Van pedaal tot remblokken: Brake Systems Explained

De kans is groot dat uw voet de toestand van de remmen van een voertuig en de kwaliteit van de remblokken kent voordat uw verstand alles op een rijtje zet. Overweeg dit: Het stoppen van een 4.000-lb voertuig vereist een bestuurder om op een pedaal te drukken om wrijving op de wielen te genereren. Wat er tussen het pedaal en de remblokken gebeurt, kan bepalen hoeveel druk de bestuurder moet uitoefenen om het voertuig binnen een veilige afstand tot stilstand te brengen.

De ingenieurs zien het remsysteem als een vergelijking. Wanneer het voertuig de assemblagelijn verlaat, is het remsysteem aan beide zijden van de vergelijking in evenwicht omdat de variabelen bekend zijn. Nadat het voertuig zijn eerste set vervangende remblokken heeft gehad, veranderen de variabelen en is het mogelijk dat de inputs niet meer overeenkomen met de outputs.

Deze veranderingen in de vergelijking kunnen het gevolg zijn van versleten, defecte of kwalitatief slechte remblokken.

Hydraulische vergelijking

Een hydraulisch remsysteem transformeert en versterkt kracht. Het werkt volgens het eenvoudige principe dat remvloeistof niet samendrukbaar is (het wordt wel samengeperst als het aan extreem hoge druk en temperaturen wordt blootgesteld). Wanneer aan de ene kant van het systeem druk ontstaat, komt er aan de andere kant evenveel druk uit.

Bij een hydraulisch remsysteem wekt de bestuurder kracht op door op het rempedaal te drukken. De kracht wordt vervolgens versterkt door het pedaal, de bekrachtiger en de hoofdremcilinder. De bestuurder moduleert de druk op het pedaal om het voertuig tot stilstand te brengen bij een druk tussen 20 en 120 pond. Mensen moeten hun zintuigen gebruiken om een voertuig veilig tot stilstand te brengen.

Als de pedaalslag te lang is, het pedaal te veel kracht vereist of de veiligheidsgordel iets te strak aanvoelt, maken klanten onbewust de oproep dat de remmen aandacht van een professional nodig hebben.

Doing the Math

De gemiddelde bestuurder genereert comfortabel een piek van 70 pond aan kracht op het rubberen pad aan het einde van het rempedaal tijdens een gematigde stop. Het rempedaal is niets meer dan een mechanische hefboom die de kracht van de bestuurder versterkt.

De pedaalverhouding is de totale pedaallengte of afstand van het scharnierpunt van het pedaal tot het midden van het pedaalblok, gedeeld door de afstand van het scharnierpunt tot waar de drukstang aansluit.

Op oudere voertuigen met een handgeschakelde schijftrommelopstelling is de pedaalverhouding 6,2:1. Dit betekent dat de 70 pond die de bestuurder heeft toegepast, nu wordt versterkt tot 434 pond (6,2 × 70 pond) aan uitgaande kracht. Het probleem is dat de slag van het pedaal vrij lang is door de plaatsing van het scharnierpunt en de hoofdremcilinderaansluiting.

Vacuümrembekrachtiger

Een bekrachtiger verhoogt de kracht van het pedaal zodat een lagere mechanische pedaalverhouding kan worden gebruikt. Een lagere verhouding kan opbrengst verkorte pedaal reis en betere modulatie. De meeste voertuigen met vacuümbekrachtiging hebben een mechanische pedaalverhouding van 3,2:1 tot 4:1. De grootte van het membraan van de booster en de hoeveelheid vacuüm die door de motor wordt gegenereerd, zullen bepalen hoeveel kracht kan worden gegenereerd. De meeste motoren zullen rond -8 psi van vacuüm (niet verwarren met inches van Hg, of kwik) produceren. Als een hypothetische booster met een 7-inch membraan wordt onderworpen aan -8 psi motor vacuüm, zal het meer dan 300 pond aan extra kracht produceren.

Als de hoofdremcilinder een 1-inch boring heeft, is het oppervlak van de zuiger 0,78 vierkante inch. Als je de uitgaande kracht van 434 pond deelt door het oppervlak van de zuiger, krijg je 556 psi (434 pond gedeeld door 0,78 inch) bij de hoofdcilinderpoorten. Niet slecht voor 70 pond menselijke inspanning.

Als je het oppervlak van de zuiger verkleint, krijg je meer druk. Dat komt omdat het oppervlak kleiner is, maar de uitgaande kracht van het pedaal blijft hetzelfde. Als je een hoofdremcilinder gebruikt met een boring van .75 inch en een zuiger met een zuigeroppervlak van .44 vierkante inch, dan krijg je 986 psi bij de poorten van de hoofdremcilinder (434 lbs gedeeld door .44 inch). De pedaalslag zal echter toenemen.

Een kracht van 70 pond op een rempedaal kan resulteren in 556 psi remvloeistof op weg naar de remklauwen. Dus, hoe kan deze druk een auto stoppen? Als de remklauwen een zwevende enkele zuiger hebben met zuigers met een diameter van 2 inch (zuigeroppervlakte = 2πR2), vermenigvuldigen we gewoon de zuigeroppervlakte met 556 psi en krijgen we 3.419 lbs klemkracht op beide voorste remklauwen!

Wrijving en vloeistof

Klemkrachten en de wrijvingscoëfficiënt staan aan de ene kant van de vergelijking, en het remkoppel aan de andere kant. Als je een van beide variabelen verhoogt, verander je de hoeveelheid koppel die het systeem kan genereren.

De klemkrachten worden gebruikt om wrijving op te wekken die koppel oplevert om het voertuig tot stilstand te brengen. Dit is waar de “wrijvingscoëfficiënt” in het spel komt. De wrijvingscoëfficiënt wordt berekend door de kracht die nodig is om een voorwerp over een oppervlak te laten glijden, te delen door het gewicht van het voorwerp. Als er bijvoorbeeld 1 pond kracht nodig is om een remblok van 1 pond over een rotor te laten glijden, is de wrijvingscoëfficiënt tussen de twee materialen 1,0.

Klemkrachten en de wrijvingscoëfficiënt staan aan de ene kant van de vergelijking, en het remkoppel staat aan de andere kant. Als u een van beide variabelen verhoogt, verandert u de hoeveelheid koppel die het systeem kan genereren.

In wezen, ingenieurs evenwicht wrijvingscoëfficiënt met zuiger en master cilinder maten om het voertuig de juiste hoeveelheid remkracht en pedaal gevoel te geven. Als u de wrijvingscoëfficiënt verhoogt of verlaagt, kunt u de balans verstoren.

De realiteit

In ons theoretische voorbeeld hierboven negeren we enkele factoren uit de praktijk die van invloed zijn op de hoeveelheid klemkracht. De realiteit is dat niet alle druk het raakvlak tussen het remblok en de rotor bereikt. Een deel gaat verloren door het uitzetten van remslangen. Maar de meeste factoren die de pedaalkracht of de pedaalslag kunnen vergroten zijn niet hydraulisch – ze zijn mechanisch.

Zelfs als alle druk de zuiger van de remklauw bereikt, gaat een deel van de opgewekte kracht verloren als de remklauw buigt. Als het een ontwerp met een zwevende remklauw is, kan de beweging van de remklauw op de geleiders die nodig is om deze op de rotor te centreren, extra vloeistofbeweging vereisen. Als de geleiders of het remblok vastzitten, kan dit de klemkracht verlagen en de ongelijke klemkrachten op het remblok veroorzaken. Dit vermindert de voetafdruk van het frictiemateriaal op de rotor en verhoogt de kracht die nodig is om voldoende remkracht te genereren.

Het remblok zelf kan de pedaalkracht en -slag verhogen. En, als de steunplaat niet stijf genoeg is, zal deze doorbuigen. Dit beïnvloedt de hydraulische componenten op twee manieren. Ten eerste wordt de hydraulische kracht gebruikt om de steunplaat van het remblok te buigen. Ten tweede, wanneer het remblok buigt, wijzigt dit de klemkrachten op de rotor. De randen van het remblok kunnen lagere klemkrachten hebben dan het midden van het remblok. Dit vermindert de hoeveelheid remkoppel die wordt gegenereerd. Maar het kan ook remgeluiden veroorzaken als gevolg van wrijvingsinstabiliteit op het raakvlak tussen remblok en rotor. Als het remblok is aangetast door delaminatie van het frictiemateriaal van de steunplaat, wordt de hoeveelheid koppel die het remblok kan genereren gereduceerd. Deze vermindering van het koppel vereist dat de bestuurder harder op het rempedaal drukt.

Het enige dat nooit verandert in de remvergelijking is het menselijke element achter het pedaal. Een bestuurder kan slechts zoveel kracht op het pedaal zetten en zijn geest kan slechts zo snel reageren in een noodsituatie. Als de geest en de voet een probleem met de remblokken of het hydraulische systeem aan het uitvechten zijn, zal het hopelijk in uw winkel belanden voordat er een ongeluk gebeurt.