Тормозная система автомобиля, устройство, принцип работы

Неисправности

Тормоза должны быть надёжны по определению их функции, поэтому отказы возможны лишь при несоблюдении регламента и применении бракованных запчастей.

Но проявление неисправностей, не означающих отказ, возможно, что потребует немедленного реагирования:

износ колодок, определяется регламентными замерами их толщины или срабатыванием акустического индикатора с безусловной профилактической заменой;
износ дисков, на что реже обращают внимание, хотя минимальный размер указывается для каждой детали;
подклинивание деталей суппорта от коррозии и износа, определяется по неравномерному износу колодок и нарушению плавности торможения;
течь жидкости из гидравлики, проявляется редко и очень опасна;
трещины материала гибких тормозных шлангов, нужна замена не дожидаясь повреждения корда;
появление воздуха в системе, что заметно по мягкости и увеличению хода педали, систему надо не просто прокачать, а найти и устранить причину, обычно это износ уплотнений из-за нарушения регламента замены жидкости и гидроцилиндров;
отказы ABS, сопровождаемые индикацией на приборной панели;
плохая работа ручного тормоза, обычно устраняется регулировкой привода;
провалы педали, тормоза «схватывают» при повторном нажатии – отказ одного из дублирующих контуров.

Особое внимание следует уделять профилактической замене тормозной жидкости примерно раз в два года. Именно от неё зависит долгая работа тормозной гидравлики, а жидкость способна терять свои свойства от старения и попадания влаги из воздуха

Именно от неё зависит долгая работа тормозной гидравлики, а жидкость способна терять свои свойства от старения и попадания влаги из воздуха.

Разновидности

Тормоза на авто применяться начали сразу с момента появления машин. Первые системы были примитивными и простыми, но со своей задачей справлялись, поскольку и скорость движения автотранспорта была невысокой. По мере усовершенствования авто дорабатывались и тормоза. Также были разработаны различные виды тормозных систем со своими конструктивными отличиями и особенностями.

В целом, все виды тормозных систем, используемых на транспорте можно разделить по категориям:

1. Назначение
2. Тип привода
3. Устройство рабочих механизмов

Поскольку эта система должна осуществлять ряд функций, то в конструкции авто применяется несколько видов тормозов, и у каждого из них свое назначение.

Виды по назначению

На легковых машинах применяется два вида тормозов – рабочий и стояночный. Дополнительно же на автотранспорте могут применяться еще резервный и горный тормоза.

Рабочим осуществляется замедление машины вплоть до полного прекращения движения. Особенность их работы заключается в том, что скорость замедления зависит от силы нажатия на тормозную педаль.

Стояночный тормоз, как понятно из названия, предназначен для обездвиживания авто на стоянке. Благодаря ему колеса блокируются, и машина не сможет самовольно откатиться.

Резервный тормоз, еще называют аварийным. Нужен он для обеспечения остановки авто при поломке рабочей системы. На легковых моделях обычно резервного тормоза как отдельно стоящей системы нет, а его функцию выполняет стояночный тормоз.

Горный тормоз применяется на грузовиках. Суть его заключается в принудительном сбросе оборотов двигателя при движении с горы, что позволяет замедлить авто без использования рабочего тормоза, чтобы исключить перегрев и отказ рабочих механизмов.

Типы привода

Существующие виды тормозных систем различаются и по типу привода. В задачу привода входит передача усилия рабочие механизмы или выполнение определенных действий с их составными частями.

Их можно разделить на:

1. Механический
2. Гидравлический
3. Пневматический
4. Комбинированный

В механическом типе водитель воздействует на рабочие узлы посредством систем тяг, тросов и рычагов. Для рабочих тормозов этот тип привода обычно не используется, зато он нередко применяется на стояночном тормозе.

Гидравлический – самый распространенный на легковушках привод. Построен он на физическом свойстве жидкости — несжимаемости. Это позволяет использовать жидкость для передачи усилия на рабочие механизмы.

Устройство простейшей системы тормозов

Пневматический привод применяется на грузовиках. Здесь основным рабочим телом выступает сжатый воздух, нагнетаемый компрессором. Водитель же нажимая на педаль, открывает каналы, по которым воздух подается в специальные камеры связанные с рабочими механизмами.

Комбинированные приводы обычно используются на спецтехнике. Такой привод может включать в себя конструктивные элементы перечисленных типов приводов. К примеру, он может быть гидромеханическим, электромеханическим и т. д.

Разновидности рабочих механизмов

Рабочие механизмы воздействуют на колеса, обеспечивая замедление их вращения. То есть, это основные элементы тормозной системы. Они могут быть ленточными, дисковыми и барабанными. Первый тип практически не используется и его можно встретить только на спецтехнике. Суть работы его сводится к тому, что на оси, которая передает вращение на колесо, сделан барабан, с одетой на нем лентой. При торможении водитель воздействует на ленту, натягивая ее, и за счет трения скорость вращения барабана замедляется.

Дисковые механизмы – одни из самых распространенных на легковых машинах. Здесь основным рабочим элементом выступает диск, жестко посаженный на колесную ступицу. Привод системы связан с суппортом, установленном на тормозном диске. В нем установлены фрикционные колодки. При торможении посредством суппорта осуществляется прижим колодок к диску, и трение между ними замедляет вращение ступицы.

В барабанных тормозах вместо диска используется барабан, посаженный на ступицу. Внутри него на неподвижной части ступицы размещены две колодки в виде полумесяцев. При торможении привод обеспечивает разжатие колодок, в результате они прижимаются к барабану и замедляют его вращение.

Принцип работы стояночного тормоза

Он является чисто механическим устройством. Приводится в действие поднятием рычага «ручника» в вертикальное положение до момента щелчка фиксатора. При этом происходит натяжение двух металлических тросов, проходящих под днищем автомобиля, которые плотно прижимают тормозные колодки задних колес к барабанам.

Для снятия машины со стояночного тормоза надо пальцем утопить фиксирующую кнопку и опустить рычаг книзу, в первоначальное положение.

Не забывайте перед началом движения проверить положение ручника! Езда с не отпущенным ручным тормозом быстро выведет из строя тормозные колодки.

Силовые роликовые стенды

Силовые роликовые стенды с использованием сил сцепления колеса с роликом позволяют измерять тормозные силы в процессе его вращения со скоростью 2.10 км/ч. Вращение колес осуществляется роликами стенда от электродвигателя. Тормозные силы определяют по реактивному моменту, возникающему на статоре мотор-редуктра стенда при торможении колес.

Роликовые тормозные стенды позволяют получать достаточно точные результаты проверки тормозных систем. При каждом повторении испытания они способны создать условия (прежде всего скорость вращения колес), абсолютно одинаковые с предыдущими, что обеспечивается точным заданием начальной скорости торможения внешним приводом. Кроме того, при испытании на силовых роликовых тормозных стендах предусмотрено измерение так называемой «овальности» — оценка неравномерности тормозных сил за один оборот колеса, т.е. исследуется вся поверхность торможения.

При испытании на роликовых тормозных стендах, когда усилие передается извне (от тормозного стенда), физическая картина торможения не нарушается. Тормозная система должна поглотить поступающую извне энергию даже несмотря на то, что автомобиль не обладает кинетической энергией.

Есть еще одно важное условие — безопасность испытаний. Самые безопасные испытания — на силовых роликовых тормозных стендах, поскольку кинетическая энергия испытуемого автомобиля на стенде равна нулю

В случае отказа тормозной системы при дорожных испытаниях или на площадочных тормозных стендах вероятность аварийной ситуации очень высока.

Следует отметить, что по совокупности своих свойств именно силовые роликовые стенды являются наиболее оптимальным решением как для диагностических линий станций техобслуживания, так и для диагностических станций, проводящих гостехосмотр.

Современные силовые роликовые стенды для проверки тормозных систем могут определять следующие параметры:

• по общим параметрам транспортного средства и состоянию тормозной системы — сопротивление вращению незаторможенных колес; неравномерность тормозной силы за один оборот колеса; массу, приходящуюся на колесо; массу, приходящуюся на ось
• по рабочей и стояночной тормозным системам — наибольшую тормозную силу; время срабатывания тормозной системы; коэффициент неравномерности (относительную неравномерность) тормозных сил колес оси; удельную тормозную силу; усилие на органе управления

Данные контроля выводятся на дисплей в виде цифровой или графической информации. Результаты диагностирования могут выводиться на печать и храниться в памяти компьютера в базе данных диагностируемых автомобилей.

Результаты проверки тормозных систем могут выводиться также на приборную стойку.

Динамику процесса торможения можно наблюдать в графической интерпретации. График показывает тормозные силы (по вертикали) относительно усилия на педали тормоза (по горизонтали). На нем отражены зависимости тормозных сил от усилия нажатия на педаль тормоза как для левого колеса (верхняя кривая), так и для правого (нижняя кривая).

С помощью графической информации можно наблюдать также разницу в тормозных силах левого и правого колес. На графике показано соотношение тормозных сил левого и правого колес. Кривая торможения не должна выходить за границы нормативного коридора, которые зависят от конкретных нормативных требований. Наблюдая характер изменения графика, оператор-диагност может сделать заключение о состоянии тормозной системы.

Стояночная тормозная система

В классическом приводе «ручника» используется простейший тросовый механизм. В салоне установлен рычаг стояночного тормоза с храповым устройством, блокирующим тросы в натянутом состоянии и отпускаемым нажатием кнопки.

Принцип работы

Первичный трос от рычага к балансирному устройству не имеет оболочки, а дальше к каждому из задних колёс идут тросы типа «боуден» оболочечного типа. Их гибкость позволяет передавать усилие по пути, удобному для прокладки.

Наконечники у задних тормозных щитов связаны через систему рычагов с колодками, основными при использовании барабанов и дополнительными в случае дисковых задних тормозов. За счёт упругости тросового привода давление на колодках сохраняется неограниченно долго.

В последнее время всё чаще появляются электрические системы стояночного тормоза, где для включения его достаточно потянуть за клавишу.

Электропривод сам натянет тросы и отпустит их или при обратном нажатии клавиши, или автоматически, что облегчит трогание на подъёме.

Материалы применяемые в тормозных системах

До сих пор мы исходили из того, что диски тормозов изготовлены из чугуна или стали. Но почему именно из них? Оказывается, к материалу диска предъявляется много требований. Кроме очевидной прочности и высокого коэффициента трения это еще и стабильность характеристик при нагреве, высокая теплопроводность, большая теплоемкость, стойкость к тепловому удару вследствие быстрого и сильного нагрева, а так же низкая способность к адгезии, дабы пары трения не прилипали друг к другу. Среди металлов этим требованиям в некоторой степени отвечают отдельные сорта стали и чугуна. И все же падение коэффициента трения по мере нагрева и склонность к короблению ограничивают температуру таких тормозов на уровне 500 градусов.

Есть и более стойкие материалы. Например, керамические диски способны выдержать нагрев едва ли не до 1000оС, почти не снижая при этом коэффициент трения. А уж если вспомнить, что они в два раза легче стальных, не склонны к деформации при резкой смене температур и обладают ресурсом, исчисляющимся сотнями тысяч километров, то в перспективе этой технологии почти не сомневаешься. Но, увы, всё предопределила их огромная стоимость – в среднем разница с обычными тормозами составляет несколько тысяч евро! При такой цене керамические диски остаются уделом лишь избранных суперкаров, тем более что почувствовать преимущества таких тормозов можно лишь в гоночных условиях. Подтверждением тому служит проведенный недавно нами тест двух Porsche Panamera, где модель с керамическими дисками даже проиграла в замерах тормозного пути – всё решили более цепкие покрышки.

Нельзя не упомянуть и про карбоновые диски, получившие широкое распространение в автоспорте, особенно в Формуле-1. Их главные преимущества над керамическими – примерно в пять раз меньший вес, рост(!) коэффициента трения по мере нагрева и чуть большая предельная температура – около 1200оС. Однако диапазон рабочих температур у них уже – от 300 до 650 градусов. Если нагрев недостаточен, то коэффициент трения мал, и торможение неэффективно, если же температура повышена, то карбон быстро окисляется и изнашивается. Именно поэтому гонщики Формулы-1 всегда греют тормоза перед стартом гонки, а сами тормоза оснащены специальными воздухозаборниками, захватывающими воздух для охлаждения со скоростью до 400 литров в секунду! Но и этого иногда оказывается недостаточно, и тогда на долгих интенсивных торможениях мы видим, как из колес болидов летит черная карбоновая пыль разрушающихся от перегрева дисков. В общем, исключительно гоночная технология, неприменимая в условиях обычных езды.

Мы вернемся к реальности и поговорим о колодках – не менее важной детали тормозов. В отличие от дисков, фрикционный материал колодки испытывает не столь разносторонние механические нагрузки (в основном это нагрузка на сдвиг и сжатие), а потому требования к прочности не столь высоки и для изготовления можно применять различные композитные материалы

В частности, используются составы, включающие в себя около десятка различных компонентов, каждый из которых отвечает за какое-либо свойство. Например, оксиды металлов повышают коэффициент трения и износостойкость, а графит предотвращает «схватывание». В качестве же армирующего компонента, основы, используют различные заменители асбеста (сам асбест ныне не применяется в связи с его канцерогенными свойствами). Все эти компоненты, взятые в определенной пропорции — в зависимости от требуемых характеристик — смешиваются с каким-либо связующим веществом (видом смолы или каучука), нагреваются и спрессовываются. На выходе – фрикционные накладки для колодок. В общем, в распоряжении инженеров есть масса рецептов и возможностей придания колодкам тех или иных свойств.

Требования к оформлению

Диагностическая карта заполняется уполномоченным специалистом специализированной организации-оператора по техническому осмотру. Документ оформляется в письменной форме в двух экземплярах. Информация в нем может быть внесена любой ручкой или с помощью печатающего устройства. Один экземпляр выдается на руки владельцу обследованного авто или его законному представителю, а второй хранится у оператора, представитель которого проводил смотр и оформлял бумаги. Диагностическая карта должна быть заполнена в соответствии с требованиями нормативно-правовых источников. В них предусмотрена регламентированная форма документа. Данные в нее вносятся по результатам проведенного осмотра в соответствии с определенным порядком, основы которого рассмотрены в таблице.

Во избежание спорных ситуаций, актуальных в процессе расследования при ДТП, потери от которых компенсируются по страховому полису, диагностическая карта должна сохраняться на протяжении трех лет. Документ может быть оформлен в электронной форме. Сформированный файл отправляется автовладельцу на указанный им электронный адрес. Он также направляется для регистрации данных в единой базе ЕАИС. Его хранение обеспечивается оператором на выделенном сервере на протяжении пяти лет.

Тормоза с гидравлическим приводом

В легковых автомобилях распространение получил гидравлический тип привода.

В целом рабочий тормоз состоит из пяти элементов, цепь расположения которых выглядит так:

• Педаль;
• Усилитель (вакуумный);
• Главный тормозной цилиндр;
• Трубопроводы;
• Рабочие цилиндры (входящие в конструкцию исполнительных механизмов);

В основу работы всей этой системы положена такое свойство жидкости, как отсутствие изменения объема при создании давления на нее (она не сжимается).

Благодаря этому и существует возможность использования жидкости в качестве элемента для передачи усилия.

Принцип работы такой системы очень прост: водитель прикладывает усилие, нажимая на педаль, а имеющийся в конструкции усилитель повышает его.

Далее усилие передается на поршни главного цилиндра. Те, перемещаясь, создают давление на жидкость, из-за чего она выдавливается из цилиндра, и по трубопроводам подается на рабочие цилиндры.

Поршни рабочих механизмов от полученного воздействия жидкости перемещаются, обеспечивая срабатывание рабочего механизма.

У барабанного механизма имеется два поршня рабочего цилиндра, которые взаимодействуют с колодками.

У дисковых тормозов в суппорте установлен только один рабочий цилиндр с поршнем. Но сам суппорт может перемещаться по своим осям крепления.

У этого механизма тормозной диск располагается между двух колодок, установленных в суппорте.

Поршень при создании давления на него прижимает только одну колодку к диску, вторая же прижимается суппортом, который смещается при давлении поршня в колодку и диск.

Данный тип привода сейчас оснащается дополнительными механизмами и системами, такими как вакуумный усилитель, облегчающих водителю создание усилие на жидкость, а такжеABS система, которая исключает полную блокировку колес при торможении, что не дает авто пойти юзом и значительно уменьшает тормозной путь.

При отпускании педали, установленные в главном цилиндре пружины, возвращают поршни в начальное положение, что приводит к сбросу давления в системе, и возврат рабочих поршней в исходную позицию.

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.

Схема дисковых тормозов

Дисковый тормозной механизм состоит из тормозного диска, который закреплен на колесе и вращается вместе с ним, двух неподвижных колодок, которые установлены внутри суппорта по обе стороны от тормозного диска.

Суппорт крепится на кронштейне. На суппорте, в его пазах также крепятся рабочие цилиндры, которые во время торможения прижимают тормозные колодки к диску.

Тормозные колодки после отпускания педали тормоза возвращаются в исходное положение пружинными элементами.

Тормозной диск в процессе торможения, под воздействием сил трения сильно нагревается. Охлаждение тормозных дисков происходит за счет конвективного омовения потоком воздуха. Для улучшения отвода накапливаемого диском тепла в нем делаются специальные отверстия и в этом случае диск является вентилируемым. Для еще большего повышения эффективности процесса торможения и нивелирования последствий перегрева диска на спортивных и скоростных автомобилях устанавливают тормозные диски, изготовленные с применением специальных керамических материалов.

Тормозной привод служит для обеспечения управления всеми составляющими тормозного механизма. В современных тормозных системах применяются такие типы тормозных приводов: механический, пневматический, гидравлический, электрический и комбинированный.

Механический привод применяется в стояночной тормозной системе (ручник). Механический привод — это система тяг, тросов и рычагов, которые служат для соединения рычага стояночного тормоза с тормозным механизмом задних колес автомобиля.

Существует также система механического привода стояночного тормоза, приводимая в действие с помощью ножной педали.

Гидравлический привод является наиболее распространенным типом привода в рабочей системе тормозов. Конструкция гидравлического привода включает: педаль тормоза, главный тормозной цилиндр, вакуумный усилитель тормозов, рабочие цилиндры, шланги и трубопроводы.

Принцип работы гидравлического привода тормозов описан чуть выше.

Для обеспечения надежности тормозной системы работа гидравлического привода организуется по двум (как правило) независимым контурам. При поломке одного контура, его функции берет на себя другой контур. Рабочие контуры могут дублировать функции друг-друга либо выполнять часть какую-то часть функций второго контура. Возможно также и выполнение каждым контуром строго своих функций. Наиболее распространенной является диагональная схема работы контуров.

Пневматический привод используется преимущественно в тормозной системе грузовых автомобилей.

Комбинированный тормозной привод, как следует из названия, представляет собой сочетание (комбинацию) двух видов привода (электропневматический, например).

Далее скажем пару слов о дополнительных системах, которые делают автомобиль более безопасным…

Анти-блокировочная система ABS, предназначается для предотвращения блокирования колес автомобиля во время очень сильного нажатия на педаль тормоза, что позволяет избежать движения юзом, и сохранить контроль над автомобилем. В состав системы ABS (Antilock Brake System) входят три элемента – это датчик измерения скорости, который устанавливается на каждом колесе, модулятор давления тормозной жидкости и блок управления системой ABS.

Система TCS создана на основе системы ABS и предназначена для предотвращения пробуксовывания колес во время слишком резкого старта или на скользкой дороге. Система (Traction Control System) существует и под названиями: ASR, ASC, ETS. Она отличается от системы ABS только наличием модифицированного блока управления.

ESP. Еще одной полезной системой, которая может устанавливаться на автомобиле, является система электронной стабилизации колес ESP. Эта система работает в повороте, причем его угол и скорость не имеют значения, при возникновении заноса задней оси автомобиля, ESP (Electronic Stability Program) обеспечивает подтормаживание переднего наружного колеса. В такой ситуации образуется стабилизирующий момент, возникающий между колесами автомобиля, который возвращает движущийся автомобиль на безопасную траекторию.