Gearhead 101:понимание тормозной системы

С возвращением Передача 101 — серия статей об основах работы автомобилей для новичков в автомобилестроении.

Если вы следили за Gearhead 101, вы знаете, как работает автомобильный двигатель, как двигатель передает мощность, которую он генерирует, через трансмиссию, и как механическая или автоматическая коробка передач функционирует как своего рода силовой распределительный щит между двигателем и трансмиссией.

Сегодня мы собираемся обсудить автомобильную систему, которой вы пользуетесь сотни раз в день, отказ которой, скорее всего, приведет к вашей смерти или серьезной травме.

Я про твои тормоза.

Превращение движения в тепло

Физика автомобильных тормозов довольно проста. Чтобы замедлить и остановить ваш автомобиль, ваша тормозная система превращает кинетическую энергию (движение ваших колес) в тепловую энергию за счет трения тормозов о колеса. Когда вся кинетическая энергия колес преобразуется тормозами в тепловую энергию, автомобиль останавливается.

Довольно просто.

Но есть два разных способа освежевать этого кота, превращающего движение в тепловую энергию, и несколько других частей, которые позволяют им обоим работать.

Части тормозной системы автомобиля

Педаль тормоза. Вы знакомы с педалью тормоза. Это рычаг, который вы нажимаете ногой, чтобы замедлить и остановить машину. Педаль тормоза на большинстве современных автомобилей подключается к . . .

Усилитель тормозов. Сегодня у большинства автомобилей есть так называемые «тормоза с усилителем». Тормоза с усилителем увеличивают усилие, возникающее при нажатии на педаль, которое применяется к остальной части тормозной системы. Это означает, что вам не нужно слишком сильно нажимать на педаль тормоза, чтобы заставить машину замедлиться или остановиться. Тормозной усилитель - это то, что делает тормоза с усилителем, тормоза с усилителем.

Существует два типа усилителей тормозов:вакуумные усилители и гидравлические усилители . Вакуумные ускорители создают разрежение за счет забора воздуха из двигателя. Этот вакуум усиливает силу, создаваемую при нажатии на педаль, которая действует на поршни в главном цилиндре (подробнее об этом чуть позже). Гидравлические усилители используют гидравлическое давление от гидроусилителя руля вашего автомобиля для увеличения усилия на главном цилиндре.

Итак, вы нажимаете на педаль тормоза. Сила, создаваемая этим действием, усиливается усилителем тормозов. Усилитель тормозов передает это усилие на . . .

Главный цилиндр. Если вы заглядывали под капот своего автомобиля, вы, вероятно, видели главный цилиндр, но не знали, что он так называется. Главный цилиндр содержит тормозную жидкость вашего автомобиля. Тормозная жидкость проходит через тормозные магистрали к каждому колесу автомобиля. Когда вы нажимаете на педаль тормоза, энергия усиливается усилителем тормозов, который, в свою очередь, перемещает поршень внутри главного цилиндра, который, в свою очередь, выталкивает тормозную жидкость из главного цилиндра в тормозные магистрали, идущие к каждому колесу. Затем жидкость активирует тормоза на ваших колесах.

Главный цилиндр обеспечивает подачу одинаковой гидравлической мощности на все четыре тормоза. Если один тормоз будет иметь большую мощность, чем другой, это приведет к неравномерному тормозному давлению, что вызовет небезопасное замедление или остановку. Представьте, что случилось бы с вашей машиной, если бы ваши правые колеса тормозили быстрее, чем левые. Вы бы развернули машину или, возможно, перевернули бы ее.

Большинство современных главных цилиндров разделены на два резервуара, каждый из которых заполнен тормозной жидкостью. Это называется двойной тормозной системой. . Он действует как отказоустойчивый в случае утечки или блокировки жидкости на передних или задних тормозах.

На заднеприводных автомобилях один резервуар в главном цилиндре имеет линии, ведущие к передним колесам; другой резервуар имеет линии, идущие к задним колесам. Если в трубопроводах, ведущих к передним колесам, произойдет утечка, жидкость все равно будет поступать из бачка к задним колесам.

Переднеприводные автомобили используют гидравлическую систему с диагональным разделением. Это потому, что в переднеприводных автомобилях передние тормоза выполняют 90% торможения. Если бы оба передних тормоза вышли из строя на переднеприводной машине, вам было бы очень трудно замедлиться и остановиться. Чтобы гарантировать, что хотя бы один передний тормоз остановит автомобиль в случае утечки или блокировки, переднее правое колесо и заднее левое колесо связаны вместе, а переднее левое колесо связано вместе с задним правым колесом.

Конечно, если оба резервуары и тормозные магистрали, выходящие из них, негерметичны или забиты, ни один из тормозов не сработает. Это называется катастрофическим отказом тормозов.

Тормозные магистрали. Тормозные магистрали — это стальные трубки, которые выходят из главного цилиндра и идут к каждому из четырех тормозов на колесах вашего автомобиля. Тормозные магистрали передают тормозную жидкость либо к барабанному, либо к дисковому тормозу. Давление жидкости приводит в действие тормоза.

Барабанный тормоз. В автомобилях используются два типа тормозных устройств:барабанные тормоза и дисковые тормоза. Барабанные тормоза стоят на автомобилях с 1900 года и используются до сих пор. Барабанные тормоза крепятся к колесу. Внутри барабана находятся две термостойкие колодки, называемые тормозными колодками. Когда вы нажимаете на педаль тормоза, тормозная жидкость поступает в колесный цилиндр барабанного тормоза. Затем жидкость активирует два небольших поршня внутри колесного цилиндра, которые выталкивают тормозные колодки и прижимают их к тормозному барабану. Колодки замедляют барабан, а барабан (который прикреплен к колесу) замедляет колесо.

У барабанных тормозов есть несколько преимуществ:они дешевы в изготовлении и ремонте, для их активации требуется меньше гидравлического давления, и они могут служить дольше, чем дисковые тормоза.

Как упоминалось выше, барабанные тормоза до сих пор используются на автомобилях. Если в автомобиле установлены барабанные тормоза, вы обычно найдете их на задних колесах автомобиля.

Дисковые тормоза. Одним из недостатков барабанных тормозов является то, что они автономны. Тепло, создаваемое трением тормозных колодок, остается внутри барабанных тормозов. В интенсивных условиях и при частых торможениях барабанные тормоза могут сильно нагреваться. Если тормоза становятся слишком горячими, они больше не могут создавать трение, необходимое для замедления автомобиля.

Чтобы решить эту проблему, инженеры разработали дисковый тормоз.

Дисковые тормоза работают довольно просто. Вы нажимаете на педаль тормоза, и тормозная жидкость направляется к поршню дискового тормоза. Поршень заставляет суппорты сжимать диск или ротор. Колодки внутри суппортов создают трение, которое замедляет вашу машину.

Вместо того, чтобы прижиматься к барабану, чтобы замедлить автомобиль, суппорты дисковых тормозов сжимают тормозные колодки внутрь. к металлическому диску, прикрепленному к колесу. Сжатие с помощью суппортов делает несколько вещей для улучшения торможения. Во-первых, это позволяет создавать большее давление, что способствует увеличению трения. Во-вторых, конструкция дискового тормоза открыта. Тормоза не внутри барабана. Это позволяет воздуху охлаждать их намного быстрее, что также увеличивает трение. Наконец, конструкция позволяет увеличить площадь поверхности тормозной колодки, что также способствует увеличению трения.

Дисковые тормоза впервые были использованы на гоночных автомобилях в 1951 году. В 1955 году они начали появляться на серийных автомобилях. К 1980-м годам большинство автомобилей использовали дисковые тормоза, по крайней мере, на передних колесах.

Когда вы тормозите, ваши передние колеса выполняют большую часть работы по остановке автомобиля, потому что весь импульс идет к передним колесам. Поскольку передние колеса выполняют большую часть торможения, производители устанавливают дисковые тормоза на передние колеса, потому что они лучше тормозят, чем барабанные.

Собираем все вместе

Итак, давайте соберем все части тормозной системы вместе.

Вы нажимаете на педаль тормоза. Это активирует усилитель тормозов, который усиливает усилие от педали тормоза. Эта сила передается на главный цилиндр. Поршень в главном цилиндре выталкивает тормозную жидкость через тормозные магистрали к каждому колесу.

Если колесо оснащено барабанным тормозом, тормозная жидкость воздействует на поршень в колесном цилиндре, который приводит в действие другой поршень, который прижимает тормозные колодки к тормозному барабану. Автомобиль замедляется или останавливается. Когда вы отпустите педаль тормоза, тормозная жидкость потечет обратно в главный цилиндр, и тормоза отпустятся.

Если у колеса есть дисковый тормоз, тормозная жидкость активирует поршень, который заставит суппорты с тормозными колодками прижиматься к диску или ротору, прикрепленному к колесу, замедляя автомобиль. Когда вы отпускаете педаль тормоза, тормозная жидкость течет обратно в главный цилиндр, заставляя суппорты дискового тормоза снова открываться.

Вот, вкратце, как работают тормоза вашего автомобиля.

А как насчет антиблокировочной системы тормозов?

Но ждать . . . есть еще кое-что. Ваш автомобиль, вероятно, имеет антиблокировочную систему тормозов (ABS). До ABS, когда вы нажимали на тормоз, ваши колеса полностью останавливались. Они заперлись. Это привело к заносу ваших шин. Пробуксовывающая шина практически не дает вам контроля над управлением автомобилем. Так что, если бы вы вели машину в 1950 году и вам пришлось резко нажать на тормоза, чтобы не сбить ребенка, выбежавшего на середину улицы, вас бы все равно занесло вперед, и вы не смогли бы управлять машиной. влево или вправо. Если вы хотите избежать заноса при использовании тормозов на старых автомобилях, вам придется многократно качать тормоз (неоднократно отпускать и блокировать колеса), что легче сказать, чем сделать.

Чтобы избежать заноса шин, ABS использует компьютер и датчики рядом с каждым колесом для контроля скорости колеса. Когда вы сильно нажимаете на педаль тормоза, система ABS проверяет скорость каждого колеса независимо. Если одно колесо движется медленнее других, это означает, что это колесо, вероятно, заблокировано. Таким образом, система ABS уменьшит гидравлическое давление, подаваемое на этот тормоз, что позволит ему снова повернуться, предотвратив занос и позволив вам сохранить контроль над рулевым управлением.

Вы знаете, что ваша ABS работает, потому что, когда вы нажимаете на педаль тормоза, вы можете почувствовать пульсацию тормоза. Не беспокойтесь. Продолжайте оказывать давление. Вы не хотите качать тормоза на автомобилях с ABS, иначе они не будут работать должным образом.

Когда вы получаете новый автомобиль, всегда полезно почувствовать его систему ABS, чтобы вы не испугались, когда впервые почувствуете, что она включается. Вы можете сделать это, проехав по пустой стоянке во время дождя или снега (что вызовет небольшое занос) и нажав на тормоза.