Как устроены и действуют автомобильные тормоза

Тормозную систему автомобиля принято считать наиболее важной с точки зрения обеспечения безопасности движения. Это так, но к её функциям также относятся возможность управления автомобилем в сложных ситуациях, когда руля и тяги не хватает для точного следования траектории, и обеспечение высокой средней скорости движения. Быстро замедлиться перед поворотом или препятствием означает сэкономить время, это хорошо известно в автоспорте, но и прекрасно работает в гражданском применении автомобиля.

Разделение функций между разными тормозными системами в одном автомобиле

Различают три главные системы торможения:

• рабочий тормоз;
• аварийная запасная система;
• стояночный тормоз.

Возможно использование и иных механизмов, например, горный тормоз у тяжёлых грузовых автомобилей или парковочный режим в автоматических трансмиссиях.

Механизмы основной рабочей системы

Наиболее часто в вождении применяется служебное торможение при помощи ножной педали. Это требуется как для снижения скорости автомобиля, так и полной остановки. В том числе в режимах экстренного торможения на пределе сцепных свойств шин. Система должна работать при любой интенсивности замедления.

Механический привод тормозов на автомобилях давно не применяется, а пневмотормоза используются только на тяжёлой технике. Основной тип привода – гидравлика. Используется принцип несжимаемости жидкостей, когда усилие по магистралям распространяется практически мгновенно, а давление одинаково в любой точке системы, не перекрытой дополнительными клапанами и модуляторами.

Тормозная система типичного легкового автомобиля включает в себя:

• ножную педаль, соединённую штоком с поршнем главного тормозного цилиндра;
• различного типа усилители тормозов, преимущественно работающие по вакуумному принципу;
• тормозные магистрали, идущие ко всем колёсам, привод только на одну ось также давно серийно не используется;
• колёсные тормозные механизмы с исполнительными рабочими гидроцилиндрами, дисками или барабанами, в зависимости от конкретного воплощения;
• системы модуляции тормозного усилия, построенные на базе узлов антиблокировочной системы тормозов ABS, управляемые от колёсных датчиков или электронных помощников водителя.

Работа гидропривода заключается в создании и передаче давления жидкости через трубопроводы, гибкие шланги и модуляторы к поршням рабочих цилиндров. Последние уже непосредственно прикладывают усилие к тормозным колодкам, зажимающим диски или распирающим барабаны. Жёсткая связь с колёсами и трение, возникающее между колодками и дисками (барабанами) заставляют автомобиль замедляться. Энергия при этом будет выделена в виде тепла и рассеяна в пространстве.

Мощность рабочего тормоза велика и во много раз превышает мощность двигателя. Благодаря этому автомобиль гораздо быстрее тормозит, чем разгоняется, чем обеспечивается необходимый уровень безопасности.

Тормозным балансом автомобиля считается правильное распределение усилий между осями. Во время замедления задняя ось разгружается, а на передней наоборот, возникает дополнительная динамическая загрузка. Поэтому одинаковая эффективность тормозов передней и задней осей не просто нежелательна, но и недопустима. Она бы приводила к постоянным срывам задней оси в скольжение, после чего автомобилем стало бы невозможно управлять. Поэтому даже при отсутствии ABS в систему вводятся устройства контроля за распределением тормозного усилия.

Резервная аварийная система

Обычно работа всех важных устройств, отказ которых может привести к авариям и катастрофам, дублируется. В автомобиле для этого предусмотрен второй контур в рабочей системе тормозов. Работает он параллельно с основным, то есть в режиме горячего резервирования. В его состав входит второй рабочий объём главного цилиндра с отдельным поршнем и дополнительные магистрали. Говорить о полном дублировании нельзя, но остановка автомобиля при отказе многих важных элементов вполне возможна, хотя и с потерей эффективности.

Чаще всего магистрали разводят по диагонали, то есть отказ одного из контуров оставит работать одно из передних и диагонально расположенное к нему заднее колесо. В большинстве случаев этого достаточно, но встречаются и иные решения, например полное дублирование самого важного переднего контура тормозов. От водителя требуется лишь при провале педали до пола отпустить её и нажать снова.

Стояночный тормоз

Исторически сложилось называть эту систему «ручником», хотя она может иметь привод от ножной педали или рычажка, включающего сервопривод. Действует механизм обычно на задние колёса. При барабанных тормозах механически раздвигаются колодки посредством системы тросов и рычагов, а при дисковой – либо имеется достаточно сложная схема использования основных колодок, либо вводится отдельный барабанный тормоз со своими колодками.

Исполнений ручного тормоза в настоящее время существует много, что связано с внедрением сервисных функций. Простейший привод от ручного рычага постепенно устаревает, современная система автоматически разводит колодки электродвигателем и удерживает их до поступления команды на снятие с тормоза. Часто это происходит автоматически при трогании автомобиля с места. Так исключаются ошибки неопытных водителей, забывающих отключить стояночный тормоз, что приводит к перегреву и разрушению колодок.

Дополнительной функцией ручного тормоза является остановка автомобиля при отказе всех контуров рабочей системы. Поэтому его продолжают делать по тому же принципу с колодками, фрикционными накладками и барабанами, хотя в автоматических коробках имеется механизм стопорения трансмиссии с жёстким храповиком. Он не поможет при включении на ходу.

Обслуживание тормозов и характерные неисправности

Тормозные колодки являются классическими расходниками, и их меняют при критическом износе. Операция контроля их состояния обязательна при каждом ТО. Проверяются и диски на критическую толщину, но служат они дольше.

Регулярной замене подвергается жидкость в гидроприводе. Она имеет свойство накапливать влагу (гигроскопичность), после чего снижается такой её важный параметр, как температура кипения. Если тормозная жидкость закипит от перегрева в рабочих цилиндрах, то тормоза пропадут полностью, газы сжимаемы и усилие не передают. К тому же старая жидкость провоцирует коррозию и утечки. Малейшие следы подтекания недопустимы, это прямой путь к завоздушиванию привода и отказу.

В тяжёлых условиях работают колёсные тормозные шланги, их надо осматривать и менять при появлении трещин. Шланг состоит из двух слоёв с кордом между ними, но попадание воды и грязи через внешнюю оболочку быстро приводит армирующий корд в негодность. После этого шланг не сможет держать давление и соответствующий контур откажет.

Тормозная система подлежит ревизии при появлении и прочих признаков:

• вибрации при замедлении;
• посторонние шумы на торможении;
• сниженная эффективность;
• изменение положения педали, провалы или мягкость;
• индикация неисправности ABS;
• сигналы индикаторов о минимальной толщине фрикционных накладок;
• увеличение усилия на педали;
• неравномерный износ или выкрашивание накладок колодок.

При эксплуатации тормоза требуют бережного обращения, их нельзя интенсивно использовать на автомобилях, не предназначенных специально для спорта. Достаточно одного интенсивного торможения с высокой скорости, чтобы колодки потеряли свои свойства из-за перегрева, а несколько торможений подряд, например, в горах, полностью уничтожат колодки, вероятно и диски. Необходимо чаще использовать торможение двигателем и не давать автомобилю набирать большую скорость на затяжных спусках, велика вероятность того, что остановить его уже не получится.