انواع سیستم ترمز خودرو؛ از تکنولوژی‌های قدیمی تا مدرن

سیستم ترمز، بدون شک حیاتی‌ترین بخش ایمنی در هر وسیله نقلیه است که وظیفه کنترل سرعت و توقف ایمن خودرو را بر عهده دارد. با پیشرفت صنعت خودرو، این سیستم از مدل‌های مکانیکی ساده به سیستم‌های پیچیده هیدرولیکی و الکترونیکی تبدیل شده است تا پایداری خودرو در شرایط بحرانی حفظ شود.

در این مقاله جامع، قصد داریم به بررسی کامل انواع سیستم ترمز خودرو بپردازیم؛ از ترمزهای سنتی کاسه‌ای و دیسکی گرفته تا تکنولوژی‌های مدرنی مانند ترمز ABS.
شناخت این سیستم‌ها نه تنها به درک بهتر عملکرد خودرو کمک می‌کند، بلکه پیش‌نیاز اصلی برای عیب‌یابی و رفع مشکلات ترمز در شرایط اضطراری است.

ما این مسیر آموزشی را در سه بخش کلیدی دنبال می‌کنیم:

1. آشنایی با انواع ترمز (دیسکی و کاسه‌ای).
2. بررسی ساختار و مدار هیدرولیکی
3. تحلیل تخصصی ترمزهای ضد قفل (ABS) و روش‌های رفع خطای آن‌ها.

سیستم ترمز کاسه‌ای چیست و چگونه عمل می‌کند؟

سیستم ترمز کاسه‌ای یکی از قدیمی‌ترین و در عین حال رایج‌ترین انواع ترمز است که امروزه بیشتر در چرخ‌های عقب خودروهای اقتصادی دیده می‌شود. در این سیستم، کفشک‌های ترمز با فشار هیدرولیکی به سطح داخلی یک کاسه فلزی می‌چسبند و باعث ایجاد اصطکاک می‌شوند.

نکته فنی: ترمزهای کاسه‌ای به دلیل ساختار بسته، دیرتر خنک می‌شوند اما قدرت بازدارندگی خوبی برای وزن‌های بالا دارند.

اين نوع سيستم ترمز در شكل (1) ملاحظه می‌شود.

1-جهت دوران کاسه چرخ   2-پیستون   3-سیلندر ترمز داخل چرخ    4-کفشک ترمز   5-کفشک فشاری   6-کفشک کششی   7-فنر برگرداننده کفشک   8-لنت   9-عکس العمل نیروی ترمزی روی کفشک‌ها  10-تکیه‌گاه  11-کاسه چرخ

شکل1- ساختمان  سیستم ترمز کاسه‌ای

با اعمال نيرو به پدال ترمز ، مايع هيدروليك ترمز به پيستون های (2) سيلندر ترمز درون چرخ (3) نيرو اعمال كرده و پيستون‌ها به سمت خارج حركت می‌كنند و باعث درگيری لنت‌های چسب يا پرچ شده برروی كفشك‌ها به كاسه چرخ (11) می‌شود. از اينرو بين لنت ها و كاسه چرخ نيروی اصطكاك ايجاد می شود كه باعث كاهش تدريجی سرعت كاسه چرخ و درنتيجه چرخ و خودرو می‌شود، هنگامی كه راننده پدال ترمز را رها می‌كند فنرهای برگرداننده (7)، كفشك ها را به حالت عادی خود بازگشت داده و با جداشدن لنت ها از كاسه چرخ ، ترمز گيری پايان می‌يابد.

بايد توجه نمود كه در حركت رو به جلو مطابق شكل (1)، نيروی عكس العملی اصطكاك وارد بر لنت ها باعث افزايش نيروی ترمزی در لنت سمت راست و كاهش نيروی ترمزی در لنت سمت چپ می‌گردد، از اين رو افزايش نيروی ترمزی در لنت سمت راست را خاصيت Servo-Action می نامند و بنابراين سايش در لنت سمت راست زيادتر می‌شود، در حرکت  به سمت عقب این مطلب برعكس می شود، یعنی با توجه به شکل (1) نیروی ترمزی در لنت سمت چپ زیادتر و سایش آن نیز کمتر از لنت  سمت راست می‌باشد.

خاصيت servo-action از ديدگاه تقويت نيروی ترمزی و كمك به پای راننده مطلوب است، ولی از ديد اينكه ممكن است بعد از رها شدن پدال ترمز همچنان ترمزگيری ادامه يافته و باعث ناپايداری خودرو شود ، نامطلوب می باشد . از این رو با استفاده از سیستم ترمز دیسکی، خاصیت servo-action از بین رفته و پایداری بهتری در زمان ترمزگیری حاصل می‌شود .

مکانیزم ترمز دستی در ترمزهای کاسه‌ای معمولاً درون خودِ کاسه قرار دارد؛ برای درک بهتر این فرآیند، مقاله اجزای ترمز دستی را مطالعه کنید.

سیستم ترمز دیسکی؛ تکنولوژی برتر در ترمزگیری مدرن

سیستم ترمز دیسکی امروزه در چرخ‌های جلوی تقریباً تمام خودروهای سواری و چرخ‌های عقب خودروهای با عملکرد بالا استفاده می‌شود. برخلاف مدل کاسه‌ای، در این سیستم قطعات در معرض جریان هوا قرار دارند که باعث خنک‌کاری سریع‌تر و عملکرد بهتر در ترمزگیری‌های مکرر می‌شود.

نحوه عملکرد به زبان ساده: در این سیستم، یک دیسک فلزی همراه با چرخ می‌چرخد. هنگام ترمزگیری، روغن ترمز تحت فشار هیدرولیکی، پیستون‌های داخل کالیپر را حرکت داده و لنت‌های ترمز را از دو طرف به دیسک می‌فشارند. اصطکاک ایجاد شده بین لنت و دیسک، انرژی جنبشی را به گرما تبدیل کرده و خودرو را متوقف می‌کند.

اين نوع سيستم ترمز در شكل (2) ملاحظه می‌گردد .

1- ديسك ترمز 2- كاليپر ترمز 3- مجرای ورود مايع هيدروليك ترمز 4- گردگير پيستون 5- درزبند برای انجام آب بندی و همچنين عامل برگشت پيستون 6- پيستون 7- لنت 8- پين نگهدارنده لنت

شكل2- ساختار سیستم ترمز ديسكی

با اعمال نيرو به پدال ترمز مايع هيدروليك ترمز از مجراي (3) وارد سيلندر ترمز كاليپر (2) شده و پيستون ها (6) نيز نيرو را به لنت‌ها (7) اعمال نموده و لنت ها با ديسك ترمز (1) تماس حاصل كرده و باعث ايجاد نيروی اصطكاك بين لنت و ديسك می‌گردد و اين نيروی اصطكاك باعث كاهش تدريجی سرعت ديسك ترمز چرخ و نهايتاً خودرو می گردد، بعد از اينكه راننده پدال ترمز را رها مي كند ، فشار مايع هيدروليك ترمز كاهش يافته و لاستيك آ ب بندی كننده (5) اندكی پيستون را به عقب مي كشد و باعث حذف نيروي عمودی بر  لنت ها مي‌گردد . از اين رو نيروي اصطكاك حذف شده و ترمزگيری خاتمه می‌يابد.

برای کسب اطلاعات تخصصی‌تر درباره پیستون پیشنهاد میکنیم حتما مقاله پیستون خودرو: عملکرد، علائم خرابی و نکات مهم تعمیر را مطالعه کنید.

بايد توجه نمود كه در ترمزهای ديسكی بعد از پايان ترمز گيری ارتباط بين لنت‌ها و ديسك ترمز قطع نمی شود، فقط نيروی عمودی برروی لنت ها حذف می شود و باعث حذف نيروی اصطكاك می گردد ، لذا تنظيم فاصله بين لنت و ديسك (رگلاژ كردن) براي اين نوع سيستم ترمز مفهومی ندارد ، از طرفی خاصيت servo-action در اين نوع ترمز وجود نداشته، لذا برای ترمزگيری به نيروی زيادی نياز می باشد كه با بزرگتر در نظر گرفتن قطر پيستون ها (6) ، اين موضوع نيز بهبود می يابد.

در خودروهای امروزی معمولاً  سیستم ترمز كفشكی يا كاسه‌ای در چرخ‌های عقب و ترمز ديسكی در چرخ‌هاي جلو و در خودروهاي پيشرفته تر تمامي چرخ‌ها را به  سیستم ترمز ديسكی مجهز می‌كنند ، به خصوص اگر خودرو مجهز به سيستم ترمز ضد قفل( ABS) باشد، مطلوبتر است كه در همه چرخ ها از ترمز ديسكي استفاده شود تا خاصيت servo-action اختلالی در كار سيستم ABS ايجاد نكند.

قوانین فیزیک در خدمت ترمزگیری؛ اهرم و هیدرولیک

برای اینکه یک خودروی سنگین (که گاهی بیش از یک تن وزن دارد) تنها با فشار آرام پای راننده متوقف شود، سیستم ترمز از دو مرحله تقویت نیرو استفاده می‌کند:

1. قانون اهرم‌ها (در پدال ترمز)
   اولین مرحله تقویت نیرو، درست در لحظه فشار دادن پدال ترمز اتفاق می‌افتد. ساختار پدال ترمز مانند یک اهرم عمل می‌کند که فاصله پدال تا تکیه‌گاه، قدرت پای راننده را افزایش می‌دهد.مثال فنی: طبق محاسبات، چنانچه نیروی پای راننده ۱۰۰ نیوتن باشد، ابعاد پدال ترمز این نیرو را به ۳۰۰ نیوتن در ورودی سیلندر اصلی تبدیل می‌کند.
2. قانون هیدرولیک (در لوله‌ها و سیلندر چرخ)
   دومین مرحله، استفاده از قانون پاسکال در مدار هیدرولیک است. با انتخاب قطر کوچک برای پیستون سیلندر اصلی و قطر بزرگ برای پیستون‌های کالیپر چرخ، نیرو مجدداً جهش پیدا می‌کند.مثال عددی: اگر سطح مقطع پیستون سیلندر اصلی ۴ سانتی‌متر مربع و سطح مقطع پیستون کالیپر چرخ ۲۰ سانتی‌متر مربع باشد، نیرو ۵ برابر دیگر تقویت می‌شود. در مجموع، نیرویی که به لنت‌ها وارد می‌شود، ده‌ها برابر نیروی اولیه پای راننده خواهد بود.

شكل (1) مدار ساده سيستم ترمز خودرو را نشان مي‌دهد .

1- تكيه گاه 2- كفشك لنت 3- سيلندر پيستون 4- لوله فولادي 5- لوله قابل انعطاف 6- پدال ترمز 7- سيلندر اصلي ترمز 8- پيستون و لنت 9- كاليپر 10- ديسك 11- رابط 12- لوله‌های انعطاف پذير

شكل 1- مدار ساده سيستم ترمز خودرو

انواع طرح‌های مدار ترمز؛ از پیکان تا خودروهای مدرن

در گذشته، سیستم ترمز خودروها به صورت تک‌مداره بود (مطابق شکل ۱)؛ این یعنی اگر لوله‌ی ترمز یکی از چرخ‌ها نشتی پیدا می‌کرد، کل ترمز خودرو از کار می‌افتاد. امروزه برای افزایش ایمنی، از سیستم‌های چندمداره استفاده می‌شود تا در صورت بروز مشکل در یک بخش، بخش دیگر همچنان فعال بماند.

برخی از رایج‌ترین طرح‌های مداربندی ترمز عبارتند از:

1. طرح دو مداره مجزا (حالت a): چرخ‌های جلو و عقب دو مدار جداگانه دارند (استفاده شده در خودرو پیکان).
2. طرح ضربدری (حالت b – ضربدری): چرخ جلوی سمت راست با چرخ عقب سمت چپ در یک مدار هستند و بالعکس. این طرح (طرح X) در اکثر خودروهای امروزی مانند پراید استفاده می‌شود.
3. طرح مثلثی (حالت c): در خودروهایی با ضریب امنیت بالاتر (مثل BMW قدیم) استفاده می‌شود که در صورت خرابی، سه چرخ همچنان ترمز دارند.

چرا طرح ضربدری در پراید و سایر خودروها محبوب است؟ به دلیل انتقال وزن خودرو به سمت جلو در هنگام ترمزگیری، نیروی ترمز چرخ‌های جلو بسیار موثرتر است. در طرح ضربدری، اگر یک مدار آسیب ببیند، همیشه یک چرخ جلو در مدارِ سالم باقی می‌ماند که باعث می‌شود خودرو منحرف نشود و با پایداری بیشتری متوقف گردد.

برای اینکه بدانید لوله‌های هیدرولیک در انتهای این مدارها به چه قطعاتی وصل می‌شوند، حتماً بخش ترمز دیسکی و کاسه‌ای را در مقاله انواع سیستم ترمز مطالعه کنید.

1-بوستر2-پدال ترمز 3-كاليپر دو پيستون 4-ديسك ترمز 5-سوپاپ حسگر بار 6-سيلندر اصلي دوبل 7-كاليپر چهار پيستوني a)طرح دو مداري چرخ هاي عقب و جلو مجزا b)طرح ضرب دري c)طرح مثلثي

بوستر ترمز؛ قدرت‌دهنده نهایی

گاهی اوقات قوانین اهرم و هیدرولیک به تنهایی برای متوقف کردن سریع خودرو کافی نیستند. اینجا پیشرانه خودرو به کمک راننده می‌آید. بوستر ترمز قطعه‌ای است که با استفاده از اختلاف فشار (خلاء موتور و فشار هوای بیرون)، نیروی وارده به سیلندر اصلی را به شدت تقویت می‌کند.

بوستر ترمز چگونه کار می‌کند؟

عملکرد بوستر را می‌توان در سه وضعیت اصلی بررسی کرد:

۱. حالت آزاد (پدال رها شده): در این حالت، سوپاپ خلاء باز است. خلاء تولید شده توسط موتور (مانیفولد هوا) در هر دو طرف دیافراگم بوستر وجود دارد. چون فشار در دو طرف برابر است، فنر بازگرداننده، پیستون را در ابتدای مسیر نگه می‌دارد.

۲. حالت ترمزگیری (فشار دادن پدال): با فشار دادن پدال، مجرای خلاء بسته شده و مجرای هوای آزاد باز می‌شود. هوای اتمسفر (بیرون) به پشت دیافراگم وارد می‌شود. اختلاف فشار بین هوای بیرون و خلاء موتور، دیافراگم را با قدرت به سمت جلو هل می‌دهد و این نیرو مستقیماً به پیستون سیلندر اصلی منتقل می‌شود.

۳. حالت پدال ثابت: اگر راننده پدال را در یک وضعیت نگه دارد، مجرای هوای ورودی بسته می‌شود تا نیروی ترمز در همان سطح ثابت بماند. به محض رها کردن پدال، دوباره خلاء در هر دو طرف برقرار شده و سیستم به حالت اول برمی‌گردد.

نقطه آغازین عملیات ترمزگیری در ساختار هیدرولیکی، نیروی پای راننده است که از طریق پدال ترمز تقویت شده و به پمپ اصلی منتقل می‌شود؛ برای درک بهتر مکانیزم عملکرد این بخش، می‌توانید مقاله تخصصی ما در این زمینه با موضوع پدال و میکروسوئیچ ترمز را مطالعه کنید.

بوستر ترمز خودرو درحالتي كه ترمز اعمال نشده است

1- پيستون قدرت 2- ديافراگم 3- محفظة خلاء 4- محفظة هوا و خلاء 5- خار نگهدارندة مجموعه سوپاپ بوستر 6- درز بند 7- ديافراگم مجموعه سوپاپ هوا /خلاء بوستر 8- فنر ديافراگم مجموعه سوپاپ بوستر 9- فيلتر نمدي هوا 10-ميلة متصل به پدال ترمز 11- هواي ورودي 12- گردگير 13- فنر برگرداننده 14- سوپاپ خلاء كه در حالت عادي باز است 15- تكيه گاه سوپاپ هوا 16- پوستة بوستر 17- پوسته پرس شده بوستر 18- لاستيك ضربه گير 19- و20- پيستون و ميلة انتقال نيرو از پيستون قدرت بوستر به پيستون سيلندر اصلي 21- فنر برگشت 22- سيلندر اصلي دوبل 23- مدار اوليه 24- مدار ثانويه 25- محل اتصال به شيلنگ خلاء مانيفولد هوا 26- سوپاپ يكطرفه

شكل 3- بوستر ترمز خودرو درحالتي كه ترمز اعمال نشده است

اگرچه بوستر قدرت ترمزگیری را زیاد می‌کند، اما نمی‌تواند مانع قفل شدن چرخ‌ها در سطوح لغزنده شود. این وظیفه بر عهده واحد ترمز ABS است که درست بعد از سیلندر اصلی قرار می‌گیرد. برای شناخت این سیستم هوشمند، ادامه مطلب را بخوانید.

بوستر در حالتی كه راننده پدال ترمز خودرو را فشار می دهد.

شكل4- بوستر در حالتي كه راننده پدال ترمز خودرو را فشار مي‌دهد.

در اين حالت مجراي انتقال خلاء به پشت پيستون قدرت (1) و ديافراگم (2) بسته شده ، از طرفي مجراي عبور هوا به پشت پيستون قدرت (1) و ديافراگم (2) باز شده و هوا از اطراف پاي راننده با عبور از فيلتر نمدي به پشت پيستون قدرت مي رسد. در اين وضعيت به پشت پيستون قدرت ، فشار هوا اعمال شده در حاليكه فشار جلوي پيستون قدرت ، فشار خلاء ماني فولد هوا مي‌باشد. بنابراين پيستون قدرت و ديافراگم به سمت چپ حركت كرده و از طريق پيستون و ميله (19) و (20) نيرو را به پيستون سيلندر اصلي منتقل كرده و باعث ارسال مايع هيدروليك ترمز به چرخ ها و نهايتاً ترمز گيري مي‌شود

بوستر ترمز خودرو در حالتی که پای راننده روی پدال ترمز ثابت است

شکل 5-بوستر ترمز خودرو در حالتی که پای راننده روی پدال ترمز ثابت است

 با توجه به شکل‌های (5)، هنگامی که راننده پای خود را بر روی پدال ترمز ثابت می‌کند ، هنوز هوا به پشت پیستون قدرت و دیافراگم وارد می شود ، از این رو پیستون قدرت و دیافراگم،  اندكي جلو رفته تا مجراي هوای پشت پيستون قدرت و ديافراگم، بسته شود. از اينرو با بسته  بودن مجراي هوا و خلاء، پيستون قدرت و ديافراگم در محل خود ثابت شده و ترمزگيري با نرخي ثابت انجام مي‌شود. چنانچه راننده پدال ترمز خودرو را رها كند مطابق شكل (5-3) مجراي هوا بسته و مجراي خلاء باز مي‌شود، با يكسان شدن فشار پشت و جلو پيستون قدرت و ديافراگم، فنر برگشت (21) ، پيستون قدرت و ديافراگم را به سمت عقب حركت داده و پيستون سيلندر اصلی و پیستون سیلندر چرخ‌ها نيز برگشت نموده و ترمزگيري خاتمه مي‌يابد.

در کنار مدار پیچیده هیدرولیک، هر خودرو دارای یک سیستم ترمز پارک کاملاً مجزا است. در مقاله ترمز دستی چگونه کار می‌کند؟ و اجزای آن، به طور کامل توضیح داده‌ایم که این سیستم چگونه بدون نیاز به روغن ترمز و تنها با تکیه بر قطعات مکانیکی، خودرو را در شیب‌ها ثابت نگه می‌دارد.

سیستم ترمز ضد قفل (ABS)؛ پایداری در شرایط بحرانی

با وجود قدرت ترمزهای دیسکی و کاسه‌ای، یک مشکل بزرگ همواره وجود داشت: در ترمزگیری‌های شدید، چرخ‌ها قفل شده و کنترل فرمان از دست راننده خارج می‌شد. برای رفع این مشکل، تکنولوژی ترمز ABS (مخفف Antilock Braking System) معرفی شد.

این سیستم با مانیتورینگ مداوم سرعت چرخ‌ها، اجازه نمی‌دهد هیچ چرخی به طور کامل قفل شود. این کار باعث می‌شود راننده حتی در هنگام ترمز شدید، بتواند خودرو را هدایت کرده و از موانع عبور کند.

از کجا بفهمیم سیستم ترمز یا ABS ما خراب شده است؟

حتی اگر بهترین مدار طراحی شده (مثل مدار ضربدری پراید) را داشته باشید، استهلاک قطعات یا خرابی سنسورها می‌تواند ایمنی شما را به خطر بیندازد. لرزش پدال، سفت شدن آن یا روشن شدن چراغ چک ترمز، همگی نشانه‌هایی هستند که نباید نادیده گرفته شوند.
عیب‌یابی سریع: آیا چراغ ترمز ضد قفل خودروی شما روشن شده است؟ خرابی در هر یک از بخش‌ها (از سنسورها تا واحد کنترل) نشانه‌های خاص خود را دارد. برای شناسایی دقیق مشکل، راهنمای تخصصی ما در مورد علائم خرابی سنسور ABS و روش‌های عیب‌یابی آن را از دست ندهید.

حتی در دقیق‌ترین ساختارهای ترمز، به مرور زمان کابل‌ها دچار کشیدگی شده و لنت‌ها فاصله می‌گیرند. در این شرایط، انجام رگلاژ ترمز دستی ضروری است تا از عملکرد صحیح و به موقع ترمز پارک اطمینان حاصل شود.

مطالعه تخصصی:

سیستم ABS خود از اجزای پیچیده‌ای مثل سنسورهای سرعت، واحد هیدرولیک وECU تشکیل شده است. برای اینکه بدانید این سیستم دقیقاً چگونه کار می‌کند و با انواع سنسورهای آن آشنا شوید، حتماً مقاله ترمز ABS چیست؟ را مطالعه کنید.