Как работают тормоза в автомобиле: Объяснение

Что такое тормозная система в машине.

Наверное, многим водителям знакома ситуация, когда, например, на дорогу неожиданно выбегает собака, кошка или любое другое животное. Согласитесь очень неприятный момент. Ведь у нас есть всего доля секунды, чтобы отреагировать на ситуацию. В этот момент большинство из нас, наверное, нажмут педаль тормоза , и мы будем уверенные в том, что машина мгновенно начнет останавливаться. Но почему мы уверены в тормозах? Как работает тормозная система в автомобиле? Давайте узнаем, как тормоза, используя науку, останавливает тяжелую машину.

Наука останавливаться

Если вы двигаетесь у вас есть энергия — кинетическая энергия, если быть точным. Кинетическая энергия — это просто энергия, которой обладает объект, поскольку он имеет массу и скорость (скорость в определенном направлении). Чем больше у вас массы (чем тяжелее) и чем быстрее вы двигаетесь, тем больше у вас есть кинетической энергии.

Все это конечно хорошо. Но что делать, если вам вдруг нужно остановиться? Как же перейти от быстрого движения к тому, чтобы не двигаться вообще. Для этого вам необходимо избавиться от своей кинетической энергии.

Например, если вы прыгаете с высоты из летящего самолета, то лучший способ потерять энергию — это парашют. Благодаря гигантскому мешку ткани, который летит за вами, замедляет вас, уменьшая скорость и следовательно парашют помогает избавиться от вашей кинетической энергии.

В результате парашют позволяет вам спокойно приземлиться на землю целым и невредимым.

Кстати, мощные драгстер автомобили, которые являются рекордсменами по разгону с места, а также спорткары умеющие разгонятся до рекордных скоростей, также используют для остановки парашюты. Но большинство обычных автомобилей, как вы знаете, используют для остановки и снижения скорости традиционную гидравлическую тормозную систему, которая была изобретена еще в начале 20 века.

Разные тормоза для различных видов транспорта

В автомобилях, грузовиках, самолетах и поездах тормоза в целом работают в принципе одинаково. Также в мире существует множество других видов транспорта, которые также имеют похожий принцип торможения. Тормоза даже есть в ветровых турбинах. Вот краткое сравнение некоторых распространенных тормозных систем.

Велосипед

Если вы катаетесь на велосипеде вы знаете, что, разогнавшись, вам нечего бояться, так как когда вы захотите остановиться, вы воспользуетесь тормозом, предусмотренном в любом велотранспорте. Обычно для этого вы зажимаете тормозной рычаг на руле и велосипед начинает снижать скорость за счет того, что металлический трос, идущий от тормозного рычага, тянет небольшие суппорты, расположенные на колесе, заставляя толстые резиновые блоки прижиматься к колесу. В этот момент создается трение между тормозными резиновыми блоками и металлическим ободом колеса. В результате трения создается тепло и уменьшается кинетическая энергия вашего велосипеда. В итоге вы безопасно останавливаетесь.

Паровоз

Тормоза на паровозе работают, так же как и в автомобиле. На фотографии вы можете видеть тормоз. Он зажимает ведущие колеса локомотива, чтобы замедлить их. Но как же поезд останавливается, если на колесах нет шин? Ведь для остановки необходимо трение, в том числе и дорожной поверхностью?

Все просто. Так как локомотив имеет огромную массу, а его колеса не имеют резины трение создается именно из-за огромного веса, который давит на колеса, прижатые к металлическим рельсам. В результате трения металлических колес с металлическими рельсами также образуется большое количество тепла, которое и снижает кинетическую энергию двоящегося локомотива.

Мотоцикл

Мотоциклы обычно имеют дисковые тормоза , которые содержат тормозные диски, суппорт и тормозные колодки. Тормозной диск, как правило, имеет отверстия (или пазы). Принцип работы тормозов в мотоцикле прост: тормозная колодка, зажимается с помощью тросика, который, как и в велосипеде, может идти на рулевое колесо или на ножную педаль. Как только мотоциклист зажимает педаль тормоза или тормозной рычаг тросик прижимает колодки к тормозному диску. Отверстия в тормозном диске помогают рассеивать выделяемое тепло при трении.

Самолет

Самолеты имеют тормоза внутри своих колес. Это помогает остановить самолет на взлетно-посадочной полосе. Также в авиатехнике могут использоваться воздушные тормоза, которые увеличивают сопротивление воздуха, что в итоге и замедляет самолет во время полета. В том числе самолет может тормозить и за счет обратной тяги двигателей, если пилот включит реверс.

Ветровая турбина

Как мы уже сказали ветровые турбины также имеют тормозную систему. Она необходима, чтобы предотвращать слишком быстрое вращение роторов (пропеллеров). У большинства ветровых турбин есть анемометр, который измеряет скорость ветра. Если скорость ветра поднимается выше безопасного уровня, автоматически активируется тормоз, который и приводит к замедлению вращения пропеллеров, либо к их полной остановке.

К сожалению, высокие скорости ветра означают, что можно было бы получить больше энергии. Но безопасность всегда главнее.

Более детальный взгляд на автомобильные тормозные системы

Когда вы нажимаете на рычаг тормоза (обозначен на картинке желтым цветом), под заднее колесо (обозначено коричневым цветом) заезжает огромная тормозная колодка (синего цвета).

По сути, автомобиль садится на колодку-башмак, зубья которого сцепляются с дорожной поверхностью, в результате чего машина начинает замедляться и в конечном итоге остановится.

Большинство автомобилей имеют два или три разных типа тормозных систем . Обратите внимание на передние колеса вашей машины. За колесным диском вы увидите тормозные диски. Когда водитель нажимает педаль тормоза, с двух сторон тормозного диска зажимаются тормозные колодки из износостойкого материала.

В результате трения колодок с тормозными дисками образуется тепло, также снижается кинетическая энергия автомобиля, который в итоге начинает замедление. Как видите, тот же принцип, как и в мотоциклах и даже в велосипедных тормозах.

У некоторых автомобилей дисковые тормоза есть и на задних колесах. Но у многих автомобилей до сих пор на задних колесах установлены барабанные тормоза, которые работают несколько иначе. Вместо диска в таких тормозах используется тормозной барабан, внутри которого в полой области установлены также тормозные колодки, которые с помощью пружин и тормозных цилиндров при нажатии водителем педали тормоза прижимаются к поверхности барабана.

Ручной тормоз автомобиля тормозит задние колеса. Ручной тормоз активируется с помощью ручника расположенного внутри машины. Правда, по сравнению с нажатием педали тормоза, ручной тормоз менее эффективный и менее сильный.

У ускоряющего автомобиля есть масса энергии и когда вы активируете тормоза (неважно какие — барабанные, дисковые или ручной тормоз), то эта энергия превращается в тепло в результате трения тормозных колодок с барабанами или тормозными дисками.

Естественно из-за сильного трения барабаны и тормозные диски могут нагреваться до 500 °C и более! Вот почему барабаны или диски должны быть сделаны из таких материалов, которые не будут плавиться при высоких температурах. Например,для изготовления тормозных дисков, барабанов и тормозных колодок идеально подходят дорогие сплавы металлов, композиты или керамика.

Как работают тормоза в автомобиле

Картинка описание: Когда ваша нога нажимает педаль тормоза, тормозная жидкость в тормозной системе выжимается из узкого цилиндра в более широкий цилиндр. Эта система известна как гидравлическая система. Это позволяет значительно увеличить силу тормозного вашего усилия.

Теория.

Когда вы нажимаете на педаль тормоза, ваша нога, по сути, перемещает рычаг, который заставляет сдвинуть поршень в длинном узком тормозном цилиндре (главный тормозной цилиндр), который в свою очередь начинает двигать гидравлическую жидкость (тормозная жидкость) в сторону узкой трубки расположенной на конце тормозного цилиндра.

К этой трубке, как правило, подключены такого же диаметра трубки, идущие на каждый тормоз автомобиля. Далее тормозная жидкость по узким трубкам попадает в более объемные цилиндры, расположенные на колесах.

Поскольку тормозные цилиндры, расположенные на каждом колесе, намного больше, чем цилиндр, расположенный в тормозной системе сразу после педали тормоза, сила, которую вы изначально применили к педали тормоза, значительно увеличивается. В результате эта сила и сжимает тормозные колодки в каждом тормозе колеса.

На практике.

Наш простой пример показывает основной принцип работы гидравлической тормозной системы; на практике все немного сложнее.

На самом деле педаль тормоза фактически управляет четырьмя отдельными гидравлическими тормозными линиями, идущие на все четыре колеса. В нашем же примере мы показываем принцип работы тормозов на одном колесе автомобиля.

Для безопасности, как правило, во всех автомобилях используется два отдельных контура гидравлических тормозов. Это необходимо на тот случай, если вдруг из-за каких-то неисправностей вышел из строя один тормозной контур. В этом случае второй контур всей тормозной системы будет по-прежнему функционировать.

Кто изобрел гидравлические тормоза?

Гидравлические тормоза изобрел Малькольм Лугхед из Детройта, штат Мичиган, США в 1919 году. Выше вы можете видеть его улучшенную конструкцию гидравлической тормозной системы — середина 1920-х годов.

Эта система использует импульс (движущую силу) транспортного средства, чтобы обеспечить необходимое тормозное усилие для остановки машины. Эта сила толкает гидравлический поршень в цилиндре. Это первый в мире тормоз с электроприводом. То есть при нажатии педали тормоза поршень в цилиндре двигался не только за счет силы нажатия педали, но и благодаря движущейся силе транспорта.

Лугхэд и его брат Аллан были пионерами в авиастроении. Они основали компанию «Лугхед», известную как авиационное производственное предприятие.

Подпишитесь на наш канал , поделитесь мнением о материале и расскажите о нём друзьям. Больше интересных статей — на нашем сайте .

Эксплуатация автомобиля

По тормозам.

5. С ручником осторожней — передозировал усилие и занос задней оси гарантирован — не даром на любом авто первыми тормозят (и соответственно блокируются тоже первыми) именно передние колеса, а не задние!

все это происходит с точностью до наоборот
первыми всегда должны тормозить задние колеса. в противном случае если тормозят сперва передние а потом задние колеса, то задние имеют большую скорость и стремятся обогнать передние, вот тогда то и происходит занос.
и блокируются именно задние. при торможении центр масс машины смещается вперед и передние колеса прижимаются к дороге сильнее а задние соответственно послабже. отсюда выходит что требуемое для блокировки колес тормозное усилие на задней оси будет меньше чем на передней

все это прекрасно, но я категорически не согласен с пунктом 5

все это происходит с точностью до наоборот
первыми всегда должны тормозить задние колеса

Мало того, что ты неправ, так это еще и баян (поиском по форуму пользоваться не пробовал?)

Читай здесь: http://www.base.polstr.ru/ps/red/mat/000666/index.asp?RUB=3

почитал, интересно, но . не вижу противоречий.
я же говорю о том что первыми должны тормозить (не блокироваться, до этого доводить не надо) задние колеса, в то же время передние должны тянуть машину вперед вот тогда и будет устойчивость при торможении. разве не так.
для наглядности возьмем систему побольше — тягач с прицепом 🙂
если будет тормозить тягач а затем прицеп, то прицеп финишировать первым. а по жизни тормоза прицепа сработывают первыми именно во избежание подобных случаев.
и именно по всему поэтому на переднем приводе выход из заноса — добавить газу, а на заднем — убавить

зы. и причем тут поиск? непонятно. если бы я интересовался чем-либо то тогда все просто — поиск в интернете, форуме, затем вопрос обществу, но тут я просто высказал свое мнение и тогда зачем грозить мне баяном??

Все это конечно хорошо и правильно.. однако давайте посмотрим на физику.. а она весчь упрямая. .. вопрос ко всем сразу.

Два автомобиля — Один пустой , второй с 4-мя пассажирами.. — разгоняются до одной скорости и оба выжимают тормоз (бумем счтиать что АБС нет и колеса блокируются).
Вопрос: у какого из автомобилей тормозной путь будет короче ?

На сухоп покрытии, тормозной путь короче у более тяжолого авто, на мокром и скользком практически одинаково.

На авто действет две силы.. первая — инерция автомобиля, которая пытается его разогнать, вторая — сила трения действующая между колесами и поверхностью. (напомню колеса заблокированы).

ну так вот.. у груженого авто сила инерци выше (что очевидно), но и прижимная сила больше, для более легкого авто — все наоборот.
есть две силы одна тормозит, вторая еще тянет. и в том и в другом случаи при вычислении участвует такой параметр как масса авто.. вот его то и можно сократить.. а после этого формулы движения двух авто становятся ИДЕНТИНЫ.. вывод.. тормозной путь одинаков.

в момент торможения машина делает клевок вперед загружая переднии колеса, соответственно у машины имеющей большей вес, сила трения будет больше, что приведет к большему сопротивлению авто

а силы инерции все волишь разгрузят заднию ось, но это не снизит эффект торможения, т.к. центр масс смещенн вперед и калеса заблокированны

ну если силы инерции хватить только чтобы разгрузить заднюю ось.. то машина как минимум дожна остановиться как вкопанная, как максимум перевернуться относительно загруженной передней оси.

Прошу заметитить, что а специально сказал о 4-х пассажирах, с целью максимально увеличить массу автомобиля и при этом оставить его Ц.М. в том же поледении, именно поэтому все «клевки» и «усиления нагрузок или зазгрузок осей» буду отличаться пропорционально массе авто.. которая «по формуле» сокращается.

на самом же деле я как раз и привел этот примр чтобы показать, что разнича не в привоводе авто и не в том какая ось первая тормозит.. а вом какая больше нагружена..
в легковых — основная масса в передней части авто и поэтому эффективнее тормозят передние колеса
если авто полноприводная.. по учитывая наличие раздаток карданов и мостов — масса наиболее распределяется и поэтому загруженность задних колес только немного уступает передним.
если в наличии грузовик — но «якорем» будет служить именно задняя часть и тут ни о каком «начальном схватывании передних» колес не может идти и речи.

Андрей, против Ваших постов я ничего не имею

я просто прочитал пост и вспомнил олимапиадную задачку из школы «про два автомобиля» (она мне тогда очень понравилась). Вот я и решил поинтересоваться кто как на этот счет думает раз уж зашла речь о тормозах.

действительно конец рабочего дня.. что-то я сам стал уже путаться.

На сухоп покрытии, тормозной путь короче у более тяжолого авто, на мокром и скользком практически одинаково.

Это на полном серьезе или остроумная шутка?

Давайте, чтобы расставить точки над i я вам проведу расчет тормозных возможностей автомобиля. Не на словах, а математически.
Для начала разберемся с силами, которые действуют на машину в момент торможения. Рассматриваем все примитивно, поэтому считаем, что торможение автомобиля происходит на горизонтальной поверхности. Заблокированы в данном случае колеса или нет нам попросту неважно. Так как вопрос звучал, у кого тормозной путь будет короче, предлагаю считать, что оба водителя тормозят с наибольшей эффективностью. Сразу оговорюсь: я не буду учитывать в своих рассуждениях такие силы как аэродинамическое сопротивление воздуха, силы сопротивления качению; упущу и геометрические параметры автомобиля, которые в реальности используются в расчетах (расстояние между осями, расстояния между передней осью и центром тяжести, расстояние между задней осью и центром тяжести и т.п.).

Вот простой рисунок:

Сначала познакомимся со всеми силами, действующими на машину:
G — вес автомобиля, определяется как произведение массы на ускорение свободного падения, т.е: G = M x g .

Fj – сила инерции, которая заставляет автомобиль двигаться по инерции определяется как произведение ускорения на массу автомобиля, т.е.: Fj = M x a . Надо понимать, что при торможении, ускорение “a” в данной формуле величина отрицательная. Поэтому чем большего по модулю ускорения мы достигнем, тем быстрее наш автомобиль остановится. Для людей, от физики отстраненных, предлагаю именовать это ускорение в дальнейшем интенсивностью замедления.

R1 и R2 – силы реакции опоры. Как помним из физики R1 + R2 = G . Силы реакции опоры нам необходимы для расчета силы трения, которая определяется по формуле: Fтр1 = q x R1 ; Fтр2 = q x R2 (где q – коэффициент трения). Очевидно, что сила трения зависит от массы автомобиля.

F1 и F2 –тормозная сила. Тормозная сила от массы автомобиля не зависит. Она обусловлена только тормозными моментами, развиваемыми тормозными механизмами.
Очевидно, что чем больше тормозная сила, тем быстрее остановится автомобиль. Но. Тормозные силы на передних и задних колесах ограничены сцепными возможностями дорожного покрытия и резины, т.е. наиболее эффективное торможение будет тогда, когда будут выполняться равенства:
F1 = Fтр1 ; F2 = Fтр2
Т.е. говоря простым языком, максимальное замедление мы получим только в том случае, когда тормозная сила равна силе трения.

Теперь собственно пример расчета двух автомобилей. Первый, без пассажиров, т.е. массой M, второй с пассажирами, т.е. массой M + m. Для упрощения расчетов, рассмотрим ситуацию, когда оба автомобиля остановились мгновенно. Т.е. Fj = F1+F2

Так как коэффициенты трения и ускорение свободного падения величины постоянные, получается, что интенсивность замедления первого автомобиля и второго автомобиля равны, вне зависимости от массы!
Таким образом, можно сделать вывод, что два одинаковых автомобиля на дороге с одинаковым покрытием вне зависимости от нагруженности остановятся одинаково! Это в теории. В реальной жизни это правило не работает. Почему? Потому что тормозные возможности автомобиля, далеко не всегда удовлетворяют условию эффективного торможения, при котором тормозная сила должна быть равна силе трения. Как только мы перегрузим машин, наступит момент, когда мощности тормозных механизмов не хватит чтобы достичь тормозной силы равной силе трения. А вот сила инерции, окрыленная законами физики, добросовестно будет расти с увеличением массы (вплоть до бесконечности). Поэтому при достижении определенной “критической” массы, эффективность торможения в реальной жизни снижается.

Если же углубляться и принимать во внимание то факт, что сила инерции вызывает перераспределения веса автомобиля (т.е. реакции опор и как следствие сил трения) между передними и задними колесами, то расчет значительно усложнится и должен вестись в отношении конкретного, отдельно взятого автомобиля. В обобщенном варианте (если не оснащать автомобиля АБС и различными регуляторами), в расчет тормозной системы автомобиля вводят понятие коэффициент распределения тормозных сил b. Этот коэффициент равен отношению тормозной силы на передней оси и задней (т.е. b = F1 / F2). Выбирают его таким образом, что бы передние колеса первыми достигали блокировки при определенных коэффициентах трения, а задние колеса блокировались только при высоких коэффициентах трения. На современных автомобилях применяются:
регуляторы давления, которые позволяют изменять тормозные силы между осями в зависимости от коэффициента сопротивления. Дополнительно эффективность торможения обеспечивают и такие системы как EBD и ABS.