Как работает тормозная система автомобиля: классификация, устройство и принцип действия различных видов тормозов

Исполнительные механизмы

В свою очередь к исполнительным механизмам тормозной системы относятся:

Виды тормозных систем (классификация)

Сегодня существует большое количество видов тормозных систем и над их развитием и совершенствованием активно продолжается работа с целью улучшения ходовых характеристик автомобилей, повышения уровня безопасности и получения новых достижений в автоспорте. Тормозные системы делят по назначению, типам приводного и исполнительного механизмов, по количеству контуров. Подробная классификация тормозных систем приводится ниже.

По назначению

Обычно выделяют четыре основных типа тормозных систем в зависимости от их назначения: это рабочая, стояночная, запасная и вспомогательная системы. Каждая служит определенной цели.

Рабочая

Основная, или базовая тормозная система автомобиля, активно используется большую часть времени при использовании транспортного средства. Обычно когда идут разговоры про тормозную систему автомобиля подразумеваются именно рабочая. Она непосредственно отвечает за торможение транспортного средства, в том числе позволяет удерживать автомобиль на месте (например, на склоне, перекрестке и т.д.). Управляется путём нажатия на ножную педаль тормоза.

Стояночная

Предназначена для исключения самопроизвольного движения транспортного средства, в основном находящегося в состоянии покоя (особенно актуально при парковке на уклоне). Управляется с помощью рычага ручного тормоза (в современных автомобилях стояночный тормоз может активироваться с помощью соответствующей кнопки или автоматически). Некоторые водители используют стояночный (также называется ручной) тормоз для удержания автомобиля на месте на перекрестке вместо применения рабочей тормозной системы. Часто при выходе из строя ручного тормоза автовладельцы просто оставляют автомобиль на передаче.

Запасная

Или резервная тормозная система помогает остановить автомобиль при отказе основной системы. Сильно уступает по эффективности последней, но на случай экстренной ситуации это лучше, чем ничего. Запасные тормоза могут быть в составе автономной системы, либо же управлять механизмами вышедшей из строя рабочей тормозной системы. В качестве запасной тормозной системы может выступать стояночная.

Вспомогательная

Помогает рабочей тормозной системе в сложных дорожных ситуациях (например, при торможении на спуске, езде по серпантинам и т.д.). Обычно вспомогательные тормоза устанавливаются на тяжелую технику. Одной из разновидностей вспомогательных тормозных систем может быть собственно двигатель автомобиля, которому перекрывают подачу воздуха на впуске (так называемое торможение двигателем). На фото справа – электрический тормоз-замедлитель.

По приводному механизму (виду рабочего тела)

Ленточная

Ленточная тормозная система (или шкивной тормоз) – одна из первых конструкций тормозных систем, принцип действия которой заключается в создании тормозного момента за счёт трения фрикционного материала (закрепленного на стальной ленте) о наружную поверхность тормозного шкива в форме цилиндра. Ленточная тормозная система была изобретена в начале 19 века Вильгельмом Даймлером в качестве замены… дисковым тормозам. Тогда в последних применялись медные колодки, которые издавали жуткий скрип. Однако позднее ленточный тормоз был всё же вытеснен колодочными тормозами с фрикционными накладками.

Принцип действия ленточных тормозов

Преимущества:

Недостатки:

Гидравлическая

Гидравлическая тормозная система – группа механизмов, тормозной момент в которой создается благодаря давлению жидкости. Этой технологии уже более 100 лет – первый патент на такую систему получил американский авиационный инженер Малькольм Локхид в 1917 году. За век конструкция претерпела ряд доработок и улучшений, но основной принцип действия гидравлических тормозов, основанный на свойстве несжимаемости жидкости, не изменился.

Дисковая тормозная система автомобиля с исполнительными механизмами

В упрощенном виде тормозной гидропривод работает следующим образом:

Схема гидравлической тормозной системы автомобиля

Основные узлы гидравлической тормозной системы: педаль тормоза, бачок, главный (или мастер) цилиндр, гидравлические трубки, тормозные суппорты, тормозные цилиндры с поршнями, тормозные колодки. тормозные диски, тормозные башмаки (для систем с барабанными тормозами).

Современные гидравлические тормозные системы дополнительно комплектуются вакуумным усилителем тормозов (значительно снижает необходимое усилие нажатия на педаль тормоза), антиблокировочной системой (ABS), датчиком контроля уровня тормозной жидкости, регуляторами давления в системе и другими вспомогательными элементами.

Гидравлическая тормозная система имеет ряд преимуществ:

К недостаткам гидравлического привода можно отнести:

Дисковая тормозная система на задней оси

Пневматическая

В качестве рабочего тела в пневматических тормозных системах применяется сжатый воздух. Данная система активно применяется на автобусах, грузовой технике, прицепах к ним и других тяжелых транспортных средствах. Впервые пневматическая тормозная система была запатентована американским инженером Джорджем Вестингаузом в 1972 году для железнодорожного транспорта, где по сути провела революцию, позволив перевозить больше груза на более высоких скоростях.

В упрощенном виде принцип работы пневматической тормозной системы заключается в следующем. Компрессор (воздушный насос) закачивает в систему атмосферный воздух, который хранится под давление в ресиверах (баллонах). При нажатии на педаль газа воздух из баллонов поступает в тормозные камеры, где с помощью штоков приводятся в действие тормозные колодки. При отпускании педали газа воздух из тормозных камер выпускается в атмосферу, а механические детали тормозной системы возвращаются в исходное положение под действием пружин.

Типовая схема пневматической тормозной системы представлена на изображении:

Устройство пневматической тормозной системы автомобиля

I — компрессор; II — манометр; III — тормозной механизм; IV — воздушный баллон; V — соединительная головка; VI — разъединительный кран; VII — тормозная камера; VIII — тормозной кран; 1 — тормозная колодка; 2 — стяжная пружина; 3 — разжимной кулак; 4 — регулировочный механизм; 5 и 6 — клапаны нагнетания и впуска соответственно; 7 — патрубок подачи воздуха; 8 — плунжер; 9 — регулятор давления; 10 и 11 — указатели давления в тормозных камерах и воздушных баллонах соответственно; 12 — клапан-предохранитель; 13 — выпускной кран для сжатого воздуха; 14 — кран спуска конденсата из воздушного баллона; 15 — тяга ножного привода тормозов; 16 — рычаг ручного привода тормозов; 17 и 20 — диафрагмы секции привода тормозов прицепа и автомобиля; 18 и 19 — выпускной (слева) и впускной клапаны (справа) секций тормозов прицепа и автомобиля; 21 — рычаг включения привода тормозов автомобиля; 22 — тормозной барабан; 23 — коромысло включения привода тормозов прицепа; 24 — шток; 25 — педаль тормоза; 26 — рычаг ручного (стояночного) тормоза; 27 — регулировочная вилка; 28 — возвратная пружина педали тормоза; 29 — регулировочный червяк.

Пневматическая тормозная система по сравнению с гидравлической имеет свои плюсы и минусы.

Минусы:

Плюсы:

Дисковая тормозная система автомобиля

Механическая

В механической тормозной системе отсутствует энергоноситель, привод осуществляется механическим путем с помощью системы тяг, тросов, рычагов, шарниров, втулок. Система имеет простейшую конструкцию и способна долго время сохранять заданное тормозное усилие в активном состоянии, но имеет ряд недостатков, из-за чего сейчас применяется только в стояночной тормозной системе, но и здесь уже вытесняется решениями с гидравликой и электроприводом.

Принцип работы механической тормозной системы на примере стояночного тормоза заключается в следующем: при поднятии рычага стояночного тормоза происходит натяжение переднего, а вместе с ним и заднего тросов (иногда передний трос отсутствует в конструкции и при поднятии рычага ручного тормоза сразу происходит натяжение основных тросов). Наконечники задних тросов тянут за разжимной рычаг тормозных башмаков внутри барабана, тем самым активируют тормоза. При опускании рычага стояночного тормоза за счёт пружин система возвращается в исходное положение.

Схема стояночной механической тормозной системы

1 – Корпус рычага ручного тормозного; 2 – передний трос; 3 – рычаг стояночного тормоза; 4 – кнопка снятия блокировки; 5 – пружина тяги; 6 – тяга защёлки; 7 – втулка; 8 – ролик; 9 – направляющая задних тросов; 10 – распорная втулка; 11 – оттяжная пружина; 12 – распорная планка тормозных башмаков; 13 – разжимной рычаг тормозных башмаков; 14 – задний трос; 15 – кронштейн заднего троса.

В некоторых автомобилях активация стояночной системы производится не ручным рычагом, а ножным (для этого имеется специальная педаль), или предназначенной для этого кнопкой. В остальном принципиальных отличий нет.

Преимущества и недостатки механической тормозной системы:

Плюсы:

Минусы:

Электромеханическая

На замену ручному стояночному тормозу активно внедряется электромеханическая тормозная система (Electromechanical Parking Brake, EPB). Она представляет собой устройство, в составе которого есть электромотор, ременной приводной механизм, планетарный редуктор, винтовой привод и электронная система управления. Устанавливается на тормозные суппорта с модифицированными цилиндрами.

Устройство электромеханической тормозной системы

1 – тормозной цилиндр; 2 – шпиндель; 3 – цилиндр; 4 – тормозной диск; 5 – тормозная колодка; 6 – тормозной суппорт; 7 – корпус электромеханического стояночного тормоза.

Принцип работы электромеханической тормозной системы заключается в следующем. При нажатии водителем специальной кнопки включения стояночного тормоза (или автоматически по команде блока управления) активируются установленные в корпусах на суппортах электродвигатели стояночной тормозной системы, которые с помощью редуктора, ременной передачи и винтового привода толкают поршни в тормозных цилиндрах, тем самым дублируют функционал гидравлической тормозной системы – прижимают тормозные колодки к диску.

Тормозной поршень суппорта в системе электромеханического тормоза

На рисунке слева изображен модифицированный поршень тормозного суппорта со штоком, приводимым в действие электромеханическим стояночным тормозом.

1 – тормозной поршень, 2- шпиндель, 3 – цилиндр.

Выключение электромеханического тормоза происходит автоматически, сценарий зависит от заводских настроек конкретного автомобиля. Как правило, электромеханический стояночный тормоз отключается при трогании с места, причём бортовой компьютер считывает параметры с датчиков (положение педали сцепления, положение педали газа, положение кузова), что позволяет обеспечить плавный старт автомобиля без откатывания назад, даже если авто находится на уклоне. Также электромеханической стояночный тормоз может отключаться при нажатии на педаль тормоза.

Комбинированная (смешанная)

Комбинированными тормозными системами называют те, у которых сочетаются два и более тормозных приводов одновременно. В массовом автомобильном производстве не применяются из-за своей дороговизны, однако иногда использование таких систем обосновано особенностями эксплуатации (обычно это тяжёлая или специальная техника). Различают следующие сочетания комбинированных приводов:

Наиболее распространенной разновидностью комбинированных тормозных систем является гидропневматический (или пневмогидравлический) привод. В таких системах источником энергии выступает пневматическая часть системы, а усилие к исполнительным механизмам передаёт тормозная жидкость. Примером автомобиля с такой тормозной системой является УРАЛ-4320.

Схема пневмогидравлических тормозов УРАЛ-4320

1 – буксирный клапан; 2 – педаль рабочего тормоза; 3 – привод к колёсному цилиндру тормоза; 4 – пневматические усилители тормозов; 5 – регулятор давления; 6 – разобщительный кран; 7 – соединительная головка; 8 – межбалонный редуктор; 9 – датчик падения давления; 10 – воздушные баллоны; 11 – тормозной кран; 12 – рычаг стояночного тормоза; 13 – манометр; 14 – кран отбора воздуха; 15 – крестовина; 16 – компрессор.

Плюсы:

Минусы:

По типу исполнительного механизма

По типу исполнительного механизма различают барабанные и дисковые тормоза.

Барабанные

Барабанные тормоза – разновидность тормозной системы, в которой торможение производится благодаря трению неподвижных колодок с фрикционными накладками о внутреннюю поверхность вращающегося корпуса барабана (цилиндра), закреплённого на оси автомобиля. Конструкцию в современном её виде (за исключение того, что тогда привод был реализован с помощью тросов, т.е. это была типовая механическая тормозная система) придумал еще в 1902 году основатель фирмы Renault Луи Рено, однако известны случаи применения более простых барабанных тормозов и ранее.

Устройство барабанных тормозов на примере ВАЗ-2109

1 – тормозной щит, 2 – тормозной цилиндр; 3 – стяжная пружина верхняя; 4 – тормозная колодка; 5 – фрикционная накладка; 6 – тормозной барабан; 7 – установочный штифт; 8 – направляющая пружина; 9 – стяжная пружина нижняя.

Принцип действия тормозов барабанного типа в следующем. При нажатии на педаль тормоза жидкость в гидравлических линиях давит на поршни тормозных цилиндров, расположенных внутри барабанов, раздвигая тем самым тормозные колодки. Последние, прижимаясь ко внутренней стороне тормозного барабана, создают тормозное усилие, которое замедляет вращение колеса. При поднятии педали тормоза вся система возвращается в исходное состояние под действием пружин.

Независимо от марки и модели автомобиля, барабанные тормоза имеют схожую конструкцию за исключением способа подвода тормозного усилия. Возможные варианты исполнения представлены на изображении ниже:

Разновидности барабанных тормозов

Плюсы:

Минусы:

Дисковые

Дисковая тормозная система – разновидность тормозов фрикционного типа, обеспечивающая остановку автомобиля благодаря трению тормозных колодок о наружную поверхность тормозных дисков. Основными конструктивными элементами являются: тормозной диск, колодки, суппорт и тормозной цилиндр.

Дисковая тормозная система была запатентована в 1902 году английским инженером Уильямом Ланчестером, однако пробовали их применять и ранее. Сегодня дисковые тормоза являются самой популярной разновидностью тормозных систем в легковых автомобилях (на передней оси конкурентов у них нет).

Комплект дисковых тормозов на заднюю ось легкового автомобиля

Принцип действия заключается в следующем. При нажатии на тормоза рабочее тело (жидкость или воздух – зависит от типа тормозной системы) поступает под давлением в тормозной цилиндр, двигая тормозной поршень в сторону тормозного диска. За счёт этого колодки с фрикционными накладками прижимаются к вращающемуся тормозному диску, закреплённому на ступице, тем самым создаётся тормозной момент.

Сам суппорт находится в неподвижном состоянии, однако его часть – скоба – двигается в горизонтальной плоскости по направляющим (это необходимо для отвода колодок от дисков, когда тормоза находятся не в активном состоянии). Для защиты от чрезмерного попадания грязи в тормозную систему предусмотрен кожух, а в качестве автоматической системы диагностики часто устанавливают датчик износа тормозных колодок, который при перетирании контактов выдаёт ошибку на приборной панели.

Типовое устройство дисковых тормозов

1 – тормозной диск; 2 – направляющая колодок; 3 – суппорт; 4 – тормозные колодки; 5 – цилиндр; 6 – поршень; 7 – датчик износа тормозных колодок; 8 – уплотнительное кольцо; 9 – пыльник направляющего пальца; 10 – направляющий палец; 11 – кожух тормозного диска.

Плюсы:

Минусы:

По количеству контуров

Тормозные системы также различают по количеству контуров – это важный момент в безопасности автомобиля. Наличие нескольких контуров делает систему торможения значительно безопаснее и может быть обусловлено комбинированной конструкцией тормозной системы. Различают одно-, двух- и многоконтурные тормоза.

Одноконтурные

Одноконтурные тормозные системы имеют один рабочий контур на все четыре колеса и при разгерметизации системы она становится полностью неработоспособной. В настоящий момент это устаревшая конструкция, применяется только на некоторых старых грузовиках и автобусах.

Двухконтурные

Двухконтурные тормозные системы имеют два независимых контура, при выходе из строя одного из них тормозная система значительно теряет в эффективности, но частично сохраняет свой функционал. Сегодня это самое распространённое решение, причем двухконтурные тормозные системы имеют различные схемы. Наиболее популярных из них представлены на рисунке:

Схемы двухконтурных тормозов

Общая легенда. 1 – главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем; 2 – регулятор давления в задних тормозах; 3 и 4 – рабочие контуры тормозной системы. Варианты подключения. Рис. 1.1. – схема 4 + 2 (параллельное подключение) – один общий рабочий контур на передние и задние колёса и дополнительный на передние колёса; Рис. 1.2. – схема 2 + 2 (параллельное подключение) – на передние колёса один контур, на задние колёса – второй; Рис. 1.3. – схема 2 + 2 (диагональное подключение) – переднее левое и заднее правое колёса подключены на один контур, переднее правое и заднее левое – на второй.

Существуют и другие схемы двухконтурных тормозов, но они получили меньшее распространение из-за своих недостатков. Например, подключение левых колёс на один контур, правых – на другой (в случае резкого торможения автомобиль может развернуть). Также есть конфигурации с полностью дублирующим вторым контуром (чрезмерное усложнение системы).

Многоконтурные

Многоконтурные тормозные системы имеют более двух контуров. Обычно такие сложные конфигурации тормозов у грузовых транспортных средств, работающих в сцепке с прицепами и полуприцепами, под большими нагрузками, или в сложных условиях. Многоконтурные тормоза устанавливаются с целью повышения управляемости, более точного распределения тормозных усилий, удобства подключения к прицепам и в целом для большей надёжности тормозной системы.

Пример многоконтурной тормозной системы грузовика КАМАЗ

Заключение

Вы рассмотрели классификацию тормозных систем, кратко ознакомились с тем, как работает тормозная система, изучили её устройство, виды и принцип работы. Более подробная информация о строении и деталях тормозных систем содержится в соответствующей научной литературе. Примеры: