الأنظمة الأخرى للفرامل

 

فرامل الهواء المضغوط Air Brake System:

لا تكفي القوة الناتجة من تجهيزة الفرامل الهيدروليكية لكبح المركبات الثقيلة عن طريق قوة السائق أو قوة المؤازرة, ولكن نحتاج إلى مصدر أكبر للقوة, ويمكن توفير ذلك عن طريق الهواء المضغوط, وتكون القوة المؤثرة على فرامل العجل تساوي ضغط الهواء مضروب في مساحة غشاء اسطوانة العجل. ويبلغ الضغط المانومتري في نظام الفرامل أما 5 أو 7 بار (0.5 إلى 0.7 ميجا بسكال- نيوتن/ مم مربع).

ويستخدم السائق ضغط القدم فقط للتحكم في صمام دخول الهواء المضغوط لدائرة الفرامل لدفع البطانات في فرامل العجل. وقد تكون هناك دائرة واحدة للفرامل تعمل على الأربع عجلات, وقد تكون هناك دائرتين للفرامل احداهما تعمل على المحور الخلفي والمقطورة, والأخرى تعمل على المحور الأمامي, كلا من الدائرتين لها خزان الهواء الخاص بها كما في شكل (1).

 

شكل (1): أجزاء دائرة فرامل الهواء المزدوجة

 

وتتكون دورة الفرامل كوحدة كاملة من جزئيين رئيسيين. يقوم الجزء الأول بإمداد التجهيزة بالهواء المضغوط اللازم لها. بينما يحتوى الجزء الثاني على أجهزة التحكم في الفرملة وتشغيلها.

يتكون جزء أمداد الهواء, من ضاغط هواء ومرشح هواء ذي وصلة لنفخ الإطارات ومنظم للضغط ومضخة للوقاية من الصقيع وخزان هواء وصمام للهواء الفائض وأنابيب وليات وأحيانا مرشحات لأنابيب الفرامل.

ويتكون جزء التحكم وتشغيل الفرامل من صمام بدال الفرامل (دعسة الفرامل), صمام الفرملة اليدوية, اسطوانة الفرامل, بالإضافة إلى مجموعة من الصمامات الخاصة في تجهيزة الفرامل الثنائية وفرملة المقطورة. 

ويوفر نظام فرامل الهواء قوة ضغط أكبر من قوة السائق تكون قادرة على إيقاف الكتلة الكبيرة للشاحنة, وفي نفس الوقت توفر من مجهود السائق في الضغط على البدال. وتتميز فرامل الهواء عن الفرامل الهيدروليكية بأنه ليس هناك مشكلة من ناحية التسريب لسائل الفرامل, وكذلك سهولة توصيل فرامل الجرار (القاطرة) مع المقطورة.

 

فرامل التثبيت مع نظام نقل الحركة الذاتي
 Parking brakes associated with the automatic transmission

لاختيار حالة السير لناقل الحركة الذاتي, يقوم السائق بتحريك ذراع تغيير الحالة الموجود في عمود التوجيه أو بأرضية السيارة على يسار السائق إلى وضع التثبيت Park (P), عند اختيار هذا الوضع, يغلق ناقل الحركة, ويمنع السيارة من السير في أي اتجاه. وذلك عن طريق سقاطة تثبيت تمنع ناقل الحركة والسيارة من الحركة (منع حركة العجلات القائدة). وينصح باستخدام فرملة التثبيت بالسيارة عند هذا الوضع وخاصة عند توقف السيارة على طريق مائل, حتى لا يكون هناك إجهاد على السقاطة.

وفي بعض السيارات يحتاج السائق الضغط على بدال الفرامل لإمكانية النقل من وضع التثبيت إلى النقلات الأخرى.

 

المبطئات (المعوقات)  Retarders:

المبطئ هو جهاز يعمل على تقليل الحمل على فرامل الخدمة الاحتكاكية لنظام الفرامل للسيارات الثقيلة. حيث أن الفرامل الاحتكاكية معرضة لظاهرة اضمحلال الفرامل. بسبب ارتفاع درجة حرارة الأجزاء.  وترتفع درجة حرارة أجزاء الفرامل بالسيارات الثقيلة نتيجة استخدام الاحتكاك لتوقيف الكتلة الكبيرة للسيارة. والتعرض لاستخدام المتكرر للفرامل مثل الحافلات داخل المدن. ولهذا السبب تجهز السيارات الثقيلة والحافلات بنظام إضافي للفرامل لا يعتمد على الاحتكاك.

تستخدم المبطئات لتقليل سرعة المركبة, والمحافظة على سرعتها ثابتة إثناء نزول منحدر. والمبطئات ليس بمقدورها إيقاف المركبة إيقاف تام, حيث تنخفض كفاءتهم عند السرعات المنخفضة. وهم في الغالب يقومون بخفض سرعة السيارة, ومن ثم تقوم بعدها الفرامل الاحتكاكية بإيقاف السيارة. وحيث أن الفرامل الاحتكاكية في هذه الحالة لا تستخدم عند السرعات العالية ولا بمعدل عالي فإن هذا يزيد من عمرها التشغيلي, كما أن عدم ارتفاع حرارة أجزاء الفرامل وانتقالها للجنط يزيد من عمر الإطارات كذلك. 

وتعمل معظم المبطئات عن طريق بدال الفرامل ففي المرحلة الأولى للضغط على البدال تشغل المبطئات ومع استمرار الضغط على البدال تشغل الفرامل الاحتكاكية. ويمكن تفعيل المبطئات ذاتياً أو يدويا عن طريق ذراع. وقد تكون المبطئات جزء منفصل يركب بالسيارة, أو كجزء متكامل مع نظام ناقل الحركة.

وقد يستفاد من المبطئات بتشغيلها جزئياً عند بدأ الحركة للوصول السريع لدرجة حرارة التشغيل للمحرك في الأجواء الباردة.

 

فرملة المحرك Engine brake :

سيارات البنزين:

معظم سائقي سيارات البنزين يعرفون بما يسمي فرملة المحرك عند نزول منحدر. فهم يقومون بوضع صندوق التروس في نقله منخفضة, ولا يقومون بالضغط على بدال البنزين. ولا يحدث التباطؤ نتيجة الاحتكاك في المحرك (وأن كان له مشاركة), ولكن عند غلق صمام الخانق في شوط السحب, فلا يستطيع الهواء دخول الاسطوانة. ويحدث نتيجة لذلك تخلخل في كل شوط سحب, ويزيد تأثيره على العجل نتيجة نسبة التخفيض العالي في صندوق التروس عند النقلة المنخفضة. وبذلك يحدث التباطؤ للمركبة.

 

 

سيارات الديزل:

حيث أنه لا يوجد صمام خانق في محرك الديزل, فإنه لا يمكن استخدام الأسلوب السابق في عمل فرملة المحرك. ولكن قامت أحدى الشركات باستخدام فكرة فتح صمام العادم عندما يصل المكبس إلى النقطة الميتة العليا. وبذلك قبل أن يعمل الهواء المضغوط عمل النابض للمساعدة في دفع المكبس لأسفل يتم تسريب الضغط, وبذلك يعمل المحرك كعمل ضاغط الهواء, وحيث أن العزم اللازم لذلك يأتي من العجل عن طريق صندوق التروس ذو التخفيض العالي فإن ذلك يؤدي إلى تباطؤ المركبة. ويقدر مقدار القدرة التي يعمل بها المحرك لإبطاء المركبة بمقدار 90% من قدرة المحرك لبعض المحركات.  ويعرف هذا النوع لسائق السيارات الثقيلة بأمريكا الشمالية بفرملة جاك. من عيوب تلك الفرملة الضوضاء العالية التي تصدرها أثناء التشغيل.

 

فرملة العادم Exhaust brake:

فرملة العادم أبسط في عملها من فرملة المحرك. حيث يوجد صمام في أنبوب العادم. عند غلق الصمام يرفع الضغط في نظام العادم مما يدفع المحرك ليعمل بجهد أعلى خلال شوط العادم, وبهذا يعمل المحرك عمل ضاغط الهواء. وحيث قوة الضغط تأتي من العجل عن طريق صندوق التروس فإن ذلك يبطئ المركبة. وفي هذا النظام يجب أن تكون أنابيب الفرامل مصممة لتتحمل الضغط العالي, كما أن هذا النظام يوفر مقدار قدرة أقل لتبطئ المركبة بالمقارنة بالأنظمة الأخرى.

 

المبطئ الهيدروليكي Hydraulic retarder :

هذا النظام يستخدم إعاقة اللزوجة بين ريش متحركة وأخرى ثابتة في غرفة مملوءة بسائل لعمل التباطؤ المطلوب. وتختلف أنواع السوائل, فهناك المبطئات التي تستخدم سائل نقل الحركة, أو زيت منفصل, أو ماء.

المبطئ البسيط يمكن استخدام ريش متصلة بعمود إدارة ناقل الحركة بين القابض والعجل. ومن الممكن أن يداروا عن طريق تروس من عمود الإدارة. الريش تكون في غرفة بها مسافة ضئيلة بين الريش وجدار الغرفة الذي به ريش أيضاً في نظام نقل الحركة الأوتوماتيكي. عند الحاجة لتبطئ الحركة يدخل السائل أو الماء للغرفة وتعمل أعاقة اللزوجة إلى إبطاء المركبة. سوف يسخن السائل بالغرفة ولذلك يحتاج إلى وسيلة تبريد. ويمكن تغيير قوة التباطؤعن طريق زيادة مستوى السائل بالغرفة.

ويتميز المبطئ الهيدروليكي بالعمل بهدوء تام بالمقارنة بفرملة المحرك.  

 

المبطئ الكهربائي Electric retarder:

يستخدم المبطئ الكهربائي حث كهرومغناطيسي لتوفير قوة التباطؤ. ويتكون من جزء دوار مركب بأي من المحور أو ناقل الحركة أو خط نقل الحركة. وجزء ثابت مثبت بهيكل السيارة. ولا يوجد سطح اتصال بين الجزء الثابت والجزء الدوار ولا يوجد سائل أيضا. عندما يراد الحصول على تباطؤ, توصل لفات الأسلاك الكهربائية بالجزء الثابت بالبطارية, فتولد مجال مغناطيسي يعمل على توليد تيار حثي في الجزء الدوار مما يقلل من سرعته وبالتالي بالجزء المتصل به. الجزء الدوار مصمم بحيث يوفر التبريد المطلوب. ولا يكون هناك عبأ على نظام التبريد بالسيارة عند تشغيل المبطئ.

 

في السيارات المهجنة يستخدم مبطئ كهربائي للمساعدة الفرملة الميكانيكية ويعمل على شحن البطارية. وتستخدم الطاقة في البطارية فيما بعد لتعجيل السيارة (زيادة سرعتها).

 

 

 

 

استخدام الفرامل لتحسين أداء السيارة

 

فرامل العجل الداخلية Inboard brake:

لتحسين عمل نظام التعليق بالسيارة تم تغيير مكان فرملة العجل بالسيارة, هذه التقنية مطبقة بحيث أن الفرامل الاحتكاكية لا تستخدم الفرامل المركبة بالعجل في أداء مهمتها كما هو مطبق في معظم السيارات. ولكن بدلاً من ذلك تركب الفرامل بالقرب من التروس الفرقية. حيث أن تحريك الفرامل للداخل يقلل من الوزن الغير محمول بالنابض unsprung weight بدرجة كبيرة. ويحسن من الركوب ride, ومن التعامل مع السيارة (التوجيه) handling, والفرملة.

- بتقليل النسبة بين الوزن الغير محول بالنابض إلى الوزن المحول بالنابض, يحسن من عمل نظام التعليق.

بعض السيارات لها فرامل ذات قرص واحد بالداخل, يعمل على العجلتين الخلفيتين معاً.

نظام الفرامل الداخلية له عيوب كثيرة من ناحية الصيانة, حيث هناك صعوبة في التعامل مع الفرامل الموجودة بالداخل عن الفرامل الخارجية الموجودة بالعجل, والتعرض لسخونة عالية نتيجة قربها من أنبوب العادم والتبريد الغير جيد بالداخل. وكذلك وجود مشاكل مع فرامل التثبيت.

 

نظام التحكم في الجر (نظام التحم في الانزلاق) Traction control system (TCS)

ويسمى النظام أيضا نظام التحكم في الانزلاق الناتج عن التسارع  Acceleration slip regulation (ASR) أو التحكم التلقائي في الانزلاق Automatic slip regulation (ASR). شكل (2).

وقد يعرف النظام بمسميات مختلفة حسب شركات السيارات المستخدمة له:

نظام المساعدة في اتزان المركبة Vehicle Stability Assist (VSA), التحكم الديناميكي في المركبة Vehicle Dynamic Control (VDC), برنامج الاتزان الإليكتروني Electronic Stability Program (ESP), التحكم الديناميكي في الاتزان Dynamic Stability Control (DSC), التفاعل الديناميكي للمركبة Interactive Vehicle Dynamics (IVD), الإدارة المتكاملة لديناميكا المركبة Vehicle Dynamic Integrated Management (VDIM), الاتزان الديناميكي و التحكم في الجر Dynamic Stability and Traction Control (DSTC).

 

شكل (2): نظام منع انزلاق العجلات بالسيارة

 

المقصود بانزلاق العجلة هو عدم تساوي السرعة الخطية لمحور العجلة (أقل) من السرعة المفروض الحصول عليها من الدوران العجلة.

-        السرعة الخطية تكون أقل من (السرعة الدورانية محيط العجلة).

والانزلاق التام هو دوران العجلة حول محورها دون حدوث أي إزاحة.

يحدث انزلاق للعجل في حالات عديدة. عند السير على أرض زلقة, والتي تعطي تلاصق ضئيل للعجلات في ناحية واحدة من السيارة أو في الناحيتين معاً. كما في حالة الخروج من موقف مغطى بالثلوج إلى الطريق, أو السير على حافة الطريق, أو خلال التعجيل (زيادة سرعة السيارة) خلال المنعطفات, أو التعجيل الفجائي (زيادة سرعة المحرك ورفع القدم فجأة من على بدال القابض)، أو التعجيل عند صعود السيارة طريق مائل.

خلال عملية الانزلاق (مثل ما يحدث خلال عملية الزحف (غلق العجلات)) توفر العجلة حد ضئيل من التلاصق (عدم اتزان للسيارة). وكذلك فإن انزلاق العجلات يؤدي إلى تآكل الإطارات وإلى التآكل في أجزاء نقل الحركة (مثل التروس الفرقية), مع التعرض لحمل فجائي عالي عند بدأ الحركة الخطية للعجلة في حالة تلامسها مع سطح عالي التلاصق أثناء الانزلاق. 

نظام منع الانزلاق يوفر قوة جر مثالية لحالة الطريق ويمنع انزلاق العجلات. نظام منع الانزلاق هو امتداد لنظام منع غلق العجلات, الذي تشترك معه في العديد من المكونات والأجزاء. وكذلك القوة المنقولة للعجل أثناء التعجيل أو الفرملة اللذان يتأثرا بحالة (انزلاق/ زحف) العجلة على الطريق. كما أن غلق العجلة إثناء الفرامل تحدث خلال واحد من عشرة من الثانية, فإن زيادة العزم في بداية الحركة يؤدي إلى الارتفاع السريع في سرعة دوران العجلة في أحدى أو كلا عجلات الجر.

 ويقوم نظام منع الانزلاق بمهامتين وهو زيادة التلاصق مع الاحتفاظ باتزان المركبة. ويستخدم النظام الفرامل لتقليل سرعة دوران العجلات القائدة في حالة الانزلاق. كما أن هناك أنواع أخرى من نظام منع الانزلاق تستخدم بالإضافة إلى الفراملنظام إدارة المحرك في تخفيض عزم المحرك المنقول إلى العجلات القائدة.

ويستخدم نظام منع انزلاق العجلات نفس أجزاء ومكونات نظام منع غلق العجلات, ويزيد عليه بعض الأجزاء الأخرى. كما في شكل (3).

 

شكل (3): مكونات وأجزاء نظام منع غلق انزلاق العجلات

 

مكونات نظام منع غلق العجلات:

-        حساس قياس سرعة دوران العجلة, الذي يرسل إشارة إلى وحدة التحكم الإليكترونية لتتمكن من حساب السرعة الخطية للعجلة.

-        وحدة التحكم الإليكترونية, يقوم باستقبال إشارة حساس العجل ومنها يحسب الانزلاق لكل عجلة, ويتدخل نظام منع الانزلاق عندما يصل الانزلاق في واحدة من العجلات درجة عالية من الانزلاق. الإشارة القادمة تستقبل في عدد 2 معالج يعملان على التوازي. وترسل إشارة إلى وحدة التحكم الهيدروليكية لتفعيل الفرامل على العجلة المنزلقة. وكذلك تستقبل الوحدة إشارة وحدة إدارة المحرك.

-        وحدة التحكم الهيدروليكية, تم إضافة عمل انزلاق العجلات إلى وحدة التحكم الإليكترونية لمنع غلق العجلات. في حالة زيادة سرعة دوران العجل (حدوث انزلاق) تعمل الوحدة بناء على الإشارة القادمة من الوحدة الإليكترونية على التحكم في ضغط سائل الفرامل بفرامل العجل, أي أن النظام يستطيع فرملة العجلة القائدة دون تدخل من السائق.

-        أجزاء نظام الفرامل الهيدروليكية وفرامل العجل, يستخدم النظام سائل الفرامل من الاسطوانة الرئيسية وعن طريق اسطوانات فرامل العجل يتم التحكم في ضغط الفرامل للعجلات القائدة.   

-        وحدة إدارة المحرك:

تتدخل وحدة إدارة المحرك بتقليل عزم العجلات القائدة لمنع انزلاق العجل عن طريق:

-        تأخير أو تعطيل الشرارة في واحدة أو أكثر من الاسطوانات

-        تقليل الوقود أو قطعه إلى أسطوانة أو أكثر بنظام حقن الوقود Electronic throttle control (ETC)

-        تقليل فتحة الخانق بنظام المغذي

-        تقليل تعضيد التربو للمحرك في السيارات التي بها محرك يعمل بالتربو.

 

التحكم في الجر إثناء التعجيل في بداية الحركة

خلال التعجيل في بداية الحركة, يعمل نظام التحكم في الفرملة حتى سرعة 30 كم/ ساعة. عندما تفقد العجلات التلاصق عند سرعات تزيد عن 30 كم/ساعة, تقع المسئولية لمنع الانزلاق على عاتق تحكم الدائرة المغلقة للمحرك (نظام إدارة المحرك).

 

التحكم في الجر أثناء السير في المنعطفات Traction control in cornering

لا يقتصر عمل التحكم في الجر لتحريك السيارة من السكون دون انزلاق, ولكن خلال مناورة السيارة ذات الجر الأمامي, يكون هناك نقطة عندها لا تكون العجلات الأمامية قادرة على التوجيه وجر السيارة في نفس الوقت بدون فقد التلاصق. ويعمل نظام منع غلق العجلات إلى عدم حدوث ذلك والمحافظة على توجيه السيارة.

حدوث انزلاق للعجلات الأمامية في سيارات الجر الأمامي أثناء الدخول في منعطف يجعل السيارات لا تنعطف بمقدار توجيه العجل الأمامي (توجيه ناقص understeer)*

تقليل عزم المحرك يؤدي إلى تقليل سرعة السيارة وتعديل مسار السيارة. في سيارات الجر الخلفي يمكن لنظام منع انزلاق العجلات التغلب على (التوجيه الزائد oversteer)**   

 

* التوجيه الزائد, يندفع فيه مؤخرة السيارة ناحية الجانب الخارجي من المنعطف.

* * التوجيه الناقص, يندفع فيه مقدمة السيارة ناحية الجانب الخارجي من المنعطف.

 

نظام التحكم في أتزان السيارة Electronic Stability Control (ESC):

ويعرف النظام أيضا باسم برنامج الاتزان الإليكتروني

 Electronic Stability Program (ESP), وأيضاً بنظام التحكم في اتزان المركبة Vehicle Stability Control (VSC).

وهو تطور لنظام منع غلق العجلات ABS ونظام منع انزلاق العجلات TCS. والنظام مصمم لاكتشاف الفرق بين مدخلات التحكم من السائق ورد الفعل الحاصل من السيارة. عندما يكتشف أن هناك فرق, يقوم النظام بالتدخل عن طريق تفعيل الفرملة للعجلة التي عن طريقها يتم تصحيح مسار السيارة. وهذا النظام مصمم لتحسين اتزان السيارة, خصوصاً في المنعطفات الحادة, وعلى الطرق ذات الأسطح ذات التلاصق الضئيل (الزلقة). وجعل التوجيه سليم كما يبغى السائق.

ويستخدم النظام العديد من الحساسات ووحدة تحكم إليكترونية لبيان حالة الاتزان و التدخل عندما يكون هناك أحساس بفقد اتزان السيارة. ويمكن لوحدة التحكم العمل للحيلولة دون وقوع توجيه زائد أو ناقص للسيارة   undrsteering or oversteering عن طريق تقليل القدرة عن المحرك, أو تطبيق الفرامل, كما في شكل (4), (5).

 

شكل (4): التوجيه الناقص وكيفية التغلب عليه عن طريق النظام

 

 

شكل (5): التوجيه الناقص وكيفية التغلب عليه عن طريق النظام

 

نظام التحكم في اتزان السيارة يعتمد على نظام الفرامل بالسيارة كوسيلة لتوجيه السيارة. التدخل عن طريق الفرامل توجه إلى أحدى العجلات (مثل العجلة الخلفية اليسرى للتغلب على مشكلة التوجيه الناقص, أو العجلة الأمامية اليمنى خلال التوجيه الزائد), للوصول إلى الهدف الأمثل للاتزان, لا يقوم النظام فقط باستخدام الفرامل ولكنه يمكنه أيضاً التدخل من ناحية المحرك لتعجيل العجلات الغير مفرملة.

 

ويتكون النظام من الأجزاء التالية كما في شكل (6):

-       أجزاء نظام الفرامل التقليدي بالسيارة

-       أجزاء نظام منع غلق العجلات

-       حساس عجلة القيادة

-       حساس حركة السيارة حول محورها الرأسي yaw sensor. مع حساس لقياس التعجيل الجانبي lateral-acceleration sensor

 

شكل (6): أجزاء نظام اتزان المركبة

 

فرامل استعادة الطاقة  Regenerative brake:

هذا النظام يعمل على تخفيض سرعة السيارة بتحويل بعض من طاقة الحركة إلى طاقة كهربائية. هذا الطاقة الكهربائية يتم تخزينها في البطارية أو مجموعة من المكثفات لاستخدامها. ويمكن للنظام استعادة ما يقرب من 25% من طاقة الحركة للسيارة إثناء الفرملة.

 

يستخدم هذا النظام في السيارات الكهربائية, والسيارات المهجنة. تستخدم الطاقة المستعادة في شحن البطاريات لزيادة مدى تشغيل السيارة. كما أن استخدام النظام يقلل من التآكل في بطانات الاحتكاك ويطيل من العمر التشغيلي للفرامل الاحتكاكية. ويزيد من كفاءة استخدام الوقود. حيث أن 30% من طاقة الوقود تضيع إلى الجو نتيجة استخدام الفرامل الاحتكاكية. فإعادة ربع هذا الفقد واستخدامه مرة أخري يزيد من كفاءة استخدام الوقود. لا يجب الخلط بين فرامل استعادة الطاقة والفرامل الديناميكية Dynamic braking حيث أن الطاقة الكهربائية في نظام الفرامل الديناميكية تفقد كحرارة عن طريق مقاومات كهربائية.  

ولا تعمل فرامل استعادة الطاقة كفرملة مستقلة ولكن تعمل مع وجود الفرامل الاحتكاكية وذلك للأسباب التالية:

-       تقل كفاءة فرامل استعادة الطاقة بشكل سريع مع انخفاض السرعة

-       مقدار الطاقة المستعادة تتناسب مع مقدار استيعاب الجزء المراد تخزين الطاقة به (حالة شحن البطارية). ولذا يجب استخدام الفرامل الديناميكية أو الفرامل الاحتكاكية مع النظام لامتصاص الطاقة الزائدة.

-       يجب التحكم في مقدار فرامل استعادة القوة وفرامل الاحتكاك للحصول على قوة الفرامل المطلوبة.

 

وتستخدم فرامل استعادة الطاقة فكرة أن الموتور الكهربائي يمكن في نفس الوقت أن يعمل كمولد للتيار. ففي أثناء الفرملة يوصل موتور الجر كمولد كهربائي أثناء الفرملة ويتصل الخرج منه مع حمل كهربائي. هذا الحمل على الموتور هو ما يوفر الفرملة.

 

وقد قامت شركة بي أم دابليو بتجهيز سيارة ليست كهربائية أو مهجنة بنظام فرامل استعادة الطاقة. مع تطوير التقنية في صناعة البطارية وظهور البطاريات ذات حشوة الزجاج الممتصة Absorptive Glass Mat  (AGM) التي لها القدرة على أن تشحن شحن سريع بدون حدوث غليان ويمكن لتلك البطاريات التعرض لدورة شحن عميقة (تفريغ تام وشحن) والتي لا تتحملها البطاريات ذات الحامض. وتكون تلك البطارية مناسبة لتوصيلها مع نظام فرامل استعادة الطاقة. ويمكن شحن البطارية بالكامل من خلال الفرملة, وتقليل الحمل على المحرك بتقليل عمل المولد. وهذا النوع من الفرامل يقلل الوزن واستهلاك البنزين وتقليل كمية انبعاث ثاني أكسد الكربون. ويركب هذا النظام في سيارات الشركة مع إطارات ذات مقاومة تدحرج قليلة, مكيف يعمل بالكهرباء ومؤازر توجيه كهربائي. ونظام فرامل استعادة الطاقة بدون موتور كهربائي بالسيارة.

 

نظام التحكم الفعال في السير   Adaptive Cruise Control (ACC)
نظام التحكم في السير  cruise controlيتيح للسائق في الطرق السريعة ضبط سرعة السيارة على السرعة التي يريدها, ويعمل النظام على تثبيت تلك السرعة مع اختلاف المقاومات التي تقابلها السيارة بالطريق, وعند الضغط على بدال الفرامل أو القابض يفصل النظام. في هذا النظام كان التحكم يتم عن طريق التحكم في فتحة الخانق. ولكن النظام الجديد (التحكم الفعال في السير) يعمل على الإبقاء على مسافة معقولة بين السيارة المركب بها والسيارة التي أمامها. ويستخدم رادار مثبت بمقدمة السيارة. فيقوم النظام الحديث بتنبيه السائق في حالة وجود جسم على بعد 100 متر بالأمام, وفي حالة الاقتراب منه, يقوم النظام بالفرملة الضعيفة وتحذير السائق عن طريق جذب حزام الأمان. في حالة عدم استجابة السائق يقوم النظام بالضغط بقوة على الفرامل.

ويمكن للنظام تقليل سرعة السيارة وتبطئها حسب اختيار السرعة والمسافة من قبل للسائق.

يمكن فصل النظام عن العمل عندما يقوم السائق بالضغط على بدال الفرامل أو القابض.

في أحدى نظم فصل النظام يوجد حساس للضغط بالأسطوانة الرئيسية عند الضغط على البدال وزيادة الضغط داخل الاسطوانة يتفعل عمل مفتاح فصل النظام.

 

 

 

نظم تحسين أداء الفرامل

 

توزيع قوة الفرامل إليكترونياً Electronic Brakeforce Distribution (EBD):  

هو نظام يعمل على تغيير مقدار قوة الفرامل المؤثرة على كل عجلة, بناء على حالة الطريق, السرعة, والحمل..  الخ. وغلباً ما يعمل مع نظام منع غلق العجلات, يمكن لنظام توزيع قوة الفرامل إلكترونيا من زيادة ضغط الفرامل لكل عجلة للحصول على أقصى قوة توقف مع المحافظة على التحكم في التوجيه.

في السيارات بدون هذا النظام عند الضغط على بدال الفرامل تتوزع قوة الفرملة حسب أبعاد نظام أجزاء الفرامل (الاسطوانة الرئيسية, اسطوانات العجل). ولكن في السيارات المجهزة بهذا النظام يتوزع ضغط الفرامل لكل عجلة حسب حالة الطريق (مقدار التلاصق) والحمل على العجلة.

في حالة الفرملة القصوى في خط مستقيم تقوم الفرامل بزيادة ضغط الفرامل على العجلات الأمامية عن العجلات الخلفية حتى لا يحدث غلق العجلات نتيجة انتقال جزء من الحمل من العجل الخلفي إلى العجل الأمامي بسبب الفرملة (الوزن المنقول أثناء الفرملة) شكل (7).

 

شكل (7): عند الفرملة يزداد الحمل على المحور الأمامي, فيزيد النظام قوة الفرملة على المحور الأمامي

وكذلك حسب الوزن على العجلات, شكل (8).

 

شكل (8): عند زيادة الحمل على المحور الخلفي يزيد النظام قوة الفرملة على المحور الخلفي

 

 

في حالة الفرملة خلال التوجيه في المنعطفات, فإن النظام يقوم بتغيير قوة الفرملة من العجل الأيسر للأيمن للمحافظة على الاتزان, كما في شكل (9). وكذلك يعمل في حالة وجود اختلاف في معامل التلاصق بالطريق تحت العجلات بتوزيع قوة الفرامل بما يتناسب مع مقدار التلاصق الموجود, للحصول على الفرملة المثالية.

 

شكل (9): عند دخول السيارة منعطف وعند التأثير بالفرملة يزيد النظام القوة على العجلات الخارجية

 

نظام الفرملة داخل المنعطف Cornering Brake Control (CBC):
هذا النظام يعتبر تطوير وامتداد لنظام منع غلق العجلات. يعمل على توزيع قوة الفرامل على العجلات أثناء الفرملة القصوى داخل المنعطف, بحيث تظل السيارة في نفس الاتجاه المطلوب.

 

نظام المساعدة لفرامل الطوارئ Emergency Brake Assist (EBA):

نظام المساعدة لفرامل الطوارئ هو نظام أمان بالسيارة مصمم بحيث يضمن أقصى قدرة فرامل مستخدمة في حالة التوقف الطارئ (الفوري). عن طريق ملاحظة السرعة والضغط الذي يدفع به بدال الفرامل, يستطيع النظام يتوقع من أن السائق في محاولة لتوقيف السيارة في الحال. وفي حالة أن البدال لم يدفع إلى أخر المشوار, يقوم النظام بتخطي ذلك ويضغط البدال لنهاية المشوار, حتى يتولى نظام منع غلق العجلات ABS السيطرة ويمنع غلق العجلات التي أغلقت.

 

بعض أنواع نظام المساعدة لفرامل الطوارئ, تعمل عن طريق حساس مركب على بدال البنزين وفي حالة رفع القدم فجأة عن بدال البنزين, يستشعر النظام أن هناك حالة طارئه, وعليه يعمل النظام إلى التأثير بقوة خفيفة على بدال الفرامل للتخلص من خلوص البدال وتكون الفرامل جاهزة للعمل عند وضع قدم السائق على بدال الفرامل وبهذا يتم اكتساب زمن يؤدي إلى تقيل مسافة التوقف بعدة أمتار.

 

نظام مساعدة الفرامل Brake Assist (BA or BAS):

هو نظام يتيع تقنية الفرامل الذي يزيد من قوة الفرامل في حالة الفرملة القصوى (الطوارئ). وتعتبر شركة ديملر- بنز أول من طبق هذا النظام, ونتيجة الأبحاث التي قامت بها الشركة, فقد وجدت أن 90% من السائقين لا يقومون بالضغط على بدال الفرامل بالقوة اللازمة في حالة الطوارئ.

نظام مساعدة الفرامل يستشعر حالة فرملة الطوارئ عن طريق قياس سرعة الضغط على بدال الفرامل. في حالة وجود فرملة طوارئ يقوم النظام بزيادة الضغط للوصول إلى أقصى قوة فرامل لتعويض ضغط السائق بالقوة الغير مناسبة, كما في شكل (10). هذا يؤدي إلى تقليل مسافة التوقف بمقدار 20% بناء على بعض الدراسات. ومنذ سنة 1988 أصبحت شركة مرسيدس أو شركة تقوم بجعل نظام مساعدة الفرامل من الأنظمة الأساسية (الغير اختيارية) في جميع الموديلات.

 

شكل (10): طريقة عمل نظام مساعدة الفرامل

 

يتم زيادة الضغط عن طريق التحكم الهيدروليكية, أو عن طريق صمام كهربائي موجود داخل المؤازر (المؤازر الذكي smart booster) فيقوم بفتح صمام الجو للمؤازر فيعمل على زيادة سريعة لضغط الفرامل بأقصى مؤازرة يمكن أن يوفرها المؤازر.

 

نظام مساعدة الفرامل المتطور Brake Assist Plus (BAS Plus):

هو أحدث تقنية في هذا المجال, وهو يعتبر التصميم المتطور لنظام مساعدة الفرامل. هذا النظام يستخدم الرادار ليحسب مقدار قرب السيارات الأخرى؛ وفي حالة أن المسافة بين السيارات الأمامية والخلفية بدأت في التناقص أو أن معدل التناقص مرتفع, فإن النظام يبدأ بتحذير السائق. وفي حالة أن هناك حالة تصادم محتملة, فإن النظام يحسب مقدار قوة الفرامل المثالية المطلوبة لتفادي ذلك الحادث في جزء يسير من الثانية. وفي حالة بدأ السائق بوضع قدمه على بدال الفرامل- حتى بضغطه ضعيفة- يقوم النظام بضغط الفرامل بالقوة المثالية المطلوبة في الحال مجنبا حدوث تصادم (التصادم الوشيك). وقد أظهر وجود نظام مساعدة الفرامل المتطور تقليل حوادث التصادم من الخلف بشكل ملحوظ, وهو من الأنظمة المساعدة للسائق لتحسين سلامة الطرق.

 

يمكن استخدام نظام مساعدة الفرامل المتطور مع أنظمة مساعدة السائق الأخرى مثل نظام ديسترونيك بلاس (Distronic plus) الذي يؤدي ذاتياً إلى تقليل سرعة السيارة, وإيقافها حسب حالة السير في الطريق.

 

نظام التحكم الديناميكي (الحركي) للفرامل Dynamic Brake Control (DSC):

في حالة أن السائق يحاول توقيف السيارة في حالة طوارئ, فإن النظام يعجل من تفعيل الفرامل لتوفير أقصى فرملة في أقل مسافة.

تقوم الوحدة الإليكترونية بمقارنة قراءة الحساسات مع قيم مخزنه بالذاكرة, وتقوم بتفعيل النظام في حالة توفر الحالات التالية
- الضغط في الاسطوانة الرئيسية أكبر من 30 بار.

- معدل زيادة الضغط اكبر من 6000 بار/ ثانية

- سرعة السيارة أكثر من 3 ميل/ ساعة (حوالي 5 كيلومتر/ساعة)

- السيارة لا تسير بالخلف

- أحدى العجلات أو أكثر لا تكون في حالة مدي عمل نظام منع غلق العجلات.

في حالة توفر جميع هذا الحالات يعمل النظام. ويتوقف النظام عن العمل في حالة وصل سرعة السيارة إلى أقل من 3 ميل/ساعة أو أن السائق يرفع قدمه من على البدال.

كما يقوم النظام بتوفير الاتزان للمركبة عن طريق التحكم بالفرامل والمحرك في عمل اتزان للسيارة داخل المنعطف. وكذلك يقوم بمنع انزلاق العجلات.

 

فرامل التثبيت الكهربائية Electric Parking Brake:

بدأ ظهور فرامل التثبيت الكهربائية في السيارات بمطلع هذا القرن, وقد تم استخدامه في العديد من السيارات الحديثة.

هناك نوعين أساسين من فرامل التثبيت الكهربائية. بدلاً من استخدام الطريقة الميكانيكية, والتي تعمل عن طريق جذب السائق لكبل عن طريق ذراع (رافعة). في النوع الأول يقوم بهذه الوظيفة موتور كهربائي يقوم بجذب كبل فرامل التثبيت. والنوع الثاني الأكثر تطور هو استخدام موتور يتحكم فيه عن طريق وحدة الحاسب, متصل بسرج الفرامل لتفعيل فرامل التثبيت.

النظام سيتضمن بعض الصفات الأخرى مثل أن تعمل فرامل التثبيت ذاتياً عند توقف السيارة ثم تعتق الفرامل عند بداية الضغط على بدال البنزين. يمكن لسائق السيارة أبطال النظام أو تفعيله.

بعض السيارات المزودة بناقل حركة أوتوماتيكي (ذاتي) يجهز بوسيلة عتق فرامل التثبيت. الموديلات اللاحقة تتطلب الضغط على بدال الفرامل حتى يمكن وضع ناقل الحركة من التثبيت وضع الاختيار إلى الأمام أو إلى الخلف. وسبب التعديل بإضافة الحاجة إلى الضغط على بدال الفرامل قبل عملية النقل هو تأمين السيارة من خطر وضع الناقل في وضع الحركة بطريق الخطأ. 

 

 

نظام الفرملة عن طريق الكبل Brake by wire:

الفرملة عن طريق الكبل هي طريقة جديدة لنقل القوة من بدال الفرامل إلى فرامل العجل. وهي ما تتم اليوم عن طريق النظام الهيدروليكي, أو بالنسبة للشاحنات عن طريق الهواء المضغوط. عن طريق الكبل تعني أن طريقة نقل القوة ستكون إليكترونيا (كهربائي) وليس ميكانيكيا.

وهي ما يطلق عليها التقنية المتعددة عن طريق الكبل x-by-wire وهي أن جميع أنظمة السيارة يسمح لها بأن تعمل عن طريق مكونات إليكترونية بدلا من الطريقة التقليدية الميكانيكية.

ويسمى النظام أيضاً الفرامل الكهرو- ميكانيكية  electro-mechanical brakes (EMB), وتعبر أسهل في التصنيع, والصيانة, وأحسن للبيئة.

السيارة المجهزة بفرامل عن طريق الكبل, لها موتور كهربائي صغير بالقرب من العجلات الذي يقوم بتوليد ضغط الفرامل. ويتحكم في الموتور وحدات تحكم إليكترونية, تتصل ببدال الفرامل والتي تأخذ المدخلات لها عن طريق السائق.

لهذا النظام العديد من المميزات:

- يكون له استجابة سريعة, تؤدي إلى تقليل مسافة التوقف, وتزيد من السلامة.

- حيث أنه لا يوجد أجزاء ميكانيكية بالنظام, فإن نظام الفرملة بالكبل, تعمل بمنتهى الهدوء. ولا يكون هناك اهتزازات للبدال مصاحبة لعمل نظام منع غلق العجلات.

- يحتاج النظام إلى حيز أصغر, وهو ما يتيح لمصنعي السيارات التوفير في حجم الحيز بمقدمة السيارة.

- النظام له وزن اقل, بالنسبة للنظم التقليدية الأخرى.

- صيانة النظام أسهل, من النظم التقليدية الأخرى.

- ليس هناك تآكل من سائل الفرامل, وهذا يقلل من التأثير السيئ على البيئة.

 

 

 

مـــلـخـص

 

* فرامل الهواء تستخدم في الشاحنات لتميزها عن الفرامل الهيدروليكية بالقوة العالية للتمكن من إيقاف السيارة الثقيلة. وكذلك الراحة للسائق من ناحية الاستخدام.

* السيارات الثقيلة والشاحنات تستخدم نظام فرامل لا احتكاكية تعرف بالمبطئات. تعمل المبطئات على خفض سرعة السيارة قبل استخدام الفرامل الاحتكاكية. وبذلك تقلل من ارتفاع درجة حرارة أجزاء فرامل العجل, وتطيل العمر التشغيلي لها.

* هناك العديد من أنواع المبطئات التي تستخدم بالسيارات الثقيلة. ومن هذه الأنواع: المبطئات الهيدروليكية, الكهربائية, وفرملة المحرك, وفرملة العادم.

* يستخدم نظام الفرامل بالسيارات الحديثة لتأدية وظائف أخرى بالإضافة إلى فرملة السيارة. ويشترك نظام الفرامل مع نظام منع انزلاق العجلات, ونظام اتزان السيارة لتأدية تلك الوظائف

* يستخدم نظام استعادة الطاقة مع الفرامل. فبدلاً من تحويل طاقة الحركة للسيارة إلى طاقة حرارية لإيقاف السيارة. فإن نظام استعادة الطاقة يسمح بتحويل 30% من الطاقة الضائعة في الاحتكاك. إلى طاقة كهربائية يمكن الاستفادة منها.

* تستخدم الفرامل مع نظام السير الفعال, بحيث تعمل على توفير مسافة أمان بين السيارة المركب بها النظام والسيارة التي تسير أمامها ذاتياً دون تدخل السائق.

* تم تحسين أداء الفرامل, عن طريق استخدام أنظمة مثل توزيع قوة الفرامل إليكترونياً على العجلات, حسب مقدار الحمل ومقدار التلاصق بين الإطار والطريق يتم توزيع قوة الفرامل للاستفادة من التلاصق الموجود للحصول على الفرملة المثالية, مع المحافظة على اتزان السيارة.

* استخدام فرامل المساعدة, يعمل على مساعدة السائق في حالة الفرملة القصوى بغرض تقيل مسافة التوقف, بحيث تزيد من قوة الفرملة في حالة الضغط القوي والسريع على بدال الفرامل وذلك عن طريق زيادة ضغط سائل الفرامل بالدائرة.

* استخدام الفرملة عن طريق الكبل, سيؤدي إلى التخلص من الدائرة الهيدروليكية, والوصلات الميكانيكية. ويزيد من فاعلية الفرامل وسرعة استجابتها.

 

 

المصطلحات في هذا الباب

فرامل الهواء

Air brakes

نظام  التحكم في الجر

Traction control system

فرامل التثبيت الكهربائية

Electric Parking Brake

تنظيم انزلاق التعجيل

Acceleration slip regulation

المبطئات (المعوقات)

Retarders

تنظيم الانزلاق التلقائي

Automatic slip regulation

فرملة المحرك

Engine brake

النظام الإليكتروني للاتزان

Electronic Stability Control

فرملة العادم

Exhaust brake

برنامج الاتزان الإليكتروني

Electronic Stability Program

المبطئ الهيدروليكي

Hydraulic retarder

التحكم في أتزان السيارة

Vehicle Stability Control

المبطئ الكهربائي

Electric retarder

فرامل استعادة الطاقة

Regenerative brake

فرامل العجل الداخلية

Inboard brake

نظام التحكم الفعال في السير

Adaptive Cruise Control

توزيع قوة الفرامل إليكترونياً

Electronic Brakeforce Distribution

نظام المساعدة لفرامل الطوارئ

Emergency Brake Assist

الفرامل الكهرو- ميكانيكية

Electro-mechanical brakes

الفرملة عن طريق الكبل

Brake by wire

 

 

 

 

 

 

اختبار ذاتي

 

أجب عن الأسئلة التالية:

1- لماذا تستخدم الفرامل الهوائية بالشاحنات بدلاً من الفرامل الهيدروليكية؟

2- ما سبب وجود المبطئات في نظام الفرامل لبعض الشاحنات؟

3- ما هي أنواع المبطئات المستخدمة بنظام الفرامل للشاحنات؟

4- كيف يعمل نظام منع انزلاق العجلات؟ وما وظيفة الفرامل بالنظام؟

5- ما هي أجزاء نظام منع انزلاق العجلات؟

6- أذكر الأنظمة الموجودة بالسيارة لتحسين أداء السيارة باستخدام الفرامل؟

7- كيف يعمل نظام أتزان السيارة الإليكتروني؟ وما وظيفة الفرامل بالنظام؟

8- ما وظيفة الفرامل المساعدة بالسيارة؟ وكيف تعمل؟

9- ما وظيفة فرامل استعادة الطاقة؟ وكيف تعمل؟

10- ما هي تقنية الفرملة عن طريق الكبل؟

11- أذكر الأنظمة الموجودة بالسيارة لتحسين أداء الفرامل؟

12- عرف ماذا تعني تلك الاختصارات:

 - ACC

- ASR

- EBA

- EBD

-  EMB

-  ESC

- ESP

- TCS

- VSC

 

13- عرف اجزاء نظام التحكم في انزلاق العجلات الموجودة على الرسم:

 

tcs_components

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

 

14- عرف اجزاء نظام اتزان المركبة إلكترونيا المبينة بالرسم:

 

esp

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8