Обзор тормозной системы автомобиля

Анализ тормозных систем автомобилей

Анализ тормозных систем автомобилей

К тормозному управлению автомобиля, служащему для замедления движения, вплоть до полной остановки и удержания его на месте на стоянке, предъявляются повышенные требования, так как тормозное управление является важнейшим средством обеспечение активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным системам регламентированы ГОСТ 22895-95 и международными правилами дорожного движения.

Требования к тормозным системам следующие:

Максимальный тормозной путь максимальное установившееся замедление в соответствии с требованиями ГОСТ 22895-95 г., для пассажирских автомобилей и грузовых автомобилей в зависимости от типа испытаний.

Сохранение устойчивости при торможении (критериями устойчивости служат: линейное отклонение, угловое отклонение, угол складывания автопоезда.)

Стабильность тормозных свойств при неоднократном торможении.

Минимальное время срабатывания тормозного привода.

Силовое следящее действие тормозного привода, то есть пропорциональность между усилием на педаль и приводным моментом.

Малая работа управления тормозными системами — усилие на тормозные педали в зависимости от назначения автотранспортного средства должно быть в пределах 500….7ОО Н, ход тормозной педали 80…180мм.

Отсутствие органомптических явлений (слуховых).

Надежность всех элементов тормозных систем, основные элементы (тормозная педаль, главный тормозной цилиндр, тормозной кран и др.) должны иметь гарантированную прочность, не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса, должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.

В соответствии с ГОСТ 22895-95 тормозное управление должно включать следующие тормозные системы:

— вспомогательную (тормоз-замедлитель), обязательную для автобусов полной массой свыше 5 т. и грузовых автомобилей массой свыше 12 т., предназначенную для торможения на длительных спусках и поддерживающих скорость 30км/ч на спуске с уклоном 7% протяженностью 6км.

Принудительное замедление может осуществляться различными способами: механическим, гидравлическим, электрическим, внеколесным.

Наиболее широко используется фрикционные тормозные механизмы. На легковых автомобилях большого класса часто используются дисковые тормозные механизмы на передних колесах и барабанные колодочные на задних колесах.

На грузовых автомобилях независимо от их грузоподъемности устанавливаются барабанные колодочные тормозные механизмы. Лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых механизмов для грузовых автомобилей.

Барабанные ленточные тормозные механизмы в качестве колесных в настоящее время не применяются совсем. В редких случаях их применяют как трансмиссионные для стояночной тормозной системы (МАЗ, БелАЗ-540).

Гидравлические и электрические тормозные механизмы используют как тормозо-замедлители. На ряде автомобилей тормозом-замедлителем является двигатель, впускной коллектор перекрывается стальной заслонкой.

Механический привод, состоящий из тяг и рычагов, применяют в основном в тормозных системах с ручным управлением (вспомогательная тормозная система – “стояночный — тормоз’’).

В данном приводе для включения тормозного механизма используется мускульная энергия водителя. Простота конструкции и неизменная во времени жесткость механического привода делают его наиболее применяемым для стояночной тормозной системы.

Гидравлический привод применяется в рабочей тормозной системе легковых автомобилей и грузовых малой и средней грузоподъемности. В данном приводе усилие оси педали к тормозным механизмам передается жидкостью. Для включения тормозов используется мускульная энергия водителя. Для обеспечения водителю работы по включению тормозов нередко применяют гидравлический привод с вакуумным (ГАЗ-66) или пневматическим усилителем (Урал-4320).

В настоящее время начинают получать распространение гидравлический привод с насосом. В этом случае для включения тормозных механизмов и создания, необходимых для быстрого торможения автомобиля тормозных моментов на колесах используется энергия двигателя приводящего в действие гидравлический насос непосредственно, или через какой-либо агрегат силовой передачи автомобиля.

Пневматический привод широко используется в тормозной системе тягачей, грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов. В тормозной системе с пневматическим приводом тормозные механизмы включаются за счет использования энергии сжатого воздуха.

На длиннобазных автомобилях и тягачах большегрузных автопоездов часто используются комбинированный привод гидропневматический. В данном приводе для увеличения тормозных усилий используется энергия сжатого воздуха, а передача их к тормозному механизму осуществляется жидкостью.

Электрический привод необходим на автопоездах, так как при этом достигается наиболее простой способ передачи энергии на большие расстояния при весьма малом времени на срабатывания тормозной системы.

Для оценки конструктивных схем тормозных механизмов служат следующие критерии:

Для оценки эффективности тормозного механизма служит коэффициент его эффективности, который представляет собой отношение тормозного момента Мтор, создаваемого механизмом, к моменту от первичной силы:

где Мтор – тормозной момент; Pп.с – суммарная приводная сила тормозных колодок; rп – радиус приложения результирующей силы трения (rп = rб – радиус тормозной тормозного барабана в барабанном механизме; rп = rcр – средний радиус накладки в дисковом механизме).

Эффективность тормозных механизмов необходимо оценивать при движении автомобиля как вперед, так и назад.

В барабанном тормозном механизме коэффициент эффективности рассчитывается не только для механизма в целом, но и отдельно для каждой тормозной колодки:

где Мтор1 и Мтор2 – тормозные моменты, создаваемые колодками; P1 и Р2 – приводные силы колодок.

Стабильностью называется сохранение эффективности работы тормозного механизма при уменьшении коэффициента трения. Стабильность представляет собой зависимость коэффициента эффективности от коэффициента трения и может быть выражена графиком статической характеристики тормозного механизма. Лучшую стабильность имеют тормозные механизмы с линейной статической характеристикой.

От стабильности зависит достижение равных тормозных сил не только на колесах одного моста, но также и на правых и левых колесах автомобиля, что определяет безопасность при торможении.

Уравновешенным является тормозной механизм, в котором при торможении силы трения не создают дополнительную нагрузку на подшипники колес и другие детали. Неуравновешенным считается тормозной механизм, работа которого приводит к нагружению подшипников колес автомобиля.

Реверсивностью называется равная эффективность тормозного механизма при движении автомобиля вперед и назад. Реверсивность тормозного механизма определяет независимость величины создаваемого им тормозного момента от направления движения автомобиля.

До настоящего времени считалось, что барабанные тормозные механизмы наиболее удовлетворяют требованиям безопасности движения, но в связи с возросшими скоростями движения автомобиля, повышаются и требования безопасности движения, во многом зависящих от тормозных качеств автомобиля.

Сравнительные стендовые испытания различных вариантов конструкций закрытых дисковых и барабанных тормозных механизмов для автомобилей выявили, что наилучшими показателями по стабильности выходных параметров, теплонапряженности и массе обладает дисковый тормоз с двумя поверхностями трения, пневматическим приводом и усилителем.

По конструктивному исполнению дисковые тормозные механизмы делят на открытые и закрытые, однодисковые и многодисковые.

В зависимости от конструкции диска различают тормозные механизмы со сплошным и вентилируемым, металлическим и биметаллическим дисками.

Сплошной диск – самый простой – применяется в случаях, если возможно активное охлаждение дискового тормоза. Вентилируемый диск выполнен в виде крыльчатки-турбины. В автомобилях применяются в основном однодисковые тормозные механизмы с вентилируемым диском и креплением по внутреннему диаметру.

В зависимости от способа крепления скобы различают дисковые тормозные механизмы с фиксированной и плавающей скобой. Тормозной механизм с плавающей скобой имеет лишь один колесный цилиндр. Его колодка нагревается меньше, чем в механизме с фиксированной скобой, но имеет существенный недостаток – при деформации, коррозии направляющих возникает одностороннее изнашивание накладок и диска. Эффективность торможения снижается, появляется вибрация скобы и тормозной колодки. А дисковым тормозом с фиксированной скобой обеспечивается большое приводное усилие и повышенная жесткость механизма.

Тормозные диски изготовляются из чугуна. В однодисковых механизмах сплошные диски имеют толщину 8…13 мм, вентилируемые 16…25 мм. Биметаллический тормозной диск может выполняться с алюминиевым или медным основанием. Фрикционный слой выполняется из серого чугуна.

Дисковые тормозные механизмы имеют следующие преимущества по сравнению с барабанными тормозами:

— меньшие зазоры между дисками и колодками в незаторможенном состоянии (0,005…0,1 мм) и ход колодки, что позволяет повысить быстродействие и передаточное число тормозного привода;

— меньшую массу и габариты:

— более равномерное изнашивание фрикционных материалов, так как распределяется равномерно давление по поверхности пары трения диск – колодка:

— больший тормозной момент, развиваемый за счет уравновешивания сил, действующих со стороны колодок на диск;

— возможность обеспечения эффективного теплоотвода от трущихся элементов;

— большую стабильность развиваемого тормозного момента;

— больший коэффициент тормозной эффективности;

К недостаткам дисковых тормозных механизмов относятся:

— трудность обеспечения герметизации (незащищенный диск может подвергаться абразивным воздействиям, окислению и коррозии, способствующим быстрому изнашиванию тормозных накладок);

— повышенная интенсивность изнашивания фрикционных накладок;

— недостаточная защищенность от грязи;

Проведенные дорожно-лабораторные испытания барабанных и дисковых тормозов Харьковским АДИ показали, что в случае нагрева тормозных деталей до 300С и V = 40 км/ч тормозной путь увеличивается при торможении дисковыми тормозами на 7%, а барабанными на 25%. Если нормальная скорость та же, но объемная температура достигнет 500С, тормозной путь увеличится на 21% и 55% соответственно.

Проведя сравнение и краткий анализ вышеперечисленных тормозных механизмов подведем итог. В результате сравнения мы выяснили, что наилучшими показателями обладает дисковый тормозной механизм. Он обладает большими достоинствами, чем барабанный.

Анализ тормозных систем автомобиля

Основной задачей тормозной системы автомобиля является снижение до минимума тормозного пути и сохранение устойчивости и управляемости автомобиля.

Максимальная нагрузка на систему происходит в режиме экстренного торможения. Идеальное торможение возможно лишь тогда, когда полностью используются силы сцепления колес с дорогой, но без блокировки колес.

Первым помощником водителя при торможении стал регулятор, распределяющий давление в тормозных контурах передних и задних колес. Основным фактором, обуславливающим необходимость регулировать величину тормозных моментов, является широкое варьирование коэффициента сцепления шин с дорогой.

Идеальный регулятор должен обеспечивать выполнение двух функций:

1. всегда устанавливать оптимальное соотношение давлений в контурах привода передних и задних тормозов;

2. в случае экстренного торможения поддерживать давление в контурах привода передних и задних тормозов на уровне, обеспечивающем полную реализацию сил сцепления, в течение всей фазы установившегося замедления.

Реализация первой функции обеспечивает наибольший запас устойчивости и управляемости автомобиля и одновременность подвода колес к предельному по сцеплению состоянию. Реализация второй обеспечивает минимальный тормозной путь. К сожалению, создание идеального регулятора – задача чрезвычайно сложная и дорогостоящая. Поэтому в настоящее время на практике нашли применение регуляторы, которые лишь частично решают указанные задачи. Используемые регуляторы можно разделить на две группы: регуляторы без обратной связи и регуляторы с обратной связью.

Использование регуляторов тормозных сил существенно повышает эффективность экстренного торможение автомобиля. Однако, рабочие характеристики как статических, так и динамических регуляторов еще пока далеки от оптимальных. Основной недостаток существующих регуляторов заключается в том, что при экстренном торможении они не исключают как недотормаживания колес (как правило, задней оси), так и их перетормаживания (как правило, колес передней оси). Это связано с тем, что рассмотренные выше регуляторы не отслеживают фактический режим качения колеса и не обеспечивают оптимальный для данных конкретных условий подбор предельных давлений в приводе передних и задних колес.

В результате этого происходит неполное использование сил сцепления и блокировка колес. Особенно значим второй недостаток, т.к. блокировка переход колес в юз вызывают два негативных последствия:

1. снижение продольного сцепления шин с полотном дороги (особенно значительное на скользких дорогах);

2. падение способности воспринимать боковые силы.

При этом снижение коэффициента сцепления φх вызывает увеличение длины тормозного пути, а потеря способности к восприятию поперечных реакций – потерю управляемости автомобиля (при юзе передних колес) или заносу (при юзе задних колес).

Снижение φх при переходе колес в юз объясняется изменением характера взаимодействия шин с опорной поверхностью. На сухих асфальтобетонных дорогах снижение сил сцепления относительно мало, но на скользких дорогах падение φх может достигать 50% по сравнению с тем, что реализуется при оптимальном режиме проскальзывания колес.

Если проскальзывания увеличиваются, то коэффициент поперечных реакций резко падает, т.е. колеса теряют способность воспринимать боковые усилия.

Таким образом, переход колес в блокируемое состояние крайне нежелателен, т.к. влечет снижение, как эффективности, так и безопасности экстренного торможения автомобиля. Это дало толчок к разработке и практическому применению таких регуляторов, которые предохраняют колеса от блокировки и поддерживают давление в приводе, обеспечивающие 15%…30% проскальзывание колес. Такие автоматические регуляторы получили название антиблокировочных систем (АБС), или антиблокировочных устройств (АБУ).

АБС по принципу регулирования могут быть разделены на три основных группы:

1. с индивидуальным регулированием каждого колеса (Individual Regulizung)-IR;

2. с “низкопороговым регулированием”, т.е. одновременным регулированием обоих колес оси по сигналам датчика колеса, находящегося в худших условиях по сцеплению (Select Low)-SL;

3. с “высокопороговым регулированием”, т.е. одновременным регулированием колес одной оси по сигналу датчика колеса, находящегося в лучших условиях по сцеплению(Select High)-SH.

АБС могут быть реализованы на различной элементной базе и выполнены по существенно отличающимися друг от друга принципиальным схемам. Вместе с тем, общность задач и объекта регулирования обуславливает наличие в рассматриваемой системе функциональных структур и узлов, служащих аналогичным целям. К таким структурам, прежде всего, относится исполнительный механизм с приводом, осуществляющий непосредственное регулирование тормозного момента; датчики состояния функциональных систем автомобиля, контролирующие изменение того или иного параметра, и блок управления на основе поступающей информации.

Для оптимального сочетания эффективности торможения и устойчивости автомобиля необходимы системы с обратной связью.