Основная тормозная система
На современных легковых автомобилях устанавливают основные ТС, состоящие из тормозного гидропривода и тормозных механизмов. Когда водитель нажимает ногой на педаль тормоза, та сила, с которой он давит на педаль, передается на устройство, которое называется главный тормозной цилиндр. Главный тормозной цилиндр имеет поршень, который, двигаясь, увеличивает давление в системе гидравлических тормозных трубок, ведущих к каждому колесу автомобиля. На каждом колесе тормозная жидкость под давлением оказывает воздействие на поршень колесного тормозного механизма, который выдвигает тормозные колодки, а те, в свою очередь, прижимаются к тормозному барабану или тормозному диску. Трение замедляет вращение колес и движение автомобиля.
Схема гидропривода тормозов
1 – тормозные цилиндры передних колес; 2 – трубопровод передних тормозов; 3 – трубопровод задних тормозов; 4 – тормозные цилиндры задних колес; 5 – бачок главного тормозного цилиндра; 6 – главный тормозной цилиндр; 7 – поршень главного тормозного цилиндра; 8 – шток; 9 – педаль тормоза
В гидропривод основной ТС входят:
- главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем или без него;
- регулятор давления в задних тормозных механизмах;
- рабочий контур (трубопровод диаметром 4-8 мм).
Рабочий контур соединяет между собой устройства гидропривода и тормозные механизмы. Главный тормозной цилиндр (ГТЦ) предназначен для преобразования усилия, прилагаемого к педали тормоза, в избыточное давление тормозной жидкости и распределения его по рабочим контурам. Бачок с запасом тормозной жидкости может крепиться на ГТЦ или вне его. Вместе с ГТЦ на большинстве автомобилей устанавливают вакуумные усилители, которые увеличивают силу, создающую давление в тормозной системе. Вакуумный усилитель (рис. 2) конструктивно связан с главным тормозным цилиндром. Основным элементом усилителя является камера, разделенная резиновой перегородкой (диафрагмой) на два объема. Один объем связан с впускным трубопроводом двигателя, где создается разряжение, а другой с атмосферой. Из-за перепада давлений, благодаря большой площади диафрагмы, «помогающее» усилие при работе с педалью тормоза может достигать 30 – 40 кг и больше. Это значительно облегчает работу водителя при торможениях и позволяет сохранить его работоспособность длительное время.
Схема вакуумного усилителя
1 – главный тормозной цилиндр; 2 – корпус вакуумного усилителя; 3 – диафрагма; 4 – пружина; 5 – педаль тормоза
Регулятор уменьшает давление в приводе тормозных механизмов задних колес. При торможении сила инерции движущегося автомобиля и противодействующая ей сила трения (точка приложения которой ниже центра тяжести автомобиля) создают продольный опрокидывающий момент. Мягкая передняя подвеска, реагируя на него, “проседает”, а задние колеса “разгружаются”. Поэтому даже при неэкстренном интенсивном торможении задние колеса могут блокироваться, что часто приводит к заносу автомобиля. В зависимости от изменения расстояния между элементами задней подвески и кузовом автомобиля (его продольного наклона) давление в приводе задних тормозов (по сравнению с передними) ограничивается. В результате чего блокировки задних колес не происходит или (в зависимости от замедления и загруженности автомобиля) она возникает значительно позже.
Деление систем на независимые контуры
Тормозные системы могут быть одноконтурными, двухконтурными и многоконтурными. У одноконтурных решений магистрали всех колёс – передних и задних объединены в одну ветвь, для управления воздухом используется всего один кран. Решение дешёвое, не крайне ненадёжное . На практике его сейчас можно встретить только на некоторых сельскохозяйственных машинах и прицепах с пневматикой, причём речь идёт только о старых моделях машин, новые решения с пневмоприводом ориентированы на несколько контуров.
Если же речь идёт о решениях с гидроприводом, то весьма вероятна разгерметизация, и жидкость вытечет из системы. И здесь об использовании одного контура и вовсе не может быть и речи. Предотвратить риски помогает наличие нескольких контуров. Даже если произойдёт разгерметизация одного из них, хоть и возникнет потеря эффективности, катастрофы можно будет избежать. Ведь контуры подстраховывают друг друга.
Самый распространённый вариант – наличие двух контуров. При этом схемы разделения гидропривода на 2 контура могут быть очень разными:
- 2 +2, параллельное подключение. 1-й контур действует на тормоза передней оси, второй — на заднюю ось). Недостаток—задняя ось обеспечивает не более 40% тормозных сил. Поэтому, если исправен только 2-й контур, длина тормозного пути (ТП) увеличится в 2,5-3 раза.
- 2+ 2 – диагональное подключение. 1-й контур действует на правое переднее и левое заднее колёса, а второй — на левое переднее и правое заднее.
- Подходит для переднеприводных машин. Неисправность любого из контуров чревата увеличением ТП в два раза.
- 4 + 2. 1-й контур действует на все колеса, а второй — только на передние.
Наиболее безопасно, с точки зрения опытных автомехаников, диагональное деление (эффективности удаётся достичь, даже если один из контуров поврежден) и схема разделения 4 + 2.
У грузовых автомобилей, автобусов часто может встречаться 4 и 5 контуров. Это сложные, но очень надёжные конструкции. У каждого контура— своя «зона ответственности (например, передняя ось, задняя тележка, стояночный, аварийное растормаживание), при этом каждый контур независим. Это возможно благодаря присутствию в конструкции специальных разделяющих клапанов.
Многоконтурная пневмосистема оптимизирует уровень устойчивости крупногабаритного транспортного средства, процесс управления им. Кроме того, пневматическая система позволяет без опасения потери рабочего тела подключать и отключать пневмосистемы тягача к прицепу или полуприцепу. При отсоединении прицепа автоматически срабатывает стояночная топливная система.
Системы безопасности
- Распределения усилий (EBD);
- Противопробуксовочная (ASR);
- Курсовой устойчивости (ESP);
- Экстренного торможения (BA);
- Имитации блокировки дифференциала.
Системы активной безопасности
Установить все эти системы удалось благодаря использованию дополнительных модулей:
- рабочего модуля (исполнительного механизма, врезанного в магистрали тормозной системы);
- электронного блока, управляющего модулем;
- датчиков определения скорости вращения колес.
Работают эти составляющие в зависимости от того, какая система безопасности задействуется. К примеру, при включении ABS во время торможения блок управления «следит» посредством датчиков за скоростью вращения колес. При обнаружении, что одно из них замедляется быстрее, блок подает сигнал на модуль, и последний при помощи клапанов снижает давление жидкости в магистрали этого колеса.
Тормозная система постоянно совершенствуется. Но если рассматривать только механическую составляющую, то особых улучшений она не требует. Поэтому ее доработки сводятся к использованию новых материалов при изготовлении дисков, барабанов, колодок.
А вот электронная составляющая доработкам подвергается чаще. Но здесь все сводится к расширению функционала блока управления. По такому принципу построены практически все системы безопасности, поскольку основой для них выступает ABS. Хотя все чаще системы, построенные на базе тормозов, взаимодействуют с другими, не относящимися к тормозной системе. К примеру, при срабатывании ESP, включаются не только тормозные механизмы, а и системы, следящие за работой мотора.
Схема и принцип работы
Назначение тормозной системы заключается в обеспечении лица, управляющего авто, контроля над скоростью. Усилие автовладельца, приложенное на педаль, передаётся на цилиндр. Возникшее давление в тормозной системе автомобиля обуславливает нагнетание жидкого составляющего к цилиндрам колесного типа. Цилиндровые поршни, движение которых обусловлено изменением давления, перемещают колодки к подвижным элементам.
Конструкция тормозного барабана позволяет увеличить давление жидкости, которая обуславливает активацию тормозного механизма путем трения элементов. Вращение колёс замедляется в результате контакта элементов шин с дорожным покрытием, происходит остановка.
После прекращения приложения усилия к рычагам, возвратная пружина педали или рычага возвращает элемент в исходное положение, в котором все конструктивные составляющие также возвращаются в первоначальное состояние. В результате этого элементы пружинного типа перестают оказывать воздействие на колодки, давление падает и происходит вытеснение жидкости в цилиндр.
Диагностика неисправности системы, проверка давления
Рекомендуется для этих целей обратиться в специализированные станции технического обслуживания. Однако, первые признаки неполадок можно выявить и самостоятельно.
В современных транспортных средствах предусмотрена индикация состояния устройства. Приборы самостоятельно контролируют их и в случае проблем, своевременно известят о них водителю. При самостоятельной оценке следует проводить осмотр внешнего состояния системы на предмет целостности все конструктивных элементов.
Можно также оценить работу системы по соответствию прилагаемой силы на педаль тормоза и ожидаемой тормозной реакции. Для предотвращения утечек или потери герметизации в системе необходимо контролировать в ней давление. Процедура проводится при помощи тестера.
Запасная тормозная система
Запасная тормозная система должна обеспечивать снижение скорости и остановку автомобиля в случае выхода из строя рабочей тормозной системы, а стояночная — удержание остановленного автомобиля на месте без ограничения времения.
|
Гидропневматическая подвеска с противодавлением. |
Запасная тормозная система по существу представляет собой составную часть рабочей системы с отдельным контуром привода на группу колес. Она служит для торможения при выходе из строя основной системы.
Запасная тормозная система должна обеспечивать остановку автотранспортного средства с определенной эффективностью при выходе из строя рабочей тормозной системы.
Запасная тормозная система предназначена для остановки автомобиля в случае отказа рабочей тормозной системы. Она оказывает меньшее тормозящее действие на автомобиль, чем рабочая система. Функции запасной системы может выполнять чаще всего исправная часть рабочей тормозной системы или полностью стояночная система.
Запасная тормозная система конструктивно объединена со стояночным тормозом, имеет общий с ним пневматический привод от ручного тормозного крана и действует на колеса ведущих мостов через тормозные камеры рабочего тормоза.
Запасная тормозная система должна обеспечивать остановку автомобиля в случае выхода из строя рабочей тормозной системы. Автомобили могут иметь автономную запасную тормозную систему. При отсутствии такой системы ею считается и должен выполнять ее функции каждый контур рабочей тормозной системы или стояночная тормозная система.
Запасная тормозная система обеспечивает остановку автомобиля в случае выхода из строя рабочей тормозной системы; она может быть менее эффективной, чем рабочая тормозная система. В связи с отсутствием на изучаемых автомобилях автономной запасной тормозной системы ее функции выполняет исправная часть рабочей тормозной системы или стояночные тормоза.
Запасная тормозная система предназначена для плавного снижения скорости движения или остановки машины в случае полного или частичного выхода из строя тормозной системы. Обычно запасная система менее эффективна, чем рабочая.
Запасная тормозная система может быть менее эффективной, чем рабочая тормозная система. При отсутствии на автомобиле автономной запасной тормозной системы ее функции может выполнять исправная часть рабочей тормозной системы ( например, контур тормозного привода передних или задних колесных тормозов) или стояночная тормозная система.
Эффективность запасной тормозной системы может быть несколько ниже эффективности рабочей тормозной системы. При отсутствии на автомобиле самостоятельной запасной тормозной системы ее функции может выполнять исправная часть рабочей тормозной системы ( например, контур привода передних или задних колесных тормозов) или стояночная тормозная система.
Функции запасной тормозной системы выполняет один из контуров, поскольку наличие двухсекционного тормозного крана 4 и двойного защитного клапана 9 позволяет обоим контурам работать независимо друг от друга при падении давления воздуха в любом из них.
Функцию запасной тормозной системы может выполнять исправная часть рабочей тормозной системы или стояночная тормозная система.
Эффективность запасной тормозной системы может быть ниже эффективности рабочей тормозной системы. При отсутствии на автомобиле автономной запасной тормозной системы ее функции может выполнять исправная часть рабочей тормозной системы ( например, контур тормозного привода передних или задних колесных тормозов) или стояночная тормозная система.
Нормой эффективности запасной тормозной системы автотранспортных средств категорий О при испытаниях типа 0 является значение тормозной силы, развиваемой на колесах оси прицепа, которая численно должна быть не менее 28 % от полного веса, приходящегося на эту ось в статическом положении на горизонтальной опорной поверхности. Согласно ГОСТ 22895 — 77 автотранспортные средства категории О могут не иметь запасной тормозной системы, в этом случае ее функцию исполняет каждый контур рабочей тормозной системы или стояночная тормозная система.
Возможные неисправности тормозной системы автомобиля
Признаками неисправности могут служить следующие «симптомы»:
- когда машина тормознула, раздается резкий свист или скрежет;
- торможение неэффективно и транспортное средство проделывает слишком большой тормозной путь;
- у педали существенно увеличился ход;
- педаль опустилась;
- на панели индикаторы постоянно показывают низкий уровень жидкости в гидравлике (даже после обслуживания и дозаправки);
- сильная вибрация педали.
Причин подобных проявлений может быть несколько. Вот наиболее распространенные.
- Утечка. Приводит к таким «симптомам», как постоянный низкий уровень жидкости или увеличение тормозного пути. Вызывается повышенным износом или механическими повреждениями деталей (причем не только патрубков, по которым течет жидкость, но и цилиндров и даже колодок). Проблема решается обследованием авто на предмет утечки и заменой вышедшей из строя детали.
- Неисправность главного цилиндра. Приводит к увеличению мягкости педали. На практике вызывается клином цилиндра из-за перегрева или износа. Сопровождается снижением эффективности торможения. В случае перегрева цилиндра из-за повышенного давления регулируют или меняют усилитель. Если проблема возникла по причине износа цилиндра, то замене подлежит именно он.
- Повышенный износ диска. Сопровождается вибрацией педали при нажатии. Также может появляться скрежет. «Лечится» заменой диска.
- Попадание воздуха в жидкость. Вызывается неправильным обслуживанием и заправкой, а также нарушением работы атмосферной камеры усилителя. Приводит к существенному снижению эффективности торможения и увеличению ходя педали. Устраняют проблему путем перезаправки жидкости. Если проблемы в усилители, то его ремонтируют или меняют.
- Вибрация дисков. Вызывает визг при торможении. Решается расточкой диска и колодок или их полной заменой на новые.
Типы тормозных систем автомобиля
- рабочая;
- запасная;
- стояночная;
- вспомогательная.
Рассмотрим каждый из этих типов более подробно.
Рабочая
Под рабочей тормозной системой понимается совокупность деталей и узлов, которые обеспечивают штатную остановку транспортного средства. Ее устройство и схема работы описаны выше.
Запасная
Запасная система предусмотрена на тот случай, если откажет рабочая. Ее главное назначение – выполнение аварийного торможения и предотвращение дорожно-транспортного происшествия. Она может быть реализована по-разному, но чаще всего встречаются 2 варианта.
- Контур рабочей. В этом случае она представляет собой отдельный замкнутый контур рабочей системы, который активизируется при отказе тормозов. Для такой системы используют название двухконтурная.
- Отдельная подсистема. В данном случае запасная система выполняется в виде отдельной подсистемы, которая никак не связана с основной. Подобная конструкция считается более надежной, так как позволяет выполнить торможение даже в случае серьезных неисправностей.
Стояночная
Используется для того, чтобы удерживать транспортное средство на одном месте в течение длительного времени. Срабатывает при включении ручного тормоза. В подавляющем большинстве случаев является механической и не использует для усиления гидравлику или пневматику.
Вспомогательная
Предназначена для поддержания постоянной скорости машины в течение продолжительного времени (например, при длительных спусках, или там, где нужно долго ехать на холостом ходу). Устанавливается на грузовых автомобилях с пневматической системой торможения. Подразумевает подачу в цилиндры не топливной смеси, а воздуха под давлением. В результате силовой агрегат не только не приводит транспортное средство в движение, но и препятствует такому движению.
Воздух в цилиндры подается непосредственно из пневмосистемы – она связана с ними посредством специальной заслонки, которая открывается после нажатия соответствующей кнопки, установленной в салоне автомобиля.
Использование вспомогательной системы значительно снижает нагрузку на рабочую, тем самым предотвращая ее преждевременный износ и возникновение неисправностей. Кроме того, подобное передвижение гораздо безопаснее – если один из узлов выйдет из строя, то его функции выполнит второй. Это особенно актуально для большегрузных авто.
История создания тормозной системы для автомобиля
Чтобы понять принцип работы системы, способной тормозить за несколько секунд, нужно обратить внимание на историю ее создания. Такая совершенная система была получена не сразу, а путем проб и ошибок, что и определило как название систем, так и их производительность
История создания первых механизмов, позволивших снизить скорость, начинается с гужевого транспорта. На больших скоростях одна лошадь не могла быстро остановить телегу, поэтому стали использовать рычажные системы, когда блок прижимался к ободу. До 1920 года аналогичная система использовалась в первых автомобилях. Потом в одной поездке пришлось несколько раз менять кожаную подкладку, так как она быстро изнашивалась. Похожая, но улучшенная система до сих пор используется на скоростных велосипедах.
В начале 20 века автомобили стали разгоняться до скорости более 100 км/ч. Тогда-то и стало понятно, что именно тормозная система не позволила усовершенствовать машину. Интересен тот факт, что первыми появились дисковые тормоза. Однако материалы, использованные при изготовлении, обусловили сильный притир во время движения. Поэтому аккумуляторные системы стали очень популярны. На тот момент их хватило только на 2 тысячи пройденного пути.
До 1953 года барабанные тормозные системы совершенствовались. И только после этого года была разработана другая система, основанная на использовании дисков. После этого конструкцию будут совершенствовать, создавая современные автомобили.
Виды тормозных систем
- Вспомогательная;
- Основная;
- Стояночная;
- Резервная или запасная.
В зависимости от вида тормозная система автомобиля имеет свои особенности при общности основной выполняемой функции.
Вспомогательная система
Стоит сразу отметить то, что такая тормозная система характерна для автомобилей с большой массой. Она не оказывает жёсткого воздействия на колёса, а лишь создаёт сопротивление движению. Иными словами, чтобы снизить скорость на спусках, нужно задействовать это устройство. На легковом автомобиле достаточно использовать торможение двигателем, которое реализуется посредством включения пониженной передачи при работе на холостых оборотах.
Но для грузовых авто нужно нечто посерьёзнее. На помощь приходят механизмы, существенно замедляющие движение. Среди них могут быть использованы те, которые полностью закрывают выход газов из двигателя. Происходит полная отсечка в топливном насосе высокого давления и мотор оказывается закрытым. Создаётся пневматическое сопротивление воздуха в цилиндрах. Это в значительной степени затрудняет вращение коленчатого вала и связанной с ним трансмиссии, а значит, колёс.
Кроме этой, есть и другие типы. К ним относятся электрические и гидравлические.
Для электрической системы характерно торможение за счёт электромагнитных сил, возникающих при протекании по обмоткам статора тока.
Гидравлическая тормозная система работает под действием масла, поступающего в камеру, где находится колесо с лопастями. При его вращении они создают сопротивление за счёт вязкости масла. Ускорительный процесс грузовых авто требует значительного замедления по той причине, что сила, действующая на него очень велика, т. к. масса большая.
Рабочая система
Рабочая тормозная система получила такое название по причине частого её использования. Практически всё время работы приходится на неё. Она есть у любого даже самого малого автомобиля. Рассмотрим устройство тормозной системы. Она состоит из следующих частей:
- Главный тормозной цилиндр;
- Рабочие цилиндры;
- Тормозные трубки и шланги;
- Колодки;
- Тормозные диски или барабаны;
- Регулятор давления;
- Педаль тормоза;
- Усилитель.
При нажатии педали тормоза в главном цилиндре перемещаются поршни, которые толкают жидкость по трубкам к рабочим цилиндрам. За счёт этого происходит перемещение колодок. Они прижимаются к поверхности трения. В роли последней выступает барабан или диск. Поэтому тормоза называют барабанными или дисковыми. Тормозная система современных легковых автомобилей снабжена усилителем. До этого приходилось нажимать на педаль тормоза со значительным усилием. Регулятор давления состоит из четырёх камер. Две из них соединяются с главным цилиндром, остальные две с рабочими цилиндрами задних колёс. Принцип его работы состоит в том, чтобы изменять тормозное усилие на них в зависимости от нагрузки.
Стояночная система
Эта система носит такое название по причине своей способности удерживать автомобиль неподвижным на протяжении длительного времени. Конечно, можно долго держать нажатой педаль тормоза, но это очень неудобно. Стояночный тормоз является очень удобным, особенно, когда приходится проводить время, останавливаясь на спуске. У легкового автомобиля она выполнена на основе рычага и тросов, отходящих к задним тормозным механизмам. Грузовые машины требуют более серьёзной конструкции. Например, есть стояночный тормоз, который приводится в действие за счёт мощных пружин, которые при работе двигателя удерживаются сжатым воздухом, а он нагнетается компрессором. Когда двигатель не работает, то специальный клапан выпускает воздух из камер, и пружины освобождаются. В движении этот клапан закрыт.
Запасная тормозная система
Когда рабочая система выходит из строя, то на помощь ей приходит запасная. Её неотъемлемой частью является ускорительной клапан, который сокращает время срабатывания системы и является ещё одним гарантом безопасности. Ускорительный клапан срабатывает при открытии тормозного крана, при этом впускной клапан открывается, а выпускной закрывается. Поступление и выход воздуха значительно ускоряется, поэтому клапан носит название ускорительный. Клапан ускорительный состоит из следующих элементов:
- Впускной клапан;
- Выпускной клапан;
- Камера управления;
- Поршень;
- Пружина;
- Корпус;
- Выводы.
Ускорительный процесс происходит за счёт быстрой подачи сжатого воздуха. Это обеспечивается благодаря более коротким и толстым трубкам. Ускорительный клапан может быть заменён полностью или отремонтирован.
Типы тормозных механизмов, применяемые в автомобилях
На подавляющем большинстве авто установлены тормозные механизмы фрикционного типа, работающие по принципу сил трения. Устанавливаются они непосредственно в колесе и конструктивно подразделяются на:
- барабанные;
- дисковые.
Существовала традиция устанавливать барабанные механизмы на задние колеса, а дисковые на передние. Сегодня в зависимости от модели могут ставиться одинаковые типы на все четыре колеса – или барабанные, или дисковые.
Устройство и работа барабанного тормозного механизма
Устройство системы барабанного типа (барабанный механизм) состоит из двух колодок, тормозного цилиндра и стяжной пружины, размещенных на щите внутри тормозного барабана. На колодки наклепаны или приклеены фрикционные накладки.
Тормозные колодки своими нижними концами шарнирно закреплены на опорах, а верхними – под воздействием стяжной пружины – упираются в поршни колесного цилиндра. В незаторможенном положении между колодками и барабаном имеется зазор, обеспечивающий свободное вращение колеса.
Когда через тормозную трубку в цилиндр поступает жидкость, поршни, расходясь, раздвигают колодки. Они приходят в плотное соприкосновение с вращающимся на ступице тормозным барабаном, и сила трения вызывает торможение колеса.
Необходимо отметить, что в приведенной конструкции износ передних и задних колодок происходит неравномерно. Дело в том, что фрикционные накладки передней по ходу движения колодки в момент торможения при движении вперёд прижимаются к барабану всегда с большей силой, чем задние. Как выход, рекомендуется менять колодки местами через определенный срок.
Тормозной механизм дискового типа
Устройство дисковых тормозов состоит из:
- суппорта, закрепленного на подвеске, в теле которого размещены наружный и внутренний тормозные цилиндры (может быть один) и две тормозные колодки;
- диска, который закреплен на ступице колеса.
При торможении поршни рабочих цилиндров с помощью гидравлики прижимают тормозные колодки к вращающемуся диску, останавливая последний.