Эффективность различных типов тормозных систем.
Как известно, тормозные системы (рабочая, стояночная и т.п.) включают в себя один или несколько тормозных механизмов и тормозной привод.
Наиболее широко для автомобилей применяют фрикционные тормозные механизмы. Дисковый тормозной механизм обладает меньшей эффективностью, чем барабанный, хотя необходимый тормозной момент в этом тормозном механизме можно получить увеличением приводных сил, т.е. применяя рабочие цилиндры большего диаметра или усилитель. Следует отметить, что в дисковом тормозном механизме тормозные накладки изнашиваются более интенсивно, чем в барабанном, поэтому необходима более частая смена колодок.
К достоинствам дискового тормозного механизма можно отнести:
хорошую стабильность, т.е. этот тормозной механизм имеет линейную зависимость коэффициента тормозной эффективности от изменения коэффициента трения;
меньшую чувствительность к попавшей на накладки воде;
возможность увеличения передаточного числа тормозного привода благодаря малому ходу поршня;
хорошее охлаждение тормозного диска;
В последние годы наметилась тенденция расширения применения дисковых тормозных механизмов на автотранспортных средствах.
Механический тормозной привод в качестве привода рабочей тормозной системы в настоящее время не применяется. Причинами этого служат следующие недостатки: сложность и трудность его компоновки на автомобиле; трудоемкий уход (необходимость периодического регулирования и смазывания); малый КПД привода.
Механический тормозной привод необходим для стояночной тормозной системы благодаря тому, что он может обеспечить высокую надежность при длительном действии.
Тормозной гидропривод применяется на всех легковых автомобилях и на грузовых автомобилях полной массой до 7,5 т. В сочетании с пневмоприводом гидропривод применяется и на автомобилях большой массы (Урал-4320).
Достоинства гидропривода: малое время срабатывания; равенство приводных сил на тормозных механизмах левых и правых колес; удобство компоновки; высокий КПД (до 95%); возможность распределения приводных усилий между тормозными механизмами передних и задних колес в результате применения рабочих цилиндров разного диаметра; простота обслуживания.
К недостаткам тормозного гидропривода относят:
Снижение КПД при низких температурах.
Ограничение предельной величины тормозных сил физическими возможностями водителя, т.о. тормозные моменты часто оказываются недостаточными для блокировки колес и колеса продолжают вращаться до остановки автомобиля. Для повышения эффективности тормозной системы применяют усилители тормозного привода: вакуумные или гидровакуумные.
Возможность выхода из строя тормозной системы при местном повреждении привода. Надежность работы тормозной системы значительно повышается при использовании раздельного – двухконтурного – привода. Чаще всего один контур приводит в действие тормозные механизмы переднего моста, а другой – тормозные механизмы заднего моста (ВАЗ-2101, 03, 05) (рис. 9, а). Автомобиль, у которого каждый контур связан со всеми четырьмя колесами (рис. 9, б), наиболее безопасный, но и самый дорогой (ЗИЛ-114). В более дешевой так называемой шведской схеме (рис. 9, в) каждый контур обслуживает оба передних тормозных механизма и один задний. При этом обеспечивается хорошая эффективность каждого контура, но на скользкой дороге автомобиль может потерять устойчивость. Еще дешевле, но и опаснее диагональная схема (рис. 9, г), которая получила довольно широкое распространение (ВАЗ-2108, Ауди-100 и др.). Иногда применяют схему, в которой тормозные механизмы одной оси имеют по два рабочих цилиндра. Тогда, например на ВАЗ-2121 один контур воздействует на цилиндры задних тормозных механизмов и на один из двух цилиндров каждого из передних тормозных механизмов (рис. 9, д, повернуто), а второй приводит в действие другие цилиндры передних тормозных механизмов.
Рис. 9. Схемы двухконтурных тормозных приводов.
Тормозной пневмопривод применяется на грузовых автомобилях средней и большой грузоподъемности и на автобусах. К достоинствам тормозного пневмопривода следует отнести: облегчение управления; удобство привода тормозных систем прицепа и полуприцепа; возможность использования сжатого воздуха для различных целей (накачивание и поддержание давления в шинах, привод стеклоочистителей и пр.).
Недостатки пневмопривода: сложность производства и обслуживания; сравнительно высокая стоимость; постоянная затрата мощности на привод компрессора; большое время срабатывания (в 5…10 раз больше, чем у гидропривода).
По требованиям отечественных и зарубежных стандартов пневмопривод рабочей тормозной системы должен иметь не менее двух независимых контуров, с тем, чтобы местное повреждение вызывало выход из строя только одного контура. Кроме того, для обеспечения безопасности движения при отсутствии сжатого воздуха тормозные механизмы многих автомобилей находятся в заторможенном состоянии под действием пружины энергоаккумулятора.
С целью уменьшения времени срабатывания тормозного привода на автомобилях применяют электропневмопривод (ЭПП). В современных ЭПП применяется электронное управление процессом регулирования давления, при котором обеспечивается не только следящее действие на всех режимах, но и регулируется распределение тормозных сил между мостами, что определяет как тормозную эффективность, так и устойчивость автомобиля.
От педали до колеса: что влияет на эффективность тормозов?
Если задать такой вопрос, большинство ответит: колодки. Да, с этим трудно не согласиться. Но ведь тормоза – это целая система со множеством деталей и компонентов, и в её работе важна каждая мелочь. Давайте пройдём весь путь от педали тормоза до колодки с диском и посмотрим, что тут может работать не так, как положено.
Чтобы разобраться в тонкостях работы тормозов, мы обратились за профессиональным мнением к специалистам немецкого бренда Textar (принадлежит TMD Friction), который совершенно справедливо считается одним из реальных экспертов-практиков в этой области. Компания поставляет тормозные колодки и накладки Textar на конвейеры большинства автомобильных заводов мира и сама разрабатывает фрикционные материалы — таких поставщиков на европейском рынке всего четыре компании. Уверены, что в Textar знают о тормозах всё. Итак, поехали!
Взгляд изнутри
Театр, как известно, начинается с вешалки, а тормоза, как ни смешно это звучит, с педали. Казалось бы: что с ней может быть не так? В принципе педаль ломается редко. Очень редко. Но некоторые проблемы принести может.
Например, не забываем, что скоро наступит зима. У тех, кто не любит отряхивать ноги, утром в холодной машине на педали тормоза образуется наледь. И в ответственный момент нога с педали может соскользнуть. А это чревато последствиями. Кому-то покажется, что это не очень серьёзно, но смеем вас уверить: всё, что может случиться, когда-нибудь случается. Так что на всякий случай, садясь утром в холодную машину, убедитесь, что педали не скользкие. И не злоупотребляйте накладками «под алюминий», которые не всегда удобнее стандартной резинки.
Ну а теперь перейдём к более серьёзным факторам, влияющим на эффективность торможения.
В салоне таких не слишком много, но они есть. Причём иногда они кажутся незначительными, но в тормозной системе ничего незначительного просто нет.
Итак, следующая деталь интерьера – это рычаг стояночного тормоза. Или педаль (а иногда ещё и кнопка). Теоретически рабочая и стояночная – это немного разные системы, но по факту машина так устроена, что несвязанных между собой систем у неё практически нет. И исправность стояночного тормоза заметно влияет на то, как ведёт себя рабочий тормоз. Всё дело в зазоре колодок задних тормозов, которые обычно приводятся в действие стояночным тормозом (хотя есть автомобили, у которых стояночный тормоз имеет привод на переднюю ось или он вообще трансмиссионный). Особенно критично к работе задних колодок относятся барабанные тормоза, у которой система самоподвода не так эффективна, как у дисковых тормозов.
Тут ситуация простая: если привод стояночного тормоза (который обычно тросовый) неисправен, задние колодки могут клинить и слишком быстро изнашиваться. Кроме того, при этом будет перегреваться тормозной барабан (или диск – в зависимости от конструкции), что приведёт к его короблению, а в запущенном случае будет постоянно перегреваться и ступица с подшипником, что сильно снижает его ресурс.
Трос со временем перестать свободно ходить в кожухе. За этим надо следить. Кроме того, он может ржаветь, а зимой – и замерзать, если в его кожухе копится влага. У некоторых автомобилей это вообще типичная неисправность (например, у Опеля Мокка, трос ручника которого около колеса имеет неприятный изгиб, в котором всегда собирается вода). В этом случае тоже возможен клин колодок и быстрый их износ.
В общем, не стоит недооценивать роль стояночного тормоза. Ему тоже нужны и забота, и периодическая профилактика.
В салоне больше ничего из тормозной системы мы не увидим, поэтому откроем капот.
От ГТЦ до ABS
Были такие времена, когда каждый уважающий себя автолюбитель знал, что такое главный тормозной цилиндр (он же ГТЦ). Это такое устройство, которое преобразует движение педали в давление тормозной жидкости. Раньше, было дело, ГТЦ довольно часто выходили из строя. Причины были разными: и тормозные жидкости были не лучшего качества, и само изготовление ГТЦ для Жигулей и Москвичей хромало, и резинотехнические изделия (читай – манжеты, сальники) были не такими долговечными. Сейчас ГТЦ подводит заметно реже, но иногда он всё же способен подкинуть неприятностей. Обычно протекают как раз резинки. А ещё он может страдать от коррозии. Симптомы поломки могут быть разными, но чаще всего при неисправности ГТЦ проваливается педаль тормоза.
Продлить жизнь главному тормозному цилиндру достаточно просто – нужно следить за состоянием тормозной жидкости.
Дело в том, что тормозная жидкость очень гигроскопична: легко впитывает в себя влагу из воздуха. И от этой воды коррозия элементов тормозной системы ускоряется.
Кроме того, меняются характеристики самой жидкости. В первую очередь, температура её кипения. И вот тут последствия могут быть прямо-таки катастрофическими. Наверняка вы знаете, как всё происходит, но всё-таки повторим. Как известно, в момент торможения колодки и диск очень сильно нагреваются и нагревают суппорт и тормозную жидкость. Свежая тормозная жидкость этот нагрев переживает легко. А вот если в ней есть вода, то произойдёт следующее: вода стремительно закипает и в жидкости образуется паровая (газовая) пробка. В этом случае жидкость теряет необходимую для работы особенность – несжимаемость. Педаль проваливается в пол, а колодки диск не держат… То есть тормоза просто пропадают. Надо ли говорить, что это может быть смертельно опасно? Поэтому состояние тормозной жидкости – это важнейший фактор надёжной работы тормозов. Нужно не только следить за уровнем тормозной жидкости (падение которого может говорить об её утечках), но и за возрастом. Менять жидкость нужно раз в два года. Тогда и тормоза не пропадут, и детали тормозной магистрали не будут страдать от ускоренной коррозии.
Следующая важная деталь системы под капотом – вакуумный усилитель. Как ни странно, но первый признак его неисправности на эффективность торможения почти не влияет, а проявляется следующим образом: при торможении на холостых оборотах мотор либо глохнет, либо пытается это сделать. Причина простая: принцип работы усилителя построен на разрежении во впускном коллекторе, и если вакуумник теряет герметичность (начинает пропускать диафрагма между атмосферным и вакуумным отделами), во впуск попадает избыток воздуха, отчего мотор может глохнуть. Ну а дальше становится заметным рост усилия на педали тормоза. Рост настолько заметный, что на педаль хочется давить обеими ногами, а остановочного пути всё равно не хватает.
Диагностикой вакуумного усилителя должны заниматься специалисты. Если при нажатии на тормоз чувствуете, что меняются обороты коленвала, а педаль тормоза теряет свою отзывчивость – срочно в сервис. И скорее всего, будет виноват не сам усилитель, а вакуумный патрубок, который где-то подсасывает воздух.
Последняя заметная под капотом деталь тормозной системы – блок ABS. Правильно его будет назвать гидроблоком, это всё-таки исполнительный элемент системы: в нём стоят электромагнитные клапаны, гидроаккумуляторы и насос. А управляет им электронный блок. Главное, помните: если вдруг на панели приборов загорается и не гаснет лампочка ABS, систему нужно проверять в сервисе. К чести блока отметим, что сам он из строя выходит редко, и причина поломки антиблокировочной системы обычно кроется в датчиках ABS, которые стоят на колёсах (на ступицах) и в их проводке. Но разбираться в этом должен специалист. А вот посмотреть автомобиль снизу и что-то там разглядеть можно и самому.
С помощью портативного тестера Textar можно быстро определить неисправные сегменты датчика ABS, не прибегая к сложной процедуре комплексной диагностики узлов антиблокировочной системы – достаточно наложить тестер на тормозной диск
Взгляд снизу
Чаще всего под днищем автомобиля в тормозной системе подводят магистрали –тормозные трубки и шланги. Неполадки у них довольно однообразные – они могут только протекать. Трубки текут из-за коррозии и по завальцовке, шланги могут лопаться. Как за ними следить?
Тут правило простое: при каждом ТО нужно их внимательно осматривать. Они не должны «потеть» тормозной жидкостью по соединениям и тем более – по всей длине. Если из-за коррозии на возрастной машине тормозные трубки выглядят несвежими, их нужно срочно менять.
Шланги не должны иметь вздутий и не должны быть «задубевшими». Если кажется, что на шланге растёт «грыжа», его придётся срочно заменить.
На машинах без ABS есть регулятор тормозных усилий. На жаргоне его довольно часто называют «колдуном». По сути, это клапан, который изменяет подачу тормозной жидкости в задние рабочие тормозные цилиндры, что снижает вероятность блокировки задних тормозов. Сейчас эти функции выполняет именно ABS, но если машина далеко не новая и этой системы не имеет, то «колдун» в ней есть обязательно.
Теоретически регулятор нужно проверять каждое ТО. Но кто это делает? Иногда его просто удаляют. А зря. Без него передняя и задняя оси тормозят одновременно и с одинаковым усилием, что провоцирует занос. То же самое происходит и при неисправном регуляторе. Кроме того, он может при торможении тянуть автомобиль в сторону или слишком рано блокировать колесо.
Как я уже говорил, «колдун» иногда требует регулировки. Способы регулировки этого устройства на автомобилях отличаются, поэтому лучше поискать инструкцию для конкретной машины. Большинству читателей это уже не так интересно – почти на всех автомобилях вместо «колдуна» стоит ABS. Поэтому просто напоминаем, что такая деталь есть и она очень важна.
Неисправности тормозных суппортов встречаются, к сожалению, довольно часто. Типичная их неисправность – закисание.
Да, есть автомобили, в которых суппорты закисают чаще, чем на других, но всё-таки основная причина закисания – отсутствие должного обслуживания. Грустно, но колодки у нас обычно меняют самым простым способом: вытащил старые – поставил новые. А как при этом работает суппорт, интересует не всех (хотя при этом для установки новой колодки иногда приходится помучиться, чтобы вернуть прикипевший поршень в исходную позицию). Нужно усвоить простое правило: любая замена колодок должна сопровождаться проверкой и обслуживанием суппортов. Сейчас в продаже доступны качественные смазки, а также все необходимые ремкомплекты для восстановления суппортов.
Клин суппорта – вещь неприятная. Вечно перегретые колодки, поведённый и бьющий в руль диск, неравномерное торможение, неадекватное поведение антиблокировочной системы и связанной с ней системы курсовой (динамической) стабилизации, перегрев и кипение тормозной жидкости, разрушение ступичного подшипника – это целый букет неприятностей, который может быть вызван заклинившим суппортом.
Глазами его увидеть сложно, но можно заметить по износу колодок или диска. Правда, для этого нужен хотя бы минимальный опыт. Гораздо проще после поездки потрогать рукой диск колеса: если он ненормально горячий, то суппорт, скорее всего, заклинил. Кроме того, не отходящие от тормозного диска колодки издают скрежет (в ряде случае на раннем этапе особенно заметный при движении задним ходом). Ещё можно заметить рост расхода топлива, который спровоцирован постоянно заторможенным колесом.
Тут совет простой: нельзя экономить на обслуживании суппорта. Сейчас в продаже есть все необходимые для этого расходные материалы и запчасти, так что всё зависит только от вас.
Ну и, конечно же, очень важно состояние самих дисков и колодок. Причём они могут не только изнашиваться. Диск может «повести», колодки – замаслиться или подгореть, и всё это сильно снижает их фрикционные свойства. А значит, и безопасность при вождении.
Износ дисков и колодок нужно контролировать при каждом ТО. И ни в коем случае нельзя ставить то, что подходит «на глаз» или «после обработки напильником». Тормозные системы рассчитывают специалисты, поэтому любое вмешательство может привести к очень неприятным последствиям. При этом совсем не обязательно использовать оригинальные компоненты: есть очень качественные аналоги, которые стоят дешевле, а тормозят иногда даже лучше. Главное, уметь пользоваться каталогами и выбирать именно то, что подходит вашей машине.
Что ещё влияет на эффективность тормозов?
Все компоненты автомобиля тесно связаны друг с другом, поэтому нормальная работа тормозной системы невозможна с неисправной ходовой частью.
Вытекшие амортизаторы позволяют колесу в буквальном смысле скакать по дороге. Отсюда недостаточное сцепление с дорогой и рост тормозного пути. Не зря в хороших сервисах перед проверкой на стенде тормозных сил ставят машину на вибростенд и проверяют амортизаторы.
Очень сильно на торможение влияет угол развала. Если он не выставляется из-за износа сайлентблоков или самих рычагов, шина не сможет работать в полную силу из-за неправильного пятна контакта. Люфты в ходовой части также влияют на торможение.
И, наконец, шины. Тут всё просто: если они не обеспечивают нужного сцепления с дорогой, никакие колодки уже не помогут. В лучшем случае будет постоянно срабатывать ABS. Кстати, напомню: у шин есть не только износ, но и возраст. Российский ГОСТ 4754-97 указывает предельный срок эксплуатации легковых шин в пять лет, хотя некоторые производители настаивают на более длительном сроке службы своей продукции. Тем не менее старые шины в любом случае теряют свои свойства и нормально работать не могут, даже если хорошо выглядят.
Что делать?
Любое вождение в первую очередь должно быть безопасным. Для этого все основные системы автомобиля должны быть исправны. Важно, что на эффективность тормозов влияют и другие системы машины, и забывать об этом нельзя. Но самое существенное – это детали и расходные материалы, необходимые для поддержки тормозов в рабочем состоянии. На них экономить нельзя, нужно выбирать лучшее. И что не менее важно – подходящее именно вашему автомобилю. Сделать это не так уж сложно: можно воспользоваться каталогом или задать вопрос непосредственно продавцу или производителю необходимых компонентов и расходников. Возможность быстро остановиться спасает жизнь чаще, чем возможность быстро разогнаться, так что экономить на тормозах не стоит.
О ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМАХ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЖЕНИЯ Ч.1
Оригинал этой статьи находится по адресу: stoptech.com/technical-su…tem-and-upgrade-selection.
Нижеследующий перевод сделан в ознакомительных целях и не преследует никакой коммерческой выгоды.
Тормозные системы и их модернизация.
Стивен Руис, руководитель инженерной группы и Кэрол Смит, инженер-консультант, компания StopTech LLC.
Практически любой автомобиль способен остановиться с большой скорости на пределе сцепления шин – один раз. Но тормозная система большинства «гражданских» автомобилей, пикапов и даже некоторых «заряженных» машин не рассчитана на агрессивный/спортивный стиль вождения или буксировку.
Большинству «стоковых» тормозных систем в экстремальных ситуациях недостает теплоемкости и теплоотдачи – способности принимать тепло и отдавать его в окружающую среду через теплопроводность, конвекцию и излучение. Кроме того, многие «стоковые» суппорты и их крепеж не обладают достаточной конструктивной жесткостью, чтобы сопротивляться повышенному давлению и разжиму. Хотя тормозного момента на передних колесах хватило бы для блокировки передних колес при остановке с крейсерской скорости, разжим суппортов в ряде случаев предотвращает блокировку. И это, не говоря уже о том, что большинство «стоковых» тормозных колодок не предназначено для интенсивного использования – считается, что для покупателя новой машины важнее бесшумность и эффективность торможения «на холодную».
Выбор высокопроизводительной тормозной системы определяется многими факторами. Некоторые связаны с производительностью и безопасностью, другие с простотой установки, и наконец, с ценой. Нужно выбрать такую систему, которая будет отвечать вашим долгосрочным задачам при минимальных проблемах и вложениях. Вот некоторые факты, которые следует учитывать при обсуждении тормозных систем:
1)Не тормоза, а шины останавливают автомобиль. Тормоза лишь замедляют вращение колес с шинами. Это означает, что результаты измерений тормозного пути с максимально разрешенной или даже большей скорости сильно зависят от используемых шин. В измерениях для запасных частей на замену оригинальным могут использоваться те же шины, что ставят на автомобиль на конвейере – а могут и другие.
2)При замедлении происходит превращение кинетической энергии в тепловую. Выделяется очень, очень большое количество тепла, которое нужно рассеять в окружающие механизмы и воздушный поток. Количество производимого тепла следует учитывать в контексте времени, то есть как работу за время или мощность. Мощность, которую необходимо приложить на одном переднем колесе, чтобы остановить полуторатонную машину со 160 км/ч за 8 секунд равна 30,600 кал/с или 128 кВт или 172 л/c. Тормозной диск рассеивает примерно 80% этой энергии. Соотношение участия разных механизмов теплопередачи в этом процессе зависит от рабочей температуры – в основном, с ростом температуры увеличивается вклад излучения. Вклад теплопроводности также зависит от массы и конструкции диска. Так, конструкция дисков, используемых на гоночных автомобилях ограничивает передачу тепла за счет теплопроводности. При 537 градусах соотношение разных механизмов теплопередачи у сборного диска составляет 10% на теплопроводность, 45% на конвекцию, 45% на излучение. Соответственно, у «заряженных» цельных дисков соотношение составляет 25% на теплопроводность, 25% на конвекцию, 50% на излучение.
3) Многократное интенсивное торможение требует как хорошей теплоотдачи так и соответствующей теплоемкости тормозного диска. Чем больше площадь поверхности диска на единицу массы и чем эффективнее поток воздуха через него, тем быстрее он будет рассеивать тепло, повышая общую эффективность тормозной системы. В то же время, тормозные диски должны иметь достаточную теплоемкость чтобы избежать деформации или растрескивания до рассеивания излишков тепла. Это не столь важно при однократной остановке, но критично для продолжительного интенсивного торможения на больших скоростях, например, во время гонок, буксирования или просто быстрой езды.
4) Управляемость и баланс важны по меньшей мере так же как сила. Задача тормозной системы – использовать сцепление колес по максимуму, избегая их блокировки. Чтобы достичь этого, требуется оптимальное распределение момента между передней и задней осями, даже на автомобилях с ABS. В то же время, сила нажатия, жесткость и ход педали тормоза должны позволять эффективное дозирование усилия.
5) Эффективность торможения зависит не только от тормозов. Самая лучшая тормозная система не будет работать в полную силу с неподходящими шинами, настройками подвески и стилем вождения. Оптимизация развесовки, низкий центр тяжести, длинная колесная база, большая загруженность и аэродинамический прижим задней оси положительно влияют на торможение.
Перед тем как перейти к дальнейшим рассуждениям, обратимся к физике процесса и рассмотрим некоторые определения.
1) Коэффициент механического усиления педали: человек не может давить прямо на главный цилиндр с силой достаточной чтобы остановить машину. Поэтому педаль устроена так, чтобы увеличивать усилие с которой на нее давит водитель. Коэффициент механического усиления педали – это отношение расстояний от точки крепления педали до центра площадки и до штока главного цилиндра. В большинстве случаев значение коэффициента лежит между 4:1 и 9:1. Чем он больше, тем больше увеличивается сила давления на педаль (и тем больше ход педали).
2) Давление в тормозной магистрали – гидравлическая сила, заставляющая систему работать при нажатии педали тормоза. Давление измеряется в кг/см2 (Бар); фактически – это отношение силы воздействия на педаль умноженной на коэффициент механического усиления к площади сечения главного цилиндра. То есть, при одинаковой приложенной силе, давление будет выше в системе с меньшим сечением главного цилиндра. Типичные значения давления, необходимого для остановки автомобиля, варьируются от 55 до 137 Бар.
3) Сила зажима суппорта – это сила прикладываемая его поршнями к тормозному диску. Она измеряется в ньютонах и равна произведению давления в тормозной магистрали на общую площадь поршней в суппорте (в см2). Это справедливо для суппортов фиксированной и плавающей конструкции. Увеличение площади колодок не влияет на силу зажима.
4) Тормозной момент: момент, а не давление в магистрали, сила зажима или вытеснение тормозной жидкости – вот что в конечном счете определяет торможение. Тормозной момент в Н/м на одном колесе находится как произведение эффективного радиуса диска на силу зажима на коэффициент трения, деленное на 12. Максимальный тормозной момент на переднем колесе обычно превосходит максимальный крутящий момент развиваемый двигателем.
Из вышеперечисленного очевидно следует, что:
1) Увеличить давление в системе можно только путем увеличения рычага педали или уменьшения диаметра главного цилиндра. В обоих случаях ход педали увеличится.
2) Силу зажима можно увеличить только повысив давление или увеличив диаметр поршней в суппортах. Увеличение колодок не влияет на зажим. Увеличение диаметра поршней само по себе приведет к увеличению хода педали. Эффективность суппорта также зависит от жесткости корпуса и крепления. То есть, уменьшив диаметр поршня в суппорте и одновременно увеличив его жесткость, можно все равно добиться лучшего зажима при лучшем ощущении педали тормоза.
3) Увеличения тормозного момента можно добиться только увеличением эффективного радиуса диска, площади поршней, давления в системе или трения. Увеличение площади колодок замедлит их износ и положительно скажется на сопротивлении перегреву, но не повлияет на тормозной момент.
Распределение тормозных усилий между осями
Стабильность и управляемость при интенсивном торможении не менее важны чем способность остановиться. Все автомобили, от пикапов до болидов Формулы 1, сконструированы таким образом, что основной тормозной момент приходится на передние колеса.
На это есть две причины. Во-первых, если не принимать во внимание силу прижима набегающим воздушным потоком, сумма всех сил действующих на каждое колесо должна оставаться постоянной при любых условиях. При замедлении автомобиля, вес смещается от задней оси к передней. Величина смещения определяется высотой центра тяжести автомобиля, длиной колесной базы и степенью замедления. Передняя подвеска с компенсацией "клевков" не предотвращает смещение загрузки, а только предупреждает сам "клевок" кузова.
Во-вторых, когда колесо блокируется при торможении, торможение заметно ухудшается, а управляемость вообще исчезает. Таким образом, когда передние колеса блокируются быстрее задних, автомобиль перестает слушаться руля и едет прямо — но состояние недостаточной поворачиваемости является стабильным, и можно легко вернуть управляемость просто снизив давление на педаль тормоза. Если же задние колеса блокируются первыми, возникает избыточная поворачиваемость — автомобиль начинает закручиваться. Это нестабильное состояние, из которого гораздо сложнее выйти — особенно на входе в поворот.
У большинства чисто гоночных автомобилей средне моторной компоновки 55-60% загрузки в статике и 45-50% тормозного момента приходится на заднюю ось. Аэродинамика этих автомобилей создает многотонную прижимную силу для задней части и задние покрышки всегда шире передних. Большинство "гражданских" автомобилей — переднеприводных большинство не обладает достаточной прижимной силой и у всех передние и задние покрышки — одинакового размера. В отдельных случаях, до 70% нагрузки у них может приходиться на переднюю ось. И поэтому их конструкция предусматривает большее тормозное усилие на передней оси. У большинства современных автомобилей есть антиблокировочная тормозная система (а должна быть у всех). Продвинутые ABS следят за тем, чтобы при самом экстремальном торможении — даже когда колеса находятся на разнородных поверхностях — каждое колесо тормозило на пределе возможностей но не блокировалось.
Ограничительный клапан давления заднего контура
При торможении нагрузка перераспределяется с задней оси на переднюю. Вследствие этого снижается способность задних колес к торможению. Вот почему на большинстве "гражданских" машин без ABS используется ограничительный клапан (также именуемый регулятором) давления в заднем тормозном контуре. Он служит для ограничения давления передаваемого на торомза задних колес при интенсивном торможении. В сдвоенных главных цилиндрах с одинаковыми диаметрами камер в переднем и заднем контурах поддерживается одинаковое давление пока оно не достигнет порогового значения. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление в заднем тормозном контуре растет медленнее чем в переднем. Если построить график роста давления от нажатия на педаль, он будет иметь перелом в момент срабатывания ограничительного клапана. Это делается для того, чтобы избежать блокировки задних колес и сохранить управляемость при интенсивном замедлении, когда перемещение веса заметно уменьшает загрузку задней оси.
Не следует удалять ограничительный клапан с "дорожного" автомобиля. Помните: недостаточная поворачиваемость лучше избыточной. Без эффективной антиблокировочной системы, нужно быть абсолютно уверенным что при экстренном торможении разгруженные задние колеса не заблокируются первыми. Следовательно, увеличение тормозного усилия на задней оси — плохая идея для дорого общего пользования. Если вы все же решили это сделать, полностью удалите стоковый регулировочный клапан, заменив его на регулируемое устройство от Tilton Engineering или Automotive Products (поглощенной Brembo). Не устанавливайте второй регулировочный клапан вместе со стоковым.
Жесткость педали и дозирование тормозного усилия
Мозг и тело человека воспринимают изменение приложенной силы точнее, чем перемещение. Вот почему штурвалы современных истребителей имеют очень маленький ход. Педаль тормоза твердостью должна напоминать кирпич. Это ощущение зависит от следующих факторов:
[1) Тормозные шланги: оптимальной жесткости педали невозможно добиться со стоковыми гибкими резинотканевыми шлангами — они расширяются под давлением, уменьшая жесткость педали и одновременно увеличивая ход педали и время реакции тормозной системы. При модернизации тормозной системы следует первым делом заменить гибкие стоковые шланги на тефлоновые в оплетке из нержавеющей стали. При этом убедитесь, что они подходят к вашему случаю, и сертифицированы для USDOT. Заявление о наличии сертификата DOT должно Вас насторожить — DOT ничего не сертифицирует. Производители подтверждают, что их продукция соответствует требованиям DOT, а поставщики могут заказывать исследования в лабораториях утвержденных DOT. Заменяйте все шланги одновременно. Из-за расширения, стоковые шланги передают тормозное усилие на суппорты с задержкой. Замена только передних шлангов приведет к возникновению сдвига между срабатыванием тормозов спереди и сзади и может даже повлиять на логику срабатывания системы ABS.
[2) Диаметры главного цилиндра и поршней в суппортах: сдвоенный главный тормозной цилиндр с регулировкой распределения усилия между контурами отлично зарекомендовал себя на гоночных трассах. Но установка его на обычный автомобиль для дорог общего пользования не несет практического смысла. При выборе системы на замену стоковой убедитесь, что цилиндры в суппортах соответствуют характеристикам всей системы.
3) Биение и неравномерный износ дисков: водитель в состоянии почувствовать как биение диска на более чем 0.006" и неравномерный износ превышающий 0.001", так и налипание материала от перегретых колодок. Биение может быть вызвано недостатками конструкции лопаток или соединения с центральной частью, неправильным монтажом, перегревом или комбинацией вышеперечисленных факторов.
[4) Жесткость суппортов и их установки: прижимное усилие стремится развести противоположные края суппорта, что приводит к увеличению хода педали и неравномерному износу колодок. Единственный выход — правильная конструкция и подбор материалов; невозможно исправить "мягкие" суппорта. И даже самый жесткий суппорт окажется неэффективным при недостаточно жесткой установке.
5) Разбалансированнные диски или покрышки: невозможно дозировать тормозное усилие на вибрирующем колесе. Диаметр дисков, по сравнению с колесами, невелик, но они тоже должны быть отбалансированы. Установка балансировочных грузиков привела бы к ухудшению воздушных потоков, поэтому лучше удалять излишки материала с тяжелой стороны. Значительное смещение центровки при литье, выраженное в разнице толщины рабочих поверхностей, приведет к неустранимому дисбалансу.
6) Характеристики схватывания и распускания колодок: для эффективного дозирования тормозного усилия колодки должны схватывать сразу же при нажатии педали и распускаться как только педаль отпущена. Это целиком зависит от выбора колодок. Как правило, использование разных по составу колодок спереди и сзади не приводит ни к чему хорошему, и уж точно не стоит ставить назад колодки которые лучше схватывают или имеют больший коэффициент трения.
Ослабевание тормозов
Продолжительная повышенная нагрузка на тормоза может привести к "ослабеванию" тормозной системы. Различают два вида ослабевания:
1) Отказ колодок. Когда температура в зоне контакта колодки и диска превышает рабочие значения, колодка начинает терять свои фрикционные свойства, отчасти благодаря испарению связывающих компонентов из материала колодки. Ослабевание также может быть вызвано преобразованием энергии в самой колодке. В большинстве случаев это влечет сплавление материалов колодки и диска — с мнгновенным последующим разрывом связей, высвобождающим энергию в виде тепла. Этот механизм работает в довольно широком диапазоне температур, но при его превышении начинает давать сбои. Педаль остается жесткой, но машина не замедляется. Первый признак — характерный неприятный запах, при появлении которого следует снизить интенсивность торможения
2) Закипание тормозной жидкости. Когда жидкость в суппортах закипает, в ней образуются пузырьки. Поскольку газы в этих пузырьках, в отличие от жидкости, хорошо сжимаются, педаль тормоза становится "мягкой" и ее ход увеличивается. Вы, скорее всего, сможете остановить машину, прокачивая педаль, но об эффективном дозировании тормозного усилия не идет и речи. Это постепенный процесс, сопровождающийся рядом заметных симптомов.
В обоих случаях можно добиться временного улучшения, если обратить внимание на предупреждающие симптомы и снизить интенсивность торможения, чтобы дать тормозам остыть. Вообще же, признак качественного материала колодок — быстрое восстановление свойств. Перегретую тормозную жидкость следует заменить при первой же возможности. Колодки, которые были серьёзно перегреты, следует проверить на предмет спекания поверхности; также стоит проверить, не осталось ли материала колодок на тормозных дисках. В качестве постоянного решения, в порядке возрастания стоимости, выступают апгрейд жидкости, апгрейд колодок и увеличение притока воздуха к компонентам (включая суппорта). Во многих случаях одно или несколько из вышеперечисленных действий — все что требуется.
Неравномерный износ колодок
Как и в случаях с ухудшением тормозных усилий, можно выделить несколько разновидностей неравномерного износа — радиальный и продольный.
1) Если суппорт недостаточно жесткий и "раскрывается" при срабатывании тормозов и повышенных температурах, наружный край колодки (расположенный дальше от центра диска) будет стираться быстрее, и наружные края колодок будут сближаться, если смотреть с торца диска. Это называется "радиальным износом".
2) Задняя часть колодки в некотором роде "всплывает" на газах и частицах, образующихся при трении о диск передней части колодки. Передняя часть, таким образом, нагревается больше и изнашивается быстрее — это можно заметить, если смотреть на нее сверху. Такой износ называется продольным. Разница в тепле, вырабатываемом передней и задней частью колодки не зависит от конструкции суппортов и колодок. Поэтому, все гоночные и большинство заряженных суппортов имеют поршни дифференцированного диаметра. Большинство серьезных колодок имеет еще и фаску на переднем крае.
3) На очень толстых колодках, например, используемых для длительных гонок, продольный износ возникает из-за того, что колодку буквально разворачивает под углом к диску при распускании тормозов. Вследствие контакта диска с колодкой, возникающая сила трения подталкивает её передний край в направлении вращения диска. Одновременно, заднюю часть колодки прижимает к её посадочному месту в суппорте, что приводит к ещё более плотному контакту передней части колодки с диском. Эта ситуация наиболее выражена на новых толстых колодках, когда поверхность соприкосновения колодки с диском отстоит далеко от основания колодки и вектор силы, действующей в направлении вращения колодки, больше.
4) Неравномерный износ также можно наблюдать в случаях когда рабочая поверхность диска жестко крепится к центральной части, или они составляют единое целое. Износ будет больше с наружного края внешней колодки и внутреннего края внутренней колодки. Это связано с тем, что при перегреве такого диска происходит тепловое расширение. Поскольку диск жестко присоединен к центральной части (как правило, это наружная пластина), разность сил заставляет его выгибаться в форме конуса, основанием наружу (см. также "Плавающие диски"). При такой деформации диска, колодки неравномерно рпижимаются к нему при торможении, или даже их края остаются все время прижатыми, вызывая ещё больший перегрев и сопутствующий ему износ.
Воздушное охлаждение
Огромное избыточное тепло, вырабатываемого во время торможения должно рассеиваться в окружающий воздух.
[В большинстве спортивных (и\или грузовых) современных автомобилей используются несколько разновидностей "вентилируемых" тормозных дисков, в которых воздух, входящий через отверстие от ступицы прокачивается через вентилляционные каналы внутренней части тормозного диска благодаря вращению диска. Самая лучшая на сегодняшний день конструкция — диски с "наклоненными лопатки", была изначально разработана для победившего в LeMan 1966 года Ford GT 40. В этой конструкции внутренние лопатки (каналы) изогнуты таким образом, что бы образовать эффективную крыльчатку. Кроме того, они предотвращают искривление тормозного диска и противостоят распространению по диску трещин, вызванных тепловой нагрузкой.
Лабораторные тесты инновационных дисков STOPTECH c 48 лопатками показали увеличение воздушного потока на удивительные 61% по сравнению с некоторыми стоковыми дисками, и на 10-15% по сравнению с гоночными дисками такого же размера. Это недорогая, но очень стабильная замена, в среднем на 15% холоднее стоковых дисков и на 7% холоднее гоночных.
какие тормозные механизмы обеспечивают наиболее эффективное торможение сухие и холодные
Тормозная система предназначена для уменьшения скорости движения и остановки автомобиля (рабочая тормозная система). Она также позволяет удерживать автомобиль от самопроизвольного движения во время стоянки (стояночная тормозная система).
? Рабочая тормозная система приводится в действие нажатием на педаль тормоза, которая располагается в салоне автомобиля. Усилие ноги водителя передается на тормозные механизмы всех четырех колес.
? Стояночная тормозная система нужна не только на стоянке, она также необходима для предотвращения скатывания автомобиля назад при старте на подъем. С помощью рычага стояночного тормоза, который располагается между передних сидений автомобиля, водитель рукой может управлять тормозными механизмами задних колес.
Рабочая тормозная система состоит из:
☑ тормозного привода,
☑ тормозных механизмов колес.
Привод тормозов служит для передачи усилия ноги водителя от педали тормоза к исполнительным тормозным механизмам колес автомобиля. На современных легковых автомобилях применяется гидравлический привод тормозов, в котором используется специальная тормозная жидкость.
Привод тормозов гидравлический состоит из:
☑ педали тормоза,
☑ главного тормозного цилиндра,
☑ рабочих тормозных цилиндров,
☑ тормозных трубок,
☑ вакуумного усилителя.
Когда нога водителя нажимает на педаль тормоза, то ее усилие, через шток передается на поршень главного тормозного цилиндра. Давление жидкости, на которую давит поршень, от главного цилиндра по трубкам передается ко всем колесным тормозным цилиндрам, заставляя выдвигаться их поршни. Ну, а они, в свою очередь, передают усилие на тормозные колодки, которые и выполняют основную работу тормозной системы.
Современный гидропривод тормозов состоит из двух независимых контуров, связывающих между собой пару колес. При отказе одного из контуров, срабатывает второй, что обеспечивает, хотя и не очень эффективное, но все-таки торможение автомобиля.
К примеру, на автомобиле «Жигули» ВАЗ 2105, один контур объединяет тормозные механизмы передних колес, а другой – задних. На автомобиле «Жигули» ВАЗ 2109, между собой связаны: переднее левое колесо с задним правым, и переднее правое с задним левым.
Для уменьшения усилия при нажатии на педаль тормоза и более эффективной работы системы, применяется вакуумный усилитель. Усилитель явно облегчает работу водителя, так как использование педали тормоза при движении в городской цикле носит постоянный характер и довольно быстро утомляет.
? Вакуумный усилитель 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 около 0,8 кг/см2, а другой с атмосферой (1 кг/см2). Из-за перепада давлений в 0,2 кг/см2, 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.
? Тормозной механизм предназначен для уменьшения скорости вращения колеса, за счет сил трения возникающих между накладками тормозных колодок и тормозным барабаном или диском. Тормозные механизмы делятся на барабанные и дисковые. На отечественных автомобилях барабанные тормозные механизмы применяются на задних колесах, а дисковые на передних. Хотя в зависимости от модели автомобиля могут применяться только барабанные или только дисковые тормоза на всех четырех колесах.
Барабанный тормозной механизм состоит из:
☑ тормозного щита,
☑ тормозного цилиндра,
☑ двух тормозных колодок,
☑ стяжных пружин,
☑ тормозного барабана.
Тормозной щит жестко крепится на балке заднего моста автомобиля, а на щите, в свою очередь, закреплен рабочий тормозной цилиндр. При нажатии на педаль тормоза поршни в цилиндре расходятся и начинают давить на верхние концы тормозных колодок. Колодки в форме полуколец прижимаются своими накладками к внутренней поверхности круглого тормозного барабана, который при движении автомобиля вращается вместе с закрепленным на нем колесом.
Торможение колеса происходит за счет сил трения, возникающих между накладками колодок и барабаном. Когда же воздействие на педаль тормоза прекращается, стяжные пружины оттягивают колодки на исходные позиции.
Дисковый тормозной механизм состоит из:
☑ суппорта,
☑ одного или двух тормозных цилиндров,
☑ двух тормозных колодок,
☑ тормозного диска.
Суппорт закреплен на поворотном кулаке переднего колеса автомобиля (см. рис. 43). В нем находятся два тормозных цилиндра и две тормозные колодки. Колодки с обеих сторон «обнимают» тормозной диск, который вращается вместе с закрепленным на нем колесом.
При нажатии на педаль тормоза поршни начинают выходить из цилиндров и прижимают тормозные колодки к диску. После того, как водитель отпустит педаль, колодки и поршни возвращаются в исходное положение за счет легкого «биения» диска. Дисковые тормоза очень эффективны и просты в обслуживании. Даже дилетанту замена тормозных колодок в этих механизмах доставляет мало хлопот.
? Стояночный тормоз приводится в действие поднятием рычага стояночного тормоза (в обиходе – «ручника») в верхнее положение. При этом натягиваются два металлических троса, последний из которых заставляет тормозные колодки задних колес прижаться к барабанам. И как следствие этого, автомобиль удерживается на месте в неподвижном состоянии. В поднятом состоянии, рычаг стояночного тормоза автоматически фиксируется защелкой. Это необходимо для того, чтобы не произошло самопроизвольное выключение тормоза и бесконтрольное движение автомобиля в отсутствии водителя.
? Основные неисправности тормозных систем
☑ Увеличенный ход педали или «мягкая» педаль тормоза случается из-за сильного износа накладок тормозных колодок, наличия воздуха в системе гидропривода, утечки тормозной жидкости.
Для устранения неисправности необходимо заменить тормозные колодки, устранить утечку тормозной жидкости путем замены поврежденных деталей, прокачать систему гидропривода для удаления воздуха.
☑ Увод автомобиля в сторону (при торможении) возможен по причине выхода из строя одного из колесных тормозных цилиндров, чрезмерного износа или замасливания накладок тормозных колодок одного из колесных тормозных механизмов.
Для устранения неисправности необходимо заменить неисправный цилиндр и тормозные колодки, а загрязненные колодки следует промыть.
☑ Шум при нажатии на педаль тормоза или вибрации возникают по причине загрязнения тормозных механизмов, чрезмерного износа накладок тормозных колодок, ослабления или поломки стяжных пружин задних тормозных колодок, неравномерного износа тормозных барабанов или дисков.
Для устранения неисправности следует промыть загрязненные колодки, а изношенные и поврежденные колодки, барабаны, диски и пружины необходимо заменить на новые.
? Эксплуатация тормозной системы
Любая неисправность в тормозной системе может привести к весьма неприятным последствиям. Поэтому при эксплуатации автомобиля следует внимательно относиться к работе тормозов своего автомобиля.
Конечно, водителю легче заметить изменения в эффективности торможения своего автомобиля во время движения, сидя в салоне. Но бывает смешно и грустно, когда «водитель-наездник» «теряет» тормоза только из-за того, что вовремя не обратил внимание на постоянно уменьшающийся уровень жидкости в тормозном бачке. А ему было лень открывать капот автомобиля и рассматривать какие-то там бачки. В результате чего, уровень тормозной жидкости снизился до нуля и, при очередном нажатии на педаль тормоза, водитель уже «жал» не тормоза, а воздух. Надеюсь уговорил, и вы будете контролировать уровень тормозной жидкости. И вам будет спокойнее и нам, остальным, безопаснее.
«А куда делся уровень?» – законный вопрос с вашей стороны. К сожалению «ничто не вечно под луной» и детали тормозной системы в том числе. Со временем изнашиваются уплотнительные манжеты поршней цилиндров, от вибраций и ржавчины теряют свою герметичность трубки и шланги гидравлического привода тормозов, да и вообще любая жидкость может понемногу испаряться.
Если вы заметили подтеки на колесах или мокрые следы на сухом асфальте, совпадающие с местом расположения элементов тормозной системы, то следует отказаться от поездки и устранить неисправность. Машина без тормозов – убийца (как бы жестко это не звучало).
При работе тормозов все детали рабочих механизмов и пространство вокруг них очень сильно нагреваются. Это естественный процесс, так как торможение автомобиля есть ни что иное, как переход кинетической энергии движущейся машины в тепловую, за счет сил трения в механизмах торможения.
А что происходит с тормозной жидкостью, которая находится рядом в цилиндрах и трубках? Она заметно нагревается и может наступить момент, когда жидкость закипит. Ну, а дальше — школьная физика. Пузырьки воздуха в отличие от жидкости сжимаются, вместо того чтобы передавать давление ноги водителя от педали тормоза к исполнительным тормозным механизмам. И пока вы не сожмете весь воздух в трубках, шлангах и цилиндрах, многократно и быстро нажимая на педаль тормоза, до тех пор — тормозов у Вас не будет (известное выражение – «тормоза работают с третьего качка»)! Ну, а когда вы все-таки остановите свой автомобиль, стоит разобраться с тем, как же все это произошло и как теперь избавиться от пузырьков воздуха в системе.
Для того чтобы не случилась вышеописанная «неприятность», следует чаще использовать торможение двигателем, а на крутых и затяжных спусках — это вообще единственно разумный вариант торможения! В противном случае, приходится часто нажимать на педаль тормоза, увеличивая нагрев деталей, а к чему это может привести, вы уже знаете.
После закипания тормозной жидкости или в результате негерметичности гидравлического привода в системе появляются пузырьки воздуха. Как это определить?
Очевидные признаки наличия воздуха в гидравлическом приводе тормозов следующие:
☑ педаль тормоза становится «мягкой» и эффективность торможения снижается,
☑ при «накачивании педали» многократными и быстрыми нажатиями, она становится жестче.
А как от этого воздуха избавиться? И это не очень сложно, но вам понадобится помощник. Он «накачивает педаль», а вы спускаете порции тормозной жидкости с пузырьками воздуха поочередно из каждого рабочего колесного цилиндра. Операция проводится до полного удаления воздуха из системы, только не забывайте в процессе «прокачки» периодически доливать жидкость в тормозной бачок.
В процессе эксплуатации автомобиля могут возникнуть и другие проблемы с тормозной системой.
Внезапно педаль тормоза становится тугой и требуется значительное усилие для ее нажатия. Причин может быть несколько.
☑ при неработающем двигателе так и должно быть, поскольку усилитель тормозов сейчас не работает – будьте осторожны при буксировке,
☑ при работающем двигателе так быть не должно – усилитель неисправен и требуется его ремонт.
Если стояночный тормоз не удерживает машину на подъеме, то необходима его регулировка или замена тросов, а может быть пришло время менять задние тормозные колодки. Отрегулированный ручной тормоз, при трех-четырех щелчках фиксатора рычага, должен обеспечивать удержание автомобиля на уклоне до 23%.
Многие необходимые работы по обслуживанию тормозной системе вы можете выполнять сами, но при серьезных неисправностях, лучше обратиться к специалистам. Ведь это все-таки тормоза!
О ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМАХ И ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЖЕНИЯ Ч.1
Попалась мне как то в сети интересная статья про тормозилки. После прочтения которой началася мой путь усовершенствования тормозной системы на моем авто…
Но о этом немного позже ?
Тормозные системы и их модернизация.
Оригинал этой статьи находится по адресу: stoptech.com/technical-su…tem-and-upgrade-selection.
Нижеследующий перевод сделан в ознакомительных целях и не преследует никакой коммерческой выгоды.
Тормозные системы и их модернизация.
Стивен Руис, руководитель инженерной группы и Кэрол Смит, инженер-консультант, компания StopTech LLC.
Практически любой автомобиль способен остановиться с большой скорости на пределе сцепления шин – один раз. Но тормозная система большинства «гражданских» автомобилей, пикапов и даже некоторых «заряженных» машин не рассчитана на агрессивный/спортивный стиль вождения или буксировку.
Большинству «стоковых» тормозных систем в экстремальных ситуациях недостает теплоемкости и теплоотдачи – способности принимать тепло и отдавать его в окружающую среду через теплопроводность, конвекцию и излучение. Кроме того, многие «стоковые» суппорты и их крепеж не обладают достаточной конструктивной жесткостью, чтобы сопротивляться повышенному давлению и разжиму. Хотя тормозного момента на передних колесах хватило бы для блокировки передних колес при остановке с крейсерской скорости, разжим суппортов в ряде случаев предотвращает блокировку. И это, не говоря уже о том, что большинство «стоковых» тормозных колодок не предназначено для интенсивного использования – считается, что для покупателя новой машины важнее бесшумность и эффективность торможения «на холодную».
Выбор высокопроизводительной тормозной системы определяется многими факторами. Некоторые связаны с производительностью и безопасностью, другие с простотой установки, и наконец, с ценой. Нужно выбрать такую систему, которая будет отвечать вашим долгосрочным задачам при минимальных проблемах и вложениях. Вот некоторые факты, которые следует учитывать при обсуждении тормозных систем:
1)Не тормоза, а шины останавливают автомобиль. Тормоза лишь замедляют вращение колес с шинами. Это означает, что результаты измерений тормозного пути с максимально разрешенной или даже большей скорости сильно зависят от используемых шин. В измерениях для запасных частей на замену оригинальным могут использоваться те же шины, что ставят на автомобиль на конвейере – а могут и другие.
2)При замедлении происходит превращение кинетической энергии в тепловую. Выделяется очень, очень большое количество тепла, которое нужно рассеять в окружающие механизмы и воздушный поток. Количество производимого тепла следует учитывать в контексте времени, то есть как работу за время или мощность. Мощность, которую необходимо приложить на одном переднем колесе, чтобы остановить полуторатонную машину со 160 км/ч за 8 секунд равна 30,600 кал/с или 128 кВт или 172 л/c. Тормозной диск рассеивает примерно 80% этой энергии. Соотношение участия разных механизмов теплопередачи в этом процессе зависит от рабочей температуры – в основном, с ростом температуры увеличивается вклад излучения. Вклад теплопроводности также зависит от массы и конструкции диска. Так, конструкция дисков, используемых на гоночных автомобилях ограничивает передачу тепла за счет теплопроводности. При 537 градусах соотношение разных механизмов теплопередачи у сборного диска составляет 10% на теплопроводность, 45% на конвекцию, 45% на излучение. Соответственно, у «заряженных» цельных дисков соотношение составляет 25% на теплопроводность, 25% на конвекцию, 50% на излучение.
3) Многократное интенсивное торможение требует как хорошей теплоотдачи так и соответствующей теплоемкости тормозного диска. Чем больше площадь поверхности диска на единицу массы и чем эффективнее поток воздуха через него, тем быстрее он будет рассеивать тепло, повышая общую эффективность тормозной системы. В то же время, тормозные диски должны иметь достаточную теплоемкость чтобы избежать деформации или растрескивания до рассеивания излишков тепла. Это не столь важно при однократной остановке, но критично для продолжительного интенсивного торможения на больших скоростях, например, во время гонок, буксирования или просто быстрой езды.
4) Управляемость и баланс важны по меньшей мере так же как сила. Задача тормозной системы – использовать сцепление колес по максимуму, избегая их блокировки. Чтобы достичь этого, требуется оптимальное распределение момента между передней и задней осями, даже на автомобилях с ABS. В то же время, сила нажатия, жесткость и ход педали тормоза должны позволять эффективное дозирование усилия.
5) Эффективность торможения зависит не только от тормозов. Самая лучшая тормозная система не будет работать в полную силу с неподходящими шинами, настройками подвески и стилем вождения. Оптимизация развесовки, низкий центр тяжести, длинная колесная база, большая загруженность и аэродинамический прижим задней оси положительно влияют на торможение.
Перед тем как перейти к дальнейшим рассуждениям, обратимся к физике процесса и рассмотрим некоторые определения.
1) Коэффициент механического усиления педали: человек не может давить прямо на главный цилиндр с силой достаточной чтобы остановить машину. Поэтому педаль устроена так, чтобы увеличивать усилие с которой на нее давит водитель. Коэффициент механического усиления педали – это отношение расстояний от точки крепления педали до центра площадки и до штока главного цилиндра. В большинстве случаев значение коэффициента лежит между 4:1 и 9:1. Чем он больше, тем больше увеличивается сила давления на педаль (и тем больше ход педали).
2) Давление в тормозной магистрали – гидравлическая сила, заставляющая систему работать при нажатии педали тормоза. Давление измеряется в кг/см2 (Бар); фактически – это отношение силы воздействия на педаль умноженной на коэффициент механического усиления к площади сечения главного цилиндра. То есть, при одинаковой приложенной силе, давление будет выше в системе с меньшим сечением главного цилиндра. Типичные значения давления, необходимого для остановки автомобиля, варьируются от 55 до 137 Бар.
3) Сила зажима суппорта – это сила прикладываемая его поршнями к тормозному диску. Она измеряется в ньютонах и равна произведению давления в тормозной магистрали на общую площадь поршней в суппорте (в см2). Это справедливо для суппортов фиксированной и плавающей конструкции. Увеличение площади колодок не влияет на силу зажима.
4) Тормозной момент: момент, а не давление в магистрали, сила зажима или вытеснение тормозной жидкости – вот что в конечном счете определяет торможение. Тормозной момент в Н/м на одном колесе находится как произведение эффективного радиуса диска на силу зажима на коэффициент трения, деленное на 12. Максимальный тормозной момент на переднем колесе обычно превосходит максимальный крутящий момент развиваемый двигателем.
Из вышеперечисленного очевидно следует, что:
1) Увеличить давление в системе можно только путем увеличения рычага педали или уменьшения диаметра главного цилиндра. В обоих случаях ход педали увеличится.
2) Силу зажима можно увеличить только повысив давление или увеличив диаметр поршней в суппортах. Увеличение колодок не влияет на зажим. Увеличение диаметра поршней само по себе приведет к увеличению хода педали. Эффективность суппорта также зависит от жесткости корпуса и крепления. То есть, уменьшив диаметр поршня в суппорте и одновременно увеличив его жесткость, можно все равно добиться лучшего зажима при лучшем ощущении педали тормоза.
3) Увеличения тормозного момента можно добиться только увеличением эффективного радиуса диска, площади поршней, давления в системе или трения. Увеличение площади колодок замедлит их износ и положительно скажется на сопротивлении перегреву, но не повлияет на тормозной момент.
Распределение тормозных усилий между осями
Стабильность и управляемость при интенсивном торможении не менее важны чем способность остановиться. Все автомобили, от пикапов до болидов Формулы 1, сконструированы таким образом, что основной тормозной момент приходится на передние колеса.
На это есть две причины. Во-первых, если не принимать во внимание силу прижима набегающим воздушным потоком, сумма всех сил действующих на каждое колесо должна оставаться постоянной при любых условиях. При замедлении автомобиля, вес смещается от задней оси к передней. Величина смещения определяется высотой центра тяжести автомобиля, длиной колесной базы и степенью замедления. Передняя подвеска с компенсацией «клевков» не предотвращает смещение загрузки, а только предупреждает сам «клевок» кузова.
Во-вторых, когда колесо блокируется при торможении, торможение заметно ухудшается, а управляемость вообще исчезает. Таким образом, когда передние колеса блокируются быстрее задних, автомобиль перестает слушаться руля и едет прямо — но состояние недостаточной поворачиваемости является стабильным, и можно легко вернуть управляемость просто снизив давление на педаль тормоза. Если же задние колеса блокируются первыми, возникает избыточная поворачиваемость — автомобиль начинает закручиваться. Это нестабильное состояние, из которого гораздо сложнее выйти — особенно на входе в поворот.
У большинства чисто гоночных автомобилей средне моторной компоновки 55-60% загрузки в статике и 45-50% тормозного момента приходится на заднюю ось. Аэродинамика этих автомобилей создает многотонную прижимную силу для задней части и задние покрышки всегда шире передних. Большинство «гражданских» автомобилей — переднеприводных большинство не обладает достаточной прижимной силой и у всех передние и задние покрышки — одинакового размера. В отдельных случаях, до 70% нагрузки у них может приходиться на переднюю ось. И поэтому их конструкция предусматривает большее тормозное усилие на передней оси. У большинства современных автомобилей есть антиблокировочная тормозная система (а должна быть у всех). Продвинутые ABS следят за тем, чтобы при самом экстремальном торможении — даже когда колеса находятся на разнородных поверхностях — каждое колесо тормозило на пределе возможностей но не блокировалось.
Ограничительный клапан давления заднего контура
При торможении нагрузка перераспределяется с задней оси на переднюю. Вследствие этого снижается способность задних колес к торможению. Вот почему на большинстве «гражданских» машин без ABS используется ограничительный клапан (также именуемый регулятором) давления в заднем тормозном контуре. Он служит для ограничения давления передаваемого на торомза задних колес при интенсивном торможении. В сдвоенных главных цилиндрах с одинаковыми диаметрами камер в переднем и заднем контурах поддерживается одинаковое давление пока оно не достигнет порогового значения. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление в заднем тормозном контуре растет медленнее чем в переднем. Если построить график роста давления от нажатия на педаль, он будет иметь перелом в момент срабатывания ограничительного клапана. Это делается для того, чтобы избежать блокировки задних колес и сохранить управляемость при интенсивном замедлении, когда перемещение веса заметно уменьшает загрузку задней оси.
Не следует удалять ограничительный клапан с «дорожного» автомобиля. Помните: недостаточная поворачиваемость лучше избыточной. Без эффективной антиблокировочной системы, нужно быть абсолютно уверенным что при экстренном торможении разгруженные задние колеса не заблокируются первыми. Следовательно, увеличение тормозного усилия на задней оси — плохая идея для дорого общего пользования. Если вы все же решили это сделать, полностью удалите стоковый регулировочный клапан, заменив его на регулируемое устройство от Tilton Engineering или Automotive Products (поглощенной Brembo). Не устанавливайте второй регулировочный клапан вместе со стоковым.
Жесткость педали и дозирование тормозного усилия
Мозг и тело человека воспринимают изменение приложенной силы точнее, чем перемещение. Вот почему штурвалы современных истребителей имеют очень маленький ход. Педаль тормоза твердостью должна напоминать кирпич. Это ощущение зависит от следующих факторов:
[1) Тормозные шланги: оптимальной жесткости педали невозможно добиться со стоковыми гибкими резинотканевыми шлангами — они расширяются под давлением, уменьшая жесткость педали и одновременно увеличивая ход педали и время реакции тормозной системы. При модернизации тормозной системы следует первым делом заменить гибкие стоковые шланги на тефлоновые в оплетке из нержавеющей стали. При этом убедитесь, что они подходят к вашему случаю, и сертифицированы для USDOT. Заявление о наличии сертификата DOT должно Вас насторожить — DOT ничего не сертифицирует. Производители подтверждают, что их продукция соответствует требованиям DOT, а поставщики могут заказывать исследования в лабораториях утвержденных DOT. Заменяйте все шланги одновременно. Из-за расширения, стоковые шланги передают тормозное усилие на суппорты с задержкой. Замена только передних шлангов приведет к возникновению сдвига между срабатыванием тормозов спереди и сзади и может даже повлиять на логику срабатывания системы ABS.
[2) Диаметры главного цилиндра и поршней в суппортах: сдвоенный главный тормозной цилиндр с регулировкой распределения усилия между контурами отлично зарекомендовал себя на гоночных трассах. Но установка его на обычный автомобиль для дорог общего пользования не несет практического смысла. При выборе системы на замену стоковой убедитесь, что цилиндры в суппортах соответствуют характеристикам всей системы.
3) Биение и неравномерный износ дисков: водитель в состоянии почувствовать как биение диска на более чем 0.006″ и неравномерный износ превышающий 0.001″, так и налипание материала от перегретых колодок. Биение может быть вызвано недостатками конструкции лопаток или соединения с центральной частью, неправильным монтажом, перегревом или комбинацией вышеперечисленных факторов.
[4) Жесткость суппортов и их установки: прижимное усилие стремится развести противоположные края суппорта, что приводит к увеличению хода педали и неравномерному износу колодок. Единственный выход — правильная конструкция и подбор материалов; невозможно исправить «мягкие» суппорта. И даже самый жесткий суппорт окажется неэффективным при недостаточно жесткой установке.
5) Разбалансированнные диски или покрышки: невозможно дозировать тормозное усилие на вибрирующем колесе. Диаметр дисков, по сравнению с колесами, невелик, но они тоже должны быть отбалансированы. Установка балансировочных грузиков привела бы к ухудшению воздушных потоков, поэтому лучше удалять излишки материала с тяжелой стороны. Значительное смещение центровки при литье, выраженное в разнице толщины рабочих поверхностей, приведет к неустранимому дисбалансу.
6) Характеристики схватывания и распускания колодок: для эффективного дозирования тормозного усилия колодки должны схватывать сразу же при нажатии педали и распускаться как только педаль отпущена. Это целиком зависит от выбора колодок. Как правило, использование разных по составу колодок спереди и сзади не приводит ни к чему хорошему, и уж точно не стоит ставить назад колодки которые лучше схватывают или имеют больший коэффициент трения.
Продолжительная повышенная нагрузка на тормоза может привести к «ослабеванию» тормозной системы. Различают два вида ослабевания:
1) Отказ колодок. Когда температура в зоне контакта колодки и диска превышает рабочие значения, колодка начинает терять свои фрикционные свойства, отчасти благодаря испарению связывающих компонентов из материала колодки. Ослабевание также может быть вызвано преобразованием энергии в самой колодке. В большинстве случаев это влечет сплавление материалов колодки и диска — с мнгновенным последующим разрывом связей, высвобождающим энергию в виде тепла. Этот механизм работает в довольно широком диапазоне температур, но при его превышении начинает давать сбои. Педаль остается жесткой, но машина не замедляется. Первый признак — характерный неприятный запах, при появлении которого следует снизить интенсивность торможения
2) Закипание тормозной жидкости. Когда жидкость в суппортах закипает, в ней образуются пузырьки. Поскольку газы в этих пузырьках, в отличие от жидкости, хорошо сжимаются, педаль тормоза становится «мягкой» и ее ход увеличивается. Вы, скорее всего, сможете остановить машину, прокачивая педаль, но об эффективном дозировании тормозного усилия не идет и речи. Это постепенный процесс, сопровождающийся рядом заметных симптомов.
В обоих случаях можно добиться временного улучшения, если обратить внимание на предупреждающие симптомы и снизить интенсивность торможения, чтобы дать тормозам остыть. Вообще же, признак качественного материала колодок — быстрое восстановление свойств. Перегретую тормозную жидкость следует заменить при первой же возможности. Колодки, которые были серьёзно перегреты, следует проверить на предмет спекания поверхности; также стоит проверить, не осталось ли материала колодок на тормозных дисках. В качестве постоянного решения, в порядке возрастания стоимости, выступают апгрейд жидкости, апгрейд колодок и увеличение притока воздуха к компонентам (включая суппорта). Во многих случаях одно или несколько из вышеперечисленных действий — все что требуется.
Неравномерный износ колодок
Как и в случаях с ухудшением тормозных усилий, можно выделить несколько разновидностей неравномерного износа — радиальный и продольный.
1) Если суппорт недостаточно жесткий и «раскрывается» при срабатывании тормозов и повышенных температурах, наружный край колодки (расположенный дальше от центра диска) будет стираться быстрее, и наружные края колодок будут сближаться, если смотреть с торца диска. Это называется «радиальным износом».
2) Задняя часть колодки в некотором роде «всплывает» на газах и частицах, образующихся при трении о диск передней части колодки. Передняя часть, таким образом, нагревается больше и изнашивается быстрее — это можно заметить, если смотреть на нее сверху. Такой износ называется продольным. Разница в тепле, вырабатываемом передней и задней частью колодки не зависит от конструкции суппортов и колодок. Поэтому, все гоночные и большинство заряженных суппортов имеют поршни дифференцированного диаметра. Большинство серьезных колодок имеет еще и фаску на переднем крае.
3) На очень толстых колодках, например, используемых для длительных гонок, продольный износ возникает из-за того, что колодку буквально разворачивает под углом к диску при распускании тормозов. Вследствие контакта диска с колодкой, возникающая сила трения подталкивает её передний край в направлении вращения диска. Одновременно, заднюю часть колодки прижимает к её посадочному месту в суппорте, что приводит к ещё более плотному контакту передней части колодки с диском. Эта ситуация наиболее выражена на новых толстых колодках, когда поверхность соприкосновения колодки с диском отстоит далеко от основания колодки и вектор силы, действующей в направлении вращения колодки, больше.
4) Неравномерный износ также можно наблюдать в случаях когда рабочая поверхность диска жестко крепится к центральной части, или они составляют единое целое. Износ будет больше с наружного края внешней колодки и внутреннего края внутренней колодки. Это связано с тем, что при перегреве такого диска происходит тепловое расширение. Поскольку диск жестко присоединен к центральной части (как правило, это наружная пластина), разность сил заставляет его выгибаться в форме конуса, основанием наружу (см. также «Плавающие диски»). При такой деформации диска, колодки неравномерно рпижимаются к нему при торможении, или даже их края остаются все время прижатыми, вызывая ещё больший перегрев и сопутствующий ему износ.
Огромное избыточное тепло, вырабатываемого во время торможения должно рассеиваться в окружающий воздух.
[В большинстве спортивных (и\или грузовых) современных автомобилей используются несколько разновидностей «вентилируемых» тормозных дисков, в которых воздух, входящий через отверстие от ступицы прокачивается через вентилляционные каналы внутренней части тормозного диска благодаря вращению диска. Самая лучшая на сегодняшний день конструкция — диски с «наклоненными лопатки», была изначально разработана для победившего в LeMan 1966 года Ford GT 40. В этой конструкции внутренние лопатки (каналы) изогнуты таким образом, что бы образовать эффективную крыльчатку. Кроме того, они предотвращают искривление тормозного диска и противостоят распространению по диску трещин, вызванных тепловой нагрузкой.
Лабораторные тесты инновационных дисков STOPTECH c 48 лопатками показали увеличение воздушного потока на удивительные 61% по сравнению с некоторыми стоковыми дисками, и на 10-15% по сравнению с гоночными дисками такого же размера. Это недорогая, но очень стабильная замена, в среднем на 15% холоднее стоковых дисков и на 7% холоднее гоночных.