เบรคทำหน้าที่อะไร
คำตอบสั้นๆ คือ ทำให้ช้าลง
ตำตอบเชิงวิชาการ คือ เบรคถูกออกแบบมาเพื่อทำให้รถวิ่งช้าลง แต่บางครั้งก็ไม่ได้เป็นไปตามที่เราๆ ท่านๆ เข้าใจ ความเข้าใจผิดที่พบได้บ่อยคือที่ เข้าใจว่าเบรคไปบีบกับดรัมหรือแผ่นดิสก์และทำให้ช้าลง นั่นถูกต้องเพียงบางส่วน เบรคเป็นกลไกทางกลศาสตร์ในการเปลี่ยนประเภทของพลังงาน เมื่อรถวิ่งด้วยความเร็ว รถจะเกิดพลังงานจลน์ เมื่อคุณเหยียบเบรค แป้นหรือรองเท้าจะไปกดดุมเบรคหรือตัวหมุนให้กลายเป็นพลังงานความร้อนโดยผ่านความเสียดทาน การระบายความร้อนของเบรคที่กระจายความร้อนแล้ว และยานพาหนะช้าลง กฎแรกของเทอร์โมไดนามิกบางครั้งเรียกว่ากฎของการอนุรักษ์พลังงาน ในขั้นนี้พลังงานจะไม่สามารถเปลี่ยนหรือทำลายได้ ทำได้แต่เพียงถูกเปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปเป็นอีกสถานะหนึ่งเท่านั้น ในกรณีของเบรคส่วนใหญ่เบรคใช้แรงเสียดทานในการแปลงพลังงานเป็นความร้อน
แรงเชิงมุม
เนื่องจากการกำหนดค่าของผ้าเบรคและตัวหมุนในดิสก์เบรค ตำแหน่งของจุดที่สัมผัสกันจะมีการเสียดทานซึ่งให้พลังไฟฟ้าเพื่อต้านแรงหมุน
เทอร์โมไดนามิก, เบรคจม, จานเบรค
brakeducts หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
หากคุณขับขี่มอเตอร์ไซค์ หรือรถแข่ง คุณอาจคุ้นเคยกับอาการเบรคจม ซึ่งผมได้เคยพูดไว้แล้วว่าจะเกิดเมื่อเบรคร้อนเกินไป ตย.ที่ดีคือเมื่อขับรถลงเขา จะเกิดจากความร้อนสะสมในระบบสูงมากเพราะใช้เบรคหนัก ต่อเนื่องนาน ในขณะที่คุณเริ่มลงจากเนินเขาเบรคจะเกิดความร้อนขึ้นและทำให้รถช้าลง แต่ถ้าคุณเหยียบเบรค ตัวหมุนหรือดุมจะยังคงร้อนอยู่และอุณหภูมิจะไม่ลดลงเลย ในบางกรณีที่เบรคไม่สามารถดูดซับความร้อน ยังจะทำให้ผ้าเบรคเกิดความร้อนด้วย ในผ้าเบรคทุกประเภท เนื้อผ้าเบรคที่มีการจัดเรียงของเรซิ่นติดอยู่ด้วย และมันจะเริ่มมีความร้อนและเรซิ่นจะค่อยๆ ระบายความร้อน เกิดเป็นก๊าซ และเพราะก๊าซไม่สามารถอยู่ระหว่างผ้าเบรคกับตัวหมุนได้ จึงจับตัวเป็นชั้นบางๆ และพยายามที่จะหลุดออก ผ้าเบรคจะไม่เสียดสีกับตัวหมุนทำให้ลดการยึดเกาะ จึงเป็นที่มาของเบรคจม
การแก้ไขอาการเบรคจมคือให้รถหยุดและรอสักพัก เมื่อส่วนต่างๆของเบรคเย็นลงแล้วจะมีการระบายความร้อนและครั้งต่อไปจึงค่อยใช้เบรค จานเบรคประเภทนี้พบได้ในรถยนต์รุ่นเก่าๆ รถยนต์สมัยใหม่จะมีการระบายก๊าซออกจากผ้าเบรค โดยการลดความดันหรือให้ความร้อน แต่ก็ยังมีเบรคจมอยู่ ทำไม? ก็เพราะยังมีความร้อนสะสมอยู่มากเกินไป ด้วยองค์ประกอบของผ้าเบรคยุคใหม่ๆ ผ้าจะสามารถถ่ายเทความร้อนไปยังคาลิเปอร์เมื่อดุมเกิดความร้อนมากเกินไป และน้ำมันเบรคจะเริ่มเดือดและเป็นฟองอยู่ภายในระบบเบรค เมื่อมีการเหยียบเบรค อากาศจะถูกบีบอัด (ไม่ใช่น้ำมันเบรค) ฟองอากาศบีบอัดแทนที่จะเป็นการส่งผ่านของเหลวไปยังปั๊มเบรค นั่นคือ เบรคจมแบบสมัยใหม่
แล้วพวกวิศวกรออกแบบเบรคเพื่อลดอาการเบรคจมอย่างไร ในรถยนต์รุ่นเก่าๆ วิศวกรจะออกแบบให้มีการระเหยด้วยก๊าซ ส่วนรถยนต์รุ่นใหม่กว่า จะเป็นการทำให้เย็นด้วยจานเบรค แต่ก็ลงท้ายด้วยไม่จานเบรคแบบเซาะร่องหรือ cross-drilled ก็แบบ grooved brake rotor ในขณะที่ร่องพื้นผิวอาจจะช่วยลดการเก็บความร้อนของจานเบรคความร้อนบนจากเบรกมีผล ต่อประสิทธิภาพในการเบรกมากกว่าองค์ประกอบอื่นๆ อย่างไรก็ดี การเบรคแบบกระชั้นชิดเมื่อเบรคมีความร้อนและเรซิ่นมีการระเหย ร่องเบรคจะอาจเกิดก๊าซได้ ดังนั้น ผ้าเบรคจะยังคงสีกับจานเบรคค่อไปและทำให้รถหยุด
ความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับการแปลงจะทำให้เข้าใจว่าเบรคทำงานได้อย่างไร และทำไมจึงต้องออกแบบเบรคเช่นนั้น หากคุณเคยดูการแข่งรถฟอร์มูลา 1 จะเห็นว่าล้อหน้ามีสกู๊ปใหญ่ๆ อยู่ด้านในบริเวณจุดเชื่อมล้อ (ดังภาพ) โดยจะเป็นท่อลมซึ่งเป็นองค์ประกอบหนึ่งของเบรคที่จะช่วยให้เบรคที่ใช้ในการแข่ง F1 เย็นลงได้ทันท่วงที เพราะใน F1 จะมีการเหยียบเบรคกันเป็นว่าเล่นแทบจะทุกๆ วินาทีจึงทำให้เกิดความร้อนตลอดเวลา หากไม่มีตัวระบายความร้อนแล้ว เบรคอาจใช้การได้ได้ในช่วงโค้งแรกเท่านั้น แต่ไม่ทราบว่าจะเกิดอะไรขึ้นในโค้งต่อๆ ไป
เทคโนโลยีจานเบรค
หากเบรคเป็นเพียงเหล็กหล่อเดี่ยวอาจทำให้ความร้อนกระจายตัวและเกิดการระเหยของก๊าซได้ ด้วยเหตุนี้จานเบรคจึงมีการปรับเปลี่ยนการออกแบบคุณสมบัติในการช่วยให้เย็นได้เร็วขึ้น และทำให้ก๊าซระหว่างจานกับผ้าเบรคระเหยได้ไวขึ้น ไดอะแกรมนี้จะแสดงตัวอย่างของจานที่มีการออกแบบใหม่ซึ่งทำให้มีแรงเสียดทานมากขึ้น ระบายความร้อนและก๊าซดีขึ้น จากซ้ายไปขวาคือ
1.จานเบรคแบบธรรมดา
2. จานเบรคเซาะร่องทำให้ขบและเสียดทานดีกว่า ในขณะที่ผ้าเบรคทำให้ก๊าซถ่ายเทระหว่างผ้าเบรคและจานเบรคได้ดีกว่า
3. ร่องและการเซาะร่อง ทำให้ให้ขบกันดีกว่า และยังช่วยให้อากาศไหลผ่านไปยังดิสก์เบรคดีกว่า ช่วยให้ลดความร้อนลงได้และมีการระบายการพัดของก๊าซด้วย
4. จานเบรคแบบคู่ คือเหมือนกับแบบแรกแต่มีจานเบรค 2 อัน กับใบพัดในการทำให้เกิดกระแสลมเพื่อทำให้จานเย็นเร็วยิ่งขึ้นแม้ในขณะ “จังหวะดูด” ก๊าซจากผ้าเบรค
ข้อสังเกตของจานเซาะร่อง พบได้ในรถแข่งเท่านั้น การเซาะมีผลทำให้จานอ่อนตัวและแตกหัก ในสนามแข่งไม่ใช่ปัญหาเพราะเบรคจะถูกเปลี่ยนในแต่ละการแข่งขันหรือทุกอาทิตย์ แต่กับรถที่วิ่งบนถนน อาจทำให้จานเบรคแตกได้ซึ่งคุณคงไม่ต้องการ ผมกล่าวถึงเพียงประสิทธิภาพของจานเซาะร่องเท่านั้น โดยที่ผมยังไม่ได้กล่าวถึงข้อมูลความจริงเท่าใดนัก
rotortypes หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
จานใหญ่ – ใช้อย่างไร ในรถแข่งและมอเตอร์ไซค์แข่งจะมีจานเบรคและขนาดจานจะใหญ่กว่ารถทั่วไป จานที่ใหญ่จะมีเนื้อวัสดุที่สามารถซึมซับความร้อนได้ดีกว่า มีเนื้อวัสดุมากกว่า หมายถึงมีพื้นผิวในการสัมผัสกับผ้าเบรคที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานมากกว่าและยังมีจุดเชื่อมต่อกับผ้าเบรคห่างจากคานหมุนมากกว่า การมีพื้นที่มากกว่าทำให้เกิดความได้เปรียบทางกลไกในการต้านการหมุนของจานเอง เพื่อให้เห็นภาพชัดเจนขึ้น ลองนึกถึงการหมุนของดิสก์บนเพลา หากคุณสอดนิ้วโป้งเข้าไปในรูแผ่นดิสก์แน่นๆ แล้วหมุน คุณจะรู้สึกร้อนเร็วกว่าการสอดนิ้วแบบหลวมๆ และเพื่อให้เกิดแรงเสียดทาน ยังต้องออกแรงหมุนมากกว่าด้วย มิหนำซ้ำยังเย็นตัวช้ากว่าด้วย ทางกลับกัน หากสอดนิ้วหลวมๆ จะหยุดหมุนได้เร็วกว่าและร้อนน้อยกว่า จึงสรุปได้ว่า จานใหญ่กว่ามีแรงในการหยุดหมุนดีกว่า
เบรคแต่ละประเภท
เบรคทุกประเภททำงานโดยแรงเสียดทาน แรงเสียดทานนี้จะทำให้เกิดความร้อนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเปลี่ยนพลังงานจลน์
เบรคล้อจักรยาน
bicycle brakes หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ผมคิดว่าที่ควรกล่าวถึงเพราะเป็นพื้นฐานที่สุด แถบยางคู่จะอยู่ติดกับก้านเบรคคู่ติดกับเฟรมรถ เมื่อบีบสายเบรค ยางจะถูกกดให้บีบกับด้านในหรือนอกขอบยาง ยางเป็นตัวทำให้เกิดความร้อน และเกิดแรงเสียดทาน และเปลี่ยนพลังงานจลน์ รถจึงช้าลง อันที่จริงแล้ว จักรยานมีเบรค 2 แบบ คือ ระบบจุดหมุนเดี่ยว และ จุดหมุน 2 ส่วน
ดรัมเบรค กระบอกเบรคเดี่ยว
drum single หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
เบรคชนิดต่อไปจะซับซ้อนขึ้นมาอีกหน่อย คือ ดรัมเบรค คอนเซปต์ง่ายๆ คือ มีฝักเบรคครึ่งวงกลม 2 อัน อยู่ด้านใน spinning drum ซึ่งเป็นตัวทำให้เกิดความร้อนและแรงเสียดทาน และเปลี่ยนพลังงานจลน์ รถจึงช้าลง ดังตัวอย่างด้านล่าง ในกรณีดังกล่าวนั้น ตัวที่ทำให้เกิดการหยุดคือส่วนสีฟ้ารูปไข่ เมื่อหมุนจะเกิดแรงต้านฝักเบรค และขยายตัวออก สปริงดึงฝักเบรคกลับจากพื้นผิวของดรัมเบรคเมื่อเบรคถูกปล่อย
leadingshoeexplanation หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
“กระบอกเบรคเดี่ยว” มาจากจำนวนคู่ของฝักเบรคที่เชื่อมต่อกับ spinning drum ด้วยฝักเบรคหมุนด้านเดียวเป็นทรงเรขาคณิตที่ไม่ยุ่งยากจึงทำให้ผ้าเบรคทั้งหมดไม่ต้องสัมผัสกับดรัมเบรค กระบอกเบรคเดี่ยวจึงเป็นคำที่บ่งบอกว่าผ้าเบรคไม่มีการสัมผัสกับดรัมและในกรณีนี้ ผ้าเบรคจะอยู่ใกล้กับactuator หรือตัวแปลงพลังงานในการเคลื่อนไหว ภาพด้านขวาแสดงการทำงานของเบรค ฝักจะถูกกดออกและผ้าเบรคจะติดกับดรัมซึ่งเป็นกระบอกเบรคเดี่ยว (ดรัมที่หมุนจะช่วยดึงผ้าเบรคเพราะการเสียดทาน จึงเป็นสาเหตุของการ “ขบ” กัน และหยุดในที่สุด
ในชุดเบรคแบบดรัม ประกอบด้วยตัวดรัม (Drum) เป็นโลหะวงกลมยึดติดกับดุมล้อ หมุนไปพร้อมล้อ และชุดฝักเบรค ประกอบด้วยผ้าเบรค กลไกปรับตั้งเบรค สปริงดึงกลับ และลูกสูบปั้มเบรค ซึ่งสายน้ำมันเบรค ก็จะมาเชื่อมต่อกับตัวลูกสูบนี่แหละ ในการดันผ้าเบรคให้ไปเสียดทานกับดรัม เพื่อให้เกิดความฝืด แกนของฝักเบรคจะไม่สัมผัสกับดรัมเลยแม้แต่น้อย จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมเมื่อรถถอยหลังจึงหยุดได้ยาก หากมีเพียงกระบอกเบรคเดียวเมื่อดรัมหมุนถอยหลังกระบอกเบรคของฝักจะกลายเป็นกระเบรคและไม่ขบกีน
ดรัมเบรค กระบอกเบรคคู่
drum double หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ข้อเสียของฝักเบรคกระบอกเบรคเดี่ยว แก้ได้ด้วยการเพิ่มสปริงตัวที่ 2 เข้ามาและเปลี่ยนจุดหมุนให้ไปอยู่ที่ตัวปรับค่าส่งตัวที่ 2 เมื่อมีการเบรค ฝักเบรคจะถูกถ่างออกไปที่จุดที่ 2 ดังนั้น ผ้าเบรคแต่ละตัวจะมีจัวหนึ่งนำและตัวหนึ่งตาม จากการที่มีฝักเบรค 2 ตัวและผ้าเบรค 2 ชิ้น จึงหมายความว่าเป็นดรัมเบรคที่นำทั้งคู่ จึงเรียกว่า แบบนำทั้งคู่
ดิสก์เบรค
basicdiscbrake หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ที่มา – ดิสก์เบรคประดิษฐ์ขึ้นใน ค.ศ. 1902 จดสิทธิบัตรโดย Birmingham ผู้ผลิตรถยนต์ Frederick William Lanchester แรกเริ่มเดิมทีเขาออกแบบโดยมีดิสก์ 2 ชิ้น ซึ่งถูกกดและส่งแรงเสียดทานรถจึงช้าลง แม้จะมีการผลิตแต่ดิสก์เบรคไม่ได้ใช้ในรถ จนกระทั่ง ค.ศ. 1949 ความคลุมเครือของผู้ผลิตรถยนต์ Crosley สัญชาตอเมริกัน ได้ผลิตรถที่เรียกว่า Hotshot ที่เราต่างก็คุ้นเคยกับจานเบรคและลูกสูบเบรคมากกว่า จนในที่สุด ค.ศ. 1954 ซีตรงได้ออกดิสก์เบรครุ่นใหม่สุดในยุคนั้นคือ Dsพร้อมกับระบบกันสะเทือนแบบยกตัวเอง ชุดเกียร์กึ่งอัตโนมัติ ไฟฟ้าแบบ active และ อุปกรณ์รอบตัวรถอื่นๆ (ทุกอย่างที่กล่าวมาได้ถูกนำมาใช้ “ใหม่” โดยผู้ผลิตรถยนต์ในปี 90)
ดิสก์เบรคเป็นระบบส่งโดยแม่เหล็กซึ่งสามารถหยุดรถได้ดีกว่าแบบดรัมเบรคจึงไม่ต้องแปลกใจว่าทำไมรถยนต์ในปัจจุบันจะใช้ดิสก์เบรคในล้อหน้า รถสปอร์ตที่ต้องใช้ความเร็วสูงต่างก็ต้องการระบบเบรคเพื่อการหยุดรถที่ดีกว่า ดังนั้นจึงจะเห็นการใช้ดิสก์เบรคในล้อหลังด้วยเช่นกัน
ดิสก์เบรคมี 2 ระบบ
คือใช้ดิสก์ หรือจาน แทนที่จะใช้ดรัม และใช้ชุดปั๊มเบรคแทนฝักเบรค ชุดปั๊มเบรคจุประกอบไปด้วยลูกสูบไฮโดรลิก 1 ตัว หรือมากกว่านั้น เป็นตัวดันผ้าเบรคและทำให้ไปติดกับจานหมุนเมื่อมีผ้าเบรคไปติดกับจานหมุนอย่างแรงก็จะเกิดแรงเสียดทานอย่างแรงด้วย และ นั่นหมายถึงเกิดความร้อนอย่างมากด้วย ส่งผลให้เกิดพลังงานจลน์มากกว่า รถจึงหยุดได้ดีกว่า
ดิสก์เบรคมาตรฐานจะมีกระบอกสูบ 1-2 ตัวอยู่ในนั้น หรือเป็นที่รู้จักกันว่ามี ลูกสูบ2 พอร์ต หากการใช้ความเร็วมากๆ อาจติดตั้งลูกสูบได้ถึง 3 ตัวหรือมากกว่านั้น อย่างรถจักรยานสปอร์ตมีลูกสูบได้ถึง 4 หรือ 6 คู่ ข้อเสียของดิสก์เบรคคือทำให้เครื่องยนต์เสื่อมเร็ว หากคุณมีดิสก์จานหมุนปกติซึ่งมีใบดิสก์และหมนุเนื่องจากใช้ความเร็วที่ไม่เหมาะกับสภาพลูกสูบแล้ว จะมีอาการคล้ายกับขับรถลงบันได และเพื่อแก้ปัญหานี้ โดยเฉพาะในมอเตอร์ไซค์แล้ว จึงได้มีการประดิษฐ์จานเบรคแบบ 2 ชิ้นขึ้น
จานเบรคแบบ 2 ชิ้น
floatingdisc หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
จานเบรคมาตรฐานจะถูกขึ้นงานเป็นชิ้นเดียวติดกับล้อหรือจานคลัตช์โดยตรง หากพื้นผิดของล้อหรือจานคลัตช์มีรอยขรุขระแล้ว เมื่อขับรถด้วยความเร็วจะเกิดการสั่นสะเทือน จานเบรคแบบ 2 ชิ้นนี้ ถูกขึ้นรูปเป็น 2 ชิ้น คือ จานหมุนและโครง ซึ่งโครงจะยึดติดกับล้อและจานหมุนจะติดกับโครงด้วยดุมลอย หลักการของจานเบรคแบบนี้อีกอย่างหนึ่งคือมีจานติดอยู่โดยตรงกับล้อเอง โดยไม่มีตัวยึดแต่จะมีดุมลอยอยู่ข้างใน
floatingdiscbutton หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ดุมลอยนี้จะทำให้จานเบรคเคลื่อนไหวในแนวราบอย่างอิสระ แต่มุมการเคลื่อนไหวจะไม่อิสระ การสไลด์ในแนวราบ (ขนาดน้อยกว่า 0.03 มม.) สามารถกันการเกิดการสั่นสะเทือนในระบบเบรคได้ จากลูกสูบที่ติดอยู่ถาวร อาการรถบิดหรือส่ายจะไม่ค่อยมี เพราะมีการกระจายแรงออกไป เนื่องจากจานที่ ลอย อยู่ในแนวราบบนดุมลอยนั่นเอง การสั่นสะเทือนจากข้างหนึ่งไปอีกข้างหนึ่งถูกแยกออกจากโครงด้วยตัวของดุมลอยเอง ดังนั้น จึงไม่ส่งผลต่อการเคลื่อนที่ที่ถูกส่งผ่านไปยังระบบกันสะเทือนหรือพวงมาลัย ฉลาดล้ำใช่ไหมครับ ภาพด้านขวาเป็นการแสดงระบบการทำงานภายในของดิสก์เบรค
Radial calipers และ radial brakes
ประมาณปี 2003 รถมอเตอร์ไซค์เริ่มติดตั้ง radial brakes เป็นอุปกรณ์พิเศษ เพื่อเพิ่มส่วนแบ่งทางการตลาดให้มากขึ้น บรรดาหนังสือรถและผู้ทดสอบต่างๆ ต่างบอกว่า radial brake ทำให้รถหยุดไวขึ้น แต่ไม่จริงครับ ไม่มีอุปกรณ์ใดๆ ที่ออกแบบมาให้หยุดล้อหน้าได้จริง ยิ่งไปกว่านั้น รถจักรยานจะมีขาตะเกียบทรงคว่ำอยู่ ดังนั้น แทนที่จะเป็นหม้อน้ำมันที่เป็นส่วนหนึ่งที่ปลายขาตะเกียบนั้น กลับไปอยู่ด้านบนแทน นั่นหมายความว่าลูกสูบของขาตะเกียบได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบกันสะเทือนไปแล้ว มิหนำซ้ำ เป็นไปไม่ได้ที่จะใส่แผ่นเหล็กถ่างขากตะเกียบไว้ เพราะแผ่นเหล็กจะต้องหมุนไปพร้อมล้อ และความยาวของลูกสูบขาตะเกียบก็จะขวางการหมุนด้วย
radialcalipers หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ตอนนี้ความแข็งของปลายด้านหน้าทั้งหมดขึ้นอยู่กับขนาดของเพลาหน้า เพลาใหญ่กว่าเท่ากับความแข็งของปลายปลายด้านหน้า ผลข้างเคียงของการออกแบบปั๊มเบรคแบบดั้งเดิมคือทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในการขับขี่ เพราะมีการโค้งงอระหว่างล้อ (เนื่องจากดิสก์เบรคติดอยู่และขาตะเกียบติดกับลูกสูบ) ความคลาดเคลื่อนเล็กๆ น้อยๆ นี้ทำให้จานเบรคลอย ไม่สามารถชดเชยแรงของการโค้งงอของขาตะเกียบได้ เพื่อลดปัญหาดังกล่าว จึงทำให้ปั๊มเบรคเคลื่นที่รอบจานเบรคได้อย่างช้าๆ ดั้งนั้น ปั๊มเบรคจึงไปอยู่ที่ล้อหลังขนานกับเพลาล้อ จึงทำให้เกิดการโค้งงอน้อยกว่าและไม่เกิดการสั่นสะเทือน ดุมที่ติดก็เปลี่ยนไปด้วย ดุมแบบเก่าที่ติดไว้ที่ขาตะเกียบจะทำมุม 90 องศา หันหน้าชนกับจานเบรค ด้วย Radial calipers นี้ ดุมจะติดขนานไปกับจานเบรค ทำให้เกิดประสิทธิภาพในการจัดตำแหน่งของล้อด้วย เป็นการออกแบบที่มาจากการแข่งซุปเปอร์ไบค์ ซึ่งRadial calipers ทำให้ทีมแข่งที่ใช้จานเบรคขนาดต่างๆ กัน สามารถเพิ่มพื้นที่ระหว่างลูกสูบและขายึดเสา ภาพด้านข้างแสดงความแตกต่างระหว่างแบบเก่าและแบบใหม่
ดิสก์เบรคแบบfull contact
แม้จะเกิดขึ้นอย่างเงียบๆ แต่ถือเป็นการปฏิวัติวงการเบรคก็ว่าได้ ซึ่งเคยนำออกขายโดยบริษัท NewTech ของประเทศแคนาดา NewTech ได้ออกแบบระบบดิสก์เบรคที่เรียกว่า “ดิสก์เบรคแบบ full contact” ดิสก์เบรคดังกล่าวดูคล้ายกับผ้าเบรครุ่นเก่า และการออกแบบจานและผ้าเบรคที่มีการสัมผัสกับจานเพียง 15% ด้วยการเปลี่ยนแปลงการออกแบบนี้เอง NewTech ได้เพิ่มผ้าเบรคเป็น 5 ชิ้น ดังนั้น ใน 1 ครั้ง ผ้าเบรคจะสัมผัสกับจานเบรคถึง 75%
fullcontact1 หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ผ้าเบรคและจานเบรคแบบเก่านั้น จานเบรคจะถูกทำให้ติดแน่นกับผ้าเบรค ส่วนการออกแบบของ NewTech ตัวจานเบรคเองจะเป็นจานลอยด้วยคล้ายกับที่ใช้ในมอเตอร์ไบค์ จานเบรคจะถูกคลุมด้วย “spiderหรือฝาครอบ” (ดังภาพส่วนสีแดง) ซึ่งมีผ้าเบรค 6 ชั้นอยู่ด้านใน ระบบไฮโดรลิกจะทำงานยืดหยุ่นเป็นวงกลมเต็มระบบอยู่ที่ด้านหลังดิสก์เบรคที่ติดอยู่กับส่วนสีดำในภาพ และยังมีผ้าเบรคอีก 6 ชั้น ที่คอยผลักดิสก์ทั้งหมดให้ออกมาขัดภายในฝาครอบอีก ซึ่งดิสก์ทั้งหมดจะช่วยทำให้เกิดการสัมผัสกันทั้งหมด 12 ชิ้น
เพื่อให้เกิดความมั่นใจว่าเบรคจะมีความร้อน ระบบจะมีแผ่นเย็นเชื่อมกับด้านนอกผ้าเบรคเพื่อเป็นการกระจายความร้อน ผ้าเบรคด้านในจะถูกยึดติดกับเบ้าตัวกันความร้อนที่ทำมาจากวัสดุผสมที่ทนแรงเสียดทานได้หลากหลาย ที่มีการกระจายแรงเสียดทานไปยังผ้าเบรคได้สม่ำเสมอทั่วทั้งแผ่น ทั้งนี้ทั้งนั้น ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของวัสดุที่ใช้
NewTech เชื่อว่าระบบนี้จะมีประสิทธิภาพในการทำให้เบรคเย็นลงได้ดีกว่า ทนทานกว่า และลดเสียงรบกวน และการสั่นสะเทือนได้
fullcontact2 หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
NewTechได้ขายเบรคดังกล่าวในรถบรรทุกและรถบัส เพื่อการขนส่งและขนส่งมวลชน แต่ในปัจจุบัน Renault ได้นำระบบดังกล่าวมาใช้ในรถร่วมกับระบบเบรคแบบสายแบบใหม่ ลูกค้า OEM รายแรกของ NewTech คือ Saleen ผู้ซึ่งใช้ระบบนี้ในรถซุปเปอร์คาร์ F7 แต่ในท้ายที่สุดก็ใช้ลูกสูบแบบ 6 พอร์ตแทน เว็บไซต์ของ NewTech หยุดนิ่งไปเมื่อปี 2009 และยังไม่มีการฟื้นฟูอีก
บูคาติได้ทำการทดสอบระบบนี้กับรถในปลายปี 80 โดยตอนท้ายได้นำไปใช้ร่วมกับรถซุปเปอร์คาร์ EB110 ในปี 1991 ถือเป็นตัวเลือกสำหรับรถยนต์บางคัน คนที่ใช้เบรคแบบนี้กล่าวว่ามันเป็นเบรคที่ล้ำโลกไปหน่อย เพราะกำลังในการเบรคอยู่เหนือความสามารถของคนขับอย่างเราๆ เบรคนี้มาจากกาะสวยอวกาศฝรั่งเศสที่ทำการออกแบบแชสซีในรุ่น EB110 (เบรคที่ใช้ในยานอวกาศในยุคนั้น) บูคาติจึงยกเลิกความคิดเนื่องจากราคาสูงกว่า EB110 กล่าวคือ 11,200,000 บาท
VDO ระบบเบรคแบบ Electric Wedge Brake (EWB) ของซีเมนส์
VDO ของซีเมนส์ในเยอรมนีได้พยายามที่จะนำต้นแบบระบบเบรคแบบ EWB ออกสู่ตลาด เป็นความพยายามที่จะไม่ใช้น้ำมันไฮโดรลิกในการถ่ายทอดแรงดันอีกแล้ว EWB เป็นนวัตกรรมแนวความคิดบนพื้นฐานในการพัฒนาเทคโนโลยีของบริษัท eStop ช่วงต้นปี 2005 และได้พัฒนา EWBอย่างต่อเนื่องมาตลอด ด้วยหลักการที่ทั้งง่ายและชาญฉลาด ผ้าเบรคจะถูกกดไปที่จานเบรค กล่าวคือ ลักษณะเป็นแผ่นรองกลมๆ ยิ่งจานเบรคหมุนมากเท่าไหร่จะยิ่งสโลปลงไปกดผ้าเบรคแรงเท่านั้น เพราะลักษณะเป็นแผ่นวงแหวน รองกลม รูปลิ่ม ประกอบกับการหมุนของจานเบรคจะมากโดยใช้เวลาน้อย
siemensEWB หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
ระบบนี้ใช้ไฟฟ้าธรรมดาในรถจำนวน 12 v. นั่นคือจะไม่มีไฮโดรลิก EWB จะถูกควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ซึ่งทำให้ไม่ต้องใช้น้ำมันไฮโดรลิกเหมือนใน ABS ข้อดีสุดท้ายคือเป็นระบบเบรคแบบแรกที่ใช้อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด ระบบเบรคอิเล็กทรอนิกส์ ในปัจจุบันใช้อิเล็กทรอนิกส์อยู่ด้านหลังแป้นเบรคเพื่อส่งสัญญาณไปยังตัวแปรสัญญาณในระบบไฮโดรลิก เนื่องจาก EWB นี้ ไม่ใช่ระบบไฮโดรลิก ดังนั้น การเชื่อมต่อระหว่างแป้นเบรคและปั๊มเบรคจึงใช้ไฟ 12v. และตัวแปลงสัญญาณ
การทำงานของระบบ wedge นี้อยู่บนพื้นฐานของแบริ่งลูกกลิ้งหลายตัวและแผ่นแหวนรูปลิ่มที่เชื่อมกับมอเตอร์ไฟฟ้าคู่ 12v. เมื่อมีการเหยียบเบรค สัญญาณจะถูกส่งไปยังมอเตอร์และแผ่นแหวนจะเริ่มเคลื่อนที่ ด้วยรูปร่างและการออกแบบแบบแบริ่งลูกกลิ้ง แผ่นวงแหวนรองกลมที่หมุน จึงส่งแรงหใผ้าเบรคไปกดกับมอเตอร์เบรค เวลาในการตอบสนองของมอเตอร์ไฟฟ้าสามารถนับได้เป็นหน่วยเสี้ยววินาที เร็วกว่าระบบไฮโดรลิก คือเมื่อระบบประมวลผลเชื่อมต่อกันทั้งระบบแล้ว EWB จะสามารถทำงานในการหยุดรถได้เพียงเสี้ยววินาที อาจฟังดูแล้วก็ไม่มากเท่าไหร่ แต่นั่นคือระยะในการหยุดรถได้เร็วขึ้น ซึ่งก็ดีกว่านี่ครับ
ตัวลูกสูบเบรคเองก็มีโมดูลเบรคที่ล้อที่ฉลาดติดอยู่เช่นกัน เช่นเดียวกับมอเตอร์ที่แบริ่ง และแผ่นรูปลิ่ม มีระบบเซนเซอร์เพื่อจับดูแรงและการเคลื่อนที่ กล่าวได้ว่า EWB มาแทน ABS ดังนั้น ลูกสูบเบรคแต่ละตัวจึงกลายเป็น ABS ไปในตัว และเนื่องจากไม่มีการเชื่อมต่อกันระหว่างแป้นเบรคและด้านหลัง ABS จึงไม่สามารถบังคับแป้นเบรค จึงไม่เกิดอาการกระตุกเมื่อรถวิ่ง ซึ่งผู้ขับขี่ก็ให้การยอมรับมากกว่า และเนื่องจากเป็นระบบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด คุณสามารถเอาเบรคมือแบบโบราณนั้นทิ้งไปและใช้โมดูล EWB ทั้ง 4ตัว แทนเข้าไปได้
แน่นอนว่ามีสิ่งทั้งที่ควรทำและไม่ควรทำ เห็นได้ชัดเจนว่าการลดน้ำหนักและระบบเบรคที่ซับซ้อนเป็นสิ่งที่ดี และด้วยการออกแบบ EWBทำให้เหลือพื้นที่ในห้องเครื่องมากขึ้น ทำให้ห้องโดยสารกว้างขวางขึ้นด้วย แต่เนื่องจากได้ตัดระบบไฮโดรลิกออกไป ตัวแปลงสัญญาณ ABS และเซนเซอร์ต่างๆ รวมถึงปั๊มเบรคตัวล่าวที่ใช้งานกับ EWB จะต้องพึ่งพากระแสไฟฟ้าขนาด 12v. และความผันผวนของคอมพิวเตอร์ ผมสงสัยว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากสายดินไม่ทำงาน แต่ระบบเบรคเริ่มทำงานแล้ว ซึ่งต่างจากวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่เราใช้กันอยู่ทุกวันนี้ หรือคุณจะเสี่ยงขับรถที่เป็นเพียงโครงเหล็กแต่ไม่มีเบรคเหลืออยู่เลยเล่าครับ ซึเมนส์ยังไม่ให้ความกระจ่างในประเด็นนี้ กระทั่งผมได้ลองทำภาพจำลองการทำงานของระบบนี้ซึ่งคุณจะเห็นภาพกากดของระบบเบรคแต่หากต้องการดู VDOของซีเมนส์สามารถดูได้ที่นี่
ส่วนผสมของวัสดุที่ใช้ผลิตผ้าเบรค
ผมขอพูดคร่าวๆ แล้วกันครับ ผ้าเบรคส่วนใหญ่จะใช้แร่ใยหินและทุกวันนี้ได้ใช้วัสดุผสมกันหลายอย่าง ตัวผ้าเบรคเองทำมาจากวัสดุที่สร้างแรงเสียดทานให้กับแผ่นรองรับ (backing plate) ลูกสูบปั๊มเบรคจะผลักแผ่นรองรับและวัสดุที่สร้างแรงเสียดทานให้ไปติดกับจานเบรค สำหรับวัสดุผสมที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ เช่น
-สารอินทรีย์วัตถุ
ผ้าเบรคแบบนี้เหมาะกับรถที่ใช้งานบนท้องถนนมากที่สุดเพราะใส่ได้ง่าย และไม่เกิดการทิ้งละอองตกค้าง และยังเหมาะสำหรับรถครอบครัว เพราะทำงานได้ดีแม้อากาศเย็น ตรงกันข้าม ผ้าเบรคแบบนี้ทำงานไม่ดีเท่าที่ควรในอากาศร้อน
-กึ่งโลหะ/การขึ้นรูปทางโลหะ
เป็นการผสมผสานที่ดีเพื่อให้เข้ากันได้กับถนนและระยะล้อ โดยดูช่างเหมาะกับรถแบบสปอตเทียร์อย่าง ซูบารุ Impreza WRX ผ้าเบรแบบนี้ทำงานได้ไม่ดีเท่าแบบแรกในอากาศเย็น ดังนั้น จึงต้องใช้ความระมัดระวังในการเบรคช่วงแรกๆ แต่ในทางกลับกัน สามารถทำงานได้ดีในอากาศร้อน แต่ข้อด้อยของผ้าเบรคแบบนี้คือเป็นวัสดุยึดเหนี่ยวให้ผ้าเบรคติดกับแผ่นรอง มีโอกาสเป็นไปได้ว่าอุปกรณ์ผ้าเบรคอาจสึกได้แต่เกิดไม่บ่อยนัก
-โลหะ
ผ้าเบรคแบบนี้เหมาะสำหรับรถแข่ง หรือพวกอภิมหาเศรษฐีเท่านั้น ผ้าเบรคแบบนี้จะทำให้เกิดฝุ่นละอองมากและทำงานได้ไม่ดีในอากาศเย็น
-เซรามิค
ผ้าเบรคแบบเซรามิคก็ยังคงมีเส้นใยโลหะอยู่ (ประมาณ15% และกึ่งโลหะ40%) และใช้ทองแดงแทนโลกหะ ดังนั้น จึงทำให้สึกหรอน้อยลงและถ่ายเทความร้อนดีกว่า ผ้าเบรคแบบเซรามิคจะเกิดความฝืดยากกว่าแบบอื่นๆ และเย็นได้ไวกว่า มีอายุการใช้งานนาน เสียงเงียบ เบากว่า ทำให้ล้อดูสะอาด
เสียงที่เกิดจากเบรค
อาจมาจากสองสาเหตุ ได้แก่ วัสุที่ทำให้เกิดแรงเสียดทานหมด และแผ่นรองไปเสียดสีกับจานเบรคหรือผ้าเบรคแน่นเกิดไปจนไปสีกับลูกสูบ ไม่ว่าจะเกิดจากอะไรล้วนส่งผลให้เกิดการสั่นสะเทือนกับรถอย่างมาก ระหว่างผ้าเบรคและลูกสูบ และจานเบรค รถบางชนิดอาจมีปัญหาเสียงนี้ตั้งแต่ออกจากโรงงานเลยก็มี ในกรณีนี้ต้องเปลี่ยนผ้าเบรคให้ต่างกันเพื่อจะได้มีความเสียดสีกันน้อยลง ยกตัวอย่างง่ายๆ เช่น รถมอเตอร์ไซค์ BMW 71100 ซึ่งได้ออกลูกสูบใหม่อีกครั้งและจานเบรคอีก 2-3ครั้ง จนในที่สุดจึงหาย
การแก้ปัญหาเสียงที่เกิดจากเบรค
โดยการทาจารบีที่หลังผ้าเบรค จารบีจะทนต่อความดันความร้อน หากมีเศษอะไรอยู่บนผ้าเบรคก็ควรเปลี่ยนผืนใหม่ หรือเปลี่ยนดิสก์หรือจาน (รูปด้านข้างเป็นรูปตัดขวางการทำงานของดิสก์เบรค)
brakesqueal หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
เสื้อสูบสีแดงด้านขวาจะมองไม่เห็นเพราะลูกสูบบังอยู่ แนวคิดคือเป็นการสร้างกะเปาะเล็กๆ ที่ทำให้เกิดการหล่อลื่นระหว่างด้านหน้าของลูกสูบและด้านหลังของผ้าเบรค ซึ่งการทำงานเพียงแค่นั้นก็พอสำหรับการลดปัญหาการเกิดเสียง หากไม่อยากลงมือเอง (ซึ่งจริงๆแล้วใครๆ ก็ทำได้) ขอให้ช่างช่วยก็ได้ ในอดีตผมเคยได้ยินว่ามีผลิตภัณฑ์ 2-3 ตัวในตลาดที่ช่วยทำให้ไม่มีเสียง เช่น CRC Disk Brake Quiet หรือ Copaslip ผมเคยใช้ Copaslip ส่วน CRC ก็เคยมีรีวิว สินค้าทั้งหมดมีขายในอเมริการ แต่คนในยุโรปอาจมีเพียง Copaslip
ตัวหล่อลื่นสีทองแดงและยาง
หาก Copaslipสามารถแก้ปัญหาได้ในระยะสั้น แต่ในระยะยาวสามารถใช้ละอองยางเคลือบไปที่ลูกสูบซึ่งหากปล่อยให้เกิดเสียงอาจทำให้เบรคสึกได้ หากเกิดเสียงขึ้นที่ลูกสูบและพื้นผิวไปสัมผัสโดนกับส่วนอื่นๆ ก็ควรได้รับการซ่อมแซม
วิธีอื่นๆ
ขณะที่แรงสะเทือนความถี่สูงเป็นสาเหตุของปัญหาเสียงเบรค การวางตำแหน่งของระบบกันสะเทือนก็สามารถทำให้เกิดเสียงได้เช่นกัน การขับรถบนนถนนที่ไม่ดี การขับรถลงภูเขาที่เป็นหลุมเป็นบ่อ หรือขอบล้อที่ออกแบบมาไม่พอดี ซึ่งโดยปกติแล้วการตั้งศูนย์ล้อสามารถทำได้ดีเมื่อใช้อุปกรณ์เครื่องมือเท่านั้น หากยางที่ติดไม่พอดีหรือไม่เหมาะสมอาจทำให้เกิดเสียงจากตัวถังและแชสซี และขยายไปยังตำแหน่งที่เราสามารถได้ยินเสียงในระหว่างการเบรคได้ หากใช้จารบีแล้วยังไม่หายอาจลองจัดตำแหน่งระบบกันสะเทือนใหม่
ตัวแปลงสัญญาณเบรค
การจัดการกับสายเคเบิ้ล – สายเคเบิ้ลจะเชื่อมต่อกับคันโยกที่ปลายแต่ละด้าน เมื่อเหยียบคันโยกข้างใดข้างหนึ่งด้วยเท้า หรือบีบด้วยมือปลายจะถูกยกขึ้น ที่ด้านหลังของปลาย เบรคที่ยกขึ้น จะมีลูกเบี้ยวหมุนรูปไข่ซึ่งหมุนอยู่ในลักษณะคล้ายถ้วยรูปวงกลมในฝักเบรค ด้วยลักษณะที่เป็นแกนยาวหมุนได้ จึงส่งกำลังให้ฝักเบรคหมุนแยกจากกัน ในกรณีของรถจักรยาน สายนี้จะดึงลูกสูบสองลูกเข้าไว้ด้วยกัน
cableactuator หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
คานแข็ง
พบได้ในเบรคหลังของมอเตอร์ไซค์รุ่นเก่า คานแข็งช่วยทำให้เกิดกำลังเมื่อเหยียบเบรคหรือคันโยกก่อนที่มันจะเบรคด้วยตัวของมันเอง โดยปกติแล้วคานแข็งนี่จะใช่กับดุมเบรคและตัวแปลงรูปไข่ด้านบน ข้อเสียคือต้องมีใบพับและจุดหมุนเพื่อให้ตำแหน่งพอดีกัน หากไม่พอดีอาจเกิดการเสียดสีหรือชนกัน
solidbaractuator หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
วงจรไฮโดรลิกเดี่ยว
ระบบนี้ใช้กับยวดยานในปัจจุบัน แบบด้านบนทั้งสองแบบได้เลิกใช้ไป และมีระบบของเหลวไฮโดรลิกมาแทนที่ ระบบวงจรไฮโดรลิกเดี่ยวนี้มีส่วนประกอบหลัก 3 ส่วน คือ แม่ปั๊มเบรคตัวบน และ ล่าง และ ถังน้ำมัน ทั้งสามทำงานประสานกันด้วยข้อต่อไฮโดรลิก และเต็มไปด้วยของเหลวที่ไม่อัดไฮโดรลิก เมื่อเหยียบหรือบีบเบรคเท่ากับลูกสูบเล็กมีการบีบอัดบนแม่ปั๊มเบรคตัวบน เนื่องจากน้ำมันเบรคไม่ถูกบีบอัด แรงดันจึงถูกส่งไปยังไฮโดรลิกเบรคโดยตรง ซึ่งวิ่งไปที่แม่ปั๊มเบรคตัวล่าง ซึ่งทำหน้าที่ดึงและผลัก เข้า ออก แม่ปั๊มตัวล่างจะเป็นทั้งตัวเชื่อมเพื่อยกเบรคและเป็นทั้งปั๊มเบรคไปในตัว แม่ปั๊มตัวล่างจะทำหน้าที่เป็นลูกสูบซึ่งกระทำโดยตรงต่อผ้าเบรค เนื่องจากการจัดเรียงของแม่ปั๊มตัวล่าง ความร้อนจากเบรคจึงสามารถถูกส่งกลับไปยังน้ำมันเบรค
singlecircuitactuator หลักการทำงานของเบรค เทคโนโลยี และเบรคประเภทต่างๆ
วงจรไฮโดรลิกคู่
ระบบนี้พบได้ในรถรุ่นหรูหราและในมอเตอร์ไบค์รุ่นใหม่ๆ โดยเฉพาะ BMW โดยระบบนี้จะมีวงจรสองวงจรแยกกัน อันหนึ่งคือวงจรสั่งการด้วยหรือเท้าของคนขับ อีกอันหนึ่งคือวงจรควบคุมแยกโดยเป็นออนบอร์ด ซึ่งเชื่อมต่อกับเบรค เมื่อเหยียบเบรค หมายถึงวงจรสั่งการส่งสัญญาณแรงกดไปยังคอมพิวเตอร์เบรค และมีการวัดจำนวนแรงที่ได้เหยียบไป และใช้เซอร์โว/ระะบปั๊ม โดยใช้แรงเดียวกับวงจนทุติยภูมิ ในการทำให้ระบบเบรคทำงาน หากคุณพยายามเหยียบเบรครถที่วิ่งมาด้วยความเร็ว 100 mph คอมพิวเตอร์จะจำค่าว่าจะเกิดการลื่นไถลหรือหมุนหากมีการเบรค และจะไม่ส่งแรงดันไปยังวงจรทุติยภูมิ แทนที่จะตัดสินใจใช้ความเร็ว และเซนเซอร์ ABS ในการกำหนดค่าแรงดันเบรคในการควบคุมยานพาหนะ ข้อดีของระบบนี้คือ วงจรสั่งการจะไม่ถ่ายเทความร้อนเพราะมีการแยกออกจากระบบเบรค ข้อเสียคือต้องเอาใจใส่บำรุงรักษามากขึ้น
dualcircuitactuator หลักการทำงานของเบรค
