Мазур Ю.А., Павлов С.А.
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ *
Аннотация:
в статье проводится авторский анализ перспектив развития тормозных систем грузовых автомобилей.
Ключевые слова:
грузовой автомобиль, тормозная система, транспорт
Автомобильный транспорт — важнейшая отрасль народного хозяйства. Наряду с другими видами транспорта он, обеспечивает нормальное производство и обращение продукции в промышленности и сельском хозяйстве, нужды капитального строительства, удовлетворяет потребности населения в перевозках.Автомобильный транспорт перевозит более 3/4 (около 80%)всех грузов. Основные преимущества автомобильного транспорта: меньшие капиталовложение в организацию перевозок, большая маневренность транспортных средств и возможность перевозок непосредственно от пункта отправления в пункт назначения без дополнительных перегрузок, значительная скорость доставки грузов и пассажиров, сравнительно невысокая стоимость перевозок.При этом следует иметь в виду, что автомобильный транспорт является самым трудоемким и фондоемким видом транспорта, а издержки по содержанию автотранспорта в народном хозяйстве, превосходят расходы по всем другим видам транспорта вместе взятым.В процессе эксплуатации техническое состояние автомобиля ухудшается, и надежность его снижается вследствие усталости, износа и коррозии деталей. Условия и характер работы деталей изменяются, снижается работоспособность, и ухудшаются эксплуатационные свойства автомобиля. Мероприятия по поддержанию подвижного состава автомобильного транспорта в исправном и работоспособном состоянии разрабатываются на основе планово-предупредительной системы технического обслуживания и ремонта автомобилей. Планово-предупредительная система технического обслуживания и ремонта автомобилей является комплексом взаимосвязанных мероприятий, которая определяет технологию и организацию проведения работ по ТО и ремонту автомобилей для конкретных условий эксплуатации с целью обеспечения необходимых показателей качества. При этом трудовые и материальные затраты на поддержание подвижного состава в технически исправном состоянии весьма значительны и в течении нормативного срока службы автомобиля в несколько раз превышают затраты на его приобретение. Поэтому правильная организация проведения технического обслуживания и ремонта всего гаражного хозяйства является одним из главных резервов снижения себестоимости автоперевозок. Безопасность движения автомобилей с высокими скоростями в значительной степени определяется эффективностью действия и безопасностью тормозов.Эффективность тормозного пути определяется, по определенной оценке, тормозного пути или временем движения автомобиля до полной остановки. Чем эффективнее действие тормозов, тем выше безопасная скорость, которую может допустить водитель, и тем выше скорость движения автомобиля на всем маршруте.Торможение необходимо не только для быстрой остановки автомобиля при внезапном появлении препятствий, но и как средство управления скоростью его движения.Структура тормозного управления автомобиля и требования, предъявляемые к нему обусловлены ГОСТ-22895-95г. Согласно этому стандарту тормозное управление должно состоять из четырех систем: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной.Системы могут иметь общие элементы, но не менее двух независимых органов управления. Каждая из этих систем включает в себя тормозные механизмы, обеспечивающие создание сопротивления движению автомобиля и тормозной привод, необходимый для управления тормозными механизмами.До настоящего времени на большинстве автомобилях применяется тормозная система с барабанными колодочными тормозными механизмами.Тормозное управление является важнейшим средством обеспечения активной безопасности автомобиля. В течение целого ряда лет, и особенно в последние годы, ведутся работы, направленные на повышение активной безопасности автотранспортных средств и в частности на совершенствование тормозных систем.Разнообразие назначения тормозов, условий их использования и параметров машин привело к появлению большого количества тормозных устройств различных видов. До настоящего времени на грузовых автомобилях применялась тормозная система с барабанными колодочными тормозными механизмами и лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых тормозных механизмов.Основным достоинством дискового тормозного механизма является его высокая стабильность. В настоящее время стабильности отдаётся предпочтение перед эффективностью, так как необходимый тормозной момент можно увеличить увеличением приводных сил. Кроме того, дисковые тормоза по сравнению с барабанами, имеют повышенную удельную энергоёмкость и меньшую массу, более просты в управлении, обладают меньшим гистерезисом, благодаря чему повышается эффективность применения регуляторов тормозных сил. Всё это делает применение дисковых тормозных механизмов более предпочтительными, чем барабанных.Функциональные требования к тормозной системе автомобиля. К тормозному управлению автомобиля, служащему для замедления движения, вплоть до полной остановки и удержания его на месте на стоянке, предъявляются повышенные требования, так как тормозное управление является важнейшим средством обеспечение активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным системам регламентированы ГОСТ 22895-95 и международными правилами дорожного движения.Требования к тормозным системам следующие:1. Максимальный тормозной путь максимальное установившееся замедление в соответствии с требованиями ГОСТ 22895-95 г., для пассажирских автомобилей и грузовых автомобилей в зависимости от типа испытаний.2. Сохранение устойчивости при торможении (критериями устойчивости служат: линейное отклонение, угловое отклонение, угол складывания автопоезда.)3. Стабильность тормозных свойств при неоднократном торможении.4. Минимальное время срабатывания тормозного привода.5. Силовое следящее действие тормозного привода, то есть пропорциональность между усилием на педаль и приводным моментом.6. Малая работа управления тормозными системами - усилие на тормозные педали в зависимости от назначения автотранспортного средства должно быть в пределах 500…7ОО Н, ход тормозной педали 80…180мм.7. Отсутствие органомптических явлений (слуховых).8. Надежность всех элементов тормозных систем, основные элементы должны иметь гарантированную прочность, не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса, должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.В соответствии с ГОСТ 22895-95 тормозное управление должно включать следующие тормозные системы:- рабочую.- запасную.- стояночную.- вспомогательную (тормоз-замедлитель), обязательную для автобусов полной массой свыше 5 т. и грузовых автомобилей массой свыше 12 т., предназначенную для торможения на длительных спусках и поддерживающих скорость 30км/ч на спуске с уклоном 7% протяженностью 6 км.Каждая из перечисленных тормозных систем включает один или несколько тормозных механизмов и тормозной привод.Принудительное замедление может осуществляться различными способами: механическим, гидравлическим, электрическим, внеколесным.Наиболее широко используются фрикционные тормозные механизмы. На легковых автомобилях большого класса часто используются дисковые тормозные механизмы на передних колесах и барабанные колодочные на задних колесах.На грузовых автомобилях независимо от их грузоподъемности устанавливаются барабанные колодочные тормозные механизмы. Лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых механизмов для грузовых автомобилей.Барабанные ленточные тормозные механизмы в качестве колесных в настоящее время не применяются совсем. В редких случаях их применяют как трансмиссионные для стояночной тормозной системы (МАЗ, Белаз-540)Гидравлические и электрические тормозные механизмы используют как тормозо-замедлители. На ряде автомобилей тормозом-замедлителем является двигатель, впускной коллектор перекрывается стальной заслонкой.Механический привод, состоящий из тяг и рычагов, применяют в основном в тормозных системах с ручным управлением (вспомогательная тормозная система -, стояночный- тормоз’’). В данном приводе для включения тормозного механизма используется мускульная энергия водителя. Простота конструкции и неизменная во времени жесткость механического привода делают его наиболее применяемым для стояночной тормозной системы.Гидравлический привод применяется в рабочей тормозной системе легковых автомобилей и грузовых малой и средней грузоподъемности. В данном приводе усилие оси педали к тормозным механизмам передается жидкостью. Для включения тормозов используется мускульная энергия водителя. Для обеспечения водителю работы по включению тормозов нередко применяют гидравлический привод с вакуумным (ГАЗ-66) или пневматическим усилителем (Урал-4320).В настоящее время начинают получать распространение гидравлический привод с насосом. В этом случае для включения тормозных механизмов и создания, необходимых для быстрого торможения автомобиля тормозных моментов на колесах используется энергия двигателя, приводящего в действие гидравлический насос непосредственно, или через какой-либо агрегат силовой передачи автомобиля.Пневматический привод широко используется в тормозной системе тягачей, грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности и автобусов. В тормозной системе с пневматическим приводом тормозные механизмы включаются за счет использования энергии сжатого воздуха. (рис 1). Схема пневмопривода тормозов: 1 — компрессор, 2 — манометр, 3 — баллоны для сжатого воздуха, 4 и 9 — тормозные камеры, 5 и 6 — соединительная головка с разобщительным краном, 7 — трубопровод, 8 — тормозной кран (кран управления).На длиннобазных автомобилях и тягачах большегрузных автопоездов часто используются комбинированный привод гидропневматический. В данном приводе для увеличения тормозных усилий используется энергия сжатого воздуха, а передача их к тормозному механизму осуществляется жидкостью.Электрический привод необходим на автопоездах, так как при этом достигается наиболее простой способ передачи энергии на большие расстояния при весьма малом времени на срабатывания тормозной системы.Для оценки конкретных конструкций тормозных механизмов необходимо дополнительно пользоваться расчетными нормативами (давление на колодке, нагрев тормозного барабана). До настоящего времени считалось, что барабанные тормозные механизмы наиболее удовлетворяют требованиям безопасности движения, но в связи с возросшими скоростями движения автомобиля, повышаются и требования безопасности движения, во многом зависящих от тормозных качеств автомобиля.Сравнительные стендовые испытания различных вариантов конструкций закрытых дисковых и барабанных тормозных механизмов для автомобилей выявили, что наилучшими показателями по стабильности выходных параметров, тепло напряжённости и массе обладает дисковый тормоз с двумя поверхностями трения, пневматическим приводом и усилителем.Перспективные направления развития тормозных систем.Тормозная система автомобилей платформы SPA представляет собой традиционную двухконтурную систему с диагональным разделением и дисковыми передними и задними тормозами. Пассивный вакуумный усилитель тормозов с одной диафрагмой датчиком разряжения и подсоединен к впускному патрубку двигателя, а также к механическому вакуумному насосу. Если автомобиль оснащен функциями, требующими автоматического торможения (например, адаптивный круиз контроль), для торможения применяется насос гидравлического модулятора (на автомобилях платформы Р3 для автоматического торможения использовался активный вакуумный усилитель).Два чувствительных к направлению вращения датчика колес установлены на задних колесах.Система управления тормозами Mk 100 представляет собой дальнейшее развитие системы Mk 25, которая устанавливалась на автомобилях платформы Р3.За управление тормозной системой отвечает модуль VDDM (Vehicle Dynamics Domain Master). VDDM отвечает за функции, которыми в предыдущих моделях автомобилей занимались модули BCM и PBM (модуль управления электрическим стояночным тормозом). 1. Вакуумный усилитель2. VDDM3. Датчик разряженияМодуль VDDM осуществляет коммуникацию с другими модулями управления как с помощью сети CAN, так и посредством сети FlexRay.С 2020 модельного года на гибридных автомобилях, как «мягких» (с системой среднего напряжения 48 вольт), так и «полных» (с системой высокого напряжения 400 вольт), тормозная система получила существенные изменения.Новая система MkC1 представляет собой систему без вакуумного усилителя в которой узел привода тормозов и гидравлическая система управления совмещены в компактный блок BCM2 (Brake Control Module 2). Тормозной блок приводится в действие от педали тормоза по принципу brake-by-wire или путем запроса от какой-либо функции (например, адаптивного круиз-контроля), и распределяет давление тормозной жидкости на колеса.Давление тормозной жидкости создается гидравлическим насосом (линейным актуатором) в блоке BCM2. Система клапанов управляет распределением давления в контурах. Функция использует сигналы от четырех датчиков скорости вращения колес (датчики задних колес могут определять направление вращения).Система brake-by-wire позволяет отказаться от непосредственной механической связи между педалью тормоза и гидравлическим приводом тормозных механизмов.Если система brake-by-wire по каким-то причинам не работает, привод колесных тормозных механизмов будет осуществлен так же, как и в обычных тормозных системах, однако для этого потребуется выжать педаль тормоза сильнее.Педаль тормоза оснащена пиротехническим механизмом складывания, который позволяет расцеплять педаль и привод в случае серьезного ДТП. При срабатывании механизма педаль проваливается примерно на 100 мм. Это позволяет снизить риск травмирования ног при перемещении узла педали вглубь салона в случае серьезного ДТП.1. Датчик положения педали.2. Пиропатрон механизма складывания педали тормоза.3. Рычаги механизма складывания педали тормоза.Датчик положения педали представляет из себя датчик Холла, соединенный с центральным электронным модулем CEM. Стоп-сигнал включается при перемещении педали тормоза примерно на 2-3°.В отличие от традиционной системы, где вакуумный усилитель увеличивает давление, создаваемое водителем при нажатии педали тормоза, в блоке BCM2 необходимое гидравлическое давление создается с помощью насоса. BCM2 также содержит гидравлический распределительный блок с впускными и выпускными клапанами, управляемыми электронным модулем управления, который также входит в состав блока BCM2.Блок BCM2 отвечает также за функционирование электрического стояночного тормоза.1. Бачок тормозной жидкости.2. Электронный блок управления.3. Гидравлический блок.4. Симулятор усилия педали.5. Гидравлический насос.6. Толкатель главного цилиндра (соединен с педалью тормоза).В нормальном режиме работы педаль тормоза отсоединена от гидравлической системы. Когда водитель нажимает педаль, информация от датчика положения педали передается в электронный блок управления, который активирует гидравлический насос для создания давления в системе. Отклик педали обеспечивается с помощью имитатора усилия педали.В случае электрической неисправности насоса или модуля управления, водитель должен сильно нажать на педаль тормоза, которая соединяется напрямую с гидравлическими контурами рабочей тормозной системы для обеспечения достаточного замедления.Нормальное функционирование.В нормальном состоянии на полностью исправном автомобиле функция гидравлики работает следующим образом:1. Клапан имитатора (5) открывается, когда активируется BCM2. Клапаны отсечки главного цилиндра (6) закрываются и открываются клапаны подачи давления (7).2. Перемещение педали регистрируется датчиком перемещения, который передает соответствующий сигнал в модуль CEM для включения стоп-сигналов. Сигнал от встроенного датчика перемещения используется электронным модулем блока BCM2 для расчета соответствующего гидравлического давления, подаваемого к суппортам.3. Создается давление в первой камере в главном цилиндре (при перемещении педали), что оказывает воздействие на имитатор усилия педали (3). Поршень в имитаторе начинает перемещаться и давит на резиновую пластину, создавая ощущение сопротивления на педали.4. Вместе с тем функция brake-by-wire запускает гидравлический насос (4), который создает давление, поступающее в тормозные контуры.5. Регулировка давления в суппортах или его сброс (например, для функционирования антиблокировочной системы тормозов), выполняется посредством впускных и выпускных клапанов (8 и 9).Электронные системы управления торможением.Системы электронного управления торможением получают все более широкое рас пространение в тормозных системах современных автомобилей. Компания Volvo Trucks Global известна во всем мире тем, что уделяет особое внимание безопасности своих изделий. Новые большегрузы оборудуются специальной анти-аварийной системой. С помощью использования радара система способна обнаруживать препятствие. После этого световой сигнал поступает на лобовое стекло. Как только дистанция до столкновения сильно сокращается, то в салоне автомобиля срабатывает звуковой сигнал. А сам автомобиль начинает плавно притормаживать. Если же торможение не помогает сократить дистанцию, то срабатывает система экстренного торможения. Инженеры Volvo Trucks Global на протяжении нескольких лет трудились над тем, чтобы создать уникальную систему торможения. Данная система позволяет быстро остановить тяжелый большегруз, но данный процесс происходит полностью в автоматическом режиме.Развитие дисковых тормозных механизмов грузовых автомобилей.Инженеры СКБ ЗИЛ первыми в мире разработали и применили трансмиссионные дисковые тормоза на вездеходах. Эта разработка получила широкое применение на других грузовиках московского завода самого различного применения. Но самым знаменитыми из них, конечно, можно считать ЗИЛ-4906 и ЗИЛ-49061, известные под неофициальным названием «Синие птицы».Ключевым изменением стало применение в конструкции модернизированных передних тормозных механизмов. Каждое такое устройство объединило функции рабочего и стояночного тормозов. Стояночный тормоз, воздействующий на колодки, включает пару рычагов с энергоаккумулятором, смонтированных на суппорте рабочего тормоза. Энергоаккумулятор выполнили в виде пневмоцилиндра и двух стяжных пружин, расположенных под ним. В заторможенном состоянии стояночный механизм удерживается стяжными пружинами, а растормаживается благодаря подаче сжатого воздуха в его пневмоцилиндр.Изящное и надежное решение, позволившее исключить применение отдельных стояночных тормозов на раздаточных коробках, стало классикой зиловских колесных вездеходов. В отличие от ЗИЛ-5901, для управления стояночными тормозами служил удобный рычаг, а не ножная педаль. Стояночное затормаживание машины происходило быстро и надежно. Отработанные на опытном ЗИЛ-49042 узлы и агрегаты, включая тормозную систему, прекрасно зарекомендовали себя в ходе многолетней эксплуатации и на машинах поисково-спасательного комплекса «490» ? ЗИЛ-4906 и ЗИЛ-49061, но до того времени инженеры московского завода оснастили дисковыми тормозами ещё несколько машин.Таким образом, ЗИЛ-4906 и ЗИЛ-49061 стали первыми в мире серийными грузовыми автомобилями, на которых использовались дисковые трансмиссионные тормоза. На этих машинах для управления стояночными тормозами применили эргономичный тормозной пневмокран, поворотную рукоятку которого расположили на отдельной панели вблизи левой руки водителя.Все бы хорошо, но в процессе эксплуатации обнаружился изъян тормозных механизмов первого поколения. В частности, отсутствовала автоматическая регулировка зазора в приводе стояночных тормозов. Это означало, что в результате износа тормозных колодок и увеличения зазора между ними и тормозным диском в каждом механизме требовалось вручную регулировать специальные винты рычагов, которые изменяли осевое положение штоков, воздействовавших соответственно на поршни и колодки. Как итог ? увеличение объема технического обслуживания при достаточно затрудненном доступе, особенно когда работы проводились внутри довольно тесного корпуса плавающей машины.В середине 1980-х годов в СКБ под руководством Михаила Сугробова, который был одним из создателей тормозов первого поколения, приступили к разработке дискового тормоза второго поколения, в котором исключался упомянутый недостаток. Главными элементами конструкции стали расположенные внутри прорезей рычагов привода тормоза храповики, каждый из которых снабдили упорным винтом со сферической головкой и двумя проушинами с фигурными прорезями. В верхних частях прорезей рычагов находятся собачки, входящие в зацепление с храповиками. Зазор между сферическими головками упорных винтов и штоками обеспечивают пластинчатые пружины.При смещении поршней суппорта в сторону диска перемещаются и связанные с ними штоки, которые, увлекая за собой храповики, поворачивают их на величину, пропорциональную зазору между колодками и диском. По мере износа накладок тормозных колодок зазор между ними и диском увеличивается, и при перемещении поршней и штоков на величину, пропорциональную шагу зубьев храповика, собачки входят в зацепление с последующими зубьями храповиков, тем самым автоматически поддерживая постоянство зазора в приводе стояночного тормоза.Пройдя все этапы самых суровых испытаний, конструкция полностью подтвердила заявленные показатели. Более того, оригинальное устройство дискового тормоза второго поколения стало предметом изобретения, а в 1989 году зиловская разработка удостоилась серебряной медали ВДНХ. Наряду с этим в 1990-1991 годах ЗИЛ вел переговоры с руководителем одной из австрийских фирм, который, оценив все достоинства дискового тормоза второго поколения, хотел приобрести лицензию на его производство для реализации на западноевропейском рынке. Распад СССР прервал переговоры.
Номер журнала Вестник науки №3 (72) том 1
Ссылка для цитирования:
Мазур Ю.А., Павлов С.А. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ТОРМОЗНЫХ СИСТЕМ ГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ // Вестник науки №3 (72) том 1. С. 643 - 659. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/13248 (дата обращения: 18.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+