Анализ тормозных систем автомобилей

     Устойчивость  АТС определяется боковыми реакциями,  которые дорога “прикладывает” к его колесам. Если боковые силы, возникающие, например, от центробежного эффекта при повороте, от поперечного уклона дороги, ветра и т. п., меньше предельной боковой реакции, то колесо будит двигаться по заданной траектории, незначительно отклоняясь от нее только за счет бокового увода. Если же этот предел превышен, начинается боковое скольжение и колесо теряет устойчивость. Таким образом, устойчивость будит наблюдаться при условии:

 R = (Rx + Ry)  <    maxRz ,

 где R – суммарная реакция дороги; Rx – продольная реакция дороги – тормозная сила колеса; Ry – боковая реакция дороги, препятствующая боковому скольжению колеса; Rz – нормальная реакция дороги;   – коэффициент сцепления. Чем больше Rx, т. е. чем сильнее тормозится колесо, тем меньше его устойчивость, а следовательно, и устойчивость самого АТС.    

     Мощность  современных тормозов такова, что  даже на самой хорошей дороге водитель может заблокировать колеса АТС. При этом возможны следующие случаи: потеря траектории устойчивости в случае блокирования передних колес (колеса теряют возможность передавать на АТС боковые реакции, и, следовательно, он не может поворачивать и движется только прямо, несмотря на поворот рулевого колеса водителем); потеря курсовой устойчивости в случае блокирования задних колес (невозможность реализации достаточных боковых реакций приводит к заносу задней оси).

     Существует мнение, что опытный водитель, оттормаживая и поправляя траекторию рулем, может погасить занос задней оси. Опыты показывают, что это справедливо только для начальной стадии заноса. Если АТС успело отклониться от прямолинейного направления на угол 20  , занос уже не может быть прекращен даже полным растормаживанием и энергичным маневром с помощью рулевого управления.

     Наиболее  эффективный способ повышения  устойчивости АТС при торможении  – автоматическое регулирование  его тормозных сил с помощью  специальных приборов тормозного привода – регуляторов тормозных сил и сложных антиблокировочных систем (АБС). 

     Многие  колесные машины отечественного  производства по эффективности  работы тормозной системы не  соответствуют мировым стандартам. К ним можно отнести грузовые и легковые автомобили, зерноуборочные комбайны  и колесные трактора. Основная причина – отсутствие простых и эффективных систем, позволяющих не допустить блокирование заторможенных колес или в начале блокирования колеса разблокировать его, так как оно служит причиной заноса, скольжения, опрокидывания АТС и, в конечном итоге, возникновения ДТП. Отсутствие на колесных машинах автоматических АБС не только снижает эффективность их торможения, но и влияет на их боковую и курсовую устойчивость, производительность, расход топлива и управляемость.

     Риск  блокирования колес (при отсутствии  автоматических АБС) сводиться  к минимуму, если; отсутствует уклон дороги; давление в шинах поддерживаются согласно нормам завода-изготовителя; износ рисунка протектора и коэффициент сцепления идентичны по всем колесам; соблюдается точные зазоры между колодкой и дисковым тормозом или тормозным барабаном; отсутствие биение дисков или барабанов о тормозные колодки и др. Следовательно, при торможении АТС с колесной формулой 4Х2 в идеальных условиях должно соблюдаться равенство:

Pл = Pп = Pвл = Pвп,

где Pл, Pп, Pвл и Pвп – сила прижатия тормозных колодок к тормозному диску или барабану соответственно на направляющих и ведущих левом и правом колесах.

     Назначение  АБС – независимо от условий торможения обеспечивать такое относительное движение колес, при котором создается оптимальное сочетание  устойчивости и эффективности. Их разработкой и внедрением заняты практически все крупные автомобильные фирмы. Как правило, это электронные системы с мощным компьютером. Поэтому их устанавливают в основном на современных дорогостоящих легковых автомобилях. Что касается грузовой техники, то даже на импортных машинах АБС – явление довольно редкое.

     В  общем случае сила Рбл прижатия колодок к тормозному диску или барабану блокированного колеса равна силам прижатия колодок к тормозному диску или барабану на остальных неблокированных колесах. Для того чтобы колесо разблокировалось, нужно на блокированном колесе уменьшить силу прижатия тормозных колодок к тормозному диску или барабану на такую величину  Р, при которой колодки снизили бы свое давление на тормозной диск или барабан, а тормозная сила на этом колесе стала меньше возможной по условию сцепления шины с поверхностью дороги:

Pp = Pбл –  P,

где  Рр – сила прижатия колодок к тормозному диску или барабану разблокированного колеса. Уменьшить Рбл можно путем снижения давления тормозной жидкости в рабочем тормозном цилиндре.

     АБС  для колесных машин с гидравлическим  приводом тормозов (рис.  ).

состоит из обрезиненного  ролика, генератора, электромагнитного  клапана и 

крепится на рессоре с помощью шарнира. Для того чтобы ролик совершал вращение без проскальзывания, предусмотрена пружина. При движении АТС вращающееся колесо приводит в действие обрезиненный ролик и связанный с ним генератор, который подает ток в катушку соленоида.

     АБС работает следующим образом (рис.  ). При торможении без блокирования колеса тормозная жидкость поступает, как и обычно, в тормозной цилиндр колеса через трубопровод 7. При этом отверстие в сердечнике 6 соленоида расположено таким образом, что предотвращает прохождение тормозной жидкости в расширительную камеру (корпус цилиндра 15), так как на электромагнитный клапан 8 подается напряжение, связанное с вращением колеса. Обратный шариковый клапан 16 также закрывает путь тормозной жидкости.

     Когда  колесо заблокировано, то с  генератора на соленоид напряжение  не подается, и под действием  пружины 10 сердечник соленоида занимает место, при котором отверстие в нем располагается, как показано на рис.  , давая возможность жидкости пройти к корпусу цилиндра. В связи с тем, что для тормозной жидкости открывается дополнительный объем в корпусе цилиндра, давление в тормозном цилиндре начинает падать. Под действием стяжной пружины 3 тормозная жидкость выходит из тормозного цилиндра, снижая давление тормозных колодок на тормозной барабан, что позволяет разблокировать колесо. Избыток тормозной жидкости собирается в расширительной камере, преодолевая усилие пружины 14. Как только колесо начинает вращаться, на соленоид подается напряжение и клапан 8 перекрывает путь тормозной жидкости в расширительную камеру, тем самым повышая давление тормозной жидкости в тормозном цилиндре. 
 

Избыток тормозной  жидкости собирается в расширительной камере, преодолевая усилие пружины 14. Как только колесо начинает вращаться, на соленоид подается напряжение и клапан 8 перекрывает путь тормозной жидкости в расширительную камеру, тем самым повышая давление тормозной жидкости в тормозном цилиндре. Давление тормозных колодок на барабан также увеличивается. Если колесо снова окажется заблокированным, то указанный цикл повториться. Достаточно быстрое повторение циклов позволяет получить максимально возможное тормозное усилие в зоне контакта колеса с дорогой без блокирования колеса.

     Если  процесс торможения заканчивается,  давление жидкости в тормозной  системе снижается. Тогда под  действием пружины 14 поршень 13 с резиновой манжетой 12 начинает выталкивать тормозную жидкость обратно в систему. При этом она будет выходить из расширительной камеры двумя путями: через отверстие 18 в сердечнике соленоида и обратный шариковый клапан 16, преодолевая усилие пружины 17. Это позволяет быстро освободить место в расширительной камере для тормозной жидкости при новом процессе торможения.

     Объем  Vmax вытесняемой тормозной жидкости в одном рабочем цилиндре:

Vmax = пRпНп,

где Rп – радиус рабочего тормозного цилиндра передних колес; Hп – максимальный ход поршня. Общий объем двух цилиндров V0max = 2Vmax.

     Для разблокирования переднего колеса необходимо в определенный момент времени снизить давление в обоих рабочих цилиндрах переднего колеса путем уменьшения объема тормозной жидкости в них. Этот “лишний” объем тормозной жидкости уходит в расширительную камеру, размеры которой будут зависеть от объема самой жидкости и числа циклов пц блокирования-разблокирования колеса за одно торможение. Объем расширительной камеры Vрк определяется выражением:

Vрк = V0maxnц = пrпркНрк,

где rпрк и Нрк – радиус и ход поршня расширительной камеры. Радиус поршня расширительной камеры находиться по формуле:

rпрк = (2RпНпnц/Hрк).

     В  расчетах используется величина V0max для того, чтобы объем расширительной камеры был максимальным и обеспечивал работу АБС даже на поверхностях с минимальным коэффициентом сцепления (лед, снежная дорога и др.) При других, более высоких коэффициентах сцепления рассчитанный объем расширительной камер будет более чем достаточный.

     Для  нормальной работы АБС необходимо  знать соотношение усилий, которые связаны с давлением тормозной жидкости и жесткостью пружин, имеющихся в колесе и предлагаемом устройстве.

     Конструкционно  АБС могут иметь различные  варианты. Так, например, генератор,  падающий напряжение от вращающегося  колеса, может быть выполнен заодно с осью колеса и др. Даная АБС может использоваться и для дисковых тормозов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Расчет  тормозной системы 

    При расчете тормозных систем определяют: 

    - удельные давления для фрикционных накладок тормозных колодок;

    - работу трения при торможении;

    - нагрев  тормозного барабана или тормозного  диска;

    - расчет  дисковых тормозных механизмов;

  - нагрузки и параметры гидравлического тормозного привода без   усилителя и с усилителем;

       Удельные давления для накладок. Удельные давления для накладок тормозных колодок рассчитывают по величине нормальных реакций, действующих на накладки со стороны тормозного диска.

    Удельное  давление для первичной колодки

    для  вторичной колодки