Устройство и принцип работы тормозной системы автомобиля

Тормозная система автомобиля (англ. – brake system) относится к системам активной безопасности и предназначена для изменения скорости движения автомобиля вплоть до его полной остановки, в том числе экстренной, а также удержания машины на месте в течение длительного периода времени. Для реализации перечисленных функций применяются следующие виды тормозных систем: рабочая (или основная), запасная, стояночная, вспомогательная и антиблокировочная (система курсовой устойчивости). Совокупность всех тормозных систем автомобиля называется тормозным управлением.

Рабочая (основная) тормозная система

Главное предназначение рабочей тормозной системы заключается в регулировании скорости движения автомобиля вплоть до его полной остановки.

Основная тормозная система состоит из тормозного привода и тормозных механизмов. На легковых автомобилях применяется преимущественно гидравлический привод.

Схема тормозной системы автомобиля

Гидропривод состоит из:

• главного тормозного цилиндра (ГТЦ);
• вакуумного усилителя;
• регулятора давления в задних тормозных механизмах (при отсутствии АВS);
• блока ABS (при наличии);
• рабочих тормозных цилиндров;
• рабочих контуров.

Главный тормозной цилиндр преобразует усилие, сообщаемое водителем педали тормоза, в давление рабочей жидкости в системе и распределяет его по рабочим контурам.

Для увеличения силы, создающей давление в тормозной системе, гидропривод оснащается вакуумным усилителем.

Регулятор давления предназначен для уменьшения давления в приводе тормозных механизмов задних колес, что способствует более эффективному торможению.

Виды контуров тормозной системы

Контуры тормозной системы, представляющие собой систему замкнутых трубопроводов, соединяют между собой главный тормозной цилиндр и тормозные механизмы колес.

Контуры могут дублировать друг друга или осуществлять только свои функции. Наиболее востребована двухконтурная схема тормозного привода, при которой пара контуров работает диагонально.

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.

Устройство тормозной системы автомобиля

Тормозная система
Основой тормозной системы являются тормозные механизмы и их приводы.

Тормозной механизм служит для создания тормозного момента, необходимого для торможения и остановки транспортного средства. Механизм устанавливается на ступице колеса, а принцип его работы основан на использовании силы трения. Тормозные механизмы могут быть дисковыми или барабанными.

Конструктивно тормозной механизм состоит из статичной и вращающейся частей. Статичную часть у барабанного механизма представляет тормозной барабан, а вращающуюся – тормозные колодки с накладками. В дисковом механизме вращающаяся часть представлена тормозным диском, неподвижная – суппортом с тормозными колодками.

Управляет тормозными механизмами привод.

Гидравлический привод не является единственным из применяемых в тормозной системе. Так в системе стояночного тормоза используется механический привод, представляющий собой совокупность тяг, рычагов и тросов. Устройство соединяет тормозные механизмы задних колес с рычагом стояночного тормоза. Также существует электромеханический стояночный тормоз, в котором используется электропривод.

В состав тормозной системы с гидравлическим приводом могут быть включены разнообразные электронные системы: антиблокировочная, система курсовой устойчивости, усилитель экстренного торможения, система помощи при экстренном торможении (Brake Assist System).

Существуют и другие виды тормозного привода: пневматический, электрический и комбинированный. Последний может быть представлен как пневмогидравлический или гидропневматический.

Периодичность замены колодок и тормозных дисков

Во всех перечисленных случаях необходимо обращаться в профессиональный сервис для ремонта или замены неисправных элементов тормозной системы. Но лучше всего — не допускать критичного износа деталей. Так, например, разница в толщине нового и изношенного тормозного диска не должна превышать 2-3 мм, а остаточная толщина материала колодок должна составлять не менее 2 мм.

Руководствоваться пробегом автомобиля при замене тормозных элементов не рекомендуется: в условиях городской езды, к примеру, передние колодки могут износиться через 10 тыс. км, в то время как в загородных поездках могут выдержать и 50-60 тыс. км (задние колодки, как правило, изнашиваются в среднем в 2-3 раза медленнее, чем передние).

Оценить состояние тормозных элементов можно, и не снимая колеса с автомобиля: на диске не должно быть глубоких проточек, а металлическая часть колодки не должна прилегать вплотную к тормозному диску.

Принцип работы тормозной системы

Работа тормозной системы строится следующим образом:

1. При нажатии на педаль тормоза водитель создает усилие, которое передается к вакуумному усилителю.
2. Далее оно увеличивается в вакуумном усилителе и передается в главный тормозной цилиндр.
3. Поршень ГТЦ нагнетает рабочую жидкость к колесным цилиндрам через трубопроводы, за счет чего растет давление в тормозном приводе, а поршни рабочих цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам.
4. Дальнейшее нажатие на педаль еще больше увеличивает давление жидкости, за счет чего срабатывают тормозные механизмы, приводящие к замедлению вращения колес. Давление рабочей жидкости может приблизиться к 10-15 МПа. Чем оно больше, тем эффективнее происходит торможение.
5. Опускание педали тормоза приводит к ее возврату в исходное положение под действием возвратной пружины. В нейтральное положение возвращается и поршень ГТЦ. Рабочая жидкость также перемещается в главный тормозной цилиндр. Колодки отпускают диски или барабаны. Давление в системе падает.

Важно! Рабочую жидкость в системе нужно периодически менять. Сколько тормозной жидкости потребуется на одну замену? Не более литра-полутора.

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.

Основные неисправности тормозной системы

В таблице ниже приведены наиболее распространенные неисправности тормозной системы автомобиля и способы их устранения.

Вопросы по работе

Каков срок службы тормозных колодок?
Для большинства автомобилей пробег колодок до полного износа составляет до 60 000 км при езде в обычном режиме. Срок службы зависит от стиля вождения, а наличие дефектов на поверхности диска может заметно его сократить. Подробнее в статье — как определить износ колодок.

Каковы температуры торможения?

Температуры, возникающие при трении между колодками и дисками, в норме не превышают 370°С даже в условиях интенсивного движения. При спортивной езде — порядка 480-650°С являются обычной, возрастая до 820°С, Примерно до такой температуры нагреваются колодки машины, когда они приобретают красноватый оттенок.

Не стоит приобретать спортивные колодки из-за того, что любите быструю езду. Подавляющее большинство их нуждается в предварительном «разогреве» и не будут эффективно работать при обычных температурах, а это чревато аварийной ситуацией.

Почему педаль тормоза становиться мягкой или жесткой?

Зачастую педаль тормоза кажется в первое время «мягкой» после установки новых колодок. Необходим некоторый промежуток времени для притирки трущихся поверхностей. «Жесткой» педаль становится после некоторого времени.

Есть ли преимущества в перфорированных дисках?

Они имеют некоторые преимущества — разрушают поверхностную пленку, образующуюся при перегревании тормозов, поддерживают чистоту поверхности тормозной колодки, удаляя продукты сгорания, образующиеся на трущихся поверхностях под воздействием высоких температур.

Барабанные и дисковые исполнительные механизмы

Основная работа при торможении лежит на исполнительных механизмах, ведь именно они обеспечивают замедление вращения колеса.

В основу их работы положена сила трения, поэтому все тормозные механизмы на авто – фрикционного типа.

На автомобилях распространение получили два типа таких механизмов – барабанные и дисковые.

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, преимущества и недостатки.

Примечательно, что комбинирование их вполне приемлемо. Так, у многих авто все механизмы могут быть либо только барабанными (обычно на грузовиках), или только дисковыми (многие легковые авто).

Но также встречается и их комбинация – на передних колесах устанавливаются дисковые, а на задних – барабанные механизмы.

Тормозной механизм дискового типа.

Сейчас такой механизм все чаще используется, благодаря ряду преимуществ перед барабанным типом.

Конструктивно он состоит из нескольких элементов:

• Диск;
• Колодки;
• Суппорт.

Диск выступает одной из фрикционных частей механизма и используется он для создания трения при торможении. Закреплен он на ступице и вращается с идентичной колесу скоростью.

Колодки – вторая фрикционная составляющая. За счет прижима их к диску, между этими элементами создается трение, которое обеспечивает снижение скорости вращения диска, а вместе с ним и колеса.

Для повышения силы трения, на колодках имеются специальные фрикционные накладки.

В конструкцию суппорта входит рабочий цилиндр привода. Именно эта составляющая обеспечивает прижим колодок.

Конструкции его бывают разные — как однопоршневая (наиболее распространена), так и двух двухпоршневая.

Выглядит конструкция этого механизма так: над диском закрепляется суппорт с поршнями, при этом рабочие поршни (один или два) располагаются перпендикулярно боковым поверхностям этого диска.

Между суппортом и двумя боковыми (рабочими) поверхностями диска помещены колодки. В расторможенном состоянии, между фрикционными составляющими имеется зазор, поэтому колодки не мешают вращаться диску.

Теперь немного о том, как срабатывают механизмы с однопоршневым и двухпоршневым суппортами.

В первом случае суппорт может смещаться по направляющим, что и позволяет одновременно прижимать обе колодки.

Действует это так: при возрастании давления в рабочем цилиндре, поршень выходит и начинает прижимать колодку. При этом создается обратное усилие, которое перемещает суппорт по направляющим.

Смещаясь, он корпусом начинает прижимать вторую колодку. В результате происходит выравнивание усилия прижима колодок с обеих сторон диска.

В двухпоршневом же суппорте, его перемещение не предусмотрено, поскольку каждую колодку прижимает свой поршень.

Устройство и работа барабанного тормозного механизма.

Конструкция барабанного исполнительного механизма отличается от дискового, причем кардинально.

Устройство его включает в себя:

• Барабан;
• Колодки;
• Двухпоршневой рабочий цилиндр;
• Щит;
• Стяжные пружины.

Как и в случае с дисковым механизмом, у барабанного имеются две фрикционные составляющие, между которыми возникает трение при торможении. Здесь их роль выполняют барабан и две колодки, выполненных в виде полумесяца.

Барабан является подвижным элементом, он располагается на оси и вращается вместе с колесом. Неподвижным же элементом является щит с закрепленными на нем рабочим цилиндром (вверху) и опорой колодок (внизу).

Колодки (с фрикционными накладками) размещены так, что своими вершинами упираются в поршни цилиндра и опору.

Удерживают их в таком положении за счет стяжных пружин (вверху и внизу) и прижимов. Все элементы, располагающиеся на щите, получаются помещенными внутрь барабана, то есть они закрыты им.

Работает все очень просто: при нажатии на педаль, поршни выходят из цилиндра, и преодолевая усилие пружин, разводят колодки.

Это перемещение приводит к тому, что колодки начинают прижиматься к внутренней поверхности (рабочей) барабана, что и обеспечивает его замедление вращения.

При отпускании педали, пружины возвращают колодки в исходное положение.

Сравнительные характеристики.

Как уже отмечено, каждый из применяемых типов механизмов имеет свои достоинства и недостатки.

К положительным качествам дисковых механизмов относится:

• Высокая эффективность;
• Меньшее время на срабатывание;
• За счет открытой конструкции обеспечивается вентиляция (механизм лучше охлаждается, а также отводятся продукты износа);
• Быстрое удаление влаги;
• Легкость разборки при обслуживании и ремонте.

Но вместе с тем, такие механизмы изнашиваются быстрее, поэтому их обслуживание, с заменой расходных материалов, нужно проводить чаще.

Открытая конструкция имеет и негативные стороны.

Во-первых, между колодкой и диском попадает больше сторонних частиц, что увеличивает скорость износа.

Во-вторых, влаге значительно проще попасть на рабочие элементы. При этом, если диск будет сильно разогрет, высока вероятность его коробления.

Также такие механизмы сложно использовать как элементы стояночной системы.

Что касается барабанных механизмов, то к их достоинствам относятся:

• Большой ресурс без надобности замены расходных материалов;
• Рабочие элементы защищены от попадания сторонних частиц (они закрыты);
• Высокая устойчивость барабана к резким перепадам температур;
• Возможность использования в качестве элемента стояночного тормоза (именно из-за этого очень часто такие механизмы используют на задних колесах).

Но такие тормоза менее эффективны, существует вероятность их отказа при сильном нагреве, обладают более сложной конструкцией, что осложняется ремонт.

К тому же, разрушение пружин или самих колодок может привести к заклиниванию механизма.

Механический тормоз

Механические тормоза стали применяться с появлением барабанных тормозных механизмов, устанавливаемых между колесом и его осью.

Состоял такой тип тормозов из механизмов, включавших в себя:

1. Тормозной барабан;
2. Колодки;
3. Кулачковый вал и пружины, устанавливаемых на каждую ось колеса;
4. Механизма управления, состоящего из системы тросиков и тяг.

Водитель при надобности воздействовал на механизм управления. Его усилие посредством тяг и тросиков передавалось на кулачковый вал.

Этот вал проворачивался и начинал разжимать колодки, заставляя их прижиматься к барабану. Возникающее трение замедляло вращение колеса.

Как рабочий тормоз такой тип привода уже не применяется, разве что в качестве стояночного тормоза он еще используется, но только на авто, оснащенных барабанными механизмами хотя бы на одной оси.

Наука «останавливаться»…

Перед вами друзья парашютный тормоз который снижает скорость и кинетическую энергию, чтобы катапультировавшийся из самолета или с тренажера летчик благополучно приземлился на землю.
Смотрите также: Основные принципы работы тормозного механизма автомобиля [Принцип работы и элементы тормозной системы]

Если вы двигаетесь, то это означает, что у вас есть энергия, т.е., если быть точным — кинетическая энергия. Кинетическая энергия это такая энергия, которой обладает определенный объект, поскольку он имеет массу и скорость (скорость в определенном направлении). Чем больше будет масса (то есть, чем тяжелее объект) и чем быстрее вы или объект будет двигаться, тем больше кинетической энергии будет у вас или объекта.

Все это конечно хорошо, но, что делать, если вам вдруг нужно остановиться? Как же перейти от быстрого движения к тому состоянию, чтобы не двигаться вообще. Для этого вам или объекту необходимо избавиться от своей кинетической энергии.

Например, если вы прыгаете находу с высоты из летящего самолета, то лучшим способом потерять энергию для вас будет парашют. Благодаря гигантскому «мешку ткани» который летит вслед за вами, движение замедляется, то есть уменьшается скорость падения, а следовательно парашют помогает вам избавиться от вашей же кинетической энергии.

В результате парашют позволяет вам спокойно и плавно приземлиться на землю целым и невредимым.

Кстати, мощные драгстер-автомобили, которые являются рекордсменами по разгону с места а с ними и спорткары умеющие разгонятся до рекордных скоростей, также используют у себя для остановки парашюты. Но большинство обычных автомобилей, как вы сами знаете, используют для своей остановки и снижения скорости традиционную гидравлическую тормозную систему, которая была изобретена еще в начале 20 века.

Устройство механизма торможения

Тормозная система на современных авто может включать в себя 3 или 4 контура, выполняющих разные задачи. К ним следует отнести:

• Основной.
• Дублирующий.
• Стояночный (ручной, горный).
• Вспомогательный.

Рабочая система

Главную роль среди перечисленных систем играет основная (рабочая). Она используется непосредственно во время езды и предназначена для замедления ТС вплоть (при необходимости) до полной остановки. Существует два типа рабочих систем:

• Дисковая.
• Барабанная.

Рекомендуем: Оптимальный объем антифриза в системе охлаждения ВАЗ-2110

Специальные колодки в механизмах первого типа при нажатии педали сжимают диск с двух сторон, не давая ему вращаться и останавливая колесо. В системах второго типа колодки устанавливаются внутри колесного барабана. При надавливании на педаль они распирают его, препятствуя вращению колеса.

Дублирующий тормоз

Дублирующий механизм выполняет страховочную роль, вступая в работу при отказе основного. На одних моделях она полностью дублирует задние, а также передние тормоза, на других ее действие распределяется только на одну из частей (чаще всего на задние цилиндры). Иногда эта функция возлагается на ручной тормоз.

Стояночный механизм

Стояночный (горный, ручной) тормоз предназначен для обеспечения устойчивости машины на месте стоянки. Отпуская тормозную педаль, водитель отключает основную систему. Если площадка, выбранная для остановки, имеет даже незначительный уклон, авто может запросто покатиться, и не остановится, пока не упрется во что-либо на пути. «Чем-либо» может оказаться другой автомобиль, стенка здания или дерево, и тогда повреждения практически гарантированы. Дополнительной функцией ручника является удерживание машины на склоне, если она заглохла во время подъема. В этом случае для того, чтобы тронуться с места, водитель плавно отпускает сцепление, одновременно нажимая акселератор и опуская рычаг горного тормоза. При синхронном выполнении этих действий автомобиль назад не покатится.

Привод ручного тормоза ВАЗ 2106: 1 — чехол; 2 — передний трос; 3 — рычаг; 4 — кнопка; 5 — пружина тяги; 6 — тяга защелки; 7 — втулка; 8 — ролик; 9 — направляющая заднего троса; 10 — распорная втулка; 11 — оттяжная пружина; 12 — задний трос; 13 — кронштейн заднего троса

Вспомогательная система

Вспомогательные тормозные механизмы устанавливаются на крупногабаритные и тяжеловесные машины, используемые для перевозки различных грузов на дальние расстояния. Они позволяют частично разгрузить основную систему, когда автомобиль в течение достаточно длительного времени затормаживается на дорогах, проходящих по холмам или расположенным в горах.