Тормозная система автомобиля: устройство и типы

Типы тормозных механизмов, применяемые в автомобилях

Подавляющее большинство автомобилей имеют тормозные механизмы фрикционного типа, работающие по принципу сил трения. Они устанавливаются непосредственно на колесо и конструктивно делятся на:

• барабан;
• диск.

Существовала традиция установки барабанных механизмов на задние колеса и дисковых на передние. Сегодня, в зависимости от модели, одни и те же типы могут быть установлены на все четыре колеса, будь то барабанные или дисковые.

Устройство и работа барабанного тормозного механизма

Устройство барабанной системы (барабанный механизм) состоит из двух колодок, тормозного цилиндра и стяжной пружины, размещенных в щите внутри тормозного барабана. Фрикционные накладки приклепаны или приклеены к колодкам.

Тормозные колодки своими нижними концами шарнирно закреплены на опорах, а верхними концами под действием стяжной пружины упираются в поршни колесного цилиндра. В безтормозном положении между колодками и барабаном имеется зазор, обеспечивающий свободное вращение колеса.При попадании жидкости в цилиндр через тормозную трубку поршни, расходящиеся, разъединяют колодки. Они входят в тесный контакт с тормозным барабаном, который вращается на ступице, и сила трения заставляет колесо тормозить. Следует отметить, что в предыдущей конструкции износ передних и задних колодок происходит неравномерно. Дело в том, что фрикционные накладки передней колодки по ходу движения в момент торможения при движении вперед всегда давят на барабан сильнее, чем задние.

Как выход из положения рекомендуется менять колодки местами через определенный срок.

Тормозной механизм дискового типа

Устройство дискового тормоза состоит из:

• суппорт, закрепленный на подвеске, в корпусе которой находятся наружный и внутренний тормозные цилиндры (можно по одному) и две тормозные колодки;
• диск, прикрепленный к ступице колеса.

При торможении поршни рабочих цилиндров гидравлически прижимают тормозные колодки к вращающемуся диску, останавливая последний.

Типы тормозной системы применительно к энергоснабжающему устройству

Мускульная тормозная система

Тормозная система, в которой в качестве энергии, необходимой для создания тормоз­ной силы, используется только физическое усилие водителя.

Энергоснабжаемая тормозная система

Тормозная система, в которой в качестве энергии, необходимой для создания тормоз­ной силы, используется усилие водителя и один (или более) дополнительный источник энергии.

Не мускульная тормозная система

Тормозная система, в которой в качестве энергии, необходимой для создания тормоз­ной силы, используется один (или более) источник энергии, исключая физическое усилие водителя.

Примечание: тормозная система, в которой водитель автомобиля может увеличить тор­мозную силу при отключении источников энергии посредством увеличения мускуль­ного усилия, не включена в вышеприведен­ное определение.

Инерционная тормозная система

Тормозная система, в которой энергия, не­обходимая для создания тормозной силы, возникает в результате приближения при­цепа к тягачу.

Гравитационная тормозная система

Тормозная система, в которой энергия для создания тормозной силы возникает в ре­зультате опускания сцепного устройства прицепа, например, дышла, благодаря силе тяжести.

ABS — электронная тормозная система

Следовательно, если задние тормоза развивают ту же силу, что и передние, вероятность блокировки задних колес увеличится. Используя датчики скорости вращения колеса, блок управления ABS определяет этот момент и контролирует входное усилие. Следует отметить, что распределение сил между осями при торможении существенно зависит от массы груза и его расположения. Вторая ситуация, когда вмешательство электроники становится полезным, возникает при остановке под углом. В этом случае внешние колеса загружены, а внутренние — разгружены, поэтому существует риск их блокировки. На основании сигналов от датчиков колес и датчика ускорения EBD определяет условия торможения колес. А с помощью комбинации клапанов она регулирует давление жидкости, подаваемой на каждый из колесных механизмов.

Виды тормозных систем автомобиля

Для реализации хорошего и стабильного торможения,
конструкторы предусмотрели в автомобиле несколько видов тормозов.

Рабочая

Первоочередная функция этого узла — снижать скорость
вращения колес машины вплоть до окончательной остановки. На автомобилях
современного образца рабочий тормоз состоит из нескольких компонентов
(подробнее ниже).

Схема тормозной системы автомобиля
Схема тормозной системы автомобиля

Работа тормозной системы основана на простейшем
принципе — при включении привода, гидравлическое давление повышается. Активируются
цилиндры, срабатывают колодки, вращение колес замедляется, и машина
останавливается.

Запасная

Служит для экстренной или аварийной остановки
машины, если главный тормоз отказал или неисправен. Практически выполняет аналогичную функцию блокировки колес.
Может работать как
самостоятельный узел или часть основной — например, реализуется один из
контуров привода.

Запасная тормозная система
Схема запасной тормозной системы

Стояночная

Эта часть тормоза выполняет другую функцию —
удерживает автомобиль на спусках и при длительных стоянках, блокируя задние
колеса. Также она поможет при аварийном/экстренном торможении, когда остальные
системы неисправны. Этот вид тормоза часто называют ручным, так как задействуют
его привод на многих автомобилях рукой (исключение, Мерседес-Бенц).

Стояночный тормоз
Схема стояночного тормоза

Электронный привод тормозной системы

Во время процесса торможения педаль тормоза должна быть нажата со значительной силой. Сама система обеспечит наименьший тормозной путь. На сухих дорогах ABS может сократить тормозной путь автомобиля примерно на 20% по сравнению с тормозным путем автомобилей с заблокированными колесами. На снегу, льду, мокром асфальте разница, конечно, будет намного больше. Заметил. Применение АБС помогает увеличить срок службы шин. Установка АБС существенно не увеличивает стоимость автомобиля, не усложняет его техническое обслуживание и не требует от водителя особых навыков вождения. Постоянное совершенствование конструкции систем вместе со снижением их цены вскоре приведет к тому, что они станут неотъемлемой, стандартной частью автомобилей всех классов. Проблемы с работой АБС.

Типы электронной тормозной системы

В самых дорогих и, следовательно, наиболее эффективных четырехканальных системах каждое колесо имеет индивидуальный контроль давления тормозной жидкости. Естественно, что количество датчиков угловой скорости, модуляторов давления и каналов управления в этом случае равно количеству колес. Все четырехканальные системы выполняют функцию EBD, регулировку тормозного моста. Самые дешевые стоят один общий модулятор и один канал управления. С таким ABS все колеса дезинфицируются, когда хотя бы одно из них заблокировано. Наиболее широко используется система с четырьмя датчиками, но с двумя модуляторами и двумя каналами управления. Они регулируют давление на оси в соответствии с сигналом датчика или самого плохого колеса. Наконец, они запускают трехканальную систему. Три модулятора этой системы обслуживают три канала. Теперь мы переходим от теории к практике. Почему вы все еще должны стремиться купить автомобиль с ABS?

Как работает ГТЦ

Внутри металлического корпуса ГТЦ друг за другом размещены два поршня. Когда водитель жмет на тормозную педаль, усилие через толкатель передается на вакуумный усилитель тормозов. Тот в свою очередь толкает шток ГТЦ. Шток непосредственно упирается в первый поршень главного тормозного цилиндра, который сжимая тормозную жидкость, создает давление в первом контуре. Одновременно с этим шток продолжает движение и второй поршень создает давление во втором контуре. В пустоты, оставшиеся после движения поршней, подается тормозная жидкость. Она поступает из компенсационного резервуара, установленного сверху ГТЦ. Создав давление в тормозной системе, ГТЦ таким образом передает энергию сжатия на колесные цилиндры. Это приводит к прижатию тормозных колодок к тормозному диску или к распиранию барабанных колодок внутри тормозного барабана. Автомобиль замедляется.

Когда водитель снимает ногу с педали тормоза, шток возвращается в исходное положение. Поршни тоже возвращаются на место благодаря возвратным пружинам. Давление в системе уменьшается, а вытесненная поршнями тормозная жидкость возвращается в бачок.

Для предотвращения перетекания тормозной жидкости между поршнями или вытекания из корпуса ГТЦ, в его конструкции используются резиновые манжеты.

Конструкция

Конструкция главного тормозного цилиндра:

1. Шток вакуумного усилителя тормозов.
2. Стопорное кольцо.
3. Перепускное отверстие первого контура.
4. Компенсационное отверстие первого контура.
5. Первая секция бачка.
6. Вторая секция бачка.
7. Перепускное отверстие второго контура.
8. Компенсационное отверстие второго контура.
9. Возвратная пружина второго поршня.
10. Корпус главного цилиндра.
11. Манжета.
12. Второй поршень.
13. Манжета.
14. Возвратная пружина первого поршня.
15. Манжета.
16. Наружная манжета.
17. Пыльник.
18. Первый поршень.

Схема работы

Для того, чтобы даже в случае утечек автомобиль мог замедляться, гидравлическую тормозную систему всегда делят на два отдельно работающих контура. Именно поэтому все современные тормозные цилиндры получили двухсекционную конструкцию с двумя поршнями. Даже если в одном контуре невозможно создать давление и поршень ходит свободно, то в другом ГТЦ сможет спровоцировать успешное торможение.

Контуры подключаются к колесам по-разному, в зависимости от производителя и типа привода. Самые распространенные варианты схемы работы:

• Параллельный 4+2, когда один контур работает на всех четырех колесах, а второй — только на передних (страхует первый).
• Параллельный 2+2, с отдельными контурами для обеих осей (распространено для автомобилей с задним приводом).
• Диагональный 2+2, когда один контур работает на правое переднее и левое заднее колесо, а второй — наоборот. Если откажет один из контуров, второй позволит тормозить обе стороны автомобиля.

Из чего состоит электронная тормозная система автомобиля?

Он состоит из магнитного сердечника, расположенного внутри катушки. Электрический ток индуцируется в обмотке при вращении зубчатого колеса. Частота которого прямо пропорциональна угловой скорости колеса. Информация, полученная таким образом от датчика, передается по кабелю на электронный блок управления. Электронный блок управления, получающий информацию, вызываемую от колес, управляет устройством контроля моментов их блокировки. А потому что засорение вызвано избыточным давлением тормозной жидкости в линии, которая ведет ее к колесу. Мозг генерирует команду понизить давление. Модуляторы. Модуляторы, содержащие, как правило, два электромагнитных клапана, выполняют эту команду. Первый блокирует доступ жидкости к линии, проходящей от главного цилиндра к колесу. И второе, при избыточном давлении, открывает путь для тормозной жидкости в резервуаре батареи низкого давления.

Регулятор тормозного усилия, гидравлический модулятор ABS

Между главным тормозным цилиндром и колес­ными тормозами расположен гидравлический модулятор ABS или системы динамической ста­билизации и, в зависимости от объема функций, регулятор тормозного усилия. Эти компоненты, ограничивая и адаптируя тормозное давление в основном на задней оси, обеспечивают адек­ватное распределение тормозных сил между пе­редней и задней осями. Эта функция, особенно у автомобилей с заметно разными режимами нагрузки, может выполняться в зависимости от нагрузки (автоматическое измерение тормоз­ных сил в зависимости от нагрузки).

Гидравлический модулятор изменяет тормозное давление во время торможения таким образом, чтобы предотвращать бло­кирование колес. В зависимости от режима управления эта операция выполняется не­сколькими электромагнитными клапанами и электрическим насосом. В тормозных си­стемах легковых автомобилей управление передней осью осуществляется отдельно, т.е. каждое колесо тормозится соответственно сцеплению с дорогой. Управление задними колесами осуществляется по принципу наи­меньшего сцепления, т.е. оба колеса тормо­зятся с усилием, соответствующим колесу с наименьшим сцеплением с дорогой (см. также «Антиблокировочная система и си­стема динамической стабилизации»).

Обслуживание тормозных дисков и колодок

Износ и замена дисков

Износ тормозных дисков напрямую связан со стилем вождения автомобилиста. Степень износа определяется не только километражем, но и ездой по плохим дорогам. Также на степень износа тормозных дисков влияет их качество.

Минимально допустимая толщина тормозного диска зависит от марки и модели транспортного средства.

Основными факторами, указывающими на то, что передние или задние тормозные диски необходимо менять, являются:

• биение дисков при торможении;
• механические повреждения;
• увеличение тормозного пути;
• снижение уровня рабочей жидкости.

Износ и замена колодок

Износ тормозных колодок, прежде всего, зависит от качества фрикционного материала. Немаловажную роль играет и стиль вождения. Чем интенсивнее будет торможение, тем сильнее износ.

Передние колодки изнашиваются быстрее задних за счет того, что при торможении они испытывают основную нагрузку. При замене колодок лучше менять их одновременно на обоих колесах, будь-то задние или передние.

Неравномерно могут изнашиваться и колодки, установленные на одну ось. Это зависит от исправности рабочих цилиндров. Если последние неисправны, то они сдавливают колодки неравномерно. Разница в толщине накладок в 1,5-2 мм может говорить о неравномерном износе колодок.

Существует несколько способов, позволяющих понять, нужно ли менять тормозные колодки:

1. Визуальный, основанный на проверке толщины фрикционной накладки. На износ указывает толщина накладки в 2-3 мм.
2. Механический, при котором колодки оснащаются специальными металлическими пластинками. Последние по мере истирания накладок начинают соприкасаться с тормозными дисками, из-за чего скрипят дисковые тормоза. Причиной скрипа тормозов является истирание накладки до 2-2,5 мм.
3. Электронный, при котором используются колодки с датчиком износа. Как только фрикционная накладка сотрется до датчика, его сердечник соприкоснется с тормозным диском, электрическая цепь замкнется и загорится индикатор на приборной панели.

Усиленные тормоза

Инженерные открытия, находки сумели в настоящее время улучшить в несколько сотен, а то и тысяч раз работу тормозов. Современные тормозные системы такх фирм, как JBT, Brembo, Rotora изготовляются намного мощнее двигателей, а значит, способны остановить мотор намного мощнее. В основном современные легковые автомобили оснащены механическими тормозами, которые используют энергию двигателя для усиления работы тормозов.

Чтобы избежать полного отказа тормозов, современные автомобили снабжены двумя параллельными системами торможения. Каждая из этих систем контролирует два колеса. Поэтому при отказе одной системы, другая выполнит торможение в любом случае.
В процессе эволюции системы торможения претерпели огромные изменения. Например, несколько лет назад многие автомобили были оснащены тормозами барабанного типа, сейчас, же барабаны установлены лишь на задних колесах.

Уход за тормозами в машине

Основы правильного обслуживания подробно изложены в каждой инструкции по эксплуатации. Сводятся они к контролю состояния колодок и дисков при каждом плановом ТО, осмотру шлангов и металлических трубок магистралей, регламентной замене жидкости и контролю её уровня в расходном бачке главного цилиндра.

Недопустимо использование низкокачественных запчастей вторичного рынка. Дешёвые колодки не смогут эффективно работать, в лучшем случае появятся скрипы, а в худшем они способны быстро износить диски или отказать при перегреве.

Замену жидкости в системах с ABS надо проводить с применением специальной программы сканера, иначе в блоке останется старая смесь с водой и ржавчиной. Перекрытые клапаны не дадут её слить при обычной прокачке.

Сразу после замены колодок надо несколько раз нажать на тормоз, иначе педаль может неожиданно провалиться.

Но даже после этого некоторое время колодки будут прирабатываться, прежде чем наберут свою полную эффективность.

Краткий экскурс в историю

Как только было изобретено колесо, сразу же встал вопрос: как замедлить его вращение и сделать этот процесс максимально плавным. Первые тормозные механизмы выглядели очень примитивно – деревянный брусок, закрепленный на системе рычагов. При контакте с поверхностью колеса создавалось трение, и колесо останавливалось. Сила торможения зависела от физических данных водителя – чем сильнее нажимался рычаг, тем быстрее транспорт останавливался.

На протяжении многих десятилетий механизм дорабатывался: брусок обтягивали кожей, меняли его форму и положение возле колеса. В начале 1900-х годов появилась первая разработка эффективного автомобильного тормоза, правда, очень шумная. Более улучшенный вариант механизма предложил Луи Рено в том же десятилетии.

С развитием автоспорта в тормозную систему вносились значительные коррективы, так как у машин выросла мощность и вместе с тем скорость. Уже в 50-х годах ХХ века появились разработки действительно эффективных механизмов, обеспечивающих быстрое замедление колес спортивного транспорта.

На тот момент в автомобильном мире уже имелось несколько вариантов разных систем: и барабанные, и дисковые, и колодочные, и ленточные, и гидравлические, и фрикционные. Были даже электронные устройства. Конечно, все эти системы в современном исполнении сильно отличаются от их первых аналогов, а некоторые вообще не используются из-за своей непрактичности и низкой надежности.

В наши дни самой надежной системой является дисковая. На современных спортивных автомобилях устанавливаются большие диски, которые работают в паре с широкими тормозными колодками, а суппорты в них имеют от двух до 12 поршней. Кстати о суппорте: он имеет несколько модификаций и разное устройство, но это тема для другого обзора.

Бюджетные автомобили оснащаются комбинированной тормозной системой – спереди на ступицах закреплены диски, а на задних колесах – барабаны. Элитные и спортивные машины на всех колесах имеют дисковые тормоза.

Усилитель электронной тормозной системы

Усилитель тормозов обеспечивает экстренное торможение, когда водитель резко нажимает на педаль тормоза, но этого недостаточно. Для этого система измеряет, насколько быстро и с какой силой водитель нажимает на педаль. Затем при необходимости немедленно увеличьте давление в тормозной системе до максимума. Технически эта идея реализуется следующим образом. Пневматический усилитель тормозов имеет встроенный датчик скорости штока и электромагнитный привод. Как только сигнал от датчика скорости поступает в центр управления, стержень движется очень быстро. Это означает, что водитель резко ударяет по педали, активируется электромагнит, который увеличивает силу, действующую на шток. Давление в тормозной системе автоматически значительно увеличивается в течение миллисекунд. То есть время остановки машины сокращается в ситуациях, когда все решается с момента.

Общий принцип действия тормозной пневмосистемы.

Упрощенно принцип действия можно описать так. воздушный насос – компрессор который имеет привод от двигателя накачивает в систему воздух из атмосферы. Благодаря регулятору давления, в системе создается и поддерживается предусмотренное характеристиками давление воздуха. Запас воздуха, сжатого компрессором, накапливается в специальных баллонах – ресиверах, крепящихся к раме транспортного средства. При надавливании педали тормоза водителем, воздух из ресиверов по трубкам и шлангам заполняет тормозные камеры. Своими штоками камеры приводят в действие механизмы тормозных колодок. Тормозные колодки передают энергию сжатого воздуха тормозным барабанам (дискам) колес. Движение транспорта замедляется. При отпускании водителем педали тормоза, воздух из тормозных камер возвращается в атмосферу. Механические детали системы с помощью встроенных пружин принимают исходное положение. Машина вновь набирает скорость.

Как работает тормозная система при нажатии на педаль тормоза?

При нажатии на педаль тормоза на тормозной цилиндр передается усилие, в поршне главного тормозного цилиндра создается давление, которое передается в систему, и передает его через трубопроводы к рабочим цилиндрам на колесах, которые прижимают колодки к тормозным дискам. Чем сильнее нажимаешь на педаль тормоза, тем больше  создается давление в системе, что в итоге приводит к появлению тормозных сил в точке контакта резины с дорогой. Чем сильнее вы нажмете на педаль тормоза, тем быстрее и качественнее затормозит автомобиль.

Завершение торможения сопровождается перемещение педали тормоза в исходное положение, что обеспечивается возвратной пружиной.  Поршень главного тормозной цилиндра движется в начальное положение, и тормозная жидкость возвращается в главный тормозной цилиндр, при этом разжимаются тормозные колодки. 

Тормозная система приводится в действие с помощью тормозного привода.

Видео: Принцип работы тормозной системы автомобиля

Принцип работы тормозной системы автомобиля следующий:

• движение педали управления механически передается на поршень главного гидроцилиндра;
• движение поршня внутри главного цилиндра вызывает повышение давления жидкости в магистралях, подающих тормозную жидкость к рабочим тормозным цилиндрам каждого колеса;
• повышение давления в рабочих цилиндрах вызывает движение поршня, который сжимает дисковые колодки или разрыхляет барабанные колодки на колесах;
• под действием трения рабочей поверхности колодок о поверхность диска или барабана происходит торможение колес.

Таким образом, давление ноги на педаль усиливается гидросистемой и воздействует на тормозные колодки колес. При снятии ноги с педали гидравлическое давление в системе выравнивается и поршень в главном гидроцилиндре возвращается в исходное положение. Колодки под действием сил возвратных пружин освобождают колесные диски или барабаны. Гидравлический привод используется в качестве привода рабочей тормозной системы легковых и грузовых автомобилей малой грузоподъемности.

Компоненты тормозной системы

Энергоснабжающее устройство тормозной системы

Часть тормозной системы, служащая для ре­гулирования и, если необходимо, увеличения усилий, требуемых для торможения. Она огра­ничена точкой, с которой начинается устрой­ство передачи энергии по различным цепям тормозных систем, включая цепи вспомога­тельных устройств, если они установлены.

Источником энергии является та часть энергоснабжающего устройства, которая вы­рабатывает энергию. Он может быть располо­жен на некотором удалении от транспортного средства, например, при использовании пнев­матической тормозной системы для прицепа. Источником энергии также может служить мускульная сила водителя.

Управляющее устройство тормозной системы

Часть тормозной системы, от которой за­дается работа и управление этой системой. Управляющий сигнал может передаваться в рамках управляющего устройства различными средствами — например, механическими, пнев­матическими, гидравлическими или электри­ческими, включая использование вспомога­тельной энергии или не мускульной силы.

Содержит органы управления и срабаты­вает от:

• Непосредственного воздействия водителя рукой или ногой;
• Косвенного вмешательства водителя или без какого-либо его воздействия (только в случае отсоединения буксируемого при­цепа);
• Изменения давления в соединительном трубопроводе или электрического тока в проводе, между тягачом и прицепом в мо­мент, когда задействуется либо отказывает одна из тормозных систем тягача;
• Инерции транспортного средства или его массы, или инерции одной из его основных составляющих частей.

Управляющее устройство заканчивается в месте распределения энергии для торможе­ния или ее преобразования.

Передающее устройство (тормозной привод)

Часть тормозной системы, которая передает энергию, распределяемую управляющим устройством. Оно начинается либо в точке, где заканчивается управляющее устройство, либо в точке, где заканчивается энергоснаб­жающее устройство. Соединяет управляющее или энергоснабжающее устройство с тормоз­ными механизмами, в которых создаются усилия, направленные против движения автомобиля. Тормозной привод может быть механического, гидравлического, пневма­тического, вакуумного, электрического или комбинированного, например, гидромехани­ческого, гидропневматического типа.

Тормозной механизм

Части тормозной системы, в которых созда­ются силы, противодействующие движению автомобиля или его тенденции к движению, такие как фрикционные тормоза (дисковые или барабанные) или тормоза-замедлители (гидродинамические или электродинамиче­ские замедлители, горные тормоза).

Вспомогательное устройство тягача для прицепа

Часть тормозной системы на тягаче, которая предназначена для передачи энергии к тор­мозным системам прицепа и для управления ими. Вспомогательное устройство содержит линии управления и передачи энергии с со­единительными элементами для тормозной системы прицепа.