चित्र 73कैसे काम करता है

डिस्क ब्रेक और ABS कैसे काम करते हैं

सूखी सड़क पर 100 km/h की रफ़्तार से फिसलते टायर को रुकने में लगभग 51 m लगते हैं, जबकि ABS जिस टायर को घूमता रखता है, वही मॉडल कार 36 m में रुक जाती है।

डिस्क ब्रेक और ABS कैसे काम करते हैं
मॉडल लोड हो रहा है

इस डिवाइस पर 3D मॉडल नहीं दिख सकता। नीचे गाइड के चरण आप लिखित रूप में पढ़ सकते हैं।

1 / 8 एक पहिया, पेडल से सड़क तकमॉडल एक अगले पहिये का ब्रेक दिखाता है, बाईं ओर पेडल और दाईं ओर पहिया। पीछे का परीक्षण ट्रैक रुकने की दूरियों की तुलना करता है। कार 100 km/h से ब्रेक ले रही है, पेडल पर 300 N है, और कोने का पैनल पूरे रास्ते बल का हिसाब रखता है।

घुमाने के लिए खींचें। ज़ूम के लिए स्क्रॉल करें या दो उँगलियों से फैलाएँ।

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मॉडल क्या दिखाता है

कार का ब्रेक पेडल दाएँ पैर से दबाइए और डेढ़ टन धातु कुछ ही सेकंड में हाईवे की रफ़्तार से धीमी हो जाती है। आपका पैर शायद 300 न्यूटन तक धकेल सकता है, यानी 30 kg की बोरी के वज़न जितना। पेडल और सड़क के बीच कहीं यह धक्का हज़ारों न्यूटन बनना चाहिए, और फिर इसे ऐसे टायर को सौंपना होता है जो एक हद तक ही पकड़ सकता है, उसके बाद फिसल जाता है। यह प्रदर्शनी इस कहानी के दोनों हिस्सों को दिखाती है।

मॉडल एक अगले पहिये का ब्रेक असली आकार में दिखाता है। बाईं ओर पेडल है, उसके पीछे वैक्यूम बूस्टर और मास्टर सिलेंडर। मास्टर सिलेंडर से स्टील की ब्रेक लाइन ABS मॉड्यूलेटर से होकर एक लचीली होज़ और लाल फ़्लोटिंग कैलिपर तक जाती है। कैलिपर 300 mm व्यास की वेंटिलेटेड डिस्क के दोनों ओर बैठा है, जो 0.31 m त्रिज्या के टायर वाले पहिये के अंदर है। हम इसे भीतरी तरफ़ से देखते हैं, जैसे कार के बीच में नीचे से देखेंगे, इसलिए पिस्टन आपकी ओर है।

ब्रेक के पीछे 1:40 पैमाने पर बना परीक्षण ट्रैक है, जिसमें सूखी, गीली और बर्फ़ीली लेन हैं। मॉडल जब ब्रेक लगाता है, तो एक छोटी नीली कार ट्रैक पर वही ब्रेकिंग दोहराती है। मंच के कोने का पैनल हर चरण का बल, फिर पहिये की चलती रफ़्तार, स्लिप और दबाव, और आख़िर में रुकने की दूरियों की तालिका देता है। यह सब मॉडल के नापों से गणना करके निकलता है।

300 N का धक्का पैड पर 25 kN कैसे बनता है

पेडल एक लीवर है। इसकी धुरी ऊपर है, ड्राइवर का पैर इसके 0.4 m नीचे दबाता है और पुशरॉड 0.1 m नीचे जुड़ा है। आघूर्ण बराबर होने चाहिए, इसलिए पुशरॉड को पैर के बल का चार गुना मिलता है: 300 N बन जाते हैं 1,200 N। इसकी क़ीमत यह है कि पैर पुशरॉड से चार गुना ज़्यादा दूरी चलता है।

इसके बाद आता है वैक्यूम बूस्टर, यानी वह बड़ा काला ड्रम। रबर का डायाफ़्राम इसे दो कक्षों में बाँटता है। इंजन चलते समय दोनों तरफ़ कम दबाव रहता है। पेडल हिलते ही एक वाल्व बाहर की हवा को पिछले कक्ष में आने देता है, और डायाफ़्राम पर हवा का दबाव ड्राइवर के धक्के में जुड़ जाता है। इस मॉडल में बूस्टर जितना पाता है उसका 3.5 गुना आगे भेजता है, इसलिए मास्टर सिलेंडर को 4,200 N मिलते हैं। यह अनुपात मॉडल मान है; असली बूस्टर हर कार के हिसाब से बनाए जाते हैं।

मास्टर सिलेंडर इस बल को दबाव में बदलता है। इसके पिस्टन का व्यास 22.2 mm है (7/8 इंच, एक आम नाप), जिससे क्षेत्रफल 3.87 cm² होता है। दबाव बल को क्षेत्रफल से भाग देने पर मिलता है, तो 4,200 N ÷ 0.000387 m² = 10.9 MPa, जो वायुमंडलीय दबाव का लगभग 107 गुना है।

ब्रेक लाइन में पास्कल का नियम

ब्रेक फ़्लुइड द्रव है और दबाव में इसका आयतन लगभग नहीं बदलता। बंद व्यवस्था में इसका मतलब है कि एक जगह बढ़ाया गया दबाव पूरे द्रव में हर जगह महसूस होता है। यही पास्कल का नियम है, और इसी से दो पिस्टन तेल से बने लीवर की तरह काम करते हैं।

कैलिपर पिस्टन का व्यास 54 mm है। क्षेत्रफल व्यास के वर्ग के साथ बढ़ता है, इसलिए इसका क्षेत्रफल मास्टर पिस्टन का (54 ÷ 22.2)² = 5.92 गुना है। वही 10.9 MPa जब 22.9 cm² पर लगता है तो 24.9 kN का धक्का देता है, लगभग 2.5 टन के वज़न जितना। पेडल, बूस्टर और दोनों पिस्टन को मिलाकर पैर का बल 4 × 3.5 × 5.92 = 83 गुना हो चुका है।

हर लीवर की तरह, बल की क़ीमत दूरी से चुकती है। मास्टर सिलेंडर से निकला फ़्लुइड कहीं तो जाएगा, और दोनों सिरों पर आयतन बराबर रहता है। मास्टर पिस्टन जितनी बार 1.2 mm चलता है, कैलिपर पिस्टन सिर्फ़ 0.2 mm चलता है। ब्रेक के लिए यह ठीक ही है, क्योंकि डिस्क पर दबने से पहले पैड को एक मिलीमीटर से भी कम का अंतर पाटना होता है।

मॉडल का कैलिपर एक पिस्टन वाला फ़्लोटिंग प्रकार है। पिस्टन भीतरी पैड को डिस्क पर धकेलता है। प्रतिक्रिया कैलिपर बॉडी को उल्टी दिशा में धकेलती है, और बॉडी दो गाइड पिनों पर तब तक सरकती है जब तक उसकी उँगलियाँ बाहरी पैड को डिस्क के दूसरे फलक पर न खींच लें। आख़िर में दोनों पैड उसी 24.9 kN से दबते हैं।

दबाने के बल से सड़क पर बल तक

पैड दबाने भर से कुछ नहीं रुकता; रोकता है घर्षण। पैड और कास्ट आयरन के बीच घर्षण गुणांक 0.4 होने पर हर फलक 0.4 × 24.9 kN = 9.9 kN का खिंचाव देता है, और दोनों फलक मिलकर 19.9 kN। यह खिंचाव धुरी से लगभग 0.115 m पर लगता है, जहाँ पैड का बीच का हिस्सा है, इसलिए ब्रेक टॉर्क 19.9 kN × 0.115 m = 2,290 N·m है।

टायर को यह टॉर्क सड़क पर बल में बदलना होता है। 0.31 m की रोलिंग त्रिज्या से भाग देने पर ब्रेक टायर से 7.37 kN माँगता है। पैनल इस संख्या को "टायर से माँग" के रूप में दिखाता है। टायर इतना दे पाएगा या नहीं, यह सड़क पर निर्भर करता है, और यहीं से कहानी का दूसरा हिस्सा शुरू होता है।

लॉक पहिया ज़्यादा दूर तक क्यों फिसलता है

सड़क पर लुढ़कते टायर का संपर्क हिस्सा उस पल डामर पर स्थिर होता है। वहाँ की पकड़ स्थैतिक घर्षण है, और इसी वजह से कार बिना पहिये घुमाए खड़ी हालत से चल पाती है। टायर फिसलते ही पकड़ गतिज (फिसलन) घर्षण बन जाती है, जो आमतौर पर कमज़ोर होता है। जॉर्जिया स्टेट यूनिवर्सिटी का HyperPhysics इसे सीधे कहता है: टायर को मिलने वाला कर्षण स्थैतिक घर्षण से तय होता है, और जब पहिया लॉक होकर फिसलता है तो घर्षण बल "आमतौर पर काफ़ी कम" होता है।

असली टायर एक हालत से दूसरी में सीधे नहीं कूदते। ब्रेक लगाते समय टायर की सतह कार की चाल से थोड़ी धीमी घूमती है। इंजीनियर इसे स्लिप अनुपात से नापते हैं: (कार की रफ़्तार − टायर सतह की रफ़्तार) ÷ कार की रफ़्तार। शून्य का मतलब मुक्त लुढ़कना और 100% का मतलब लॉक पहिया। स्लिप के शुरुआती कुछ प्रतिशत में पकड़ तेज़ी से बढ़ती है, शिखर पर पहुँचती है, और फिर टायर फिसलने के साथ घटती जाती है।

मॉडल Burckhardt वक्र इस्तेमाल करता है, जो सूखे डामर, गीले डामर और बर्फ़ के लिए प्रकाशित स्थिरांकों वाला एक प्रचलित फ़िट है। सूखे डामर पर पकड़ 17% स्लिप पर μ = 1.17 के शिखर पर पहुँचती है और पहिया लॉक होने पर 0.76 पर आ जाती है। गीले डामर पर शिखर 13% स्लिप पर 0.80 है, जो गिरकर 0.51 हो जाता है। ये फ़िट से निकले मॉडल मान हैं, किसी ख़ास टायर के माप नहीं।

मॉडल का हर पहिया 1,500 kg की कार का एक चौथाई, यानी 3,679 N उठाता है। गीली सड़क पर टायर ज़्यादा से ज़्यादा 0.80 × 3,679 N = 2.9 kN दे सकता है। ब्रेक 7.4 kN माँगता है, यानी दोगुने से भी ज़्यादा, इसलिए स्लिप बेक़ाबू हो जाती है और पहिया लगभग सेकंड के दसवें हिस्से में रुक जाता है। सड़क पर स्किड के निशान वहीं से शुरू होते हैं। उसके बाद टायर सिर्फ़ 0.51 × 3,679 N देता है, और रुकने की दूरी लंबी हो जाती है।

रुकने की दूरी के आँकड़े

अगर टायर का बल भार का μ गुना बना रहे, तो कार μg से धीमी होती है, जहाँ g = 9.81 m/s²। v रफ़्तार वाली कार को रुकने के लिए v² ÷ (2μg) दूरी चाहिए। 100 km/h पर, यानी 27.8 m/s पर:

सड़क शिखर पर μ लॉक होने पर μ शिखर μ पर दूरी लॉक होने पर दूरी
सूखा डामर 1.17 0.76 33.6 m 51.7 m
गीला डामर 0.80 0.51 49.1 m 77.1 m
बर्फ़ 0.05 0.05 787 m 787 m

मॉडल का सिमुलेशन हर चौथाई मिलीसेकंड पर ब्रेकिंग का एक क़दम गिनता है और लगभग वही जवाब देता है। लॉक पहियों के साथ यह सूखी सड़क पर 50.9 m और गीली पर 76.4 m में रुकता है, जो सूत्र से थोड़ा कम है, क्योंकि लॉक होने से ठीक पहले के पल में टायर ने ज़्यादा पकड़ा था। ABS के साथ यह सूखी सड़क पर 35.6 m और गीली पर 51.6 m में रुकता है। यह आदर्श शिखर वाले आँकड़े से थोड़ा ज़्यादा है, क्योंकि ABS टायर को ठीक शिखर पर नहीं, उसके आसपास रखता है। 50, 100 और 130 km/h पर सिमुलेशन की दूरियाँ v² ÷ (2μg) से मेल खाती हैं।

उस सूत्र में रफ़्तार सबसे ज़्यादा मायने रखती है, क्योंकि उसका वर्ग होता है। 50 km/h पर ABS के साथ सूखी सड़क पर रुकने की दूरी 9.0 m है; 130 km/h पर 60.1 m। ड्राइवर की प्रतिक्रिया के दौरान तय दूरी इसमें शामिल नहीं है। एक सेकंड की प्रतिक्रिया पर 100 km/h की कार ब्रेक शुरू होने से पहले ही 27.8 m और चल लेती है।

ABS मॉड्यूलेटर क्या करता है

एंटी-लॉक ब्रेक स्लिप को पकड़ वक्र के शिखर के पास रखते हैं। हब पर एक दाँतेदार छल्ला, मॉडल में 48 दाँतों वाला, एक चुंबकीय सेंसर के सामने से गुज़रता है, और पल्स कंट्रोल यूनिट को बताते हैं कि पहिया कितनी तेज़ घूम रहा है। पहियों की आपस में और कार कितनी तेज़ी से धीमी हो रही है उससे तुलना करके यूनिट समझ लेती है कि कौन-सा पहिया लॉक होने वाला है।

मॉड्यूलेटर में हर पहिये के लिए दो वाल्व हैं। इनलेट वाल्व आमतौर पर खुला रहता है, ताकि ड्राइवर का दबाव सीधे पहुँचे। स्लिप 20% से ऊपर जाते ही मॉडल की कंट्रोल यूनिट इनलेट वाल्व बंद करती है और आउटलेट वाल्व खोलती है। फ़्लुइड कैलिपर से निकलता है, दबाव गिरता है, और सड़क पहिये को फिर से घुमा देती है। स्लिप 8% से नीचे आने पर आउटलेट वाल्व बंद होता है और इनलेट फिर खुलता है, ताकि दबाव दोबारा बने। बीच में दोनों वाल्व बंद रहकर दबाव को थामे रख सकते हैं। एक छोटा पंप निकाले गए फ़्लुइड को मास्टर सिलेंडर की ओर लौटाता है, इसीलिए ड्राइवर को पेडल में धड़कन महसूस होती है।

मॉडल में यह चक्र सूखी सड़क पर एक सेकंड में लगभग 13 बार और गीली पर 14 बार दोहराया जाता है। धीमी गति वाला स्विच ब्रेकिंग को लंबा खींच देता है, ताकि आप वाल्वों और दबाव वाले लेबल को एक-एक चक्र करके देख सकें।

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स्टीयरिंग बचाए रखना

टायर बगल की ओर तभी धकेल सकता है जब वह लुढ़क रहा हो। अगला पहिया लॉक होते ही रबर उसी दिशा में फिसलता है जिसमें कार पहले से जा रही है, और स्टीयरिंग घुमाने से लगभग कुछ नहीं होता। "एक लेन बगल में मुड़ें" स्विच मॉडल के ड्राइवर से ब्रेकिंग के दौरान 3.5 m बगल में जाने को कहता है। ABS चालू होने पर नीली कार सूखी और गीली सड़क पर पूरी लेन बदल लेती है। लॉक पहियों के साथ यह एक मीटर से भी कम हिलती है, और वह भी लगभग पूरा पहियों के रुकने से पहले के पल में। यहाँ बगल की पकड़ एक सरल मॉडल नियम से आती है जो स्लिप बढ़ने के साथ घटती है, इसलिए ये आँकड़े एक ख़ाका हैं, मापा गया नतीजा नहीं।

यही मुख्य कारण है कि ABS वाली कारों के ड्राइवरों को सलाह दी जाती है कि पेडल को मज़बूती से दबाए रखें और रुकावट के बगल से स्टीयर करें, ब्रेक को बार-बार दबाएँ-छोड़ें नहीं।

डिस्क में गर्मी

कार रोकने का मतलब है उसकी गतिज ऊर्जा को गर्मी में बदलना। 100 km/h पर मॉडल कार का एक चौथाई हिस्सा ½ × 375 kg × (27.8 m/s)² = 145 kJ लेकर चलता है। ABS के साथ इसमें से लगभग 130 kJ पैड पर बनते हैं; बाक़ी का ज़्यादातर हिस्सा टायर की स्लिप में ख़र्च होता है। मॉडल मानता है कि पैड की गर्मी का 90% डिस्क में जाता है, जिसका वज़न 9 kg है। ग्रे आयरन हर किलोग्राम में हर डिग्री के लिए लगभग 450 J जमा करता है, इसलिए एक बार रुकने पर पूरी डिस्क लगभग 29 °C गर्म होती है।

यह मामूली लगता है, पर लंबी पहाड़ी ढलान या रेस ट्रैक पर ब्रेक को ठंडा होने का समय शायद ही मिलता है। "पिछली ब्रेकिंग" स्लाइडर बिना किसी ठंडक के ब्रेकिंग जोड़ता जाता है। 18 पिछली ब्रेकिंग के बाद डिस्क लगभग 580 °C पर होती है और हल्की लाल चमकती है; चमक लगभग 525 °C से शुरू होती है, जिसे ड्रेपर बिंदु कहते हैं। असली डिस्कें अपने वेन से लगातार हवा में गर्मी छोड़ती रहती हैं, इसलिए यह सबसे बुरी स्थिति है।

लॉक पहिया डिस्क में बहुत कम गर्मी डालता है, सूखी सड़क की ब्रेकिंग में सिर्फ़ 13 kJ, क्योंकि डिस्क अब पैड के सामने घूम ही नहीं रही। ऊर्जा इसके बजाय टायर और सड़क में जाती है, और काला स्किड निशान उसी से बनता है।

जहाँ मॉडल असली चीज़ से सरल है

मॉडल एक पहिये को ऐसे मानता है जैसे वह हमेशा कार का तय एक चौथाई भार उठाता हो। असली ब्रेकिंग में भार अगले पहियों की ओर खिसकता है, इसलिए वे ज़्यादा ज़ोर से ब्रेक ले सकते हैं और पिछले पहिये कम। इसी कारण कारें ब्रेकिंग को दोनों एक्सल के बीच बाँटती हैं। टायर वक्र रफ़्तार, तापमान और घिसाव को नहीं गिनते, और ABS का नियंत्रण नियम 8% और 20% स्लिप की तय सीमाएँ इस्तेमाल करता है, जबकि असली यूनिटें सड़क के हिसाब से ढल जाती हैं। Burckhardt फ़िट का बर्फ़ वाला वक्र सपाट है, इसलिए उस पर ABS रुकने की दूरी कम नहीं कर सकता, सिर्फ़ स्टीयरिंग बचा सकता है। NHTSA बताता है कि बजरी या नरम बर्फ़ जैसी ढीली सतहों पर ABS रुकने की दूरी बढ़ा सकता है, जिसे मॉडल नहीं दिखाता। पैड का अंतर असल से लगभग दस गुना बड़ा बनाया गया है, ताकि आप उसे बंद होते देख सकें।

छोटा इतिहास

Frederick William Lanchester ने 1902 में बर्मिंघम में कैलिपर वाले डिस्क ब्रेक का पेटेंट कराया। Malcolm Loughead (बाद में Lockheed) ने 1917 में हाइड्रॉलिक ब्रेक का पेटेंट कराया, और Duesenberg ने 1921 में इन्हें अपने Model A में लगाया। डिस्क ब्रेक ने 1953 की 24 Hours of Le Mans में ख़ुद को साबित किया, जिसे Jaguar ने डिस्क ब्रेक वाली कारों से जीता, और Citroën DS ने 1955 से इनके साथ लगातार बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू किया।

पूरी ब्रेकिंग में ऊर्जा का हिसाब

पूरी 1,500 kg कार की रफ़्तार 100 km/h हो, तो बिना पूर्णांक किए 100 ÷ 3.6 m/s लें। उसकी स्थानांतरण गतिज ऊर्जा ½ × 1,500 × (100 ÷ 3.6)² = 5,78,704 J, यानी लगभग 579 kJ है। OpenStax गतिज ऊर्जा को इसी रूप में परिभाषित करता है। इसमें घूमते पहियों और ड्राइवट्रेन की ऊर्जा, हवा का प्रतिरोध और रोलिंग प्रतिरोध शामिल नहीं हैं। यह सरल कार का ऊर्जा हिसाब है, ब्रेक प्रमाणन का परीक्षण नहीं। मॉडल में हर पहिये का भार बराबर है, इसलिए बाँटने पर प्रति पहिया लगभग 145 kJ मिलता है, जो ऊपर की ऊष्मा गणना से मेल खाता है।

कुल ऊर्जा से यह पता नहीं चलता कि ब्रेक को उसे कितनी तेज़ी से सोखना होगा। मान लें कार 5 s में रुकती है। तब 579 kJ निकालने की औसत शक्ति लगभग 116 kW होगी। ब्रेकिंग बल स्थिर हो तो शुरुआत में शक्ति रुकने से ठीक पहले की तुलना में बहुत अधिक होती है, क्योंकि शक्ति बल और चाल का गुणनफल है। पूरी ड्राइव की औसत शक्ति कम होने पर भी ब्रेक को कुछ समय के लिए बहुत अधिक शक्ति सँभालनी पड़ सकती है। शक्ति सँभालने की क्षमता और डिस्क में जमा ऊष्मा अलग सवाल हैं।

मॉडल की 9 kg डिस्क की ऊष्मा धारिता लगभग 9 × 450 = 4,050 J/K है। कार के चौथाई हिस्से की सारी ऊर्जा इसी डिस्क में डाल दें तो उसका औसत तापमान लगभग 36 °C बढ़ेगा। दिखाई गई वृद्धि कम, लगभग 29 °C है, क्योंकि कुछ ऊर्जा टायर की स्लिप में जाती है और मॉडल पैड की ऊष्मा का केवल 90% डिस्क में भेजता है। पूरी कार की ऊर्जा का 90% लेकर एक ही डिस्क में न डालें। ऐसा करने पर बाकी पहियों का हिस्सा भी उसी में गिन जाएगा। दिखाया गया तापमान रगड़ती सतह का तात्कालिक तापमान भी नहीं है: सतह की पतली परत डिस्क के औसत से अधिक गर्म हो सकती है।

चाल दुगुनी करने पर, टायर के व्यवहार में बदलाव सोचे बिना ही, ऊर्जा चार गुनी हो जाती है। द्रव्यमान दुगुना हो तो ऊर्जा दुगुनी होती है। फिर भी आदर्श रुकने की दूरी के सूत्र में द्रव्यमान कट जाता है, क्योंकि दुगुने द्रव्यमान से अभिलंब भार और माना गया घर्षण बल भी दुगुना होता है। यह कार पर अधिक भार लादने की छूट नहीं है। असली टायर, ब्रेक तापमान, एक्सल भार और पुर्ज़ों की सीमाएँ अनंत तक उसी अनुपात में नहीं बढ़ते। द्रव्यमान तभी कटता है जब घर्षण गुणांक स्थिर और ब्रेक टॉर्क पर्याप्त माना जाए।

घर्षण के दो गुणांकों को अलग रखकर स्लिप पढ़ना

पैड का गुणांक और टायर-सड़क का गुणांक गणना के अलग हिस्सों में आते हैं। माना गया पैड गुणांक 0.4 डिस्क पर ब्रेक टॉर्क तय करता है। सड़क का वक्र तय करता है कि माँगे गए बल का कितना हिस्सा कार को वास्तव में धीमा कर सकता है। पैड की पकड़ बढ़ाने से सड़क का वक्र ऊँचा नहीं होता। जब टॉर्क पहिया लॉक करने के लिए पर्याप्त हो चुका हो, तो बिना नियंत्रण और पेडल बल देने से मुख्यतः पहिया जल्दी लॉक होता है।

एक अलग संवेदनशीलता गणना में दबाव और आकार स्थिर रखें, लेकिन पैड गुणांक 0.35 और 0.45 मानें। ये तुलना के लिए चुने गए मान हैं, हर पैड की काम करने की सीमा नहीं। 0.4 की तुलना में टॉर्क क्रमशः मूल मान का 87.5% और 112.5% हो जाता है। गीली सड़क पर दोनों ही टायर की क्षमता से अधिक बल माँग सकते हैं। इसलिए पैनल पर बड़ा टॉर्क अपने आप छोटी ब्रेकिंग दूरी नहीं बनाता। प्रदर्शनी में पैड सामग्री बदलने का नियंत्रण नहीं है; यह मॉडल के साथ की जाने वाली गणना है।

कार 100 km/h पर चले और टायर की सतह 85 km/h पर, तो स्लिप (100 − 85) ÷ 100 = 0.15, यानी 15% है। पहिया अब भी तेज़ी से घूम रहा है। स्लिप उस समय का प्रतिशत नहीं है जब पहिया लॉक रहा, न ही टायर का बगल की ओर कोण है। मॉडल के सूखे और गीले शिखर 17% और 13% पर हैं। ये बताते हैं कि सड़क और पहिये की चाल में थोड़ा अंतर भी मज़बूत ब्रेकिंग दे सकता है। अक्सर कहा जाने वाला 10 से 20% क्षेत्र हर टायर और सतह का सार्वभौमिक सर्वोत्तम मान नहीं है।

नियंत्रक को बदलती संदर्भ चाल भी सँभालनी होती है। ब्रेकिंग में कार धीमी होती है, इसलिए पहिये की कोई चाल एक क्षण सामान्य रोलिंग और दूसरे क्षण अत्यधिक स्लिप दिखा सकती है। लगभग रुकने पर कार की चाल से भाग देना संख्यात्मक रूप से अस्थिर होता है। वास्तविक नियंत्रक को कम चाल का तर्क और वाहन की गति के अनुमान चाहिए। पहिया सेंसर स्वतंत्र रूप से सड़क के सापेक्ष कार की चाल नहीं मापता। इसलिए प्रदर्शनी की सरल सीमाएँ सीधे वाहन नियंत्रक में नहीं उतारी जा सकतीं।

सड़क परीक्षण क्या बता सकते हैं

NHTSA की 2009 की रिपोर्ट The Long-Term Effect of ABS in Passenger Cars and LTVs ब्रेकिंग परीक्षण और दुर्घटना परिणाम अलग रखती है। सीधे चलते हुए अचानक ज़ोर से ब्रेक लगाने के परीक्षणों की चर्चा में, चार पहियों के ABS ने बजरी पर रुकने की दूरी का मध्यक 28% बढ़ाया। लॉक पहियों ने ढीली सामग्री की कील जैसी ढेरी बनाई, लेकिन स्टीयरिंग नियंत्रण खो गया और कार अपने ऊर्ध्वाधर अक्ष पर घूम सकती थी। यह उन्हीं परीक्षण स्थितियों का परिणाम है, हर बजरी वाली सड़क या हर पीढ़ी के ABS का नहीं। यहाँ बर्फ़ चुनकर भी इसे दोहराया नहीं जा सकता: ढीली बजरी और बर्फ़ अलग भौतिक सतहें हैं।

रिपोर्ट के सांख्यिकीय विश्लेषण में 1995 से 2007 के दुर्घटना आँकड़े थे। उसने यात्री कारों की कुल गैर-घातक दुर्घटना संलिप्तता दर में 6% और हल्के ट्रकों तथा वैनों में 8% कमी का अनुमान लगाया। ये प्रतिशत अध्ययन के समूह बताते हैं, किसी एक बार की ब्रेकिंग दूरी में कमी नहीं। घातक दुर्घटनाओं में संलिप्तता पर शुद्ध प्रभाव लगभग शून्य था, जबकि अलग दुर्घटना प्रकार अलग दिशाओं में बदले। केवल अनुकूल ब्रेकिंग दूरी बताने से नियंत्रित यांत्रिक परीक्षण और यातायात में वाहन चलाने वालों के परिणामों का अंतर छूट जाएगा।

ABS वाली कार को भी रुकने की जगह चाहिए। स्टीयरिंग और ब्रेकिंग उसी टायर के संपर्क बलों का इस्तेमाल करते हैं; तेज़ मोड़ से धीमा करने की क्षमता कम बच सकती है। प्रदर्शनी का लेन बदलने का परिणाम बताए गए बगल की पकड़ के नियम से आता है, पूर्ण टायर मॉडल या सुरक्षा गारंटी से नहीं। ABS इलेक्ट्रॉनिक स्थिरता नियंत्रण भी नहीं है: ब्रेकिंग में पहिया घुमाते रहना, कार के अनचाहे घूमने को सुधारने से सीमित काम है। ये प्रदर्शन निर्माता के ड्राइविंग निर्देश या सुरक्षित दूरी का विकल्प नहीं हैं।

स्क्रीन पर ऊष्मा और ऊर्जा वापसी की तुलना

घर्षण ब्रेक निकाली गई यांत्रिक ऊर्जा का अधिकांश हिस्सा ऊष्मा बनाता है। पुनर्योजी ब्रेकिंग में पहिये जनरेटर चलाते हैं और कुछ ऊर्जा बैटरी में लौटती है। अमेरिकी ऊर्जा विभाग का वैकल्पिक ईंधन डेटा केंद्र हाइब्रिड वाहनों में यह जनरेटर से बैटरी तक का रास्ता बताता है। ऊर्जा का ठिकाना बदलता है, टायर की पकड़ नहीं बढ़ती। बहुत अधिक ब्रेक टॉर्क माँगा जाए तो पहिया फिसल सकता है, चाहे टॉर्क पैड से आए या विद्युत मशीन से। प्रदर्शनी में पुनर्योजी मोड, बैटरी डिस्प्ले या मिश्रित ब्रेकिंग नियंत्रक नहीं है।

दिखाई गई वेंटिलेटेड डिस्क के वायु मार्ग ब्रेकिंग के बीच ठंडा होने का रास्ता देते हैं। वेंटिलेशन गतिज ऊर्जा गायब नहीं करता और लगातार ब्रेकिंग में ठंडा रहने की गारंटी नहीं देता। ब्रेक फ़ेड गर्म पुर्ज़ों के कारण ब्रेकिंग क्षमता घटने को कहते हैं। पैड गुणांक बदलना और ब्रेक द्रव उबलना अलग कारण हैं, और पेडल पर लक्षण भी अलग होते हैं। मॉडल पैड गुणांक स्थिर रखता है और द्रव उबलना नहीं गणता, इसलिए चमकती डिस्क से यहाँ ब्रेक क्षमता की गणना नहीं घटती। यह तापमान का प्रदर्शन है, फ़ेड का पूर्वानुमान नहीं।

असली नियंत्रणों से तुलना करें। पहले गीली सड़क चुनें, 「पेडल पर बल」 और 「रफ़्तार」 वही रखें तथा ABS चालू-बंद करें। पहिये और कार की चाल की तुलना करके रुकने की दूरी पढ़ें। फिर धीमी गति 1/8 चालू करें और दबाव बढ़ना, ठहरना तथा निकलना देखें। प्रति सेकंड 15 से 20 चक्र जैसी कही गई दर सभी ABS की निश्चित विशेषता नहीं है; पहले बताई स्थितियों में यह मॉडल लगभग 13 या 14 चक्र प्रति सेकंड देता है। फिर सड़क और चाल स्थिर रखकर 「पिछली ब्रेकिंग (बिना ठंडा हुए)」 बढ़ाएँ। तापमान बढ़ता है, लेकिन दूरी में वास्तविक फ़ेड नहीं जुड़ता। अंत में 「एक लेन बगल में मुड़ें」 चालू करके ABS के साथ और बिना बगल की चाल तुलना करें। ये मॉडल के नियंत्रित प्रयोग हैं, सार्वजनिक सड़क पर आज़माने के अभ्यास नहीं।

सवाल-जवाब

लॉक पहिये को रुकने में घूमते पहिये से ज़्यादा दूरी क्यों लगती है?

घूमता टायर अपने संपर्क हिस्से में स्थैतिक घर्षण से पकड़ता है, और थोड़ी स्लिप के साथ अपने पकड़ वक्र के शिखर तक पहुँच सकता है। लॉक टायर फिसलता है, और फिसलन का घर्षण कमज़ोर होता है। मॉडल में सूखी सड़क का μ 1.17 से 0.76 पर गिरता है, और 100 km/h से रुकने की दूरी 36 m से बढ़कर 51 m हो जाती है।

क्या ABS हमेशा रुकने की दूरी घटाता है?

नहीं। सूखे और गीले डामर पर आमतौर पर घटाता है, क्योंकि यह टायर को उसकी सबसे अच्छी पकड़ के पास रखता है। ढीली बजरी या गहरी बर्फ़ पर लॉक पहिया अपने आगे बजरी या बर्फ़ की पच्चर-नुमा ढेरी जमा कर सकता है, और ABS वाली कार देर से रुक सकती है। इसका पक्का फ़ायदा यह है कि ड्राइवर स्टीयर कर पाता है।

कैलिपर पिस्टन मास्टर पिस्टन से इतना बड़ा क्यों है?

पूरे फ़्लुइड में दबाव एक जैसा होता है, इसलिए बल क्षेत्रफल के साथ बढ़ता है। कैलिपर पिस्टन का क्षेत्रफल मास्टर पिस्टन का 5.92 गुना है, इसलिए यह 5.92 गुना ज़ोर से धकेलता है। यह 5.92 गुना कम चलता भी है, जिससे कोई दिक़्क़त नहीं, क्योंकि पैड को बहुत छोटा अंतर ही पाटना होता है।

वैक्यूम बूस्टर किसलिए है?

इसके बिना इस मॉडल में उसी ब्रेकिंग के लिए ड्राइवर को 3.5 गुना ज़्यादा ज़ोर लगाना पड़ता। बूस्टर इंजन वैक्यूम और बाहर की हवा के दबाव के अंतर से ड्राइवर की मेहनत में हाथ बँटाता है। इंजन बंद हो जाए तो भी ब्रेक काम करते हैं, पर पेडल बहुत सख़्त लगता है।

ABS काम करते समय पेडल क्यों काँपता है?

आउटलेट वाल्व हर बार जब फ़्लुइड छोड़ता है, पंप उसे वापस मास्टर सिलेंडर की ओर धकेलता है। ये धड़कनें पेडल तक पहुँचती हैं। यह संकेत है कि व्यवस्था काम कर रही है, और सही जवाब है दबाए रखना।

क्या ब्रेक डिस्क सच में लाल चमक सकती हैं?

हाँ, कड़े इस्तेमाल में, जैसे रेसिंग में या इंजन ब्रेकिंग के बिना लंबी, खड़ी ढलान पर। लोहा लगभग 525 °C पर दिखने लायक़ चमकने लगता है। डिस्क ब्रेक ड्रम ब्रेक से बेहतर गर्मी निकालते हैं, क्योंकि उनके फलक हवा के सामने खुले रहते हैं, और वेंटिलेटेड डिस्क में वेन के बीच से हवा पंप होती है।

स्लिप प्रतिशत का मतलब क्या है?

यह टायर की सतह की रफ़्तार की तुलना कार की रफ़्तार से करता है। 0% पर टायर मुक्त रूप से लुढ़क रहा है। 100% पर पहिया लॉक है जबकि कार अभी भी चल रही है। सूखे और गीले डामर पर ब्रेकिंग पकड़ लगभग 10 से 20% स्लिप पर सबसे ज़्यादा होती है।

क्या पेडल का अधिक बल हमेशा कम दूरी में रोकता है?

नहीं। टायर की उपलब्ध पकड़ के पास पहुँचने पर अधिक टॉर्क माँगने से पकड़ नहीं बढ़ती। ABS लॉक से बचने के लिए दबाव नियंत्रित करता है।

क्या चमकती डिस्क ब्रेक फ़ेड भी दिखाती है?

नहीं। मॉडल जमा ऊष्मा दिखाता है, लेकिन पैड गुणांक स्थिर रखता है और उबलते ब्रेक द्रव का मॉडल नहीं बनाता।

क्या पुनर्योजी ब्रेकिंग से ABS की ज़रूरत समाप्त होती है?

नहीं। जनरेटर का टॉर्क भी टायर और सड़क के संपर्क से गुज़रता है। ऊर्जा वापसी अत्यधिक स्लिप नहीं रोकती।

शब्दावली

  • मास्टर सिलेंडर: वह सिलेंडर जो पेडल के बल को फ़्लुइड के दबाव में बदलता है।
  • वैक्यूम बूस्टर (ब्रेक सर्वो): इंजन वैक्यूम से पेडल के बल में जोड़ने वाला ड्रम।
  • कैलिपर: डिस्क के दोनों ओर पैड को थामने वाला शिकंजा।
  • फ़्लोटिंग कैलिपर: सिर्फ़ एक तरफ़ पिस्टन वाला कैलिपर, जिसकी बॉडी सरककर दूसरे पैड को दबाती है।
  • वेंटिलेटेड डिस्क: वेन से जुड़े दो फलकों वाली डिस्क, ताकि उनके बीच से हवा बह सके।
  • पास्कल का नियम: बंद द्रव पर लगाया गया दबाव पूरे द्रव में बराबर पहुँचता है।
  • स्थैतिक घर्षण: उन सतहों के बीच घर्षण जो एक-दूसरे पर फिसल नहीं रहीं।
  • गतिज घर्षण: एक-दूसरे पर फिसलती सतहों के बीच घर्षण।
  • स्लिप अनुपात: ब्रेक लगाते समय (कार की रफ़्तार − टायर सतह की रफ़्तार) ÷ कार की रफ़्तार।
  • ABS मॉड्यूलेटर: वाल्व ब्लॉक, पंप और कंट्रोल यूनिट, जो हर पहिये पर ब्रेक दबाव को घटाते-बढ़ाते हैं।
  • टोन रिंग: वह दाँतेदार छल्ला जिसे व्हील स्पीड सेंसर पढ़ता है।
  • ड्रेपर बिंदु: लगभग 525 °C, वह तापमान जिस पर गर्म ठोस हल्का चमकने लगते हैं।

स्रोत

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