Запроектированная безопасность. Тормозная система
Когда автомобиль впервые появился на улицах городов, он вызвал бурю гнева у обывателей. Все протесты сводились к следующему: новый вид транспорта опасен, шумен и загрязняет воздух. Техника двадцатого столетия легко развеяла многие обывательские страхи, но первое впечатление от автомобиля оказалось в чем-то верным. Почти за семьдесят лет своего существования автомобиль выдвинул в государственном масштабе именно эти проблемы.
С ростом скоростей и интенсивности движения безопасность стала проблемой самостоятельной, в решении которой все большая роль отводится конструкции машины. В некоторых странах приняты законы, где оговорены обязательные требования к различным узлам и системам автомобиля. В СССР эти требования изложены в ГОСТах и отраслевых нормалях. Специальные рекомендации разрабатывает Европейская экономическая комиссия ООН. В первую очередь это относится к легковым автомобилям — именно они обладают наибольшими скоростями и ускорениями. А теперь уже разработаны рекомендации для автобусов и грузовиков.
Мы поведем речь о легковых машинах, поскольку в этой области накоплен наибольший опыт.
Итак, конструктор закладывает в проект модели те элементы, которые потом составят активную и пассивную безопасность автомобиля. Что это такое? Под средствами активной безопасности, о которых мы рассказываем в этом номере журнала, понимают такие элементы конструкции и компоновки, которые способствуют предотвращению аварий и несчастных случаев.
Естественно, сюда относится все, что улучшает управляемость и повышает устойчивость автомобиля, то есть делает более надежным его движение по прямой и на поворотах в разных условиях — при высоких скоростях, на мокрой и скользкой дороге. Значение этих качеств возрастает с повышением средних и максимальных скоростей движения. И одновременно возрастает роль эффективного замедления автомобиля при резком торможении. Сегодня это вопрос номер один в комплексе активной безопасности автомобиля.
Здесь есть свои сложности. Интенсивное торможение требует большого усилия на тормозной педали. Между тем возможности мышц человека ограничены. Ориентируясь на среднего водителя, во многих странах законодательные органы ввели для конструкторов специальное условие: усилие на педали не должно превышать 60 кг, а в некоторых странах — даже 30 кг. В результате большая часть современных легковых автомобилей снабжена вакуумными усилителями тормозов.
Механизм их действия прост. В момент торможения за прикрытой дроссельной заслонкой создается довольно высокое разрежение. И если одну полость вакуумного усилителя тормозов соединить с впускным коллектором, — атмосферное давление по другую сторону диафрагмы усилителя довольно интенсивно поможет водителю создать в гидросистеме необходимое давление. Это значительно облегчает управление автомобилем в сложных условиях. В разное время пытались применять вакуумно-механические, пневматические, фрикционные и другие усилители. Но сегодня господствующее положение занимает «гидровак». У нас гидровакуумный усилитель устанавливается на автомобилях «Москвич-412» производства АЗЛК, «Волга» ГАЗ-24, «Чайка» ГАЗ-13, ЗИЛ-114 и ЗИЛ-117.
Усилитель значительно облегчает управление тормозами. Но здесь есть одна опасность. Дело в том, что в зависимости от интенсивности торможения и числа пассажиров перераспределение веса может привести к тому, что задние колеса окажутся разгруженными. При резком торможении на большой скорости это влечет за собой их блокировку и занос. И конструкторы начали устанавливать в гидроприводе задних тормозов специальные регуляторы. Пропорционально нагрузке и интенсивности торможения они снижают давление жидкости в гидроприводе тормозов задних колес и этим уменьшают вероятность их блокировки. Такие регуляторы устанавливаются, например, на части «москвичей-412». Скоро ими будут снабжать все автомобили этой модели. Сейчас конструкторы работают над автоматическими системами, полностью предотвращающими блокировку колес при торможении на любых дорогах и при любой погоде.
Увеличение интенсивности торможения на высокой скорости резко ужесточает условия работы тормозных механизмов из-за нагрева. Высокие температуры вызывают деформацию барабанов в процессе торможения (они приобретают форму эллипса) и снижают стабильность коэффициента трения накладок — он может резко падать. В результате тормоза правой и левой сторон «берут» неравномерно и машину заносит, что в конечном итоге может привести к аварийной ситуации.
Поэтому конструкторы стали все шире применять дисковые тормоза, более стабильные в работе благодаря эффективному отводу тепла от диска и сжимающих его колодок. На спортивных (ЗИЛ-112), гоночных («Москвич-Г5М», «Эстония-16М», «Эстония-15М) и серийных автомобилях среднего и высшего (например, ЗИЛ-114 и ЗИЛ-117) класса «диски» часто применяют и на задних и на передних колесах. Однако в таком случае усложняется конструкция механизма ручного тормоза. Это обстоятельство, а также безусловно меньшие требования к эффективности задних тормозов на массовых автомобилях стали причиной того, что у большей части современных машин тормоза передних колес дисковые, а задних — барабанные. Такая схема применяется и на автомобиле ВАЗ-2101. Ведутся работы по внедрению ее и на другие модели, в первую очередь на «Москвич».
Тормоза в конструкции автомобиля — один из основных факторов безопасности. Вот почему так важно гарантировать безотказность их работы. Водитель в наши дни имеет возможность экстренно остановить автомобиль, даже если внезапно выйдет из строя какой-либо элемент тормозной системы, например, оборвется шланг гидропривода. Такую возможность обеспечивают раздельные системы привода тормозов. Главный цилиндр имеет два последовательно расположенных поршня, действующих на взаимно изолированные объемы жидкости, от которых отходят два трубопровода. В наиболее распространенной схеме один из трубопроводов соединяется с передними тормозами, другой — с задними (рис. 1). В этом случае передние и задние тормоза приводятся в действие двумя независимыми системами, и при выходе из строя одной из них водитель имеет возможность остановить автомобиль второй.
Раздельный привод тормозов по такой же схеме применяется на советских машинах ВАЗ-2101, всех гоночных автомобилях. На «Волге» разделяет ветви гидропривода специальный клапан-разделитель, находящийся сразу за гидровакуумным усилителем. К нему тормозная жидкость подводится по одному трубопроводу от обычного главного цилиндра. У гоночных «Москвича-Г5М» и «Эстонии-16М» два главных цилиндра, работающих параллельно.
Раздельная система гидропривода дает хороший эффект, но сегодня она уже не отвечает полностью требованиям безопасности. В случае неисправности гидропривода передних тормозов интенсивность торможения лишь одними задними резко падает. Поэтому, например, шведский завод СААБ применяет диагональную схему соединения шлангов гидропривода — одна ветвь приводит в действие тормоза переднего левого и заднего правого колес, вторая — переднего правого и заднего левого (рис. 2).
Более сложные схемы разработали шведская фирма «Вольво» и немецкая НСУ, которые применяют передние дисковые тормоза не с двумя, как обычно, а с четырьмя поршнями. Каждая система гидропривода у «Вольво» воздействует на два поршня каждого из передних колес и на поршни одного заднего (рис. 3). У НСУ-Ро-80, ФИАТ-130 одна система воздействует на два поршня каждого из передних колес и на задние тормоза, вторая — на два оставшиеся, большие по диаметру поршни каждого из передних колес (рис. 4). Последние две схемы гидропривода позволяют при выходе из строя одной из систем сохранять до 80 процентов эффективности торможения. Две независимые системы гидропривода тормозов предусмотрены также на легковых автомобилях ЗИЛ (рис. 5).
Итак, тормоза — главный инструмент безопасности — прошли сложный путь: от задних барабанных с механическим приводом (в 30-х годах) до раздельных систем привода дисковых тормозов с усилителем, антиблокировочным устройством и сигнализацией выхода из строя. Конструктивные усложнения — вот цена, которую приходится платить за повышение средних и максимальных скоростей.
См. продолжение: