Kolik barů je v brzdovém systému – vše, co potřebujete vědět o brzdném tlaku

Ne každý motorista ví, že pomocí brzd můžete nejen zastavit a udržet auto na místě, ale také překonat kluzký prostor, nebezpečnou zatáčku, otočit se a dokonce přeskočit úzký příkop nebo výmol. Většina automobilových nadšenců si myslí, že po sešlápnutí brzdového pedálu pokračuje účinné brzdění až do úplného zastavení vozu. Ve skutečnosti to není pravda. Maximálního zpomalení je dosaženo, když se kola ještě točí, ale jsou již na hranici prokluzu. V tuto chvíli jejich valivý odpor dosahuje maxima. Když se kola zastaví a začnou klouzat po vozovce, třecí síla klesá a brzdná dráha se prodlužuje. Dovednost brzdění tedy spočívá v zastavení vozu současně s tím, jak se kola přestanou otáčet. Než ale uvedete praktická doporučení, jak toho dosáhnout, je užitečné si připomenout, co jsou brzdy a jak fungují.

Evoluce brzd

Spolehlivé brzdy se neobjevily okamžitě. Poměrně dlouhou dobu se ke zpomalení vozu používaly speciální „boty“, které byly přitisknuty k pneumatikám zadních kol. Tyto systémy byly vrtošivé a jejich mechanický pohon byl nespolehlivý. Navíc, aby brzdy fungovaly efektivně, bylo nutné vyvinout velmi velké síly na páky nebo pedály. Z tohoto důvodu byly téměř u všech raných vozů brzdy ovládány dlouhými pákami.

„botkové“ brzdy byly na počátku 1910. let nahrazeny brzdami s řemenovým převodem. Konstrukce převodu byla doplněna o brzdový buben, ke kterému byl pomocí speciálního mechanismu přitlačen řemen, nejčastěji ocelový. U pásových brzd byl pohon také mechanický, ale k jejich ovládání bylo zapotřebí menšího úsilí. Tehdy se objevily brzdové pedály s relativně krátkými páčkami. Pásové brzdy mají velmi významnou nevýhodu: při jízdě vzad prakticky nefungují. A hlavně u nich, jako u všech mechanicky poháněných brzd, nelze dosáhnout rovnoměrného a současného chodu brzd na všech kolech. Přesto se převodové brzdy používají dodnes, hlavně u těžkých vozidel, ale místo pásku jsou vybaveny třecími destičkami. V osobních automobilech se takové systémy používají pouze v parkovacích brzdách (například ve Volze GAZ-21).

Na počátku století byla mechanickými brzdami vybavena pouze zadní kola automobilů. Tehdy se věřilo, že auto s předními brzdami „odkýve“ a může se dokonce převrátit. Ve skutečnosti byl problém jiný: konstrukčně bylo téměř nemožné nainstalovat mechanický brzdový pohon na řízená kola. Hydraulicky poháněné brzdy podobné těm moderním na předních kolech se objevily až v roce 1924 na vozech Chrysler. Od té doby automobilky po celém světě přešly na hydraulické brzdové systémy, které se používají dodnes. Hydraulický systém zaručuje současný chod a rovnoměrnou sílu brzdových mechanismů na všechna čtyři kola a je také vysoce spolehlivý.

Brzdové systémy

Osobní automobil bývá vybaven čtyřmi brzdovými systémy: pracovním, náhradním (záložním), parkovacím a pomocným (může to být např. motor pracující v režimu brzdění). Každý brzdový systém se skládá z mechanismů, které vytvářejí brzdné síly a z pohonu, který zahrnuje všechna zařízení pro ovládání brzd.

Pracovní systém dává vozu negativní zrychlení – zpomaluje, ale někdy během jeho provozu dochází k bočnímu zrychlení. Tento jev se obvykle nazývá smyk, i když to není vždy správné. (Další informace o smyku viz „Věda a život“ č. 6, 1999.) V případech, kdy selžou provozní brzdy, je zapotřebí náhradní systém. Systém parkovací brzdy je navržen tak, aby udržoval vozidlo v klidu. Někdy se ale v kritické situaci musí jako dělník použít parkovací brzda – pro efektivnější brzdění a manévry například u vozu s předním náhonem se s ní můžete na místě otočit.

Proces brzdění trvá určitou dobu, která se skládá z reakční doby a rozhodování (v závislosti na kvalifikaci, věku a stavu řidiče se může pohybovat od 0,1 do 2 sekund) a doby odezvy mechanismů (záleží na konstrukční vlastnosti a technický stav brzdového systému a je asi 0,2 sekundy). Jejich součet udává dobu zpoždění. Dá se snadno spočítat, že když se to bude rovnat dvěma sekundám, tak při rychlosti 90 km/h stihne auto uběhnout 50 metrů, než začne zpomalovat.

Jak brzdy fungují, se obvykle posuzuje podle délky brzdné dráhy. U vozů s konvenčním brzdovým systémem je dobře viditelný z černých stop na asfaltu a lze jej snadno změřit metrem. U vozů s protiblokovacím brzdovým systémem (ABS) není možné měřit brzdnou dráhu na asfaltu – správně nakonfigurované ABS nezanechává stopy. Neméně důležitým ukazatelem brzdného výkonu je rovnoměrnost brzdných sil, na něm závisí stabilita stroje.

Kotoučové brzdy

U moderních osobních automobilů jsou kotoučové brzdy obvykle instalovány na přední kola a bubnové brzdy na zadní kola. Když sešlápnete brzdový pedál u kotoučových brzd, destičky se sblíží a sevřou brzdový kotouč a u většiny konstrukcí bubnových brzd se destičky rozcházejí a jsou přitlačeny k vnitřnímu válcovému povrchu bubnu. Vzniklá třecí síla zpomalí rotaci kol a ta se zastaví (zablokují).

V brzdovém mechanismu závisí třecí síla na rychlosti pohybu bubnu nebo kotouče vzhledem k destičkám (čím nižší rychlost, tím větší třecí síla) a na teplotě (čím vyšší je, tím menší je třecí síla ). Třecí síla je do značné míry ovlivněna stavem destiček a kotoučů (bubnů). Zaolejované nebo mokré destičky nejsou schopny kolo zastavit.

Kotoučové brzdy mají oproti bubnovým brzdám značné výhody. Mezi hlavní patří stabilita provozu, lepší podmínky chlazení a čištění, vyšší účinnost, nižší hmotnost a velikost. Ale jsou tu i nevýhody. Plocha destiček kotoučových brzd je menší než u bubnových brzd, takže vyžadují větší hnací síly a tím i vyšší tlak v hydraulickém systému.

Existují dva hlavní typy konstrukcí kotoučových brzd: s pevným třmenem (modely s pohonem zadních kol VAZ a Moskvich-2140) as plovoucím třmenem (modely s pohonem předních kol VAZ, Niva, Moskvich-2141). První jsou vybaveny oboustrannými hydraulickými válci, druhé – jednostranné. Systémy s plovoucí konzolou jsou kompaktnější, je u nich menší riziko přehřátí, ale zdvih pístu je téměř dvakrát delší než u systémů s pevnou konzolou a mají horší tuhost než oboustranné.

Ke zlepšení chlazení používají kotoučové brzdy často tzv. ventilované kotouče se vzduchovými kanály probíhajícími od středu k okrajům. V létě se bez takových kotoučů neobejdou výkonné rychlíky, v zimě ale mohou dělat problémy. Když se v kanálech nahromadí sníh, roztaje, ale voda nestihne odtéct. Pokud v mrazu zmrzne, kotouč může prasknout. Abyste tomu zabránili, musíte po opuštění závěje odklízet sníh od předních brzd nebo alespoň ujet 100-200 metrů nízkou rychlostí. Ventilované brzdové kotouče jsou instalovány v nových minibusech Volgas (GAZ-3110), VAZ-2110, Sobol a mnoha zahraničních automobilech.

Naprostá většina moderních automobilů používá hydraulické brzdové aktuátory. Jsou pohodlné, protože hydraulické trubky lze položit kdekoli a co je nejdůležitější, mají vysokou účinnost – až 95%. Mezi nevýhody hydraulických systémů patří snad jen nutnost jejich čerpání (odvod vzduchu) a určitá citlivost na teplotu. Při nízkých teplotách se zvyšuje viskozita brzdové kapaliny a při vysokých teplotách může dojít k varu kapaliny a brzdy pak ztratí svou funkčnost.

Aby se snížila síla na brzdový pedál a zároveň se zvýšila síla na destičky, je do systému pohonu brzd moderních automobilů zabudován posilovač. (První mechanický posilovač brzd byl patentován Louisem Renaultem v roce 1923.) Podtlakové posilovače jsou instalovány na domácích autech, fungují díky podtlaku v sacím potrubí motoru. Mnoho zahraničních automobilů, zejména amerických, používá hydraulické posilovače, ve kterých je dodatečná síla vytvářena speciálním čerpadlem a hydraulickým akumulátorem.

Spolehlivost brzdového systému

Pokud některý z mechanismů brzdového systému selže, musí stále zajišťovat účinné brzdění vozidla. Ke zvýšení spolehlivosti využívají hydraulické brzdové systémy zdvojení a oddělení okruhů. Například přední a zadní brzdy vozů VAZ-2106 mají samostatné okruhy. Pokud dojde k poruše v jednom z okruhů, auto zpomalí na úkor druhého. Pokud však přední okruh selže, řízení vozu je nebezpečné, protože zadní brzdy fungují méně efektivně než přední.

Na Moskvich -2141 je nainstalován spolehlivější, ale zároveň složitější brzdový systém, kde jeden okruh ovládá brzdy pouze předních kol a druhý – všechna čtyři. Pokud dojde k poruše hlavního (předního) okruhu, druhý (zadní) okruh je schopen pracovat poměrně efektivně.

U vozů Niva je schéma podobné, ale v pracovních mechanismech předních kol jsou instalovány tři válce. Dva z nich fungují pouze v předním okruhu a třetí je zařazen do společného okruhu se zadními brzdami. Nerovnoměrné opotřebení předních destiček na Nivě může sloužit jako nepřímý indikátor toho, že zadní brzdový okruh nefunguje správně.

Na modelech Zhiguli a Tavria s pohonem předních kol se používá tzv. diagonální okruh, kdy se spojí do jednoho okruhu levý přední a pravý zadní brzdový mechanismus a do dalšího okruhu pravý přední a levý zadní brzdový mechanismus. Pokud jeden z okruhů selže, zbývající umožní bez větších problémů dojet do autoservisu nebo garáže.

Brzdění bude účinné a bezpečné, když budou přední brzdy použity účinněji a o něco dříve než zadní. Aby brzdy takto fungovaly, jsou v systému zabudovány regulátory tlaku. Mění a rozdělují brzdné síly mezi přední a zadní kola v závislosti na zatížení vozidla a nápravě. Jednoduchý mechanický regulátor tlaku funguje jako ventil, který přerozděluje zásobu brzdové kapaliny mezi přední a zadní brzdový válec. Pokud se zatížení zadní nápravy zvýší, ventil se otevře a do zadních válců proudí brzdová kapalina a pokud se sníží, například při prudkém brzdění, když auto „kýve“, ventil se uzavře a do zadní části neteče prakticky žádná kapalina. brzdové válce. Tím se zabrání sklouznutí zadní nápravy do smyku.

Někteří automobiloví nadšenci odstraňují regulátor tlaku z brzdového systému svého vozu s odkazem na skutečnost, že nefunguje správně a často uniká. To byste samozřejmě neměli dělat. Za prvé, změny v konstrukci brzdového systému, které nejsou schváleny výrobcem, jsou zakázány a za druhé je k tomu třeba správně nastavit regulátor tlaku, stačí strávit 10 minut pod autem. Abychom byli spravedliví, poznamenáváme, že regulátory tlaku na všech domácích automobilech jsou instalovány nepohodlně a je obtížné s nimi pracovat. Ale je to nutné!

Protiblokovací brzdové systémy, které jsou instalovány na mnoha moderních dovážených automobilech, jsou potřebné k zabránění zablokování jednoho nebo více kol při brzdění na kluzké vozovce. To je důležité zejména v případech, kdy se kola jedné strany odvalují na suchém tvrdém povrchu a kola protilehlé strany kloužou například po ledu. Na takovém povrchu prudké brzdění u vozu s konvenčním brzdovým systémem nevyhnutelně povede ke smyku, protože třecí síly kol na asfaltu budou nezměrně větší než na ledu a vůz bude prudce vymrštěn směrem k asfalt. Pokud má vaše auto ABS, sleduje pohyb kol a jakmile jedno z nich začne zpomalovat více než ostatní (nebo se úplně zastaví), automaticky se sníží tlak v jeho brzdovém válci a kolo se začne otáčet znovu. Protiblokovací systém výrazně zvyšuje účinnost brzdění, zejména na kluzkém povrchu. Při sledování moderního cizího auta na kluzké vozovce se proto vyplatí dodržovat zvýšenou vzdálenost, protože v případě náhlého brzdění auto s ABS zastaví jeden a půl až dvakrát rychleji než naše Žiguli.

V příštím čísle budeme v rozhovoru o brzdách pokračovat: dáme pár užitečných tipů na techniku ​​brzdění a péči o brzdy, povíme si o poruchách brzdového systému a o tom, jak je odstranit.

Brzdový systém většiny vozidel je poháněn hydraulicky.
Stručný přehled hydraulického systému:
Velký tah brzdové pedály poháněn svalovou námahou nohy člověka ve výši například 50 kgf (kilogramová síla), podle principu páky se přemění na malý zdvih písty hlavního válce se silou, která je násobkem poměru mezi velkými a krátkými pažemi.
Pokud je délka ramene páky od místa působení síly k ose brzdového pedálu 400 mm (zelený segment) a od osy pedálu k ose posunovač – 80 mm (červená čára), což znamená, že 50 kgf se změní na 50 kgf * 400 mm / 80 mm = 50 * 5 kgf = síla 0,25 tuny.

Taková síla však stále nestačí na účinné brzdění, proto se využívá podtlakový posilovač brzd:

Ve výchozím stavu se v přední a zadní komoře vytvoří podtlak (tlak pod atmosférický), pro který je z vakuového zesilovače odsáván vzduch. U atmosférického motoru se k tomu využívá sací síla pístů motoru a podtlak se odebírá ze sacího potrubí. V motoru s turbodmychadlem je vakuum vytvářeno vývěvou.
Kamery jsou propojeny vakuový kanál.
Zadní kamera je navíc propojena s atmosférou atmosférický kanál.
Když sešlápnete brzdový pedál, kanály se překrývají nebo uzavřou následný ventil.

Před brzděním:
– podtlakový kanál je otevřený;
– atmosférický kanál je uzavřen;

– tlak v přední a zadní komoře je stejný a téměř rovný nule (vakuum);

– proto nedochází k žádnému výslednému efektu na membránu.

Při sešlápnutí brzdového pedálu:
– podtlakový kanál je zablokován;
– otevře se atmosférický kanál;

– atmosférický vzduch vstupuje do zadní komory;

– vzniká tlakový rozdíl mezi přední a zadní komorou;
– výsledný tlakový rozdíl posune membránu úměrně síle sešlápnutí brzdového pedálu, načež se atmosférický a podtlakový kanál překrývají (Logika sledovacího ventilu je realizována čistě mechanicky).
– systém se dostane do stabilního stavu, zvýšený tlak v zadní komoře pohne membránou velkou silou a membrána, která pomáhá noze řidiče, působí na písty hlavního brzdového válce.

Pokud v tuto chvíli řidič uvolněte tlak na brzdovém pedálu
– vakuový kanál se otevře až
– tlakový rozdíl mezi přední a zadní komorou se nezmění úměrně síle na brzdový pedál, poté
– podtlakový kanál se opět uzavře a systém se vrátí do stabilního stavu.

Pokud řidič zvýšit tlak na brzdovém pedálu
– otevře se atmosférický kanál и
– tlakový rozdíl mezi přední a zadní komorou se zvýší úměrně síle na brzdový pedál, poté
– atmosférický kanál se uzavře.

Když sešlápnete brzdový pedál na podlahu atmosférický kanál se zcela otevře a vakuový kanál se zcela uzavře.
Současně je tlakový rozdíl mezi přední a zadní komorou přibližně 1 atmosféra, tedy 1 kgf/cm². Je to hodně nebo málo? Zrovna mám doma rozebraný zesilovač z BMW N42. Změřil jsem průměr jeho bránice – 25 cm.
Plocha otvoru – 490 cm². Nechť je 8739 parazitní oblast tyčí bránice (pro pohodlí).
Předpokládejme, že účinnost vakuové pumpy nám umožňuje vytvořit v přední komoře vakuum až 0,1 atmosféry (1 kgf/cm²). Rozdíl tlaků je tedy 1 – 0,1 = 0,9 kgf/cm².
490 cm * 0,9 kgf/cm² = síla 441 kilogramů. Mnohem více úsilí, než může člověk vytvořit.

V případě poruchy podtlakového posilovače brzd v důsledku poruchy náběhového ventilu, poškození podtlakového potrubí nebo banálního vypnutí motoru bude řidič schopen brzdit pouze pomocí vlastní svalové síly.

Hlavní brzdový válec (GTZ) konstrukčně sestává ze dvou pístů v jednom válci.
To bylo provedeno pro zvýšení spolehlivosti systému: brzdová kapalina, pumpovaný jedním pístem, brzdí pouze dvě kola ze čtyř, například levé přední a pravé zadní a druhé – pravé přední a levé zadní.
Pokud dojde k poruše některého z okruhů kvůli odtlakování, auto bude brzdit pouze jedním předním a jedním zadním kolem.

Hydraulický tlak brzd.
Průměr pístů GTZ je v průměru 1 palec (2,54 cm, u většiny automobilů), plocha pístu je tedy 5.0671 cm², nebo přesně 5 cm² (vyhoďte 0,6 cm² pro plochu tyče).
S maximální silou na brzdový pedál 50 kgf a použitím podtlakového posilovače z BMW N42 bude mít těchto 5 cm² dopad 250 kgf + 441 kgf = 691 kgf.
Maximální tlak bude 691 kgf / 5 cm² = 138 kgf/cm².
V praxi je maximální tlak v brzdové hydraulice většiny automobilů 100 kgf/cm². U pokročilejších vozidel může dosáhnout 150 kgf/cm², protože kromě podtlakového posilovače pomáhá noze také pumpa ESP (ABS). Čerpadlo ESP dokáže více, 150 kgf/cm² – čistě elektronický limit, při jehož dosažení se otevře obtokový ventil.

Dráha brzdového pedálu.
Jak jsem psal výše, velký zdvih brzdového pedálu se převádí na malý zdvih pístů GTZ.
Tlak brzdové kapaliny nestoupne na maximum okamžitě, ale po:
– Brzdové písty se vysunou a přitlačí destičky k brzdovému kotouči;
– Deformace brzdové vedení, stejně jako destičky, písty třmenu a samotný třmen se nevyrovnají s tlakem. Navzdory skutečnosti, že všechny uvedené prvky jsou vyrobeny z kovu, je takový vysoký tlak poměrně citlivý.

Čím větší je plocha pístů GTZ, tím větší objem brzdové kapaliny vytlačí po stejné délce zdvihu, ale tím větší bude síla na tyč k vytvoření požadovaného tlaku kapaliny.
Na druhou stranu, čím menší je plocha pístů GTZ, tím menší síla na tyč je potřeba k vyvinutí požadovaného tlaku, ale zároveň bude potřeba větší zdvih pístů (a pedálu). aby se vytlačil požadovaný objem kapaliny.

Příklad pro názornost:
K vytvoření požadovaných 100 kgf/cm² s pístem o ploše 5 cm² je zapotřebí 500 kgf na tyči.
K vytvoření požadovaných 100 kgf/cm² s pístem o ploše 2,5 cm² je zapotřebí 250 kgf na tyči.

Pokud však během zdvihu dlouhého 2 centimetry píst o velikosti 5 cm² vytlačí až 10 cm³, pak píst s plochou 2,5 cm² bude potřebovat dvojnásobný zdvih (4 cm) pro stejný objem vytlačené kapaliny. .

Brzdový pedál s dlouhým a krátkým zdvihem.
Čím větší je plocha pístů GTZ, tím kratší je dráha brzdového pedálu a tím vyšší je komfort řidiče, protože brzdění nevyžaduje rozmáchlý pohyb nohy, ale o to obtížnější je dávkování brzdné síly.

Čím menší je plocha pístů GTZ, tím větší je dráha brzdového pedálu a tím snáze na něj řidič dávkuje sílu (za cenu snížení ergonomie).
GTZ s krátkým zdvihem se zpravidla používají na civilních vozidlech a s dlouhým zdvihem na sportovních vozidlech.