Тормозное управление

                           Р₁·S₁ + F_кор – F_пр = 0.

Откуда:

                                F_кор = - Р₁·S₁ + F_пр.

Это есть уравнение линейной функции.

Из этого  уравнения и графика, приведенного на рис. 43, следует, что по мере увеличения давлений Р₁ сила взаимодействия поршня с корпусом F_кор уменьшается и при определенной его величине станет равной нулю. Причем чем больше сила F_np сжатия пружины 2 (рис.42-б), тем при большем давлении Р₁ сила F_кор станет равной нулю. Факт исчезновения силы F_кор означает, что поршень оторвется от корпуса, опустится вниз, сядет на уплотнение 5 и разъединит трубопроводы 7 и 8, после чего регулятор перейдет на второй режим работы.

На  этом режиме баланс сил, приложенных  к поршню, описывается уравнением:

                                  Р₁(S₂- S₁) + F_np - p₂S₂ = 0,

где S₂ – площадь поршня с диаметром D.

Разрешив  полученную зависимость относительно давления Р₂, получим:

                                .

Из  этого уравнения следует, что на втором режиме работы регулятора связь давлений Р₁ и Р₂ будет описываться не лучом 0— 1 (рис.43), как на первом режиме, а отрезком линии 2—3 или какой-либо другой, расположенной ниже и параллельной линии 2—3. Какая из указанных линий заменит луч 0—1, очевидно, будет зависеть от силы F_np пружины 2, а она определяется деформацией упругих элементов задней подвески, то есть степенью загрузки автомобиля.

 

Рис.43. Рабочая характеристика регулятора с дифференциальным поршнем.

 

При растормаживании  сообщение между трубопроводами 7 и 8 восстанавливается, несмотря на падение давления Р₁ до нуля. Этому способствует увеличение при растормаживании силы F_np и смещение уплотнения 5 вниз под действием давления Р₂.

Таким образом, регулятор изменяет соотношение  между давлениями в приводе передних и задних тормозных механизмов в зависимости от величины загрузки автомобиля.

Однако  делает это регулятор не идеально, что объясняется несколькими причинами. Во-первых, идеальное регулирование, которое должно соответствовать одной из кривых, изображенных на рис.43, заменяется регулированием по ломаной линии. Заметим, что верхняя кривая соответствует полностью загруженного автомобиля, а нижняя – порожнему. Если давление в тормозных магистралях переднего и заднего мостов (Р₁ и Р₂) распределяются по закону, соответствующему этим линиям, то при любом коэффициенте сцепления φ и при любой загруженности автомобиля все колеса блокируются одновременно. Во-вторых, в качестве критерия загрузки автомобиля используется деформация упругих элементов задней подвески, но при нелинейной характеристике жесткости подвески ее прогиб не является линейной функцией загрузки автомобиля. В-третьих, на деформацию упругих элементов подвески под действием загрузки автомобиля накладывается прогиб подвески из-за так называемого «клевка» автомобиля при торможении. Последнее обстоятельство усугубляется тем, что величина прогиба подвески при «клевке» почти всегда нелинейно связана с величиной замедления автомобиля.

Несмотря  на указанные недостатки, подобные регуляторы тормозных сил обеспечивает вполне удовлетворительный эффект и повсеместно применяются для улучшения распределения тормозных сил между передними и задними колесами автомобиля (рис.44).

 

 

      Рис.44. Регулятор давления жидкости в тормозных механизмах задних колес автомобилей  семейства «ВАЗ»:

а — расположение регулятора на автомобиле; б — схема работы; /— поршень-клапан открыт; //— поршень-клапан закрыт; 1 — кронштейн; 2— болт крепления регулятора к кронштейну кузова; 3 — поршень-клапан; 4— корпус регулятора; 5 — палец; 6 — тяга; 7 и 15 — торсионные рычаги; 8— скоба; 9 — вилка; 10— штуцер трубопровода, подводящего жидкость из главного цилиндра; 11 — штуцер трубопровода, отводящего жидкость из регулятора к колесным цилиндрам; 12 — корпус; 13 — распорное кольцо; 14 — уплотнительное кольцо; 16— гнездо уплотнительного кольца; 17 — пружина поршня; 18 -упорное кольцо; 19 — уплотнительное кольцо клапана; 20— пробка; 21 — прокладка; А и В — полости; Б — отверстие для штуцера трубопровода от главного цилиндра; Г — отверстие для штуцера трубопровода к тормозным механизмам задних колес; Р — сила, действующая на поршень от торсионного рычага при уменьшении расстояния от кузова до заднего моста.

 

Наряду  с описанным регулятором широкое распространение получила другая конструкция, работающая по такому же принципу. В корпусе 6 изображенного на рис.45 регулятора установлен с возможностью скольжения поршень 5, несущий на боковой стенке клапан в виде шарика 8, поджимаемого в радиальном направлении пружиной 3. Пружина 3 представляет собой упругое разрезное цилиндрическое кольцо. Другая, изготовленная из волнистой ленты, торцевая пружина 2 прижимает поршень 5 к торцу корпуса. Стержень 1 несет на себе коническую шайбу 4, взаимодействующую с шариком 8. На внешний конец стержня действует упругое звено, сила которого F_np пропорциональна деформации упругих элементов задней подвески. Вход 9 соединен с главным тормозным цилиндром, а выход 7 – с тормозными механизмами задних колес автомобиля.

 

Рис.45. Вариант конструкции регулятора тормозных сил с дифференциальным поршнем.

 

При низких значениях Р₁ клапан 8 открыт, и давление Р₂ равно давлению Р₁. По мере увеличения нажатия на педаль тормоза возрастающее давление Р₁, преодолев силу F_np упругого звена, опустит стержень 1 вниз, и шарик 8 закроет клапан. После закрытия клапана давление Р₂ будет воздействовать на площадь, диаметр которой D равен наружному диаметру стержня 1, а давление Р₁ будет действовать на такую же площадь минус площадь, обусловленную меньшим диаметром стержня d.

Регуляторы тормозных сил лучевого типа.

По другому  алгоритму работают регуляторы тормозных  сил, не использующие для регулирования соотношения давлений Р₁ и Р₂ информацию о деформировании упругих элементов подвески. На рис. 46 показан регулятор лучевого типа для гидравлических систем. На входе в регулятор давление всегда равно Р_П , на выходе — регулируемое давление Р_З. Регулятор работает следующим образом. При некотором (небольшом) давлении поршень 2 опускается, и клапан 1 закрывается, Связь входной и выходной полостей осуществляется через поршень 2, шток 4, коромысло 5 и поршень 10. Для этого случая справедливо выражение

                                       (А₁·Р_З - F₁)·а = (А₂·Р_П - F₂) ·b,

где А₁ и А₂ — площади поршней; F₁ и F₂ — силы пружин; а и b — плечи коромысла.

 

Рис.46. Регулятор лучевого типа для гидравлического тормозного привода:

а – конструкция; б – кинематическая схема.

 

Обозначив alb = i и преобразовав полученное выражение, получим:

                                А₂·Р_П = i·А₁·Р_З + F₂ - i·F_l.

Из этого  выражения следует, что при F₂ - i·F_l = 0 (а это возможно при специальном выборе параметров пружин и геометрии регулятора) зависимость Р_П = (i·А₁·Р_З)/А₂ = К_рЗ линейна, то есть характеристика регулятора имеет вид луча, угол наклона которого зависит от величины i. Плечи а и b переменны и определены положением опоры 6 коромысла, которая передвигается по планке 7 при вращении вала 8. К валу 8 присоединен рычаг, связанный тягой с балкой моста, Корпус регулятора установлен на раме, поэтому при изменении прогиба подвески изменяется и угол наклона характеристики регулятора.

Рис.47. Рабочая характеристика регулятора тормозных сил лучевого типа.

Из симметричности перемещения опоры 6 следует, что a_min = b_min и а_тах = b_тах , поэтому i_min = l /i_max. Если предусмотреть поворот вала 8 в соответствие со степенью загрузки автомобиля, то будет получен регулятор тормозных сил с так называемой лучевой характеристикой (рис.47). Для данного типа регулятора диапазон изменения i достаточно высок, что позволяет использовать его на грузовых автомобилях, у которых статическая вертикальная нагрузка на задний мост изменяется в широких пределах.

 

При пневматическом приводе в регулятор (рис. 48) сжатый воздух, подводимый от тормозного крана под давлением р_п, воздействует на поршень 9 сверху и перемещает его вниз. Смонтированный в поршне клапан 11 упирается в торец толкателя 5 и закрывает отверстие в нем, отсекая выходную полость регулятора. Затем клапан приподнимается с седла, в результате чего входная и выходная полости регулятора сообщаются между собой.

 

 

Рис.48. Регулятор лучевого типа для пневматического тормозного привода.

 

Одновременно  через кольцевой зазор между поршнем 9 и его направляющей 6 сжатый воздух поступает в подпоршневое пространство, воздействуя на поршень и диафрагму 7 давлением р_Д. При определенном значении давления поршень перемещается вверх до положения, при котором клапан 11, оставаясь прижатым к торцу толкателя 5, соприкасается с седлом в поршне. С этого момента устанавливается равновесие поршня, характеризуемое коэффициентом пропорциональности

                                                 К = р_з /р_п = А₁/А₂,

где А₁ и А₂ — активные площади поршня соответственно верхней и нижней полостей.

Площадь А₂ переменна, что обусловлено оригинальным конструктивным решением. Поршень 9 снабжен радиальными ребрами 10, входящими в радиальные пазы вставки 8, нижний торец которой выполнен коническим. На нижнюю горловину поршня надета диафрагма 7, которая зажата между верхней и нижней частями корпуса 1.

Когда поршень находится в верхнем  положении, диафрагма полностью опирается на вставку. По мере опускания поршня его ребра отделяют некоторую кольцевую часть диафрагмы от вставки и увеличивают активную площадь диафрагмы, Таким образом, чем выше находится поршень, при Р_П = const, тем больше должно быть давление Р_З для уравновешивания поршня. Высота поршня определяется положением рычага 3, который через ось 4 и рычаг 12 связан с балкой заднего моста.

Закон изменения давления Р_З в зависимости от прогиба подвески определяется формой торцовых частей поршня 9 и вставки 8, к которым примыкает диафрагма 7, и положением плунжера 2,

Для того чтобы уменьшить износы и  компенсировать давление воздуха Р_З на толкатель 5, рычаг 3 связан с поршнем 9 только в период торможения.

Клапаны ограничения  давления.

Несмотря  на то, что график функции оптимального распределения тормозных сил между передними и задними колесами грузовых автомобилей ближе к прямой, чем такой же график для легковых автомобилей, все же между ним и прямой имеются существенные отличия. Поэтому при отсутствии регулирования тормозных сил или при наличии регулятора лучевого типа при малых замедлениях автомобиля наблюдается перетормаживание передних колес. Этот эффект может приводить к повышенному изнашиванию тормозных накладок тормозных механизмов передних колес при служебных торможениях и к опасному блокированию колес при торможениях на скользкой дороге.

Для устранения данного недостатка в пневматических тормозных приводах иногда применяют показанный на рис. 49 клапан ограничения давления, который можно отнести к регуляторам тормозных сил.

Ввод II соединяет клапан с тормозным краном, вывод I с тормозными камерами передних колес, а вывод III — с атмосферой. В расторможенном состоянии поршни 2 и 4 находятся в верхнем положении, воздушный клапан 3 закрыт, а атмосферный клапан 1 открыт. При подаче сжатого воздуха на ввод II поршень 2 опускается, клапан 1 закрывается, а клапан 3 открывается. Давление воздуха на выводе I, действуя снизу на поршень 2, стремится закрыть клапан 3. Большая величина нижней площади ступенчатого поршня 2 приводит к тому, что давление воздуха в камерах передних тормозных механизмов будет нарастать медленнее, чем давление воздуха, устанавливаемое тормозным краном.

После достижения определенного давления на вводе II начнет опускаться вниз поршень 4, который в результате посадки на поршень 2 изменит соотношение рабочих площадей поршней, вследствие чего произойдет перелом характеристики клапана.

Рис. 49. Клапан ограничения давления.

 

Таким образом, наличие в тормозном приводе клапана ограничения давления приводит к снижению тормозной силы передних колес при торможении с малой интенсивностью. Выпуская воздух через вывод III при растормаживании, клапан работает подобно клапану быстрого растормаживания. Полость А сообщается с атмосферой для того, чтобы находящийся в ней воздух не создавал сил, действующих на поршни 2 и 4. Сила пружины, определяющей момент включения в работу поршня 4, при настройке клапана устанавливается подбором регулировочных прокладок 5.

 

7. Антиблокировочные системы

При торможении на неоднородном дорожном покрытии (например, левые колеса находятся на сухом асфальтобетоне φ₁  = 0,8, правые колеса на обледенелом покрытии φ₂= 0,2), на колесах возникают разные тормозные силы. Эта разность создает момент вокруг вертикальной оси, под действием которого автомобиль стремится к развороту (рис.50).

 

                                                               φ₁  = 0,8                  φ₂= 0,2

 

Рис. 50. Появление момента разворота из-за разности коэффициентов сцеплений:

М_yaw - момент разворота; F_В - тормозная сила; φ - коэффициент сцепления; 1 - колесо с высоким коэффициентом сцепления; 2 - колесо с низким коэффициентом сцепления.

Для сохранения управляемости и курсовой устойчивости автомобиля во время торможения на современных автомобилях применяют антиблокировочные системы.

Антиблокировочные системы (АБС, или  ABS) автомобилей представляют собой системы, оснащенные устройствами управления с обратной связью, которые предотвращают блокировку колес во время торможения и сохраняют управляемость и курсовую устойчивость автомобиля.