自動車ブレーキシステム総合ガイド：種類・構造・原理を徹底解説

ブレーキシステムが設計されていなければ、自動車システムは殺人兵器になっていたでしょう。ブレーキシステムは自動車の最初の設計以来存在してきました。このシステムは、移動系からエネルギーを吸収することで運動を抑制します。

長年にわたり、技術の進歩により車両にはさまざまな設計と種類のブレーキシステムがもたらされました。事実、これらは車両に不可欠です。ブレーキシステムの構成部品はモデルや種類によって異なりますが、同じ目的を果たし、同じ作動原理を持っています。ブレーキシステムは運動が発生するあらゆる機械装置に設計可能で、自動車だけではありません。システムはいくつかの要件を満たす必要があり、これらは本記事で説明します。特に高性能車両では、非常に高速で走行するように設計されているため、一定の作動性能を満たす必要があります。速度を減速させたり車両を停止させたりするには、巨大なエネルギーや制動力が必要です。

今回は、自動車装置におけるブレーキシステムの定義、機能、構成部品、図解、用途、特性、種類、作動原理について解説します。

ブレーキシステムとは？

ブレーキは、通常は摩擦によって移動系からエネルギーを吸収することで運動を抑制するように設計された機械装置です。移動中の車両、車輪、アクスルなどを減速または停止させるために使用されます。ブレーキシステムは多くの部品を持つ複雑な装置ですが、その作動は非常にシンプルに見えます。単一のペダルを踏むだけで4輪すべてのブレーキが作動します。減速は油圧フルードによって達成され、最高のブレーキ性能を得るためにエア抜きが行われます。システムに空気が入るとコンポーネントが正常に動作しません。

ほとんどのブレーキは2つの面の間の摩擦を利用するように設計されており、これらが押し付けられることで移動物体の運動エネルギーを熱に変換します。ただし、現在では複数のエネルギー変換方法が採用されています。自動車では、摩擦ブレーキが制動熱をドラムブレーキまたはディスクブレーキに蓄え、徐々に空気中に放出します。

現代の車両では、ブレーキペダルがマスターシリンダーに押し付けられます。ピストンがブレーキパッドをブレーキディスクに押し付け、車輪を減速させます。ブレーキドラムでは、シリンダーがブレーキシューをドラムに押し付けて車輪を減速させます。

自動車ブレーキシステムの機能

自動車エンジンで使用されるブレーキシステムの機能は以下の通りです：

• ブレーキシステムは、車両の運動エネルギーを熱エネルギーに変換することで、可能な限り最短距離で車両を停止させます。
• 運動が発生する機械装置でも機能し、ブレーキをかけて短時間で停止させます。

ブレーキシステムの構成部品

自動車ブレーキシステムで使用される構成部品は以下の通りです：

ブレーキペダル： ブレーキシステムのコンポーネントで、足で踏み下げることでブレーキを作動させます。車内でアクセルペダルとクラッチペダルの中央に位置します。

フルードリザーバー： ブレーキフルードまたはブレーキオイルを貯蔵するタンクです。

フルードライン： 車内でブレーキフルードが流れるパイプです。

ブレーキパッド： ディスクブレーキで使用されるスチールバッキングプレートです。セラミック、金属、その他の耐摩耗性複合材料で作られることが多いです。

ブレーキシュー： ブレーキライニングを保持するために接合された2枚の鋼板です。

ブレーキドラム： ドラムブレーキシステムで使用される回転するドラム形状のコンポーネントです。

ローター： 車輪またはアクスルに接続された鋳鉄製ブレーキディスクで、補強カーボンカーボン、セラミックマトリックス、その他の複合材で作られることもあります。

ブレーキライニング： 耐熱性があり、柔らかくかつ強靭で、高い摩擦特性を持つ材料です。ブレーキシュー内部に収められています。

自動車ブレーキシステム図解：

（図解プレースホルダー）

ピストン： シリンダーに収められた可動コンポーネントです。

キャリパー： ブレーキパッドとピストンを保持します。

フローティングキャリパー/スライディングキャリパー： ローターと相対的に移動する部品で、ディスクの片側のピストンを使ってインナーブレーキパッドを制動面に押し付け、その後キャリパーボディを引き込んでディスクの反対側に圧力をかけます。

固定キャリパー： ローターに対して相対的に移動せず、インペラフェクションに敏感に動作します。ローターの両側からクランプするために、1つ以上の対向ピストンペアを使用します。

マスターシリンダー： ドライバーの足からの非油圧圧力を油圧に変換します。油圧システムの反対側にあるスレーブシリンダーを制御します。

バキュームブースター： エンジン吸気のバキュームを利用してマスターシリンダーを改善し、ドライバーの足が供給する圧力を増大させるブレーキシステムコンポーネントです。車両エンジン稼働中に効果的です。

特性

ブレーキシステムの特性には、ピークフォース、連続電力放散、フェード、スムーズネス、パワー、ペダルフィール、ドラッグ、耐久性、重量、騒音が含まれます。その他の要因もブレーキシステムの特性として考慮される場合があります。詳細を理解するために読み進めてください。

ブレーキシステムの種類

自動車装置で使用されるさまざまなブレーキシステムの種類は以下の通りです：

電磁ブレーキシステム

これはブレーキシステムの台頭する設計の一つで、自動車に内蔵された電気モーターを使用します。モーターが車両の停止を補助します。電磁ブレーキシステムタイプは、電気モーターがバッテリーを充電しブレーキに電力を供給するほとんどのハイブリッド車で使用されます。一部のバスでは、内部短絡と発電機を使用する補助リターダーブレーキが採用されています。

摩擦ブレーキシステム

摩擦タイプのブレーキシステムは自動車で一般的です。設計は複雑ですが整備可能で、通常パッドとシューの2形態で利用可能です。名前の通り、摩擦を利用して車両や装置の移動を停止させます。コンポーネントには、定常パッドと回転耐候面を持つ回転装置が含まれます。バンドブレーキは回転ドラムの外側に収縮・摩擦するシューを内蔵しています。あるいは、シューを備えたドラムブレーキは回転し、ドラムの内側に拡張して摩擦します。

油圧ブレーキシステム

油圧ブレーキシステムタイプは、リザーバーから油圧ブレーキフルードを受け取るマスターシリンダーで構成されます。金属パイプとゴム継手の組み合わせによる接続を通じて、システムはホイールのシリンダーに接続されます。ホイールにはバンドまたはドラムブレーキ上に2つの対向ピストンが配置されています。圧力によりピストンが離れ、ブレーキパッドがシリンダーに押し込まれ、車輪が停止します。

空気ブレーキシステム

空気ブレーキシステムタイプは、トラック、バスなどの大型車両で一般的です。他のタイプと同様にブレーキペダルを踏みます。しかし、大気からの空気がエアフィルターを通ってコンプレッサーに入り、アンローダーバルブを通ってリザーバーに入ります。さらにブレーキバルブを通ってブレーキチャンバーに入り、制動強度を制御するために装着されています。これにより制動が実現します。

ドラムブレーキとディスクブレーキ図解：

（図解プレースホルダー）

その他のブレーキシステムの種類には：

駐車ブレーキと非常ブレーキシステム

駐車と非常ブレーキシステムタイプはレバーとケーブルで動作し、機械的に力で制御されます。新しい車両ではボタンで制御され、緊急時や坂道駐車時に車両を停止させます。このシステムは通常のブレーキシステムが故障した際にバイパスできます。

ブレーキが作動すると、ケーブルが引かれ、中間レバーを通って力が増大し、イコライザーに伝わります。イコライザーは2本のケーブルに分岐し、力を分割してリア車輪に送り、車両の減速と停止を補助します。

このブレーキシステムは、ブレーキシューを直接制御することで他のブレーキシステムをバイパスします。通常のブレーキシステムが故障した場合に有益です。

サーボブレーキシステム

サーボブレーキシステムタイプは現在ほとんどの車両に搭載されており、ドライバーがブレーキペダルを通じて加える圧力を増大させるように設計されています。システムは吸気マニホールドのバキュームを利用してブレーキに必要な追加圧力を生成します。また、システムはエンジン稼働中のみ効果的です。一部の車両設計では、複数のブレーキシステムが組み込まれ、連携してより強力で信頼性の高いシステムを提供します。ただし、ブレーキタイプの組み合わせによっては時折故障し、自動車事故につながる可能性があります。

ポンピングブレーキシステム

ポンプが設計に含まれる場合、自動車に採用されるブレーキシステムタイプです。内燃ピストンモーターで燃料供給を停止するために使用され、その結果内部ポンピング損失がエンジンに生じ、制動が発生します。

作動原理

ブレーキシステムの作動は複雑ですが、コンポーネントと種類の説明により用語に慣れているはずです。ブレーキシステムにはディスクブレーキとドラムブレーキの2種類があります。ディスクブレーキは自動車のフロント車輪に、ドラムブレーキはリア車輪に取り付けられます。ただし、一部の現代高級車は4輪すべてにディスクブレーキを装備しています。

ドライバーがブレーキペダルを踏むと力が発生し、エンジンからのバキュームによってブーストされます。ブーストによりブレーキがより速く効果的に反応します。

バキュームブースターからの力がマスターシリンダー内のピストンをスプリングに押し付けます。これによりブレーキフルードが圧力下で流れます。この加圧フルードはフルードラインを通ってブレーキキャリパー（ディスクブレーキ）とブレーキシリンダー（ドラムブレーキ）に到達します。

動画で自動車ブレーキシステムの実働を確認しましょう：

（動画プレースホルダー）

結論として、自動車のブレーキシステムは、必要時に装置の移動を防ぐため非常に重要かつ不可欠です。この記事では、ブレーキシステムのさまざまな側面を網羅し、機能と構成部品を説明しました。システムは運動が発生する機械システムに設計可能であることを学びました。さまざまなブレーキシステムの種類も明らかにし、その作動についても解説しました。

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