Конструкторы систем безопасности транспортного средства прежде всего стремятся к максимальному сокращению пути его торможения с целью обеспечения максимального контроля над движением транспортного средства и минимизации риска аварии. Из очевидных соображений никогда не удастся создать систему, позволяющую остановку транспортного средства на месте (т.е. сразу, в момент обнаружения препятствия).

Рис. Обозначение негабаритных транспортных средств.

При перевозке длинной древесины допускается выпирание груза сзади прицепа на расстояние не более 5 метров.

Это является невозможным исходя не только из технологических ограничений и законов физики, но из-за того, что чрезмерно быстрая остановка транспортного средства при действующих силах инертности, могла бы быть не менее опасна для здоровья и жизни водителя. Слишком длинный путь торможения от момента появления препятствия — одна из наиболее частых причин ДТП, особенно связанных с наездом на пешехода либо на транспортное средство, идущее впереди. В нашей стране ситуация еще более усложняется в виду неудовлетворительного качества дорожной инфраструктуры — водители, стремясь компенсировать отсутствие автострад, применяют повышенную скорость при езде на обычных дорогах (одно- либо двухполосных), которые, в подавляющем большинстве, не приспособлены для движения на высокой скорости (слишком резкие повороты, искаженная горизонтальная разметка, плохое качество асфальта).

Вышеуказанные обстоятельства приводят к значительному увеличению тормозного пути, непосредственным показателем которого являются неутешительные данные статистики ДТП в Польше, удерживающие нашу страну на 1 месте в Европе по числу погибших.

Рис. Тормозной путь

Сухая поверхность

Мокрая поверхность

Интенсивный дождь Скользкая поверхность

Положения Дорожного Кодекса достаточно четко определяют правила поведения водителя во время движения с точки зрения используемой скорости и принципов торможения транспортного средства. Исходя из статьи 19 Кодекса, водитель транспортного средства должен ехать со скоростью, которая обеспечивает контроль над транспортным средством, принимая во внимание условия, в которых происходит движение, в частности: рельеф местности, состояние дороги и видимость, состояние и груз транспортного средства, погодные условия и интенсивность движения. Водитель транспортного средства обязан:

1) ехать со скоростью, не препятствующей движению других водителей;

2) тормозить таким образом, чтобы не создавать угрозу безопасности движения или его затруднения;

3) соблюдать дистанцию, необходимую для избегания столкновения в случае торможения или остановки движущегося впереди транспортного средства.


Положения Дорожного Кодекса достаточно четко определяют правила поведения водителя во время движения с точки зрения используемой скорости и принципов торможения транспортного средства. Исходя из статьи 19 Кодекса, водитель транспортного средства должен ехать со скоростью, которая обеспечивает контроль над транспортным средством, принимая во внимание условия, в которых происходит движение, в частности: рельеф местности, состояние дороги и видимость, состояние и груз транспортного средства, погодные условия и интенсивность движения. Водитель транспортного средства обязан:

1) ехать со скоростью, не препятствующей движению других водителей;

2) тормозить таким образом, чтобы не создавать угрозу безопасности движения или его затруднения;

3) соблюдать дистанцию, необходимую для избегания столкновения в случае торможения или остановки движущегося впереди транспортного средства.

В целом, не только здравый смысл, но и существующие правила показывают взаимосвязь между скоростью транспортного средства и возможностью эффективного торможения с целью избежания угрозы безопасности во время дорожного движения.

Остановочный путь транспортного средства во время резкого торможения состоит из пути реакции водителя и тормозного пути. Путь реакции состоит из некоторого фиксированного времени прошедшего между обнаружением препятствия и нажатием на тормоз, что называется временем реакции. Путь реакции прямо пропорционален скорости.



Рис. Длина остановочного пути

Скорость км/ч

Состояние поверхности Сухая Мокрая Скользкая

Путь, полученный за время реакции водителя и задействования тормоза (1 секунда)

Путь, полученный за время реального торможения

Длина тормозного пути (в метрах)

Тормозной путь зависит от квадрата скорости, поэтому вместе с ней растет очень быстро. Путь полной остановки транспортного средства состоит из:

1 пути, пройденного во время реакции водителя транспортного средства или с момента обнаружения им препятствия, принятия решения торможения, до момента задействования тормоза,

2 пути, пройденного с момента задействования тормоза до момента начала торможения с помощью тормозной системы,

3 пути, пройденного транспортным средством с момента действия тормоза до момента остановки транспортного средства.
Рис. Длина остановочного пути

Скорость км/ч

Состояние поверхности Сухая

Мокрая

Скользкая

Путь, полученный за время реакции водителя и задействования тормоза (1 секунда)

Путь, полученный за время реального торможения

Длина тормозного пути (в метрах)

Рис.
Путь реакции возрастает пропорционально скорости. Это означает, что:

Если скорость возрастает в два раза, то и путь реакции увеличивается в два раза.

Путь реакции можно вычислить, применив следующую формулу: Скорость/ 10 х 3
Скорость

Время реакции

Пройденный отрезок пути

30

1 секунда

9

50

1 секунда

15

70

1 секунда

21

100

1 секунда

30

Полный тормозной путь транспортного средства зависит от:

1 типа поверхности (асфальт, брусчатка, бетон и т.д.)

2 состояния поверхности (сухая, мокрая, заснеженная, гололед, посыпанная песком, гравием)

3 состояния транспортного средства (шины, эффективность тормозной системы)

4 опыта водителя и его психофизического состояния (усталость, прием лекарственных препаратов, снижающих психомоторные способности)

5 начальной скорости

Обычно предполагается, что среднестатистическое время реакции водителя на внезапное появление препятствия или живого субъекта на дороге занимает от 0,7 до 1,0 секунды. Только люди с особой психической предрасположенностью, отдохнувшие и абсолютно сосредоточенные, в состоянии сократить это время примерно до 0,3 секунды, сохранив стабильность времени реакции.

Видимость, а, следовательно, атмосферные условия и чистота стекол, прием наркотиков, эмоциональное состояние водителя транспортного средства, степень его физической и психической усталости, возраст, возможные дефекты зрения и чрезмерно интенсивное движение являются факторами, которые могут существенно повлиять на увеличение времени реакции.

Вопреки всему, именно от времени реакции зависит очень многое. Очень часто случается, что момент нерешительности (от обнаружения препятствия до соответствующей реакции) влияет на то, будет ли реакция выполнена вовремя. Следовательно, даже одна секунда может решать о том, или объект на дороге спровоцирует аварию, или удастся достаточно быстро отреагировать.

Рис. 70 км/ч СТОП

Путь реакции водителя Путь реакции транспортного средства Тормозной путь

Остановочный путь или сумма пути реакции и путь торможения

Каждый водитель должен понимать то, что прежде чем он примет какое-либо решение, его транспортное средство будет неминуемо приближаться к препятствию, а расстояние будет таять пропорционально скорости. Прежде чем будут предприняты какие-либо действия, транспортное средство, движущееся со скоростью 50 км/ч, преодолеет расстояние от 9,3 до 13,9 метров в зависимости от времени реакции. Это означает, что водитель, движущийся с допустимой в населенном пункте скоростью 50 км/ч, должен сохранять за движущимся впереди транспортным средством дистанцию как минимум равную пути, пройденному во время реакции, т. е. около 12 метров. В реальности, однако, все выглядит иначе.

Рис. км/ч

путь во время реакции 1 секунда

путь во время реакции 0,7 секунд

Путь, пройденный во время реакции, вычисляется по известной физической формуле:

S = VO х tr

где VO - это начальная скорость, а tr- это время реакции

Разгон автомобиля, наращивание его скорости - это умения относительно легкие для овладения даже рядовым водителем. Значительно тяжелее овладеть искусством безопасной остановки разогнавшегося транспортного средства. Величина силы торможения зависит от силы трения, которое создается между колесами автомобиля и дорожным покрытием, то есть от силы сцепления. В тоже время, величина силы сцепления зависит от вида и состояния дорожного покрытия, от вида шин и рисунка протектора, а также от давления, приходящегося на каждый квадратный сантиметр площади поверхности состыковки шины с дорожной поверхностью.

где V0 – это начальная скорость tr – время реакции, f - коэффициент сцепления, g – ускорение силы тяжести.

Здесь пропущено время, необходимое для задействования тормозов (так называемая инерционность системы), так как (при условии исправности системы) оно практически не влияет на конечный результат.

В формуле наиболее важное значение для конечного результата имеют скорость, время реакции, а также состояние дорожной поверхности, от которого зависит коэффициент сцепления шин транспортного средства. Наиболее безопасным является бетонное дорожное покрытие. Оно гладкое, слегка пористое, в дождь не становится слишком скользким. Асфальт приятен для езды, но только тогда, когда сухо и не слишком жарко. Во время дождя асфальт становится скользким и требует значительного ограничения скорости. Особенно опасны первые минуты дождя.

Также следует помнить о tом, что в жару горячий асфальт становится мягким и нагревает шины. Дорожное покрытие из базальтовой брусчатки по мере эксплуатации становится опасно гладким, а во время дождя очень скользким. Когда поверхность дороги - независимо от вида - покрывает плотный слой снега, сцепление шин с дорогой в значительной степени уменьшается и практически полностью исчезает в случае гололеда.

Значение коэффициента сцепления шин с дорогой для различных видов и состояний дорожных поверхностей:

Рис. Вид поверхности Коэффициент сцепления

Бетонная сухая

Бетонная мокрая

Асфальт сухой

Асфальт мокрый

Базальтовая брусчатка сухая

Базальтовая брусчатка мокрая

Грунт сухой

Грунт мокрый

Дорога заснеженная

Гололед

Помните, что на заснеженной дороге тормозной путь увеличивается в два раза, а на обледенелой - более чем в четыре раза.

Рис. Асфальт сухой

Асфальт мокрый

Дорога заснеженная

Дорога обледенелая

Рис. Коэффициент продольного сцепления Давление колеса на поверхность

сухая поверхность коэффициент продольного сцепления

мокрая поверхность коэффициент поперечного сцепления

обледенелая поверхность

скольжеnие колеса

Проблема фактического остановочного пути транспортного средства тесно связана с техникой торможения. Не все еще могут пользоваться благами микроэлектроники, используемой для улучшения действующей безопасности автомобиля. Измерительные и анализирующие системы реагируют быстрее, чем водитель, пусть даже имеющий многолетний опыт вождения. Система ABS, предотвращающая блокирование колес во время торможения, улучшена системой ASR, задачей которой является недопущение скольжения колес во время ускорения движения.

Следующим шагом в развитии систем торможения является система динамической стабилизации автомобиля ESP, защищающая от отклонений с заданной водителем траектории движения. В реальности, однако, это роскошь, отсутствие которой нужно компенсировать сознательной и безукоризненной техникой вождения. Самой частой ошибкой водителя - в момент испуга - является резкое, очень сильное нажатие на педаль тормоза. Обычно в таком случае наступает блокирование колес, а автомобиль движется по линии, образованной равнодействующей внешних сил.

В таком случае формула длины пути торможения остается теорией, а реальный тормозной путь многократно удлиняется. Исключение составляет резкое торможение на мягком песке или свежем снегу, когда блокирование колес вызывает полезный эффект, вызванный «барьером» из песка или снега перед шиной. Безопасная техника прерывистого торможения, а прежде всего преодоление психических барьеров в ситуации опасности, к сожалению, не изучается на основных курсах вождения.

Следует знать, что скольжение, которое эффективно ликвидирует система ABS, происходит тогда, когда линейная скорость транспортного средства Vp больше угловой скорости колеса Vo. Скольжение можно рассчитать, его величина дается обычно в процентах как отношение разницы этих скоростей к скорости транспортного средства.

Vo = ω · r

где: - ω - скорость вращения колес (например, число оборотов в секунду),

r — радиус колеса.

Следовательно, скольжение составит:

Наиболее эффективным торможение является тогда, когда значение скольжения находится в пределах от 10% до 30% и именно такое значение старается удержать упомянутая система ABS.

Говоря о скорости и тормозном пути нельзя забывать, что эти явления непосредственно связаны с энергией, выделяемой разогнанным транспортным средством. Именно она влияет на последствия столкновения и определяет наш шанс на выживание. Именно поэтому так часто говорится о проектировании безопасных зон деформации, которые, при столкновении транспортного средства с препятствием, должны поглотить как можно большую часть этой энергии.

Какой же зоной деформации располагает пешеход или велосипедист? Незащищенный участник движения имеет шанс выжить в столкновении с транспортным средством, движущимся со скоростью до 30 км/ч, при 50 км/ч шансы выживания немногим более 50%, а при 60 км/ч - практически отсутствует.

Именно поэтому скорость 50 км/ч, как ограничение скорости при движении в населенном пункте, не является случайным значением. Два важных фактора: тормозной путь и энергия столкновения растут быстрее, чем скорость. Когда та увеличивается в два раза, тормозной путь и энергия столкновения возрастают четырехкратно. Следовательно, разница в 10 км/ч имеет большее значение, нежели кажется. Если транспортное средство, едущее со скоростью 50 км/ч, уже остановится, то едущее со скоростью 60 км/ч в этот момент будет иметь скорость 44 км/ч.

Что касается правовых норм, основные требования касательно конструкции, а также эффективности тормозных систем содержатся в Единых положениях относительно спецификации транспортных средств категории М, N и О в области торможения (Распоряжение №13 EKG ONZ). Подробные требования в Польше изложены в положениях PN- 88/S- 47000, а также PN-ISO 611 от 1997 года.

Вышеупомянутые нормы определяют следующие виды тормозов:

1 Рабочий (основной) - позволяет водителю контролировать скорость движения транспортного средства и останавливать его;

2 Аварийный (запасной) - вводится в действие независимо от рабочего тормоза в случае его неисправности;

3 Стояночный - необходим для фиксации транспортного средства в статическом состоянии при стоянке на уклоне или подъеме, а также в момент отсутствия водителя;

4 Дополнительный - замедляющий (замедлитель) - позволяет водителю поддерживать постоянную скорость автомобиля либо уменьшать ее, особенно на затяжных спусках.

5 Автоматический.

Отдельные виды тормозов должны действовать независимо друг от друга, однако могут использовать совместно отдельные механизмы.

С физической точки зрения, торможение транспортного средства, прежде всего, является энергетическим процессом, возникающим в результате превращения кинетической энергии транспортного средства в тепловую энергию, появляющуюся в тормозах. Тормоза служат не только для остановки транспортного средства, но и, прежде всего, для изменения скорости (остановка, следовательно, является особенным случаем, когда конечная скорость равняется 0). Поскольку процесс торможения очень сложен, так как на его эффективность влияют несколько десятков переменных (от состояния покрышек или амортизаторов до плотности тормозной инсталляции), приведенный ниже анализ подан в упрощенном виде:

Транспортное средство с массой (m), движущееся с некоторой скоростью (V), обладает кинетической энергией (Ek), выражаемой уравнением:

Рис. Е торможения = 395 kJ

можно закипятить около 30 литров воды

Р торможения = 178 кВт

Как мы упоминали ранее, происходит превращение кинетической энергии транспортного средства в энергию тепловую, передаваемую от тормоза в окружающую среду (требуется как можно большее рассеяние этой энергии). Конструкционные ограничения и физические возможности изменения энергии ведут к очень опасному явлению уменьшения значения коэффициента трения в зависимости от роста температуры взаимодействующих элементов.

Неправильно запроектированные (обслуживаемые) тормоза или/и затруднения в тепловом обмене с окружающей средой приводят к чрезмерному росту температуры исполнительных элементов тормозной системы во время торможения. Количество доставленной кинетической энергии в этот момент больше той, которую тормоз может выделять в атмосферу, следовательно, увеличивается его температура, а вслед за этим снижается способность превращения одной энергии в другую. Таким образом, описанный процесс создает обратную связь: сниженные возможности изменения энергии ведут к росту температуры, а рост температуры уменьшает возможность превращения энергии — как следствие, значительное уменьшение эффективности действия тормозов, что ведет в крайних случаях даже к исчезновению силы торможения.

Рис. Температура Коэффициент трения

Температура диска

Коэффициент трения

Количество торможений

Лучшей иллюстрацией, показывающей количество энергии, необходимой для остановки грузового транспортного средства, будет анализ «случая из жизни». Для анализа возьмем транспортное средство, едущее по наклонной с известным углом наклона по отношению к горизонту. Транспортное средство, едущее по наклонной, подвергается воздействию следующих сил:

Xt — сила сопротивление качению

Xp — сила сопротивления воздуха

Xw — сила сопротивления подъёму, называемая в этом в случае силой «тяги».

Если сумма сопротивлений качения и воздуха меньше силы тяги (X + Xi

Предположим, что масса транспортного средства составляет 32 тонны, угол наклона ф = 50, длина подъема = 5 км, транспортное средство движется с заданной скоростью V = 40 км/ч, с f0 = 0,012. Силу сопротивления воздуха при такой низкой скорости можно считать незначительной - единственной силой, противодействующей силе тяги Xw, будет сила сопротивления качению. Разница силы тяги — сопротивление подъему и сопротивление качению, позволит вычислить силу торможения Xh, которую должны будут развить тормоза транспортного средства для того, чтобы его скорость была постоянной. Выполнение вычислений приводит к результату, который лучше показать на несложном для восприятия примере - количеству тепла, необходимому для нагрева до 80 градусов (от 200C до 1000C) и доведения до кипения определенного количества воды. Количества тепла, выделяемого в результате описанного выше процесса торможения, будет достаточно для нагрева и доведения до кипения 45 литров воды (одно торможение!).

Мощность, возникшая при таком торможении, составляет 262 кВт — такую (постоянную) мощность должны развивать тормоза данного автомобиля для поддержания постоянной скорости при спуске (поэтому сила торможения должна быть столь же интенсивна, как и сила транспортного средства).

Эффективность торможения оценивается на основе тормозного пути от заложенной начальной скорости до остановки либо на основе запаздывания во время торможения. В тормозном пути решающим моментом является не только запаздывание торможения, но и время реакции водителя.

Время психомоторной реакции водителя (tr) = психофизическая реакция (время восприятия + время реакции) + моторная реакция (время передачи).

Реакция психофизическая = время от момента появления препятствия до момента снятия ноги с педали газа.

Реакция моторная = перенос ноги на педаль тормоза (начало реального торможения).

Рис. Упрощенный ход процесса торможения

Запаздывание торможения

средне

время

Время восприятия (tr1): 0,48 s

Время реакции (tr2): 0,45

Время передачи (tr3): 0,19

Время запаздывания срабатывания тормозов (to): 0,05 с

Время нарастания тормозной силы (tn): 0,17 сек

Время полного торможения (tv)

Рис.

Сила нажатия на педаль

Запоздание

Скорость езды

Дорога

Время торможения

Время остановки

Тормозной путь

Остановочный путь

Ход торможения (таблица)

a и b - идеализированный процесс нажатия ноги на педаль тормоза и силы торможения по отношению к запаздыванию во временной функции

c – получаемая скорость езды

d – временное преодоление отрезка пути

tr - время реакции

tp - время срабатывания тормоза

to – время запаздывания тормоза

tn – время нарастания силы торможения

tv – время полного торможения

vp – начальная скорость

Типы тормозных приводов:

1 Механический (мотоциклы, легкие прицепы)

1 Гидравлический (автомобили, грузовики до 7,5 т)

1 Гидропневматический

1 Пневматический

1 Электропневматический

В грузовиках доминирующими являются пневматические и электропневматические тормозные системы. Тормозные механизмы непосредственно связаны с колесами, являются неотъемлемой частью конструкции ступицы и используются для произведения момента трения в тормозах. Унификация конструкции элементов тормозных систем облегчает их техническое обслуживание и ремонт на территории всей Европы; она также способствует беспроблемному соединению грузовиков (тягачей) с прицепами и полуприцепами.

Тормозная система представляет собой набор механизмов для снижения скорости и остановки. Эта система состоит из двух основных компонентов: механизмов торможения и механизмов, приводящих в действие тормоза. Тормоза автотранспортных средств подразделяются на основные (рабочие) и вспомогательные (аварийные, стояночные). Во время обычной езды, водитель использует только рабочий тормоз. Они приводятся в действие с помощью педали и работают только во время давления на педаль. Аварийные тормоза запускаются независимо от основного тормоза. Они предназначены для остановки транспортного средства в случае неисправности основного тормоза. Аварийные тормоза приводятся в действие отдельным от основного механизма (обычно ручным рычагом, расположенным в пределах досягаемости водителя).

Тормоза действуют на все колеса транспортного средства и сконструированы таким образом, что водитель всегда имеет возможность регулировать временную эффективность их действия. Аварийные тормоза, как правило, действуют на задние колеса или приводной вал. Задачу стояночного тормоза обычно исполняет аварийный тормоз, при условии, что его привод оснащен средствами постоянного давления на рычаг.

Основные и вспомогательные устройства эффективно приспособлены к торможению, но в течение короткого периода времени (большинство тормозов использует трение - длительное трение вызывает резкое нагревание элементов трения, что может привести к потере эффективности торможения, а в крайних случаях - к возгоранию транспортного средства). Поэтому, в грузовиках и автобусах применяются так называемые тормоза длительного действия (замедлители, ретардеры) - они работают гораздо менее эффективно, нежели основные тормоза, но служат гораздо дольше.

Конструкционно, тормозные системы транспортных средств представлены тормозами колодочно-барабанными, дисковыми и ленточными. Все они используют явление трения (то есть, являются фрикционными тормозами - не используются в качестве основного тормоза в грузовиках). Механизмы, приводящие в действие работающие тормоза, могут быть механическими, гидравлическими или пневматическими (или комбинация этих методов). Независимо от конструкции отдельных систем, тормоза должны иметь высокую надежность, высокую эффективность работы, а также обеспечить такое распределение сил торможения, чтобы процесс торможения не вызывал нарушения устойчивости транспортного средства.

Тормозная система должна быть проста в использовании, а также усилия, приложенные для ее запуска водителем, должны быть минимальными. В тормозных системах многих транспортных средств присутствуют вспомогательные системы, корректоры тормозных сил, а также антиблокировочная система (ABS), антипробуксовочная система (TCS) или электронная система, помогающая действию тормозов (EBS).

Рис.

Тормозной путь

Тормоза дисковые

Тормоза барабанные

В колодочно-барабанном тормозном механизме торможение происходит за счет трения внутренней поверхности вращающегося вместе с колесом тормозного барабана о расположенные внутри этого барабана неподвижные колодки. Колодки прижимаются к барабану с помощью колодочной распорки, контролируемой водителем с помощью приводного механизма (гидравлического или механического).

Рис. Схема действия колодочно-барабанного тормозного механизма

а) тормозной механизм в выключенном положении

б) тормозной механизм во включенном положении

1. Педаль

2. Колодочная распорка

3. Тормозной барабан

4. Колодки

5. Оси колодок

6. Стяжная пружина

В момент, когда водитель перестает давить на педаль, распорка прекращает давить на колодки и стяжная пружина стягивает колодки в положение, в котором они прекращают трение о барабан. Тормозные колодки имеют фрикционные накладки, характеризующиеся очень высоким коэффициентом трения и высокой устойчивостью к изнашиванию.

Рис. Схема действия колодочно-барабанного тормозного механизма

а) тормозной механизм в выключенном положении

б) тормозной механизм во включенном положении

1. Педаль

2. Колодочная распорка

3. Тормозной барабан

4. Колодки

5. Оси колодок

6. Стяжная пружина

На рисунке показан типовой тормозной механизм грузового транспортного средства с механической распоркой и колодками, расположенными на двух осях, встроенных в тормозной диск. Тормозной диск является частью передачи тормозного момента от колодок на подшипники транспортного средства. Нажатие на педаль тормоза приводит в действие распорку и раздвижение верхних частей колодок и вращение вокруг осей — одна колодка вращается в направлении движения барабана (колодка А - набегающая), а другая в противоположном направлении (B - сбегающая).

Рис. Колодочно-барабанный тормозной механизм с механической распоркой колодок

1- Тормозной барабан,

2 – Ступица колеса,

3 – Тормозной диск,

4 – Кожух приводного моста,

5 – Ось колодки,

6 – Тормозные колодки,

7 – Механическая распорка,

8 – Стяжная пружина.

Поскольку силы, действующие на набегающую колодку, как правило, значительно выше сил, действующих на сбегающую колодку, нормой является разница в износе фрикционных накладок на обеих колодках. Для того, чтобы уравнять силы, действующие на тормозной барабан со стороны обеих колодок, применяются другие конструкции, устраняющие изъяны основных систем (Simplex).

В основном, существует три системы строения тормозных механизмов:

система simplex – (гидравлические и пневматические) две колодки, набегающая и сбегающая, распираемые поршнями, размещенными в общем цилиндре или распределительном кулаке,

система duplex – (гидравлические, иногда пневматические) обе колодки распираемые отдельными распорками работают в качестве набегающих - единицы давления на обе колодки одинаковы,

система с возможностью самоусиления - (гидравлические) нижние концы обеих колодок соединены разъемом не связанным с тормозным диском (так называемые, плавающие колодки); таким образом, несмотря на то, что колодки работают в симплексном режиме, при торможении набегающую колодку тянет вращающийся барабан и она через разъем оказывает дополнительное давление на сбегающую колодку. Благодаря этому, результат давления обеих колодок практически равен.

Рис. Системы колодок гидравлического тормоза

а) система simplex,

б) система duplex,

в) система с возможностью самоусиления

Рис. Системы колодок гидравлического тормоза

а) система simplex,

б) система duplex,

в) система с возможностью самоусиления

Основные геометрические параметры тормозного механизма, такие как радиус тормозного барабана, положение пальцев и их расстояние от оси колеса, расстояние распорки от оси колеса и т.д., прежде всего, зависят от принятого способа крепления и расширения колодок. Поскольку момент трения тормозного механизма пропорционален радиусу тормозного барабана, применяются максимально возможные размеры барабанов, оставляющие между барабаном и ободом колеса лишь пространство необходимое для воздушного потока. Барабаны чаще всего отливают из чугуна, благодаря чему они характеризуются высокой прочностью и высоким коэффициентом трения. Недостаток чугунных барабанов – тяжелый вес, поэтому в более легких транспортные средствах используются барабаны, штампованные из стального листа, или барабаны, состоящие из чугунного обода с влитым в него диском из штампованного стального листа, который является торцевой стенкой барабана.

Тормозные колодки сварены из деталей, изготовленных из листового металла. В более крупных транспортных средствах используются литые колодки. Конструкция колодок должна обеспечивать высокую прочность и соответствующее крепление на пальцах, что обеспечивает длительную работу без перекоса колодок по отношению к барабану. Фрикционные накладки крепятся к колодкам с помощью заклепок из меди или латуни. Также применяется соединение с помощью специального клея (в легковых автомобилях). Тормозные накладки изготавливаются из материалов, используемых в изготовлении дисков сцепления.

Наиболее важной особенностью тормозного барабана является длительность межремонтной эксплуатации, которая стала причиной их использования в большинстве грузовых транспортных средств (средней и высокой грузоподъемности) и в автобусах. Тем не менее, этот тормозной механизм имеет довольно много недостатков, которыми в основном являются:

1 более трудоемкие ремонтные работы по сравнению с дисковым тормозным механизмом,

1 низкая стабильность работы в связи с высокой зависимостью коэффициента трения от температуры тормозного барабана,

1 возникновение опасного нагрева шин,

1 высокое температурное расширение элементов конструкции барабана (при диаметре барабана 41 см, повышение температуры при торможении от 200C до 3500С приводит к увеличению диаметра до 1,2 мм и влечет за собой изменение распределения давления,

1 большой вес по сравнению с дисковыми системами.

Рис. Тормозные колодки

а) сваренные из листового металла

б) литые

1. Пневматическое управление с разжимным кулаком

Разжимной кулак прижимает колодки к внутренней поверхности барабана. Их обратное движение обеспечивают пружины. Разжимной кулак приводится в движение мембранным приводом через рычаг с автоматической или ручной регуляцией зазоров. Рычаг разжимного кулака с ручной регулировкой зазора обеспечивает постепенную регуляцию кулака и удерживает надлежащий ход тормозного цилиндра.

Схема действия барабанного тормозного механизма:

а) расторможенное положение,

б) торможение

1. разжимной кулак

2. рычаг тормозного кулака

3. тормозной цилиндр

4. сбегающая колодка

5. оси колодок

6. набегающая колодка

7. барабан

8. накладки

9. стяжная пружина

10. ролик.

В результате износа фрикционных элементов при отсутствии регуляции увеличивается интенсивность действия цилиндров тормозных приводов, что приводит к:

1 увеличению потребности воздуха в цилиндре в момент торможения,

1 увеличению времени отклика привода для получения полной силы своего

давления

1 снижению эффективности торможения в результате смещения центра

1 задействованию привода в менее благоприятном положении по отношению к заявленным характеристикам мощности.

1 увеличению износа движущихся соединений,

В крайнем случае, совпадение полного хода привода с конструкционным шагом, что может привести к повреждению.

Поэтому необходимостью является регулировка зазора между тормозными колодками и барабаном. Кроме ручной регулировки зазоров, возможна регулировка автоматическая. Она реализуется при помощи рычага распорного механизма с автоматической регулировкой зазоров. Когда шаг рычага возрастает в результате износа накладок тормозных колодок, верхняя кромка паза регулировочного щитка давит на колышек и происходит поворот плеча. Угол поворота пропорционален росту износа. Муфта одностороннего действия, в этом случае, не передает момент вращения со втулки на ступицу и червяк остается неподвижным.

Во время растормаживания нижняя кромка паза плеча упирается о колышек до конца обратного шага. При этом направлении вращения муфта переносит момент вращения от втулки на ступицу и происходит поворот червяка и червячного колеса. Изменение угла положения червячного колеса относительно корпуса вызывает уменьшение шага рычага распорного механизма пропорционально износу фрикционных накладок.

2) Пневматическое управление с клиновой распоркой

В этом случае дожим колодки к барабану происходит за счет действия пневматического привода с клиновой распоркой, который с помощью ролика давит на тормозные колодки. Все это, вместе с приводом, интегрировано с регулирующим устройством, компенсирующим износ колодок. Это решение имеет ряд преимуществ:

1 устранение распорного рычага и тормозного валика,

2 возможность использования меньшего тормозного цилиндра,

3 интегрированная система регуляции,

4 возможность применения тормозов типа duo-serwo.

Рис. Строение барабанного тормозного механизма с распорным клином: 1 - распорный клин, 2 - колодки

Принцип регулировки заключается в следующем: во время торможения толкатели вместе с элементами (5) и (6) перемещаются относительно запорных колышков. Это способствует тому, что резьбовые канавки вынуждают поворот втулки (6). Если шаг толкателя достаточно большой, то при дальнейшем его движении происходит отталкивание колышка от втулки и перескок на следующую канавку.

Рис. Cхема устройства распорного клинового механизма с автоматической регулировкой типа Rockwell:

1.Тормозной цилиндр,

2. Шток цилиндра

3. Пружина

4. Толкатель

5. Регулировочный колышек

6. Регулировочная втулка

7. Запорный колышек

8. Болт

9. Пружина

10. Клиновой толкатель

11. Ролик

В дисковых тормозах сила трения возникает вследствие прижима фрикционных элементов к плоским поверхностям диска, вращающегося вместе с колесом. Зажим с фрикционными элементами крепится к несущей конструкции транспортного средства. По сравнению с колодочно-барабанными тормозами, дисковые тормоза имеют много преимуществ, в частности:

1 лучшее распределение давления на поверхность прижима фрикционных элементов к диску, благодаря чему колодки изнашиваются равномерно,

2 возможность применения значительно больших единичных прижимов между взаимодействующими элементами,

3 полное равновесие осевых сил,

4 хорошие условия охлаждения,

5 простая регулировка зазоров и легкая замена фрикционных элементов,

6 меньший вес,

7 меньший момент инерции вращающихся масс.

Фрикционные элементы чаще всего выполняются в виде пластин (тормозных блоков), прижимаемых к диску при помощи гидравлических распорных механизмов, установленных в корпусе зажима, охватывающего диск. Применяется две системы зажимов:

Lockhead – с одним распорным механизмом, который, прижимая фрикционный элемент, вызывает перемещение корпуса зажима относительно диска и прижатие второго фрикционного элемента,

Dunlop – с двумя распорными механизмами, размещенными напротив друг друга с обеих сторон тормозного диска, вследствие чего во время включения тормозов корпус зажима остается неподвижным.

Рис. Основные системы дисковых тормозов:

а) с одним распорным механизмом ( толкателем)

б) с двумя распорными механизмами

1. - распорный механизм, 2. - тормозной диск, 3, 4. - фрикционные накладки, 5. – корпус зажима

Система Lockhead является более дешевой технологией, но её основной недостаток заключается в склонности к загрязнению направляющих зажимов. Это вызывает затруднение перемещения зажима и неправильное действие тормоза.

Распорное гидроустройство имеет форму поршня, перемещающегося внутри цилиндра. Автоматическое устранение зазора в дисковом тормозе происходит по принципу применения специального упругого кольца, уплотняющего поршень в цилиндре. Это кольцо прилегает к внешней поверхности поршня и устанавливается в канавке специальной формы, выполненной во внутренней поверхности цилиндра.

Рис. Основные системы дисковых тормозов:

а) с одним распорным механизмом (толкателем)

б) с двумя распорными механизмами

1. - распорный механизм, 2. - тормозной диск, 3, 4. - фрикционные накладки, 5. – корпус зажима

Величина рабочего хода тормоза определяется деформацией кольца, а она, в свою очередь, ограничивается шириной канавки. Когда давление в цилиндре падает, упругости уплотнения достаточно для отжатия тормозной колодки от диска. Если вследствие износа увеличится зазор между колодкой и диском, и ход поршня, из-за ширины канавки и упругости кольца станет недостаточным для прижатия колодки к диску, тогда прижимная сила, преодолевая трение, передвинет поршень относительно уплотнительного кольца на расстояние, необходимое для прижатия колодки к диску.

Рис. Основные системы дисковых тормозов:

а) с одним распорным механизмом ( толкателем)

б) с двумя распорными механизмами

1. - распорный механизм, 2. - тормозной диск, 3, 4. - фрикционные накладки, 5. – корпус зажима

После отпускания тормоза уплотнительное кольцо остается в новом положении относительно поршня, обеспечивая возможность отодвинуться фрикционной поверхности колодки от диска лишь на конструктивно заложенный ход.

Рис. Основные системы дисковых тормозов:

а) с одним распорным механизмом ( толкателем)

б) с двумя распорными механизмами

1. - распорный механизм, 2. - тормозной диск, 3, 4. - фрикционные накладки, 5. – корпус зажима

Рис. Последствия перегрева тормозного диска.

Рис. Четырехцилиндровая система прижима тормозных колодок к диску

Новшеством в автомобильной технике является применение дисковых тормозов в грузовых автомобилях, управляемых воздухом. На приведенном ниже чертеже показан принцип действия механизма торможения в дисковом тормозе с воздушным управлением.

Тормозные цилиндры работают при давлении 1 МПа. Тормозные диски имеют толщину до 50 мм, а тормозные колодки от 16 до 24 мм.

Истирание фрикционного материала во время использования тормозов вызывает необходимость применения эффективной регулировки зазора в тормозном механизме.

Чрезмерный зазор вызывает увеличение периода роста тормозной силы (увеличение задержки задействования тормозов), а также может вызвать уменьшение эффективности действия системы торможения.

В настоящее время чаще всего применяются механизмы автоматической регулировки зазора между фрикционными вкладками и диском. Дисковые тормоза применяются все чаще потому, что они позволяют уменьшить длину тормозного пути по сравнению с барабанными тормозами. Дисковые тормоза показывают большую стабильность величины момента трения, даже во время затяжного (длинного) торможения.

Достоинством дисковых тормозов является также незначительное уменьшение момента трения при росте температуры до номинальной.

Рис. Принцип действия тормозного механизма в дисковом тормозе (VOLVO)

1 — кулиса, 2 – эксцентрик на рычаге толкателя, 3 – рычаг толкателя, 4 – обратная пружина штока, 5 – подвод воздуха к цилиндру, 6 – мембрана, 7 – шток, 8 – опорное гнездо рычага толкателя, 9 – толкатель с механизмом регулировки зазора, 10 – фрикционный вкладыш, 11 – тормозной диск, 12 – фрикционный вкладыш

Рис. Вид тормоза с тормозным приводом, установленным вертикально (а) и горизонтально (b);

1 - тормозной цилиндр с пружинным энергоаккумулятором

2 - кулиса дискового тормозного механизма

3 – тормозной диск

4 – ступица

5 – крепежные болты диска колеса

Рис. Современные системы тормозов грузовых автомобилей – это пневматические дисковые системы. Тормозная колодка этого типа (1) оснащена пневматическим приводом (А) с кулачком (В), который посредством рычага (С) и подшипником (D) действует на наружную тормозную колодку (Е). Тормозная колодка этого типа относится к плавающим, а значит, наружная колодка (F) прижимает вентилируемый диск (G) той же самой силой. Н – оттяжная пружина, I – подшипник эксцентрика, J – диафрагма, K – подвод воздуха. (2) Схема ступицы с полной тормозной системой.

Устройство выведено из эксплуатации

Принцип действия ленточных тормозных механизмов существенно отличается от описанных выше систем. Они используются, прежде всего, в качестве аварийных и стояночных тормозов действующих на приводной вал. В настоящее время такие конструкции практически не встречаются из-за значительной нагрузки элементов приводного устройства моментом вращения, возникающего при торможении. Ленточный тормоз состоит из барабана и охватывающей его ленты с приклепанной фрикционной накладкой. Переключение рычага действующего механизма создает затягивание ленты вокруг барабана, вследствие которого между поверхностями накладки и барабана создается сила трения, противодействующая вращению вала.

Рис. Ленточный тормоз, используемый в качестве аварийного, действующего на приводной вал автомобиля. Решение для старых моделей автомобиля Жук.

Sprężyna - пружина

Cięgło - тяга

Wspornik - упор

Bęben - барабан

Taśma - лента

Okładzina - накладка

Urządzenie napinające — натяжной механизм

Гидравлическое управление тормозами широко применяется в легковых автомобилях и легких грузовых транспортных средствах. В гидросистемах передача силы нажима с педали тормоза на исполнительные элементы (тормозные колодки) происходит посредством жидкости (тормозной жидкости). На приведенном ниже рисунке в упрощенной схеме показано устройство такой системы. Движение педали тормоза (1) вызывает перемещение поршня в тормозном насосе (2). Перемещение поршня в тормозном насосе вызывает перекачивание тормозной жидкости по шлангам (4) к цилиндрам распорных механизмов (3), вызывая распор тормозных колодок одновременно во всех колесах (или, в случае дисковых тормозов, прижатие фрикционных вкладышей к диску).

Рис. Упрощенная схема гидросистемы (источник: Устройство автомобильных транспортных средств, Тадеуш Рихтер, WSiP 1999)

Передние колеса

Задние колеса

В целях безопасности каждая рабочая гидросистема должна иметь два контура, переносящих силу управления тормозами колес. Если один из контуров перестает работать, например, в результате повреждения тормозных проводов, второй контур обязан обеспечить эффективную работу тормозов. Чаще всего встречается диагональное разделение контуров. В таком случае каждый контур, питаемый от отдельной напорной секции тормозного насоса, действует на одно из передних колес и по диагонали – на заднее колесо. Встречаются также другие разделения контуров между колесами, к примеру, один контур действует на передние, а второй – на задние колеса.

Рис.

Корректор тормозной силы задних колес

Вспомогательный тормозной механизм «серво»

Бак тормозной жидкости

Тормозной насос

Зажим дискового тормоза с колодкой

Педаль тормоза

Диск тормоза

Колодки барабанного тормоза

Во время торможения передняя ось более нагружена, чем задняя. Поэтому передние колеса могут тормозить сильнее задних. Если бы в транспортном средстве, оснащенным гидросистемой, было равное разделение тормозной силы на все оси, то задние колеса блокировались бы слишком рано. Это ухудшило бы устойчивость транспортного средства и могло бы привести к скольжению (развороту транспортного средства).

Рис. Рис.

Корректор тормозной силы задних колес

Вспомогательный тормозной механизм «серво»

Бак тормозной жидкости

Тормозной насос

Зажим дискового тормоза с колодкой

Педаль тормоза

Диск тормоза

Колодки барабанного тормоза

Для предотвращения этого явления, транспортные средства оснащаются устройством, называемым корректором тормозной силы, которое ограничивает рост давления жидкости в тормозах задних колес по сравнению с давлением в контуре передних колес. Корректоры могут управляться сигналом, возникающим в результате нагрузки оси, замедления транспортного средства или представляют собой клапан, ограничивающий силу торможения по заданному алгоритму. В транспортных средствах с системой ABS, тормозная система может оснащаться электронным корректором силы торможения. Электронные системы позволяют приспособить распределение тормозной силы точно к силе нагрузки и загрузке транспортного средства с целью получения наилучшей стабильности движении.

Рис.

Корректор тормозной силы задних колес

Вспомогательный тормозной механизм «серво»

Бак тормозной жидкости

Тормозной насос

Зажим дискового тормоза с колодкой

Педаль тормоза

Диск тормоза

Колодки барабанного тормоза

По сравнению с пневматическими системами, гидравлическая тормозная система состоит из гораздо меньшего количества составных элементов (более простая конструкция). Она состоит из педали запуска, тормозного насоса, вспомогательного устройства (серво), жестких и гибких проводов, а также исполнительных элементов –дискового или барабанного тормозных элементов. Как уже упоминалось, гидросистема имеет два независимых контура. Давление в обоих контурах создает один тормозной насос после нажатия педали тормоза. Это давление подводится по гибким шлангам к зажимам (в дисковых тормозах) или к гидравлическим распорным механизмам (барабанные тормоза).

В дисковых тормозах сила торможения возникает в результате дожатия тормозных колодок (фрикционных вкладышей) к поверхности тормозного диска, установленного на бухте колеса. Возникающая сила трения вызывает торможение вращающегося колеса.

В барабанных тормозах с гидросистемой сила торможения возникает в результате прижатия тормозных колодок, оснащенных специальными накладками, к барабану, который вращается вместе с колесом.

Бак тормозной жидкости находится в камере двигателя и питает всю тормозную систему. Слишком низкий уровень тормозной жидкости в баке сигнализируется загоранием контрольной лампочки в указателях на приборной панели.

Вспомогательное устройство (серво механизм) накапливает часть вакуума, который в бензиновых двигателях возникает в фазе всасывания. Затем, этот вакуум при помощи соответствующего клапана усиливает силу воздействия педали торможения. В дизельных двигателях вакуум для вспомогательного устройства торможения создает вакуумный насос, который приводится от валика распределения.

Исполнительным (тормозящим) элементом в гидросистеме может быть тормозной диск или тормозной барабан. Дисковой тормоз состоит, как правило, из чугунного тормозного диска, который вращается вместе с ходовым колесом (с одинаковой скоростью), и зажима. Корпус зажима крепится к поворотному устройству переднего колеса или к балке задней оси. В корпусе размещены тормозные колодки (фрикционные вкладыши). Каждая колодка имеет на своей внешней поверхности канавку, указывающую толщину фрикционного материала.

Дно канавки означает минимальную допустимую толщину, что значительно облегчает контроль износа колодок. Другим способом контроля износа является применение электронных датчиков при колодке. Когда фрикционный материал достигает минимальной допустимой толщины, происходит обрыв или замыкание в контуре датчика (в зависимости от типа датчика) и зажигается предупредительная лампочка на панели указателей.

В тормозах барабанного типа, тормозная сила возникает в результате трения, вызванного прижатием подвижных тормозных колодок к внутренней поверхности барабана вращающегося вместе с колесом. Движение колодок происходит за счет действия гидравлического распорного устройства, так называемого тормозного цилиндра. Когда давление тормозной жидкости, созданное тормозным насосом, начинает действовать на поршни цилиндра, они перемещаются в направлении колодок, прижимая их к барабану.

Концы колодок с противоположной от распорного механизма стороны опираются на опору, прикрепленную к несущему диску, которая является одновременно прикрытием тормоза. В передних тормозах несущий диск крепится к поворотному устройству, а в задних – к рычагу задней оси или к кожуху заднего моста. Когда прекращается нажим ноги на педаль тормоза, две пружины стягивают колодки в исходное положение. Для удаления воздуха из тормозной системы, каждый тормозной цилиндр имеет специальный резьбовой винт, называемый сапуном. Колодки выполняются из стали и имеют приклеенные или прикрепленные заклепками фрикционные накладки.

Барабанные тормоза оснащены механизмом регулировки зазора между колодками и тормозным барабаном (указанный стрелкой на чертеже). Это необходимо, так как тормозные колодки подвергаются износу, что приводит к увеличению зазора между колодкой и барабаном, вследствие чего увеличивается ход педали тормоза.

Рис. Двухконтурная тормозная система с корректором силы торможения колес задней оси.

Ручной тормоз

Корректор силы торможения

В современных конструкциях тормозов эта регулировка происходит автоматически во время торможения, когда машина движется вперед, а в некоторых, реже встречающихся решениях, во время движения назад. Колодки барабанного тормоза можно также привести в действие механически при помощи тросика и рычага, в качестве аварийного тормоза.

Рис. Двухконтурная тормозная система с корректором силы торможения колес задней оси.

Ручной тормоз

Корректор силы торможения

В подавляющем большинстве эксплуатируемых транспортных средств используются пневматические системы задействования тормозов. Пневматическая система задействования тормозов управляет потоком сжатого воздуха из резервуара в тормозные цилиндры. Цилиндры, под действием сжатого воздуха, приводят в действие тормозные механизмы, иначе говоря, прижимают фрикционные накладки к тормозному диску. Таким образом, результат действия тормозного цилиндра заключается во возникновении момента трения в тормозном механизме и силы торможения на колесо транспортного средства. Значение этой силы возрастает одновременно с увеличением давления воздуха в тормозном цилиндре.

Пневматические системы позволяют получить высокое значение сил торможения при незначительном усилии со стороны водителя. Важным преимуществом пневматических систем является возможность подключения системы торможения прицепа к тормозной системе тягача без нарушения производительности его действия. В тоже время, недостатком этих систем является достаточно долгое время роста давления воздуха в цилиндрах, особенно более удаленных от главного управляющего клапана.

Рис.

Компрессор

Регулятор давления

Помпа для антифриза (ручная и автоматическая)

Четырехконтурный защитный клапан

-----------

Главный тормозной клапан

Главный тормозной клапан

Тормозной клапан прицепа с расширительным клапаном

Ресирвер с клапаном слива

Управляющий клапан прицепа

-------------

Клапан стояночного тормоза

Ускорительный клапан

Обратный клапан

Трехходовой клапан

Пневматическая пружина подвески

-------------

Лампочка аварийной сигнализации

Трубчатый фильтр

Контрольные соединения

Двойной манометр

Тормозной цилиндр

Рис.

Рабочий цилиндр

Цилиндр двойного действия

Соединительная головка

Соединительная головка Подача Тормоз

---------

Предупредительный выключатель Замыкающий Размыкающий

Пневматические системы изначально функционировали как однопроводные. На схеме ниже это показано на примере двухосного транспортного средства: компрессор нагнетает сжатый воздух в резервуары; резервуар, отмеченный номером [5] используется в качестве дополнительного резервуара. Между компрессором, управляемым посредством двигателя транспортного средства, и резервуарами устанавливаются воздушные фильтры и регуляторы давления.

Целью вышеупомянутых фильтров является очистка воздуха, подаваемого в систему (для защиты от загрязнения и ухудшения производительности). Важным этапом очистки является удаление воды из воздуха, находящегося в системе. Водитель, нажатием на педаль главного управляющего клапана, открывает подачу сжатого воздуха из резервуара[4] к тормозным цилиндрам передних и задних колес.

Ослабление нажатия ноги на педаль тормоза вызывает отток сжатого воздуха из цилиндров (обезвоздушивание) в атмосферу через главный управляющий клапан - наступает растормаживание колеса. Однопроводная тормозная система может также управлять тормозами прицепа (рисунок "В").

Расположенный здесь клапан, управляющий тормозами прицепа, действует автоматически в случае подачи через кабель [13] сжатого воздуха из главного управляющего клапана. Приведение в действие тормозов прицепа происходит в результате снижения давления (обезвоздушивания) в разъеме [12]. На рисунке ниже показан клапан [11], который разъединяет тормозную установку тягача после отсоединения прицепа.

Если тормоза не работают, через регулирующий клапан [10] и разъем [12] сжатый воздух подается в тормозную систему прицепа (происходит вход в тормозную установку прицепа с целью наполнения ее ресивера). Принцип работы однопроводной системы обеспечивает, в случае отсоединения прицепа от тягача, немедленное приведение в действие тормозов прицепа, что крайне полезно с точки зрения безопасности дорожного движения.

Рис. Схема однопроводной пневматической тормозной системы

а) двухосный автомобиль без прицепа

б) автомобиль с прицепом

1 - Компрессор, 2 - Воздушный фильтр, 3 - Регулятор давления, 4, 5 - Ресирвер, 6 - Защитный клапан, 7 - Главный клапан, управляющий тормозами, 8 - Тормозные цилиндры передних колес, 9 - Тормозные цилиндры задних колес, 10 - Клапан, управляющий тормозами прицепа, 11 - Разъединительный клапан, 12 - Соединительная головка (разъем тормозов прицепа), 13 - Зажим.

Однопроводные тормозные системы в настоящее время встречаются редко. Целью показа этой системы было лишь объяснение сути действия пневматической системы. Применение однопроводных систем можно встретить в тихоходных машинах и грузовых транспортных средствах 60-тых годов. В настоящее время применяются системы двухпроводные и двухконтурные.

В двухпроводных установках пневматических тормозов находятся каналы подачи сжатого воздуха (линии питания), а также отдельные каналы, по которым поступает воздух, управляющий работой тормозных механизмов. Разделение каналов по которым поступает воздух, управляющий работой клапанов и переключателей, от каналов, питающих исполнительные механизмы тормозной системы, позволило сократить время запуска тормозной системы. В сравнении с установкой однопроводной, в двухпроводной установке возможно более точное распределение сил торможения между осями колес автомобиля.

На рисунке ниже представлена двухконтурная система управления тормозами двухосного грузового транспортного средства. Сжатый воздух поступает от компрессора [1] через фильтры [2], затем регулятор давления [3] и защитный клапан [4] до двух ресирверов [5,6]. Применены отдельные резервуары для питания устройств, соответственно, для задней и передней оси.

Водитель, нажимая педаль томоза, приводит в действие главный клапан, управляющий тормозами [8]. Это двухконтурный клапан, который открывает одновременное перемещение сжатого воздуха к контуру торможения передних колес и отдельного контура томожения задних колес. В контуре торможения задних колес встроен корректор давления [12].

Это автоматический регулятор силы торможения, который позволяет адаптацию сил торможения задних колес к текущему значению их нажима на дорогу. Корректор давления [12] обычно снижает давление в тормозных цилиндрах задних колес и предотвращает их блокирование во время интенсивного торможения.

Для торможения передних колес применен мембранный цилиндр[9], однако на оси задних колес монтированы состоящие из двух частей мембранно-пружинные цилиндры [10]. Первая часть является цилиндром мембранным, который в контуре рабочего тормоза тормозит задние колеса после подачи сжатого воздуха через управляющий клапан [8].

Вторая часть цилиндров [10] взаимодействует в контуре управления вспомогательным и стояночным тормозами. Водитель приводит в действие вспомогательный тормоз с помощью ручного рычага. Его расторможение происходит посредством подачи сжатого воздуха через клапан [11] к пружинной части цилиндров [10]. Это возможно в момент достижения надлежащего давления сжатого воздуха в устройстве пневматических тормозов.

Как показано на рисунке ниже, двухконтурная система певматических тормозов приспособлена к взаимодействию с тормозами прицепа либо полуприцепа. В прицепе можно применить как одноконтурную так и двухконтурную систему. Приспосабливая описанную тормозную систему к питанию колес прицепа, вводится дополнительный ресирвер [13] и клапан, управляющий колесами прицепа [15].

К прицепу ведут два разъема: тот, который служит наполнению ресирверов в прицепе [16], и тот, который является разъемом, управляющим тормозами прицепа [17]. Во время задействования тормозов тягача, через главный управляющий клапан тягача [8] сжатый воздух перемещается ко двум контурам торможения передних и задних колес тягача. В тоже время, в каждом из этих контуров есть ответвления, которые способствуют подаче воздуха к управляющему тормозами прицепа клапану [15].

Такое соединение гарантирyет торможение прицепа даже тогда, когда задействован только один из контуров рабочего тормоза тягача. Также, задействование ручного клапана вспомогательного и стояночного тормоза [11] способствует передачи управляющего сигнала к клапану [15] и приведение в действие (либо расторможение) тормозов прицепа.

В контуре управления вспомогательного тормоза, который в данном случае управляет тормозами тягача и прицепа, применен дополнительный ресирвер [14]. Между ресирвером [14] и клапаном, управляющим вспомогательным тормозом, обычно помещен обратный клапан [18].

Этот клапан препятствует блокированию задних колес тягача в момент случайного падения давления (разгерметизации) в разъеме [17], ведущим к прицепу. Правильное торможение транспортного состава требует такой синхронизации действия тормозов тягача и прицепа (полуприцепа), которая удержит силу растяжения соединения. С этой целью в клапан, управляющий тормозами прицепа [15], вмонтировано устройство, ускоряющее рост давления воздуха в тормозных цилиндрах по отношению к значению давления в тормозах тягача.

Рис. Схематическое расположение отдельных элементов пневматической системы в грузовом транспортном средстве.

1. Главный клапан, управляющий тормозами, 2. Клапан стояночного тормоза, 3. Компрессор, 4. Регулятор давления, 5. Мембранно-пружинные цилиндры, 6. Воздушный фильтр (влагоотделитель, осушитель), 7. Четырехконтурный защитный клапан, 8. Ресирверы, 9. Корректор сил торможения в контуре задних колес, 10. Клапан, управляющий тормозами прицепа.

На рисунке ниже представлена схема современной, ковенциональной рабочей системы пневматических тормозов автобуса. Эта система состоит из двух контуров:

* Контура торможения передней оси, состоящего из:

* Баллона 4/II c клапаном водослива (5) для удаления конденсата, который помимо наличия осушителя, может попасть в систему,

* Нижней секции главного тормозного клапана (6),

* Модулятора ABS (7),

* Мембранных цилиндров (8)

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

* Контура торможения задней оси, состоящего из:

* баллона 4/I c водосливом (5),

* верхней секции тормозного клапана (6),

* двухходового клапана (9) для альтернативной подачи сжатого воздуха в цилиндры (10) и клапаны (6) (рабочее торможение) или (13) (действие системы ASR для ограничения скольжения ведущих колес),

* модуляторов ABS (7),

* электромагнитных клапанов системы ASR (13),

* мембранной части мембранно – пружинных цилиндров (10)

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

Выше упомянутое разделение контуров дает возможность опережения действий тормозов задней оси относительно передней оси, что улучшает стабильность транспортного средства во время торможения. Разделение сил торможения на заднюю и переднюю ось постоянно, без регулировки применяемой в грузовых автомобилях, так как отношение нагрузки на оси автобуса незагруженного и загруженного не меняется столь значительно, как в грузовых транспортных средствах. Однако, регулировка сил торможения иногда применяется в сочлененных автобусах.

Электронный блок управления «А» регулирует на основании сигналов с датчиков скорости колес (17) работу модуляторов ABS (7), противодействующих блокированию тормозящих колес.

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

Регулировка системой ABS сил торможения передних (управляемых) колес, с учетом необходимости обеспечения стабильности движения, управления автобусом и эффективности торможения является индивидуальной регулировкой для обоих сторон транспортного средства, но модифицируемой (IRM).

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

Блок А регулирует силу торможения для каждого колеса, но ограничивает разницу сил по обеим сторонам. В свою очередь, регулировка сил торможения задних колес индивидуальна (IR), что дает возможность использования полного возможного сцепления колес. Блок А управляет также действием системы ASR (Antriebs Schlupf Regulung) для ограничения скольжения ведущих колес.

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

В условиях низкого, и в дополнении, разного для обоих колес сцепления, одно из колес останавливается, а другое, в результате действия диференциального механизма, вращается со скольжением при неподвижном транспортном средстве. В это время блок А, получая сигнал из датчиков (17) включает электромагнитный клапан (13) по стороне вращающегося колеса и вызывает его приторможение.

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

Подача сжатого воздуха к цилиндру (10) осуществляется из баллона 4/I в обход клапана (6). В это время второе колесо начинает переносить приводную силу. Используется его большее сцепление для приведения в движение транспортного средства.

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

Большинство опытных водителей признает необходимость применения на скользкой дороге соответствующей приводной силы на колесах, с целью предотвращения скольжения транспортного средства. Описанный электронный блок А реализует эти действия автоматически.

Рис. Аварийное внешнее питание системы через обратный клапан (15)

(А) (B) (R)

ABS Двигатель Замедлитель

К остальным устройствам потребления воздуха

В более новых системах встречается электронная составная, управляющая действием тормозов, называемая EBS. EBS это сокращение полного названия системы на немецком языке: Elektronisch Geregeltes Bremssystem или на английском: Electronic Breaking System. По сравнению с ранее описанной конвенциональной системой, EBS обеспечивает большую безопастность, а именно:

* сокращение времени реакции тормозов, благодаря замене пневматических сигналов управления (т.е. рост или падение давления) на электрические,

* более точное управление водителем тормозами, благодаря корректировке электрических сигналов управления по отношению к загрузке транспортного средства и сопротивлению движения,

* лучшее использование сцепления, благодаря оптимизации сил торможения по отношению к динамическим нагрузкам оси,

* приспособление давлений в цилиндрах к степени износа накладок, что обеспечивает рационализацию обслуживания и замену накладок одновременно во всех механизмах,

* обеспечение возможности торможения двухконтурной, резервной пневматической рабочей системой в случае отказа ABS.

Вышеуказанные достоинства системы EBS обеспечивают сокращение тормозного пути, а также улучшают стабильность движения транспортного средства и значительно облегчают работу водителя. В описанной системе применяется совокупность устройств, известных по конвенциональной системе, кроме этого применены:

* электронный тормозной клапан (6.1) – состоящий с верхней – электрической части, задачей которой является генерирование электрического сигнала, зависящего от перемещения педали, и передачи его в блок С. Нижняя – пневматическая часть, работает как в конвенциональной системе – ее действие обеспечивает торможение в случае отказа системы EBS.

Рис.

(C) (B) (R)

EBS Двигатель Замедлитель

пневматические провода

электрические провода

от многоконтурного защитного клапана

К остальным устройствам потребления воздуха

* Пропорциональный клапан – реле (18) в контуре передней оси – размещенный вблизи передней оси, ускоряет действие (запуск) тормозов; клапан регулирует давление воздуха, подаваемого в передние цилиндры (8) по отношению к электрическому сигналу из блока С. В случае аварии системы EBS, действует как обычный клапан – реле, но его датчик давления, подключенный к блоку С, передает ему информацию о значении давления за клапаном (18); это обеспечивает при необходимости корректировку давления посредством блока С.

Рис.

(C) (B) (R)

EBS Двигатель Замедлитель

пневматические провода

электрические провода

от многоконтурного защитного клапана

К остальным устройствам потребления воздуха

* Защищающий клапан (резервный – 19) в контуре задней оси – в случае аварии системы EBS, обеспечивает наполнение и удаление воздуха в мембранной части цилиндра (10). Отсутствие электрического управления может привести к перегрузке тормозов задней оси – клапан (19) редуцирует давление с целью их защиты.

* Модулятор задней оси (20) с электронным контроллером в его верхней части взаимодействующий с блоком С – предназначен для регулирования давления в мембранных частях цилиндров (10), отдельно для каждой из сторон задней оси (или обеих задних осей). Его действие в случае аварии системы ЕВS обеспечено, благодаря соединению с клапаном (19).

Рис.

(C) (B) (R)

EBS Двигатель Замедлитель

пневматические провода

электрические провода

от многоконтурного защитного клапана

К остальным устройствам потребления воздуха

* Центральный электронный блок управления С – благодаря соединению со всеми составными EBS, может выполнять через их действие, а также действие остальных устройств, функции регуляции эффективности торможения, распределения сил торможения на переднюю и заднюю ось, регуляции износа фрикционных элементов, а также применения систем ABS и ASR.

Рис.

(C) (B) (R)

EBS Двигатель Замедлитель

пневматические провода

электрические провода

от многоконтурного защитного клапана

К остальным устройствам потребления воздуха

Ниже представлена одна из старых пневматических тормозных систем, которая все еще встречается в транспортных средствах, движущихся по дорогам Польши. В ней применена совокупность четырех составляющих, обеспечивающих давление в контурах; двухконтурный защитный клапан (4), два пропускных клапана (25) и один, обозначенный номером (31).

Размороживатель (3) предназначен для насыщения воздуха антифризом (к сожалению, в период морозов требует ежедневного обслуживания). Похожей периодичности обслуживания требует также клапан водослива (8) в ресивере.

Регулирование сил торможения передней оси реализуется при помощи корректирующего клапана (10), а задней оси – при помощи автоматического регулятора силы торможения (11).

Клапан управления торможением прицепа (15) соединяется одним проводом с главным тормозным клапаном (9). В случае аварии этого контура рабочего тормоза, торможение прицепа возможно только при помощи ручного тормозного клапана (18). Клапан предназначен для приведения в действие аварийного и стояночного тормозов. Такие небезопастные решения в современных конструкциях не применяются.

Для ускорения действия аварийного тормоза применен клапан – реле (19) между клапаном (18) и пружинными частями мембранно – пружинных цилиндров (14) на задней оси. Размещение и количество контрольных разъемов (26) дает возможность исключительно частичной диагностики системы. На рисунке также показаны устройства, не принадлежащие к рабочему тормозу, аварийному или управлению тормозом прицепа.

Это пневматический механизм, поддерживающий сцепление (20), трехходовой клапан (21), а также цилиндры (22) и (23), предназначеные для управления двигательным тормозом. В случае отсутствия возможности питания от собственного компрессора (1), вышеуказанная установка может запитываться от транспортного средства-буксира. Подача сжатого воздуха, в таком случае, происходит через обратный клапан (24).

На рисунке:

4-х контурный клапан

пневмобаллоны - воздушные баллоны (ресиверы)

манометры

компрессор

осушитель

главный управляющий клапан

ручной клапан

регулятор силы торможения

цилиндры

клапан управления тормозами прицепа

баллон прицепа

Очередной рисунок ниже представляет пример конвенциональной системы, которая встречается во многих используемых транспортных средствах, приспособленных для буксировки прицепа (полуприцепа). В ныне производимых транспортных средствах, эта система дополнительно оснащена системой ABS (на чертеже это оборудование не указано).

Эта система выполняет те же функции, что и ранее описанная, однако она укомплектована меньшим количеством составляющих. Вместо размораживателя применен осушитель (4). Этот элемент может быть также интегрирован с регулятором давления (3) и образовывать единую структуру. Обеспечение давления выполняет 4-х контурный защитный клапан (5) и обратный клапан (13).

Главный тормозной клапан (15) имеет в нижней секции поршень двойного диаметра. Это обеспечивает возможность корректировки силы торможения передней оси без задействия дополнительных составляющих. Нет необходимости применения корректирующего клапана (как на предыдущем чертеже (10). Автоматический регулятор силы торможения (18) интегрирован с клапаном – реле – это ускоряет запуск рабочего тормоза.

Система аварийного тормоза состоит из ручного тормозного клапана (16), клапана – реле (20) и пружинных частей мембранно – пружинных цилиндров (19). Клапан, управляющий торможением прицепа (17), получает сигнал из контуров рабочего тормоза и ручного тормозного клапана.

На очередном рисунке показана система, предназначенная для тягача (имеет эластичные провода с наконечниками 16а и 16b). Эти провода соединяют клапан, управляющий торможением прицепа (15), с системой полуприцепа. Совокупность устройств (2) - это регулятор давления в соединении с осушителем.

Баллон 4/IV является регенерационным резервуаром осушителя. Модуляторы (8) являются исполнительными устройствами ABS. Главный тормозной клапан (7) взаимодействует с автоматическим регулятором силы торможения, интегрированным с клапаном – реле (10). Это обеспечивает соответствие силы торможения задней оси с нагрузкой на ось.

Также, ускоряет действие заднего контура. Система ABS приспосабливает силы торможения к изменениям сцепления шин с дорожным полотном. Такое разделение функций уменьшает количество применений модуляторов, а тем самим их износ.

Аварийная (и стояночная) тормозная система состоит из ручного тормозного клапана (13) и клапана – реле (14), а также пружинных частей цилиндров (11). Датчики давления обозначены цифрой (6). Защита давления аналогична в ранее описаных системах.

Это двухконтурный клапан, управляемый при помощи педали. Во время нормального торможения элемент рычага посредством упругого элемента давит на поршень, что вызывает его перемещение вниз. Поршень перекрывает перелет между ним и клапаном, замыкая ввод (21) от сапуна (3).

Дальнейшее передвижение поршня вниз вызывает открытие перелета между клапаном и корпусом. Сжатый воздух перемещается от ввода (11) к выводу (21), соединенному с тормозными цилиндрами задней оси. Давление в камере А растет до момента, когда сила нажима на поршень уравновесит силу нажатия на педаль.

В тоже время, клапан поднимается вверх и закрывает перелет. Давление из балонов, подсоединенных к вводу (11) не будет подаваться к цилиндрам. Одновременно сжатый воздух перемещается через отверстие из камеры А в камеру С, которая находится над дифференциальным поршнем.

Давление, действуя на большой поршень, перемещает его вместе с поршнем (4) вниз, сжимая пружину. Поршень (4) закрывает перелет между ним и клапаном, отключяя ввод(21) от сапуна (3). Дальнейшее перемещение дифференциального поршня вниз вызывает открытие пролета между клапаном и корпусом.

Сжатый воздух перемещается от ввода (12) к (22) и питает цилиндры передней оси. Давление в камере В растет до момента равновесия с силой нажатия на педаль. При внезапном торможении поршень перемещается в свое крайнее положение. Пролет между поршнем и клапаном будет закрыт. Во вводах (21) и (22) будет давление такое, как в воздушных балонах.

Рис. Схема строения двухконтурного главного тормозного клапана:

а) положение расторможения, б) нормальное торможение, в) внезапное торможение; 1 - педаль тормоза, 2 - поршень, 3 - дифференциальный поршень, 4 - поршень, 5 - пролет, 6 – клапан, 7 – пружина, 8 – палец, 9 – отверстие, 10 – клапан, 11 – перелет, 12 – пружина, 13 – резиновый упругий элемент, 14 – прижимной элемент, 15 – винт регулировки.

Рис. Питание задняя ось задняя ось

Питание передняя ось передняя ось

Сапун

Задачей поршневого компрессора является сжатие атмосферного воздуха для пневматических систем транспортного средства. Как правило, применяются поршневые компрессоры рядного расположения в цилиндре. В современных решениях привод компрессора действует независимо от двигателя, клиновым ремнем, который приводит в действие только компрессор. Фильтрование воздуха осуществляется двумя способами.



Рис. Атмосферное давление В регулятор давления

Воздух всасывается компрессором, расположенным за фильтром воздуха для двигателя или компрессор оснащается индвидуальным сухим или масленным фильтром. Последний применяется в двигателях устанавливаемых под днищем или за задней осью (автобусы). Компрессоры смазываются разбрызгиванием из собственного картера или циркуляционно от системы смазки двигателя.

Рис. Атмосферное давление В регулятор давления

Давление сжатия при продолжительной работе составляет 0,8 – 1,7 МПа, а потребность мощности колебется в пределах 1,8 – 6 кВт (в некоторых источниках 1,0 – 10 кВт). Можно принять, что мощность привода компрессора составляет 1,2 – 2,5 % мощности двигателя машины.

Рис. Атмосферное давление В регулятор давления

Производительность воздуха по отношению к атмосферному давлению колебется в пределах от 70 до 900 дм3 / мин. Применяются одно или двухцилиндровые конструкции. Объем одноцилиндрового компрессора может достигать от 50 до 300 см3, а двухцилиндрового от 200 до 700 см3.

Рис. Атмосферное давление В регулятор давления

Рис. Схема устройства одноцилиндрового компрессора охлаждаемого воздухом:

а) внешний вид, b) устройство компрессора с листовыми клапанами

1 – головка цилиндра, 2 – верхняя пластина клапана, 3 – нижняя пластина клапана, 4 – корпус компрессора, 5 – поршень, 6 – шкворень поршня, 7 – шатун , 8 – шатунный вал,

Источник: Автомобильные транспортные средства, Пневматическая тормозная система (Инструкция для упражнений), Опольская Политехника, Механический факультет, Кафедра дорожных и сельскохозяйственных машин, др. инж. И. Хетманьчик, мгр. инж. К. Малевич, www.malewicz.op.opole.pl

Воздух из компрессора перемещается через ввод (1) и фильтр в камеру С. После открытия обратного клапана он перемещается как в камеру G, так и в пневмосистему. Ввод (22) предусмотрен, в частности, для управления насосом размораживания.

В камере G возникает сила, которая воздействует на нижнюю сторону мембраны. Если эта сила больше нажима прижимной пружины регулируемой болтом, мембрана поднимается вверх, а вместе с ней поршень. Перегородка открывается, а растущее давление из камеры G перемещается в камеру Е, перемещая поршень вниз, преодолевая при этом сопротивление пружины.

Выход открывается, а подводимый от компрессора воздух выпускается через потрубок (3) в атмосферу. Компрессор работает на холостом ходу так долго, пока давление в пневмосистеме достигнет значения ниже давления выключения регулятора.

Содержание загрязнений и водного пара в воздухе является угрозой для пневматических тормозных систем. При сжатии воздуха его температура возрастает, при расширении - понижается; также и температура окружающей среды постоянно меняется. Изменения температуры и давления могут вызывать конденсацию конденсата водного пара в установке.

Рис.

Регулятор давления Четырехконтурный предохранительный клапан Балон воздуха

Водосливное отверстие

Пневмосистема является открытой системой с протоком воздуха в одном направлении, который выбрасывается в атмосферу. Во время пополнения компрессором воздуха в системе, количество воды в установке может расти. В случае большей емкости системы, большой влажности воздуха и интенсивности использования тормозов, может использоваться значительное количество конденсата.

Рис.

Регулятор давления Четырехконтурный предохранительный клапан Балон воздуха

Водосливное отверстие

Например, в городском автобусе с воздушной подвеской и пневматическим открыванием дверей, во время 10 часов работы системы может собраться 2 литра воды. Её присутствие в системе может привести к корозии.

Рис.

Регулятор давления Четырехконтурный предохранительный клапан Балон воздуха

Водосливное отверстие

В основном применяются два метода противодействия последствиям наличия воды в пневматических системах:

* удаление воды через водосливные отверстия или осушатели в начале установки и клапаны водослива в балонах,

* насыщение воздуха нагнетаемого компрессором средством против замерзания в начале установки, а также удаление воды клапанами водослива в балонах.

Клапан водослива предназначен для автоматического удаления воды собирающейся в балоне сжатого воздуха. Вывод воды и воздуха продолжается до момента такого падения давления в камере В, что клапан, посредством давления в камере А, перемещается вниз в закрытое положение. Цикл работы автоматического клапана водослива повторяется при каждом падении давления в балоне ок. 0,4 бар.

Схема устройства автоматического клапана водослива:

А – камера, В – камера

1 – фильтр, 2 – уплотнение, 3 – миниклапан, 4 – клапан, 5 – мембрана, 6 – пружина, 7 - корпус

На рисунке показан однокамерный осушитель. Воздух протекает через ввод (1), фильтр (i), канал (k) и абсорбент (а) (в виде гранул с большой пористостью в емкости (b), затем через обратный клапан (с) и вывод (21) в установку.

Воздух протекает также через обратный клапан (d) с соплом к выводу (22) и балона регенерации. Когда в управляющем присоединению (4), подключенному к регулятору давления, давление возрастает до давления выключения, поршень (е) открывает клапан (f), воздух перемещается в атмосферу через сапун (3).

Падение давления в камере (А) вызывает обратное перемещение осушенного воздуха в регенерационный балон через сопло клапана (d) и абсорбент. Частицы воды, собранные на поверхности пор гранул, сдуваются осушенным воздухом из балона и выдуваются в атмосферу через сапун (3).

Грелка (g) предотвращает замерзание сапуна в следствии охлаждения расширенного воздуха. Если фильтр (i) или абсорбент (а) заблокированы, воздух протекает через (21) и (22) через клапан – перемычку (by-pass) (h).

Как упомянуто ранее, противодействие последствиям наличия воды в системе может выполняться также путем насыщения воздуха соответствующим антифризным средством (к примеру, Wabco 830 702), а также путем применения ручных или автоматических клапанов водослива в балонах.

Отверстие (g) обеспечивает выравнивание давления для облегчения переключения. Палец (с) с воротком (b) обеспечивает наполнение бака и проверку уровня жидкости. Емкость бака составляет от 200 до 2000 см3. Устройство размораживания монтируется за регулятором давления.

Рис. Пример ручного клапана водослива. Источник: Сервисный справочник, воздушные тормозные системы , Лех Беджицки, Витольд Опасевич, Издательство Instalator Polski

Воздух, ранее профильтрованный и осушенный, затем сжимаемый соответствующим образом, должен быть разделен на отдельные контуры. В этом случае необходима соответственная система для поддержания и обеспечения давления в контурах. В современных конструкциях применяется в основном четырехконтурный предохранительный клапан, переливные и обратные клапаны.

Рис.

Контур 1

Контур 2

Контур 3

Контур 4

Осушитель

Схема ниже представляет пример четырехконтурного предохранительного клапана – воздух из компрессора подводится к вводу (1). После достижения соответствующего давления открытия клапанов (7) и (12) воздух начинает перемещаться через вводы (21) и (22) в контуры рабочего тормоза.

Через каналы (прерывистые линии на чертеже) воздух перемещается также в камеры над обратными клапанами (8) и (11) открывая их. После достижения в камере (а) давления открытия клапанов (9) и (10)начинается проток воздуха через вводы (23) и (24) в контуры аварийного и стояночного тормозов, контуры других приемников и контур питания тормозов прицепа.

Рис. Пример четырехконтурного предохранительного клапана

В случае разгерметизации одного из контуров рабочего тормоза, снижается давление в питающим его вводе. Например, во время повреждения контура с вводом (21) понижается давление под клапаном (12) – этот клапан закрывается. Одновременно снижается давление под клапаном (7).

Рис. Пример четырехконтурного предохранительного клапана

Однако давление закрытия клапана ниже давления открытия. Поэтому возможно питание контура, подключенного вводом (22) до давления открытия клапана (12) поврежденного контура. Клапаны (8) и (11) закрываются мгновенно, когда давление над ними начинает снижаться.

Рис. Пример четырехконтурного предохранительного клапана

Давление во вводах (23) и (24) держится. Когда в этих контурах давление снижается в результате расхода воздуха, они могут запитываться до давления равного давлению открытия клапана (12) поврежденного контура. При повреждении иного контура обеспечение давления в остальных происходит идентично.

Рис. Пример четырехконтурного предохранительного клапана

Схема устройства однопроводного клапана, управляющего тормозами прицепа:

1 – рычаг ручного торможения, 2 – пружина, 3 – втулка, 4 – мембрана, 5 – поршень, 6 – вывод, 7 – миниклапан, 8 – золотник, 9 – пружина, 10 – болт регулировки, 11 - ввод.

Во время торможения транспортного средства происходит рост давления в камере А. Уже при давлении 0,2 – 0,4 бар мембрана с втулкой, преодолевая сопротивление пружины, поднимается вверх, в следствие чего открывается вывод. Это вызывает быстрое удаление воздуха ввода (2) до такого давления, которое требуется для опережающего торможения прицепа по отношению к тягачу.

Дальнейшее падение давления во вводе (2) предотвращает поршень, который при одновременным снижении давления в камере С передвигается вниз. Поршень, перемещаясь вниз, забирает втулку, что вызывает закрытие вывода. Дальнейший рост давления в камере А вызывает дальнейшее снижение давления во вводе (2) с обеспечением опережающего торможения прицепа.

Ручной тормозной клапан применяется для реализации функции аварийного и стояночного тормозов. Применяется для постепенного удаления воздуха из пружинной части пружинно – мембранных цилиндров и постепенного удаления воздуха из камеры установленного в транспортном средстве клапана, управляющего тормозами прицепа. Стояночный тормоз запускает цилиндры всего подвижного состава.

Ручной тормозной клапан должен обладать следующими свойствами: при торможении и расторможении транспортного средства аварийной системой в пружинных цилиндрах необходимо обеспечить постепенное снижение и рост давления. После завершения торможения рычаг должен самостоятельно возвращаться в исходное положение.

В положении блокирования, то есть, в позиции стояночного тормоза, из пружинных цилиндров необходимо удалить воздух. В транспортных средствах, приспособленных к работе с прицепом этот клапан должен обеспечивать во время торможения одновременное падение давления в пружинных цилиндрах и на вводе клапана, управляющего тормозами прицепа.

Примеры ручных тормозных клапанов показаны на рисунке ниже. Эти клапаны имеют много типов. К примеру клапаны (1) и (2) изготавливаются в версии поворота рычага (для задействования) «влево» или «вправо». Отличаются также углом поворота рычага и отвечающим ему отдельным функциям рычага. Примером такого клапана является клапан, обозначенный номером (3).

Cжатый воздух подводится от вывода (1) через ввод (21) к цилиндрам. Воздух перемещается через клапан (22) к клапану управления торможением прицепа. В это время пружины цилиндров сжаты, а аварийные тормоза расторможены. В этом положении рабочий тормоз прицепа не задействован.

Во время включения аварийного тормоза, поворот рычага (d) при помощи кулачка (t) вызывает приподнятие клапана (b). Перекрывается воздушная перегородка от ввода (1) в камеру (А) и открывается перегородка от вводов (21) и (22) в атмосферу. В это время снижается давление в цилиндрах и во вводе клапана, управляющего торможением прицепа. Снижается также давление над поршнем (k).

При постоянном давлении под поршнем, снижение давления над поршнем вызывает сжатие пружины (h) и приподнятие поршня. Обе перегородки закрываются, когда уравновешиваются силы действующие на поршень (k) от давления и пружин. Таким способом постепенное увеличение угла поворота рычага обеспечивает постепенное снижение давления в цилиндрах и клапане управления тормозами прицепа.

В конце диапазона аварийного тормоза рычаг упирается в упор (защелку). Дальнейший поворот рычага возможен при оттяжке и заблокированию в крайнем положении. Дальнейший поворот рычага вызывает нажатие кулака (r) корпуса рычага (s) на палец (q).

Открывается клапан (о) и соединение между вводами (22) и (1). Это в свою очередь вызывает рост давления в клапане управления тормозами прицепа и ее расторможение. Стояночный тормоз автомобиля включается. В положение стояночного тормоза рычаг возвращается самостоятельно. Для расторможения транспортного средства необходимо оттянуть рычаг таким образом, чтобы миновал блокирующую защелку.

Фото - Ручной тормозной клапан в VOLVO FH

Фото – Блокирующий клапан

Регулятор силы торможения крепится к раме транспортного средства или прицепа, а его рычаг соединяется через тягу с упругим соединителем, прикрепленным к оси транспортного средства или прицепа. По ходу роста нагрузки транспортного средства рычаг перемещается вверх, приподнимая толкатель посредством шарового шкворня.

Схема устройства автоматического регулятора силы торможения: а) внешний вид, b) строение

1 – клапан, 2 – пружина, 3 – перегородка, 4 – толкатель, 5 – поршень, 6 – мембрана, 7 – ребра поршня (5), 8 – рычаг, 9 – поршень, 10 – шаровый шкворень, 11 – трубка, 12 – вкладыш с внутренными ребрами.

Сжатый воздух, который подается из главного тормозного клапана или клапана прицепа, перемещается через ввод (1) в камеру А, перемещая вниз поршень и одновременно подается в камеру под поршнем, разгружая шаровый шкворень.

После открытия клапана происходит проток воздуха в камеру В, где происходит уравновешивание сил, действующих на поршень при меньшим или большим давлении в этой камере. При дальнейшим, минимальном росте давления в камере В, поршень поднимется вверх, вызывая закрытие клапана.

Во вводе (2) установится давление вытекающее из величины давления подведенного к вводу (1), а также из положения шарового шкворня, то есть, степени нагрузки транспортного средства.

Цилиндр является элементом всех пневматических систем торможения. Достоинствами мембранных цилиндров являются:

* большая чувствительность,

* большая выносливость,

* меньшие габариты по сравнению с поршневыми цилиндрами,

* большая плотность,

* простая эксплуатация

К недостаткам относятся:

* небольшой рабочий шаг мембраны,

* изменяющаяся величина силы на штоке в зависимости от положения мембраны при постоянном давлении.

Во время торможения транспортного средства давление воздуха, действующего на мембрану, создает силу. Посредством поршня, штока и вилки она действует на рычаг распорного устройства тормоза и тем самим на исполнительные элементы тормоза колеса. При удалении воздуха из цилиндра, пружина, установленная с начальным натяжением, перемещает поршень с мембраной в положение расторможения.

Мембранный цилиндр:

а) внешний вид,

b) cхема:

1 – вилки, 2 – шток, 3 – резиновый балон, 4 – пружина, 5 – болт дополнительного ввода, 6 – мембрана, 7 – поршень.

Взаимодействие мембранного цилиндра с рычагом распорного тормозного устройства:

а) позиция расторможения – мембрана прилегает к стенкам цилиндра,

b) позиция торможения – поршень в половине своего максимального хода.

Мембранно-пружинный цилиндр в настоящее время наиболее применяемое решение соединения воедино цилиндра мембранного и пружинного. Его главным достоинством является одновременная реализация трех функций: цилиндра рабочего, аварийного и стояночного.

Во время движения в камере В находится давление, которое преодолевает усилие пружины аварийного тормоза. Во время торможения в камеру А вдавливается воздух, что вызывает выдвижение поршня вместе с вилкой, переносящей силу на исполнительные элементы тормоза колеса. После расторможения возвратная пружина перемещает поршень назад. В режиме аварийного торможения водитель может при помощи ручного тормозного клапана уменьшить давление в камере В.

В результате, сила пружины будет воздействовать на поршень и шток. При давлении в камере В равным атмосферному, пружина будет действовать на рычаг распорного устройства с максимальной силой. Включение стояночного тормоза происходит путем полного удаления воздуха из камеры В. При необходимости аварийного расторможения стояночного тормоза при неисправной тормозной системе существует возможность натяжения пружины стояночного тормоза при помощи болта.

Cхема строения мембранно-пружинного цилиндра:

а) положение расторможения,

b) торможение рабочим тормозом,

с) торможение аварийным и стояночным тормозом,

d) аварийное расторможение стояночного тормоза,

1 – шток, 2 – вилки, 3 – возвратная пружина, 4 – мембранный поршень, 5 – мембрана, 6 – перегородка, 7 – поршень, 8 – пружина, 9 – болт расторможения.

Рис. Мембранно-пружинный цилиндр

Цилиндры рабочего (А) и стояночного (В) тормоза. Рабочий цилиндр под давлением, поэтому тормоз работает. Стояночный тормоз действует наоборот – давление в камере (С) сжимает пружину и отпускает тормоз. Аналогично действует механическая передача (D).

Основной задачей фильтров является обеспечение очистки воздуха. Их устанавливают за компрессором перед воздушным балоном.Фильтры удаляют масло, которое поступает из компрессора в сжатый воздух. Важной ролью фильтров является удаление водного пара и осушение воздуха. Все чаще применяются фильтры с автоматическим клапаном слива воды.

Рис. Фильтр с автоматическим клапаном слива воды (WABCO):

1 - Вкладыш фильтра, 2 – фильтр, 3 – перегородка, 4 – палец, 5 – вывод, 6 – пружина, 7 – клапан, 8 - перегородка.

Для быстрого соединения или разъединения пневматической тормозной системы тягача и прицепа/полуприцепа служат разъемы проводов. Они должны соответствовать требованиям стандарта ISO 1728. Примеры разъемов, применяемых в пневматических тормозных установках, представлены на схеме ниже.

Рис. Разъемы проводов: а) внешний вид, b) схема строения

Для соединения тормозной системы автомобиля с тормозной ситемой прицепа применяются гибкие кабели. Они могут также соединять инные удаленные элементы тормозной системы. Кабели выполняются из черного полиамида, стойкого к воздействию веществ, встречающихся в транспортных средствах, таких как: нефтепродукты, масла и смазки, а также разным атмосферным воздействиям.

Рис. Разъемы проводов: а) внешний вид, b) схема строения

Необходимым элементом контроля правильности действия пневматической тормозной системы является манометр, размещенный, как правило, в центральной части панели управления. Манометр позволяет установить, является ли давление воздуха, производимого компрессором и собранного в балонах, соответствующим для эффективного задействования тормозов, даже в условиях многократного нажима на педаль тормоза, например, на крутых горных спусках.

Пневматические установки в разных транспортных средствах не имеют унифицированного рабочего давления. Диапазон рабочего давления в установках колеблется, как правило, в пределах от 5 до 10 бар (0,5 – 1,0 МРа). Запас сжатого воздуха накапливается в балонах емкостью до 100 dm3. Балоны приспособлены к работе при давлении от 1 до 2 МРа.

Задачей трехпозиционных модуляторов ABS, применяемых в контурах рабочего тормоза, является противодействие явлению скольжения (блокирования) тормозящих колес, что значительно влияет на управляемость транспортным средством. В конвенциональных системах модуляторы управляются электронным устройством управления ABS.

В зависимости от состояния тормозящего колеса, определяемого сигналом датчика его скорости, быстродействующие электромагниты (I) и (II) реализуют три состояния модулятора:

* когда тормозящее колесо не имеет тенденции к блокированию, оба электромагниты выключены. Воздух перемещается из ввода (1) через открытый под давлением воздуха клапан (4) к потрубку (2) и цилиндру. Одновременно клапан (5), закрытый под действием давления, закрывает проток из цилиндра в атмосферу {a}.

* когда колесо имеет тенденцию к блокированию, оба электромагнита включены, клапан (9) остается открытым, а (8) закрытым. Это вызывает проток воздуха из камеры (g) через канал (h) в камеру (k) и закрытие клапана (4). Перегородка от ввода (1) до (2) и цилиндра остается закрытой. Одновременно открывается клапан (6) и закрывается (7). Это вызывает удаление воздуха из камеры (е) и открытие клапана (5). Воздух из цилиндра перемещается через канал (f) и сапун (3) в атмосферу {b}.

* когда относительное проскользывание колеса не растет, тенденция к блокированию не увеличивается. Включен только электромагнит (I). Нет ни притока воздуха из (1) к (2), ни выброса из цилиндра (2) в атмосферу. В цилиндре имеется постоянное давление {c}.

Изменения силы нажатия на педаль тормоза или изменение сцепления шины колеса вызывают дальнейшие, периодические изменения состояния модулятора. Система ABS удерживает скольжение в оптимальных пределах.

Возможно также крепление к раме транспортного средства в месте размещения опорного подшипника приводного вала или к корпусу приводного моста, где он воздействует на входной валик главной передачи. Кроме замедлителей, описанных выше и действующих как отдельные устройства, существуют также замедлители, конструкционно интегрированные с автоматической коробкой передач и с гидрокинетическими устройствами, предназначенными для взаимодействия с механическими коробками передач.

Рис.

Тормоза длительного действия

Двигательные тормоза

Без дополнительных устройств

С дросселированием выхлопа

С системой декомпрессии

Фрикционные тормоза

Электромагнитные замедлители

Гидрокинетические замедлители

Устанавливаемые на шасси Интегрированные с автоматическими коробками передачи

Последовательные Как обособленные модули

Параллельные Использующие гидрокинетическую передачу

В гидрокинетическом узле

Как обособленные модули

Использующие гидрокинетическую передачу

Двухроторные

Двигатель Замедлитель

Сцепление Приводной вал

Коробка передачи Приводной мост

Рис. Последовательный замедлитель при коробке передачи

Двигатель Замедлитель

Сцепление Приводной вал

Коробка передачи Приводной мост

Рис. Параллельный замедлитель при коробке передачи

Двигатель Замедлитель

Сцепление Приводной вал

Коробка передачи Приводной мост
Рис. Замедлитель, прикрепленный к шасси в качестве опорного подшипника

Двигатель Замедлитель

Сцепление Приводной вал

Коробка передачи Приводной мост

Рис. Замедлитель, установленный при приводном мосту

Двигатель Замедлитель

Сцепление Приводной вал

Коробка передачи Приводной мост

Рис. Замедлитель, прикрепленный к шасси в качестве опорного подшипника

Двигатель Замедлитель

Сцепление Приводной вал

Коробка передачи Приводной мост

Рис. Замедлитель, установленный при приводном мосту

Функцию замедлителя может самостоятельно выполнять двигатель, в этомслучае в качестве источника тормозного момента используется внутреннее сопротивление двигателя, вызванное трением, эффектом качки и демпфирования перемещения газов. Торможение двигателем происходит путем подбора соответственно низкой передачи и соединение всей приводной системы (сцепление включено – педаль сцепления отпущена). Благодаря использованию передач, транспортное средство, тормозимое с помощью двигателя, может спускаться с постоянной скоростью, без использования основных тормозов, при включенной непосредственной передачи с наклона 3…5 %, а при включенной первой передачи даже с наклона 10 – 20 %.

Однако, рост значения тормозной силы вызывает в последнем случае уменьшение скорости езды, из-за значительного снижения безопасности нельзя допускать черезмерного роста оборотов двигателя на отдельных передачах. Включение низких передач для увеличения ограниченного значения тормозного момента, вызывает значительное занижение средней скорости движения по горным дорогам, и тем самим уменьшение окупаемости грузовых транспортных средств. В дополнении, медленно движущийся автомобиль с большими габаритами является огромным препятствием для движения других транспортных средств, тем более, что обгон на извилистых горных дорогах очень опасен.

Другой трудностью является включение более низких передач во время торможения двигателем, особенно в автомобилях, в которых коробка передач не синхронизированна (полностью или частично). Если к этому прибавить отрицательне явление перекачки трансмиссионного масла из картера в камеру сжигания и, ранее упомянутую, возможность легкого превышения номинальной скорости вращения коленчатого вала двигателя, то очевидным становится, что торможение двигателем эффективно применимо только в ограниченных пределах.

Более эффективное торможение можно получить используя „превращение" двигателя транспортного средства в компрессор – путем перестановки фаз распределительного механизма или глушение выхлопа.

В случае перестановки фаз распределительного механизма действие замедлителя состоит в том, что выхлопные клапана открываются в конце такта сжатия – энергия сжатого воздуха рассеивается и не приводит в действие поршни в такте рабочего хода работающего двигателя. Одновременно, топливной насос устанавливается на нулевой дозе топлива.

Чаще встречающимся решением является дросселирование выхлопа, прежде всего из – за простоты конструкции, небольших размеров и относительно низкой стоимости выполнения при одновременным обеспечении достаточно эффективной работы. Действие такого типа тормоза основано на сжатии воздуха путем закрытия пролета в выхлопной трубе при помощи дроссельной заслонки. Приводимый механизмом передачи привода двигатель выполняет роль компрессора, который саморегулируется натяжением пружин выхлопных клапанов.

Во время работы двигательного тормоза топливо в двигатель не подается. Эффективность действия тормозов с дросселированным выхлопом примерно в два раза больше, чем при торможении двигателем без дополнительного оборудования. Развиваемая мощность торможения при дросселированном выхлопе достигает 75…85 % максимальной мощности двигателя, при этом тормозной момент растет при росте оборотов двигателя. Эффективность действия этого тормоза можно увеличить путем редукции передачи. Ручная система управления со временем была замещена электропневматической. Функции управления выхлопным тормозом имеют свое отражение в электронной системе транспортного средства. Выхлопной тормоз иногда называют регулятором давления выхлопных газов, так как обычно в транспортном средстве выполняет эту дополнительную функцию.

Рис. Выхлопной тормоз с дроссельной заслонкой

На чертеже представлен типичный пример выхлопного дросселированого тормоза с заслонкой (DAF), который состоит из заслонки (3), размещенной в выхлопной трубе за турбокомпрессором, управляемой пневмоцилиндром (2). В показанном примере к системе управления тормозом относится также пневмоцилиндр (1), соединенный с зубчатой планкой рядного топливного насоса.

В тот момент, когда водитель нажмет ножный включатель тормоза (4), электромагнитный клапан открывает подачу сжатого воздуха из баллона к цилиндру (1), который устанавливает планку топливного насоса в положение «СТОП». Одновременно подается воздух в цилиндр (2), который закрывает заслонку (3). В следствие полного перекрытия выхлопа газов и подачи топлива, двигатель начинает работать в качестве компрессора, приводимая силой инерции машины.

После отключения выключателя (4) из обоих пневмоцилиндров удаляется воздух и, вследствие воздействия возвратных пружин, они возвращаются в исходное положение. Эффект торможения исчезает и возобновляется подача топлива.

Пример бифункционального мембранного выхлопного тормоза, одновременно выполняющего роль регулятора давления выхлопных газов (EPR), показан на рисунке ниже. Основным элементом тормоза являются корпус (1), мембрана (2) и пневмоцилиндр (3), а также электромагнитные клапаны (4,5) и редукционные клапаны (6,7). В зависимости от ситуации, тормоз включается вручную, при помощи включателя на панели управления, или автоматически - сигналом включения стояночного тормоза.

Характерной чертой представленной конструкции является размещение крепления узла тормоза непосредственно к корпусу турбокомпрессора.

В исходном положении (рис. ниже) оба электромагнитных клапана закрыты. Мембрана тормоза отодвинута от гнезда в корпусе турбокомпрессора и выхлопные газы могут безпрепятственно выводиться наружу.

После включения выхлопного тормоза (рис. выше, обозначение b) и отпуска педали газа, открывается электромагнитный клапан (4), подавая сжатый воздух с давлением 7,5 бар в цилиндр (3). Мембрана (2) закрывает выход из турбокомпрессора, вызывая рост противодавления в выхлопном коллекторе двигателя.

Благодаря соответственно подобранной рабочей поверхности мембраны и силе пружины, в тормозе устанавливается состояние равновесия, в котором мембрана поочередно открывается и закрывается, вызывая выброс небольших порций газа в выхлопную систему. В этом состоянии генерируется сила торможения значением от 55 до 160 кВт, в зависимости от скорости вращения двигателя (данные для двигателя Volvo D12A).

В момент включения стояночного тормоза (рис. с), открывается электромагнитный клапан (5), соединенный клапаном (6), редуцирующим рабочее давление до 2 бар. В этом случае мембрана закрывается лишь частично.

При скорости вращения холостого хода между мембраной и гнездом в корпусе турбокомпрессора остается щель ок. 1 мм. Благодаря этому, в выхлопном коллекторе создается небольшое противодавление, которое не вызывает глушения двигателя и одновременно дает возможность быстрого разогрева или поддержания температуры приводной единицы, работающей на холостом ходу.

Примером другого двигательного тормоза является конструкция фирмы Mercedes с клапанами декомпресии в цилиндрах DVB (на немецком языке: Dekompressionventil – Motorbremse). Изначально, в двигателях Mercedes серии 400, применялись дополнительные клапаны пневматического управления. Размещенные параллельно с выхлопными клапанами, постоянно открытые во время торможения (Konstantdrossel). Схема совместного действия заслонки и DVB показана на рисунке.

Рис.

1 – сжатый воздух

2 – заслонка в выхлопной системе

3 – выхлопные газы

4 - клапан декомпресии

5 – всасывание

6 – движение поршня

Cистема DVB

Тормозное действие этой конструкции состоит в незначительным уменьшении давления во время такта сжатия (сохранение сопротивлений, воздействующих на поршни) и большом снижении давления в следующим такте поршня (уменьшение отдачи энергии сжатого воздуха).

Рис.

1 – сжатый воздух

2 – заслонка в выхлопной системе

3 – выхлопные газы

4 - клапан декомпресии

5 – всасывание

6 – движение поршня

В очередном решении фирмы Мercedes применено периодическое открывание клапанов декомпрессии только в концевой части такта сжатия. Это увеличило сопротивление воздуха во время такта сжатия и уменьшило отдачу энергии в последующем такте.

Рис.

Двигательный тормоз с периодически открываемым клапаном декомпрессии (вид головки сверху и снизу, сечение клапана и его элементов гидравлического управления)

Для обеспечения достаточной скорости действия клапанов, необходимо применение гидравлического управления высокого давления с собственным насосом, питаемым от масленного картера двигателя. Это усложнило конструкцию и повысило стоимость, что является ценой за повышение эффективности DVB. Рисунок представляет размещение клапана декомпрессии в виде головки без крышки (А), вид снизу (В) и сечение клапана (С), применяемого в автомобиле Mercedes Actros.

Рис.

Двигательный тормоз с периодически открываемым клапаном декомпрессии (вид головки сверху и снизу, сечение клапана и его элементов гидравлического управления).

Рис.

DVB и заслонка – максимальное дросселирование

DVB и заслонка – редуцированное дросселирование

DVB – максимальное дросселирование

% максимальной мощности торможения

Обороты двигателя 1/мин

Сравнение характеристик двигательных тормозов

Фирма MAN разработала двигательный тормоз действующий по похожему принципу, как DVB. Разница в том, что вместо дополнительных клапанов декомпрессии открываются клапаны выхлопа - а в случае многоклапанных систем – один клапан. Открытие отдельных гидравлической системой синхронизированно с системой распределения.

Рис.

1 – крышка головки, 2 – толкатель, 3 – рычаг клапана, 4 – подвод масла к оси рычага, 5 - подвод масла к оси клапана, 6 – обратный клапан, 7 – регулировочный болт, 8 – уплотнение, 9 – сливное отверстие, 10 – полость высокого давления, 11 – ограничитель хода поршня, 12 – поршень в ярме клапанов, 13 - выхлопной клапан

Также как и в DVB, в каждом из цилиндров открывается один выхлопной клапан в конце такта сжатия. На рисунке ниже показано тормозное устройство EVB, в котором в каждом из цилиндров двигателя над одним из выхлопных клапанов размещен малый гидравлический двигатель, служащий открытию клапана.

Регулировка момента открытия выхлопных клапанов для увеличения эффекта торможения двигателем известна также из других решений. Например, модернизированная система двигательного тормоза фирмы Volvo (двигатели D12C Euro 3) состоит из регулятора выхлопного давления EPR (Exhaust Pressure Regulator), а также системы декомпрессии VEB ( Volvo Engine Brake).

Рис.

приподнятие клапана на 1,1 мм

Тормоз выключен тормоз включен

Фазы действия двигательного тормоза VEB (пояснения в тексте)

EPR - это пневматически управляемый клапан, монтируемый на выходе турбокомпрессора. Этот клапан дросселирует проток газов в выхлопной системе. VEB основан на изменениях распределительного вала в месте введения двух небольших закруглений (горбов) на кулачках выхлопных клапанов. Добавлена также система гидроуправления высокого давления в рычагах клапанов.

На рисунке представлены три фазы:

* Когда тормоз не действует – между роликами рычагов и распределяющим валом зазор 0,5 мм,

* Включение тормоза путем роста давления управления способствует ликвидации зазора,

3. Первый горбик открывает выхлопные клапаны в начале такта сжатия, в цилиндр подается воздух из выхлопного коллектора, где давление повышено в результате дросселирования протока; это вызывает увеличение давления в конце этого такта и увеличивает сопротивление двигателя,

4. Второй горбик открывает клапаны непосредственно перед концом такта сжатия – это вызывает декомпрессию газов в следующим такте (уменьшение отдачи энергии сжатых газов).

Рис. Конструкция кулачка в системе VEB

Гидродинамические замедлители, в которых тормозящим фактором как правило является масло, устанавливаются последовательно или параллельно к оси выходного вала коробки передачи. Главным преимуществом этих устройств является долговечность и надежность, а недостатком относительно большой момент потерь. Время роста момента торможения составляет от 0,7 до 1 сек , а время расторможения 0,4 сек.

Jest

Рис. Конструкция кулачка в системе VEB

Powinno być

Рис. Способ (принцип) установки гидродинамического замедлителя.

Строение гидродинамического замедлителя, а также принцип его действия показаны на ниже приведенной схеме. Описываемый замедлитель состоит из двух соосных рабочих частей: неподвижного статора (1), закрепленного в кожухе (2) и размещенного также в кожухе ротора (3), вращающегося вместе с валами, соединяющими замедлитель с коробкой передачи и передачей приводимой оси.

Рис. Направление вращения ротора

Когда во время езды колеса транспортного средства вращаются, ротор также вращается со скоростью, зависящей от скорости транспортного средства. Части (1) и (3) имеют в лобовых частях углубления, разделенные перегородками, что показано на сечении А-А. Кожух (2) оснащен баком, заполненным маслом – этот бак соединяется с пневмоситемой транспортного средства, используемой для запуска тормозов, обслуживания подвески и других пневматических устройств.

Рис. Направление вращения ротора

Управление потоком воздуха в бак обеспечивает контролируемую, постепенную подачу воздуха и увеличение или уменьшение давления. В зависимости от давления в баке, определенное количество масла протекает через канал, указанный на рисунке, к части кожуха, в которой находятся статор и ротор. Для правильного действия замедлителя, давление в системе должно иметь соответствующий уровень. Перегородки вращающегося ротора способствуют круговому движению масла в замедлителе.

Масло сталкивается с перегородками статора – начинают воздействовать силы давления на статор Рs и равные им силы реакции Pr , передаваемые маслом на ротор. Ротор тормозится моментом М, зависящим от его диаметра и сил Pr . Этот момент действует на вал, соединенный с приводимой осью, переносится на колеса транспортного средства и вызывает силы торможения, действующие в противоположном направлении силам привода, действующим при таким же направлении вращения всей системы.

Кривая относится к максимальному наполнению замедлителя маслом и торможения в короткий промежуток времени. Характерным является быстрый рост момента до средних оборотов (ок. 1200 обр/мин) и уменьшение - ок. 500 Nm при дальнейшим росте оборотов. Еще менее выгодным является график кривой (2), относящийся к длительному торможению, когда масло нагревается под воздействием энергии торможения, которую необходимо эмитировать наружу.

Значение момента М снижается на ок. 75% по отношению к максимальной и достигается только при высоких оборотах. Это означает, что при размещении замедлителя за коробкой передачи, невозможно торможение с помощью замедлителя при небольшой скорости вращения во время длительного спуска в горах.

Рис. Гидродинамический замедлитель (Voith)

* Приводной вал

* Ротор насоса

* Ротор турбины

* Теплообменник

* Центральный слив масла

* Масленный бак

Рис. Замедлитель VR133-2 (Voith) (Источник: Автомобильный транспорт отечественный и зарубежный – Справочник практических знаний – Часть I, Starkowski, Bińczak, Zwierzycki, Wyd. Systherm Serwis, Poznań 2006)

Рис. Гидродинамический замедлитель (retarder)

а – схема двухроторного замедлителя, b – крепление замедлителя Voith 133-2 для коробки передачи

1 – проток жидкости во время работы замедлителя, 2 – два ротора, 3 – кожух с лопатками неподвижной части замедлителя (статора), 4 – лопатки ротора и статора, 5 – клапаны управления замедлителя, 6 – коробка передач, 7 – сцепление, 8 - гидродинамический замедлитель, 9 – маслобак и теплообменник, 10 – фланец крепления приводного вала.

При установке амедлителей используются 2 системы: „in line" и „off line". Замедлитель „in line" монтируется вдоль „оси" системы передачи привода. Скорость вращения вала замедлителя равняется скорости вращения приводного вала. Замедлитель можно соединять с коробкой передач (монтировать к ее задней крышке) или можно прикрепить к раме транспортного средства в качестве опорного подшипника раздельного приводного вала.

Рис. Масленный радиатор

Масленный насос

Замедлитель

Теплообменник

Замедлители „off line" называются также шунтирующими. Они крепятся к корпусу коробки передач. Размещаются вне „оси" системы передачи привода, а скорость вращения вала замедлителя больше скорости вращения приводного вала. Возрастающая передачу получается путем соединения цилиндрического зубчатого колеса, посаженного на главном валу коробки передачи, и зубчатого колеса, посаженного на валу замедлителя.

Рис. Шунтирующий замедлитель ZF AS-Tronic

Чаще всего масленные системы коробки передач и замедлителя разделены (VOITH, SCANIA). Это решение более выгодно, чем решение, в котором для работы замедлителя применяется масло из коробки передачи.

Рис. Масленный радиатор

Масленный насос

Замедлитель

Теплообменник

Рис. Замедлитель в системе „in line". Источник: www.secco.com.br

Рис. Шунтирующий замедлитель в системе off – line Voith VR 2350, источник wwwHYPERLINK "http://www.voith.de/".HYPERLINK "http://www.voith.de/"voithHYPERLINK "http://www.voith.de/".HYPERLINK "http://www.voith.de/"de

Коробка передач

Ретардер (замедлитель)

Роторы

Выходной фланец

Теплообменник

Потрубки жидкости

Рис. Шунтирующий замедлитель в системе off – line Voith VR 2350, источник wwwHYPERLINK "http://www.voith.de/".HYPERLINK "http://www.voith.de/"voithHYPERLINK "http://www.voith.de/".HYPERLINK "http://www.voith.de/"de

Статор

Ротор

Принцип действия электромагнитных замедлителей основывается на использовании явления вихревых токов (Фуко). Эти токи возникают в случае, когда, к примеру, вращающийся стальной диск с небольшим коэффицентом коэрции1 находится в магнитном поле.

* Коэрцитивная сила (от coercitio «удерживание») — это значение напряженности магнитного поля, необходимое для полного размагничивания ферро- или ферромагнитного вещества.

(www.wikipedia.ru)

В это время возникают вихревые токи, замкнутые в контуре металлического диска. Направление этих токов таково, что созданное ними собственное магнитное поле направлено против основного поля. Между основным полем и вихревыми токами в диске возникают силы, направленные по принципу левой руки, против направления вращения диска и тем самим тормозящие его.

Электромагнитный замедлитель Telma серии CC с изображением основных составляющих

* Статор

* Промежуточный вал

* Ротор

* Подшипник качения

* Уплотнительное кольцо

* Катушка

* Накладка полюса

* Фланец крепления

Рис. Принцип действия электромагнитного замедлителя

Источник: http://www.zssplus.pl/www_prace_dyplomowe/praca_8_retarder.htm

На рисунке выше показан производимый в настоящее время замедлитель серии СС с изображенными основными составными. Запуск замедлителя происходит путем включения напряжения катушек, которые создают магнитное поле, охватывающие роторы, вращающиеся вместе с приводным валом. Катушки выполняются из медной проволоки. Лишь замедлители производства австрийской фирмы ARB имели катушки выполненные из алюминевой или медной проволоки.

Рис. Электромагнитный замедлитель Telma серии CC с изображением основных составляющих

* Статор

* Промежуточный вал

* Ротор

* Подшипник качения

* Уплотнительное кольцо

* Катушка

* Накладка полюса

* Фланец крепления

Рис. Принцип действия электромагнитного замедлителя

Источник: http://www.zssplus.pl/www_prace_dyplomowe/praca_8_retarder.htm

Во время работы замедлителя выделяется большое количество тепла. с целью улучшения его охлождения, ротор имеет специальной формы лопасти, установленные по окружности.

Рис. Ротор замедлителя

Во время работы замедлителя выделяется тепло в количестве зависящим от мощности и времени торможения. Тепло должно быть выведено в атмосферу – это происходит благодаря интенсивной вентиляции замедлителя воздухом, качаемым через каналы ротора соответствующей формы.

Рис.

Статор

Ротор

Катушки

Приводной вал

Поле вихревых токов

Рис. Ротор замедлителя

Электромагнитный замедлитель нуждается исключительно в электропитании – его деятельность не зависит от других систем транспортного средства. Для торможения с максимальной интенсивностью он требует значительного напряжения – около 130 Ампер. Соответственно, необходимо подобрать емкость аккумулятора так, чтобы была достаточной для всех приемников электроэнергии, без значительного падения напряжения и связанного с этим снижения эффективности торможения.

Рис.

Статор

Ротор

Катушки

Приводной вал

Поле вихревых токов

Рис. Ротор замедлителя

Рис. Способ монтажа электромагнитного ретардера (замедлителя)

(источник: Voith рекламные материалы).

Рис. Схема действия электромагнитного ретардера (замедлителя)

источник: Voith рекламные материалы).

Сигнал запуска

Датчик температуры (опцион)

Воздушный балон (резервуар)

Электромагнитный клапан

Контур подачи воздуха

Aquatarder является технологической новинкой, внедренной фирмой Voith в 2008 году. Это первичный ретардер (как бы „начальный"), установленный на коленчатом валу двигателя. Рабочим фактором является охлаждающая жидкость системы охлаждения. Aquatarder находится не на линии передачи момента вращения (со стороны коробки передачи), а с противоположной стороны (передняя часть блока двигателя).

Aquatarder применяется, например, в двигателях MAN D20 и D26, где из – за незначительно низкой, по сравнению с другими типами замедлителей, эффективности взаимодействует с двигательным тормозом, создавая комбинацию, обеспечивающую высокий тормозной момент во всем диапазоне скорости транспортного средства. Эту систему (Aquatarder + двигательный тормоз EVB) названо PriTarder. Несомненным достоинством применения такого типа систем является их вес - в среднем на 50 кг ниже, чем вес замедлителей другого вида.

Рис. Aquatarder - PriTarder

* Канал наполнения

* Канал слива

* Статор

* Ротор

* Насос охлаждения

* Канал системы охлаждения

* Приводной вал

* Клапан переключения замедлитель/ насос охлождения

Рис. Устройство Aquatarderа (Источник: Auto&Motor Technick, www.amt.nl)

Система ABS (Anti-lock Brake System, Антиблокировочная система АВS) предотвращает блокировку колес транспортного средства при резком торможении. Основной ее целью является обеспечение управляемости транспортного средства в случае экстренного или аварийного торможения (т.е. при полной интенсивности движения или на скользких поверхностях) — в транспортных средствах без этой системы после блокировки колес (т.е. при торможении с визгом) обычно теряется способность управления. Потеря возможности управления является непосредственной причиной многих ДТП. «Старших» водителей на курсах вождения учили, чтобы в случае скользкой поверхности тормозили «прерывисто», то есть, поочередно нажимая и отпуская педаль тормоза. Из-за ограниченных физических возможностей человека (устала нога, потому что изменения силы торможения проводились слишком медленно), введена в использование вышеупомянутая система ABS, которая, при обнаружении сенсорной системой скользкой поверхности, самостоятельно включает «пульсацию».

Колесо скользит при разнице между фактической линейной скоростью транспортного средства и линейной скоростью, возникающей из произведения угловой скорости и динамического радиуса шины. Сутью системы ABS является предотвращение постоянной блокировки колеса или (в более новых транспортных средствах) удержание частичного скольжения с позиции наивысшего значения коэффициента сцепления с дорогой. Довольно сложным вопросом относительно разработки и применения систем ABS является оценка частичного скольжения колеса.

Относительно легко определить угловую скорость колеса автомобиля - для этого при каждом колесе помещается электронный датчик, который принимает импульсные сигналы, позволяющие легко определить угловую скорость колеса. Информация с датчиков передается в электронный блок управления и там обрабатывается. Если угловая скорость колеса близка к нулю (т.е. колесо заблокировано), устройство посылает сигнал к соответствующему клапану и наступает снижение давления жидкости в гидравлической тормозной системе (ослабление давления фрикционных накладок на диск или барабан).

В пневматических устройствах это выглядит несколько иначе. Водитель, нажимая ногой на педаль тормоза, с помощью главного тормозного клапана активизирует поток сжатого воздуха из резервуара к тормозному приводу. Однако на пути сжатого потока воздуха находится модулятор давления. Главным элементом модулятора является электропневматический клапан, который в соответствии с сигналами, посылаемыми блоком управления ABS, влияет на величину давления воздуха в тормозном приводе.

Современные системы ABS должны запускаться при проскальзывании колеса. Для определения проскальзывания колеса необходима информация о текущей линейной скорости автомобиля - так как определение этой величины является довольно сложным (устройство дорогое!), величина проскальзывания колеса определяется косвенным методом. Используются сигналы, информирующие о внезапном увеличении задержки углового колеса (что обычно предшествует блокировке) и актуальном положении в устройстве, приводящем в действие тормоза (давлении воздуха или жидкости).

Рис. Датчик угловой скорости вращения колеса

1. Кабель

2. Постоянный магнит

3. Корпус

4. Обмотка

5. Полюсный контактный штифт

6. Импульсное колесо

Электронный блок управления, действующий в режиме заданной программы, использует информацию, сравнивая ее с зашифрованными эталонными значениями, которые не должны быть превышены — и, таким образом, посылает соответствующие сигналы в управление тормозными механизмами (клапаны блокируют поток воздуха или жидкости с целью стабилизации состояния). Работа этой системы заключается в автоматизированном запуске и замедлении соответствующего клапана в тормозной системе (с частотой от одного до нескольких раз в секунду).

Рис. Датчик угловой скорости вращения колеса

1. Кабель

2. Постоянный магнит

3. Корпус

4. Обмотка

5. Полюсный контактный штифт

6. Импульсное колесо

Рис. Схема действия системы ABS с пневматическим тормозным приводом

1. Модулятор давления тормозного привода

2. Блок управления ABS

3. Главный тормозной цилиндр

4. Ресивер

5. Тормозные колодки

6. Датчик скорости вращения колес

7. Рычаг кулака

8. Тормозной привод

Рис. Источник: Автомобильный транспорт внутреннего и международного значения, Старковский, Биньчак, Звежицкий,

Сборник Практических Знаний, Том 1, Издательство Systherm Serwis, Познань, 2006

Когда транспортное средство начинает движение, зубчатый диск [1] (см. рисунок выше) индуцирует датчик [2], регистрирующий вращение отдельных колес. Затем эта информация передается элементу управления [3] посредством электрических кабелей.

Когда тормоза транспортного средства уже запущены, система контролирует, скользят ли отдельные колеса (стремление к блокированию). По получению этой информации, управление посылает необходимый импульс в электромагнитный клапан [4]. Этот клапан вызывает многократное временное снижение силы торможения данного колеса (так называемое пульсирующее торможение).

Система ASR предотвращает пробуксовку колес при старте на скользкой поверхности, а также при ускорении на повороте. Система через датчик регистрирует скорость вращения колес. Если скорость вращения ведущих колес больше скорости вращения неведущих на значение, при котором происходит скольжение, ASR моментально реагирует уменьшением вращающего момента двигателя, применяемого к колесам. Это достигается путем вмешательства в действие тормозной системы или системы управления двигателем, а именно — закрытием дроссельной заслонки.

При пробуксовке ведущие колеса тормозятся, а значение уменьшения вращающего момента двигателя для каждого из колес, зависит от сцепления колес с дорогой. Это важно в случае, когда сцепление с дорогой одного из колес отличается от другимх. Это случается, например, при повороте с чрезмерной скоростью, когда одно из колес въезжает на обочину дороги.

Система ASR имеет еще одно преимущество — за счет ограничения скольжения ведущих колес защищает механизмы трансмиссии от чрезмерной нагрузки. Обобщая суть действия этих двух систем, можно сказать, что система ABS, вмешиваясь в действия тормозной системы, уменьшает силу торможения, однако, случае работы системы ASR значение силы торможения ведущих колес увеличивается. При эксплуатации автомобилей, оборудованных системами ABS и ASR, очень важным является исправность амортизаторов. Если амортизаторы изношены, колесо, потерявшее сцепление с поверхностью, трактуется системой как заблокированное. Такое явление может иметь катастрофические последствия.

Желтая лампочка ASR информирует водителя об активности системы ASR. Это говорит о том, что одно из колес транспортного средства попало в занос, и ситуация должна быть отрегулирована системой ASR —водителю необходимо приспособить стиль вождения к условиям движения.

Система ASR

Системы ABS и ASR

Рис. Блок-схема совмещенных систем ABS/ASR

1. Зубчатое колесо с датчиком скорости вращения

2. Модулятор давления рабочей среды в области тормозного устройства

3. Двухмагистральный клапан

4. Электромагнитный клапан

5. Блок анализа и управления

6. Пропорциональный клапан

7. Привод ASR

8. Переключатель ABS

9. Сигнализирующая лампа ABS

10. Переключатель ASR

11. Сигнализирующая лампа ASR

Система EBS является технологическим продолжением систем ABS и ASR. Серийная установка этой системы в транспортных средствах началась с 1996 года. Основным элементом системы является контроллер, заменивший регулятор тормозных сил и реле клапанов. Этот контроллер соединен с блоком управления и электрическим штекером, переносящим сигнал, управляющий тормозным процессом (триггер). Все это реализует процесс торможения в соответствии со схемой:

1 при правильном подключении штекера управление осуществляется в электронном виде, пневматический управляющий сигнал не используется,

1 при неисправном подключении штекера управление происходит пневматически через порт управления — продолжение действия системы ABS, питающейся со штекера,

1 при отсутствии электрического управления продолжает работать пневматическое управление.

Как упоминалось ранее, эта система имеет множество преимуществ, среди которых наиболее важными являются:

1 сокращение времени реакции тормозов за счет замены пневматических управляющих сигналов (т. е. рост или падение давления) электрическими,

1 более точный контроль водителя над тормозами благодаря коррекции электрических сигналов, управляющих зависимостью от загруженности и сопротивления движению,

1 лучшее использование сцепления благодаря оптимизации сил торможения по отношению к динамическому осевому давлению,

1 регулировка давления в цилиндрах по мере изнашивания накладок, дающая возможность рационального обслуживания и замены накладок одновременно во всех механизмах,

1 обеспечение возможности торможения двухконтурной резервной воздушной рабочей системой в случае неисправности ABS.

Система EBS является технологическим продолжением систем ABS и ASR. Серийная установка этой системы в транспортных средствах началась с 1996 года. Основным элементом системы является контроллер, заменивший регулятор тормозных сил и реле клапанов. Этот контроллер соединен с блоком управления и электрическим штекером, переносящим сигнал, управляющий тормозным процессом (триггер). Все это реализует процесс торможения в соответствии со схемой:

1 при правильном подключении штекера управление осуществляется в электронном виде, пневматический управляющий сигнал не используется,

1 при неисправном подключении штекера управление происходит пневматически через порт управления — продолжение действия системы ABS, питающейся со штекера,

1 при отсутствии электрического управления продолжает работать пневматическое управление.

Рис. Схема системы EBS в прицепе с пневматической подвеской

1. Разъем кабеля питания,

2. Разъем кабеля управления,

3. Электрический разъем для управления в системе EBS,

4. Клапан EBS, приводящий в действие тормоза прицепа,

5. Модулятор EBS с электронным блоком,

6. Датчики скорости вращения колес ABS (как в конвенциональной системе),

7. Датчик давления в сильфоне пневматической подвески,

8. Интегрированный отпускающий клапан,

9. Мембранный цилиндр,

10. Пружинно-мембранный цилиндр,

11. Двухконтурный клапан.

Рис.

Кабель питания

Управление

ISO 7638 + CAN

Рис. Устройство системы EBS фирмы WABCO EBS в Mercedes Actros

1. Компрессор,

2. Регулятор давления с осушителем,

3. Четырехконтурный предохранительный клапан,

4. Обратный клапан,

5. Ручной тормозной клапан,

6. Клапан-реле,

8. Электронный узел управления,

9. Электронный тормозной клапан

10. Пропорциональный клапан-реле,

11. Трехполярный модулятор переднего колеса,

12. Цилиндр передних колес,

13. Предохранительный клапан,

14. Модулятор задней оси,

15. Пружинные части домкратов,

16. Клапан управления тормозами прицепа (полуприцепа),

17/18. Присоединения пневмоустановки прицепа/полуприцепа,

19. Датчик скорости колес,

20. Датчик износа фрикционных накладок.

Рис.

Sterowanie silnika – Управление двигателя

Sterowanie zwalniacz – Управление замедлителя

Przewody elektryczne – Электрические провода

Przewody powietrzne – Пневматические провода

После нажатия водителем рычага тормоза в модуле ножного тормоза, кроме давления управляющего контурами (1) и (2) появляется одновременно электрический сигнал, передаваемый контроллеру ЕВS. Модуль ножного тормоза ЕВS кроме конвенциональной пневматической части, имеет дополнительно систему двух потенциометров. Электрические сигналы этих потенциометров изменяются переменно в пределах 0 - 5 V, информируя контроллер ЕВS о величине задержки заданной водителем.

Рис.

Sterowanie silnika – Управление двигателя

Sterowanie zwalniacz – Управление замедлителя

Przewody elektryczne – Электрические провода

Przewody powietrzne – Пневматические провода

Затем, контроллер передает информацию о величине задержки цифровым сигналом посредством магистрали CAN к модуляторам и к модулю, управляющему прицепом. Контроллеры, находящееся в отдельных модуляторах и модуле, управляющим прицепом, преобразовывают этот сигнал и задают соответствующее давление в цилиндрах. Если система ЕВS исправна, дополнительный электроклапан, находящийся в модуляторах, подпитывается напряжением 24 В, что вызывает отключение цепи управления.

Рис.

Sterowanie silnika – Управление двигателя

Sterowanie zwalniacz – Управление замедлителя

Przewody elektryczne – Электрические провода

Przewody powietrzne – Пневматические провода

В случае аварии электрической системы или, к примеру, отсутствия питания контроллера ЕВS или модулятора, предохранительный электроклапан не запитывается, что вызывает введение пневматической цепи управления. В таком случае давлением торможения управляет пневматическая цепь (функция защиты Васkup). Система в функции Backup обеспечивает соответствующую эффективность торможения, несмотря на повреждение электрического управления, но в таком случае отсутствует регулировка силы торможения в зависимости от нагрузки.

Рис.

Sterowanie silnika – Управление двигателя

Sterowanie zwalniacz – Управление замедлителя

Przewody elektryczne – Электрические провода

Przewody powietrzne – Пневматические провода

Задняя и передняя оси питаются тогда в постоянном соотношении 1:1,5. Электрические сигналы датчиков скорости вращения преобразуются в контроллерах модуляторов в цифровые сигналы и передаются магистралью CAN в контроллер ЕВS. При тенденции к блокированию колес контроллер EBS передает цифровой сигнал по магистрали CAN к контроллерам модуляторов, и они управляют давлением в цилиндрах. Контроллер ЕВS также получает информацию о состоянии загрузки транспортного средства посредством сигнала из датчика интегрированного давления в двойном модуляторе задней оси, подключенного к сильфону пневмоподвески.

Рис.

Sterowanie silnika – Управление двигателя

Sterowanie zwalniacz – Управление замедлителя

Przewody elektryczne – Электрические провода

Przewody powietrzne – Пневматические провода

Рис.

Czujnik położenia koła kierownicy – Датчик положения руля

Czujnik przyspieszenia bocznego i prędkości obrotu – Датчик бокового ускорения и скорости вращения

Jednokanałowe modulatory ciśnienia dla osi przedniej – Одноканальные модуляторы давления для передней оси

Dwukanałowe modulatory ciśnienia dla osi tylniej – Двухканальные модуляторы давления для задней оси

Modulator sterowania naczepą – Модулятор управления полуприцепом

CAN naczepa – СAN полуприцеп

CAN pojazd – CAN тягач

Sterowanie silnikiem – управление двигателем

Regulator - регулятор

Система ESP1 (анг. Electronic Stability Programm, Электронная система курсовой устойчивости), как следует из названия стабилизирует автомобиль, попавший в занос, корректируя траекторию его движения. Задействованные в ней электронные устройства распознают боковой занос автомобиля и, через возможность приторможения любого колеса, самостоятельно вызывают противостоящий вращению автомобиля момент или коррекцию его траектории движения. При необходимости, в тоже время снижается вращающийся момент двигателя, с целью уменьшения тяги на колесах ведущей оси. ESP может работать в любых условиях (вождение автомобиля прямо вперед, выполнение поворота, торможение, ускорение, свободный поворот). Как только транспортное средство проявляет тенденцию к вращению вокруг центральной оси либо боковому заносу, происходит вмешательство системы.

[1] Название ESP не нормируется для всех производителей транспортных средств; встречаются другие символы, обозначающие ту же систему: ASC – Active Stability Control, ASMS – Automotive Stability Management System, DSC – Dynamic Stability Control, VDC – Vehilce Dynamic Control, VSC – Vehicle Stability Control, ESC – Electronic Stability Control

В случае недостаточной поворачиваемости (передняя ось автомобиля скользит больше, нежели задняя) приторможение заднего внутреннего колеса стабилизирует автомобиль в надлежащей траектории движения. Если в занос попадает задняя ось (избыточная поворачиваемостьпритормаживается внешнее переднее колесо. Опасное ускорение вокруг вертикальной оси распознается высокочувствительным сенсорным датчиком скорости вращения. Время отклика системы всего лишь 20 миллисекунд (0,02 секунды), благодаря чему любой занос обнаруживается гораздо раньше, чем это сделал бы даже самый обученный водитель.

Система ESP объединяет в себе преимущества нескольких систем: ABS, электронной регуляции распределения тормозной силы между осями, устройства контроля вращающего момента, системы контроля тяги ASR и, в случае Mercedes, системы BAS (Brems Assistant System), поддерживающей полное использование тормозов в опасных ситуациях. Датчики ESP постоянно отслеживают следующие значения:

* скорость вращения каждого колеса (с помощью датчиков ABS),

* угол поворота руля,

* поперечное ускорение автомобиля,

* давление тормозной жидкости или воздуха в трубке,

* скорость вращения вокруг вертикальной оси автомобиля,

* актуальная скорость движения автомобиля,

* актуальный момент вращения, передаваемый на ведущую ось,

* актуальное переключение, выбранное водителем или с помощью компьютера управления автоматической коробкой передач.

В некоторых решениях принимаются во внимание такие параметры, как:

* общий вес транспортного средства (на основании системы регулирования твердости амортизаторов)

* давление в шинах (датчики на ободе колеса или на основании разницы скорости вращения соседних колес)

* разница в величине или типе рисунка протектора отдельных колес (сравнение скорости вращения колес).

Предположим, автомобиль выполняет поворот влево на скорости, превышающей допустимую на этом участке дороги и попадает в занос (смотри рисунок ниже). Больше скользит передняя ось, таким образом, мы имеем дело с недостаточной поворачиваемостью. В бортовой компьютер поступают данные о повороте руля на угол, образующий радиус поворота (выбирается водителем). В то же время датчик поперечного ускорения подает актуальное значение этого ускорения, которое, после анализа компьютера, оказывается меньше значения, которое теоретически должно возникнуть при повороте с данным радиусом (датчик рулевого управления) при данной скорости движения (датчики скорости вращения колес).

Для этого, посредством датчика скорости вращения вокруг вертикальной оси, компьютер "узнает", что автомобиль не оборачивается на угол, который должен был возникнуть при повороте с радиусом, выбранным водителем. На основании полученных данных, компьютер определяет занос передней оси и запускает сигнал тревоги. Он посылает сигнал на блок, управляющий работой двигателя и/или коробки передач, чтобы временно уменьшить мощность двигателя (и таким образом, силу тяги на ведущих колесах) и на гидравлический блок, регулирующий давление тормозной жидкости левого заднего колеса (внутреннего, на оси с меньшим скольжением), чтобы немедленно начать торможение этого колеса с максимально возможной тормозной силой.

Благодаря этому, создается стабилизирующий вращающий момент (вокруг вертикальной оси), который действует в направлении, противоположном направлению недостаточной поворачиваемости и "направляет" автомобиль по идеальной траектории движения, автомобиль "сворачивает" влево. Опасность выпада на внешнюю сторону поворота предотвращена.

Рис. Силы воздействующие на автомобиль при повороте - натуральные и возникающие посредством системы ESP в случае:

а) недостаточной поворачиваемости;

б) избыточной поворачиваемости.

Тормозной импульс системы ESP, Поперечные силы, действующие на колеса, Стабилизирующий момент.

В том случае, если автомобиль выполняет поворот влево со скоростью большей, чем допустимо возможная на этом участке дороги, и попадает в занос, но при этом больше скользит задняя ось, имеем дело с избыточной поворачиваемостью. В бортовой компьютер снова поступают данные о повороте руля на угол, образующий радиус поворота (выбранный водителем). В то же время, датчик поперечного ускорения подает актуальное значение этого ускорения, которое, после анализа компьютера оказывается больше значения, которое теоретически должно возникнуть при повороте с данным радиусом (датчик рулевого управления) при данной скорости движения (датчики скорости вращения колес).

Посредством датчика скорости вращения вокруг вертикальной оси, компьютер узнает, что автомобиль оборачивается на угол значительно больший чем тот, который должен был возникнуть при повороте с радиусом, выбранным водителем. На основании полученных данных, компьютер определяет занос задней оси и принимает в течении 0,02 секунды меры пресечения: посылает сигнал на блок, управляющий работой двигателя и/или коробки передач, чтобы временно уменьшить мощность двигателя (и таким образом, силу тяги на ведущих колесах) и на гидравлический блок, регулирующий давление тормозной жидкости переднего правого колеса (внешнего, на оси с меньшим скольжением), чтобы немедленно начать торможение этого колеса с максимально возможной тормозной силой.

Благодаря этому, создается стабилизирующий вращающий момент (вокруг вертикальной оси), который "направляет" автомобиль по идеальной траектории движения, автомобиль "сворачивает" вправо. Опасность внезапного сужения поворота и оборота автомобиля (в просторечии: "опережение автомобиля его задней частью") и, как последствие, ДТП, предотвращены. Естественно, в случае возникновения скольжения тормозящего колеса, система ABS уменьшает силу торможения до восстановления сцепления колеса, а затем увеличивает ее, и так далее.

Во время активного действия системы ESP, водитель информируется посредством расположенной по центру приборной панели предупреждающей лампочки (как правило, мигающий желтый треугольник). Он обращает внимание водителя на активизацию системы, и, таким образом, на потребность более осторожной езды. К сожалению, ни один из выпускаемых автомобилей, оснащенных ESP, не информирует водителей других автомобилей об ее активации посредством включения тормозных фар. Это объясняется правилами, использующими такую сигнализацию исключительно тогда, когда водитель применяет тормоза. Систему ESP можно отключить кнопкой, расположенной сбоку. Основанием для этого является езда, например, с цепями противоскольжения в горах, при подъеме в горах, когда скольжение обозначено.

Система ESP действует в границах сопротивления трения между дорогой и шинами. Если на скользкой дороге колеса теряют сцепление с дорожным покрытием, то даже ESP не сможет произвести корректировку. Контролирующая результативность торможения отдельных колес в результате отсутствия сцепления не сможет быть перенесена на дорогу. Это означает, что система ESP работает только в пределах физических границ.

Рис. Стабилизация автомобиля с признаками недостаточной и избыточной поворачиваемости. Состав с тягачом с признаками избыточной поворачиваемости стабилизируется посредством торможения переднего внешнего колеса тягача, а также колес автопогрузчика с прицепом.

Рис. Стабилизация седельного тягача с признаками недостаточной и избыточной поворачиваемости. При недостаточной поворачиваемости тормозится только заднее внутреннее колесо тягача.

Целью инсталлируемых в транспортные средства систем безопасности дорожного движения является не только максимальное повышение эффективности торможения и сохранение устойчивости транспортного средства. Некоторые устройства запроектированы для того, чтобы в транспортных средствах, при участии которых в ДТП значительно возрастает угроза трагических последствий (автобусы и грузовые транспортные средства), проводить мониторинг и ограничивать их максимальную скорость до скорости, установленной соответствующими положениями (которая может в значительной мере гарантировать применение соответствующей скорости и как результат - соответствующее эффективное торможение).

Такие устройства, как можно догадаться, называются ограничителями скорости. Первое их применение в грузовых транспортных средствах относится к 80-тым годам. От 1 января 1996 года в Европейском Союзе введена обязанность инсталляции ограничителей скорости в новорегистрированных транспортных средствах, а также с 1 июля 1996 года во всех остальных видах транспортных средств с полной массой более 12 тонн, зарегистрированных после 1988 года.

Также и в Польше постепенно была введена обязанность наличия ограничителя скорости. Первоначально это распространялось исключительно на «большие» транспортные средства, такие как автобусы с полной массой более 10 тонн и грузовые транспортные средства с полной массой более 12 тонн. На сегодняшний день правовое поле, обязывающее установку ограничителя скорости значительно расширено. А именно, утвержденный ограничитель скорости (установленный заводом-изготовителем транспортного средства либо другим лицом, уполномоченным им) должен присутствовать в транспортных средствах от 3,5 тонн полной массы, а его функция заключается в ограничении максимальной скорости автобуса до 100 км/ч, грузового транспортного средства и тягача до 90 км/ч.

Ogranicznik prędkości

Некоторые международные положения также содержат обязанность применения ограничителей скорости. Хорошим примером, в данном случае, являются транспортные средства, перевозящие опасные грузы в соответствии с Международным Соглашением ДОПОГ о международной дорожной перевозке опасных грузов. Исходя из содержания пункта 9.2.5 Соглашения, автомобильные транспортные средства (грузовые автомобили и тягачи для полуприцепов) с полной массой не более 3,5 тонн должны быть оборудованы устройством ограничения скорости в соответствии с техническими требованиями Правил ЕЭК № 89. Ограничитель должен быть отрегулирован так, чтобы скорость не могла превысить 90 км/ч, с учетом технического допуска устройства (также, как и в наших положениях).

Ограничитель скорости, используемый в транспортных средствах управляемых дизельным двигателем, воздействует на систему питания топливом. Его конструкция позволяет также другие ограничения скорости, нежели заданные максимальные значения. Установка ограничителя скорости подлежит ежегодной проверке уполномоченными органами. Работа устройства, ограничивающего максимальную скорость движения через воздействие на топливный насос высокого давления, показана на следующем рисунке. Это устройство имеет следующие основные элементы:

1. электронный регулятор,

2. устройство настройки,

3. ножничный подъемник,

4. механические и электрические соединительные элементы

Электронный регулятор является контроллером, который на основании информации о скорости движения и текущем значении скорости вращения двигателя, а также установления количества топлива в топливном насосе высокого давления, генерирует соответствующий сигнал на привод. На рисунке (А) показано воздействие водителя на топливный насос двигателя, который работает на холостом ходу.

Рис.

а) Воздействие водителя В полную силу Холостой ход

ножничный подъемник

Топливный насос высокого давления

кабельный переходник

Сигналы: диапазон регулирования настраивающего устройства

скорость движения

скорость вращения двигателя настраивающее устройство

скорость максимальная

сцепление настраивающего устройства в открытой позиции

б) В полную силу Холостой ход

сцепление настраивающего устройства в закрытой позиции

Схема действия ограничителя максимальной скорости движения

а) — холостой ход двигателя

б) — действие по достижению максимальной скорости движения

Источник: Грузовые автомобили и Автобусы, Леон Проховский, Анджей Жуховский, WKiL, Варшава, 2004

Электронный регулятор, на основе полученной информации, поддерживает контроллер в нейтральной позиции, которая не влияет на ножничный подъемник. Похожая ситуация происходит тогда, когда водитель нажимает на педаль газа и увеличивает скорость движения. После достижения максимальной скорости движения, установленной на ограничителе, регулятор начинает воздействие на настраивающее устройство.

Рис. как в 345

В этот момент сцепление устройства регулировки включается, и рычаг регулировки начинает движение из нейтрального положения, которое занимал при скорости движения меньшей перед максимальной, в положение ограничения впрыска топлива. Движение рычага регулировочного устройства в направлении, указанном стрелкой (рис (B) через кабель вызывает движение плеча ножничного подъемника до позиции, ограничивающей впрыск топлива до значения впрыска топлива на холостом ходу.

Часто незамеченной пользой от использования ограничителя скорости является значительное снижение эксплуатационных расходов транспортных средств, оборудованных ограничителем. Для многих транспортных компаний важным фактором затрат являются шины, которые изнашиваются гораздо быстрее в транспортных средствах движущихся с увеличенной скоростью (между 95 и 110 км/ч). Это происходит из-за значительного роста температуры при такой эксплуатации шин.

Рис. как в 345

Исследования производителей транспортных средств также показали, что увеличение скорости грузового транспортного средства на каждый километр/ч в диапазоне скорости выше 80 км/ч, приводит к увеличению расхода топлива примерно на 0,8 - 1,0%, а сила, используемая для движения с увеличенной скоростью, быстро возрастает: для 96 км/ч на 73%, для 112 км/ч на 159% по отношению к силе, используемой при движении со скоростью 85 км/ч. Увеличение скорости от 80 до 96 км/ч увеличивает эксплуатационные расходы устройства привода грузового транспортного средства на 38%, при 112 км/ч — даже до 80%. Как и система привода, так и тормоза изнашиваются намного быстрее при более высоких скоростях движения - исследования показывают увеличение износа тормозов на 30% в результате перегрева при торможении со скоростью выше 100 км/ч.

Важным является существенное увеличение общей безопасности движения грузового транспортного средства. Для того чтобы это понять, достаточно сравнить диапазон лучей дальнего света грузового транспортного средства (ок. 120 м) с тормозным путем такого транспортного средства, ок. 150 метров, при торможении со скоростью 112 км/ч. Кроме того, существует значительное выше общая стоимость простоев, связанных с текущим ремонтом, а также более вероятными ремонт после аварии транспортных средств, которые работают на высоких скоростях.

Рис. Изображение наклейки, подтверждающей наличие ограничителя скорости (установленного уполномоченным заводом-изготовителем)

Рис. Изображение наклейки, подтверждающей наличие ограничителя скорости (установленного уполномоченным заводом-изготовителем)

Brake Assist System (BAS) — система помощи при экстренном торможении в аварийных ситуациях (в результате внезапного и сильного нажатия педали тормоза). Запуск применения системы был обусловлен исследованиями, проведенными компанией "Рено", которые показали, что более 80% водителей транспортных средств, оснащенных системой ABS, не обладают решительной реакцией при нажатии на педаль тормоза. Первоначально эти системы (как и большинство технологических новшеств) использовались в автомобилях (Mercedes, начиная с 1996 года).

Как уже упоминалось, большинство водителей при резком торможении совершают одну из двух ошибок:

* нажимают на педаль тормоза слишком короткое время,

* нажимают на педаль тормоза слишком слабо, постепенно увеличивая силу давления по мере приближения к препятствию.

Поведение, упомянутое во втором пункте, часто происходит из-за закодированного страха перед скольжением. Поведение водителей практически идентично, независимо от того факта, управляют они транспортным средством с системой ABS или без нее. К сожалению, значительное увеличение тормозного пути не зависит от времени реакции водителя, так как это касается той фазы торможения, в которой время реакции не имеет значения (то есть увеличивается активный процесс торможения).

Суть действия системы заключается в анализе движений педали тормоза с помощью соответствующего датчика, в частности, силы и скорости ее нажатия. В случае обнаружения системой управления значений, соответствующих аварийной ситуации, срабатывает максимальная тормозная сила в главном цилиндре. В то же время, независимо от того, нажат ли тормоз должным образом или слишком слабо, система управления задействует процесс, гарантирующий кратчайшее расстояние тормозного пути. Соответствующие датчики на педали тормоза вызовут полное торможение исключительно тогда, когда водитель отпустит педаль тормоза.

BAS – Brake Assist System

С технической точки зрения, принцип работы системы BAS основан на использовании вспомогательной вакуумной системы. Заключается в управлении действием этого механизма, чтобы после обнаружения ситуации экстренного торможения в кратчайшее время получить эффект максимального торможения. В нормальном режиме работы, вспомогательный эффект пропорционален силе давления на педаль тормоза. Это достигается за счет действия регулирующего клапана, который в рабочей камере поддерживает давление в зависимости от силы давления на педаль тормоза.

Это давление принимает значение между атмосферным давлением и давлением, преобладающего в вакуумной камере, соединенной с впускным коллектором двигателя (или вакуумного насоса в случае двигателей с самозажиганием). Сила поддержки следует из разности давлений между двумя центрами. Переход в режим работы BAS заключается в таком положении регулирующего клапана, который закрывает соединение между двумя камерами, и в то же время соединяет камеру с атмосферой.

В тоже время, в вакуумной камере, соединенной со впускным коллектором двигателя, давление равное атмосферному. В этом случае возникает наибольшая разница давлений и максимальная помогающая сила, которая не зависит от силы, с которой водитель нажимает на педаль тормоза. Перемещение положения регулирующего клапана BAS осуществляется с помощью электромагнита.

Рис. Вакуумный вспомогательный механизм с электронным устройством управления BAS.

Датчик перемещения перепоны

Перепона

Тормозной цилиндр

Блок управления

Электромагнит

Выключатель

Рабочая камера

Вакуумная камера

Рис. Расстояние остановки транспортного средства с и без системы BAS (при 100 км/ч)

Слабая реакция водителя

с системой BAS

без системы BAS

Быстрая реакция водителя

с системой BAS

без системы BAS

Рис. Эффект использования Системы BAS

Сила торможения

Сила нажатия на педаль тормоза

С системой BAS

Без системы BAS

Задействование ABS

Аварийное торможение

Обычное торможение

Все вышеуказанное, несомненно показывает значительное влияние BAS на безопасность дорожного движения. Даже в случае опытных профессиональных водителей, эта система позволяет сокращение тормозного пути на 5-6 метров (сравнительно немного, однако, это длина стандартного пешеходного перехода). Недостатком этой системы является ее чрезмерная чувствительность - «аварийное» торможение BAS может непроизвольно активироваться в случае внезапного торможения из-за испуга водителя (например, когда водитель слишком поздно заметил на обочине полицейский автомобиль и полицейского с радаром).