Șansele sunt ca piciorul dvs. să cunoască starea frânelor vehiculului și calitatea plăcuțelor de frână înainte ca mintea dvs. să conştientizeze. Luați în considerare acest lucru: oprirea unui vehicul de 2000 de kg necesită ca șoferul să apese pe pedală de frână pentru a genera înfrânarea roților. Ce se întâmplă între pedală și plăcuţele de frână determină presiunea necesară ce trebuie să fie aplicată pentru a opri vehiculul într-o distanță sigură.
Inginerii privesc sistemul de frânare ca o ecuație. Când vehiculul părăsește linia de asamblare, sistemul de frânare de pe ambele părți ale ecuației este echilibrat, deoarece variabilele sunt cunoscute. După ce vehiculul a avut primul set de plăcuțe de frână schimbat, variabilele se schimbă, iar cerinţele nu mai pot
corespunde cu rezultatele.
Aceste modificări ale ecuației pot avea ca şi posibile cauze plăcuțe de frână uzate, defecte sau de calitate scăzută.
Ecuația hidraulică
Un sistem de frânare hidraulic transformă și amplifică forța aplicată pedalei de frânare. Funcționează pe principiul că lichidul de frână nu este compresibil (se comprimă dacă este expus la presiuni și temperaturi extrem de ridicate). Când se generează presiune la un capăt al sistemului de frânare, aceeași presiune este şi la celălalt capăt al sistemului.
Într-un sistem de frânare hidraulic, șoferul generează forță apăsând pe pedală de frână. Forța este apoi amplificată de pedală, amplificator și cilindrul principal. Șoferul va modula presiunea aplicată pedalei pentru a opri vehiculul.
Făcând calculele matematice
Un şofer mediu, generează cu uşurinţă un vârf de 70 kilograme forță exercitate la capătul pedalei de frână în timpul unei opriri moderate. Pedala de frână nu este altceva decât o pârghie mecanică care amplifică forța șoferului.
Raportul pedalei este lungimea totală a pedalei sau distanța de la pivotul pedalei la centrul plăcuței pedalei, împărțită la distanța de la punctul de pivotare la care se conectează tijă de împingere.
Servofrână
Un amplificator crește forța pedalei, astfel încât să poată fi utilizat un raport mecanic mai mic al pedalei. Un
raport mai scăzut poate produce o deplasare scurtată a pedalei și o modulație mai bună. Cele mai multe
vehicule cu amplificator de presiune vor avea un raport de pedală mecanic de 3,2: 1 la 4: 1. Mărimea diafragmei amplificatorului și cantitatea de vacuum generată de servomotor, vor determina câtă forță poate fi generată. Majoritatea servomotoarelor vor genera în jur de 8 psi de vacuum. Dacă un amplificator ipotetic cu o diafragmă de 7 inci este supus la 8 psi de vacuum al motorului, va produce mai mult de 300 de kilograme de forță suplimentară. Dacă cilindrul principal are un orificiu de 1 inch, suprafața pistonului este de 0.78 inch pătrat.
Dacă reduceți suprafața pistonului, veți obține mai multă presiune. Acest lucru se datorează faptului că suprafața este mai mică, dar forța de ieșire de la pedală rămâne aceeași. Dacă ați folosi un cilindru principal cu un alezaj de 0,75 inci, care are un piston cu o suprafață a pistonului cu 0,44 inch², ați obține 986 psi la orificiile cilindrului principal. Cu toate acestea, cursa pedalei va crește.
70 de kilograme de forță pe o pedală de frână pot duce la 556 psi de lichid de frână care se îndreaptă spre etriere. Deci, cum oprește această presiune o mașină? Dacă etrierele au un singur piston cu diametrul de 2 inci (suprafața pistonului = 2πR), doar înmulțim suprafața pistonului cu 556 psi și obținem 3.419 lbs de
forță de prindere la ambele etriere frontale!
Fricțiune și fluid
Forțele de strângere și coeficientul de frecare sunt pe o parte a ecuației, iar cuplul de frânare este pe cealaltă parte. Dacă măriți oricare dintre variabile, schimbați cuplul pe care îl poate genera sistemul.
Forțele de prindere sunt utilizate pentru a genera frecare care produce cuplu pentru oprirea vehiculului. Aici intervine „coeficientul de frecare”. Coeficientul de frecare este calculat prin împărțirea forței necesare pentru a aluneca un obiect pe o suprafață la greutatea obiectului. De exemplu, dacă este nevoie de 1 lb de forță pentru a glisa o placă de frână de 1 lb peste un rotor, coeficientul de frecare dintre cele două materiale este de 1,0.
În esență, inginerii echilibrează coeficientul de frecare cu dimensiunile pistonului și ale cilindrului principal pentru a oferi vehiculului cantitatea potrivită de forță de oprire și senzație de pedală. Dacă creșteți sau micșorați coeficientul de frecare, s-ar putea să deranjați echilibrul.
În exemplul nostru teoretic de mai sus, ignorăm câțiva factori din lumea reală care influențează cantitatea de forță de prindere. Realitatea este că nu toată presiunea ajunge la interfața dintre placuta și disc. O parte se pierde odată cu extinderea furtunurilor de frână. Dar majoritatea factorilor care pot crește forța pedalei sau deplasarea pedalei nu sunt hidraulici – sunt mecanici.
Chiar dacă toată presiunea ajunge la pistonul etrierului, o parte din forța generată se pierde pe măsură ce etrierul se flexează. Dacă este un design cu etrier plutitor, mișcarea etrierului pe lamele necesare pentru a-l centra pe disc poate necesită o mișcare suplimentară de fluid. Dacă culisele sau plăcuțele sunt gripate, acestea pot reduce forța de prindere și pot provoca forțe de prindere inegale pe plăcuța de frână. Acest lucru reduce amprenta materialului de frecare pe disc și crește forța necesară pentru a genera o forță de frânare suficientă. Plăcuța de frână în sine poate crește forța și deplasarea pedalei. Și, dacă placa suport nu are suficientă rigiditate, se va flexa. Acest lucru influențează componentele hidraulice în două moduri. În primul rând, forța hidraulică este utilizată pentru a flexa placa de sprijin a plăcuței de frână. În al doilea rând, atunci când plăcuța se flexează, aceasta modifică forțele de prindere pe disc. Marginile plăcuței ar putea avea sarcini de prindere mai mici decât centrul plăcuței. Acest lucru reduce cantitatea de cuplu de
frână generată. Dar, de asemenea, poate provoca zgomot de frână din cauza instabilității de frecare la interfața plăcii și a rotorului. Dacă plăcuța de frână a fost compromisă prin delaminarea materialului de frecare de pe placa de susținere, cuplu pe care îl poate genera plăcuța de frână este redus. Această reducere a cuplului necesită șoferului să împingă mai tare pedala de frână.
Singurul lucru care nu se schimbă niciodată în ecuația de frânare este elementul uman din spatele pedalei. Un șofer poate pune atât de multă forță pe pedală, iar mintea lui poate reacționa atât de repede într-o situație de urgență. Dacă mintea și piciorul se luptă cu o problemă la plăcuţele de frânare sau la sistemul hidraulic, sperăm că va ajunge în magazinul dvs. înainte de producerea unui accident.
