Principio di frenata delle pastiglie dei freni

Il principio di funzionamento dei freni è principalmente dovuto all'attrito. L'attrito tra pastiglie e dischi freno (tamburi) e pneumatici e terreno viene utilizzato per convertire l'energia cinetica del veicolo in energia termica dopo l'attrito per fermare l'auto. Un buon ed efficiente sistema frenante deve essere in grado di fornire una forza frenante stabile, sufficiente e controllabile e avere buone capacità di trasmissione idraulica e dissipazione del calore per garantire che la forza applicata dal conducente dal pedale del freno possa essere trasmessa completamente ed efficacemente al cilindro principale e a ciascun sottocilindro ed evitare guasti idraulici e decadimento dei freni causati da calore elevato. Il sistema frenante dell'auto è diviso in due categorie: a disco e a tamburo. Tuttavia, oltre al vantaggio in termini di costi, l'efficienza dei freni a tamburo è di gran lunga inferiore a quella dei freni a disco.
Attrito
"Attrito" si riferisce alla resistenza al movimento tra le superfici di contatto di due oggetti in movimento relativo. L'entità dell'attrito (F) è proporzionale al prodotto del coefficiente di attrito (μ) e della pressione normale (N) nella direzione verticale sulla superficie della forza di attrito, espressa dalla formula fisica: F=μN. Per il sistema frenante: (μ) si riferisce al coefficiente di attrito tra la pastiglia del freno e il disco del freno, e N è la forza applicata dal pistone della pinza del freno alla pastiglia del freno (forza del pedale). Maggiore è il coefficiente di attrito, maggiore è la forza di attrito generata. Tuttavia, il coefficiente di attrito tra la pastiglia del freno e il disco cambierà a causa dell'elevato calore generato dopo l'attrito. In altre parole, il coefficiente di attrito (μ) cambia con la temperatura. Ogni pastiglia del freno ha una diversa curva di variazione del coefficiente di attrito dovuta a materiali diversi. Pertanto, diverse pastiglie del freno hanno diverse temperature di lavoro ottimali e intervalli di temperatura di lavoro applicabili. Questo è ciò che tutti devono sapere quando acquistano pastiglie del freno.
Trasmissione della forza frenante
La forza applicata dal pistone della pinza del freno alla pastiglia del freno è chiamata: forza del pedale del freno (forza del pedale). La forza applicata dal conducente sul pedale del freno è amplificata dalla leva del meccanismo del pedale, e quindi amplificata dal servofreno a vuoto utilizzando il principio della differenza di pressione del vuoto per azionare il cilindro principale del freno. La pressione idraulica dal cilindro principale del freno utilizza l'effetto di trasmissione di potenza incomprimibile del liquido da trasmettere a ciascun cilindro secondario attraverso il tubo dell'olio del freno e utilizza la "legge di Pascal" per amplificare la pressione e spingere il pistone del cilindro secondario per applicare forza alla pastiglia del freno. La "legge di Pascal" significa che la pressione del liquido in qualsiasi posizione in un contenitore chiuso è la stessa.
La pressione si ottiene dividendo la forza applicata per l'area portante la forza. Quando la pressione è uguale, possiamo ottenere l'effetto di amplificazione di potenza modificando il rapporto dimensionale delle aree applicate e ricevute (P1=F1/A1=F2/A2=P2). Quando utilizzato nel sistema frenante, il rapporto tra la pressione del cilindro principale e quella del cilindro secondario è il rapporto tra l'area del pistone del cilindro principale e l'area del pistone del cilindro secondario.
Equipaggiamento: ABS
ABS: Anti-lock Brake System, come suggerisce il nome, è "sistema frenante antibloccaggio". Tutti sanno che il massimo effetto frenante si verifica nel momento prima che lo pneumatico si blocchi. Se la forza frenante può essere mantenuta in uno stato di equilibrio con l'attrito dello pneumatico, si otterrà il massimo effetto frenante. Quando la forza frenante è maggiore dell'attrito dello pneumatico, lo pneumatico si bloccherà. Una volta che lo pneumatico si blocca, l'attrito tra lo pneumatico e il terreno cambierà da "attrito statico" a "attrito dinamico", il che non solo ridurrà notevolmente l'attrito ma perderà anche la capacità di girare e tracciare. Poiché il bloccaggio dello pneumatico è il risultato del confronto tra la forza frenante e l'attrito tra lo pneumatico e il terreno, il limite di bloccaggio o meno dello pneumatico mentre l'auto è in movimento "cambierà in qualsiasi momento" a seconda delle caratteristiche dello pneumatico stesso, delle condizioni della strada, dell'angolo di posizionamento, della pressione dello pneumatico e delle caratteristiche del sistema di sospensione. L'ABS utilizza i sensori di velocità installati sulle quattro ruote per determinare se il pneumatico è bloccato o meno, eliminando l'incertezza dei sensi umani, controllando accuratamente il rilascio tempestivo della pressione idraulica del cilindro del freno per raggiungere lo scopo di impedire il bloccaggio del freno. La maggior parte degli ABS attuali adotta un design che può essere premuto e rilasciato da 12 a 60 volte al secondo (da 12 a 60 Hz), che è un livello di prestazioni molto elevato rispetto alle 3-6 volte dei migliori piloti professionisti. Maggiore è la frequenza di pressione e rilascio, più la forza frenante può essere mantenuta al limite. La precisione e l'affidabilità che l'ABS può raggiungere hanno superato i limiti umani, quindi diciamo: l'ABS è l'equipaggiamento più prezioso quando si acquista un'auto. Soprattutto il pericolo relativo dell'Air-Bag lo è ancora di più.
Dubbi sull'ABS
Di recente, molti rapporti hanno evidenziato che la probabilità di un incidente automobilistico con ABS è più alta di quella senza ABS, il che ha portato molte persone a mettere in dubbio l'efficacia dell'ABS. Ciò è causato dalla scarsa conoscenza del sistema frenante e dell'ABS da parte dei proprietari di auto in generale. Molte persone credono erroneamente che dopo aver installato l'ABS, la forza frenante o il limite dell'attrito tra lo pneumatico e il terreno possano essere aumentati. Infatti, sebbene l'ABS possa mantenere la forza frenante al limite massimo il più possibile, non può aumentare il limite. Qui ribadiamo: il limite dell'attrito tra lo pneumatico e il terreno è determinato dalle caratteristiche dello pneumatico stesso, dalle condizioni della strada, dall'angolo di posizionamento, dalla pressione dello pneumatico e dalle caratteristiche del sistema di sospensione, ma non dall'ABS. L'ABS può esercitare completamente ed efficacemente la capacità del sistema frenante, ma è inutile aumentare la forza frenante o l'attrito. Inoltre, quando si utilizza l'ABS per schivare ad alta velocità in caso di emergenza, ricordarsi di decelerare in linea retta prima di girare il volante. Non rilasciare il pedale del freno quando si gira il volante e non farsi prendere dal panico a causa del feedback ABS dal pedale. Molte persone pensano anche che l'ABS debba essere applicato con un freno a pedale pesante per funzionare, il che è un altro malinteso sull'ABS. Il sistema di frenata antibloccaggio è ovviamente efficace solo quando le ruote sono bloccate. Se si guida su una strada ghiacciata, l'ABS potrebbe non fermarsi finché si frena leggermente; e se si passa a un set di pneumatici hot melt di grandi dimensioni con super grip e si guida su una strada piana e asciutta, se il sistema frenante non è stato rinforzato, anche se si preme il pedale del freno con tutta la forza, l'ABS potrebbe comunque non muoversi, perché la forza frenante non è sufficiente a bloccare gli pneumatici. Se i concessionari di automobili possono informare in modo completo ed efficace i consumatori sui due punti di cui sopra quando vendono auto dotate di ABS, allora l'ABS può davvero diventare un'apparecchiatura di "sicurezza attiva". Altrimenti, se i consumatori non hanno paura quando premono i freni, la probabilità di incidenti potrebbe aumentare invece di diminuire.
Modifica dei freni
Ispezione pre-modifica: per i veicoli stradali generici o le auto da corsa, un sistema frenante efficiente è un must. Prima di modificare i freni, è necessario effettuare una conferma completa del sistema frenante originale. Controllare il cilindro principale del freno, il cilindro secondario e il tubo dell'olio del freno per individuare eventuali perdite di olio. Se ci sono segnali sospetti, è necessario arrivare in fondo alla questione. Se necessario, sostituire il cilindro secondario, il cilindro principale o il tubo del freno problematici. Il fattore più importante che influisce sulla stabilità del freno è la planarità della superficie del disco o del tamburo del freno. Spesso da questo derivano rumori anomali o freni sbilanciati. Per i sistemi di freni a disco, non devono esserci scanalature di usura e scanalature di linea sulla superficie e lo spessore dei dischi sinistro e destro deve essere lo stesso, in modo che possa essere distribuita la stessa forza frenante. Inoltre, è necessario assicurarsi che il disco sia protetto dagli impatti laterali. Anche l'equilibrio del disco e del tamburo del freno influirà seriamente sull'equilibrio della ruota, quindi se si richiede un eccellente equilibrio della ruota, a volte è necessario eseguire l'equilibratura dinamica dello pneumatico.
Liquido dei freni
La modifica più elementare del sistema frenante è sostituirlo con liquido freni ad alte prestazioni. Quando il liquido freni si deteriora a causa dell'alta temperatura o assorbe l'umidità nell'aria, il punto di ebollizione del liquido freni diminuisce. Il liquido freni bollente causerà lo svuotamento del pedale del freno, il che accadrà all'improvviso quando i freni vengono utilizzati frequentemente e continuamente. Il liquido freni bollente è il problema più grande che deve affrontare il sistema frenante. Il liquido freni deve essere sostituito regolarmente. Quando si conserva dopo l'apertura, la bocca della bottiglia deve essere sigillata per evitare che l'umidità nell'aria entri in contatto con il liquido freni. Alcuni modelli di auto limiteranno la marca di liquido freni utilizzata, perché alcuni liquidi freni corrodono i prodotti in gomma. È necessario fare riferimento alle avvertenze nel manuale utente per evitare un uso improprio, soprattutto quando si utilizza liquido freni contenente ingredienti siliconici. Ancora più importante, non mescolare liquidi freni diversi. Per i veicoli stradali generali, il liquido freni deve essere sostituito almeno una volta all'anno e per le auto da corsa, deve essere sostituito dopo ogni gara.
Pastiglie dei freni
Le pastiglie freno ad alte prestazioni sono il modo più diretto, efficace e semplice per migliorare la forza frenante. Le pastiglie freno ad alte prestazioni sono per lo più realizzate in fibra di carbonio e materiali metallici come materie prime principali e sottolineano formule ecocompatibili che non contengono amianto. Poiché il know-how delle pastiglie freno risiede nella formula del materiale, i consumatori non possono conoscere il materiale effettivo dall'etichetta del prodotto. Pertanto, oltre alla curva coefficiente di attrito-temperatura e alla temperatura di lavoro applicabile fornita dal produttore (se presente), la selezione delle pastiglie freno può essere basata solo sui rapporti di prova o sull'esperienza utente dei media professionali come riferimento. Alcuni proprietari di auto hanno erroneamente utilizzato pastiglie freno pure competitive, hanno speso un prezzo elevato ma hanno ottenuto un effetto frenante peggiore delle pastiglie freno originali. Il motivo è che il suo stile di guida docile rende le pastiglie freno incapaci di raggiungere la temperatura di lavoro più elementare, quindi l'effetto è ovviamente scarso. Il problema più comune riscontrato durante la sostituzione delle pastiglie freno è il rumore che ne deriva. Se il disco è piatto, non c'è soluzione. O accettalo o prova con un'altra persona.
Tubo dell'olio dei freni
In genere, ci sarà una sezione del sistema frenante realizzata in tubo di gomma morbida per cooperare con il movimento della sospensione, ma la gomma stessa è elastica. Si deformerà quando sopporterà la pressione idraulica del sistema frenante, causando cambiamenti nel diametro del tubo, riducendo l'effetto di trasmissione della pressione idraulica dell'olio del freno e rendendo impossibile per il cilindro del freno generare una forza frenante stabile. Questa situazione aumenterà il grado di deformazione con l'età di utilizzo e il violento funzionamento del sistema frenante. Originariamente utilizzati nei sistemi idraulici degli aeromobili, i tubi dell'olio in metallo che possono resistere ad alta pressione e alta temperatura possono migliorare questa situazione. La parte interna è realizzata in materiale Teflon e lo strato esterno è ricoperto da bobine metalliche. Le caratteristiche di non facile deformazione forniscono un eccellente effetto di trasmissione idraulica, in modo che la pressione idraulica trasmessa dal cilindro principale del freno possa essere completamente utilizzata per spingere i pistoni dei sotto-pistoni per fornire una forza frenante stabile. Inoltre, il materiale metallico non è facile da rompere, il che può ridurre notevolmente la probabilità di guasto dei freni causato da danni al tubo dell'olio. I tubi dell'olio dei freni sono una modifica necessaria per le auto da corsa (in particolare per le auto da RALLY) e forniscono un'ulteriore garanzia di sicurezza per le normali auto da strada.
Aumentare la forza del pedale del freno
Se si preme bruscamente il freno ma non si riescono a bloccare gli pneumatici, significa che la forza frenante generata dal pedale è insufficiente, il che è molto pericoloso. Se la forza frenante di un'auto è troppo bassa, anche se si bloccherà comunque quando si preme con urgenza, perderà anche la capacità di controllare la pista. Il limite della frenata si verifica nel momento prima che i freni si blocchino e il conducente deve essere in grado di mantenere il controllo del pedale del freno a questa forza. Per aumentare la forza del pedale del freno, è possibile iniziare aumentando il dispositivo di assistenza alla frenata e passando a un Air-Tank più grande, ma l'aumento è limitato perché una forza di assistenza al vuoto eccessiva farà perdere al freno la sua progressività e il freno verrà spinto fino in fondo. In questo modo, il conducente non può controllare efficacemente e stabilmente il freno. L'ideale è modificare il cilindro principale e il cilindro secondario e utilizzare ulteriormente il principio di Pascal per aumentare la forza del pedale del freno. Quando si modifica il cilindro secondario e il morsetto, è anche possibile aumentare contemporaneamente le dimensioni del disco. La forza frenante è la distanza di forza esercitata dalla forza di attrito generata dalla pastiglia del freno sull'asse della ruota, quindi maggiore è il diametro del disco, maggiore è la forza frenante.
Raffreddamento dei freni
La temperatura eccessiva è la causa principale del declino delle pastiglie dei freni, quindi il raffreddamento dei freni diventa particolarmente importante. Per i freni a disco, l'aria di raffreddamento deve essere soffiata direttamente sulla pinza. Poiché la causa principale del declino dei freni è l'ebollizione dell'olio dei freni nella pinza, se l'aria di raffreddamento può essere introdotta nella pinza attraverso tubi appropriati o cerchi appositamente progettati durante la guida. Inoltre, se l'effetto di dissipazione del calore del cerchio stesso è buono, può anche condividere parte del calore dal disco e dalla pinza. I dischi ventilati con linee, fori o design di ventilazione possono mantenere un effetto frenante stabile ed evitare l'effetto di scorrimento causato da limature di ferro ad alta temperatura tra le pastiglie dei freni e il disco, garantendo efficacemente la forza frenante.
Coefficiente d'attrito
L'indicatore di prestazione più importante delle pastiglie dei freni è il coefficiente di attrito. La norma nazionale stabilisce che il coefficiente di attrito dei freni è compreso tra {{0}}.35-0.40. Le pastiglie dei freni qualificate hanno un coefficiente di attrito moderato e stabile. Se il coefficiente di attrito è inferiore a 0,35, la distanza di frenata sicura verrà superata o addirittura i freni si romperanno. Se il coefficiente di attrito è superiore a 0,40, i freni sono soggetti a improvvisi incidenti di bloccaggio e ribaltamento.
Ispettore del National Non-Metallic Mineral Products Quality Supervision and Inspection Center: Gli standard nazionali stabiliscono che il coefficiente di attrito a 350 gradi deve essere maggiore di 0,20