Тормозная система автомобиля. Тормозные диски

Р Е Ф Е Р А Т

Тормозная система автомобиля. Тормозные диски.

                                                                      Выполнил:             

Содержание:

1.              Введение.

2.               Тормозная система.

              2.1.    Особенности устройства.

              2.2.              Антиблокировочная система ABS. Принцип работы.

              2.3.              Система электронного распределения тормозных усилий EBD (EBV).

              2.4.              ESP.

3.               Тормозные диски.

                            3.1. Новые системы тормозных дисков из керамического композитного материала Porsche Ceramic Composite Brake system (PCCB)

4.              Заключение. Тормоза прогноз на будущее.

1. Введение

Каких только негативных выска­зываний не удостаивается эта система автомобиля: «Тормоза придумал трус», «Нет вечных двигате­лей - есть вечные тормоза»... А ведь тормоза, по сути, в машине - главное. Ведь если автомобиль не разгоняется - это плохо, но терпимо, а вот если разо­гнавшийся автомобиль не останавли­вается - ситуация мигом становится критической.

Тормоза следует уважать и в силу их почтенного возраста: первые прими­тивные тормозные механизмы уста­навливались еще на кареты. Высоких требований тогда к ним не предъявля­ли, ведь даже экипажи «представи­тельского класса» довольствовались максимум 12 лошадиными силами, которые останавливались по команде кучера. Однако стоило сменить кучера на шофера, как испуганные «самобег­лыми колясками» пешеходы, а затем и власти срочно потребовали сделать их безопасными. При том что тогда­шняя скорость автомобиля не пре­вышала нескольких миль в час, лязга­ющий и чадящий монстр внушал мирным гражданам настоящий ужас. Как это часто бывает, на помощь авто­мобилестроителям пришел опыт из смежных областей. Поскольку на пер­вых авто крутящий момент передавал­ся от двигателя к колесам через обыкновенный кожаный ремень, инженеры решили прижимать тормозными ко­лодками именно его. На небольших скоростях эта технология вполне сра­батывала, однако от постоянного тре­ния кожа ремня быстро изнашивалась. И все же ремни и колодочные тормоза некоторое время продержались в оби­ходе. Именно такой системой торможе­ния был оснащен первый автомобиль Карла Бенца, построенный в 1886 году. На рубеже веков успехи автомобиле­строения и автовождения были особен­но впечатляющими. В 1911 году гонщик Бой Бурман вызвал восторг публики, преодолев на автомобиле марки Benz рубеж в 200 км/ч. "Автомобиль будущего» обещал развить такие сверхскорости, что в качестве средств его торможения предлагались такие экзотические варианты как тормозной парашют и якорь. Более реалистичный путь выбрали конструкторы, «подглядевшие»устройство тормозов у железнодорожного транспорта, который останавливался за счет контакта колодок и стального обода колеса. Однако прижимать ко­лодку к резиновым покрышкам было неразумно, и тогда внутрь колеса был помещен металлический барабан. Ме­ханизм получился простым и эффек­тивным, что и обеспечило ему блестя­щую карьеру: барабанные тормоза до сих пор встречаются на недорогих авто­мобилях и грузовиках. Этот тип тормоз­ного механизма долгое время считался и верхом надежности: дорожные покрытия того времени были далеки от идеала, но барабан защищал устройство от летящих из-под колес камней и грязи. Впрочем, достоинства эти были не без недостатков: заключенные в барабане тормозные колодки в случае интенсивного торможения перегревались и быстро портились. Охладить их не представлялось возможным: объем воздуха в барабане был слишком мал, а попытки увеличения его диаметра приводили к тому, что колесо становилось слишком тяжелым и выводило из строя подвеску.

Между тем система дисковых тормозов, используемая ныне в большинстве автомобилей по всему миру, была запатентована англичанином Фредериком Уильямом Ланчестером еще в 1901 году. Несмотря на явные преимущества в силе торможения, чувствительности и устойчивости к перегреву, «новинке» дали ход только в 1953 году, с дебютом спортивного Jaguar C-type, а первым массовым автомобилем с дисковыми тормозами стала знаменитая «богиня» Citroen DC 19 образца 1955 года.

А через несколько десятилетий на полигонах появились воплощения забавной идеи тормозного парашюта: как оказалось, рекордные болиды, развивающие скорость более 1000 км/ч, остановить с помощью обычных тормозов невозможно. Опыт авиастроителей оказался жизнеспособен и в автомобилестроении, и теперь воздушными тормозами оснащены, например, американские автомобили для дрэг-рейсинга. Во времена Ланчестера об этом никто не задумывался: для полноценного торможения считалось достаточным наличие всего одной пары механизмов, как правило, устанавливаемых на задних колесах. Тормоза на все четыре колеса первым получил в 1922 году знаменитый британский Austin Seven, открывший целую эпоху спортивных автомобилей.

Возросшие скорости и распространение дискового механизма торможения потребовали внедрения усилителя тормозов. По счастью, эта задача была решена заблаговременно – еще до изобретения автомобиля: в 1868 году инженер Джордж Вестингауз создал пневматическую систему, обеспечивающую быструю и надежную работу тормозных колодок. С тех пор на помощь водителю при торможении приходят силы, многократно превышающие мускульную силу человека, - в противном случае тормозной путь современных скоростей составлял бы сотни метров. Правда, в скором времени заслуженные пневмо- и гидроусилители обещают сделаться вчерашним днем: неумолимая электроника сократит всю тормозную систему до педали с датчиком и четырех электромоторов. В этом году отмечает свое 70-летие и прогрессивная система ABS. Еще в 1936 году концерн Bosch запатентовал механизм, предотвращающий жесткое торможение колес, который со временем стал широко известной системой антиблокировки. Принцип, разработанный немецкими инженерами, оказался прост, но эффективен: как только колесо начинает скользить по поверхности дороги, тормоза на доли секунды ослабляют хватку, позволяя ему чуть-чуть провернуться. Этим нехитрым маневром значительно сокращается тормозной путь на скользких покрытиях, а главное – автомобиль остается послушен движению руля, что может позволить опытному водителю избежать столкновения.

Однако в отсутствие электроники первая ABS была механической, а значит, громоздкой и ненадежной. При невысоких автоскоростях того времени внедрение антиблокировочных устройств не стало делом крайней необходимости. Первая работоспособная ABS появилась только в 1960-х годах, когда конструктор Хайнц Либер принялся разрабатывать систему, используя последние достижения науки. Первым в мире серийным автомобилем с ABS стал Mercedes S-Class, который имеет эту опцию в списке оборудования с 1978 года.

С тех пор управляющая электроника шагнула далеко вперед. Теперь за устойчивость автомобиля на дороге отвечает система ESP(Electronic Stability Program – программа электронной стабилизации). Прежде чем отдать приказ о торможении, она анализирует показания датчиков угла поворота передних колес, ускорения и скорости поворота автомобиля вокруг центральной оси. При этом нагруженное колесо внутри поворота подтормаживается по иному алгоритму, чем находящееся с внешней стороны поворота, что позволяет предотвратить занос.

На современных серьезных «джипах» тормоза… повышают проходимость, так как на них используются различные блокировки, не позволяющие колесу, утратившему связь с грунтом, свободно вращаться в воздухе, тем самым лишая остальные колеса крутящего момента. Однако механические блокировки тяжелы, дороги и не слишком надежны – их роль перепоручили тормозным колодкам. Теперь, стоит автомобилю забуксовать, «провинившееся» колесо тут же блокируется тормозами, и автомобиль выбирается из западни на оставшихся свободными колесах. Конечно, заменить полноценную внедорожную трансмиссию электроника не в состоянии, но для любительских выездов на природу вполне подходит.

Так что в будущем простые когда-то тормоза будут все больше обрастать управляющей электроникой, многочисленными датчиками и процессорами, учитывающими десятки параметров движения. Концерн Volvo уже проводит испытания систем, которые с помощью специальных видеокамер определяют тип и состояние дорожного покрытия и сами выбирают, как именно надо тормозить в каждый конкретный момент. А на некоторых автомобилях Mercedes водитель уже сейчас не связан напрямую с тормозными колодками: благодаря системе EMB сигналы передаются по проводам от педали к гидравлике. В ближайшем будущем от гидравлики вовсе откажутся: если электромеханическая система EMB дойдет до серийной кондиции, то останавливать «Мерседесы» будет компьютер и четыре электромоторчика.

2. Тормозная система

Рис.1. Схема гидропривода тормозов: 1 - тормозной механизм переднего колеса; 2 - трубопровод контура “левый передний - правый задний тормоза”; 3 - главный цилиндр гидропривода тормозов; 4 - трубопровод контура “правый передний - левый задний тормоза”; 5 - бачок главного цилиндра; 6 - вакуумный усилитель; 7 - тормозной механизм заднего колеса; 8 - упругий рычаг привода регулятора давления; 9 - регулятор давления; 10 - рычаг привода регулятора давления; 11 - педаль тормоза; А - гибкий шланг переднего тормоза; В - гибкий шланг заднего тормоза

                                    2.1. Особенности устройства

На автомобиле применена рабочая тормозная система с диагональным разделением контуров (рис. 1), что значительно повышает безопасность вождения автомобиля. Один контур гидропривода обеспечивает работу правого переднего и левого заднего тормозных механизмов, другой — левого переднего и правого заднего. При отказе одного из контуров рабочей тормозной системы используется второй контур, обеспечивающий остановку автомобиля с достаточной эффективностью.

В гидравлический привод включены вакуумный усилитель 6 и двухконтурный регулятор 9 давления задних тормозов. Стояночная тормозная система имеет привод на тормозные механизмы задних колес.

Рис.2. Вакуумный усилитель: 1 - шток; 2 - уплотнительное кольцо фланца главного цилиндра; 3 -чашка корпуса усилителя; 4 - регулировочный болт; 5 - уплотнитель штока; 6 - возвратная пружина диафрагмы; 7 - шпилька усилителя; 8 - уплотнительный чехол; 9 - корпус усилителя; 10 - диафрагма; 11 - крышка корпуса усилителя; 12 - поршень; 13 - защитный чехол корпуса клапана; 14 - воздушный фильтр; 15 - толкатель; 16 - возвратная пружина толкателя; 17 - пружина клапана; 18 - клапан; 19 - втулка корпуса клапана; 20 - буфер штока; 21 - корпус клапана; А - вакуумная камера; В - атмосферная камера; С, D - каналы

Вакуумный усилитель. Резиновая диафрагма 10 (рис.2) вместе с корпусом 21 клапана делят полость вакуумного усилителя на две камеры: вакуумную А и атмосферную В. Камера А соединяется с впускной трубой двигателя. Корпус 21 клапана пластмассовый. На выходе из крышки он уплотняется гофрированным защитным чехлом 13. В корпусе клапана размещен шток 1 привода главного цилиндра с опорной втулкой, буфер 20 штока, поршень 12 корпуса клапана, клапан 18 в сборе, возвратные пружины 16 и 17 толкателя и клапана, воздушный фильтр 14, толкатель 15.

При нажатии на педаль перемещается толкатель 15, поршень 12, а вслед за ними и клапан 18 до упора в седло корпуса клапана. При этом камеры А и В разобщаются. При дальнейшем перемещении поршня его седло отходит от клапана и через образовавшийся зазор камера В соединяется с атмосферой. Воздух, поступивший через фильтр 14, зазор между поршнем и клапаном и канал D, создает давление на диафрагму 10. За счет разности давления в камерах А и В корпус клапана перемещается вместе со штоком 1, который действует на поршень главного цилиндра.

              При отпущенной педали клапан отходит от своего корпуса и через образовавшийся зазор и канал С камеры А и В сообщаются между собой.

Рис.3. Привод регулятора давления: 1 - регулятор давления; 2, 16 - болты крепления регулятора давления; 3 - кронштейн рычага привода регулятора давления; 4 - штифт; 5 - рычаг привода регулятора давления; 6 - ось рычага привода регулятора давления; 7 - пружина рычага; 8 - кронштейн кузова; 9 - кронштейн крепления регулятора давления; 10 - упругий рычаг привода регулятора давления; 11 - серьга; 12 - скоба серьги; 13 - шайба; 14 - стопорное кольцо; 15 - палец кронштейна; А, В, С - отверстия

              Регулятор давления регулирует давление в гидравлическом приводе тормозных механизмов задних колес в зависимости от нагрузки на заднюю ось автомобиля. Он включен в оба контура тормозной системы и через него тормозная жидкость поступает к обоим задним тормозным механизмам. Регулятор давления 1 (рис.3) крепится к кронштейну 9 двумя болтами 2 и 16. При этом передний болт 2 одновременно крепит вильчатый кронштейн 3 рычага 5 привода регулятора давления. На пальце этого кронштейна шарнирно штифтом 4 крепится двухплечий рычаг 5. Его верхнее плечо связано с упругим рычагом 10, другой конец которого через серьгу 11 шарнирно соединяется с кронштейном рычага задней подвески.

              Кронштейн 3 вместе с рычагом 5 за счет овальных отверстий под болт крепления можно перемещать относительно регулятора давления. Этим самым регулируется усилие, с которым рычаг 5 действует на поршень регулятора.

Рис.4. Регулятор давления: 1 - корпус регулятора давления; 2 - поршень; 3 - защитный колпачок; 4, 8 - стопорные кольца; 5 - втулка поршня; 6 - пружина поршня; 7 - втулка корпуса; 9, 22 - опорные шайбы; 10 - уплотнительные кольца толкателя; 11 - опорная тарелка; 12 - пружина втулки толкателя; 13 - кольцо уплотнительное седла клапана; 14 - седло клапана; 15 - уплотнительная прокладка; 16 - пробка; 17 - пружина клапана; 18 - клапан; 19 - втулка толкателя; 20 - толкатель; 21 - уплотнитель головки поршня; 23 - уплотнитель штока поршня; 24 - заглушка; A, D - камеры, соединенные с главным цилиндром; В, С - камеры, соединенные с колесными цилиндрами задних тормозов; К, М, Н - зазоры

              В регуляторе имеются четыре камеры: А и D (рис. 4) соединяются с главным цилиндром, В — с правым, а С — с левым колесным цилиндром задних тормозов. В исходном положении педали тормоза поршень 2 (рис. 6-4) поджат рычагом 5 (см. рис.3) через пластинчатую пружину 7 к толкателю 20 (см. рис.4), который под этим усилием поджимается к седлу 14 клапана 18. При этом клапан 18 отжимается от седла и образуется зазор Н, а также зазор К между головкой поршня и уплотнителем 21. Через эти зазоры камеры А и D сообщаются с камерами В и С.

              При нажатии на педаль тормоза жидкость через зазоры К и Н и камеры В и С поступает в колесные цилиндры тормозных механизмов. При увеличении давления жидкости возрастает усилие на поршне, стремящееся выдвинуть его из корпуса. Когда усилие от давления жидкости превысит усилие от упругого рычага, поршень начинает выдвигаться из корпуса, а вслед за ним перемещается под действием пружин 12 и 17 толкатель 20 вместе со втулкой 19 и кольцами 10. При этом зазор М увеличивается, а зазоры Н и К уменьшаются. Когда зазор Н выберется полностью и клапан 18 изолирует камеру D от камеры С, толкатель 20 вместе с расположенными на нем деталями перестает перемещаться вслед за поршнем. Теперь давление в камере С будет изменяться в зависимости от давления в камере В. При дальнейшем увеличении усилия на педали тормоза давление в камерах D, В и А возрастает, поршень 2 продолжает выдвигаться из корпуса, а втулка 19 вместе с уплотнительными кольцами 10 и тарелкой 11 под усиливающимся давлением в камере В сдвигается в сторону пробки 16. При этом зазор М начинает уменьшаться. За счет уменьшения объема камеры С давление в ней, а значит и в приводе тормоза, нарастает и практически будет равно давлению в камере В. Когда зазор К станет равен нулю, давление в камере В, а значит и в камере С, будет расти в меньшей степени, чем давление в камере А, за счет дросселирования жидкости между головкой поршня и уплотнителем 21. Зависимость между давлением в камерах В и А определяется отношением разности площадей головки и штока поршня к площади головки.