Без тормозной системы машины были бы одноразовыми. Они снижают скорость авто, останавливают его, участвуют в работе помогающих систем и активной безопасности (например, ABS и ESP).
Что происходит между тем, как водитель зажмет педаль тормоза и автомобиль остановится? Как устроен тормозной привод? И чем различаются тормозные механизмы дискового и барабанного типов? Это вопрос безопасности, который нужно знать каждому автомобилисту. Автопрагмат подготовил очередной материал по техническому ликбезу, где мы понятно и доступно объясняем, из чего состоит гидравлическая тормозная система и какие функции выполняют ее элементы.
Особенности гидравлических тормозов автомобиля
Современные автомобильные тормоза могут иметь пневматический, механический или гидравлический привод, но на гражданских авто используют последние. Их работа основана на одном принципе: жидкость нельзя сжать, так что если залить ее в герметичную трубу и толкнуть поршнем с одной стороны, она будет толкать второй поршень, расположенный с другой стороны.
Важно: деталь, в которой находится поршень, называется гидроцилиндром. В тексте встречаются термины “главный тормозной цилиндр” и “рабочий тормозной цилиндр”. Не спутайте их с корпусом барабанных тормозов, который просто имеет цилиндрическую форму.
Тормозная жидкость является рабочим телом системы. Она должна быть достаточно вязкой, выдерживать высокие температуры (при сжатии может нагреваться до 100-150 градусов), не застывать зимой и сохранять свои качества на протяжении всего срока службы.
Большинство тормозных жидкостей основано на полигликолях. Их главный недостаток — высокая гигроскопичность: они легко впитывают воду из воздуха. Набрав 1-2% воды, тормозная жидкость кипит во время сжатия, и тормоза перестают работать.
Но перед тем, как разбираться, как педаль тормоза запускает работу гидравлики, поговорим о той части, которая видна невооруженным взглядом: о тормозных механизмах.
Чем различаются дисковые и барабанные тормоза?
Чтобы замедлить или остановить автомобиль, проще всего воздействовать на колеса. На самых первых автомобилях тормозили деревянной колодкой: ее прижимали ручным рычагом прямо к колесу. Примерно так же сейчас работают тормоза на самокатах. Минуло больше сотни лет, но основной принцип работы тормозов остался прежним: использовать силу трения для замедления колес. Только вместо рычага теперь — педаль, колодки делают из металла, гранита и керамики, а тормозное усилие передает жидкость.
Существует два типа тормозных механизмов: дисковые и барабанные. В чем разница между их принципом работы?
Как работают дисковые тормоза?
На ступице закреплен тормозной диск, который вращается вместе с колесом. К нему прижимаются колодки из материала с высоким коэффициентом трения — обычно это гранитная крошка с примесями металла, а раньше в смесь часто добавляли асбест. Колодки располагаются параллельно диску, с обеих сторон: так увеличивается площадь соприкосновения, а значит, сила трения.
Важно, чтобы колодки прижимались к диску равномерно, иначе они будут неравномерно изнашиваться и неэффективно тормозить. За прижимание колодок отвечает суппорт, к которому относятся:
- колодки
- рабочие цилиндры с поршнями (чаще всего встречаются однопоршневые)
- плавающая скоба (на однопоршневых тормозах)
На тормозах с одним поршнем под той частью суппорта, которую мы видим снаружи диска, расположена плавающая скоба. Она может перемещаться к диску и обратно, перпендикулярно его плоскости. На скобе закреплена внешняя тормозная колодка.
С внутренней стороны диска в суппорте есть рабочий цилиндр, поршень которого выдвигается вперед. На нем закреплена внутренняя колодка.
Когда внутренняя колодка достигает поверхности диска, поршень продолжает выходить из цилиндра, и тянет скобу к диску. Так внешняя колодка прижимается к диску, обе колодки зажимают диск, и колесо замедляется.
Когда водитель отпускает педаль, давление в тормозной системе падает. Поршень возвращается в цилиндр, скоба отодвигается от диска, а затем отходит и внутренняя колодка.
На мощных и спортивных автомобилях устанавливают многопоршневые дисковые тормоза (обычно поршней от 2 до 6). В таких системах нет плавающей скобы, а колодки закреплены на поршнях с обеих сторон.
Как работают барабанные тормоза?
На колесе закреплен барабан — полый цилиндр из металла, внутри которого находятся все механизмы. В том числе колодки изогнутой формы, которые прижимаются к стенке барабана всей площадью.
Рабочий цилиндр с двумя поршнями расположен между краями колодок. Когда водитель жмет на тормоз, давление жидкости выдвигает поршни из цилиндра в противоположные стороны, и каждый прижимает свою колодку к барабану.
Когда педаль отпущена, давление в системе падает, и поршни возвращаются на место. Колодки отходят от барабана и стягиваются при помощи пружины.
Каковы основные отличия?
- У дисковых тормозов виден суппорт (часто бывает ярких цветов), и диск, на котором могут быть насечки и отверстия. Барабанные выглядят проще: как цилиндр из металла
- У дисковых колодки зажимают диск с двух сторон, у барабанных — находятся внутри барабана и встают враспор
- Дисковые тормоза более эффективные, а барабанные реже требуют обслуживания и замены
- Иногда на переднюю ось устанавливают дисковые тормоза, а на заднюю — барабанные, но у многих авто стоят дисковые системы на всех колесах
Как устроена система АБС
Перед тем, как жидкость окажет давление на рабочие цилиндры, ее распределяет АБС — антиблокировочная тормозная система. Это самая простая система активной безопасности, которая состоит из трех компонентов:
- блок управления,
- клапаны,
- насос.
Блок управления изучает информацию с датчиков автомобиля. Он узнает:
- с какой скоростью движется авто,
- с какой скоростью вращается каждое колесо.
Более современная система, которая у большинства брендов называется ESP, еще считывает, в каком положении руль и куда на самом деле едет автомобиль, и может управлять оборотами двигателя.
Клапаны АБС регулируют давление в каждом отдельном колесе — например, полностью разгружают одно и подают давление на другие, — чтобы избежать заноса или блокировки.
Насос повышает давление жидкости и позволяет совершить экстренное торможение.
Но одной АБС мало, чтобы управлять всей тормозной системой: все-таки она больше подходит для предотвращения аварийных ситуаций. Для штатного торможения нужно большее давление в системе — и более надежное управление, которое будет работать, даже если в автомобиле откажет электроника.
А мы уже знаем, как работает гидравлическая тормозная система: чтобы жидкость передала давление, на нее нужно надавить. Так что взглянем с другой стороны — с водительского сиденья.
Что происходит при нажатии педали тормоза
Разберем устройство тормозного привода —
- педаль,
- усилитель,
- главный тормозной цилиндр (ГТЦ).
В самой простой схеме педаль тормоза работает как рычаг. Водитель нажимает на педаль, толкатель передает давление на усилитель тормозов. Усилитель увеличивает силу нажатия и штоком давит на ГТЦ, который создает давление в тормозной системе.
Зачем нужен усилитель тормозов?
Чтобы водителю было легче нажимать педаль, а торможение было более эффективным, во всех современных авто есть усилитель тормозов. Разберем самые распространенные системы усиления.
Вакуумный усилитель — это округлый корпус, внутри которого есть мембрана. Она делит корпус на два отсека: атмосферный и вакуумный. Из дальнего, вакуумного отсека может откачиваться воздух — он соединен с впускным коллектором двигателя. Когда водитель давит на педаль, вакуум втягивает мембрану, а следом утягивается шток. При этом механическое усилие на штоке растет в 3-5 раз.
Если вакуумный усилитель сломается, тормоза все еще будут работать. Но тормозить будет тяжелее: водителю придется создавать все давление.
На многих авто с вакуумным усилителем также стоит электровакуумный насос — он откачивает из вакуумной камеры воздух и усиливает давление. Например:
- На авто с дизельными двигателями, где впуск потребляет мало воздуха
- В составе вспомогательной системы торможения, которая уменьшает тормозной путь
- На электромобилях, где ДВС (и впускного коллектора) — нет вообще
В самых современных автомобилях педаль тормоза не связана с усилителем механически. Между ними есть электрическая связь (такая же, как у электроусилителя руля): электроника считывает положение педали тормоза и передает соответствующий сигнал. А исполнителем может быть гидроусилитель, подключенный к насосу ГУР, или электронасосы.
Еще бывают системы с гидравлическим насосом (приводится в движение шкивом на ДВС), электрогидравлическим приводом (с дополнительным электронасосом для тормозной жидкости), и гидровакуумным усилителем (с дополнительным силовым цилиндром перед вакуумным усилителем; практически не встречается на современных автомобилях).
Зачем нужен главный тормозной цилиндр (ГТЦ)?
Непосредственно с усилителем связан главный тормозной цилиндр (ГТЦ) — узел, который и создает давление в тормозной системе. С ним соединен расширительный бачок тормозной жидкости.
Обычно в тормозной системе два контура — для передних и задних колес. Каждым контуром управляет один поршень внутри ГТЦ. Их два, и они расположены последовательно, один за другим.
При нажатии педали тормоза шток усилителя толкает первый поршень в ГТЦ. Он перекрывает компенсационный канал, который ведет в бачок, изолируя первый контур. Тем временем, через жидкость в пространстве между поршнями давление передается на второй поршень. Он тоже приводится в движение, изолирует второй контур от бачка и подает на него давление.
Когда водитель отпускает педаль, возвратные пружины оттягивают поршни в исходное положение. Контуры разгерметизируются, и давление в системе пропадает.
Иногда каждый контур отвечает не за одну ось, а за противоположные колеса:
- один — на переднее левое и правое заднее,
- второй — на переднее правое и левое заднее колеса.
Так, если в одном контуре образуется пробой, половина тормозов все равно продолжить работать. Распределение “по диагонали” делает тормозное усилие более равномерным и снижает риск заноса. А еще бачок ТЖ разделен на две части — это предотвращает полную утечку.
Если говорить о распределении тормозного усилия, на задней оси оно должно быть меньше. При торможении машина “зарывается” передней частью, и задние колеса частично теряют сцепление с дорогой. Высокое давление жидкости может привести к их блокировке и заносу автомобиля. В ныне устаревших машинах на переднюю и заднюю оси подавалось одинаковое давление ТЖ, а перед распределением на задние колеса понижалось при помощи регулятора — “колдуна”.
Итак, при нажатии педали тормоза:
- усилитель принимает усилие водителя или электронный сигнал, и увеличивает это усилие
- поршни в ГТЦ создают давление в тормозной жидкости
- жидкость проходит через насос и клапаны АБС, где на каждое колесо распределяется необходимое давление
- поршни прижимают колодки к барабану или диску, закрепленному на колесе
- колеса останавливаются благодаря силе трения
Как проверить тормоза перед покупкой автомобиля?
Тормозная система — важнейшая часть автомобиля, которая должна быть полностью исправна. При диагностике специалисты Автопрагмата рекомендуют оценить:
- тормозные магистрали на предмет механических повреждений, коррозии, растрескиваний резиновых тормозных шлангов
- наличие и целостность защитных пыльников тормозных механизмов
- наличие течей тормозной жидкости — эксплуатация автомобиля с течью в тормозной системе запрещена ПДД
- равномерность износа дисков — диски справа и слева должны быть одинаково изношены, а на их поверхности не должно быть борозд и следов перегрева (трещин, изменения цвета металла). Искривление плоскости элемента тоже не допускается
- остаточный ресурс колодок — его определяют по толщине фрикционной накладки при возможности визуального осмотра, а также по датчику предельного износа колодок, если такой есть в машине
- работоспособность системы: специалист осматривает целостность элементов на подъемнике, проверяет работу ручника, ход педали
- на тест-драйве при торможении автомобиль не должен уходить в сторону, а также недопустимы шумы, биение и заклинивание механизмов.
- Обязательно измеряют уровень жидкости — это рабочее тело системы, и оценивают ее состояние на присутствие взвесей и посторонних частиц.
- По возможности следует оценить процент влаги в тормозной жидкости при помощи специального тестера.
