Тормозные системы

Тормозная система — это совокупность механизмов и устройств, предназначенных для управления скоростью движения транспортного средства (или вращающегося вала машины), его остановки и удержания в неподвижном состоянии. Тормозные системы являются важнейшим элементом активной безопасности, обеспечивающим возможность экстренного снижения скорости или полной остановки в заданный промежуток времени. В зависимости от назначения и условий эксплуатации различают рабочие, запасные, стояночные, вспомогательные и противооткатные тормозные системы.

История развития

Первые тормозные системы появились на гужевых повозках. Они представляли собой простейшие колодки, которые прижимались к ободу колеса рычагом или тросом. С появлением автомобилей в конце XIX века конструкция тормозов стала быстро усложняться. Ранние автомобили использовали ленточные тормоза, действовавшие на трансмиссию, и механический привод от педали к колодкам.

В 1902 году английский инженер Фредерик Ланчестер запатентовал дисковый тормоз, однако из-за несовершенства материалов (асбестовые накладки быстро изнашивались, а чугунные диски трескались) он не получил распространения. В 1910-х годах на смену ленточным пришли барабанные тормоза с внутренними колодками, которые оказались более надёжными и защищёнными от грязи.

Ключевым этапом стало внедрение гидравлического привода. В 1921 году Малькольм Лугхед (основатель компании Lockheed) разработал гидравлическую тормозную систему для автомобилей. К 1930-м годам гидравлика вытеснила механические тросы на большинстве легковых машин. В 1950-х годах на гоночных автомобилях, а затем и на серийных (например, Citroën DS в 1955 году) начали применять дисковые тормоза, которые обеспечивали лучшее охлаждение и меньшую склонность к затуханию (fade) при интенсивном торможении.

Современные тормозные системы включают электронные блоки управления (ABS, ESP, EBD), которые предотвращают блокировку колёс и повышают устойчивость автомобиля при экстренном торможении.

Классификация тормозных систем

По функциональному назначению выделяют:

Рабочая тормозная система — основная, служит для снижения скорости и полной остановки транспортного средства в любых дорожных условиях. Приводится в действие педалью тормоза.
Запасная тормозная система — предназначена для остановки автомобиля при отказе рабочей системы. В современных легковых автомобилях её функцию выполняет один из контуров рабочей системы (двухконтурный привод).
Стояночная тормозная система (ручной тормоз) — обеспечивает удержание транспортного средства в неподвижном состоянии на уклоне. Обычно действует на задние колёса через механический или электромеханический привод.
Вспомогательная тормозная система — используется на большегрузных автомобилях и автобусах для длительного поддержания скорости на спусках без износа основных тормозов. К ней относятся горные тормоза (моторный тормоз, ретардеры).
Противооткатная система — автоматически удерживает автомобиль на подъёме при трогании (Hill Start Assist).

По типу тормозного механизма:

Барабанные тормоза — тормозные колодки прижимаются изнутри к вращающемуся барабану.
Дисковые тормоза — колодки сжимают с двух сторон вращающийся диск.
Ленточные тормоза — гибкая лента охватывает барабан; применяются в основном на спецтехнике и старых конструкциях.

По типу привода:

Механический — усилие передаётся через тросы, рычаги и тяги.
Гидравлический — усилие передаётся через несжимаемую жидкость (тормозную жидкость) по трубопроводам.
Пневматический — используется сжатый воздух; характерен для грузовиков, автобусов и поездов.
Электрический — применяется в электромобилях (рекуперативное торможение) и электромеханических стояночных тормозах.
Комбинированный — сочетает разные типы привода (например, электрогидравлический).

Устройство и принцип работы

Гидравлическая рабочая тормозная система

Основные компоненты:

Педаль тормоза — передаёт усилие от водителя к главному тормозному цилиндру.
Главный тормозной цилиндр (ГТЦ) — преобразует механическое усилие в гидравлическое давление. В современных автомобилях — двухсекционный (два контура).
Тормозная жидкость — рабочая среда, передающая давление. Должна быть несжимаемой, иметь высокую температуру кипения и не вызывать коррозию.
Трубопроводы и шланги — соединяют ГТЦ с колёсными цилиндрами или суппортами.
Рабочие тормозные цилиндры (колёсные) — в барабанных тормозах раздвигают колодки; в дисковых — перемещают поршни суппорта.
Тормозные механизмы (диск с суппортом или барабан с колодками) — создают тормозной момент за счёт трения.
Усилитель тормозов (вакуумный, гидравлический или электрический) — снижает усилие на педали.

При нажатии на педаль поршень ГТЦ создаёт давление в тормозной жидкости. Давление передаётся по трубкам к колёсным цилиндрам, которые прижимают колодки к диску или барабану. Возникающая сила трения преобразует кинетическую энергию движения в тепловую, и автомобиль замедляется.

Дисковые тормоза

Дисковый тормоз состоит из:

Тормозного диска — вращается вместе со ступицей колеса. Изготавливается из чугуна, стали или керамики (углерод-керамические композиты). Диски могут быть вентилируемыми (с внутренними каналами для охлаждения) или перфорированными.
Суппорта — неподвижная или плавающая скоба, в которой установлены один или несколько поршней.
Тормозных колодок — фрикционные накладки, закреплённые на металлической основе. Состав накладок включает связующие смолы, наполнители и металлические волокна.

Преимущества дисковых тормозов: лучшее охлаждение, меньшая склонность к затуханию, более стабильное усилие, простота обслуживания. Недостатки: более высокая стоимость, меньшая эффективность на грязных колёсах (хотя современные закрытые диски частично решают эту проблему).

Барабанные тормоза

Барабанный тормоз включает:

Тормозной барабан — чугунный или стальной цилиндр, вращающийся вместе с колесом.
Две тормозные колодки — расположены внутри барабана и прижимаются к нему под действием разжимного кулака или гидроцилиндра.
Возвратные пружины — отводят колодки от барабана после отпускания педали.

Барабанные тормоза дешевле, лучше защищены от грязи и воды, но хуже охлаждаются, тяжелее и склонны к неравномерному износу. В настоящее время применяются в основном на задних колёсах бюджетных автомобилей и на грузовиках (как стояночные).

Электронные системы управления торможением

Современные автомобили оснащаются электронными ассистентами, которые повышают эффективность и безопасность торможения:

Антиблокировочная система (ABS) — предотвращает блокировку колёс при резком торможении, сохраняя управляемость. Датчики скорости вращения колёс передают сигнал на блок управления, который модулирует давление в тормозных контурах.
Система распределения тормозных усилий (EBD) — автоматически перераспределяет тормозное усилие между осями в зависимости от загрузки автомобиля.
Система экстренного торможения (BAS, Brake Assist) — распознаёт паническое нажатие на педаль и увеличивает давление в системе до максимума.
Электронный стояночный тормоз (EPB) — заменяет рычаг ручника кнопкой; управляется электродвигателем, затягивающим колодки.
Система курсовой устойчивости (ESP) — притормаживает отдельные колёса для предотвращения заноса или сноса.

Применение

Тормозные системы используются на всех видах транспорта:

Автомобили — легковые, грузовые, автобусы, мотоциклы.
Железнодорожный транспорт — поезда, трамваи, метро. Используются пневматические (тормоз Вестингауза) и электропневматические системы.
Авиация — колёсные тормоза шасси (дисковые, углерод-керамические) и воздушные тормоза (интерцепторы).
Сельскохозяйственная и строительная техника — тракторы, экскаваторы, погрузчики.
Промышленное оборудование — лебёдки, краны, конвейеры (механические и электромагнитные тормоза).

Тормозная жидкость

Тормозная жидкость — ключевой элемент гидравлического привода. Основные требования: высокая температура кипения (не менее 205°C для DOT 3, 230°C для DOT 4), низкая вязкость при отрицательных температурах, отсутствие коррозии и совместимость с резиновыми уплотнителями. Наиболее распространены жидкости на основе гликолей (DOT 3, DOT 4, DOT 5.1) и силиконовые (DOT 5). Гигроскопичность (способность впитывать воду) — главный недостаток гликолевых жидкостей, так как вода снижает температуру кипения и может вызвать коррозию.

Техническое обслуживание и неисправности

Регулярное обслуживание тормозной системы включает:

Проверку уровня и состояния тормозной жидкости (замена каждые 2–3 года или по регламенту).
Осмотр тормозных колодок и дисков (минимальная толщина накладок — 2–3 мм, дисков — указывается производителем).
Проверку герметичности трубопроводов и шлангов.
Удаление воздуха из системы (прокачка) после замены жидкости или ремонта.
Проверку работы стояночного тормоза.

Типичные неисправности: износ колодок, деформация или трещины дисков, утечка тормозной жидкости, закисание поршней суппорта, попадание воздуха в систему (мягкая педаль), отказ вакуумного усилителя.

Критика и ограничения

Основной недостаток фрикционных тормозов — превращение кинетической энергии в тепло, которое может приводить к перегреву и снижению эффективности (тормозной fade). На высоких скоростях и при многократных интенсивных торможениях (например, на горных серпантинах) возможно перегревание тормозов до 500–700°C, что вызывает кипение тормозной жидкости или потерю фрикционных свойств колодок. Для борьбы с этим применяются керамические диски, системы охлаждения и вспомогательные тормоза (ретардеры).

Другая проблема — экологическая: износ тормозных колодок и дисков образует мелкодисперсную пыль, содержащую металлы и органические соединения, которая загрязняет воздух и почву. В ряде стран вводятся нормативы на выбросы частиц от тормозных систем.

Интересные факты

Первый патент на дисковый тормоз был выдан в 1902 году, но серийное внедрение началось только в 1950-х.
В 1978 году компания Bosch впервые установила ABS на серийный автомобиль (Mercedes-Benz S-Class W116).
Рекуперативное торможение в электромобилях и гибридах позволяет преобразовывать до 70% кинетической энергии в электрическую, заряжая аккумулятор.
Тормозные колодки для гоночных автомобилей могут содержать кевлар, углеродное волокно и даже керамику.

Источники

ГОСТ Р 51709-2001 «Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки».
Bosch, «Автомобильный справочник» (Bosch Automotive Handbook), 10-е издание, 2018.
Г. И. Гладов, А. М. Петренко, «Тормозные системы автомобилей: устройство, эксплуатация, ремонт», М.: Транспорт, 2005.
SAE International, «Brake Technology Handbook», 2014.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →