Материал: 3-Разработка ВУ

3. Разработка вакуумного усилителя тормозов

3.1 Требования к тормозной системе

В связи с тем, что характеристики тормозных систем существенно влияют на безопасность движения, к настоящему времени выработаны международные и национальные нормативные требования к структуре, показателям и характеристикам тормозных систем [10].

В связи с развитием экспорта отечественных автомобилей большой интерес представляет сравнение наших ГОСТ с международными предписаниями и национальными требованиями различных стран-экспортеров автомобильной техники. И, в частности, к элементам конструкции, определяющим одно из ее важнейших потребительских качеств - требования к тормозным системам АТС. В числе таких документов – ГОСТ 22895-95, Правила № 13 ЕЭК ООН, Директивы ЕЭС 71/320, шведские требования F-18, американские стандарты № 105а, 106, 116, 121, 135 (проект), а также японские стандарты № 6910, 6911, 6912, 6913 и др. Как видно из таблицы 3.1, где перечислены основные требования этих нормативных документов, большинство национальных стандартов базируется на Правилах ЕЭК ООН и Директивах ЕЭС [11].

К тормозной системе автомобиля предъявляются высокие требования. Она должна обеспечивать возможность быстрого снижения скорости и полной остановки автомобиля в различных условиях движения. На стоянках с продольным уклоном до 16% полностью груженый автомобиль должен надежно удерживаться тормозами от самопроизвольного перемещения.

Таблица 3.1 – Основные требования нормативных документов различных

стран к тормозным системам выпускаемых ими автомобилей

Примечание: «+» - да; «-» - нет.

Тормозные системы существенно влияют на безопасность движения автомобиля. Поэтому к тормозным системам, кроме общих требований к конструкции автомобиля, предъявляются повышенные специальные требования. В соответствии с этими требованиями тормозные системы должны обеспечивать [12]:

- минимальный тормозной путь или максимальное замедление при торможении;

- сохранение устойчивости автомобиля при торможении;

- стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях;

- минимальное время срабатывания при торможении;

- пропорциональность между усилием на тормозной педали и тормозными силами на колесах автомобиля (силовое следящее действие);

- легкость управления.

Требования к тормозным системам регламентируются Правилами № 13 ЕЭК ООН, применяемыми в России.

Рассмотрим указанные требования.

Минимальный тормозной путь. Тормозные системы автомобиля должны быть высокоэффективными. При интенсивном движении число дорожно-транспортных происшествий и аварий уменьшится, если максимальное значение замедления будет высоким и приблизительно одинаковым у разных по типу и массе автомобилей, движущихся в потоке. Одновременно должны быть близкими друг к другу и тормозные пути автомобилей (разница не более 15%). При минимальном тормозном пути будет обеспечиваться не только высокая безопасность движения, но и увеличение средней скорости автомобиля.

Необходимыми условиями получения минимального тормозного пути являются минимальное время срабатывания тормозного привода, одновременное торможение всех колес автомобиля, возможность доведения тормозных сил на всех колесах автомобиля до максимального значения по сцеплению и обеспечение необходимого распределения тормозных сил между колесами автомобиля в соответствии с нагрузками на колеса.

Устойчивость при торможении. Выполнение этого требования повышает эффективность торможения автомобиля на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользкие, обледенелые и т.п.) и способствует повышению безопасности движения.

Для выполнения указанного требования необходимо, чтобы тормозные силы на левых и правых колесах автомобиля при торможении были одинаковы (разница не более 15%) и распределялись между передними и задними колесами в соответствии с приходящимися на них нагрузками или пропорционально нормальным реакциям на колесах:

Такая пропорциональность между тормозными силами и нагрузками на передних и задних колесах может быть достигнута различными способами, например, с помощью регуляторов тормозных сил, которые регулируют тормозные силы на колесах моста в зависимости от нагрузки, приходящейся на мост. Соблюдение указанной пропорциональности обеспечит торможение автомобиля с максимальным замедлением в любых дорожных условиях.

Стабильность при торможении. Указанное требование связано с нагревом тормозных механизмов во время торможения и возможным нарушением их действия при нагреве. Так, при нагреве уменьшается коэффициент трения между фрикционными накладками

колодок и тормозными барабанами (дисками). Кроме того, нагрев тормозных накладок существенно влияет на их изнашивание. И чем выше температура тормозных накладок при торможении, тем больше их изнашивание.

Стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях автомобиля может быть обеспечена, если тормозные накладки будут иметь коэффициент трения, равный 0,3...0,35, мало зависящий от скорости скольжения, нагрева и попадания на них воды.

Минимальное время срабатывания. Время срабатывания тормозной системы при торможении оказывает существенное влияние на тормозной путь автомобиля и, следовательно, на безопасность его движения. Время срабатывания тормозной системы зависит главным образом от типа тормозного привода. Оно должно составлять 0,2...0,5 с при гидравлическом приводе, 0,6...0,8 с при пневматическом приводе и 1...2 с для автопоезда с пневматическим тормозным приводом. Выполнение указанного требования обеспечивает значительное повышение безопасности движения автомобиля в различных дорожных условиях.

Силовое следящее действие. Указанное требование связано с обеспечением пропорциональности между усилием на тормозной педали и тормозными силами на колесах автомобиля при торможении. Выполнение этого требования при плавном увеличении тормозных сил на колесах автомобиля обеспечивает сохранение удобства езды для пассажиров.

Легкость управления. Это требование необходимо для облегчения работы водителя, усложняющейся из-за частых торможений автомобиля, особенно в условиях города и в горных условиях. Так, торможение в горных условиях осуществляется в 8…10 раз чаще, чем в обычных условиях на загородном шоссе.

Усилие на тормозной педали при торможении автомобилей должно составлять 500...700 Н (меньшее значение – для легковых автомобилей) при ходе педали 80...180 мм. Усилие на рычаге стояночной тормозной системы не должно превышать 400 Н при небольшом ходе рычага (300 мм).

Легкость управления достигается соответствующим выбором передаточных чисел тормозной системы, жесткостью тормозного привода и малыми потерями в приводе. Кроме того, сиденье водителя должно быть регулируемым и обеспечивать удобную его посадку, при которой спина упирается в спинку сиденья, а усилие на тормозной педали создается коленным суставом. В этом случае водитель может создать на тормозной педали усилие, превышающее его массу на 10...20%. Наибольшее усилие на рычаге стояночной тормозной системы (до 500...700 Н) можно получить при таком расположении рычага, когда прилагаемое усилие к рычагу направлено снизу вверх.

3.2 Обзор конструкций усилителей тормозного привода Вакуумный усилитель тормозного привода

Рисунок 3.1 - Вакуумный усилитель тормозов автомобиля категории М₁:

1 – корпус вакуумного усилителя; 2 – чашка корпуса усилителя; 3 – шток;

4 – регулировочный болт; 5 – уплотнитель штока; 6 – уплотнительное кольцо фланца главного цилиндра; 7 – возвратная пружина диафрагмы; 8 – шпилька усилителя; 9 – фланец крепления наконечника; 10 – клапан; 11 – наконечник шланга; 12 – диафрагма; 13 – крышка корпуса усилителя;

14 – уплотнительный чехол; 15 – поршень; 16 – защитный чехол корпуса клапана; 17 – воздушный фильтр; 18 – толкатель; 19 – возвратная пружина толкателя;

20 – пружина клапана; 21 – клапан; 22 – втулка корпуса клапана;

23 – буфер штока; 24 – корпус клапана; А – вакуумная камера;

В – атмосферная камера; С, D – каналы

Резиновая диафрагма (рисунок 3.1) 12 вместе с корпусом 24 клапана делят полость вакуумного усилителя на две камеры: вакуумную А и атмосферную В. Камера А соединяется с впускной трубой двигателя через обратный клапан наконечника 11 и шланг [13].

Корпус 24 клапана пластмассовый. На выходе из крышки он уплотняется гофрированным защитным чехлом 16. В корпусе клапана размещен шток 3 привода главного цилиндра с опорной втулкой, буфер 23 штока, поршень 15 корпуса клапана, клапан 21 в сборе, возвратные пружины 19 и 20 толкателя и клапана, воздушный фильтр 17, толкатель 18.

При нажатии на педаль перемещается толкатель 18, поршень 15, а вслед за ними и клапан 21 до упора в седло корпуса клапана. При этом камеры А и В разобщаются. При дальнейшем перемещении поршня его седло отходит от клапана и через образовавшийся зазор камера В соединяется с атмосферой. Воздух, поступивший через фильтр 17, зазор между поршнем и клапаном и канал D, создает давление на диафрагму 12. За счет разности давления в камерах А и В корпус клапана перемещается вместе со штоком 3, который действует на поршень главного цилиндра.

При отпущенной педали клапан 21 отходит от седла корпуса и через образовавшийся зазор и канал С камеры А и В сообщаются между собой.

Гидравлический усилитель тормозного привода

Рисунок 3.2 – Гидравлический усилитель тормозного привода: 1 – усилитель; 2 – головка вилки; 3 – гайка; 4 – штифт; 5 – скоба; 6 – болт

Гидравлический усилитель (рисунок 3.2) - это другой тип усилителя тормозов. В нем для привода элементов, помогающих увеличивать тормозное усилие, используется давление жидкости, создаваемое насосом усилителя рулевого управления, или отдельная гидравлическая система. Гидравлический усилитель иногда используется на мощных автомобилях с дизельным двигателем из-за недостатка в них вакуума для питания вакуумного усилителя тормозов.

Гидровакуумный усилитель тормозного привода

Гидровакуумный усилитель диафрагменного типа. На автомобиле обычно устанавливается два усилителя, каждый из которых действует только в своем контуре. Устройство усилителя показано на рисунке 3.3. Усилитель имеет поршень силового цилиндра диаметром 18 мм [14].

Рисунок 3.3 – Гидровакуумный усилитель тормозов автомобиля:

1 - диафрагма; 2 - корпус; 3 - тарелка диафрагмы; 4 - толкатель поршня;

5 - пружина; 6 - вакуумный клапан; 7 - атмосферный клапан; 8 - крышка корпуса; 9 - пружина атмосферного клапана; 10 - корпус

клапана управления; 11 - пружина клапана; 12 - поршень клапана управления; 13 - перепускной клапан; 14 - поршень; 15 - шарик; 16 - манжета поршня; 17 - толкатель клапана; 18 - упорная шайба поршня; 19 - цилиндр

Электрический усилитель тормозного привода

Новая интеллектуальная тормозная система (рисунок 3.4) (Electric Driven Intelligent Brake) использует электродвигатель, чтобы непосредственно управлять давлением тормозной жидкости и, как следствие, тормозными цилиндрами обычных фрикционных тормозов (разработка Японии). В результате, система позволяет при торможении максимизировать использование гибридной силовой установки для регенерации энергии с целью подзарядки батарей, что весьма положительно сказывается на топливной экономичности.

Здесь в приводе главного тормозного цилиндра установлена шариковинтовая передача с электромотором. Специальный блок управления анализирует положение педали и регулирует при помощи сервопривода давление в системе ради более эффективной рекуперации тормозной энергии. Прямая механическая связь педали с исполнительным механизмом тормозов тоже сохранена.

Рисунок 3.4 – Электрический усилитель тормозного привода (система Electric Driven Intelligent Brake)

3.3 Разработка кинематической схемы усилителя

В качестве конструкторской разработки предложен сигнализатор (устанавливается на вакуумный усилитель тормозного привода), который предназначен для того чтобы в случае выхода из строя одного из контуров раздельного привода под действием разности давлении при первом же нажатии на педаль тормоза на щитке приборов зажигалась лампа неисправного контура. На основании показаний сигнальных лам можно будет судить о исправности обоих контуров тормозной системы автомобиля ГАЗ-2705.

Устройство относится к системе тормозов автомобиля ГАЗ-2705 и предназначено для контроля за исправностью контуров системы тормозов (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Модернизированная кинематическая схема тормозной системы автомобиля ГАЗ-2705: 1 – передний тормозной механизм; 2 – сигнализатор разности давления в контурах; 3 – сигнальные лампы; 4 – главный тормозной цилиндр; 5 – вакуумный усилитель; 6 – регулятор давления; 7 – задний тормозной механизм; 8 – кожух полуоси; 9 – система тяг; 10 – тройники; 11 – трубопроводы; 12 – рычаги привода; 13 – лампа уровня тормозной жидкости

Разрабатываемый автомобиль оборудован двумя независимыми тормозными системами, обеспечивающими рабочее и стояночное торможение [15].

Рабочая тормозная система имеет два параллельно действующих гидравлических привода (контура). При отказе одного из контуров второй обеспечивает торможение с эффективностью, предписанной для запасной системы.

Рабочая тормозная система автомобиля ГАЗ-2705 гидравлическая, действует на все колёса. Стояночная тормозная система – механическая, действует только на задние колёса.

Рабочая тормозная система приводится в действие от педали, а стояночная – от рычага стояночного тормоза, установленного между передними сидениями.

Модернизированная рабочая тормозная система (рисунок 2.5) состоит из передних дисковых 1, задних барабанных 7 тормозных механизмов и привода рабочей тормозной системы.

Привод рабочей тормозной системы включает вакуумный усилитель 5, главный тормозной цилиндр 4, сигнализатор разности давлений в контурах 2, регулятор давления 6 в системе задних тормозов, шланги, трубопроводы 11 с соединительными элементами 10 и рычаги привода 12 от педали тормоза.

Вакуумный усилитель автомобиля ГАЗ-2705 (рисунок 3.6) – двухкамерный, служит для уменьшения усилия на педаль при торможении.

Он крепится к переходному кронштейну четырьмя гайками с пружинными шайбами, а кронштейн – к щитку передка.

Вакуумный усилитель состоит из корпуса 22, крышки корпуса 10, корпуса клапанов 18, к которому тремя болтами с пружинными шайбами крепится поршень 13 с диафрагмой и соединитель поршней.