن به چرخ را قطع و وصل می‌کند. در صورت وقوع چنین حالتی، راننده می‌تواند تکان‌های ناشی از قطع و وصل ترمز را زیر پای خود از طریق پدال ترمز حس کند. نقش انباشتگر هیدرولیکی این است که در شرایط قطع و وصل سریع فشار روغن، روغن اضافی را وارد مدار هیرولیکی کند تا هر بار که ترمز قطع و وصل می‌شود پدال ترمز تا انتها به سمت پایین حرکت نکند. سیستم ABS در شرایطی که اصطکاک سطح اندک است، مانند شرایط بارانی یا رانندگی روی یخ، و ممکن است با کوچک‌ترین ترمز چرخ‌ها قفل شوند، عملکرد فوق‌العاده‌ای دارد.
یکی از مشکلاتی که مهندسان ABS با آن مواجه هستند، استفاده از این سیستم در خودروهای مجهز به سیستم چهار چرخ محرک با سیستم دیفرانسیل لغزش محدود یا دیفرانسیل قفل شونده است. مشکل این است که در استفاده‌ی هم‌زمان از این دو سیستم به سختی می‌توان اتصالات مکانیکی جعبه‌دنده را کنترل کرد. برای حل این مشکل، بعضی از سازندگان در هنگام استفاده از ABS، سیستم چهار چرخ محرک را از مدار خارج می‌کنند و بعضی دیگر با افزودن حسگرهای بیش‌تر سعی کرده‌اند تا انعطاف سیستم ABS را افزایش دهند.
ترمز دینامیک
ترمز دینامیک اساسا سیستمی است که میزان نیروی ترمز هر چرخ را به‌طور مجزا کنترل می‌کند. هنگام حرکت خودرو، هر چرخ در زمان‌های مختلف بارهای متفاوتی حمل می‌کند و همین موضوع مبنای عملکرد ترمز دینامیک است. چرخی که بار بیش‌تری حمل می‌کند، می‌تواند ترمز شدیدتری تحمل کند و چرخی که بار سبک‌تری حمل می‌کند نیروی ترمز کم‌تری نیاز دارد. برای روشن‌تر شدن موضوع به این مثال توجه کنید: تصور کنید که یک خودرو با سرعتی مشخص و روی سطحی خشک در حال پیچیدن به سمت چپ است. در این حالت، چرخ‌هایی که به سمت خارج پیچ قرار دارند (در این مثال چرخ‌های سمت راست خودرو) به دلیل جابه‌جایی وزن خودرو، بار بیش‌تری تحمل می‌کنند. در صورتی‌که پیشرانه‌ی خودروی مورد نظر در جلو نصب شده باشد، چرخ جلو سمت راست بیش‌ترین وزن را تحمل می‌کند. در این حالت به ترتیب چرخ جلو سمت راست، چرخ عقب سمت راست، چرخ جلو سمت چپ و چرخ عقب سمت چپ می‌توانند بیش‌ترین نیروی ترمز را داشته باشند. سیستم ترمز دینامیک می‌تواند میزان نیروی ترمز مورد نیاز هر چرخ را مشخص کرده و بر اساس آن به هر چرخ نیروی متفاوتی وارد کند. این امر سبب پایداری بیش‌تر خودرو می‌شود.
تفاوت این سیستم با سیستم ABS در این است که سیستم ترمز ضد قفل تنها در مواقع قفل شدن چرخ وارد عمل می‌شود، درحالی‌که سیستم ترمز دینامیک به صورت لحظه‌ای سرعت و بار هر چرخ را به صورت مستقل تحت نظر دارد و بر همین اساس نیروی ترمز متفاوتی به هر چرخ اختصاص می‌دهد. برای رسیدن به این عملکرد، حسگرهای تعبیه شده در هر چرخ باید اطلاعات خود را با یکدیگر و پردازشگر مرکزی به اشتراک بگذارند. پیچیدگی این سیستم باعث شده قیمت تمام شده‌ی آن نسبت به سیستم ABS بالاتر باشد و در نتیجه در حال حاضر تنها در خودروهای سطح بالا از آن استفاده شود. با این وجود، با گذشت زمان هزینه‌ی استفاده از این سیستم کاهش می‌یابد و می‌توانیم شاهد تجهیز خودروهای رده پایین به این سیستم باشیم.
سیستم ترمز همراه بازیاب انرژی
هر بار که از ترمز خودرو استفاده می‌کنید، انرژی جنبشی خودرو از طریق ترمزها به شکل گرما تلف می‌شود. با در نظر گرفتن میزان ترافیک موجود در شهرها و عادات رانندگی افراد می‌توان فهمید که میزان چشمگیری از انرژی بدون استفاده‌ی خاصی به محیط انتقال می‌یابد. به همین جهت مهندسان به فکر استفاده از انرژی جنبشی خودرو و ذخیره‌ی آن به شکل دیگری از انرژی افتادند. در سیستم ترمز همراه بازیاب انرژی، بخشی از انرژی جنبشی خودرو از طریق یک مولد به انرژی الکتریکی تبدیل و در باتری‌های تعبیه شده ذخیره می‌شود. در سیستم ترمز معمولی با فشردن پدال ترمز بلافاصله لنت‌ها به سطح دیسک ترمز می‌چسبند و سرعت خودرو را کاهش می‌دهند، اما در سیستم ترمز به همراه بازیاب انرژی، با فشردن پدال ترمز مولد الکتریکی تعبیه شده در خلاف جهت حرکت خودرو شروع به چرخیدن می‌کند که این امر سبب کاهش سرعت خودرو و بازیافت انرژی جنبشی به صورت انرژی الکتریکی می‌شود. نکته‌ی حائز اهمیت در این مورد این است که سیستم بازیافت انرژی به تنهایی قادر به متوقف کردن خودرو نیست و تنها به عنوانی راهکاری برای کاهش هدر رفت انرژی در نظر گرفته می‌شود.
حالت بهینه‌ی عملکرد این سیستم در ترافیک‌ها و شرایط حرکت و توقف پی‌درپی است و درست مانند سیستم ABS با در نظر گرفتن پارامترهای سرعت چرخش چرخ‌های خودرو، میزان گشتاور لازم برای شارژ باتری‌ها را محاسبه می‌کند تا در شرایط بهینه وارد مدار شود. از این سیستم در خودروهای هیبریدی و الکتریکی نظیر تویوتا پریوس و تسلا رودستر استفاده می‌شود.
ترمز الکتریکی
جدیدترین دستاورد در تکنولوژی ترمز خودروها، معرفی سیستم ترمز الکتریکی است. در این سیستم که به نام ترمز سیمی (Brake By Wire) نیز شناخته می‌شود، هیچ اتصال مکانیکی میان پدال ترمز و واحد اعمال کننده‌ی ترمز وجود ندارد. در ترمز الکتریکی، سیستم با دریافت و ارسال پارامترهای میزان فشار پای راننده روی پدال و سرعت فشردن پدال ترمز به هر چرخ، بهترین شرایط ترمزگیری برای هر چرخ را اعمال می‌کند. از مزایای این سیستم می‌توان به تعامل مناسب با سیستم کروز کنترل هوشمند جهت حفظ فاصله‌ی از پیش تعیین شده با خودروی جلویی و همچنین ترمزگیری تا توقف خودرو (در مواقع لزوم) بدون دخالت راننده اشاره کرد. علاوه بر این، با استفاده از این سیستم، اتصالات مکانیکی معمول حذف می‌شوند که این امر خود سبب کاهش فضای مورد نیاز، کاهش صدا و لرزش می‌شود. تنها چالش در استفاده از این سیستم ایجاد حس القای ترمزگیری در پدال ترمز است.
سیستم ترمز الکتریکی می‌تواند کاملا به صورت الکتریکی یا به‌صورت هیدروالکتریک عمل کند. در نوع اول لنت‌ها با کمک آرایشی از پیچ‌های الکتریکی به سطح دیسک فشرده و آزاد می‌شوند و در نوع دوم سیگنال الکتریکی به یک موتور هیدرولیکی ارسال شده و موتور با توجه به میزان فشار مورد نیاز، روغن را به سمت پیستون لنت‌ها ارسال می‌کند. در هر دو نوع وزن کلی سیستم نسبت به سیستم‌های معمولی کاهش می‌یابد و تعمیر سیستم راحت‌تر است.
نمونه‌ای از استفاده از این سیستم را می‌توان در پتنت ثبت شده‌ی مرسدس بنز با نام سیستم کنترل ترمز سنسوترونیک یافت. این سیستم روی مدل‌های E، SL500 و میباخ نصب شده است و اولین سامانه‌ی ترمز الکتریکی در خودروهای عادی و شهری است. در این سیستم با فشردن پدال ترمز یک سیگنال الکتریکی به پردازشگر ارسال می‌شود و پس از در نظر گرفتن پارامترهای مختلف یک سیگنال الکتریکی به پمپ هیدرولیکی برای اعمال فشار روغن ترمز ارسال می‌شود. ترمز سنسوترونیک با ترمز ضد قفل و سیستم کنترل پایداری (ESP) به صورت هماهنگ عمل می‌کند و پارامترهایی نظیر زاویه‌ی فرمان، شتاب ثانویه و سرعت هر چرخ را در اعمال ترمزها مورد محاسبه قرار می‌دهد.
حالتی که راننده به سرعت پای خود را از روی پدال گاز بردارد و پدال ترمز را بفشارد، یک سیگنال اضطراری توسط سیستم سنسوترونیک دریافت می‌شود و به سرعت با حداکثر توان شروع به اعمال ترمزها می‌کند. طی زمان ترمزگیری، این سیستم تنها میزان صحیح و بهینه‌ی فشار لنت‌ها روی دیسک هر چرخ را اعمال می‌کند تا همواره ترمزگیری در بهترین شرایط صورت گیرد. برای مثال در پیچ‌ها میزان فشار ترمز روی چرخ‌های خارجی نسبت به پیچ بیش‌تر است. نکته‌ی قابل توجه دیگر در این سیستم، اعمال ترمز آرام برای برداشتن فیلم آب از سطح دیسک در شرایط مقتضی است.
