مقدمه

معرفی بوستر ترمز و تبیین مختصر اصول عملکرد آن

بوستر ترمز یا بوستر خلاء، قطعه ای در مدار ترمز خودرو است که وظیفه تقویت نیروی وارده بر پدال ترمز از سوی راننده را به کمک خلاء ایجاد شده توسط موتور برعهده دارد. بکارگیری این قطعه در مدار ترمز سبب میشود تا عملکرد سریع، به موقع و محکم ترمز‌ها به فشار بسیار کمتری از سمت پای راننده نیاز داشته باشد. در شکل های زیر شمای ظاهری بوستر ترمز و محل قرارگیری آن در مدار ترمز نشان داده شده است. مطابق شکل با فشردن پدال ترمز توسط راننده، نیروی اعمالی توسط بوستر تقویت شده و روغن ترمز پرفشار از طریق سیلندر اصلی در لوله های ترمز جاری می شود. این سیال با رسیدن به انتهای مسیر در هر چهار چرخ، موجب درگیری لنت با روتور گردیده و عمل ترمزگیری انجام می شود.

بوستر ترمز مطابق شکل زیر از یک بدنه فلزی تشکیل شده که داخل آن، دو محفظه‌ی مجزا به نام‌های محفظه‌ی فشار ثابت و  محفظه‌ی فشار متغیر وجود دارد و این دو محفظه توسط یک دیافراگرام از یکدیگر جدا شدهاند. تقویت نیرو توسط بوستر از طریق ایجاد اختلاف فشار مابین دو محفظه فوق ناشی می باشد. داخل بوستر یک میله رابط نیز وجود دارد که پدال ترمز را به پیستون سیلندر اصلی متصل مینماید. در شرایط عادی، پیستون به کمک فنرهایی به سمت ابتدای کورس خود باز میگردد و فشار از مدار ترمز برداشته می شود. در این شرایط هوای محفظه فشار متغیر نیز توسط موتور خودرو یا یک پمپ وکیوم، مکیده می شود و در آن خلأ ایجاد می گردد. حال زمانیکه راننده جهت ترمزگیری بر پدال ترمز، نیرو وارد کند، هوا با فشار اتمسفر وارد محفظه ی فشار ثابت شده و اختلاف فشار حاصله مابین دو محفظه، سبب تقویت نیرو و حرکت نرم و پر قدرت پیستون داخل سیلندر اصلی به سمت چپ می شود. با انجام این عمل، روغن ترمز با فشار بالا به سمت خروجیهای سیلندر جاری می شود و این فشار هیدرولیک، منجر به ترمزگیری میگردد.

بوستر ترمز هوشمند

معرفی بوستر ترمز هوشمند و تبیین مختصر اصول عملکرد آن

همانگونه که در بخش پیشین بیان گردید، اساس کار بوستر ترمز بر اختلاف فشار ایجاد شده مابین دو محفظه داخل آن استوار است. امروزه در خودروهای درونسوز پربازده، خودروهای هیبریدی و الکتریکی، امکان استفاده از وکیوم موتور برای بوستر وجود ندارد و می بایست از شیوه های دیگری این خلأ ایجاد شود. همچنین پیاده سازی برخی از سیستم های دستیار راننده (ADAS) به کمک سیستم های ترمز متداول و بوسترهای قدیمی امکان پذیر نیست. از این رو، امروزه طراحی بوستر ترمز نیز دستخوش تغییرات بزرگی گردیده و این قطعه نیز بصورت هوشمند تولید می شود. شرکت بوش به عنوان یکی از شرکتهای پیشرو در زمینه ارائه تکنولوژیهای نوین خودرویی، بوستر هوشمند ترمز خود را با عنوان iBooster تولید و عرضه نموده است. در ویدیوی زیر، طرز کارکرد این قطعه تشریح شده است.

مطابق توضیحات بیان شده در ویدیوی فوق، اصول عملکرد این بوستر هوشمند بسیار مشابه بوسترهای ترمز متداول است و تفاوت اصلی iBooster با بوسترهای معمولی، در چگونگی تقویت و افزایش نیروی ترمزی خلاصه می گردد. مطابق توضیحات ارائه شده در بوسترهای متداول، ایجاد خلأ در محفظه فشار متغیر، موجب افزایش و تقویت نیروی ترمزی می گردید و این خلأ به کمک مکش حاصله از عملکرد موتور و باز و بسته شدن یک شیر کنترلی که در این مسیر قرار دارد حاصل میشد. در بوستر هوشمند، تقویت نیروی ترمزی به کمک یک موتور الکتریکی انجام میشود و در این بوستر، نیازی به ایجاد خلأ نیست. در این بوستر، زمانیکه راننده پای خود را روی پدال ترمز فشار می دهد، حرکت خطی پدال از طریق دو چرخ دنده به یک حرکت دورانی تبدیل می شود. میزان چرخش چرخ دنده ها توسط یک سنسور اندازه گیری و به صورت سیگنالهای الکتریکی به واحد کنترل (ECU) منتقل میشود. داخل ECU، این داده ها پردازش شده و با درنظر گرفتن اطلاعات دیگری همچون میزان فاصله تا مانع جلو خودرو، سرعت حرکت خودرو، وضعیت جاده و… فرمان لازم برای فعال شدن موتور الکتریکی تولید می گردد. با روشن شدن موتور، حرکت پیستون داخل سیلندر اصلی تقویت شده و نیروی لازم برای اعمال نیروی ترمزی موردنیاز تولید میشود. بدیهی است در صورت فعال بودن سیستم هایی همچون سیستم ترمز اضطراری (EBA) یا سیستم کروز کنترل تطبیقی (ACC)، حتی نیازی به فشردن پدال توسط راننده نیز نبوده و ECU بر مبنای اطلاعات آن سیستم ها اقدام به فعالسازی موتور و تولید نیروی ترمزی موردنیاز می نماید. چگونگی انجام فعال شدن بوستر ترمز هوشمند در سیستم های کمک راننده و هدایت خودکار در ویدیوی زیر تبیین شده است.

از دیگر کاربردهای بوستر هوشمند شرکت بوش، قابلیت عملکرد ترکیبی با ماژول کنترل پایداری الکترونیکی(ESP) است. درصورتیکه به هر دلیل ماژول ESP دچار اختلال در عملکرد گردد، بوستر هوشمند قادر است تا این اختلال را فوراً تشخیص داده و نسبت به توقف کامل خودرو اقدام نماید. همچنین در شرایط جاده ای با ترافیک روان که راننده مجبور به ترمز گرفتن های متوالی و یا ممتد می شود، بوستر هوشمند ترمز با هماهنگی با ماژول ESP نسبت به اعمال نیروی ترمزی موردنیاز برای کاهش سرعت خودرو اقدام مینماید. این کاهش سرعت تا میزان ۰.۳g قابل کنترل است و بدون آنکه راننده متوجه تغییری در عملکرد مدار ترمز خودرو شود، امکان بهینه سازی مصرف سوخت در خودروهای درونسوز و احیای انرژی الکتریکی در خودروهای الکتریکی و هیبریدی را فراهم می نماید. توضیحات تکمیلی این قابلیت در ویدیوی زیر بیان شده است.

از دیگر ابداعات شرکت بوش در حوزه سیستم ترمز، طراحی و عرضه ماژول یکپارچه ترمز (به انگلیسی : Integrated Power Brake) می باشد. با بکارگیری این ماژول، مجموعه ای از قطعات متداول مدار ترمز همچون بوستر ترمز، پمپ خلأ، مدولاتور ترمز و بخشی از لوله های ترمز در خودرو حذف می گردد که این امر مزایایی همچون کاهش وزن و پیچیدگی مدار ترمز خودرو را به دنبال دارد. این قطعه الکتروهیدرولیکی بدون نیاز به ایجاد خلأ، وظیفه تقویت نیروی ترمزی و عملکرد ماژول ESP را همزمان انجام میدهد. در ویدیوی زیر، طرز کار این تجهیز تشریح گردیده است اما به طور خلاصه، زمانیکه راننده پدال ترمز را فشار میدهد، سنسورهای داخل ماژول، سیگنالهایی به واحد کنترل ارسال مینمایند و میزان نیروی وارده و درخواست راننده مبنی بر ترمز کردن را به واحد کنترل اطلاع میدهند. واحد کنترل با پردازش مجموعه ای از داده ها، به درایو موتورگیربکس ماژول فرمان داده و با حرکت موتورگیربکس، فشار هیدرولیکی ایجاد می شود و روغن پرفشار در لوله های ترمز جاری می گردد.