Как устроены тормоза автомобиля
Тормоза автомобиля уменьшают скорость, превращая энергию движения главным образом в тепло. Дисковые и барабанные механизмы создают сопротивление вращению колёс, а гидропривод передаёт усилие от педали.
После замедления автомобиль теряет скорость, но его энергия не исчезает бесследно. Большая её часть превращается в тепло в тормозных механизмах. За простым движением педали стоит система, которая распределяет усилия, прижимает колодки и следит за вращением колёс. При этом окончательная связь машины с дорогой остаётся за шинами.
1Принцип торможения
Движущийся автомобиль обладает кинетической энергией. Чтобы уменьшить скорость, эту энергию нужно передать окружающей среде или преобразовать. В обычных фрикционных тормозах вращающиеся детали трутся о неподвижные накладки. Возникает тормозной момент, который сопротивляется вращению колеса.
Сила между шиной и дорогой замедляет весь автомобиль. Поэтому исправный тормозной механизм сам по себе не гарантирует одинаковый результат на разных покрытиях. На сухом асфальте, мокрой дороге и льду возможности контакта различаются. Если колесо полностью заблокировано и скользит, характер его взаимодействия с дорогой меняется.
При одинаковой массе удвоение скорости означает увеличение кинетической энергии в четыре раза. Это следует из зависимости энергии от квадрата скорости. Однако фактический остановочный путь определяется не одной формулой: в него входят путь за время реакции и путь самого торможения. Влияют состояние покрытия, уклон, шины и работа системы.
При замедлении нагрузка перераспределяется к передним колёсам. Поэтому передние тормоза у многих легковых автомобилей выполняют большую долю работы. Распределение тормозных сил согласуется с устройством машины. Оно необходимо, чтобы возможности сцепления колёс использовались без преждевременной блокировки отдельных осей.
2Диски и колодки
Тормозной диск вращается вместе с колесом. Суппорт охватывает его с двух сторон и удерживает колодки. Когда в приводе возрастает давление, поршень или несколько поршней прижимают накладки к диску. Трение создаёт момент, направленный против вращения.
В конструкции с плавающим суппортом корпус может смещаться по направляющим. Поршень давит на одну колодку, а реакция смещает суппорт и прижимает вторую. В неподвижном суппорте поршни обычно расположены по обе стороны диска. Обе схемы решают одну задачу, но различаются устройством и распределением усилий.
Диск открыт потоку воздуха и способен отдавать тепло. У вентилируемого диска между рабочими поверхностями есть внутренние каналы. При вращении через них проходит воздух, помогая охлаждению. Сами накладки делают из специального фрикционного материала, рассчитанного на работу при трении и нагреве.
Износ колодок является частью нормального процесса работы: их материал постепенно расходуется. При этом поведение тормозов зависит не только от толщины накладок. Значение имеют состояние рабочих поверхностей, подвижность деталей и тепловой режим. Эти элементы образуют единый механизм, а не независимый набор расходных частей.
3Барабанные тормоза
В барабанном механизме вращается полый барабан, а колодки находятся внутри него. При торможении они расходятся и прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности. Усилие может создавать колёсный цилиндр гидропривода. После отпускания тормоза возвратные пружины помогают отвести колодки.
У некоторых схем вращение барабана дополнительно увлекает колодку и усиливает её прижатие. Это называют эффектом самоусиления. Он позволяет получить значительный тормозной момент при сравнительно небольшом приводном усилии. Выраженность эффекта зависит от расположения опор и колодок.
Закрытая форма защищает внутренние части от части внешних воздействий, но усложняет отвод тепла. Барабанные механизмы нередко встречаются на задней оси легковых машин. Само по себе их наличие не позволяет оценить всю тормозную систему. Важны масса автомобиля, распределение нагрузки и расчёт конкретной конструкции.
| Признак | Дисковый | Барабанный |
|---|---|---|
| Вращающаяся деталь | Диск | Барабан |
| Контакт накладок | С боковыми поверхностями диска | С внутренней поверхностью барабана |
| Основное движение колодок | Прижатие к диску | Разведение внутри барабана |
| Отвод тепла | Рабочие поверхности открыты | Рабочие поверхности скрыты внутри |
4Гидропривод
В распространённой гидравлической системе педаль связана с главным тормозным цилиндром. Его поршни создают давление жидкости в трубках и шлангах. Давление действует на поршни рабочих механизмов у колёс. Так движение одной педали превращается в усилие сразу в нескольких местах автомобиля.
Жидкость мало сжимается, поэтому хорошо передаёт давление. Сила на конкретном поршне зависит от его площади: при одинаковом давлении больший поршень получает большее усилие. Но за выигрыш в силе приходится платить перемещением. Гидравлика не создаёт дополнительную энергию, а преобразует соотношение силы и пути.
Усилитель уменьшает усилие, которое требуется приложить к педали. Он может использовать разрежение, электрический привод или другую конструктивную схему. Разделение системы на контуры снижает вероятность полной потери рабочего торможения при одной неисправности. Расположение контуров зависит от автомобиля.
5Что такое ABS
Антиблокировочная система отслеживает вращение колёс с помощью датчиков. Когда управление обнаруживает угрозу блокировки, гидравлический блок меняет давление в соответствующем тормозном механизме. Он может удерживать, уменьшать и снова увеличивать его. Эти действия повторяются быстро, поддерживая вращение колеса в допустимых пределах.
Смысл такой работы — ограничивать длительное скольжение заблокированных колёс и сохранять возможность управления направлением. Система использует имеющееся сцепление, но не создаёт его заново. Поэтому наличие ABS не означает одинаковый тормозной путь на всех покрытиях. На рыхлых поверхностях результат также может отличаться от привычного для твёрдой дороги.
При срабатывании системы на педали у многих автомобилей ощущаются пульсации. Они связаны с изменением давления, а не с отдельным способом торможения водителем. ABS работает поверх обычного принципа трения: те же колодки замедляют те же диски или барабаны. Электроника лишь регулирует величину передаваемого усилия по состоянию колёс.