Тормоз — это механическое устройство , которое тормозит движение, поглощая энергию из движущейся системы. [1] Он используется для замедления или остановки движущегося транспортного средства, колеса, оси или для предотвращения его движения, чаще всего достигаемого посредством трения. [2]
Большинство тормозов обычно используют трение между двумя поверхностями, прижатыми друг к другу, для преобразования кинетической энергии движущегося объекта в тепло , хотя могут использоваться и другие методы преобразования энергии. Например, рекуперативное торможение преобразует большую часть энергии в электрическую энергию , которая может быть сохранена для последующего использования. Другие методы преобразуют кинетическую энергию в потенциальную энергию в таких сохраненных формах, как сжатый воздух или сжатое масло. Вихретоковые тормоза используют магнитные поля для преобразования кинетической энергии в электрический ток в тормозном диске, ребре или рельсе, который преобразуется в тепло. Другие методы торможения даже преобразуют кинетическую энергию в другие формы, например, путем передачи энергии вращающемуся маховику.
Тормоза обычно применяются к вращающимся осям или колесам, но могут также принимать другие формы, такие как поверхность движущейся жидкости (закрылки, выпущенные в воду или воздух). Некоторые транспортные средства используют комбинацию тормозных механизмов, например, гоночные автомобили с обоими колесными тормозами и парашютом или самолеты с обоими колесными тормозами и тормозными закрылками, поднятыми в воздух во время посадки.
Поскольку кинетическая энергия увеличивается квадратично со скоростью ( ), объект, движущийся со скоростью 10 м/с, имеет в 100 раз больше энергии, чем объект той же массы, движущийся со скоростью 1 м/с, и, следовательно, теоретический тормозной путь при торможении на пределе тяги может быть в 100 раз длиннее. На практике быстрые транспортные средства обычно имеют значительное сопротивление воздуха, и потери энергии на сопротивление воздуха быстро растут со скоростью.
Почти все колесные транспортные средства имеют тормоза того или иного рода. Даже багажные тележки и тележки для покупок могут иметь их для использования на движущейся рампе . Большинство самолетов с фиксированным крылом оснащены колесными тормозами на шасси . Некоторые самолеты также оснащены воздушными тормозами, предназначенными для снижения скорости в полете. Известными примерами являются планеры и некоторые самолеты времен Второй мировой войны , в первую очередь некоторые истребители и многие пикирующие бомбардировщики той эпохи. Они позволяют самолету поддерживать безопасную скорость при крутом снижении. Пикирующий бомбардировщик Saab B 17 и истребитель Vought F4U Corsair использовали выпущенное шасси в качестве воздушного тормоза.
Фрикционные тормоза на автомобилях сохраняют тепло торможения в барабанном или дисковом тормозе во время торможения, а затем постепенно отводят его в воздух . При движении под уклон некоторые автомобили могут использовать свои двигатели для торможения .
Когда педаль тормоза современного транспортного средства с гидравлическими тормозами нажимается на главный цилиндр , в конечном итоге поршень прижимает тормозную колодку к тормозному диску , что замедляет колесо. На тормозном барабане это похоже на то, как цилиндр прижимает тормозные колодки к барабану, что также замедляет колесо.
Тормоза можно в целом описать как использующие трение, насосные или электромагнитные. Один тормоз может использовать несколько принципов: например, насос может пропускать жидкость через отверстие для создания трения:
Фрикционные тормоза являются наиболее распространенными и могут быть в целом разделены на « колодочные » или « накладные » тормоза, использующие явную поверхность износа, и гидродинамические тормоза, такие как парашюты, которые используют трение в рабочей жидкости и не изнашиваются явно. Обычно термин «фрикционный тормоз» используется для обозначения колодок/колодочных тормозов и исключает гидродинамические тормоза, хотя гидродинамические тормоза используют трение. Фрикционные (колодочные/колодочные) тормоза часто представляют собой вращающиеся устройства с неподвижной колодкой и вращающейся поверхностью износа. Обычные конфигурации включают колодки, которые сжимаются, чтобы тереться о внешнюю часть вращающегося барабана, такие как ленточный тормоз ; вращающийся барабан с колодками, которые расширяются, чтобы тереться о внутреннюю часть барабана, обычно называемый « барабанный тормоз », хотя возможны и другие конфигурации барабана; и колодки, которые зажимают вращающийся диск, обычно называемый « дисковый тормоз ». Другие конфигурации тормозов используются, но реже. Например, тормоза тележки PCC включают плоский башмак, который зажимается на рельсе с помощью электромагнита; Тормоз Murphy зажимает вращающийся барабан, а дисковый тормоз Ausco Lambert использует полый диск (два параллельных диска с конструкционным мостом) с колодками, которые располагаются между поверхностями дисков и расширяются в стороны.
Барабанный тормоз — это тормоз транспортного средства, в котором трение создается набором тормозных колодок , которые давят на внутреннюю поверхность вращающегося барабана. Барабан соединен с вращающейся ступицей ходового колеса.
Барабанные тормоза обычно можно найти на старых моделях автомобилей и грузовиков. Однако из-за низкой стоимости производства барабанные тормозные установки также устанавливаются на заднюю часть некоторых недорогих новых транспортных средств. По сравнению с современными дисковыми тормозами барабанные тормоза изнашиваются быстрее из-за своей склонности к перегреву.
Дисковый тормоз — это устройство для замедления или остановки вращения дорожного колеса. Тормозной диск (или ротор в американском английском), обычно изготавливаемый из чугуна или керамики , соединен с колесом или осью. Чтобы остановить колесо, фрикционный материал в виде тормозных колодок (установленных в устройстве, называемом суппортом тормоза ) механически , гидравлически , пневматически или электромагнитно прижимается к обеим сторонам диска. Трение заставляет диск и прикрепленное к нему колесо замедляться или останавливаться.
Насосные тормоза часто используются там, где насос уже является частью оборудования. Например, поршневой двигатель внутреннего сгорания может иметь прекращенную подачу топлива, и тогда внутренние насосные потери двигателя создают некоторое торможение. Некоторые двигатели используют перекрытие клапана, называемое тормозом Джейка, чтобы значительно увеличить насосные потери. Насосные тормоза могут сбрасывать энергию в виде тепла или могут быть рекуперативными тормозами , которые перезаряжают резервуар давления, называемый гидравлическим аккумулятором .
Электромагнитные тормоза также часто используются там, где электродвигатель уже является частью оборудования. Например, многие гибридные бензиновые/электрические транспортные средства используют электродвигатель в качестве генератора для зарядки электрических батарей, а также в качестве рекуперативного тормоза . Некоторые дизельные/электрические железнодорожные локомотивы используют электродвигатели для выработки электроэнергии, которая затем отправляется в блок резисторов и сбрасывается в виде тепла. Некоторые транспортные средства, такие как некоторые транзитные автобусы, уже не имеют электродвигателя, но используют вторичный тормоз-«замедлитель», который фактически является генератором с внутренним коротким замыканием. Связанными типами такого тормоза являются вихретоковые тормоза и электромеханические тормоза (которые на самом деле являются фрикционными тормозами с магнитным приводом, но в настоящее время их часто также называют просто «электромагнитными тормозами»).
Электромагнитные тормоза замедляют объект посредством электромагнитной индукции , которая создает сопротивление и, в свою очередь, либо тепло, либо электричество. Фрикционные тормоза оказывают давление на два отдельных объекта, чтобы замедлить транспортное средство контролируемым образом.
Тормоза часто описываются по нескольким характеристикам, включая:
Компоненты фундамента — это компоненты тормозного узла на колесах транспортного средства, названные так потому, что они формируют основу остальной части тормозной системы. Эти механические части, находящиеся вокруг колес, управляются воздушной тормозной системой.
Три типа основных тормозных систем — это тормоза с S-образным кулачком, дисковые тормоза и клиновые тормоза. [3]
Большинство современных легковых автомобилей и легких фургонов используют вакуумную тормозную систему, которая значительно увеличивает силу, прикладываемую к тормозам автомобиля его оператором. [4] Эта дополнительная сила создается вакуумом в коллекторе, создаваемым потоком воздуха, который блокируется дроссельной заслонкой работающего двигателя. Эта сила значительно уменьшается, когда двигатель работает при полностью открытой дроссельной заслонке, поскольку разница между давлением окружающего воздуха и давлением воздуха в коллекторе (абсолютным) уменьшается, и, следовательно, доступный вакуум уменьшается. Однако тормоза редко применяются при полном газе; водитель снимает правую ногу с педали газа и перемещает ее на педаль тормоза - если только не используется торможение левой ногой .
Из-за низкого вакуума на высоких оборотах сообщения о непреднамеренном ускорении часто сопровождаются жалобами на отказавшие или ослабленные тормоза, поскольку высокооборотистый двигатель с открытой дроссельной заслонкой не может обеспечить достаточного вакуума для питания усилителя тормозов. Эта проблема усугубляется в автомобилях, оснащенных автоматической коробкой передач, поскольку автомобиль автоматически переключается на пониженную передачу при нажатии на тормоза, тем самым увеличивая крутящий момент, передаваемый на ведущие колеса, контактирующие с поверхностью дороги.
Более тяжелые дорожные транспортные средства, а также поезда обычно усиливают тормозную силу с помощью сжатого воздуха , подаваемого одним или несколькими компрессорами.
Хотя в идеале тормоз должен преобразовывать всю кинетическую энергию в тепло, на практике значительная ее часть может преобразовываться в акустическую энергию , способствуя шумовому загрязнению .
Для дорожных транспортных средств производимый шум значительно варьируется в зависимости от конструкции шин , дорожного покрытия и величины замедления. [5] Шум может быть вызван разными причинами. Это признаки того, что могут быть проблемы с износом тормозов с течением времени.
Неисправности железнодорожных тормозов могут вызывать искры и вызывать лесные пожары . [6] В некоторых очень экстремальных случаях дисковые тормоза могут раскаляться докрасна и загореться. Это произошло на Гран-при Тосканы, когда у автомобиля Mercedes W11 передние карбоновые дисковые тормоза почти вспыхнули из-за плохой вентиляции и интенсивного использования. [7] Такие пожары также могут возникать на некоторых фургонах Mercedes Sprinter , когда заедает датчик регулировки нагрузки, и задние тормоза должны компенсировать передние. [8]
Значительное количество энергии всегда теряется при торможении, даже при рекуперативном торможении , которое не является идеально эффективным . Поэтому хорошим показателем эффективного использования энергии во время вождения является отметка того, насколько сильно вы тормозите. Если большая часть замедления происходит из-за неизбежного трения, а не торможения, вы выжимаете большую часть мощности из транспортного средства. Минимизация использования тормозов является одним из способов максимизации экономии топлива .
Хотя энергия всегда теряется во время торможения, вторичным фактором, влияющим на эффективность, является «торможение при выключенном тормозе» или сопротивление, которое возникает, когда тормоз не приводится в действие намеренно. После торможения гидравлическое давление в системе падает, позволяя поршням тормозного суппорта втягиваться. Однако это втягивание должно учитывать всю податливость в системе (под давлением), а также тепловую деформацию компонентов, таких как тормозной диск или тормозная система, будет тянуться до тех пор, пока контакт с диском, например, не оттолкнет колодки и поршни от трущейся поверхности. В это время может быть значительное торможение. Это торможение может привести к значительной паразитной потере мощности, тем самым влияя на экономию топлива и общую производительность автомобиля.
В 1890-х годах деревянные колодки устарели, когда братья Мишлен представили резиновые шины. [9]
В 1960-х годах некоторые автопроизводители заменили барабанные тормоза дисковыми. [9]
В 1966 году ABS была установлена на автомобиле Jensen FF Grand Tourer. [9]
В 1978 году Bosch и Mercedes обновили свою антиблокировочную тормозную систему 1936 года для Mercedes S-Class . Эта ABS — полностью электронная, четырехколесная и многоканальная система, которая позже стала стандартной. [9]
В 2005 году система ESC, которая автоматически задействует тормоза, чтобы избежать потери управления, стала обязательной для перевозчиков опасных грузов без регистраторов данных в канадской провинции Квебек. [10]
С 2017 года многие страны Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) используют систему помощи при торможении (BAS) — функцию тормозной системы, которая определяет необходимость экстренного торможения на основе характеристики нажатия водителем на педаль тормоза и в таких условиях помогает водителю улучшить торможение. [11]
В июле 2013 года [11] был принят Регламент ЕЭК ООН по транспортным средствам 131. Этот регламент определяет усовершенствованные системы экстренного торможения (AEBS) для большегрузных транспортных средств, которые автоматически обнаруживают потенциальное лобовое столкновение и активируют тормозную систему транспортного средства.
23 января 2020 года [11] были приняты Правила ЕЭК ООН № 152 по транспортным средствам, определяющие усовершенствованные системы экстренного торможения для легковых автомобилей.
С мая 2022 года в Европейском Союзе по закону новые транспортные средства будут иметь усовершенствованную систему экстренного торможения. [12]
