Принцип работы тормозной системы автомобиля

Автомобиль — это технически сложное транспортное средство, в состав которого входит множество систем и механизмов. Не смотря на стремительное развитие технологий, основные требования к машинам  всех времен остаются неизменными: это возможность совершать движение (с помощью двигателя), изменять траекторию его (рулевое управление), а также вовремя и безопасно останавливать автомобиль (система торможения). В данной статье рассмотрен принцип работы тормозной системы автомобиля — самой главной системы, которая требует должного к себе внимания.
 

Виды  тормозных систем

Как многим может показаться, виды тормозных систем не ограничиваются педалью рабочего и рычагом ручного тормоза, помимо них в современных автомобилях присутствует хотя бы еще одна система. Все их можно классифицировать следующим образом:

1. Рабочий тормоз (основной)

Служит как элемент управления автомобилем, который позволяет контролировать скорость движения транспортного средства и останавливать его. Элемент управления рабочим тормозом — это педаль, которая находится в ногах у водителя (исключение составляют машины для инвалидов, где используются подрулевые рычаги). Принцип действия любой тормозной системы базируется на передаче усилия ноги водителя к тормозным исполнительным устройствам (колодкам) посредством трубопроводов, часто усиливаясь в вакуумных усилителях. В торможении также могут участвовать и прицепы, если их масса соизмерима с массой тягача. Рабочая система может использовать все типы приводов: механический (рычаги и тросы), гидравлический (жидкостный), пневматический (воздушный), электромагнитный и комбинированный. Главным отличием от других систем является возможность управлять тормозным усилием на колесах, изменяя усилие на педали тормоза.

2. Запасной тормоз (аварийный)

Не сложно догадаться из названия, что он необходим при отказе рабочего тормоза, что бы обеспечить аварийную остановку транспортного средства. Такой тормоз может иметь более низкую эффективность, чем рабочий. Это либо отдельная (автономная) тормозная магистраль, работа которой начинается только при отказе основной, либо часть рабочей тормозной системы. Примером такой системы служит распространенная многоконтурная тормозная система. Она содержит как минимум два контура — для передних и задних колес.
Автомобили высокого класса снабжены отдельным контуром для каждого колеса. Устройство тормозной системы с большим числом контуров делает систему максимально работоспособной, потому как отказ одного контура не влечет полную потерю тормозного усилия. Если вы не предпочитаете агрессивную манеру вождения, то можете долгое время не узнать, что ваши тормоза не совсем исправные, так как для городского цикла их эффективности будет достаточно. Но даже при наличии большого числа контуров не стоит пренебрегать их обслуживанием, потому что при экстренном торможении, из-за неисправности контура, автомобиль будет подвержен заносу и полной потере управления.

К запасному тормозу так же, как и к рабочему, предъявляется требование — наличие модуляции тормозного усилия. Модуляция тормозного усилия — это возможность его дозирования (плавного управления), является одним из параметров характеризующих качество системы в целом.

3. Стояночный тормоз

Именно этот тип тормозов является излюбленным у многих лихачей, потому что для легковых автомобилей он позволяет отдельно блокировать задние колеса и пускать машину в занос. Но это отнюдь не его предназначение. Он необходим для фиксации транспортного средства в статическом состоянии при стоянке на уклоне или подъеме. Для его активации используется ручной рычаг, в народе известный как «ручник», с фиксацией положения. Не смотря на возможность модуляции торможения, к запасному его не относят.

4. Вспомогательный тормоз

Необходим для длительного торможения, что бы поддерживать постоянную скорость на затяжных спусках. Этот тип тормоза не использует колесные тормоза, а реализуется за счет торможения двигателем. Такое торможение реализуется за счет прекращения подачи топлива в двигатель и перекрытия впускного тракта. Таким тормозом можно воспользоваться на любом автомобиле с ДВС. Особо развита эта техника на грузовиках, где применены специальные меры для максимальной его эффективности.

Конструкция тормозной системы

Для того что бы понять как работает тормозная система автомобиля необходимо разобраться из чего она состоит. Рассмотрим, что входит в тормозную систему на примере гидравлической системы, как самой распространенной для использования в рабочем тормозе.

1. Главный тормозной цилиндр

Это основа всей системы, с помощью него происходит преобразования механической силы нажатия на педаль в гидравлическое давление. Как правило, состоит из нескольких секций, часто двух, которые обеспечивают передачу усилия в разных контурах. Для переднеприводных авто используется перекрестные контура (связано переднее и заднее колесо с разных сторон в одном контуре), а для заднеприводных предпочтительнее объединение передних и задних колес попарно. Главный тормозной цилиндр оборудован расширительным бачком, который представляет собой сообщающийся сосуд с цилиндром. Он необходим для подпитки системы в случае наличия протеканий в трубопроводах или тормозных цилиндров на суппортах. Многие производители оборудуют бачок датчиком уровня тормозной жидкости, который сообщает на приборной панели, что достигнут критически низкий уровень.

2.  Вакуумный усилитель тормозов

Усилитель предназначен для уменьшения требуемого усилия водителя на педали, для обеспечения эффективного торможения. Усилитель тормозов может отсутствовать на легких автомобилях (например, ВАЗ 2101), где мускульной силы человека достаточно для эффективного торможения. Однако с повышением массы автомобиля требуется повышение тормозного усилия. Вакуумный усилитель предназначен для решения этой задачи. Для уменьшения усилия на педали используется разрежение во впускном коллекторе, которое помогает толкать поршень. Это реализовано с помощью дополнительной герметичной камеры перед главным цилиндром, из которой двигатель, откачивая воздух, увеличивает усилие на поршне. Его конструкция очень проста, эффективна и надежна.

3. Трубопровод

Эта часть самая простая и понятная. Нагнетаемая главным тормозным цилиндром жидкость передается к колесным тормозным системам с помощью системы трубопроводов, которые представляют собой металлические трубки, заполненные тормозной жидкостью, способные выдерживать высокие давления. Возле подвески колеса трубка переходит в армированный шланг, который передает усилие в тормозные цилиндры, не препятствуя перемещению колеса.

4. Колесная тормозная система

Бывает двух типов — барабанная и дисковая. Хоть они и различны по конструкции, но все равно оба используют фрикционные свойства материалов — механическое трение. Принцип работы тормозной системы с барабанным тормозом весьма прост. Внутри барабана находятся две, закругленные по радиусу барабана, тормозные колодки, которые приводятся в действие с помощью одного или нескольких толкателей. При наличии одного толкателя одна из колодок является набегающей, которая по ходу движения барабана получает эффект «затягивания». Затягивание работает как своеобразный усилитель. Для повышения эффективности торможения используют два толкателя, что бы эффект «затягивания» действовал на обе колодки. Минусом такой конструкции является ухудшенная модуляция, что делает торможение неудобным и резким. Принцип действия тормозной системы с дисковым тормозом также основан на механическом трении колодок. Отличие в том, что колодки зажимают металлический диск соосный с колесом. Их конструкция более простая и ремонтнопригодная. На диск надет суппорт с цилиндрами-толкателями, к которым прикреплены колодки. Так как колодки ходят под углом 90̊, то эффект «затягивания» здесь отсутствует, что приводит к уменьшению эффективности по сравнению с барабанными тормозами. Взамен мы получаем превосходную модуляцию. Именно благодаря такой конструкции тормоза, диски получили широко применение в большинстве видов транспорта.

Диски против барабанов

Барабанные тормоза уже почти исчерпали свой потенциал, их стараются все реже применять в современной технике. Оправдывают свое применение только там, где их преимущества принципиально важны, не смотря на недостатки. Главным преимуществом является тормозное усилие, которое пропорционально площади пятна контакта рабочей поверхности (барабана) и колодки. Конструкция барабана позволяет максимально эффективно использовать его площадь и увеличивать ее не только за счет увеличения диаметра, но и за счет ширины барабана. Тормозной диск же можно увеличивать только в диаметре, который ограничивается диаметром колеса. К тому же барабан является герметичным для влаги и пыли из окружающей среды, что не дает возможности образоваться абразивной пленке на поверхностях трения и как результат повышает срок службы. Барабанный тормоз не выделяет большого количества тепла, что делает возможным использование более дешевых и менее термостойких тормозных жидкостей. Отсюда следует вывод, что использование дисковых тормозов на тяжелых грузовиках и автобусах невозможно. А вот для легкового автомобиля дисковый тормоз незаменим. Поскольку легковые автомобили имеют значительно более высокие скорости передвижения, то использовать резкие барабанные тормоза невозможно, так как нужно очень плавно и в больших пределах изменять момент торможения.

Также немаловажную роль играет масса устройства, которая критична как для гражданских автомобилей, так и для спортивных. Самым большим недостатком дисковых тормозов является большая подверженность перегреву, вследствие которого резко ухудшается эффективность торможения. Также возможно вскипание тормозной жидкости, что может привести к потере тормозов вовсе. Резкие перепады температуры искривляют тормозной диск, что приводит к самопроизвольному подтормаживанию автомобиля. Водитель будет чувствовать при этом ритмичные удары по педали тормоза. Это может произойти, например, после того как автомобиль с затяжного спуска наезжает на лужу. Как же работает дисковая тормозная система повсеместно и не выходит из строя после первого же затяжного спуска? Для обеспечения работоспособности используют не цельные диски, а с полостью внутри, которая имеет аэродинамические ребра, что обеспечивает активную вентиляцию и теплоотвод. Такие диски называют вентилируемыми. Тормозная система спортивного автомобиля испытывает колоссальные перегрузки, иногда даже можно наблюдать, что диски раскалены докрасна. Поэтому для улучшения теплоотвода  делают перфорацию диска, жертвуя тормозным моментом. Также применены все возможные воздушные аэродинамические каналы, которые перенаправляют потоки воздуха на тормозной диск. Вдобавок для изготовления диска используют керамику, которая обладает повышенной износостойкостью, эффективностью и стойкостью к перегреву. Сегодня такие тормоза можно увидеть и на некоторых серийных авто.

Тормозная жидкость

Принцип работы гидравлической тормозной системы отличается от пневматической способом передачи тормозного усилия. От качества и состояния тормозной жидкости напрямую зависит эффективность и стабильность системы. Поэтому на нее следует периодически обращать внимание, даже если она не убывает в расширительном бачке, и своевременно заменять.
В тормозной жидкости обязательно присутствуют присадки (2-7%), которые предотвращают ее окисление при перегреве и позволяют защитить гидросистему от коррозии. Именно состав тормозной жидкости определяет ее основные свойства.
 
Основные свойства тормозной жидкости:

  • Температура кипения. Должна быть как можно выше, что бы при нагреве тормозов жидкость не закипала и не образовывала пары, которые делают ее «сжимаемой». Как результат педаль проваливается в пол, а тормозной путь в разы увеличивается.
  • Вязкость. Определяет способность жидкости проходить по трубкам системы. Температура жидкости может изменяться в широких пределах от -50̊  зимой и свыше 200̊ в тормозном цилиндре. В связи с этим изменяется ее плотность, а значит и вязкость, при этом жидкость должна без особого сопротивления прокачиваться по системе.
  • Воздействие на материалы системы. Качественная жидкость не влияет на геометрию, эластичность и прочность уплотнений. Что может вызывать затрудненное перемещение поршня в цилиндре, или же наоборот протекание. Металлические части системы не должны подвергаться коррозии от тормозной жидкости, что приведет к ускоренному увеличению зазоров либо пробою гидролинии.
  • Смазывающие свойства. Это обязательное требование, так как сухое трение в разы увеличивает износ.
  • Гигроскопичность. Это способность впитывать воду. Этот параметр должен быть как можно меньшим, поскольку присутствие воды значительно снижает температуру кипения.

Выбирать какую тормозную жидкость использовать в своем автомобиле не приходится. За вас это определяет производитель. Нужно понимать, что использование тормозных жидкостей, не состоящих в списке разрешенных, может вывести из строя всю тормозную систему. Также нельзя смешивать разные жидкости, они, как правило, не совместимы, что в итоге даст отрицательный эффект.

Тормозная система требует тщательного ухода и обслуживания, не стоит этим пренебрегать, так как от нее напрямую зависит не только ваша жизнь, но жизни ваших близких и окружающих. Это совсем не сложно, нужно лишь придерживаться простых правил и вовремя производить обслуживание и замену агрегатов.

Тел.: +7 (84235) 4-84-42
ул. Промышленная, д.2
г. Димитровград, Ульяновская обл., 433504