Системы управления автомобилем: теория торможения
Тормозной путь машины напрямую зависит от ее массы. Формула, выведенная Ньютоном и определяющая кинетическую энергию массы движущегося тела, имеет вид Ек = mv²/2. Во время остановки автомобиля, энергия движения никуда не исчезает, а переходит в иные формы. В данном случае эта энергия поглощается силой трения тормозных колодок о диски или барабаны. При этом выделяется соответствующее количество теплоты.
Эффективность торможения, которая нас интересует прежде всего, зависит не только от исправности тормозного механизма, но и от сцепления шин с дорожным покрытием. Тормоза могут заблокировать колеса, но автомобиль при этом продолжит свой путь юзом. И какая бы продвинутая антиблокировочная система не стояла в автомобиле, и какими бы качественными не были тормозные диски, если под колесами лед, то зацепиться за него обычной резине попросту нечем.
Автомобиль максимально управляем, пока его колеса крутятся без пробуксовки. Как только колеса опережают вращением пройденный путь или блокируются, об управляемости уже речь не идет, и машина уже подчиняется законам обычного движущегося тела. Продвинутая бортовая электроника старается удерживать вращение колес на грани соскальзывания, обеспечивая этим максимум сцепных сил, однако – в рамах заданных условий. Но в зависимости от качества покрытия максимумы оборотов колес могут быть разными.
Коэффициент сцепления шин с дорожным покрытием выражается коэффициентом φ. Например, на мокром асфальте при φ = 0 наступает аквапланирование, а на сухом асфальте значение φ приближается к 0,8…1,0. Чемпионы сцепления с дорогой – слинки гоночных болидов Формулы-1. Они способны обеспечить замедление равное по силе нескольким g.
Со времен изобретения колеса принцип торможения практически не изменился. Все то же трение с выделением тепла, которое затем рассеивается в атмосфере. Изменились только сами механизмы, обеспечивающие это трение. Причем настолько, что за их действием даже тяжело рассмотреть первоначальный принцип. Речь идет о рекуперации энергии торможения. Зачем сначала разгонять автомобиль, а затем, притормаживая, тратить энергию впустую, ведь можно возвратить ее себе, например, заряжая аккумулятор. Традиционные же колодки можно задействовать только при экстренном торможении или полной остановке.
Изготовленные из металла тормозные диски при трении о колодки получают огромное количество теплоты за короткий период времени. При интенсивных торможениях они даже могут раскалиться докрасна, особенно тонкие или изношенные. Неравномерность нагрузки на контактные поверхности отдельных колес приводит и к неравномерному нагреву. Диски, которые берут на себя больше трения, разогреваются настолько, что могут оплавить фрикционные накладки, после чего их торможение перестает быть эффективным.
Однако и отсутствие трения при резкой блокировке тормозного диска невыгодно, поскольку тогда основные калории от трения достаются протектору. Кроме того, резкая блокировка колес приводит сильным напряжениям в кузовных деталях на уровне пятна сцепления с дорогой. Плечо инерции автомобиля создает мощнейший «клевок», уничтожающий покрышки передних колес.
Перегрев диска может привести не только к сиюминутному отказу тормозов, но изменению его геометрии. Проще говоря, его может повести. Стараясь избежать таких последствий, тормозные диски сделали вентилируемыми. Полностью они не охлаждаются, но на 100-200°С их температура все же падает, а вместе с ней и вероятность отказа тормозов.
Изменение геометрии диска ведет к серьезным последствиям. Если величина осевого биения превышает 0,2 мм, плавающая скоба уже не поспевает за колебаниями. Руль начинает вибрировать, а автомобиль тянет в сторону. В этом случае многие сразу едут протачивать диск, но профессионалы рекомендуют проехать так еще хотя бы 100 км, чтобы дать диску окончательно стабилизироваться. Бывали случаи, когда диск сам собой принимал первоначальную форму, так почему бы не попытать счастья?!
Если износ диска больше 1мм, то его лучше заменить. Со временем любой диск вытирается, приобретая вогнутое сечение. При замене тормозных колодок получается так, что они первое время контактируют с диском только краями, поэтому тормоза становятся менее эффективными. Чтобы ускорить процесс притирания, можно самостоятельно скруглить края колодок, придав им необходимое сечение.
Если говорить о преимуществах дисковых тормозов перед барабанными, то на первый план выходит их быстродействие. Однако и барабанные имеют свои плюсы – детали меньше разогреваются из-за большей площади охлаждения и лучшего отведения тепла. Если сравнивать обе системы по прочности, то побеждает чугунный диск, поскольку алюминиевый барабан, а значит более мягкий. Правда в его активе эффект самоусиления торможения: барабан как бы набегает на колодку и вызывает этим ее дополнительное расклинивание.
Точность и симметрия тормозных сил, которую способна предоставить дисковая система, особенно важна для передней оси. Именно поэтому дисковые тормоза в первую очередь устанавливаются впереди. Однако не стоит полагать, что барабанные тормоза – пережиток прошлого. Если бы это было так, то от них бы уже давно отказались, поскольку особой экономии от их использования нет. Просто это другая система, которая неплохо справляется с торможением задних колес.
