Тенденції розвитку гальмових систем автомобіля на сучасному етапі.

Тормозная система.Разделение тормозных контуров. Сейчас тормозные приводы на всех легковых автомобилях выполняются по двухконтурной схеме, которая помогает остановить машину при разрыве тормозного шланга или других неисправностях гидропривода. Существуют три основных схемы разделения контуров. В первом один контур действует на тормоза передней оси, а второй — на заднюю ось («Жигули», «Волга», УАЗ). Недостаток ее вытекает из того, что передняя ось обеспечивает 60-70% тормозных сил, а задняя — только 30-40. При выходе из строя первого контура тормозной путь удлиняется почти втрое. Вторая схема — диагональная (переднеприводные ВАЗы, Иж2126, «Таврия»). Один контур действует на правое переднее и левое заднее, а второй — на левое переднее и правое заднее. При неисправности любого из контуров тормозной путь увеличивается вдвое и вдобавок машина норовит развернуться. Третий вариант заключается в том, что первый контур действует на все колеса, а второй только на передние и обеспечивает 2/3 тормозного усилия передних колес («Москвич», «Нива»). В результате при отказе первого контура тормозной путь увеличится примерно на треть, а при неисправности второго — тоже на треть при нормальном торможении и всего на 10% при торможении на «юз». Таким образом, эта схема наиболее безопасная. Расплачиваться за это приходится сложными и дорогими суппортами. Для того чтобы избежать возможность неожиданного и полного отказа тормозов, современные автомобили снабжены двумя параллельными тормозными системами. Каждая система контролирует два колеса автомобиля. Таким образом, если одна система полностью откажет, то другая тормозная система все равно сможет остановить автомобиль (хотя и сделает это менее эффективно). Сами тормоза с годами претерпели также существенные улучшения. Несколько десятилетий тому назад широко использовались тормоза барабанного типа, и они до сих пор используются на задних колесах у многих автомобилей. Данные тормоза используют в работе узел в виде барабана, который вращается вместе с колесом. Внутри барабана «башмаки» вместе с заменяемым фрикционным материалом прижимаются с силой к барабану, когда Вы нажимаете на педаль тормоза. Существенное улучшение происходит при использовании дисковых тормозов. В настоящее время они повсеместно используются на передних колесах почти у всех автомобилей. Дисковая тормозная система снабжена металлическим диском или ротором (или же сделанным из другого экзотического материала у некоторых гоночных автомобилей).

Регулятор тормозных сил («колдун»). Клапан, отслеживающий перемещение кузова относительно заднего моста. Когда клапан срабатывает, давление в задних тормозах растет гораздо медленнее, чем в передних, что не дает задним колесам сорваться на «юз». Регулятор улучшает устойчивость при торможении на сухом асфальте, но практически не проявляет себя на льду: замедление невелико и «клевок» будет несильным. Соответственно задняя часть кузова не поднимается и клапан не срабатывает.

Вентилируемые тормозные диски. Современные тенденции развития тормозных систем говорят о постепенном уходе от барабанных тормозов и переходе к дисковым, причем все большего диаметра.При нажатии на педаль тормоза диск и колодки от трения нагреваются до высоких температур и, если их не охлаждать, возникает целый ряд негативных факторов. Во-первых, чрезмерный нагрев колодок приводит к тому, что входящие в их состав компоненты начинают плавиться и испаряться, создавая между тормозным диском и колодкой тонкую пленку. Ее появление приводит к значительному уменьшению трения, а значит, снижению эффективности работы тормозов. Во-вторых, повышение температуру плохо влияет на тормозную жидкость, которая вскипает и вызывает отказ всей системы. В-третьих, из-за перегрева диск деформируется. Кроме того, при большой температуре фрикционный слой тормозных колодок интенсивно изнашивается. Обычные тормозные диски делаются цельными, без каких-либо отверстий. Вентилируемые же имеют внутри вдоль рабочих стенок (поверхностей трения) каналы, специально предназначенные для циркуляции воздуха, что повышает отвод тепла. Однако такой диск в 2-3 раза толще обычного и несколько тяжелее. Чтобы избежать этого делают перфорацию диска — сверлят сквозные отверстия перпендикулярно плоскости диска. Еще один способ — нарезание канавок. При этом в процессе фрезерования с диска убирается меньше металла и, следовательно, не уменьшается такой важный для тормоза показатель, как теплоемкость. Вентилируемые диски обычно устанавливаются на передние колеса, так как при торможении на них приходится большая часть нагрузки и нагреваются они сильнее. Преимущества дисковых тормозов: - при повышении температуры характеристики дисковых тормозов довольно стабильны, тогда как у барабанных снижается эффективность;- температурная стойкость дисков выше, в частности, из-за того, что они лучше охлаждаются; - более высокая эффективность торможения позволяет уменьшить тормозной путь; - меньшие вес и размеры; - повышается чувствительность тормозов;- время срабатывания уменьшается; - изношенные колодки просто заменить, на барабанных приходится предпринимать усилия на подгонку колодок чтобы одеть барабаны;- около 70% кинетической энергии автомобиля гасится передними тормозами, задние дисковые тормоза позволяют снизить нагрузку на передние диски; - температурные расширения не влияют на качество прилегания тормозных поверхностей. Дисковые тормоза рассеивают тепло намного лучше, чем барабанные. И сам диск, и крепежная скоба для крепления тормозных механизмов, и тормозные колодки открыты для доступа воздуха. Свободный обдув тормозов практически исключает снижение тормозящего действия. Но вот «диски», как правило, не имеют эффекта самоусиления, как барабанные тормоза, что налагает повышенные требования к усилителю тормозов. В качестве «минусов» можно также упомянуть несколько более высокую стоимость производства и более быстрый износ фрикционных накладок из-за большего давления при торможении. В качестве одного из основных достоинств дисковых тормозов можно упомянуть их меньший вес в сравнении с барабанными, а это одна из главных составляющих неподрессоренных масс, борьба за снижение которых ведется производителями по всем фронтам. Они представляют собой своеобразный сэндвич из двух дисков, между которыми проделаны специальные отверстия, формирующие своеобразные лопасти, наподобие турбины. Благодаря этим лопастям и каналам тепло отводится более эффективно, а вес диска снижается. Но порой этого недостаточно. Многие фирмы предлагают разборные тормозные диски. Они представляют собой непосредственно рабочий диск в виде бублика, скрепленный болтовым соединением со средней частью, которая уже и крепится на ступицу. Также часто можно встретить тормозные диски с перфорацией и канавками (шлицами). Проделанные по всей рабочей плоскости диска сквозные отверстия снижают вес диска, способствуют более эффективному снижению его температуры при работе, удаляют газы, образующиеся при трении колодок о диск. Кстати, эти рабочие газы могут создавать подобие воздушной подушки и снижать эффективность тормозов. Так что их отвод крайне важен, особенно в тормозах, работающих под большой нагрузкой. Перфорация предупреждает и коробление тормозного диска. Канавки совместно с отверстиями способствуют удалению воды, грязи, пыли и пр., что снижает риск поцарапать тормозной диск. Отвод газов также в их юрисдикции. И канавки, и перфорация увеличивают дополнительную тормозную силу и уменьшают износ. Стоит упомянуть об интересной разработке австралийских инженеров. Компания DBA запатентовала передовую технологию системы вентиляции тормозного диска (австралийский патент № 742353). Назвали такие диски Kangaroo Paw, или Лапа Кенгуру. Название обусловлено не столько тем, что компания австралийская, сколько тем, что в разрезе перемычки между двумя половинками диска напоминают след кенгуру. Благодаря тому, что 144 столбика имеют особую форму и расположены в определенном порядке между двумя сторонами тормозного диска, создается эффект ротора. Вращение диска приводит к образованию аэродинамической турбулентности воздуха внутри диска, увеличивая его скорость. Это приводит к тому, что горячий воздух буквально выталкивается из внутридискового пространства, способствуя более интенсивному его охлаждению. Такая архитектура тормозного диска делает его более прочным и стабильным при общем снижении массы. Эту разработку можно по праву считать серьезным прорывом в дизайне тормозных дисков. Еще более удивительное решение предложила американская компания Delphi. Ее инженеры модернизировали весь дисковый тормозной механизм. Предложена оригинальная идея двухдискового тормоза для передних колес автомобиля, получившего незатейливое название Twin Disk. Здесь для торможения используются не две, а три тормозные колодки. К обычной паре прибавляется средняя колодка, расположенная между двух «плавающих» дисков, не связанных друг с другом перегородками. Благодаря такой компоновке гидравлический поршень переносит свое усилие не на две плоскости тормозного диска, как обычно, а сразу на четыре. Тем самым эффективность тормозов, динамика торможения увеличивается в 1,7 раза по сравнению с обычными дисковыми тормозами. Усилие на педаль снижается практически вдвое. А кроме того, вентиляция таких дисков значительно лучше, они меньше нагреваются, а стало быть, дольше «живут».

Антиблокировочная система (АБС, ABS). Типичная АБС состоит из электронасоса, аккумулятора давления, электронного блока управления, датчиков контроля вращения колес и блока электромагнитных клапанов. Как только какое-нибудь колесо начинает проскальзывать, система сбрасывает давление в тормозной системе, колесо на какой-то момент разблокируется, скольжение прекращается, и все начинается сначала — давление в системе начинает расти до тех пор, пока снова колесо не окажется заблокированным. АБС позволяет превратить непрерывное тормозное усилие, прикладываемое водителем к педали, в серию тормозных импульсов на колесах и тем самым избежать их блокирования. Это не только сокращает тормозной путь на однородном дорожном покрытии, но и дает возможность сохранить управляемость.

Brake Assist System (BAS). Во время «панического» нажатия на педаль тормоза большое число водителей не нажимает на педаль с силой, достаточной для активирования АБС, что приводит к увеличению тормозного пути. Система Brake Assist принимает во внимание этот факт и в ситуациях экстренного торможения примерно на 40% снижает необходимое для активации АБС тормозное усилие. BAS помогает водителю в критической ситуации реализовать максимальное усилие на педали тормоза в первые же мгновения экстренной остановки. Иными словами, BAS при резком торможении оценивает не усилие нажатия на педаль, а скорость перемещения педали и быстрее вводит в действие рабочую тормозную систему.Система Brake Assist устанавливается только на автомобилях с АБС. В отличие от SBC (см.ниже), Brake Assist не может перераспределять усилия между колесами, а только «додавливает» педаль, гарантируя включение АБС в работу. В пневматический усилитель тормозов встроены датчик скорости перемещения штока и электромагнитный привод. Как только в управляющий центр с датчика скорости поступает сигнал о том, что шток движется очень быстро (это значит, что водитель резко ударяет по педали), срабатывает электромагнит, который увеличивает силу воздействия на шток. Таким образом, уже через долю секунды автоматика помогает водителю добиться наиболее эффективного торможения. Кроме того, BAS «запоминает», как тормозит данный водитель в штатных режимах, поэтому ей легче «распознать» критическую ситуацию. В то же время даже на влажном покрытии срыва колес в юз не происходит — в действие успевает вступить АБС. То есть BAS помогает водителю в самый первый момент торможения, а уж если в следующие мгновенья усилия слишком много, то АБС предохранит колеса от блокировки и сохранит автомобиль управляемым. Испытания показали, что при остановке со скорости 100 км/ч использование BAS позволяет сократить тормозной путь с 46 до 40 метров.

Electronic Stability Programm (ESP). Electronic Stability Program расшифровывается как электронная система контроля устойчивости автомобиля. Благодаря всевозможным датчикам, ESP в критический момент притормаживает одно или несколько колес, препятствуя развитию заноса задней оси или сносу передней. Блок управления системы — это процессор, который помимо непосредственно руководством за функцией стабилизации автомобиля сочетает в себе и антиблокировочную систему (ABS), а иногда еще и антипробуксовочную систему и усилитель тормозов в экстренных случаях Brake Assist (BAS). Кроме датчиков скорости на колесе, в машине стоят датчики угла поворота на руле, датчик уровня поперечных ускорений и поворота машины вокруг своей оси. На основе всей этой информации блок управления распознает момент, когда автомобиль отклоняется от того пути, который задал водитель рулевым колесом, и принимает решение о подтормаживании одного из колес. Если во время поворота на заднеприводном автомобиле начинается занос задней оси, то система притормаживает переднее внешнее колесо. Переднее внутреннее колесо будет вращаться, и таким образом создастся «противозанос». Примерно то же самое происходит и на переднем приводе, когда начинается снос ведущей оси. ESP работает таким образом, что если соскальзывание и началось, оно должно быть равномерным и плавным. Если автомобиль начинает скользить всеми четырьмя колесами, то система задействует несколько колес. Время реакции системы на изменение положения автомобиля составляет около 20 миллисекунд.

Sensotronic Brake Control (SBC). Эта электронная система управления тормозами является следующим шагом прогресса вслед за АБС, ESP и Brake Assist. При нажатии на педаль тормоза микрокомпьютер с помощью информации от различных систем и датчиков оценивает скорость переноса ноги с педали газа на педаль тормоза, силу нажатия на педаль, включенную передачу, особенности дорожного покрытия, траекторию движения, скорость и ускорения, нагруженность автомобиля и другие параметры. В результате выдается оптимальное тормозное усилие, причем на каждое колесо — разное. Например, при интенсивном торможении перераспределение веса автомобиля между передней и задней осями дает возможность увеличить давление в передних тормозных цилиндрах, не вызывая блокировки колес. В поворотах внешние колеса загружаются сильнее, чем внутренние. Для этого приходится отказываться от общего гидравлического контура и управлять каждым тормозом индивидуально. В случае изменения параметров движения усилия мгновенно перераспределяются.

Материаловедение. В мире автоспорта используются диски на основе углеволокна (carbon fiber composite). Такие тормоза значительно легче своих чугунных собратьев и работают очень эффективно (иначе их не стали бы использовать в спорте). Однако карбоновые тормоза работают лишь при очень высоких температурах. То, что для обычных стальных или чугунных дисков может считаться экстремально высокой температурой, для карбоновых дисков – нормальное рабочее состояние. То есть на обычных автомобилях в обычных условиях эксплуатации такие тормоза просто не будут работать – не успеют разогреться. По этой причине применение углепластиковых композитов в тормозах ограничивается болидами Формула-1 и автомобилями, участвующими в других подобных гонках.

Колодки. Тормозные колодки – наиболее важный элемент тормозной системы. Основа фрикционной смеси – армирующий компонент. Именно от него зависит прочность, термостойкость и стабильность тормозных свойств изделия. В последние годы сложились устойчивые виды фрикционных изделий, получивших свое название, именно основываясь на их армирующем компоненте. Выделяются асбестовые, безасбестовые и органические (на основе органических волокон) компоненты. Самые современные на данный момент фрикционные материалы выполняют на основе органических волокон. У таких колодок наилучшие тормозные свойства. Недаром именно они устанавливаются на современные болиды Формула-1, где нагрузки на тормоза (по меркам городских автомобилей) просто запредельные. Ведь им приходится за считанные секунды или даже доли секунды снижать скорость машины с 300 до 60 км/ч.

Porsche начал ставить керамические тормоза на модель 911 Carrera. Впервые керамические композиционные тормоза Porsche (PCCB) начали устанавливать на новых 911 Carrera и 911 Carrera S. Имея размер 350 мм в диаметре, эти поперечно просверленные вентилируемые композиционные керамические тормоза весят приблизительно на 50% меньше чем металлические диски. Вместе с тормозными колодками, которые также изготовлены из другого материала, керамические тормоза поддерживают высокий и постоянный уровень трения во время работы.Абразивный износ тормозных колодок сводится к минимуму сравнительно с металлическими тормозными дисками. Срок эксплуатации стал дольше, при чем добавилось еще одно преимущество - применяемый материал не поддается действию коррозии. Керамические диски не портятся от попадания на них соли с дороги.Впервые новая Carrera получила керамические тормоза, усовершенствованные еще до более высокого стандарта, благодаря новому дизайну внутренних вентиляционных каналов увеличивается поток охлажденного воздуха через вращающийся диск. Одновременно большая часть вентиляционных каналов способствует увеличению жесткости диска, значительно уменьшая его деформацию под давлением. Другим аспектом есть оптимизация укрепления волокном на поверхности трения тормозного диска, значительно повышается сопротивление трению в особенности при больших нагрузках. Для клиента эти усовершенствования означают высокий уровень работы тормозов, комфорт и более долгий срок эксплуатации системы.

5.9.3. Антиблокувальні системи (АБС). Запобіганню блокуванню коліс під час гальмування автомобіля служить антиблокувальна система (скорочено АБС). Основною задачею АБС є під­тримування в процесі гальмування оптимальної величини відносного ковзання коліс по дорозі, що забезпечують максимальну силу їх зчеплення. У цьому випадку досягаються оптимальні характеристики процесу гальмування - міні­мальний гальмовий шлях автомобіля, його стійкість і керованість.Основним принципом роботи АБС є автоматичне регулювання гальмового моменту на колесах під час гальмування автомобіля. Незалежно від конструкції, будь-яка АБС повинна мати такі функціональні елементи:

датчики, функцією яких є одержання інформації про зміни кутової швидкості колеса, величини уповільнення автомобіля, про робоче тіло (гальмову рідину чи повітря) у гальмовому приводі тощо;

блок керування, звичайно електронний, який, одержавши інформацію від датчиків, після логічної її обробки дає команду виконавчим механізмам гальмового приводу;

виконавчі механізми (модулятори тиску), що залежно від команди, яка надійшла з блока керування, знижують, підвищують або утримують на постійному рівні тиск у гальмовому приводі коліс.

Процес регулювання гальмових моментів на колесах за допомогою АБС має циклічний характер. Пояснити його можна за аналогією з діями водія під час гальмування автомобіля.

Автоматична система АБС діє, в основному, за тим самим принципом, що й водій: під час гальмування автоматично регулює тиск повітря чи рідини у гальмовому приводі, не допускаючи блокування коліс і забез­печуючи у такий спосіб максимальну силу зчеплення їх з дорогою. Однак АБС робить це більш точно й оперативно.Система автоматичного регулювання гальмових моментів на колесах автомобіля може також використовуватися для запобігання буксуванню ведучих коліс при підведенні до них занадто великих, за умовами зчеплення, крутних моментів. Це стає необхідним під час інтенсивних розгонів автомобіля або при русі в умовах бездоріжжя. Така система має назву антибуксовочної системи (АЗРЧ). Автомобілі з АБС і АЗК, незважаючи на свою більш високу вартість, набувають дедалі більшої популярності.