Надежность тормозной системы автомобиля
Требование надежности тормозов автомобиля возникло сразу же после первого выезда первого автомобиля, который закончился аварией – подвели тормоза.
Тормозная система стоит на первом месте среди причин наиболее тяжелых отказов автомобиля. Отказ этой системы практически со 100% исходом приводит к ДТП.
В современных автомобилях конструкционной надежности тормозных систем, и в частности обеспечению схемной надежности, резервированию, уделяется исключительное внимание.
Надежность сохранения автомобилем тормозных свойств относится к числу важнейших требований к системе ВАДС. Выполнение этих требований зависит от входящих в систему ВАДС элементов, но определяющее значение имеют тормозные свойства самого автомобиля. Тормозные системы автомобилей должны удовлетворять требованиям ГОСТ Р 51709-2001 — Автотранспортные средства требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки.
В дорожных условиях при торможении рабочей тормозной системой с начальной скоростью торможения 40 км/ч АТС не должно ни одной своей частью выходить из нормативного коридора движения шириной 3 м.
Нормативы эффективности торможения АТС рабочей тормозной системой при проверках в дорожных условиях в таблице 1
| АТС | Категория АТС (тягача в составе автопоезда) | Усилие на органе управления Рп,Н, не более | Тормозной путь АТС Sт, м, не более | Установившееся замедление jуст, м/с 2 , не менее | Время срабатывания тормозной системы. tср,с, не более |
| Пассажирские и грузопассажирские автомобили | М1 | 14,7 | 5,8 | 0,6 | |
| М2,М3 | 18,3 | 5,0 | 0,8 1,0 | ||
| Грузовые автомобили | N1, N2, N3 | 18,3 | 5,0 | 0,8 1,0 |
При проверках на стендах допускается относительная разность тормозных сил колес оси (в процентах от наибольшего значения) для АТС категорий М1 М2, М3 и передних осей автомобилей и прицепов категорий N1, N2, N3, О2, O3, O4 не более 25%, а для полуприцепов и последующих осей автомобилей и прицепов категорий N1 N2, N3, О2, О3, O4 — 25%.
Стояночная тормозная система для АТС разрешенной максимальной массы должна обеспечивать удельную тормозную силу не менее 0,16 или неподвижное состояние АТС на опорной поверхности с уклоном не менее 16 %.
Для АТС в снаряженном состоянии стояночная тормозная система должна обеспечивать расчетную удельную тормозную силу, равную 0,6 от отношения снаряженной массы, приходящейся на оси, на которые воздействует стояночная тормозная система, к снаряженной массе, или неподвижное состояние АТС на поверхности с уклоном не менее 23 % для АТС категорий М1 — Мз и не менее 31 % для категорий N1— N3.
Вспомогательная тормозная система (тормозная система, предназначенная для уменьшения энергонагруженности тормозных механизмов рабочей тормозной системы АТС), за исключением моторного замедлителя, при проверках в дорожных условиях в диапазоне скоростей 25-35 км/ч должна обеспечивать установившееся замедление не менее 0,5 м/с 2 для АТС разрешенной максимальной массы и 0,8 м/с 2 -для АТС в снаряженном состоянии с учетом массы водителя. Моторный замедлитель должен быть работоспособен.
Запасная тормозная система (тормозная система, предназначенная для снижения скорости АТС при выходе из строя рабочей тормозной системы), снабженная независимым от других тормозных систем органом управления, должна обеспечивать соответствие нормативам показателей эффективности торможения-АТС на стенде и в дорожных условиях. Начальная скорость торможения при проверках в дорожных условиях — 40 км/ч.
АТС, оборудованные антиблокировочными тормозными системами (АБС), при торможениях в снаряженном состоянии с учетом массы водителя с начальной скоростью не менее 40 км/ч, должны двигаться в пределах коридора движения без видимых следов увода и заноса.Их колеса не должны оставлять следов юза на дорожном покрытии до момента отключения АБС при достижении скорости движения, соответствующей порогу отключения АБС (не более 15 км/ч). Функционирование сигнализаторов АБС должно соответствовать ее исправному состоянию.
Анализ отказов агрегатов и систем автомобиля показывает, что по удельному весу отказы тормозной системы оказались на первом месте (27,2%), по трудоемкости устранения отказов – на втором месте после передней подвески (12,4%), по стоимостим расхода запасных частей – на четвертом месте (10,7%).
Распределение отказов подсистем тормозной системы легковых автомобилей имеет вид
| Подсистема | Удельный вес, % | |
| Отказов | Трудоемкости устранения | |
| Тормозные механизмы рабочей системы: — фрикционные накладки передних тормозов — то же задних тормозов | 76,4 13,5 | 48,3 |
| Тормозной привод: — гидравлической рабочей системы — механической стояночной системы | 8,2 0,6 | 27,4 0,5 |
Различают два режима торможения: служебное и аварийное.
Задача служебного торможения состоит в том, чтобы остановить автомобиль, не нарушая удобства езды пассажира и соблюдая безопасность движения. Аварийным считается торможение, грозящее внезапным полным отказом автомобиля и системы ВАДС в целом. Считается, что торможение относится к служебному при ускорении замедления до 2,5 м/с 2 и аварийному при ускорении замедления свыше 2,5 м/с 2 .
В любом случае задача торможения состоит в том, чтобы остановить автомобиль, сохраняя требуемую управляемую траекторию движения.
По этой причине в тормозной системе, как ни в одной другой в автомобиле, широко применяются различные виды резервирования.
В современных автомобилях резервируются как тормозные механизмы колес, так и элементы и подсистемы привода.
Рассмотрим надежность рабочей тормозной системы легкового автомобиля. Тормозной привод – двухконтурный, резервирование подсистем отсутствует. Такая тормозная система используется в отечественных автомобилях семейства ВАЗ. В моделях «классика» один контур предназначен для торможения передних колес, другой – для задних. В моделях семейства 2110 контура приводят в действие тормозные механизмы, расположенные на диагональных колесах передней и задней осей. Принцип действия тормозной системы как в «классике, так и в переднеприводных моделях одинаков.
Рассмотрим тормозную систему «классики» (рис.3а). Усилие от педали передается через вакуумный усилитель ВУ, зарезервированный механической связью МС, главному тормозному цилиндру. Он состоит из двух секций с автономным питанием тормозной жидкостью, включенных в схему параллельно. Передняя секция Г1 питает контур тормозов задних колес ТЗ 1 , ТЗ 11 , задняя – передних колес ТП 1 , ТП 11 . Регулятор тормозных сил Р обеспечивает уменьшение тормозных сил на задних колесах при торможении, что снижает опасность их буксования и улучшает устойчивость автомобиля. Расчетная схема показана на рис.3б.
Рассчитаем надежность двухконтурной тормозной системы и сравним ее с надежностью одноконтурной схемы гипотетического автомобиля(рис. 4).
Для простоты и наглядности примем надежность всех элементов одинаковой и равной Pi (t) = 0,98 для наработки t .Соответственно, вероятность отказа элемента составит Qi (t) = 0,02.
Для двухконтурной схемы имеем:
где PА (t) = 1 – QВУ (t) * QМС (t) =1 – 0,02 2 = 0,9996,
PБ (t) = 1 – QБ (t) = 1 – QЗ (t) * QП (t)= 1 – (1 – 0.98 4 ) * (1 – 0,98 3 ) =
1 – 0,0776 * 0,0588 = 0,9954.
P (t)C = 0,9996 * 0,9954 = 0,995
Вероятность отказа тормозов составляет (1 – 0,995) *100% = 0,5%.
Для одноконтурной схемы имеем:
где PА (t) = 1 – QВУ (t) * QМС (t) =1 – 0,02 2 = 0,9996,
PБ (t) = Pi (t) 6 = 0,98 6 = 0,8858.
P (t)C = 0,9996 * 0,8858 = 0,8854
Вероятность отказа тормозов составляет (1 – 0,8854) *100% = 11,46%.
Таким образом, двухконтурная система в 22,96 раза надежней одноконтурной.
Источник статьи: http://lektsii.org/1-26603.html
О ТОРМОЗАХ И ТОРМОЖЕНИИ
Кандидат в мастера спорта по автоспорту Д. ЗЫКОВ.
Не каждый автомобилист знает, что с помощью тормозов можно не только остановить и удержать машину на месте, но и преодолеть скользкий участок, опасный поворот, развернуться и даже перескочить неширокую канаву или выбоину. Большинство автолюбителей думают, что после нажатия на педаль тормоза эффективное торможение продолжается до полной остановки автомобиля. На самом деле это не так. Максимальное замедление достигается тогда, когда колеса еще вращаются, но уже находятся как бы на грани срыва в скольжение. В этот момент их сопротивление качению достигает максимума. Когда же колеса останавливаются и начинают скользить по дороге, сила трения падает и тормозной путь увеличивается. Мастерство торможения заключается, таким образом, в том, чтобы остановить автомобиль одновременно с прекращением вращения колес. Но прежде чем дать практические рекомендации, как этого добиться, нелишне напомнить о том, какие бывают тормоза и как они работают.
Надежные тормоза появились не сразу. Довольно долго для замедления хода на автомобиле использовали специальные «башмаки», которые прижимались к шинам задних колес. Системы эти были капризными, а их механический привод — ненадежным. К тому же, чтобы тормоза работали эффективно, нужно было прикладывать к рычагам или педалям очень большие усилия. Из-за этого почти на всех первых автомобилях тормоза приводили в действие длинными рычагами.
На смену «башмакам» в начале 1910-х годов пришли ленточные трансмиссионные тормоза. Конструкция трансмиссии была дополнена тормозным барабаном, к которому при помощи специального механизма прижималась лента, чаще всего стальная. В ленточных тормозах привод был тоже механический, но усилий для их срабатывания требовалось меньше. Тогда-то и появились педали тормоза на сравнительно коротких рычагах. У ленточных тормозов есть очень существенный недостаток: они практически не работают при езде задним ходом. А главное, с ними, как со всеми тормозами с механическим приводом, невозможно добиться равномерного и одновременного срабатывания тормозов на всех колесах. Тем не менее трансмиссионные тормоза используются и сейчас, в основном на большегрузных автомобилях, но вместо ленты в них ставят фрикционные колодки. В легковых машинах такие системы применяются только в стояночных тормозах (например, в «Волге» ГАЗ-21).
В начале века тормозами с механическим приводом оборудовали только задние колеса автомобилей. Тогда считалось, что машина с передними тормозами будет «клевать носом» и даже может перевернуться. На самом деле проблема заключалась в другом: конструктивно было практически невозможно поставить механический привод тормозов на управляемые колеса. Аналогичные современным тормоза с гидравлическим приводом на передних колесах появились лишь в 1924 году на автомобилях «Крайслер». С тех пор автомобилестроители всего мира перешли на системы тормозов с гидравлическим приводом, которые используются и сегодня. Гидравлическая система гарантирует одновременное срабатывание и равномерное усилие тормозных механизмов всех четырех колес и обладает помимо этого высокой надежностью.
Легковой автомобиль обычно оснащается четырьмя тормозными системами: рабочей, запасной (дублирующей), стояночной и вспомогательной (ею может служить, например, двигатель, работающий в режиме торможения). Каждая тормозная система состоит из механизмов, создающих тормозные усилия, и привода, в который входят все устройства управления тормозами.
Рабочая система придает машине отрицательное ускорение — замедляет ход, но иногда во время ее работы возникают боковые ускорения. Такое явление принято называть заносом, хотя это и не всегда правильно. (Подробнее о заносе см. «Наука и жизнь» № 6, 1999 г.) Запасная система нужна в тех случаях, когда выходят из строя рабочие тормоза. Для удержания машины в неподвижном состоянии предназначена стояночная тормозная система. Но иногда в критической ситуации стояночным тормозом приходится пользоваться как рабочим — для более эффективного торможения и совершения маневров, например, на переднеприводном автомобиле с его помощью можно развернуться на месте.
Процесс торможения занимает некоторое время, которое складывается из времени реакции и принятия решения (в зависимости от квалификации, возраста и состояния водителя оно может составлять от 0,1 до 2 секунд) и времени срабатывания механизмов (оно зависит от конструктивных особенностей и технического состояния тормозной системы и составляет около 0,2 секунды). Их сумма дает время запаздывания. Легко подсчитать, что если оно равно двум секундам, то при скорости 90 км/ч автомобиль успеет пробежать до начала замедления хода 50 метров.
О том, как работают тормоза, принято судить по длине тормозного пути. У машин с обычной тормозной системой он хорошо виден по черным следам на асфальте и его легко измерить рулеткой. У машин с антиблокировочными системами (АБС) измерить тормозной путь на асфальте невозможно — правильно настроенная АБС следов не оставляет. Не менее важным показателем работы тормозов считается равномерность тормозных усилий, от нее зависит устойчивость машины.
В современных легковых автомобилях на передние колеса устанавливаются, как правило, дисковые, а на задние -_ барабанные тормозные механизмы. При нажатии на педаль тормоза в дисковых тормозах колодки сходятся и зажимают тормозной диск, а в большинстве конструкций барабанных тормозов колодки расходятся и прижимаются к внутренней цилиндрической поверхности барабана. Возникающая сила трения замедляет вращение колес, и они останавливаются (блокируются).
В тормозном механизме сила трения зависит от скорости движения барабана или диска относительно колодок (чем ниже скорость, тем сила трения больше) и от температуры (чем она выше, тем меньше сила трения). В большой степени на силу трения влияет состояние колодок и дисков (барабанов). Замасленные или влажные колодки не способны остановить колесо.
Дисковые тормоза обладают существенными преимуществами перед барабанными. Главные из них — стабильность работы, лучшие условия охлаждения и очистки, более высокая эффективность, меньшие вес и размеры. Но есть и недостатки. Площадь колодок у дисковых тормозов меньше, чем у барабанных, поэтому для них нужны большие усилия на приводе и соответственно более высокое давление в гидросистеме.
Существуют два основных вида конструкций дисковых тормозов: с неподвижной скобой (заднеприводные модели ВАЗ и «Москвич-2140») и с плавающей (переднеприводные модели ВАЗ, «Нива», «Москвич-2141»). Первые снабжаются двусторонними гидроцилиндрами, вторые — односторонними. Системы с плавающей скобой компактнее, в них меньше риск перегрева, зато ход поршня почти вдвое больше, чем в системах с неподвижной скобой, да и по жесткости они уступают двусторонним.
Чтобы улучшить охлаждение, в дисковых тормозах часто используют так называемые вентилируемые диски с воздушными каналами, проходящими от центра к периферии. Летом на мощных скоростных машинах без таких дисков не обойтись, а вот зимой с ними бывают неприятности. Когда в каналы набивается снег, он тает, а вода не успевает вытечь. Если же на морозе она замерзнет, то диск может разорвать. Чтобы этого не случилось, после выезда из сугроба нужно очистить передние тормоза от снега или по крайней мере проехать на небольшой скорости метров 100-200. Вентилируемые диски тормозов устанавливаются в новые «Волги» (ГАЗ-3110), ВАЗ-2110, микроавтобусы «Соболь», многие иномарки.
В подавляющем большинстве современных автомобилей используются гидравлические приводы тормозов. Они удобны, поскольку гидравлические трубки можно проложить в любом месте, а главное, обладают высоким кпд — до 95%. К недостаткам гидравлических систем можно отнести, пожалуй, лишь необходимость их прокачки (удаления воздуха) и некоторую чувствительность к температуре. При низкой температуре вязкость тормозной жидкости увеличивается, а при высокой жидкость может закипеть, и тогда тормоза потеряют работоспособность.
Для того чтобы уменьшить усилие на педали тормоза и одновременно увеличить усилие на колодках, в систему привода тормозов современных машин встраивают усилитель. (Впервые механический усилитель тормозов запатентовал Луи Рено в 1923 году.) На отечественные автомобили ставят вакуумные усилители, работающие за счет разрежения во впускном коллекторе двигателя. На многих зарубежных машинах, в особенности на американских, используют гидравлические усилители, в которых дополнительное усилие создается специальным насосом и гидроаккумулятором.
Надежность тормозной системы
В случае выхода из строя одного из механизмов тормозной системы она все равно должна обеспечивать эффективное торможение автомобиля. Для повышения надежности в гидравлических тормозных системах используют дублирование и разделение контуров. Отдельные контуры имеют, например, передние и задние тормоза автомобилей ВАЗ-2106. Если поломка случится в одном из контуров, то автомобиль будет тормозить за счет другого. Но если выйдет из строя передний контур, ехать на машине опасно, поскольку задние тормоза работают менее эффективно, чем передние.
Более надежная, но в то же время и более сложная тормозная система установлена на «Москвиче -2141», где один контур приводит в действие тормоза только передних колес, а другой — всех четырех. Если выходит из строя основной (передний) контур, второй (задний) способен работать достаточно эффективно.
На автомобилях «Нива» схема похожая, но в рабочих механизмах передних колес установлено по три цилиндра. Два из них работают только в переднем контуре, а третий включен в общий контур с задними тормозами. Неравномерный износ передних колодок на «Ниве» может служить косвенным показателем того, что задний контур тормозного механизма работает неправильно.
На переднеприводных моделях «Жигулей» и на «Тавриях» использована так называемая диагональная схема, когда в один контур объединены левый передний и правый задний тормозные механизмы, а в другой — правый передний и левый задний. Если один из контуров выходит из строя, оставшийся даст возможность без больших проблем доехать до станции техобслуживания или гаража.
Торможение будет эффективным и безопасным, когда передние тормоза срабатывают более эффективно и несколько раньше, чем задние. Для того чтобы тормоза работали именно так, в систему встраиваются регуляторы давления. Они изменяют и распределяют тормозные усилия между передними и задними колесами в зависимости от загруженности автомобиля и нагрузки на оси. Простой механический регулятор давления работает как клапан, который перераспределяет подачу тормозной жидкости между передними и задними тормозными цилиндрами. Если нагрузка на заднюю ось увеличивается, клапан открывается и тормозная жидкость поступает в задние цилиндры, а если уменьшается, например при резком торможении, когда машина «клюет носом», клапан закрывается и в задние тормозные цилиндры жидкость практически не поступает. Это препятствует соскальзыванию задней оси в занос.
Некоторые автолюбители убирают регулятор давления из тормозной системы своего автомобиля, мотивируя это тем, что он, де, работает неправильно и часто течет. Делать этого, конечно же, не следует. Во-первых, не согласованные с заводом-изготовителем изменения в конструкции тормозной системы запрещены, а во-вторых, регулятор давления нужно просто правильно настроить, для этого достаточно провести под автомобилем 10 минут. Справедливости ради заметим, что регуляторы давления на всех отечественных машинах установлены неудобно и работать с ними трудно. Но нужно!
Антиблокировочные системы, которые устанавливают на многих современных импортных автомобилях, нужны для того, чтобы исключить блокировку одного или нескольких колес при торможении на скользкой дороге. Особенно это важно в тех случаях, когда колеса одного борта катятся по сухому твердому покрытию, а колеса противоположного борта скользят, например по льду. На таком покрытии резкое торможение на машине с обычной тормозной системой неизбежно приведет к заносу из-за того, что силы трения колес на асфальте будут неизмеримо больше, чем на льду, и машину резко выбросит в сторону асфальта. Если на автомобиле есть АБС, она отслеживает движение колес, и как только одно из них начинает замедляться интенсивнее других (или вовсе останавливается), в его тормозном цилиндре автоматически понижается давление, и колесо вновь начинает вращаться. Антиблокировочная система существенно повышает эффективность торможения, особенно на скользком покрытии. Поэтому, следуя за современной иномаркой по скользкой дороге, стоит держать увеличенную дистанцию, ведь в случае резкого торможения машина с АБС остановится в полтора-два раза быстрее наших «Жигулей».
В следующем номере мы продолжим разговор о тормозах: дадим несколько полезных советов по технике торможения и по уходу за тормозами, расскажем о неисправностях тормозной системы и о том, как их ликвидировать.
Источник статьи: http://www.nkj.ru/archive/articles/9606/