Устройство и принцип работы тормозной системы

Предназначение тормозной системы

Тормозная система применяется для регулирования скорости движения или для фиксации автомобиля во время покоя. Особые навыки управления позволяют использовать тормоза для резких, сложных маневров, которые не связаны со снижением скорости движения.

Если двигатель и другие системы позволяют набирать скорость, то тормоза проводят ее сброс. Естественно, чем они надежнее и совершеннее, тем лучше происходит торможение.

История создания

Для того чтобы понять принцип работы системы, которая способна снизить скорость за несколько секунд, следует обратить внимание на историю ее создания. Столь совершенная система была получена не сразу, а путем проб и ошибок, которые определили как название систем, так и их эксплуатационные качества.

История создания первых механизмов, которые позволяли снизить скорость, начинается с гужевого транспорта. При больших скоростях лошадь не могла сама остановить повозку быстро, поэтому стали использовать системы рычагов, когда к ободу прижималась колодка. До 1920 года подобная система применялась и на первых автомобилях.

Тогда за одну поездку приходилось несколько раз менять кожаную накладку, так как она быстро истиралась. Подобная, но усовершенствованная система по сей день используется на скоростных велосипедах.

В начале 20 века автомобили стали разгоняться до скорости выше 100 км/час. Именно тогда стало ясно, что именно тормозная система не позволяет совершенствовать автомобиль. Интересным фактом можно назвать, что именно дисковые тормоза появились первыми. Однако используемые материалы при изготовлении определяли сильный скрежет на момент движения. Поэтому большой популярностью стали пользоваться барабанные системы. На тот момент их хватало всего на 2 тысячи пройденного пути.

До 1953 года проводилось совершенствование барабанных тормозных систем. И только после этого года была разработана иная система, которая основывалась на применении дисков. После этого конструкция усовершенствуется и при создании современных автомобилей.

Преимущества дисковых тормозов

При рассмотрении практически всех современных легковых автомобилей следует отметить, что они имеют дисковую систему. Это связано с нижеприведенными нюансами:

• Конструкция намного проще, а значит дешевле и надежнее.
• Проводится автоматическое регулирование зазора при стирании накладок.
• Конструкция компактнее и легче, что позволяет создавать быстрые спортивные автомобили.
• Несмотря на уменьшение площади колодок эффективность подобной системы значительно выше. Это связано с тем, что диск и колодки имеют ровную поверхность, а это обеспечивает равномерное прижимание.
• Проще провести обслуживание. Проводить ограничение прижимной силы не нужно.
• Лучшее охлаждение, так как воздух свободно циркулирует. Стоит отметить, что перегрев зачастую приводит к значительному ухудшению работы тормозов. Поэтому для повышения эффективность охлаждения используют специальные колесные диски.
• Продукты загрязнения легко удаляются. В барабане зачастую накапливается большое количество грязи, что обуславливает снижение эффективности работы системы.

Однако при создании подобной конструкции также были выявлены некоторые трудности. Примером можно назвать необходимость воздействия большого усилия, что возможно стало при использовании только гидравлического привода. Также устанавливается механизм, который позволяет уменьшить необходимое усилие при нажатии на педаль.

Устройство тормозной системы

Тормозная система авто состоит из двух групп устройств:

1. Устройства привода: педаль (выполняет роль рычага), цилиндры, вакуумный усилитель для повышения усилия давления на педаль, бачок, трубопроводы, шланги (у гидроприводов), рычаги, система тяг, всевозможные тросы, наконечники (у механических приводов), воздухозаборник, компрессор, ресивер, дроссель, распределитель, пневмомотор (у пневмоприводов). Привод нужен для создания усилия и передачи воздействия непосредственно от педали к тормозному механизму.
2. Тормозные механизмы: диск, суппорт, накладки (для дисковых механизмов) или барабан, колодки, поршень, цилиндр (для барабанных механизмов). Дисковый механизм монтируют на передних , барабанный – на задних  колёсах Тормозной механизм формирует  тормозной момент – главное условие для замедления или полной остановки машины.

На картинке представлено устройство системы с гидроприводом и задними барабанными тормозными механизмами:

1. Колесный цилиндр заднего барабанного тормоза. Прижимает к барабанам тормозные колодки заднего тормоза. Переносит на колодки давление, полученное в главном цилиндре (мастер-цилиндре).
2. Тросовый привод ручного тормоза.
3. Уравновешивающий механизм.
4. Регулируемая тяга стояночного тормоза (такой тормоз выручает, когда нужно удержать машину на  уклонах).
5. Рукоятка стояночного тормоза.
6. Педаль. Рычажный механизм, формирующий тормозное усилие,пропорциональное силе, прилагаемой к педали.
7. Вакуумный усилитель рабочего привода. Работает совместно с главным (мастер-) цилиндром. В бензиновых моторах вакуум создается подключением вакуумной камеры к впускному коллектором, в дизелях – за счёт работы специального вакуумного насоса.
8. Шланг тормозного механизма.
9. Мастер-цилиндр.
10. Суппорт. Предназначен для крепления переднего дискового механизма к неподвижной части подвески колеса.
11. Компенсационный бачок. Обеспечивает требуемое количество тормозной жидкости в контуре.
12. Механический регулятор тормозных сил в задней оси. В быту – «колдун». Помогает  оказать противодействие заносу задней оси транспортного средства, обеспечить пропорциональное  торможение  каждым из  колёс автомобиля минимизировать риски ДТП.
13. Рычаг привода регулятора

Основная система

Современные легковые автомобили оборудованы основными ТС, состоящими из тормозных механизмов и тормозного гидропривода. При нажатии ногой на тормозную педаль мышечное усилие передается на главный тормозной цилиндр. Это устройство имеет поршень, при движении которого увеличивается давление в гидравлических тормозных трубках, идущих к каждому колесу. На каждом колесе автомобиля давление тормозной жидкости воздействует на поршень тормозного механизма, в результате чего выдвигаются тормозные колодки, которые прижимаются к тормозному диску или тормозному барабану. Сила трения замедляет вращение колес, а соответственно, и движение автомобиля.

Рис 1. Схема гидропривода тормозной системы
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

Гидропривод основной ТС состоит из:

• главного тормозного цилиндра (обычно комплектуется вакуумным усилителем, но может устанавливаться и без него);
• регулятора давления задних тормозных механизмов;
• рабочего контура (трубка диаметром 4-8 миллиметров).

Рабочий контур служит для соединения между собой устройств гидропривода и тормозных механизмов. Главный тормозной цилиндр (сокращенно — ГТЦ) используется для преобразования усилия, прилагаемого водителем к тормозной педали, в избыточное давление гидравлической жидкости, а также распределения давления по рабочим контурам. Емкость для запаса тормозной жидкости крепится на ГТЦ или отдельно. На большинстве автомобилей вместе с ГТЦ устанавливают вакуумные усилители, увеличивающие силу давления в тормозной системе. Этот усилитель (рисунок 2) конструктивно подсоединен к главному тормозному цилиндру. Основной частью усилителя является специальная камера, разделенная резиновой диафрагмой на два объема. Одна часть связана с впускным коллектором двигателя, в котором создается разрежение, а другая — с атмосферой. Благодаря перепаду давлений и большой площади диафрагмы, дополнительное усилие при нажатии на педаль тормоза может доходить до 30 — 40 килограммов и более. Это существенно облегчает работу водителя во время торможений и способствует сохранению его работоспособности на длительное время.

Рис 2. Схема вакуумного усилителя тормозов
1 — главный тормозной цилиндр; 2 — корпус вакуумного усилителя; 3 — диафрагма; 4 — пружина; 5 — педаль тормоза
Регулятор снижает давление в цилиндрах тормозных механизмов на задних колесах. Во время торможения инерция движущегося автомобиля и направленная в противоположную сторону сила трения (прилагаемая ниже центра тяжести транспортного средства) создают опрокидывающий момент. Более мягкая передняя подвеска в результате «проседает», задние колеса, наоборот, «разгружаются». В силу этого даже при не слишком резком, но интенсивном торможении могут блокироваться задние колеса, что иногда приводит к заносу машины. В зависимости от перемены расстояния между кузовом автомобиля и элементами задней подвески (продольного наклона кузова) сила давления в приводе задних тормозов относительно передних ограничивается. В результате чего удается избежать блокировки задних колес или же она возникает намного позже (в зависимости от загруженности и скорости замедления автомобиля).

Вспомогательная система

Рабочий тормозной контур, согласно нормативным требованиям ЕЭС, должен разделяться на два: основной и вспомогательный. В случае, если система исправна, работают оба контура, а при разгерметизации одного из них — другой обеспечивает торможение, работая в аварийном режиме. Наиболее распространенными являются три типа разделения рабочих контуров (рисунок 3):

• 2 + 2 тормозных механизмов, подключенные параллельно (передние + задние);
• 2 + 2 тормозных механизмов, подключенные диагонально (левый передний + правый задний и т. п.);
• 4 + 2 тормозных механизма (один контур объединяет тормозные механизмы всех четырех колес, а в другой включены только два передних).

Рис 3. Схема вариантов компоновки гидропривода:
1 — главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем; 2 — регулятор давления жидкости в задних тормозных механизмах; 3-4 — рабочие контуры.

Стояночная система

У стояночной тормозной системы имеется механический привод, за редким исключением, на задние колеса. От рычага стояночного тормоза тонким тросом идет к задним тормозным механизмам, в которых установлено устройство, прижимающее к барабану (диску) штатные либо дополнительные (стояночные) колодки. Регулировку стояночного тормоза обычно производят с помощью эксцентрика на тормозном механизме, а также регулировочной гайкой штока приспособления, соединяющего приводной трос и рычаг, или методом изменения места расположения рычага в салоне автомашины.

Рис 4. Схема действия дискового тормозного механизма
1 — наружный рабочий цилиндр (левого) тормоза; 2 — поршень; 3 — соединительная трубка; 4 — тормозной диск переднего (левого) колеса; 5 — тормозные колодки с фрикционными накладками; 6 — поршень; 7 — внутренний рабочий цилиндр переднего (левого) тормоза

Дисковый тормозной механизм (рисунок 4) состоит из:

• суппорта;
• тормозных цилиндров (двух или одного);
• тормозного диска;
• двух тормозных колодок.

Суппорты крепятся на поворотных кулаках передних колес автомобиля. В суппорте находятся оба тормозных цилиндра и пара тормозных колодок. Колодки находятся с обеих тормозного диска, который вращается вместе колесом, закрепленном на нем. Когда водитель давит на педаль тормоза, под воздействием тормозной жидкости поршни начинают выдвигаться из цилиндров и прижимать тормозные колодки к поверхности диска. Когда же водитель отпускает педаль, и колодки, и поршни отодвигаются обратно из-за небольшого «биения» диска. В отличие от барабанных, дисковые тормоза очень просты в обслуживании. Замена тормозных колодок в этих механизмах не доставит больших хлопот даже новичку.

Преимущества дисковых тормозов:

• характеристики дисковых тормозов не теряют стабильности при воздействии повышенной температуры, а у барабанных эффективность снижается;
• температурная стойкость дисков гораздо выше, в том числе и потому, что диски лучше охлаждаются (некоторые типы тормозных дисков не монолитные, а полые внутри с отверстиями для лучшей вентиляции);
• большая эффективность торможения уменьшает тормозной путь;
• ниже вес и меньше размеры;
• увеличивается чувствительность тормозов;
• уменьшается время срабатывания;
• изношенные колодки легко заменяются, тогда как на барабанных приходится тратить усилия и время на подгонку колодок, прежде чем одеть барабаны;
• примерно 70% кинетической энергии автомашины гасится передними тормозами, при наличии и задних дисковых тормозов нагрузка на передние диски снижается;
• температурные расширения на качество контакта тормозных поверхностей не влияют.

Рис 5. Схема действия барабанного тормозного механизма
1 — тормозной барабан; 2 — тормозной щит; 3 — рабочий тормозной цилиндр; 4 — поршни рабочего тормозного цилиндра; 5 — стяжная пружина; 6 — фрикционные накладки; 7 — тормозные колодки

Барабанный тормозной механизм (рисунок 5) включает следующие компоненты:

• тормозной щит;
• тормозной цилиндр;
• две тормозные колодки;
• стяжные пружины;
• тормозной барабан.

Тормозной щит жестко крепится к балке заднего моста, а на щите установлен рабочий тормозной цилиндр. В результате нажатия на тормозную педаль поршни в цилиндре раздвигаются и давят на верхние части тормозных колодок. Колодки, изготовленные в форме полуколец, своими накладками прижимаются к внутренней поверхности тормозного барабана, который вращается при движении автомобиля вместе с колесом, которое на нем и закреплено. Торможение колеса осуществляется за счет силы трения, возникающей при контакте между барабаном и накладками колодок. Когда водитель отпускает педаль тормоза, стяжные пружины возвращают колодки на прежние позиции.
Основные преимущества барабанных тормозов:

• невысокая стоимость и простота изготовления;
• эффект механического самоусиления. Вследствие того, что нижние части тормозных колодок связаны между собой, трение передней колодки о барабан усиливает прижатие к поверхности барабана задней колодки. Данный эффект способствует многократному росту тормозного усилия, передаваемого от водителя, и быстрому повышению тормозящего действия при увеличении давления на педаль.

Виды дисковых тормозных механизмов

Дисковые тормоза делятся на две большие группы по типу применяемого суппорта (скобы):

• механизмы с фиксированной скобой;
• механизмы с плавающей скобой.

Механизм с фиксированной скобой

В первом варианте скоба имеет возможность перемещаться по направляющим и имеет один поршень. Во втором случае скоба фиксирована и содержит два поршня, установленные по разные стороны от тормозного диска. Тормозные механизмы с фиксированной скобой способны создавать большее усилие прижатия колодки к диску и, соответственно, большую тормозную силу. Однако и стоимость их выше, чем у тормозов с плавающей скобой. Поэтому данные тормозные механизмы применяются, в основном, на мощных автомобилях, (с использованием нескольких пар поршней).

Виды тормозных дисков

По материалу изготовления тормозные диски подразделяются на:

1. Чугунные;
2. Диски из нержавейки;
3. Карбоновые;
4. Керамические.

Керамический диск

Чаще всего тормозные диски изготовлены из чугуна, который имеет хорошие фрикционные свойства и невысокую стоимость производства. Износ тормозных дисков из чугуна не велик. С другой стороны, при регулярном интенсивном торможении, вызывающем повышение температуры, возможно коробление чугунного диска, а при попадании на него воды – покрытие трещинами. Помимо этого, чугун достаточно тяжелый материал, а после длительной стоянки может покрываться ржавчиной.

Известны диски и из нержавейки, которая не так чувствительна к перепадам температур, но обладает более слабыми фрикционными свойствами, чем чугун.

Перфорированный вентилируемый диск

Карбоновые диски отличаются меньшим весом, по сравнению с чугунными. Также они имеют более высокий коэффициент трения и рабочий диапазон. Однако по своей стоимости такие диски могут конкурировать со стоимостью автомобиля малого класса. Да и для нормальной работы необходим их предварительный прогрев.

Керамические тормоза не могут сравниться с карбоном по показателю коэффициента трения, но имеют ряд своих преимуществ:

• устойчивость к высокой температуре;
• стойкость к износу и коррозии;
• высокая прочность;
• небольшая удельная масса;
• долговечность.

Есть у керамики и свои минусы:

• плохая работа керамики при низких температурах;
• скрип при работе;
• высокая стоимость.

Тормозные диски можно подразделить и на:

1. Вентилируемые;
2. Перфорированные.

Первые состоят из двух пластин с полостями между ними. Это сделано для лучшего отвода тепла от дисков, средняя рабочая температура которых составляет 200-300 градусов. Вторые имеют перфорацию/насечки по поверхности диска. Перфорация или насечки предназначены для отвода продуктов износа тормозных колодок и обеспечения постоянного коэффициента трения.

Виды тормозных колодок

Стандартные безасбестовые тормозные колодки

Тормозные колодки, в зависимости от материала фрикционных накладок, подразделяются на следующие виды:

• асбестовые;
• безасбестовые;
• органические.

Первые очень вредны для организма, поэтому чтобы поменять такие колодки, нужно  соблюдать все меры безопасности.

В безасбестовых колодках роль армирующего компонента могут выполнять стальная вата, медная стружка и другие элементы. Стоимость и качество колодок будут зависеть от их составляющих элементов.

Наилучшими тормозными свойствами обладают колодки, сделанные на основе органических волокон, но и стоимость их будет высока.

Диагностика тормозной системы

Для диагностирования общей эффективности тормозной системы зачастую применяются специальные стенды.

Наибольшее распространение получили барабанные стенды, позволяющие определить усилие, создаваемое тормозной системой на каждом колесе и время срабатывания системы.

Затем исходя из показаний, производится обслуживание и ремонт.

Народные методы диагностики тормозов.

Одним из таких методов является замер тормозного пути. Именно этот метод положен в основу площадочного стенда.

Суть метода сводиться к движению авто с определенной скоростью по ровной площадке с последующим экстренным торможением.

После этого замеряется тормозной путь и на основе замеров и сравнения их с номинальным значением, указанным в тех. документации к авто, определяется эффективность тормозов.

К примеру, на ВАЗ 2109 в полностью загруженном состоянии тормозной путь на сухой ровной поверхности при скорости 80 км/ч должен составлять примерно 38 м.

Значение меньше или таковое указывает на отличную работу тормозов, большее значение сигнализирует о проблемах в работе.

Недостатком этого метода является невозможность определения эффективности работы тормозов на каждом колесе и время срабатывания привода.

Также на показания в значительной мере влияют дорожные условия при проведении диагностики (мокрая поверхность дороги или сухая и т.д.).

Уход за тормозной системой автомобиля

Тормозная система играет одну из основных ролей в обеспечении безопасности при движении на автомобиле.

Поэтому в обязательном порядке необходимо следить за ее состоянием и своевременно проводить техническое обслуживание.

Поскольку что в рабочем, что в стояночном тормозе составных элементов немного, то уход за всей системой не очень сложен.

В перечень работ по обслуживанию входит:

• Контроль уровня рабочей жидкости в бачке;
• Прокачка гидравлического привода для удаления воздуха из системы;
• Замена изношенных колодок;
• Проверка и регулировка ручника.

Помимо этого, также периодически следует осматривать состояние гидравлических магистралей, особенно их резиновых частей.

Что касается дисков и барабанов, то они тоже изнашиваются, но очень медленно, поэтому замене они подлежат очень редко, если, конечно, диск не покоробило от перепада температур.

Особенности ремонта элементов тормозной системы.

Следует отметить, что ремонт тормозов авто не является особо дорогостоящим, если он не оборудован дополнительно вспомогательными системами.

А вот если имеется та же АБС, да еще включающая в себя несколько систем (антиблокировка колес и система экстренного торможения) и на премиальном авто, к примеру, любой из современных Ауди, неисправности именно с этими системами могут обойтись очень дорого.

Какой бы тормозной системой не оснащался автомобиль, она требует постоянного контроля работоспособности, а также обслуживания и ремонта, поскольку это значительно влияет на безопасность движения.

Без определенных знаний все выше перечисленное сделать сложно, поэтому мы надеемся, что после прочтения данной статьи вы начали хоть немного разобраться в этих вопросах.