Välkommen tillbaka till Gearhead 101 — en serie om grunderna i hur bilar fungerar för bilnyanserna där ute.
Om du har följt Gearhead 101 vet du hur en bilmotor fungerar, hur motorn överför kraften den genererar via drivlinan och hur en manuell eller automatisk växellåda fungerar som en sorts kraftväxel mellan motorn och drivlinan.
Idag ska vi diskutera bilsystemet som du använder hundratals gånger om dagen, vars misslyckande sannolikt skulle döda eller skada dig allvarligt.
Jag pratar om dina bromsar.
Bilbromsarnas fysik är ganska enkel. För att sakta ner och stoppa din bil, omvandlar ditt bromssystem kinetisk energi (hjulens rörelse) till värmeenergi genom friktion som anbringas av dina bromsar på hjulen. När all rörelseenergi i hjulen har omvandlats till värmeenergi av bromsarna, stannar din bil.
Ganska enkelt.
Men det finns två olika sätt att flå den här katten med rörelse i värmeenergi, och några andra delar som gör att de båda kan arbeta.
Bromspedal. Du är bekant med bromspedalen. Det är spaken du trycker på med foten för att sakta ner och stoppa bilen. Bromspedalen på de flesta moderna bilar ansluter till en . . .
Bromsförstärkare. Idag har de flesta fordon vad som kallas "kraftbromsar". Kraftbromsar ökar kraften som produceras av att du trycker på pedalen, som appliceras på resten av bromssystemet. Det betyder att du inte behöver trycka ner bromspedalen med för mycket ansträngning för att få din bil att sakta ner eller stanna. Bromsförstärkaren är det som gör kraftbromsar, kraftbromsar.
Det finns två typer av bromsförstärkare:vakuumassisterade förstärkare och hydrauliskt assisterade boosters . Vakuumassisterade boosters skapar ett vakuum med hjälp av ett luftintag från motorn. Detta vakuum förstärker kraften som skapas när du trycker ned pedalen, som appliceras på kolvarna i huvudcylindern (mer om det om det lite). Hydrauliskt assisterade boosters använder hydraultryck från din bils servostyrning för att öka kraften till huvudcylindern.
Så du trampar på bromspedalen. Kraften som skapas av den åtgärden förstärks av bromsförstärkaren. Bromsförstärkaren överför den kraften till . . .
Mastercylinder. Om du har tittat under huven på din bil har du förmodligen sett huvudcylindern, men du visste inte att den hette så. Huvudcylindern håller din bils bromsvätska. Bromsvätska rinner genom bromsledningar till varje hjul på din bil. När du trampar på bromspedalen förstärks energin av bromsförstärkaren som i sin tur flyttar en kolv inuti huvudcylindern som i sin tur tvingar ut bromsvätska ur huvudcylindern och in i bromsledningarna som går till varje hjul. Vätskan aktiverar sedan bromsarna på dina hjul.
Huvudcylindern ser till att lika hydraulisk kraft skickas till alla fyra bromsarna. Om den ena bromsen skulle få mer kraft än den andra skulle det resultera i ojämna bromstryck, vilket skulle orsaka en osäker avmattning eller stopp. Föreställ dig vad som skulle hända med din bil om dina högra hjul skulle sakta ner snabbare än dina vänstra hjul. Du skulle fiska eller eventuellt vända bilen.
De flesta moderna huvudcylindrar är uppdelade i två reservoarer, var och en fylld med bromsvätska. Detta kallas ett dubbelt bromssystem . Den fungerar som en felsäker i händelse av att det finns en läcka eller ett vätskeblock på antingen fram- eller bakbromsen.
På bakhjulsdrivna bilar har en reservoar i huvudcylindern linjer som leder till framhjulen; den andra reservoaren har linjer som går till bakhjulen. Om en läcka inträffar i ledningarna som leder till framhjulen kommer du fortfarande att ha vätska från behållaren till bakhjulen.
Framhjulsdrivna bilar använder ett diagonalt delat hydraulsystem. Det beror på att i framhjulsdrivna bilar gör frambromsarna 90 % av bromsningen. Om båda frambromsarna skulle gå ut på en framhjulsdriven bil, skulle du ha riktigt svårt att sakta ner och stanna. För att säkerställa att det finns minst en främre broms som stoppar bilen i händelse av en läcka eller blockering, är det högra främre hjulet och det bakre vänstra hjulet sammanbundna och det vänstra framhjulet är sammanbundna med det bakre högra hjulet.
Naturligtvis, om båda reservoarer och bromsledningarna som leder ut ur dem läcker eller blockeras, kommer ingen av bromsarna att fungera. Det är vad som kallas ett katastrofalt bromsfel.
Bromsledningar. Bromsledningar är stålrör som går från huvudcylindern och går till var och en av de fyra bromsarna på din bils hjul. Bromsledningarna överför bromsvätskan till antingen en trumbroms eller en skivbroms. Trycket från vätskan aktiverar bromsarna.
Trumbromsar. Det finns två typer av bromsanordningar som används på bilar:trumbromsar och skivbromsar. Trumbromsar har funnits på bilar sedan 1900 och de används fortfarande idag. Trumbromsar fäster vid hjulet. Insidan av trumman innehåller två värmebeständiga belägg som kallas bromsbackar. När du trycker på bromspedalen går bromsvätska in i trumbromsens hjulcylinder. Vätskan aktiverar sedan två små kolvar inne i hjulcylindern som trycker ut bromsbackarna och klämmer dem mot bromstrumman. Kuddarna saktar ner trumman och trumman (som är fäst vid hjulet) saktar ner hjulet.
Fördelarna med trumbromsar är flera:de är billiga att tillverka och reparera, de kräver mindre hydraultryck för att aktiveras och de kan hålla längre än skivbromsar.
Som nämnts ovan används trumbromsar fortfarande på bilar idag. Om en bil har trumbromsar, hittar du dem vanligtvis på fordonets bakhjul.
Skivbromsar. En av nackdelarna med trumbromsar är att de är fristående. Värmen som skapas av friktion i bromsbeläggen stannar inne i trumbromsarna. Under intensiva förhållanden och frekventa inbromsningar kan trumbromsar bli riktigt, riktigt varma. Om bromsarna blir för varma kan de inte längre producera den friktion som behövs för att bromsa bilen.
För att lösa det problemet utvecklade ingenjörer skivbromsen.
Skivbromsar fungerar på ett ganska enkelt sätt. Du trampar på bromspedalen, och bromsvätska skickas till en kolv på skivbromsen. Kolven får bromsoken att klämma ihop skivan eller rotorn. Kuddarna inuti bromsoken skapar friktion, vilket saktar ner din bil.
Istället för att trycka ut mot en trumma för att sakta ner bilens hastighet, klämmer bromsoken som finns på skivbromsarna bromsbeläggen in mot en metallskiva fäst vid hjulet. Att klämma in med bromsok gör några saker för att förbättra bromsningen. För det första låter det dig skapa mer tryck, vilket hjälper till att öka friktionen. För det andra är skivbromsdesignen öppen. Bromsarna är inte inuti en trumma. Detta gör att luften kan kyla av dem mycket snabbare, vilket också ökar friktionen. Slutligen tillåter designen ökad yta på bromsbelägget, vilket återigen hjälper till att öka friktionen.
Skivbromsar användes första gången på racerbilar 1951. 1955 började de dyka upp på masstillverkade bilar. På 1980-talet använde de flesta bilar skivbromsar, åtminstone på framhjulen.
När du bromsar gör dina framhjul det mesta av arbetet med att stoppa bilen eftersom all fart går mot framhjulen. Eftersom framhjulen gör det mesta av bromsningen sätter tillverkare skivbromsar på framhjulen eftersom de gör ett bättre jobb med att bromsa än trumbromsar.
Så låt oss sätta ihop alla delar av bromssystemet.
Du trampar på bromspedalen. Det aktiverar bromsförstärkaren, som förstärker kraften från bromspedalen. Den kraften överförs till huvudcylindern. En kolv i huvudcylindern trycker ut bromsvätska genom bromsledningar till varje hjul.
Om ett hjul har en trumbroms kommer bromsvätskan att koppla in en kolv i hjulcylindern, vilket aktiverar en annan kolv, som trycker ut bromsbeläggen mot bromstrumman. Bilen saktar ner eller stannar. När du släpper bromspedalen kommer bromsvätskan att flöda tillbaka in i huvudcylindern och bromsarna släpper.
Om hjulet har en skivbroms, kommer bromsvätskan att aktivera en kolv som gör att bromsok som har bromsbelägg kläms mot en skiva, eller rotor, fäst vid hjulet, vilket saktar ner bilens hastighet. När du släpper bromspedalen rinner bromsvätskan tillbaka in i huvudcylindern, vilket gör att bromsoken på skivbromsen öppnas igen.
Det är i ett nötskal hur din bils bromsar fungerar.
Men vänta . . . det finns mer. Din bil har troligen låsningsfria bromsar (ABS). Innan ABS, när du smällde på bromsen, stannade dina hjul helt. De låste in. Detta fick dina däck att sladda. Ett sladdäck ger dig liten eller ingen kontroll över att styra bilen. Så om du körde bil redan 1950 och plötsligt skulle bromsa för att undvika att träffa en unge som sprang ut mitt på gatan, skulle du fortfarande sladda framåt och du skulle inte ha någon förmåga att styra bilen vänster eller höger. Om du ville undvika sladd när du använde bromsarna på gamla bilar, måste du upprepade gånger pumpa bromsen (för att upprepade gånger släppa och låsa hjulen) vilket är lättare sagt än gjort.
För att undvika att däcken sladdar använder ABS en dator och sensorer nära varje hjul för att övervaka hjulhastigheten. När du trycker hårt på bromspedalen kontrollerar ABS-systemet hastigheten på varje hjul oberoende av varandra. Om ett hjul går långsammare än de andra hjulen betyder det att det hjulet troligen är låst. Så ABS-systemet kommer att minska det hydrauliska trycket som skickas till den bromsen, vilket gör att den kan svänga igen, vilket förhindrar sladd och låter dig behålla styrkontrollen.
Du vet att din ABS fungerar för när du drar i bromspedalen kan du känna att bromsen pulserar. Var inte orolig. Fortsätt utöva tryck. Du vill inte pumpa bromsarna på bilar med ABS, annars fungerar de inte ordentligt.
När du skaffar en ny bil är det alltid en bra idé att få en känsla för dess ABS-system så att du inte blir lite skrämd första gången du känner att den kopplar in. Du kan göra detta genom att köra på en tom parkeringsplats när det regnar eller snöar (vilket kommer att framkalla lite sladd) och slänga i bromsen.
