Pedaalista tyynyihin:

Mahdollisuuksien mukaan jalkasi tietää ajoneuvon jarrujen kunnon ja jarrupalojen laadun ennen kuin mielesi yhdistää kaiken. Ajattele tätä: Tuhannen kilon painoisen ajoneuvon pysäyttäminen edellyttää, että kuljettaja painaa poljinta kitkan luomiseksi pyöriin. Se, mitä tapahtuu polkimen ja jarrupalojen välissä, voi määrittää, kuinka paljon painetta kuljettajan on käytettävä ajoneuvon pysäyttämiseksi turvallisen matkan päähän.

Insinöörit tarkastelevat jarrujärjestelmää yhtälönä. Kun ajoneuvo lähtee kokoonpanolinjalta, jarrujärjestelmä on yhtälön molemmin puolin tasapainossa, koska muuttujat tunnetaan. Kun ajoneuvoon on vaihdettu ensimmäiset jarrupalat, muuttujat muuttuvat, eivätkä syötteet ehkä enää vastaa tuotoksia.

Nämä yhtälön muutokset voivat johtua kuluneista, viallisista tai huonolaatuisista jarrupaloista.

Hydraulinen yhtälö

Hydraulinen jarrujärjestelmä muuntaa ja vahvistaa voimaa. Se toimii yksinkertaisella periaatteella, jonka mukaan jarruneste ei ole kokoonpuristuvaa (se kuitenkin puristuu, jos se altistuu erittäin korkeille paineille ja lämpötiloille). Kun paine syntyy järjestelmän toiseen päähän, sama määrä painetta tulee ulos toisesta päästä.

Hydraulisessa jarrujärjestelmässä kuljettaja tuottaa voiman painamalla jarrupoljinta. Poljin, tehostin ja pääsylinteri vahvistavat voimaa. Kuljettaja säätelee polkimen painetta pysäyttääkseen ajoneuvon 20 ja 120 paunan välillä. Ihmistä kehotetaan käyttämään aistejaan ajoneuvon turvalliseen pysäyttämiseen.

Jos polkimen matka on liian pitkä, poljin vaatii liikaa voimaa tai turvavyö tuntuu hieman liian kireältä, asiakkaat päättelevät alitajuisesti, että jarrut kaipaavat ammattilaisen huomiota.

Laskenta

Keskivertokuljettaja synnyttää kohtuullisen pysähdyksen aikana jarrupolkimen päädyssä olevaan kumityynyyn mukavasti korkeimmillaan 70 paunan suuruisen voiman. Tämä tarkoittaa, että kuljettajan käyttämä 70 paunaa on nyt vahvistettu 434 paunan (6,2 × 70 paunaa) lähtövoimaksi. Ongelmana on, että polkimen matka on melko pitkä johtuen nivelpisteen ja pääsylinterin liitännän sijoittelusta.

Vakuumijarrutehostin

Tehostin lisää polkimen voimaa, joten voidaan käyttää pienempää mekaanista poljinsuhdetta. Pienemmällä välityssuhteella voidaan saavuttaa lyhyempi polkimen matka ja parempi modulaatio. Useimmissa alipaineistetuissa ajoneuvoissa mekaaninen poljinsuhde on 3,2:1 – 4:1. Tehostimen kalvon koko ja moottorin tuottaman alipaineen määrä määräävät, kuinka paljon voimaa voidaan tuottaa. Useimmat moottorit tuottavat noin -8 psi:n alipaineen (ei pidä sekoittaa tuuman Hg:hen eli elohopeaan). Jos hypoteettinen tehostin, jossa on 7 tuuman kalvo, altistetaan -8 psi:n moottorin alipaineelle, se tuottaa yli 300 paunan lisävoiman.

Jos pääsylinterissä on 1 tuuman reikä, männän pinta-ala on 0,78 neliötuumaa. Jos jaat 434 paunan tuottaman voiman männän pinta-alalla, saat 556 psi (434 paunaa jaettuna 0,78 tuumalla) pääsylinterin aukkoihin. Ei hassummin 70 lbs:n ihmisvoimalla.

Jos pienennät männän pinta-alaa, saat enemmän painetta. Tämä johtuu siitä, että pinta-ala on pienempi, mutta polkimesta lähtevä voima pysyy samana. Jos käyttäisit pääsylinteriä, jonka reikä on 0,75 tuumaa ja jossa on mäntä, jonka männän pinta-ala on 0,44 neliötuumaa, saisit pääsylinterin portteihin 986 psi (434 lbs jaettuna 0,44 tuumalla). Polkimen matka kuitenkin kasvaa.

Seitsemän kilon voima jarrupolkimella voi johtaa 556 psi:n jarrunesteen suuntautumiseen jarrusatuloihin. Miten tämä paine pysäyttää auton? Jos jarrusatulat ovat yksimäntäiset kelluvat mallit, joissa on halkaisijaltaan 2 tuuman männät (männän pinta-ala = 2πR2), kerromme vain mäntien pinta-alan 556 psi:llä ja saamme molempiin etusatuloihin 3 419 lbs:n puristusvoiman!

Kitka ja jarruneste

Puristusvoimat ja kitkakerroin ovat yhtälön toisella puolella ja jarruvääntömomentti on toisella puolella. Jos kasvatat jompaakumpaa muuttujaa, muutat järjestelmän tuottaman vääntömomentin määrää.

Puristusvoimia käytetään kitkan tuottamiseen, joka tuottaa vääntömomentin ajoneuvon pysäyttämiseksi. Tässä kohtaa ”kitkakerroin” astuu kuvaan. Kitkakerroin lasketaan jakamalla esineen liukumiseen pinnalla tarvittava voima esineen painolla. Jos esimerkiksi tarvitaan 1 lbs:n voima liu’uttamaan 1 lb:n painoinen jarrupala roottorin yli, näiden kahden materiaalin välinen kitkakerroin on 1,0.

Puristusvoimat ja kitkakerroin ovat yhtälön toisella puolella ja jarruvääntömomentti on toisella puolella. Jos kasvatat jompaakumpaa muuttujaa, muutat järjestelmän tuottaman vääntömomentin määrää.

Pohjimmiltaan insinöörit tasapainottavat kitkakerrointa männän ja pääsylinterin koon kanssa, jotta ajoneuvo saa oikean määrän jarrutusvoimaa ja polkimen tuntumaa. Jos kasvatat tai pienennät kitkakerrointa, saatat järkyttää tasapainoa.

Todellisuus

Yllä olevassa teoreettisessa esimerkissämme jätämme huomiotta joitakin todellisia tekijöitä, jotka vaikuttavat puristusvoiman määrään. Todellisuudessa kaikki paine ei pääse padin ja roottorin väliseen rajapintaan. Osa häviää jarruletkujen laajentuessa. Suurin osa tekijöistä, jotka voivat lisätä poljinvoimaa tai polkimen liikettä, eivät kuitenkaan ole hydraulisia, vaan mekaanisia.

Jopa jos kaikki paine saavuttaa jarrusatulan männän, osa syntyvästä voimasta häviää jarrusatulan taipuessa. Jos kyseessä on kelluvan jarrusatulan rakenne, jarrusatulan liikuttaminen liukupinnoilla, joita tarvitaan sen keskittämiseksi roottoriin, voi vaatia ylimääräistä nesteen liikettä. Jos liukukiskot tai jarrupala takertuvat, tämä voi alentaa puristusvoimaa ja aiheuttaa jarrupalaan kohdistuvia epätasaisia puristusvoimia. Tämä pienentää kitkamateriaalin jalanjälkeä roottorissa ja lisää voimaa, joka tarvitaan riittävän jarruvoiman tuottamiseen.

Jarrupala itsessään voi lisätä poljinvoimaa ja -matkaa. Ja jos taustalevy ei ole riittävän jäykkä, se taipuu. Tämä vaikuttaa hydraulisiin komponentteihin kahdella tavalla. Ensinnäkin hydraulivoima käytetään jarrupalan taustalevyn taipumiseen. Toiseksi, kun jarrupala taipuu, se muuttaa roottorin puristusvoimia. Jarrupalan reunoilla saattaa olla pienemmät puristusvoimat kuin jarrupalan keskellä. Tämä vähentää syntyvän jarruvääntömomentin määrää. Mutta se voi myös aiheuttaa jarrumelua, joka johtuu kitkan epävakaudesta jarrupalan ja roottorin rajapinnassa. Jos jarrupala on vaurioitunut siten, että kitkamateriaali on delaminoitunut taustalevystä, jarrupalan tuottama vääntömomentti pienenee. Tämä vääntömomentin väheneminen edellyttää, että kuljettaja painaa jarrupoljinta voimakkaammin.

Jarrutuksen yhtälössä yksi asia, joka ei koskaan muutu, on ihminen polkimen takana. Kuljettaja voi painaa polkimelle vain tietyn määrän voimaa ja hänen mielensä voi reagoida vain tietyn nopeudella hätätilanteessa. Jos mieli ja jalka taistelevat tyynyjen tai hydrauliikkajärjestelmän ongelmaa vastaan, se toivottavasti päätyy korjaamolle ennen kuin onnettomuus tapahtuu.