Тормозная система автомобиля

Тормозная система автомобиля — это совокупность механизмов, устройств и узлов, предназначенных для замедления движения транспортного средства, его полной остановки, а также удержания на месте во время стоянки. Тормозная система является одним из важнейших элементов активной безопасности автомобиля, от её исправности напрямую зависят жизнь и здоровье водителя, пассажиров и других участников дорожного движения. Работа системы основана на преобразовании кинетической энергии движущегося автомобиля в тепловую энергию посредством трения.

История развития

Первые автомобили конца XIX века оснащались примитивными тормозными механизмами, заимствованными у конных экипажей. Торможение осуществлялось с помощью деревянных колодок, прижимаемых к стальным ободам колёс. Такая система была малоэффективной и быстро изнашивалась.

В 1902 году английский инженер Фредерик Ланчестер разработал первый дисковый тормоз, однако из-за низкого качества материалов и отсутствия подходящих фрикционных накладок технология не получила распространения. В 1910-х годах начали применяться механические тормоза с тросовым приводом, воздействующие на барабаны, установленные на задних колёсах.

Ключевым этапом стало внедрение в 1920-х годах гидравлического привода, предложенного Малкольмом Лоухедом (США). Гидравлика позволила равномерно распределять усилие между колёсами и значительно повысила надёжность. В 1930-х годах появились вакуумные усилители, облегчающие нажатие на педаль.

Массовое внедрение дисковых тормозов началось в 1950-х годах. Первым серийным автомобилем с дисковыми тормозами на всех колёсах стал Citroën DS (1955 год). В 1978 году компания Bosch совместно с Daimler-Benz представила первую антиблокировочную систему (ABS), которая стала революцией в области активной безопасности. С конца XX века тормозные системы активно дополняются электронными ассистентами (EBD, BAS, ESC).

Классификация

Тормозные системы автомобилей классифицируются по нескольким признакам.

По функциональному назначению

• Рабочая тормозная система — основная система, предназначенная для снижения скорости и остановки автомобиля в любых условиях движения. Приводится в действие педалью тормоза.
• Запасная тормозная система — служит для остановки автомобиля при отказе рабочей системы. Часто её функцию выполняет один из контуров рабочей системы (двухконтурный привод).
• Стояночная тормозная система («ручник») — предназначена для удержания автомобиля на месте во время стоянки, особенно на уклонах. Обычно воздействует на задние колёса и имеет механический (рычажный) или электрический привод.
• Вспомогательная тормозная система — используется для длительного поддержания скорости на затяжных спусках (например, в горах) без износа основных тормозов. К ней относятся моторные тормоза (замедлители), ретардеры и горные тормоза на грузовиках.
• Аварийная (противоаварийная) система — автоматически активируется при экстренном торможении (например, система Brake Assist).

По типу тормозного механизма

• Барабанные тормоза — тормозные колодки прижимаются к внутренней поверхности вращающегося барабана.
• Дисковые тормоза — колодки сжимают вращающийся диск с двух сторон.

По типу привода

• Механический — усилие передаётся через тросы и рычаги (в основном для стояночного тормоза).
• Гидравлический — усилие передаётся через тормозную жидкость. Наиболее распространён на легковых автомобилях.
• Пневматический — усилие передаётся сжатым воздухом. Используется на грузовых автомобилях, автобусах и прицепах.
• Электрический — усилие создаётся электромотором (например, в электромобилях и системах «by-wire»).
• Комбинированный — сочетание разных типов (например, гидропневматический).

Устройство и принцип работы

Гидравлическая рабочая тормозная система

Основные компоненты гидравлической тормозной системы легкового автомобиля:

1. Педаль тормоза — орган управления, преобразующий усилие ноги водителя в механическое перемещение.
2. Вакуумный усилитель — использует разрежение во впускном коллекторе двигателя для увеличения усилия на педали.
3. Главный тормозной цилиндр (ГТЦ) — преобразует усилие от педали в давление тормозной жидкости. Современные ГТЦ имеют два независимых контура для обеспечения безопасности.
4. Тормозная жидкость — специальная жидкость на основе гликолей или силикона, передающая давление от ГТЦ к колёсным цилиндрам. Она не должна сжиматься и должна иметь высокую температуру кипения.
5. Тормозные трубки и шланги — магистрали, по которым циркулирует жидкость.
6. Регулятор давления (колдун) — в некоторых автомобилях распределяет тормозное усилие между осями для предотвращения блокировки задних колёс.
7. Колёсные тормозные механизмы — непосредственно создают тормозной момент.

Дисковый тормозной механизм

Состоит из:

• Тормозной диск — вращается вместе со ступицей колеса. Изготавливается из чугуна, стали или керамики. Может быть вентилируемым (с отверстиями для охлаждения) или перфорированным.
• Суппорт — неподвижная или плавающая скоба, в которой установлены колодки и рабочий цилиндр.
• Тормозные колодки — фрикционные накладки, прижимаемые к диску.
• Рабочий цилиндр — поршень, который под давлением жидкости выдвигает колодки.

Принцип работы: при нажатии на педаль жидкость давит на поршень в суппорте, который прижимает колодки к вращающемуся диску. Сила трения преобразует кинетическую энергию в тепло.

Барабанный тормозной механизм

Состоит из:

• Тормозной барабан — вращается вместе с колесом.
• Тормозные колодки — две полукруглые колодки с фрикционными накладками.
• Разжимной кулак или рабочий цилиндр — раздвигает колодки.
• Возвратные пружины — отводят колодки от барабана после отпускания педали.
• Регулятор зазора — автоматически компенсирует износ колодок.

Принцип работы: рабочий цилиндр раздвигает колодки, которые прижимаются к внутренней поверхности барабана. Барабанные тормоза менее эффективны при перегреве, но более долговечны и лучше защищены от грязи.

Пневматическая тормозная система

Используется на большегрузных автомобилях и автобусах. Основные компоненты: компрессор, ресиверы (баллоны со сжатым воздухом), тормозные краны, тормозные камеры. Принцип работы: водитель нажимает педаль, открывая клапан, и сжатый воздух из ресивера поступает в тормозные камеры, которые через механизм привода воздействуют на колодки. Особенностью является то, что в рабочем состоянии система заторможена (пружинные энергоаккумуляторы), а для растормаживания требуется подача воздуха. Это обеспечивает автоматическое торможение при падении давления в системе.

Вспомогательные системы

Современные автомобили оснащаются электронными системами, повышающими эффективность и безопасность торможения:

• Антиблокировочная система (ABS) — предотвращает блокировку колёс при резком торможении, сохраняя управляемость и устойчивость. Датчики скорости на колёсах передают сигнал на блок управления, который модулирует давление в каждом контуре.
• Система распределения тормозных усилий (EBD) — распределяет тормозное усилие между осями в зависимости от загрузки автомобиля, предотвращая преждевременную блокировку задних колёс.
• Система экстренного торможения (BAS) — распознаёт паническое нажатие на педаль и автоматически увеличивает давление в системе до максимума.
• Электронная система стабилизации (ESC) — может притормаживать отдельные колёса для предотвращения заноса или сноса.
• Электромеханический стояночный тормоз (EPB) — заменяет рычаг на кнопку; активирует и деактивирует стояночный тормоз с помощью электромоторов на задних суппортах.

Тормозная жидкость

Тормозная жидкость является рабочим телом гидравлической системы. Основные требования: высокая температура кипения (чтобы не образовывались паровые пробки при нагреве), низкая сжимаемость, коррозионная стойкость и смазывающие свойства. Классифицируется по стандартам DOT (Department of Transportation, США):

• DOT-3 — на основе гликоля, температура кипения 205°C (сухая) / 140°C (влажная). Гигроскопична.
• DOT-4 — улучшенная версия, температура кипения 230°C / 155°C. Наиболее распространена.
• DOT-5 — на основе силикона, не гигроскопична, температура кипения 260°C. Не смешивается с DOT-3/4.
• DOT-5.1 — на основе гликоля, температура кипения 260°C / 180°C. Смешивается с DOT-3/4.

Тормозную жидкость необходимо заменять каждые 1-2 года из-за накопления влаги, которая снижает температуру кипения и вызывает коррозию.

Неисправности и обслуживание

Наиболее частые неисправности тормозной системы:

• Утечка тормозной жидкости — из-за повреждения шлангов, трубок или уплотнений цилиндров. Приводит к провалу педали и потере торможения.
• Износ тормозных колодок — критическое уменьшение толщины фрикционной накладки. Сопровождается скрипом, вибрацией или увеличением тормозного пути.
• Износ или деформация тормозных дисков — биение, вибрация при торможении.
• Закисание поршней суппортов — неравномерный износ колодок, подклинивание.
• Завоздушивание системы — наличие воздуха в гидроприводе приводит к «мягкой» педали и снижению эффективности. Устраняется прокачкой.
• Неисправность вакуумного усилителя — тугой ход педали.
• Износ тормозных барабанов — овальность, выработка.

Регламентное обслуживание включает: ежегодную проверку уровня и состояния тормозной жидкости, замену колодок по мере износа (обычно каждые 20-50 тыс. км), замену дисков (каждые 2-3 замены колодок), замену тормозной жидкости (каждые 1-2 года), проверку герметичности системы.

Источники

• Гришкевич А. И. Автомобили: Теория. — М.: Высшая школа, 1986.
• Вахламов В. К., Шатров М. Г., Юрчевский А. А. Автомобили: Конструкция и эксплуатационные свойства. — М.: Академия, 2005.
• Бош Р. Автомобильный справочник. — М.: За рулём, 2004.
• Правила дорожного движения Российской Федерации (ПДД РФ), раздел «Основные положения по допуску транспортных средств к эксплуатации».
• ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки».