Текст книги "Автомобиль"

Тормозная система

Тормозное управление служит для обеспечения экстренного безопасного торможения до полной остановки или изменения скорости движения автомобиля принудительно, а также удержания автомобиля при стоянке на уклоне. Тормозная система состоит из рабочей тормозной системы, вспомогательной тормозной системы (стояночного тормоза), иногда также применяется тормоз-замедлитель, горный тормоз, система подачи песка под колеса и пр.

По типу привода тормозные устройства бывают механические с тросовым приводом в гибкой оплетке (стояночные тормоза, мото-циклетный привод),гидравлические с гидровакуумным усилителем и различными схемами контуров, пневматические для грузовых автомобилей и автобусов и т.д.По типу тормозных механизмов тормоза бывают дисковые (наиболее эффективные для легковых автомобилей), барабанные (колодочные для грузовых автомобилей и автобусов), ленточные трансмиссионные.

Кроме того, могут быть электрические тормоза-замедлители.

Принцип действия тормозного управления заключается в том, что в случае экстренной необходимости водитель может затормозить автомобиль с любой скорости до нулевой, а так же осуществлять необходимые подтормаживания для замедления скорости движения или же заблокировать автомобиль на стоянке стояночным тормозом на уклонах дорог общего пользования. Это осуществляется водителем с помощью тормозных механизмов фрикционного типа с дисковыми и колодочными тормозами передних и задних колес управляемых с помощью гидропривода педалью тормоза, имеющей при этом тормозной гидровакуумный усилитель. Это общая тормозная схема, работающая в легковых автомобилях.

В грузовых автомобилях она похожа, но имеется ее вариант с пневоприводом тормозных рабочих колесных тормозов, что дает более эффективное усилие торможения, что принципиально важно для тяжелых грузовых автомобилей. Существует модификация не только пневматической тормозной системы с вакумными тормозными камерами, но и гидропевматическая.

Механизм фрикционных тормозных колодок работает так, что при сжатии двух колодок с двух сторон к тормозному диску под большим давлением он полностью блокируется от вращения, а так как тормозной диск укреплен болтами на фланце крепления колес, то передние колеса с дисковыми тормозами останавливаются и начинают интенсивное торможение с помощью шин по дороге вплоть до юза. В задних барабанных тормозных механизмах имеются полусегментные тормозные колодки на скобах, которые под действием большого нажимного усилия от гидроцилиндров или штоков вакуумных камер прижимаются к внутренней поверхности тормозных барабанов, установленных на болтах и закрепленных вместе с ними. Поэтому при сильном прижиме тормозные барабаны блокируется от вращения вместе с задними колесами и они так же начинают сами интенсивное торможение шин по дороге. В этих случаях автомобиль не только затормаживается, но и останавливается вообще.

При нажатии педали тормоза водителем независимо от величины интенсивности торможения усилие нажатия передается к рабочим тормозным цилиндрам с помощью гидропривода от главного тормозного гидравлического цилиндра, главный поршень которого перемещается штоком от самой тормозной педали. Он сжимает находящуюся в контуре гидравлическую жидкость, но так как она не сжимаема по свойствам, то она просто перетекает по шлангам и соединениям контура и передает усилие сжатия прямо на рабочие гидравлические цилиндры. Основным требованием для тормозных контуров и соединений является отсутствие остаточных пузырьков воздуха, которые наоборот сжимаемы и не позволяют передавать требуемое тормозное усилие на рабочие цилиндры. Поэтому возможны отказы и провалы тормозных педалей, что приводит к аварийным ситуациям и недопустимо. Однако просто передачи тормозного усилия от педали тормоза – не достаточно и его необходимо усилить. Для этого на всех легковых автомобилях применяется гидровакуумный усилитель, который устанавливается перед главным тормозным цилиндром и имеет обьединенный тормозной шток. С педалью тормоза. Он имеет вакуумную камеру под диафрагмой внутри герметичного контура, которая соединена с впускным коллектором двигателе и при работе которого в этом вакуумном трубопроводе образуется достаточное разряжение. Когда водитель нажмет интенсивно на педаль тормоза он откроет штоком педали при этом отверстие соединения вакуумной камеры непосредственно с разряжением во впускном коллекторе, поэтому диафрагма внутри гидровакуумного усилителя выгнется и сама надавит с большим усилием на тормозной шток в главном тормозном цилиндре. Но это усилие уже будет больше, чем сила нажатия педали водителем, поэтому тормозной привод сработает в аварийном режиме с большой интенсивностью и эффективностью. При отпускании педали тормоза она отодвинет шток тормозной педали от открываемого вакуумным усилителем отверстия разряжения и диафрагма внутри него вогнется на прежнее место и торможение осуществляется уже не в аварийном режиме, а лишь подтормаживанием. Тормозные гидравлические приводы для легковых автомобилей имеют для увеличения надежности двухконтурные схемы (диагональные и мостовые).

Гидравлический тормозной привод автомобиля состоит из главного двухсекционного тормозного цилиндра, гидравлических тормозных шлангов, колесных тормозных рабочих цилиндров системы регулировок в виде тяг. Для увеличения тормозного усилия на педали и эффективности его действия может применяться гидровакуумный усилитель.

Пневматический тормозной привод предназначен для торможения автомобилей с большой полной массой, в том числе и с прицепами, и имеет компрессор, ресиверы, тормозной кран, магистрали воздушного давления и другие агрегаты.

Дисковые тормоза бывают односкобовыми, однопоршневыми с плавающей скобой, двухпоршневыми с плавающими скобами (наиболее надежный),полноохватный, с качающейся скобой, многодисковый и т. д. Барабанные тормоза могут быть двухколодочными, трехколодочными, ленточными, с противоположенным расположением опор, расположением опор с одной стороны (в виде одной оси или серьги) и со сдвоенным тормозным цилиндром, с плавающими колодками и разнесенными рабочими цилиндрами, самоусиливающиеся и т.д.Компенсация зазора в тормозном приводе осуществляется как за счет внутреннего давления в гидропневмосистеме, так и при помощи скоб (дисковые) или эксцентриков (барабанные),а также компенсаторов зазора: рычажных, храповых, реечных, фрикционных, бесступенчатых.

Стояночная тормозная система предназначена для затормаживания и блокировки автомобиля на стоянке от самопроизвольного движения, поэтому имеет обычно упрощенную конструкцию для легковых автомобилей. Она представляет собой рычаг ручного тормоза на храповом фиксаторе с тросовым приводом (тягой),который прижимает одну из задних тормозных колодок барабанного тормозного механизма каждого из колес.

При отжатии ручного рычага вверх трос вытягивается и производит данную блокировку тормозов. Эта система может использоваться только на небольших скоростях движения, но однако она расчитана на большие перегрузки. Например, на большом уклоне она должна уверенно удерживать от скатывания весь автомобиль. Поэтому у нее имеются функции экстренного тормоза, т.е. в аварийной ситуации, например при пробое гидропривода на средних скоростях водитель может применить экстренное торможение только с помощью стояночного тормоза и он должен в исправном состоянии обеспечить полную аварийную остановку автомобиля, однако может быстро выйти из строя. В грузовых автомобилях функции стояночной тормозной системы выполняют пневмомеханизмы и отжимные пружины.

Автомобильные шины

Колеса автомобиля имеют металлический штампованный диск или литой из легких сплавов, который может нести большую нагрузку. В последнее время существует тенденция к применению широко-профильных шин для легковых и грузовых автомобилей, с низким внутренним давлением, а также в централизованной подкачке шин. По наличию в шинах внутреннего воздушного баллона бывают камерные и бескамерные шины (последние используются даже для скоростных автомобилей), а также внутренние герметизирующие вещества или поверхности, которые могут иногда предотвратить утечку воздуха при проколе. В качестве запасного колеса на некоторых зарубежных автомобилях применяют специальное узкое колесо, занимающее мало места в багажном отделении.

Покрышки колес имеют усиленный внутренний каркас (брекер) из стального или капронового корда.

Специальные и спортивные автомобили

В истории развития автомобилей известно немало примеров воплощения удачных технических решений опробованных в авто-мотоспорте, на серийных автомобилях. Бывают случаи, когда изобретение или удачное техническое решение приходит непосредственно с гоночных трасс и автомобилей или мотоциклов. Например, одним из самых серьезных удач для автомобилей (особенно высокоскоростных с мощным двигателем) является заднее антикрыло на машинах гонок по «Формуле-1». Оно представляет собой одинарное или двойное крыло с аэродинамическими характеристиками, позволяющее с большой эффективностью прижимать задние колеса автомобиля к полотну дороги при воздействии набегающего потока воздуха. При этом увеличивается сцепной вес ведущих колесах и уменьшается буксование задних колес. На серийных машинах типа Porsche-Carrera или Ford-Sierra стали применять аналогичное техническое решение в виде одинарного или двойного спойлера с большой аэродинамической поверхностью.

Следует отметить, что для этой же цели применяется и специальный нижний аэродинамический поддон, однако он не сможет найти массового применения ввиду того, что располагается в нескольких сантиметрах от полотна дороги, уменьшает проходимость автомобиля, кроме того, работает в зависимости от другого вида экранного аэродинамического эффекта. Аэродинамический эффект, связанный с установкой антикрыльев или специального нижнего экрана, в общем случае характеризуется тем, что позволяет направить воздействие от набегающего потока воздуха на специальную наклонную поверхность (в виде прижимающей составляющей) для прижатия колес к дороге. Таким образом, увеличивается динамическая сцепная масса колес автомобиля с дорожным покрытием, особенно при больших скоростях движения, так как прижимающая сила в этом случае пропорциональна квадрату скорости движения. Поэтому колеса лучше держат дорогу при движении на повороте, а также при мощном двигателе колеса меньше скользят по дороге, а больше передают тяговое усилие от двигателя.

Общая тенденция развития автоспорта заключается в том, что двигатели становятся все мощнее, возрастает динамика разгона, однако приходится увеличивать ширину задних и передних колес. Чтобы не увеличивать значительную ширину колес, повысить безопасность гонок, а также улучшить их зрелищность за счет возросших скоростей, был найден радикальный конструктивный вариант решения – применить задние и передние антикрылья. Эти устройства нашли применение в начале 70-х годов. На обычных автомобилях вместо антикрыльев устанавливают их дубль варианты —спойлеры, причем иногда с большими рабочими поверхностями. Они играют аналогичную роль.

Характерным примером внедрения достижений автомотоспорта является полноприводная трансмиссия легкового автомобиля. Этот элемент, позволяющий существенно увеличить проходимость и скоростные свойства отрабатывался всеми ведущими автомобильными фирмами мира на машинах для раллийных состязаний, в результате чего появлялись наиболее эффективные схемы привода. В качестве примеров можно назвать такие всемирно известные фирмы, как Porsche, Mercedes-Benz, Fiat, Ford и т. д. В итоге многодневных состязаний появлялись полноприводные модификации этих моделей. С вопросами повышения проходимости, особенно управляемости автомобилей, связана также попытка создания уникального варианта трехосного гоночного автомобиля Tirrel – Р34.Он имел две передние управляемые оси с уменьшенными колесами.

В условиях гонок с большими скоростями это позволило даже добиться успехов на некоторых этапах в середине 70-х годов; однако применение такого конструкторского решения для легкового автомобиля невыгодно и становится невозможным при детальном рассмотрении.

Управляемость автомобиля действительно может улучшиться, кроме того, улучшаются также тормозные свойства и могут уменьшиться потери в трансмиссии. На практике это оказывается не так, потому что передняя часть получается слишком утяжеленной в результате чего производство автомобилей становится неэффективным.

Для массового автомобиля показатели управляемости и проходимости очень важны и во многом взаимосвязаны, что в общем, сводится к безопасности движения. Несмотря на меньшие скорости движения, чем в спортивных гонках, эти достоинства проявляются в естественных экстремальных условиях дождливой, ненастной погоды со скользким или снежным (ледяным) дорожным покрытием. Условия бездорожья – немаловажный барьер, который на до преодолевать. Они требуют совершенства и мощности двигателя, надежности и долговечности трансмиссии и деталей подвески и т. д. Поэтому, например, полноприводные автомобили за счет большого сцепного веса автомобиля и пассажиров обладают лучшими динамическими и скоростными качествами. В этом случае на автомобиль удается установить двигатель большей мощности, так как последним ограничивающим фактором остаются сцепные свойства шин автомобиля с дорожным покрытием, возможности которых сейчас фактически достигли своего предела даже при очень большой ширине протектора (за исключением арочных шин с большим диаметром для относительно тихоходных сверх проходимых конструкций). При полном приводе удается также увеличить управляемость при больших скоростях, что зависит во многом от большого числа факторов. Поэтому опробованные в автоспорте полноприводные автомобили, как правило становятся массовыми.

Важна проблема конструктивных материалов для спортивных автомобилей. Например, автомобили фирм Citroen, Mitzubisi и т. п. имеют несущую раму, представляющую собой пространственный трубчатый каркас сложной формы и стеклопластиковый кузов. Материалов кузова является сложная композитная основа из смол. Панели кузова из композитов получаются очень прочными и легкими, поэтому они стали находить некоторое применение на современных автомобилях. Такие пластмассовые панели устанавливаются на некоторых американских автомобилях Ford-Saturn, Chevrolet и т. п.

Интерес также представляют типы спортивных автомобилей, которые соревнуются в классе прототипов. В частности, наиболее характерным и удачным достижением в этом классе является создание сначала прототипа одного из первых современных автомобилей Porsche, а затем подготовка и массовое производство модели, Porsche – 901. В этом случае была найдена уникальная форма серийного спортивного автомобиля, стиль который сохранился до настоящего времени. Конструкции, обеспечивающие безопасность гонщика на спортивных автомобилях, являются сугубо специфическими их элементами. На большинстве типов спортивных автомобилей они представляют собой замкнутую раму внутри кузова автомобиля, сваренную из мощных труб. На автомобилях багги, сам кузов является пространственной рамой. При аварии прочность ее элементов настолько велика, что может защитить гонщика при аварии или опрокидывании автомобиля на большой скорости. Однако специфика ее заключается в том, что прочность данного каркаса получается большой лишь при наличии продольной балки, располагаемой на уровне пояса сидящего гонщика, а иногда при дополнительном усилителе. Для массовых автомобилей этот элемент оказывается неприемлемым, так как мешает нормальной эвакуации при обычном дорожно-транспортном происшествии и тем более значительно ухудшает комфортабельность салона.

На серийных автомобилях вопросы прочности кузова прорабатываются весьма серьезно: конструктивные элементы подвергаются расчетам, применяются, например, ремни безопасности, или надувные подушки.

Однако наиболее практическое применение получают новые элементы на специальных, а не спортивных конструкциях. Если багги-это спортивный прототип автомобиля с повышенной проходимостью. то сами серийные конструкции автомобилей на их основе уже должны иметь кузов закрытого типа для перевозки людей, или грузовую платформу с колесной формулой высокой проходимости, т.к. основное назначение-увеличение свойств проходимости на спортивном автомобиле багги уже достигнуто и его необходимо внедрить в серийное производство с увеличением свойств комфортабельности. Но самые серьезные специализированные конструкции автомобилей относятся к грузовым автомобилям и они дают возможности создания универсальных свойств автомобилей разного назначения.

_{Примечание}-в книге использовано лишь незначительное количество рисунков и схем интернета для обязательного ознакомления, в виде ссылок на современный зарубежный уровень автомобилизации (техническая необходимость)