О ТОРМОЗАХ И ТОРМОЖЕНИИ | Наука и жизнь

«Руссо-Балт с24/30» (1909 год) с длинным ручным тормозным рычагом.

Вентилируемые тормозные диски устанавливают на современных скоростных автомобилях и микроавтобусах.

Схемы двухконтурных гидравлических тормозных систем автомобилей разных моделей.

‹

›

Открыть в полном размере

Не каждый автомобилист знает, что с помощью
тормозов можно не только остановить и удержать машину на месте, но и преодолеть
скользкий участок, опасный поворот, развернуться и даже перескочить неширокую
канаву или выбоину. Большинство автолюбителей думают, что после нажатия
на педаль тормоза эффективное торможение продолжается до полной остановки
автомобиля. На самом деле это не так. Максимальное замедление достигается
тогда, когда колеса еще вращаются, но уже находятся как бы на грани срыва
в скольжение. В этот момент их сопротивление качению достигает максимума.
Когда же колеса останавливаются и начинают скользить по дороге, сила трения
падает и тормозной путь увеличивается. Мастерство торможения заключается,
таким образом, в том, чтобы остановить
автомобиль одновременно с прекращением вращения колес. Но прежде чем дать
практические рекомендации, как этого добиться, нелишне напомнить о том,
какие бывают тормоза и как они работают.

Эволюция тормозов

Надежные тормоза появились не сразу. Довольно
долго для замедления хода на автомобиле использовали специальные «башмаки»,
которые прижимались к шинам задних колес. Системы эти были капризными,
а их механический привод — ненадежным. К тому же, чтобы тормоза работали
эффективно, нужно было прикладывать к рычагам или педалям очень большие
усилия. Из-за этого почти на всех первых автомобилях тормоза приводили
в действие длинными рычагами.

На смену «башмакам» в начале 1910-х годов
пришли ленточные трансмиссионные тормоза. Конструкция трансмиссии была
дополнена тормозным барабаном, к которому при помощи специального механизма
прижималась лента, чаще всего стальная. В ленточных тормозах привод был
тоже механический, но усилий для их срабатывания требовалось меньше. Тогда-то
и появились педали тормоза на сравнительно коротких рычагах. У ленточных
тормозов есть очень существенный недостаток: они практически не работают
при езде задним ходом. А главное, с ними,
как со всеми тормозами с механическим приводом, невозможно добиться равномерного
и одновременного срабатывания тормозов на всех колесах. Тем не менее трансмиссионные
тормоза используются и сейчас, в основном на большегрузных автомобилях,
но вместо ленты в них ставят фрикционные колодки. В легковых машинах такие
системы применяются только в стояночных тормозах (например, в «Волге» ГАЗ-21).

В начале века тормозами с механическим
приводом оборудовали только задние колеса автомобилей. Тогда считалось,
что машина с передними тормозами будет «клевать носом» и даже может перевернуться.
На самом деле проблема заключалась в другом: конструктивно было практически
невозможно поставить механический привод тормозов на управляемые колеса.
Аналогичные современным тормоза с гидравлическим приводом на передних колесах
появились лишь в 1924 году на автомобилях «Крайслер». С тех пор автомобилестроители
всего мира перешли на системы тормозов с гидравлическим приводом, которые
используются и сегодня. Гидравлическая система гарантирует одновременное
срабатывание и равномерное усилие тормозных механизмов всех четырех колес
и обладает помимо этого высокой надежностью.

Тормозные системы

Легковой автомобиль обычно оснащается четырьмя
тормозными системами: рабочей, запасной (дублирующей), стояночной и вспомогательной
(ею может служить, например, двигатель, работающий в режиме торможения).
Каждая тормозная система состоит из механизмов, создающих тормозные усилия,
и привода, в который входят все устройства управления тормозами.

Рабочая система придает машине отрицательное
ускорение — замедляет ход, но иногда во время ее работы возникают боковые
ускорения. Такое явление принято называть заносом, хотя это и не всегда
правильно. (Подробнее о заносе см. «Наука и жизнь» № 6, 1999 г.) Запасная
система нужна в тех случаях, когда выходят из строя рабочие тормоза. Для
удержания машины в неподвижном состоянии предназначена стояночная тормозная
система. Но иногда в критической ситуации стояночным тормозом приходится
пользоваться как рабочим — для более эффективного торможения и совершения
маневров, например, на переднеприводном автомобиле с его помощью можно
развернуться на месте.

Процесс торможения занимает некоторое время,
которое складывается из времени реакции и принятия решения (в зависимости
от квалификации, возраста и состояния водителя оно может составлять от
0,1 до 2 секунд) и времени срабатывания механизмов (оно зависит от конструктивных
особенностей и технического состояния
тормозной системы и составляет около 0,2 секунды). Их сумма дает время
запаздывания. Легко подсчитать, что если оно равно двум секундам, то при
скорости 90 км/ч автомобиль успеет пробежать до начала замедления хода
50 метров.

О том, как работают тормоза, принято судить
по длине тормозного пути. У машин с обычной тормозной системой он хорошо
виден по черным следам на асфальте и его легко измерить рулеткой. У машин
с антиблокировочными системами (АБС) измерить тормозной путь на асфальте
невозможно — правильно настроенная АБС следов не оставляет. Не менее важным
показателем работы тормозов считается равномерность тормозных усилий, от
нее зависит устойчивость машины.

Дисковые тормоза

В современных легковых автомобилях на передние
колеса устанавливаются, как правило, дисковые, а на задние -_ барабанные
тормозные механизмы. При нажатии на педаль тормоза в дисковых тормозах
колодки сходятся и зажимают тормозной диск, а в большинстве конструкций
барабанных тормозов колодки расходятся и прижимаются к внутренней цилиндрической
поверхности барабана. Возникающая сила трения замедляет вращение колес,
и они останавливаются (блокируются).

В тормозном механизме сила трения зависит
от скорости движения барабана или диска относительно колодок (чем ниже
скорость, тем сила трения больше) и от температуры (чем она выше, тем меньше
сила трения). В большой степени на силу трения влияет состояние колодок
и дисков (барабанов). Замасленные или влажные колодки не способны остановить
колесо.

Дисковые тормоза обладают существенными
преимуществами перед барабанными. Главные из них — стабильность работы,
лучшие условия охлаждения и очистки, более высокая эффективность, меньшие
вес и размеры. Но есть и недостатки. Площадь колодок у дисковых тормозов
меньше, чем у барабанных, поэтому для них нужны большие усилия на приводе
и соответственно более высокое давление в гидросистеме.

Существуют два основных вида конструкций
дисковых тормозов: с неподвижной скобой (заднеприводные модели ВАЗ и «Москвич-2140»)
и с плавающей (переднеприводные модели ВАЗ, «Нива», «Москвич-2141»). Первые
снабжаются двусторонними гидроцилиндрами, вторые — односторонними. Системы
с плавающей скобой компактнее, в них меньше риск перегрева, зато ход поршня
почти вдвое больше, чем в системах с неподвижной скобой, да и по жесткости
они уступают двусторонним.

Чтобы улучшить охлаждение, в дисковых тормозах
часто используют так называемые вентилируемые диски с воздушными каналами,
проходящими от центра к периферии. Летом на мощных скоростных машинах без
таких дисков не обойтись, а вот зимой с ними бывают неприятности. Когда
в каналы набивается снег, он тает, а вода не успевает вытечь. Если же на
морозе она замерзнет, то диск может разорвать. Чтобы этого не случилось,
после выезда из сугроба нужно очистить передние тормоза от снега или по
крайней мере проехать на небольшой скорости метров 100-200. Вентилируемые
диски тормозов устанавливаются в новые «Волги» (ГАЗ-3110), ВАЗ-2110, микроавтобусы
«Соболь», многие иномарки.

В подавляющем большинстве современных автомобилей
используются гидравлические приводы тормозов. Они удобны, поскольку гидравлические
трубки можно проложить в любом месте, а главное, обладают высоким кпд -
до 95%. К недостаткам гидравлических систем можно отнести, пожалуй, лишь
необходимость их прокачки (удаления воздуха) и некоторую чувствительность
к температуре. При низкой температуре вязкость тормозной жидкости увеличивается,
а при высокой жидкость может закипеть, и тогда тормоза потеряют работоспособность.

Для того чтобы уменьшить усилие на педали
тормоза и одновременно увеличить усилие на колодках, в систему привода
тормозов современных машин встраивают усилитель. (Впервые механический
усилитель тормозов запатентовал Луи Рено в 1923 году.) На отечественные
автомобили ставят вакуумные усилители, работающие за счет разрежения во
впускном коллекторе двигателя. На многих
зарубежных машинах, в особенности на американских, используют гидравлические
усилители, в которых дополнительное усилие создается специальным насосом
и гидроаккумулятором.

Надежность
тормозной системы

В случае выхода из строя одного из механизмов
тормозной системы она все равно должна обеспечивать эффективное торможение
автомобиля. Для повышения надежности в гидравлических тормозных системах
используют дублирование и разделение контуров. Отдельные контуры имеют,
например, передние и задние тормоза автомобилей ВАЗ-2106. Если поломка
случится в одном из контуров, то автомобиль будет тормозить за счет другого.
Но если выйдет из строя передний контур, ехать на машине опасно, поскольку
задние тормоза работают менее эффективно, чем передние.

Более надежная, но в то же время и более
сложная тормозная система установлена на «Москвиче -2141», где один контур
приводит в действие тормоза только передних колес, а другой — всех четырех.
Если выходит из строя основной (передний) контур, второй (задний) способен
работать достаточно эффективно.

На автомобилях «Нива» схема похожая, но
в рабочих механизмах передних колес установлено по три цилиндра. Два из
них работают только в переднем контуре, а третий включен в общий контур
с задними тормозами. Неравномерный износ передних колодок на «Ниве» может
служить косвенным показателем того, что задний контур тормозного механизма
работает неправильно.

На переднеприводных моделях «Жигулей» и
на «Тавриях» использована так называемая диагональная схема, когда в один
контур объединены левый передний и правый задний тормозные механизмы, а
в другой — правый передний и левый задний. Если один из контуров выходит
из строя, оставшийся даст возможность без больших проблем доехать до станции
техобслуживания или гаража.

Торможение будет эффективным и безопасным,
когда передние тормоза срабатывают более эффективно и несколько раньше,
чем задние. Для того чтобы тормоза работали именно так, в систему встраиваются
регуляторы давления. Они изменяют и распределяют тормозные усилия между
передними и задними колесами в зависимости от загруженности
автомобиля и нагрузки на оси. Простой механический регулятор давления работает
как клапан, который перераспределяет подачу тормозной жидкости между передними
и задними тормозными цилиндрами. Если нагрузка на заднюю ось увеличивается,
клапан открывается и тормозная жидкость поступает в задние цилиндры, а
если уменьшается, например при резком торможении, когда машина «клюет носом»,
клапан закрывается и в задние тормозные цилиндры жидкость практически не
поступает. Это препятствует соскальзыванию задней оси в занос.

Некоторые автолюбители убирают регулятор
давления из тормозной системы своего автомобиля, мотивируя это тем, что
он, де, работает неправильно и часто течет. Делать этого, конечно же, не
следует. Во-первых, не согласованные с заводом-изготовителем изменения
в конструкции тормозной системы запрещены, а во-вторых, регулятор давления
нужно просто правильно настроить, для этого достаточно провести под автомобилем
10 минут. Справедливости ради заметим, что регуляторы давления на всех
отечественных машинах установлены неудобно и работать с ними трудно. Но
нужно!

Антиблокировочные системы, которые устанавливают
на многих современных импортных автомобилях, нужны для того, чтобы исключить
блокировку одного или нескольких колес при торможении на скользкой дороге.
Особенно это важно в тех случаях, когда колеса одного борта катятся по
сухому твердому покрытию, а колеса противоположного борта скользят, например
по льду. На таком покрытии резкое торможение на машине с обычной тормозной
системой неизбежно приведет к заносу из-за того, что силы трения колес
на асфальте будут неизмеримо больше, чем на льду, и машину резко выбросит
в сторону асфальта. Если на автомобиле есть АБС, она отслеживает движение
колес, и как только одно из них начинает замедляться интенсивнее других
(или вовсе останавливается), в его тормозном цилиндре автоматически понижается
давление, и колесо вновь начинает вращаться. Антиблокировочная система
существенно повышает эффективность торможения, особенно на скользком покрытии.
Поэтому, следуя за современной иномаркой по скользкой дороге, стоит держать
увеличенную дистанцию, ведь в случае резкого торможения машина с АБС остановится
в полтора-два раза быстрее наших «Жигулей».

В следующем номере мы продолжим разговор
о тормозах: дадим несколько полезных советов по технике торможения и по
уходу за тормозами, расскажем о неисправностях тормозной системы и о том,
как их ликвидировать.

(Окончание следует.)

Колодочный тормоз ТКП, его назначение и принцип работы Статьи

Что такое тормозной момент? | Блог BuyBrakes

Изображение предоставлено ResearchGate

Когда вы модернизируете тормозную систему вашего автомобиля, важно учитывать тормозной момент. Если тормозной момент слишком высокий или слишком низкий, тормозная система вашего автомобиля не будет работать так, как вы этого хотите. Чтобы сохранить эффективность торможения вашего автомобиля на желаемом уровне после обновления, убедитесь, что тормозной момент находится в пределах правильных параметров.

Что такое тормозной момент?

Тормозной момент — это способ измерения давления, оказываемого на тормозные колодки и/или роторы при замедлении или остановке вращения колес. Транспортному средству необходим тормозной момент, чтобы остановиться. Когда вы нажимаете на тормоз, тормозные суппорты прижимают колодки к тормозным дискам. Это останавливает или замедляет роторы. Когда это происходит, ось и колеса соответственно останавливаются или замедляются. Сила, используемая для замедления роторов, называется тормозным моментом.

Если вашему автомобилю не хватает тормозного момента, он не сможет остановиться так хорошо, как мог бы. Если у вашего автомобиля слишком большой тормозной момент, у него слишком большая тормозная способность. По иронии судьбы, автомобиль тоже не останавливается так, как должен.

Факторы, определяющие тормозной момент:

• Эффективный радиус (расстояние между тормозным суппортом/тормозной колодкой в ​​сборе и центром ступицы)
• Размер тормозных колодок
• Сила, действующая на суппорт

Для оптимизации тормозной способности автомобиля необходим хороший баланс между всеми тремя факторами.

Если узел суппорта/тормозных колодок слишком велик для ротора, тормозной момент слишком высок. В этом случае шины будут хотеть заблокироваться, а тормоза будут хватать. Это приводит к тому, что шины начинают скользить вместо того, чтобы эффективно останавливаться. Усовершенствованная система помощи при вождении вашего автомобиля может сработать и, возможно, усугубить ситуацию. Если суппорт/тормозная колодка в сборе слишком малы для ротора, тормозной момент слишком мал. В этом случае тормозные колодки не могут остановить вращение ротора или потребуется много времени, чтобы остановить ротор. Это значительно увеличивает тормозной путь автомобиля, что довольно опасно.

Тормозной момент такой же, как характеристики торможения двигателем и крутящего момента?

Тормозной момент является одним из наиболее неправильно понимаемых терминов в области динамики транспортных средств. Многие люди понятия не имеют, что это такое на самом деле. Некоторые также путают тормозной момент с:

• Торможение двигателем
• Момент затяжки гаек и болтов в тормозной системе

Тормозной момент на самом деле совершенно другой. Это не взаимозаменяемо с этими двумя терминами. Как мы упоминали ранее, тормозной момент — это сила, необходимая для безопасной и быстрой остановки автомобиля.

Как рассчитать тормозной момент

Изображение предоставлено Udacity

Тормозной момент можно измерить напрямую. Инженеры делают это, когда проектируют тормозные системы. Они учитывают несколько факторов, таких как:

• Скорость автомобиля
• Давление в шинах
• Реакция дроссельной заслонки
• Угол поворота рулевого колеса
• Система рулевого управления

Инженеры используют следующую формулу для расчета тормозного момента: :

Тормозной момент = (сила, действующая на суппорт) * (эффективный радиус системы)

Эта формула определяет максимальное тормозное усилие, которое может оказывать одно колесо.

Для большинства людей было бы очень сложно рассчитать тормозной момент. Но это полезная концепция для понимания. Если вы обнаружите, что ваши тормоза заедают, ваш тормозной момент может быть слишком высоким. Вы можете изменить это несколькими различными способами, но замена пэда на что-то менее агрессивное, вероятно, является первым шагом. Если вы обнаружите, что ваш тормозной момент слишком низкий, у вас есть несколько вариантов. Вы можете перейти на лучшую колодку или перейти на суппорт / тормозную колодку большего размера. Если у вас есть вопросы обо всем этом, мы будем рады помочь.

тормозные системы

Тормозной момент | Энциклопедия MDPI

Дисковый тормоз — это тормозная система, в которой диск, вращающийся вместе с колесом транспортного средства, подвергается трению тормозными колодками с высоким коэффициентом трения. Тормозные колодки расположены в части, называемой суппортом, которая, в свою очередь, прочно закреплена на конструкции автомобиля. Гидравлический контур прижимает тормозные колодки к диску с силой, достаточной для преобразования всей или части кинетической энергии движущегося транспортного средства в тепло до тех пор, пока оно не остановится или его скорость не снизится, в зависимости от обстоятельств.

1. Введение


Разработан, разработан и изготовлен новый датчик силы для измерения тормозных сил на ободе колеса автомобиля. С помощью численного моделирования обоснованы параметры конструкции преобразователя. Для простой и беспроблемной установки в автомобиль используется металлическая основа штока суппорта. Его изготавливают и устанавливают на транспортное средство для получения сигналов тормозного момента колес в режиме реального времени и при различных скоростях обращения, проводя несколько испытаний на трассе. В дальнейшем данные получают из расчетов самой дисковой тормозной системы. Последний обеспечивает мгновенные значения сцепления между тормозной колодкой и диском.

Если сравнивать автомобили, выпущенные за последние 20–25 лет, с нынешними, можно увидеть множество различий в таких аспектах, как комфорт, экономичность, функциональность и, в частности, аспекты безопасности, как в активных, так и в пассивных системах. Активные системы безопасности помогают предотвратить дорожно-транспортные происшествия, а пассивные системы защищают пассажиров в случае аварии. Тормозная система автомобиля является одной из важнейших систем активной безопасности. Тормозные системы были улучшены, и в них были встроены электронные системы для облегчения управления транспортным средством. Однако, вне зависимости от дополнительных электронных систем, торможение по-прежнему осуществляется одинаково, воздействуя на фрикционные тормозные колодки пневматической или гидравлической системами. Например, было проведено большое количество исследований температуры, которую могут выдерживать тормоза 9.0082 [1] ^{[2] [3]} или характеристики и свойства используемых материалов ^{[4] [5] [6]} . Однако структура и компоненты системы практически не изменились.

Когда водитель нажимает на педаль тормоза, педаль толкает главный цилиндр, который подает тормозную жидкость в гидравлический тормозной контур под определенным давлением. Гидравлический контур направляет тормозную жидкость к цилиндрам, расположенным в суппорте. Там поршни перемещаются и прижимают тормозные колодки в осевом направлении по обеим сторонам тормозного диска, прикрепленного к колесу. Жидкость распределяется под одинаковым давлением по всему контуру к каждому из поршней каждого колеса, либо к передним дискам, либо к задним дискам или барабанам, в зависимости от системы заднего моста. В зависимости от давления жидкости и сечения цилиндров тормозная сила будет меняться на поверхности диска.

Для безопасности автомобиля очень важно знать тормозное усилие на колесе в режиме реального времени. Существуют некоторые косвенные методы измерения тормозной силы ^{[7] [8]} и другие, требующие преобразования нескольких систем автомобиля ^[9] . Однако в настоящее время не существует устройства, позволяющего измерять этот параметр или тормозной момент напрямую, без модификации транспортного средства.

Были проведены исследования фрикционных тормозов, в основном с помощью классических математических формул и экспериментов с образцами или полевых испытаний на стенде. Классические формулировки, связанные с исследованием основных динамических аспектов тормозов, в основном основаны на вращательных расчетных моделях. Эти модели основаны на ряде допущений/упрощений, включая ^[10] :

• Тормозное усилие мгновенно достигает установившегося значения;

• Пространство (зазор) между фрикционной накладкой и диском/барабаном не учитывается;

• Нарушений в кинематической цепи нет — диск/барабан не имеет отклонений от округлости и биения (радиального или поперечного).

В последнее время появилась возможность проводить дальнейшие исследования динамических характеристик тормозных систем с помощью компьютерных моделей и симуляций на основе инструментов CAE, таких как метод конечных элементов (FEM), динамика нескольких тел (MBD) и т. д., был улучшен. На этих моделях изучалась работа и производительность автомобильных дисковых и барабанных тормозов. С помощью FEM были проанализированы различные проблемы. К ним относятся, например: термомеханическое поведение сухого контакта между диском и тормозными колодками во время основной фазы торможения и отслеживание эволюции глобальных температур с помощью численного моделирования с использованием ANSYS 9.0082 [11] ^[12] , влияние различных параметров на неустойчивость связи мод ^[13] , оптимизация критических конструктивных параметров магнитопровода магнитореологического тормоза ^[14] и др.

Эти модели помогают представить и смоделировать реальность, а также позволяют определить, как будут вести себя системы. Однако модели должны быть проверены экспериментальными мерами, а гипотезы, на которых они основаны, должны быть подтверждены. Некоторые из этих моделей позволяют оценить тормозную силу и коэффициент сцепления между тормозной колодкой и диском (известный в некоторых исследованиях как коэффициент трения тормозных накладок (BLCF)). Последняя величина имеет большое значение для контроля работы тормозов и повышения эффективности таких систем управления, как ABS, TC и ESP. В большинстве исследований он считается постоянным, без учета его зависимости от температуры; исчезновение; постельные принадлежности; гистерезис по давлению; гистерезис по скорости, износу и старению; изменение условий окружающей среды; химический состав и механические свойства каждого компонента ^{[15] [16]} .

Таким образом, непосредственное определение посредством измерения тормозной силы и коэффициента сцепления между тормозной колодкой и диском представляет большой интерес.

Однако единственным существующим в настоящее время способом измерения тормозной силы в автомобиле является тормозной стенд. Тормозной стенд — это измерительный прибор, используемый для оценки и измерения продольной тормозной силы на колесе (колесах) одной оси. Имеются плоские и роликовые измерительные стенды ^[17] , последний из которых наиболее широко используется, например, при периодических испытаниях на пригодность к эксплуатации.

Система состоит из рольганга и управляющего компьютера, отображающего результаты. а показывает роликовый тормозной стенд: кровать и компьютер. Этот тип кровати используется в мастерских и на станциях техосмотра. b показаны компоненты роликового тормозного стенда. Основные элементы, из которых состоит станина:

Рисунок 1. Роликовый тормозной стенд. ( a ) Общий вид и ( б ) основные элементы.

• Четыре прижимных ролика (1, 2 в b)

• Два копирующих ролика (3 в b)

• Два двигателя и тензодатчики (5 шт.)

• Приводные цепи, соединяющие пару приводных роликов с каждой стороны (4 в б)

Для проверки правильного функционирования тормозной системы эти проверки проверяют эффективность тормозов, овальность и дисбаланс, все из которых являются количественными значениями, полученными этим устройством.

Однако это оборудование подвержено влиянию различных факторов и имеет ограничения и ошибки. Кроме того, было показано, что он может давать разные результаты испытаний в зависимости от модели используемого тормозного стенда ^{[23] [24]} . Кроме того, размер ролика и состояние шин оказали значительное влияние на результаты испытаний ^{[25] [26]} . Наконец, в случае тяжелых транспортных средств эффективность торможения транспортного средства, которая оценивается путем измерения тормозных усилий на роликовом тормозном стенде, также зависит от загрузки транспортного средства 9.0082 [19] ^[20] . В этом случае разработка процедур проверки транспортных средств в полностью загруженном состоянии с использованием методов измерения давления или эквивалентных методов представляла собой основные трудности ^[27] .

Основные недостатки этой системы следующие:

• Не учитывает влияние передачи нагрузки на переднюю ось, возникающее при торможении в условиях движения.

• Нельзя учитывать аэродинамические эффекты.

• Он не может проверить антиблокировочную тормозную систему (ABS), которая имеется в большинстве современных автомобилей, потому что система работает, измеряя вращение всех четырех колес автомобиля одновременно, или потому что тестовая скорость слишком низкая.

В рамках данной статьи разрабатывается автономное устройство по отношению к собственной тормозной системе транспортного средства (т. е. не мешающее правильному функционированию транспортного средства). Он состоит из системы, способной характеризовать торможение транспортного средства на основе измерительного датчика, который позволяет узнать силу, существующую в тормозном диске, когда он приводится в действие водителем через тормозную цепь. Датчик расположен в тормозном суппорте дискового тормоза. Будут использованы данные о деформации фиксирующего стержня кулачка тормозного суппорта. Это новое устройство, специально разработанное для измерения тормозного момента автомобиля.

Поэтому будет разработано и изготовлено устройство для измерения деформации, которой подвергается тяга крепления суппорта тормозной системы при торможении автомобиля.

показывает основные механические части дисковой тормозной системы. В автомобиле хомут (1) фиксируется с помощью пары стержней (2), которые соединяют неподвижную часть хомута (1а) с подвижной частью хомута (1b), так что подвижная часть может скользить. в направлении, перпендикулярном тормозному диску (3), чтобы обеспечить центрирование тормозных колодок вокруг тормозного диска. Более конкретно, один конец каждого стержня вставлен в отверстие в части (4) подвижной части суппорта. Фиксирующий винт (5) в свою очередь проходит через сквозное отверстие в части (6) неподвижной части хомута и ввинчивается в продольное отверстие на другом конце стержня. Таким образом, две части зажима соединяются скользящим образом и автоматически центрируются, когда водитель нажимает педаль тормоза (см. ).

Рисунок 2. Основные механические части дисковой тормозной системы с плавающим суппортом.

Механические напряжения, возникающие во время стоянки автомобиля, поглощаются этими стержнями, которые вследствие этого упруго деформируются в процессе торможения. Предполагается, что датчик измеряет эту деформацию, которая пропорциональна напряжениям, возникающим при торможении, и, следовательно, пропорциональна приложенной тормозной силе.

2. Материалы и методы

Транспортным средством, выбранным для экспериментальных испытаний и установки преобразователя, является коммерческий дизельный автомобиль Peugeot 207 1.6 HDI 16v (см. ). Он имеет 4-колесный гидравлический тормозной контур X-типа (см. ).

Рисунок 3. Peugeot 207 1.6HDI 16v.

Рис. 4. X-тормозная цепь.

В данной работе на одной из тяг тормозного суппорта сконструировано натяжное устройство с помощью контрольно-измерительных приборов. Это позволяет измерять тормозное усилие независимо от конфигурации тормозного контура, поскольку он напрямую связан со ступицей колеса. Чтобы проверить его эффективность, был построен прототип, который впоследствии был реализован на легковом автомобиле.

Штоки суппорта дисковой тормозной системы позволяют колодкам перемещаться в боковом направлении в направлении, перпендикулярном вращению диска. Это движение, вызванное двумя тормозными цилиндрами, активируемыми давлением гидравлического контура, заставляет колодки сжимать сам тормозной диск. При прилегании колодок диск останавливается и, следовательно, тормозит колесо автомобиля. Вибрация колодки зависит от выбранной дисковой тормозной системы (в основном существует четыре типа тормозных суппортов: фиксированный суппорт, тормоз с поворотным суппортом Girling, тормоз со скользящим суппортом Girling и тормоз с поворотным суппортом Lockheed. Существенная разница между ними заключается в том, что они управляются одним или два тормозных цилиндра, причем некоторые из них совершают боковое колебательное движение относительно плоскости, в которой они находятся).

В любом случае стержни суппорта остаются прикрепленными к ступице колеса, обеспечивая постоянную опору.

Конструкция самого преобразователя заключается в значительном снижении зоны наибольшей деформации стержня. Тензодатчик прикреплен к этой зоне высокой деформации. Эта методология была использована, потому что невозможно включить датчик силы из-за ограниченного доступного пространства. Таким образом, работа тормоза совершенно не нарушается.

2.1 Установка устройства

Используемый тензодатчик имеет характеристики, указанные в .

Таблица 1. Характеристики тензодатчика .

Перед изготовлением датчика его работу проверяют численно. Для этого проводится моделирование детали средствами МКЭ в Abaqus () для определения области, где микродеформации больше, для осуществления установки тензодатчика. При моделировании нагрузки применяются в точках, где после установки датчика он будет поддерживать усилия, и выполняется анализ напряжений.

Рис. 5. Результаты моделирования методом конечных элементов [Источник: ABAQUS 6.13-4].

Численное моделирование позволяет точно определить местоположение манометра. Как только он определен, стержень подвергается механической обработке и приклеивается датчик. Слегка ослабив шток штангенциркуля, можно повысить чувствительность датчика (). В этом случае выбрана область между приводными опорами самой щеки (область, защищенная пылезащитным колпачком).

Рис. 6. Механически обработанный стержень [собственный источник ABAQUS 6.13-4].

После механической обработки и шлифовки области важно удалить грязь спиртом, чтобы улучшить сцепление датчика и избежать проблем во время испытаний. Цианоакрилат используется для склеивания манометра из-за механических характеристик и долговечности, которые он обеспечивает с течением времени. Наконец, вся система покрывается термоклеем, что позволяет избежать скопления грязи на поверхности и возможного нежелательного контакта между различными задействованными элементами (контакт металла с металлом) (см. ).

Рисунок 7. ( a ) Механическая обработка, ( b ) склеивание и ( c ) покрытие термоклеем.

После приклеивания датчика стержень устанавливается на прежнее место в тормозной системе автомобиля (см. ). Он показывает область приложения напряжения при торможении.

Рис. 8. Установка штанги в тормозную систему автомобиля. ( слева ) Общий вид (положение) и ( справа ) деталь.

3. Результаты

3.1. Калибровка устройства

Чтобы определить тормозной момент колеса, необходимо откалибровать новое устройство, чтобы определить его поведение.

Стальной стержень, предназначенный для работы в качестве рычага, использовался при калибровке. Для создания контролируемого крутящего момента используется калиброванная масса, которая перемещается вдоль стержня. В частности, выбранная (откалиброванная) масса имеет значение 30 кг и размещена в точках, удаленных на 1 и 1,5 м от центра вращения колеса (см. рис. 9).). Это устройство позволяет получить зависимость между напряжением, показываемым датчиком деформации, и результирующим тормозным моментом.

После установки системы калибровки водитель транспортного средства должен нажать на педаль тормоза до тех пор, пока планка не станет горизонтальной и неподвижной. Горизонтальность проверяется с помощью электронного инклинометра. Педаль тормоза постепенно отпускают до тех пор, пока крутящий момент, создаваемый на колесе, не превысит давление, приложенное в тормозной цепи, вызывающее вращение колеса. В этот момент записывается значение, указанное тензодатчиком.

Чтобы знать, когда происходит вращение колеса, на стержне размещается инерциальный измерительный блок, который будет синхронизирован с системой сбора данных.

 

Рис. 9. Стержень, прикрепленный болтами к ободу колеса для калибровки устройства.

На рис. 10 показана калибровочная кривая, полученная для устройства, расположенного на стержне крепления скобы тормозного суппорта правого переднего колеса.

Рис. 10. Калибровочная кривая прибора.

Калибровочная кривая выглядит следующим образом:

Тормозной момент (Н·м) = 9645,6·В + 0,6145

(1)

3.

2. Трековые испытания

Проведены дорожные испытания для проверки правильности работы нового бортового устройства.

Прогрессивное торможение, характеризующееся линейным нарастанием во времени. Наклон этой кривой торможения определяет степень жесткости торможения. Испытания проводились таким образом до тех пор, пока транспортное средство не было остановлено. Постепенное нажатие на педаль тормоза приводит к правильному положению поршней и колодок относительно тормозного диска. Этот тип торможения обычно используется при вождении автомобиля. Он также совпадает с тестом тормозного стенда.

Испытания проводились на скоростях 20 км/ч, 30 км/ч, 40 км/ч, 50 км/ч, 60 км/ч, 70 км/ч и 80 км/ч. Поскольку каждый водитель тормозит по-своему, тесты проводились с участием 14 разных водителей.

В следующем примере показаны кривые, полученные с помощью датчика крутящего момента, разработанного в этой статье, при тестировании однопроводного кабеля (рис. 11). Полученная калибровочная кривая (1) использовалась для преобразования электрического сигнала в единицы крутящего момента. На графике показан тормозной момент, полученный для различных скоростей, когда начинается торможение.

Рис. 11. Тормозной момент, полученный при путевых испытаниях с предлагаемым устройством при различных начальных скоростях.

На рисунке показано, что по мере увеличения скорости, при которой начинается торможение, увеличивается и время, необходимое для остановки автомобиля. Точно так же крутящий момент, прилагаемый к тормозу, увеличивается, даже удваивая это значение, с 20 км/ч до 80 км/ч.

Тормозное усилие, измеряемое предлагаемым устройством, может быть рассчитано по тормозному моменту. Для экономии ресурсов используется только один стержень. Если предположить, что оба стержня будут иметь одинаковые размеры, тормозной момент будет в два раза больше, чем измеренный только с одним из них.

(2)

Быть:

Н : Тормозной момент

F _d : Сила на устройстве

r 9 0003 : Расстояние от центра колеса до точки приложения силы (точки приложение результирующей силы к тормозной колодке)

Из полученных данных также можно рассчитать сцепление колодок и дисков, используемых при торможении.

(3)

Бытие:

α: Угол, покрываемый тормозной колодкой

p : Приложенное давление

: Внешний и внутренний радиус тормозной колодки

4. Обсуждение 9 0007

Как уже говорилось, единственный Прямой способ, который в настоящее время доступен для измерения тормозной силы на транспортном средстве, — это тормозной тестер. Однако на это оборудование влияет несколько факторов, оно имеет ограничения и ошибки. В этой статье спроектирован, разработан и изготовлен новый датчик силы для измерения тормозных сил в колесе автомобиля, независимо от собственной тормозной системы автомобиля (т. е. без вмешательства в правильное функционирование автомобиля). Это система, способная характеризовать торможение транспортного средства с помощью измерительного датчика, который позволяет узнать силу, существующую в тормозном диске, когда он активируется водителем через тормозную цепь. Датчик расположен в суппорте тормозного диска.

Принцип действия этого нового устройства заключается в следующем. Сначала в описанное положение прижимного стержня устанавливается тензодатчик (тензометр). Затем проводятся необходимые эмпирические испытания для определения соответствия деформации штока суппорта тормозному моменту колеса и производится калибровка устройства. Коэффициент соответствия проверяется на линейность.

Эта взаимосвязь позволяет тензодатчику преобразовывать данные о деформации в электронный сигнал в режиме реального времени. С помощью функции калибровки эти данные выражаются в виде данных о силе торможения колеса. Эти данные о тормозном усилии можно использовать позже различными способами, некоторые из которых описаны в разделе «Выводы».

В будущих работах было бы интересно подробно проанализировать стабильность устройства в различных условиях. Например, было бы интересно проанализировать разброс тормозного момента в зависимости от выходного напряжения во времени и в различных условиях окружающей среды. Среди условий окружающей среды было бы особенно интересно проанализировать влияние температуры, влажности и скорости ветра.

5. Выводы

Представлена ​​новая система, способная характеризовать торможение транспортного средства на основе измерительного датчика, который позволяет узнать тормозное усилие на колесе, когда оно приводится в действие водителем через тормозную цепь. Для этого будут использованы данные о деформации, испытываемой стержнем крепления тормозного суппорта. Датчик расположен в тормозном суппорте дискового тормоза. Это новое устройство, специально разработанное для измерения тормозного момента автомобиля.

До сих пор единственным способом прямого измерения тормозной силы в автомобиле был тормозной тестер. В любом случае это измерение производится на статической скамье, без переноса нагрузки, с ошибками, о которых говорилось выше.

Основные преимущества новой системы перед существующими методами:

• Поскольку он встроен в саму тормозную систему, он может проводить измерения непрерывно и в реальных условиях.