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:

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.

Запасная тормозная система

Запасная тормозная система служит для экстренного или аварийного торможения при отказе или неисправности основной. Она выполняет те же функции, что и рабочая тормозная система, и может функционировать и как часть рабочей системы, и как самостоятельный узел.

Стояночная тормозная система

Основными функциями и назначением стояночной тормозной системы являются:

• удержание транспортного средства на месте в течение длительного времени;
• исключение самопроизвольного движения автомобиля на уклоне;
• аварийное и экстренное торможение при выходе из строя рабочей тормозной системы.

Устройство тормозной системы автомобиля

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.

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.

Основные неисправности тормозной системы

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

Заключение

Тормозная система является основой безопасного движения автомобиля. Поэтому на нее всегда должно быть обращено пристальное внимание. При неисправности рабочей тормозной системы эксплуатация транспортного средства запрещается полностью.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Конструкция тормозной системы легкового автомобиля

Тормозные системы для легковых и легких коммерческих автомобилей должны соответ­ствовать требованиям различных директив и предписаний — например, ЕСЕ R13-H, а в Германии — §41 StVZO (Правила регистрации автомобилей). В них изложены требования к функционированию и методам ис­пытаний. Вот о том, какова конструкция тормозной системы легковых автомобилей, мы и поговорим в этой статье.

Вся тормозная система делится на рабочую, стояночную и запасную.

Рабочая тормозная система легкового автомобиля

Рабочая тормозная система в легковых и лег­ких коммерческих автомобилях обычно кон­струируется в виде системы с дополнитель­ным источником энергии. Сила передается через два независимых гидравлических кон­тура (рис. «Тормозная система с двумя гидравлическими контурами и ABS» ).

В случае сбоя, например, течи или по­вреждения трубопровода, работающая часть системы должна сохранять способность до­стижения как минимум эффекта запасного торможения с той же управляющей силой на устройстве управления. Должна обеспе­чиваться возможность измерения эффекта запасного торможения, которое, в свою очередь, должно составлять не менее 50% (ЕСЕ R13H) или 44% (§41 с. 4а). Автомобиль не должен выезжать за пределы своей по­лосы при задействовании запасного тормоза.

Управляющее устройство легкового автомобиля

При задействовании рабочего тормоза мускуль­ная сила ноги водителя воздействует на педаль тормоза. Усилителем тормозов это действие усиливается. Усилители тормозов (рис. «Вакуумный усилитель» ) рабо­тают за счет вакуумного либо гидравлического привода. Вакуумный усилитель тормозов полу­чает из впускного трубопровода или от отдель­ного вакуумного насоса. Гидравлическое усиле­ние тормозов производится от гидроусилителя или от отдельного гидравлического насоса и аккумуляторов давления.

Нажатие педали передается на рычаг и уси­ливается в усилителе тормозов в зависимости от его конструкции, в 4-10 раз и воздействует на поршень в главном тормозном цилиндре (рис. «Главный тормозной цилиндр с центральным клапаном во втором контуре» ). Управляющее усилие преобразуется в гидравлическое давление. При полном тормо­жении это давление варьируется в диапазоне от 120 до 180 бар, в зависимости от конструкции системы.

Передающее устройство (тормозной привод) легкового автомобиля

Гидравлическое давление передается тор­мозной жидкостью по тормозным трубо­проводам стандарта DIN 74243 и тормозным шлангам стандарта SAE J 1401 в тормоз­ные цилиндры колес. Тормозная жидкость должна соответствовать требованиям стан­дарта SAEJ 1703 или FMVSS 116.

Колесные тормоза легкового автомобиля

На передних колесах обычно используются дисковые тормоза с плавающим суппортом, но могут использоваться также дисковые тор­моза с фиксированным суппортом. На задних колесах используются либо дисковые тормоза с плавающим суппортом со встроенным меха­низмом блокировки, либо барабанные тормоза Simplex (см. «Колесные тормоза»). На задних колесах также можно использовать сочетания дисковых тормозов с барабанными Duo-Duplex (система «барабан в головке»), в этом случае барабанный тормоз Duo-Duplex, размещаемый в камере тормозного диска, используется ис­ключительно для системы стояночного тор­моза. Устройство управления стояночным тор­мозом может иметь конструкцию в виде рычага ручного тормоза или педали ножного тормоза с механизмом блокировки. Сила передается с помощью тросиков или системы рычагов на колесные тормоза на задней оси, а в редких случаях и на переднюю ось. В случае электро­механических стояночных тормозных систем тормоз приводится в действие с помощью электрического выключателя (см. «Электро­механическая стояночная тормозная система»).

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»).

Электромеханическая тормозная система

Стояночная тормозная система — это неза­висимая тормозная система, которая должна удерживать автомобиль в неподвижном со­стоянии после полной остановки даже при отсутствии водителя в автомобиле. Требова­ния к эффектам торможения и удержания в неподвижном состоянии изложены в RREG 71/320 ЕСЕ R13H и §41 с. 5 и 9. Эффект удержания в неподвижном состоянии вычис­ляется согласно ЕСЕ R13H на уклоне у авто­мобиля с полной загрузкой. Угол уклона для автомобилей без прицепа составляет 18%. У автомобиля с прицепом эффект удержания в неподвижном состоянии должен достигаться с расторможенным прицепом на уклоне 12%.

Традиционные стояночные тормозные системы являются мускульными и работают чисто механически — это блокируемые руч­ные и педальные тормоза с кривошипно-ша­тунным механизмом. В электромеханических стояночных тормозных системах, также на­зываемых автоматическими стояночными тормозами, управляющее (рабочее) усилие создается электроприводом. Включение и управление осуществляются с помощью электрического выключателя. Электромеха­нический стояночный тормоз можно вклю­чать только при неподвижном состоянии автомобиля или на скорости до 10 км/ч. Это также должно быть возможно при выключен­ном зажигании и выключателе пуска. Если электрическая стояночная тормозная система задействуется на скорости более 10 км/ч, то сначала выполняется экстренное торможение системой динамической стабилизации.

Прилагаемое усилие зависит от угла уклона, на котором стоит автомобиль. Для этой цели устанавливается датчик угла на­клона, в зависимости от системы, в ЭБУ элек­тромеханического стояночного тормоза или системы динамической стабилизации. Под­тягивание тормоза, обусловленное охлаж­дением механических компонентов тормоза, выполняется согласно расчетной температур­ной модели или после обнаружения движе­ния автомобиля.

Необходимо предусмотреть концепцию без­опасности для предотвращения случайной активации системы из-за электрической не­исправности или активации системы детьми. Кроме того, намеренная активация (аварий­ное торможение, необходимое только в слу­чае отказа устройства управления рабочей тормозной системы) электромеханического стояночного тормоза не должна приводить к критическим ситуациям. Если рабочий орган электромеханического стояночного тормоза осознанно задействуется на постоянной основе, то система динамической стабили­зации берет на себя функцию торможения автомобиля на скорости выше 10 км/ч. Это обеспечивает оптимально безопасное тор­можение даже в критических ситуациях. Электромеханический стояночный тормоз активируется только после падения скорости автомобиля ниже определенного порога. Си­стемы сообщаются между собой по каналу связи CAN.

Электрические стояночные тормозные си­стемы могут также включать в себя дополни­тельные функции, такие как автоматическое торможение (например, при открывании двери) или автоматическое отпускание тор­моза при трогании с места.

Электрические стояночные тормозные системы — это системы с дополнительным источником энергии и оснащаются устрой­ством аварийного отпускания. Электрическое управление должно быть реализовано таким образом, чтобы можно было предотвратить случайное торможение во время езды. Кроме того, должна обеспечиваться возможность активации системы даже при выключенном зажигании и пусковом выключателе, и си­стема может быть разблокирована только при включенном зажигании и пусковом вы­ключателе и одновременном нажатии на пе­даль тормоза.

Самодиагностика выявляет сбои и неис­правности и сигнализирует о них с помощью сигнализатора. На информационном дисплее водителя может также появляться текстовое сообщение. Диагностические коды в ЗУ неис­правностей можно считать с помощью диа­гностического тестера и очистить из памяти после устранения неисправностей.

Диагностические тестеры и соответствую­щее ПО могут потребоваться для работ по обслуживанию, например, при замене тор­мозных колодок.

Электромеханический стояночный тормоз с серводвигателем на тормозном суппорте

Электромеханический стояночный тормоз с серводвигателем состоит из следующих ком­понентов (рис. а, «Электрическая стояночная тормозная система» ):

• Рабочий блок, ЭБУ, дисплей и сигнализи­рующие устройства;
• Датчик угла наклона (может устанавли­ваться в системе динамической стабили­зации);
• Плавающий суппорт с электродвигателем и многоступенчатым приводом.

В случае, когда суппорт оборудуется сер­водвигателем, сила для создания эффекта стояночного тормоза передается через мно­гоступенчатый редуктор и вал с резьбой. Он активируется электрическим выключателем (рабочий орган), отправляющим команды управления на ЭБУ в соответствии с кон­цепцией безопасности. ЭБУ, с учетом других граничных условий (например, уклона), акти­вирует электрические серводвигатели по про­водам через отдельные задающие каскады. Очень высокое передаточное число означает, что можно создать очень большие силы. Эти силы составляют приблизительно 15-20 кН и соответствуют силе, прилагаемой при созда­нии номинального гидравлического давления в гидравлической секции тормоза.

Электромеханический стояночный тормоз с тросами

В случае электромеханического стояночного тормоза с тросами в центрально размещае­мый блок — над задней осью, в пассажирском отсеке или в бампере — входят следующие компоненты (рис. Ь, «Электрическая стояночная тормозная система» ):

• Электропривод с редуктором;
• Необходимые датчики, в зависимости от объема функций — например, силы, угла наклона, температуры и датчиков положения;
• ЭБУ;
• Тросовый механизм, при необходимости с устройством аварийного отпускания.

Эта система также активируется с помощью электрического выключателя, отправляю­щего управляющие команды на ЭБУ. ЭБУ активирует электрический серводвигатель или серводвигатели через задающий каскад. Прилагаемая сила зависит от угла уклона. Система автоматически подтягивает трос при остановке автомобиля либо после фазы охлаждения в соответствии с температурной моделью, либо после выявления перемеще­ния автомобиля.