Тормозная система автомобиля: устройство, основные узлы, принцип действия

Виды тормозных приводов

Выше говорилось, что автомобильные тормозные приводы подразделяются:

• механическими;
• гидравлическими;
• пневматическими;
• гибридными.

Поговорим о каждой из разновидностей более детально.

Механический

Не предусматривает дополнительного усиления нажатия педали. Последняя связана с тросом, который идет к колодкам передних колес и уравнителю, с которого тянется к задним. При нажатии трос приводится в движение и задействует колодки, которые прижимаются к дискам.

В настоящее время подобная схема используется для организации стояночных систем.

Главные достоинства такого привода – простота и очень высокая надежность. А главный недостаток – необходимость прикладывать значительное усилие для остановки транспортного средства.

Гидравлический

Наиболее распространенное конструктивное решение в современных легковых автомобилях. Более подробно его устройство и принцип работы описаны выше. Чаще всего используется в качестве рабочей системы, так как относительно прост, надежен и обеспечивает хорошее усиление усилия, которое водитель прилагает водитель для нажатия на педаль.

Главный плюс привода – простота и хорошее усиление нажатия. К минусам можно отнести более сложное устройство по сравнению с механическим.

Пневматический

В данном случае усиление нажатия на педаль происходит за счет воздействия сжатого воздуха. Он хранится в специальной емкости, именуемой ресивером. Туда воздух нагнетается с помощью компрессора, который работает за счет оборотов двигателя.

Педаль связана с клапаном, который расположен между контуром системы и ресивером. При нажатии на нее клапан открывается и воздух под давлением поступает на главный, а затем на колесные цилиндры, которые приводят в движение колодки.

Главные достоинства приводов подобного типа – фактическая неисчерпаемость ресурсов. Ведь в них не нужно время от времени менять тормозную жидкость. Недостатков 2:

• более долгое по сравнению с другими типами срабатывание;
• отъем части энергия двигателя для работы компрессора.

Комбинированный

Также существуют комбинированные, или гибридные, приводы. Чаще всего можно встретить пневмогидравлические. В них, как и в гидравлике, усилие с педали на колодки передает тормозная жидкость. Однако давление в данном случае обеспечивает не диафрагма, а компрессор, в который нагнетается сжатый воздух за счет оборотов двигателя. Подобный тип привода объединяет свойства двух разновидностей.

В дорогих моделях автомобилей часто объединяют гидравлический и электрический привод. Схема работы похожа на пневмогидравлику, только давление жидкости усиливается не путем использования не компрессора, а за счет электрической аппаратуры.

Аварийный режим

Стоит отметить высокую надежность системы. И даже если будут неисправности главного тормозного цилиндра (ВАЗ — не исключение), автомобиль исправно затормозит. Это обеспечивает второй аварийный контур. Если произошла утечка в первом, поршень переместится в цилиндре до соприкосновения со вторым. А далее он начнет перемещаться, обеспечивая исправную работу тормозных механизмов. Но если наблюдаются утечки во втором контуре, работа механизма будет немного отличаться. Первый поршень будет толкать собой второй, пока он не упрется в верхнюю часть металлического корпуса. Далее уровень давления в первом контуре возрастает и автомобиль начинает тормозить. И несмотря на то что система работает в аварийном режиме, машина успеет затормозить в случае необходимости.

При утечке во втором контуре работа главного тормозного цилиндра происходит иначе. Первый поршень выталкивает второй, после чего он двигается до верхней части металлического корпуса. Уровень давления в первом контуре растет. Автомобиль начинает тормозить. Разумеется, имея такие неисправности главного тормозного цилиндра, эксплуатировать автомобиль без ремонта просто опасно. Но доехать до ближайшего гаража или СТО – возможно.

Уход за системой

Понятно, что тормоза являются одной из самых важных систем автомобиля, поэтому и ухаживать за ними нужно постоянно и предельно внимательно. Необходимо на начальных этапах выявлять любые неисправности, в противном случае это может привести к дорожно-транспортному происшествию

Автомобилисту требуется обращать внимание на характер поведения педали тормоза. Предвестниками неисправности могут служить увеличенный ход или «мягкая», проваливающаяся педаль

Это говорит о том, что в систему попал воздух, а тормозная жидкость «ушла». Поэтому периодически необходимо контролировать ее уровень в бачке. Также повышенный расход жидкости говорит о том, что повредились гидрошланги или трубки. После замены неисправных деталей систему в обязательном порядке необходимо прокачать.

Тормозные механизмы

Автомобиль замедляется при помощи двух типов тормозных механизмов:

• Барабанный тормоз – подавляющее большинство машин (в основном это бюджетные модели и представители среднего класса) оснащаются такими механизмами на задней оси. Они обладают высокой надежностью и стабильностью работы. В таких тормозах из-за износа колодок между фрикционной поверхностью и стенками барабанов образуется увеличенный зазор. В устройство механизма входит регулятор, который компенсирует это расстояние, перемещая колодки максимально близко к стенкам барабана. Процесс самоподводки механизма в основном происходит во время резкого торможения. Охлаждаются тормоза за счет ребер на самом барабане и большого количества металлических частей;
• Дисковый тормоз – используется на передней оси, а в спортивных машинах и авто класса премиум и выше задействуются и на задней оси. Суппорт с двух сторон зажимает тормозной диск. Такая схема требует меньше усилий для замедления колеса, поэтому данная система более эффективна по сравнению с барабанным аналогом. Из-за этого механизмы испытывают гораздо большие температурные нагрузки. На современных дисках делаются специальные бороздки, которые улучшают отвод тепла. Такие модификации называются вентилируемыми.

Эти два типа механизмов входят в устройство основной тормозной системы авто. Она работает в обычном режиме – когда водитель хочет остановить машину. Однако в каждом автомобиле есть и вспомогательные системы. Каждая из них может работать в индивидуальном режиме. Вот их различия.

Вспомогательная (аварийная) система

Вся магистраль тормозной системы разделена на два контура. Часто производители к отдельному контуру подключают колеса по диагонали автомобиля. Расширительный бачок, установленный на главном тормозном цилиндре, внутри на определенном уровне (соответствует критически минимальному значению) имеет перегородку.

Пока тормоза в порядке, объем тормозной жидкости выше перегородки, поэтому усилия от вакуума поступают одновременно на два рукава, и они работают, как одна магистраль. Если шланг разорвется или сломается трубка, уровень ТЖ понизится.

В поврежденном контуре давление невозможно создать, пока не будет устранена течь. Однако благодаря перегородке в бачке жидкость не вытекает вся, и второй контур продолжает работать. Конечно, в таком режиме тормоза будут работать в два раза хуже, но автомобиль не будет полностью их лишен. Этого достаточно, чтобы безопасно добраться до сервиса.

Стояночная система

Эта система в народе называется просто ручник. Ее используют, как противооткатный механизм. В устройство системы входит тяга (рычаг, расположенный в салоне возле рычага коробки передач) и трос, разветвленный на два колеса.

В классическом исполнении ручной тормоз активирует основные тормозные колодки задних колес. Однако бывают модификации, имеющие свои колодки. Эта система вообще не зависит от состояния ТЖ в магистрали или неисправности системы (неисправность вакуума или другого элемента основных тормозов).

Основная тормозная система

На современных легковых автомобилях устанавливают основные ТС, состоящие из тормозного гидропривода и тормозных механизмов. Когда водитель нажимает ногой на педаль тормоза, та сила, с которой он давит на педаль, передается на устройство, которое называется главный тормозной цилиндр. Главный тормозной цилиндр имеет поршень, который, двигаясь, увеличивает давление в системе гидравлических тормозных трубок, ведущих к каждому колесу автомобиля. На каждом колесе тормозная жидкость под давлением оказывает воздействие на поршень колесного тормозного механизма, который выдвигает тормозные колодки, а те, в свою очередь, прижимаются к тормозному барабану или тормозному диску. Трение замедляет вращение колес и движение автомобиля.

Схема гидропривода тормозов

1 – тормозные цилиндры передних колес; 2 – трубопровод передних тормозов; 3 – трубопровод задних тормозов; 4 – тормозные цилиндры задних колес; 5 – бачок главного тормозного цилиндра; 6 – главный тормозной цилиндр; 7 – поршень главного тормозного цилиндра; 8 – шток; 9 – педаль тормоза

В гидропривод основной ТС входят:

• главный тормозной цилиндр с вакуумным усилителем или без него;
• регулятор давления в задних тормозных механизмах;
• рабочий контур (трубопровод диаметром 4-8 мм).

Рабочий контур соединяет между собой устройства гидропривода и тормозные механизмы. Главный тормозной цилиндр (ГТЦ) предназначен для преобразования усилия, прилагаемого к педали тормоза, в избыточное давление тормозной жидкости и распределения его по рабочим контурам. Бачок с запасом тормозной жидкости может крепиться на ГТЦ или вне его. Вместе с ГТЦ на большинстве автомобилей устанавливают вакуумные усилители, которые увеличивают силу, создающую давление в тормозной системе. Вакуумный усилитель (рис. 2) конструктивно связан с главным тормозным цилиндром. Основным элементом усилителя является камера, разделенная резиновой перегородкой (диафрагмой) на два объема. Один объем связан с впускным трубопроводом двигателя, где создается разряжение, а другой с атмосферой. Из-за перепада давлений, благодаря большой площади диафрагмы, «помогающее» усилие при работе с педалью тормоза может достигать 30 – 40 кг и больше. Это значительно облегчает работу водителя при торможениях и позволяет сохранить его работоспособность длительное время.

Схема вакуумного усилителя

1 – главный тормозной цилиндр; 2 – корпус вакуумного усилителя; 3 – диафрагма; 4 – пружина; 5 – педаль тормоза

Регулятор уменьшает давление в приводе тормозных механизмов задних колес. При торможении сила инерции движущегося автомобиля и противодействующая ей сила трения (точка приложения которой ниже центра тяжести автомобиля) создают продольный опрокидывающий момент. Мягкая передняя подвеска, реагируя на него, “проседает”, а задние колеса “разгружаются”. Поэтому даже при неэкстренном интенсивном торможении задние колеса могут блокироваться, что часто приводит к заносу автомобиля. В зависимости от изменения расстояния между элементами задней подвески и кузовом автомобиля (его продольного наклона) давление в приводе задних тормозов (по сравнению с передними) ограничивается. В результате чего блокировки задних колес не происходит или (в зависимости от замедления и загруженности автомобиля) она возникает значительно позже.

В каких случаях вступает в работу система АБС?

АБС вступает в работу в случае блокировки колес, ведь у блокируемых колес сцепление с дорогой намного ниже, чем у колеса, котящегося по дороге. В этом случае у блокируемого колеса управление и тормозные силы не контролируемые. АБС выполняет функцию контроля работы колеса. АБС регулирует сцепление шин с покрытием за счет передачи тормозных усилий таким образом, чтобы степень проскальзывания колес с дорогой составляла от 15 до 20%.

Устройство системы АБС и работа системы АБС

1) Главный тормозной цилиндр;

2) Модуль АБС

3) Выпускной электромагнитный клапан

4) Тормозной суппорт

5) Впускной электромагнитный клапан

6) Аккумулятор давления

7) Электродвигатель насоса

8) Насос

9) Амортизационная камера

Работа системы АБС заключается в следующем

1)    Во время обычного торможения клапаны системы АБС не задействованы и необходимое усилие торможение контролирует водитель с помощью педали тормоза;

2) Во время торможения с проскальзыванием с возможностью блокировки включается система АБС.

Современные системы АБС имеют возможность регулировать усилия торможения отдельно для каждого колеса. При приближенности колеса к блокировке система АБС начинает удерживать давление. Клапаны  начинают отсекать суппорт колеса от главного тормозного цилиндра – что обеспечивает постоянное независимое давление на рабочие поршни независимо от усилия нажатия на педаль.

Если проскальзывание колеса становится более 20%, происходит спад давления, которое регулирует насос, сбрасывая тормозную жидкость из суппорта в главный цилиндр.

Если проскальзывание колеса становится ниже 20%, система АБС повышает давление при помощи открытия клапанов.

Химический состав тормозной жидкости, как подобрать тормозную жидкость по химическому составу?

Гликоли. Большинство тормозных жидкостей основано на различных соединениях гликолей (двухатомных спиртов). Хотя эти соединения используются для получения тормозных жидкостей, удовлетворяющих требования стандарта DOT 3. их превышенные гигроскопические свойств являются причиной относительно встрой абсорбции влаги, сопровождающейся снижением температуры кипения тормозной жидкости. При условии, если свободные гидроксилы частично связаны сложными эфирами с борной кислотой. >разуется высококачественная тормозная жидкость DOT 4 (или «DOT 4+», Super DOT 4»), которая, при взаимодействии с влагой, полностью ее нейтрализует. Поскольку снижение темпе­ратуры кипения тормозной жидкости DOT 4 за время ее эксплуатации происходит значительно медленнее по сравнению с жидкостью DOT 3, срок службы увеличивается.

Жидкости на основе минеральных масел (ISO 7308). Преимуществом тормозных жидкостей созданных на основе минеральных масел. является отсутствие у них гигроскопичности, поэтому температура кипения (при отсутствии абсорбции влаги не снижается. Минеральные и синтетические масла для тормозных жидкостей отбираются с особой тщательностью. Для обеспечения как можно меньшей зависимости вязкости от температуры в тормозную жидкость добавляются спе­циальные присадки.

Нефтяная промышленность, помимо топлив, также поставляет для тормоз­ных жидкостей различные присадки, улучшающие их свойства. Следует от­метить, что не рекомендуется в тормоз­ные системы, в которых в качестве тормозной жидкости применяются гликоли добавлять тормозные жидкости, соз­данные на основе минеральных масел (или наоборот), чтобы не допустить на­бухания эластомеров.

Силиконовые жидкости (SAE J 1705). Поскольку силиконовые жидкости, так­же как и минеральные масла, не абсор­бируют влагу, они в ряде случаев ус­пешно применяются в качестве тормоз­ной жидкости. Недостатками сили­коновых жидкостей являются сущест­венно более высокая сжимаемость и худшие смазывающие свойства, что ог­раничивает их применение в качестве рабочей жидкости во многих гидравли­ческих системах,

Пластинчатый тормоз

В тормозных механизмах которые характеризуются осевым нажатием, то усилие, которое необходимо для получения тормозного момента, действует вдоль оси тормозного вала. Конические и дисковые тормоза относятся именно к этой категории.

Особенностью дисковых (пластинчатых) тормозов с осевым нажатием является то, что их поверхность трения располагается на торце. Для того чтобы уменьшить удельное и осевое давление, в таких тормозах предусматривается установка нескольких дисков. С валом и тормозным кожухом они связаны поочерёдно.

Фиксация ряда дисков пластинчатых тормозах осуществляется в неподвижных корпусах, на шпонках, со скольжением. При этом второй ряд дисков с тормозным валом связан точно таким же образом. Когда обе группы дисков сжимаются силой, то между ними за счет возникновения силы трения создается тормозной момент.

Типы и устройство тормозных колодок

Сегодня существует два типа тормозных колодок:

• Для барабанных тормозных механизмов;
• Для дисковых тормозных механизмов.

Колодки для барабанных тормозов имеют выполненную по радиусу рабочую поверхность, и их конструкция разрабатывается с учетом особенностей установки в тормозном барабане. Такие колодки используются на грузовых автомобилях и на многих легковых автомобилях с барабанными тормозами на задней оси.

Колодки для дисковых тормозов плоские и имеют меньшие габариты, их конструкция разрабатывается под возможность установки в суппорт. Такие колодки используются в передних тормозных механизмах всех современных легковых автомобилях и во многих грузовых, а в последние годы все чаще дисковые тормоза используются и на задней оси легковых и коммерческих автомобилях.

Но независимо от типа все колодки имеют принципиально одинаковое устройство. Основой колодки выступает металлический каркас той или иной формы (определяется типом и назначением колодки), в котором предусмотрены отверстия для установки колодки в тормозной механизм. На одной из сторон колодки (в барабанной колодке — на ее выпуклой части) находится фрикционная накладка, которая обладает высоким коэффициентом трения с металлом, и обеспечивает торможение при контакте с барабаном или диском. Накладки на современных дисковых колодках приклеиваются на специальный клей, а на колодках для отечественных грузовиков с барабанными тормозами накладки крепятся с помощью заклепок из мягкого металла.

Именно во фрикционной накладке заключается вся сложность особенность тормозных колодок. Для эффективного торможения накладка должна иметь высокий коэффициент трения о стальную, чугунную или алюминиевую поверхность барабана или диска. Поэтому накладки изготавливаются из сложных композитных материалов, ?рецепт? которых у каждого производителя свой и чаще всего является коммерческой тайной. Однако в общем случае накладка изготавливается из полимерных композиций, в ее состав могут добавляться минеральные (например, асбест, который сегодня запрещен) или органические волокна, стружка из мягких металлов (в основном используется медь, которая хорошо отводит тепло) и другие добавки.

Для чего нужны такие сложности? Дело в том, что колодки работают в сложных условиях, поэтому их фрикционные накладки должны не просто обладать высоким коэффициентом трения, а обеспечивать эффективное торможение в самом широком интервале температур (практически от -50 до +300°C), при резких перепадах температур, при попадании воды, в условиях повышенного запыления, в присутствии различных химических веществ и т.д.

Кроме того, использование специальной фрикционной накладки значительно понижает уровень шума при трении колодки о тормозной диск или барабан. Использовавшиеся на заре автомобилестроения стальные колодки издавали интенсивный скрип и другие неприятные звуки, которые не доставляли удовольствия. Сегодня же тормоза работают практически бесшумно.

С течением времени фрикционная накладка изнашивается, ее толщина уменьшается, и в какой-то момент колодка перестает эффективно выполнять свои функции — в этом случае необходимо произвести ее замену. Сегодня все чаще используются колодки, оснащенные датчиками и индикаторами износа — такое решение помогает производить своевременную замену тормозных колодок без постоянного контроля их толщины.

Датчики износа колодок бывают:

• Электронные (как раз их и называют датчиками);
• Механические (чаще всего их называют индикаторами).

В качестве электронного датчика выступает контакт, встроенный в массу фрикционной накладки на определенной глубине от ее рабочей поверхности. При износе колодки датчик оголяется, и при контакте с тормозным диском на приборной панели загорается соответствующий индикатор — в этом случае следует произвести замену колодок.

В качестве механического индикатора выступает простая металлическая скоба, установленная сбоку колодки на определенной высоте от рабочей поверхности фрикционной накладки. При износе колодки скоба постепенно приближается к тормозному диску, и в какой-то момент начинает о него тереться. В этом случае скоба начинает вибрировать и издавать характерный дребезжащий звук, напоминающий водителю о необходимости заменить колодку.

Типы тормозных механизмов, применяемые в автомобилях

На подавляющем большинстве авто установлены тормозные механизмы фрикционного типа, работающие по принципу сил трения. Устанавливаются они непосредственно в колесе и конструктивно подразделяются на:

• барабанные;
• дисковые.

Существовала традиция устанавливать барабанные механизмы на задние колеса, а дисковые на передние. Сегодня в зависимости от модели могут ставиться одинаковые типы на все четыре колеса – или барабанные, или дисковые.

Устройство и работа барабанного тормозного механизма

Устройство системы барабанного типа (барабанный механизм) состоит из двух колодок, тормозного цилиндра и стяжной пружины, размещенных на щите внутри тормозного барабана. На колодки наклепаны или приклеены фрикционные накладки.

Тормозные колодки своими нижними концами шарнирно закреплены на опорах, а верхними – под воздействием стяжной пружины – упираются в поршни колесного цилиндра. В незаторможенном положении между колодками и барабаном имеется зазор, обеспечивающий свободное вращение колеса.

Когда через тормозную трубку в цилиндр поступает жидкость, поршни, расходясь, раздвигают колодки. Они приходят в плотное соприкосновение с вращающимся на ступице тормозным барабаном, и сила трения вызывает торможение колеса.

Необходимо отметить, что в приведенной конструкции износ передних и задних колодок происходит неравномерно. Дело в том, что фрикционные накладки передней по ходу движения колодки в момент торможения при движении вперёд прижимаются к барабану всегда с большей силой, чем задние. Как выход, рекомендуется менять колодки местами через определенный срок.

Тормозной механизм дискового типа

Устройство дисковых тормозов состоит из:

1. суппорта, закрепленного на подвеске, в теле которого размещены наружный и внутренний тормозные цилиндры (может быть один) и две тормозные колодки;
2. диска, который закреплен на ступице колеса.

При торможении поршни рабочих цилиндров с помощью гидравлики прижимают тормозные колодки к вращающемуся диску, останавливая последний.

Замена тормозных колодок

Тормозные колодки передних тормозов необходимо заменить, если их толщина меньше минимально допустимой. Очередность работ при замене обкладок следующая:

• Ослабить гайки крепления передних колес, поднять перед автомобиля и передние колеса.
• Снять передние колеса.
• Вывернуть болты из направляющих пальцев.
• Извлечь суппорт и отвести его, не допуская нагрузки на гибкий тормозной шланг.
• Извлечь изношенные колодки и заменить их новыми.
• Вдвинуть поршень внутрь цилиндра суппорта, стараясь не повредить пыльник поршня и не допуская вытекания тормозной жидкости из бачка.
• Установить на место суппорт и ввернуть болты в направляющие пальцы.
• Установить передние колеса, наживить гайки, опустить перед автомобиля и затянуть колесные гайки с усилием 40…70 Нм.

Прокачивание тормозов с АБС

Эта процедура выполняется с целью устранения избытка воздушных масс из гидравлического привода. Они могли проникнуть в него во время ремонтных работ либо во время замены жидкости для тормозов.

Воздушные массы внутри этих механизмов недопустимы, поскольку отрицательно воздействуют на функционирование тормозной системы. Потребность в прокачивании может быть выявлена путём выжимания несколько раз тормозной педали.

Когда выжимание педали сопровождается ощущением её чрезмерной плавности, требуются возобновление герметичности и прокачки тормозов. Осуществление этих процедур может происходить при участии профессионалов либо самостоятельно. Требуется использовать исключительно новую жидкость, причём именно такую, которая подойдёт для Вашего авто по своим показателям.

Перед прокачиванием нужно создать удобный доступ ко всем нужным узлам, для этого может потребоваться снять определённое колесо либо загнать машину на специальную яму.

Сравнительные характеристики

Барабанные тормоза проще и дешевле в производстве. Они обладают свойством, называемым – эффект механического самоусиления. То есть, при продолжительном давлении ногой на педаль многократно увеличивается тормозящее действие. Это происходит за счет того, что колодки нижними частями связаны друг с другом, и трение передней о барабан усиливает давление на него задней колодки.

Однако механизм дисковых тормозов меньше и легче. Температурная стойкость выше, они быстрее и лучше охлаждаются за счет предусмотренных отверстий-окон

И замена изношенных дисковых колодок производится намного проще, чем барабанных, что важно, если производить ремонт самостоятельно

Прокачивание тормозов в одиночку

Данный процесс является трудоёмким, однако некоторые прибегают и к нему. Приспособлениями для прокачивания в этом случае могут служить крышка от бачка для тормозной жидкости (аналогичная Вашей), ёмкость, шприц.

1. Шприц нужно герметично встроить в крышку предназначаемого для жидкости бачка с помощью «герметика», потом его накручивают на этот бачок, набирая в шприц жидкость для тормозов.
2. Откручивается штуцер, находящийся на выходе прокачиваемого контура. Устанавливается ёмкость, в которую будет собираться стекающая жидкость. Потом шприцом нагнетается эта жидкость.

Второй метод одиночного прокачивания тормозов подразумевает применение бруска либо иного упора.

После доливания жидкости в тормозной бочок до 100% нужно несколько раз прокачать тормозную педаль и зафиксировать в выжатом положении.
Потом выполняется процесс стандартного типа: откручивается штуцер, после чего надо выждать момент, когда поток выходящей жидкости для тормозов станет равномерным и слабым. Тогда нужно завернуть штуцер тормозной системы.
Отпустить тормозную педаль и повторить всю процедуру опять.
Долить жидкость нужной марки

Потом можно будет провести тест-драйв тормозов с соблюдением предосторожности.