Мой собственный кусочек Internet'a Голосов: 1 Адрес блога: http://own.in.ua/ Добавлен: 2011-03-19 14:07:40

Гидровакуумный усилитель тормозов

2011-07-13 22:48:50 (читать в оригинале)

Если рассмотреть все модели легковых автомобилей, появившиеся за последние годы, нетрудно заметить — мощность двигателей неуклонно растет, все больше становится скорость и все выше динамика. Быстро увеличивается и количество машин на улицах и дорогах. Отсюда вывод: необходимо совершенствовать агрегаты, влияющие на безопасность движения, и прежде всего «основу безопасности» — тормоза автомобиля.

«Москвич-412» — высокоскоростная и динамичная машина. Прежняя тормозная система, которая была вполне пригодна на «408-м», для нового автомобиля оказалась недостаточно эффективной на высоких скоростях. Существенно увеличить рабочий ход педали было нельзя: возросло бы время срабатывания тормозов (а с ним и остановочный путь автомобиля). Это свело бы на нет достигнутый таким способом выигрыш в силе. Требовалось найти другой выход, какой-то источник силы в помощь мышцам человека. В практике современного автомобилестроения известны различные конструктивные схемы гидравлических, пневматических и комбинированных усилителей тормозов. Одну из них — гидровакуумный усилитель («гидравак») применили конструкторы АЗЛК для «Москвича-412». Выгоды «гидровака» — в уменьшении более чем вдвое усилия, прилагаемого водителем к педали, без каких-либо переделок в существующем приводе тормозов, простота установки и обслуживания. Важно и то, что в случае отказа усилителя, тормозная система не выходит из строя, а просто работает так же, как на прежних моделях «Москвича».

Итак — гидровакуумный усилитель. Как он устроен и действует?

Вы знаете, что во впускном коллекторе работающего карбюраторного двигателя всегда имеется некоторое разрежение (именно благодаря ему горючая смесь поступает из карбюратора в камеры сгорания). Величина этого разрежения зависит от степени открытия дроссельной заслонки и числа оборотов двигателя — чем больше открыта заслонка и ниже число оборотов, тем меньше разрежение. Максимума же оно достигает при полностью закрытой заслонке и высоком числе оборотов, то есть, когда вы, двигаясь с большой скоростью, «бросаете газ» и тормозите. Это соотношение и положено в основу устройства усилителя тормозов.

Рассмотрим его работу (см. рисунки). Первый этап. В камере 3, соединенной с впускной трубой, тоже разрежение. Пока вы не нажимаете на тормозную педаль, вакуумный клапан поршня 10 следящего механизма открыт, и в камере 6 поддерживается то же разрежение, что и во всей вакуумной части усилителя. Второй этап — слабое нажатие на тормозную педаль. Жидкость из главного цилиндра, следуя по каналам, свободно протекает через отверстие поршня 1. Выбираются все рабочие зазоры, тормоза готовы к действию. Третий этап — сильное нажатие на педаль. Под давлением жидкости поднимается поршень 10 следящего механизма, вакуумный канал на его торце перекрывается уплотнительной резиновой прокладкой воздушного клапана 8, который начинает открываться, пропуская воздух через фильтр 7. Теперь в камере 6, за поршнем, атмосферное давление, а в камере 3, перед поршнем, как вы помните, сохраняется разрежение. Поршень 5 под действием разности давлений приходит в движение, его шток упирается в поршень 1 гидравлической системы, перекрывает отверстие в нем и давит на жидкость, которая поступает к тормозным механизмам.

Одновременно жидкость из главного цилиндра продолжает под давлением поступать в систему «гидровака». С одной стороны, она поддерживает поршень 10 и тем самым открывает воздушный клапан 8, а с другой — давит на торец поршня 1, присоединяясь к воздействию на него штока 2.

Происходит торможение, причем сила, которая помогает мышцам ноги, будет тем больше, чем больший диаметр поршня 5 выбрал конструктор.

Теперь внимание. Мы упоминали термин «следящий механизм». Что это такое? За чем он следит и для чего нужен? Это устройство, «наблюдающее» за тем, чтобы тормоза работали плавно, чтобы при нажатии на педаль не получалось мгновенного «юза» и всех неприятностей, обычно связанных с таким «неуправляемым» торможением. Следящий механизм устроен очень просто. На схеме вы видите, что «вакуумная» и «воздушная» части усилителя разделены диафрагмой 9, связанной с поршнем 10. Когда он, поднимаясь под давлением жидкости, закроет вакуумный и откроет воздушный клапан, на него будут действовать три силы: снизу — давление жидкости, сверху — давление атмосферного воздуха на диафрагму, зависящее от степени открытия воздушного клапана, и снизу же — разрежение, которое все время сохраняется в камере 3. От сочетания этих сил и зависит степень открытия воздушного клапана.

Так устанавливается прямая пропорциональная зависимость между силой нажатия на педаль (давлением жидкости в системе) и степенью открытия воздушного клапана, а следовательно, силой, действующей на шток 2. Подбором конструктивных элементов (в основном диаметров диафрагмы 9 и поршня 10) можно обеспечить работу тормозов с любой плавностью.

На графике, показывающем работу усилителя, кривая от «А» (когда он начинает работать) до «Б характеризует нарастание усилия, развиваемого «гидроваком» в зависимости от силы нажатия на педаль. Наклон этого участка кривой как раз и характеризует работу следящего механизма. Его элементы подбираются обычно опытным путем, так чтобы обеспечить наивыгоднейшее соотношение между силой нажатия на педаль и эффективностью торможения.

В точке «Б» усилие, с которым «гидровак» помогает вам, достигает наибольшей величины — воздушный клапан открыт полностью.

Дальнейшее увеличение тормозного момента (кривая, как видите на графике, продолжает идти вверх) обеспечивается второй слагаемой силы — давлением жидкости на поршень 1.

И, наконец, четвертый этап — оттормаживание. Давление на педаль прекращается, опускается поршень 10, закрывая воздушный и открывая вакуумный каналы. Давление «за» и «перед» рабочим поршнем 5 выравнивается (в обеих камерах разрежение); под действием пружины 4 поршень 5 возвращается в исходное положение, так же как поршень 1. Канал в последнем вновь открыт, и жидкость из рабочих тормозных цилиндров свободно перетекает в резервуар главного. Цикл закончен.

1. Давления жидкости нет. В обеих камерах разрежение.
2. Слабое нажатие. Усилитель не работает. Жидкость проходит через него свободно.
3. Сильное нажатие. Перекрыт вакуумный и открыт воздушный клапан. Шток рабочего поршня закрыл отверстие в гидравлическом поршне. Усилитель работает.
4. Оттормаживание». Закрыт воздушный и открыт вакуумный клапан. Воздух в камере за поршнем разрежается, поршни возвращаются в исходные положения, жидкость из рабочих цилиндров перетекает в бачок главного.
Условные обозначения: желтый цвет — воздух атмосферного давления; синий — разреженный воздух; зеленый — жидкость; красный — жидкость под давлением.

Теперь несколько слов об уходе за гидровакуумным усилителем. Это один из механизмов автомобиля, который не нуждается в регулировках.

Периодически следует только очищать (сжатым воздухом) воздушный фильтр от пыли. Если усилитель по какой-либо причине выйдет из строя, не советую чинить его «домашними» средствами — это может кончиться печально. Нужно отключить его от впускной трубы (при этом он, конечно, перестанет действовать на тормоза), заглушив в ней отверстие. Некоторое время, чтобы, например, доехать до станции технического обслуживания или до гаража, можно обходиться и без усилителя, помня, естественно, что эффективность тормозов при этом значительно ухудшится. Одна небольшая особенность: при прокачке тормозной системы с гидровакуумным усилителем двигатель автомобиля должен работать. Лучше прокачку провести дважды — с заглушённым и с работающим мотором.

В заключение хочу обратить особое внимание на сорт и качество тормозной жидкости. Применяйте только такую, которая рекомендуется заводом — розового или зеленого цвета (ТУ МХК СССР 1608-47, ТУ 35-ХП-430-62 или ТУ 35-ХК-482-64). Эти обозначения указаны на этикетке тары. Смешивать жидкости или пользоваться заменителями не рекомендуется. Это грозит разрушением резиновых деталей и выходом из строя всей тормозной системы.

---

Подвеска «Мак-Ферсон»

2011-06-14 00:21:21 (читать в оригинале)

Эта конструктивная схема независимой подвески колес, называемая еще свечной, за последние годы получила довольно широкое распространение, особенно на легковых автомобилях малого литража.

В ней нет верхнего рычага. На нижний через шаровой шарнир опирается стойка подвески, которая одновременно является цилиндром гидравлического телескопического амортизатора. В общем, амортизатор одновременно выполняет функции шкворня. Пружина подвески одной стороной опирается на чашку, жестко закрепленную на верхней части стойки, а другой — на чашку, которая вместе с верхним концом штока амортизатора через резиновые втулки соединена с кузовом. Зона, в которой находится эта верхняя чашка, лежит вблизи передней стойки кузова. Таким образом, от подвески на несущий кузов усилие передается в смысле нагружения более рационально. Независимая передняя подвеска традиционного типа уступает и в другом: усилие от ее пружины передается через поперечину на лонжерон подмоторной рамы. При этом сам лонжерон подвергается изгибу, и возникает необходимость вводить между ним и переборкой кузова, лежащей в зоне стоек лобового стекла, дополнительные силовые связи.

Подвеска типа «Мак-Ферсон» (каждая ее сторона) присоединена к кузову в трех точках; она компактнее и легче обычной независимой на двух поперечных рычагах. В то же время такая подвеска служит причиной повышенного «гула» несущего кузова под воздействием толчков, передаваемых на него непосредственно пружиной. Поэтому она находит применение главным образом на малолитражных автомобилях, где ниже требования к комфорту. Ее устанавливают, например, на «Альфа-ромео-альфасуд», «Ауди-50», «Лянча-монтекарло», «Пежо-104», ФИАТ-131, «Фольксваген-гольф», «Фольксваген-сирокко».

---

Антикрыло

2011-06-13 23:01:14 (читать в оригинале)

Вы садитесь за руль «Запорожца». Поворот ключа, и ожили его четыре цилиндра. А теперь вообразите, что за плечами у вас не 30-сильный «движок», а «моторище» в 420 л. с. — точно такой, что стоит у Грэхема Хилла на гоночном «Лотос-49Б». Тронуться с места — целая проблема: колеса буксуют, а протектор шин сразу же обращается в сизый дым. Но английскому гонщику не легче, чем вам. Его машина весит столько же, и даже на прямой передаче, когда ее скорость — полные 280 км/час, колеса все еще пробуксовывают. Управлять «Лотосом» так же сложно, как вам вести «Запорожец» по обледенелой дороге.

Последние пять или шесть лет автомобильный спорт переживает нашествие сверхмощных машин. На чемпионате мира, в Ле-Мане и на треке Индианаполиса стартуют спортивные и гоночные автомобили, у которых под капотом 400, а то и все 500 лошадиных сил. Но их веса (800 или 700, а подчас и 500 кг) совершенно недостаточно, чтобы прижать ведущие колеса к дороге, полностью использовать громадный запас мощности.

Спортивные «Феррари-330П4», которые стартовали в прошлогодних 24-часовых гонках в Ле-Мане, весили 850 кг и при мощности двигателей 450 л. с. без труда достигали на прямых участках 320 км/час. Но при прохождении поворотов они (как и другие «болиды») не имели существенных преимуществ перед менее мощными автомобилями — не хватало сцепления ведущих колес с дорогой. При разгонах на выходе из поворотов колеса буксовали, теряя резину протекторов и драгоценные секунды.

Тогда конструкторы пошли на применение сверхшироких покрышек — ведь чем больше «пятно контакта» шины с дорогой, тем лучше сцепление с ней. Так родились гоночные покрышки размером 16,50—15. Они монтируются на обод шириной 420 мм и диаметром 382 мм, а их беговая дорожка лишь немногим уже самого обода. Однако же на высоких скоростях «катки» новых шин повели себя совершенно недопустимо.

На мокрой дороге сверхширокая шина нагнетала под себя «водяной клин», автомобиль как бы всплывал над дорогой и становился практически неуправляемым. Подобное явление, но на более высокой скорости наблюдалось и на сухой дороге — колесо работало как гигантский центробежный насос, создавая под собой воздушную подушку. Где уж тут было мечтать об использовании пяти сотен лошадиных сил!

И тогда, как часто бывает в развитии техники, конструкторы обратились к услугам иной области знаний. Над автомобилем на двух стойках установили «кусок самолетного крыла», перевернутый вверх ногами. Он создавал антиподъемную силу, прижимая ведущие колеса к дороге. Первым такой эксперимент поставил американский гонщик Джим Холл. На спортивной машине его конструкции «Чаппараль-2Ф» (570 л. с., 830 кг, 330 км/час) 1967 года было установлено «анти-крыло» площадью 1,38 м2. Оно имело длину 1780 мм, ширину 720 мм, толщину 80 мм и давало заметное увеличение нагрузки на ведущие колеса. Итог — «Чаппараль» финишировал первым в ряде крупных гонок.

Правда, еще и до Холла делались попытки использовать законы аэродинамики для улучшения сцепления колес с дорогой. На спортивных «Феррари» и «Порше» еще лет пять назад уже применялся так называемый «спойлер» — невысокий поперечный гребень, установленный с небольшим наклоном на задней кромке кузова. Поток воздуха, набегая на «спойлер», создавал усилие, одна из составляющих которого дополнительно нагружала ведущие колеса.

Сначала «спойлеры» и «анти-крылья» встречались только на мощных спортивных автомобилях-прототипах. В 1968 году повальное увлечение ими захватило конструкторов и гоночных автомобилей. Первым сказал «да» Колин Чэпмен. Перед гонками в Иидианаполисе на испытаниях 500-сильного газотурбинного «Лотоса-56» он убедился, что на максимальной скорости (290 км/час) сверхширокие шины едва касаются полотна трека. Чэпмен обратился за помощью в исследовательский центр Форда. «Лотос» был увешан бесчисленными датчиками, тензометрами и другими приборами, их информация была впоследствии «переварена» электронно-вычислительной машиной, и... автомобиль обрел клинообразный кузов. Передняя его часть имела отрицательный угол атаки и играла роль «анти-крыла».

На четвертом этапе первенства мира в Спа стартовали гоночные машины «Феррари» (408 л. с., 512 кг), над задней частью которых гордо возвышалось уже чистокровное «анти-крыло». И пошло — «Лотос», «Брэбхэм», затем «Мак-Ларен», «Хонда» и «Матра» — все обзавелись новинкой. Кое-кто («Лотос», «Феррари», «Мак-Ларен») установил небольшие «предкрылки» в носовой части машины. Для чего? При разгоне, когда нос автомобиля «задирается», уменьшается угол атаки «анти-крыла», и оно не так интенсивно прижимает колеса к дороге. Особенно сильно разгружаются передние колеса, машина плохо слушается руля. «Предкрылки» со значительным углом атаки компенсируют это и буквально «ставят передние колеса на место».

Казалось бы, теперь все должно обстоять благополучно. Но «анти-крыло» преподнесло опасный сюрприз.

Сейчас многие гонщики практикуют прием езды, называемый «слипстрим».

Тот, кто идет на менее мощной машине, пристраивается на прямом участке в хвост более быстроходному сопернику и следует за ним в двух-трех метрах. За передней машиной образуется разрежение, и, следуя в этом «вакуумном мешке», можно дождаться выгодного момента, «отцепиться» и пойти на обгон.

И вот недавно, на одной гонке, выходя из «вакуумного мешка», Д. Оливер на «Лотосе» взял в сторону, чтобы совершить обгон. Половина «анти-крыла» вышла из зоны разрежения, давление воздуха мгновенно прижало левую сторону машины к асфальту, та резко развернулась, и Оливер лишь чудом остался цел.

Конечно, Чэпмен немедленно учел урок и через неделю, на следующем этапе чемпионата (в Брэндс-Хэтч), поднял «анти-крыло» почти на двухметровую высоту, то есть вывел его из зоны действия «мешка».

Сейчас на машинах «Лотос-49Б» «предкрылки» и «крыло» позволили на скорости 240 км/час увеличить нагрузку передних колес на 28, а задних — на 38 процентов. Управляемые колеса сохраняют надежный контакт с дорогой, задние же (на двух высших передачах) избавлены от буксования.

Поскольку крыло создает довольно большое усилие (180—200 кг), на одних машинах («Матра», «Феррари») оно жестко крепится на раме, на других же («Лотос», «Хонда», «Чаппараль») — поддерживающие его трубы смонтированы непосредственно на стойках подвески задних колес.

В первом случае усилие от «крыла» передается на колеса через раму и пружины подвески, ненужным образом перегружая их. Во втором — оно передается непосредственно на стойки подвески колес. Жесткое крепление тут совсем недопустимо — неизбежна поломка труб и раскосов крепления «крыла».

Приходится идти на применение сложной системы кронштейнов со сферическими шарнирами, способной воспринимать перекосы, возникающие при работе независимой подвески. Переход на зависимую подвеску поможет упростить решение вопроса, и в связи с этим возможен возврат к мостам «Де-Дион».

А что делать при разгонах и торможениях, прыжках на неровностях шоссе? Автомобиль «приседает» или «клюет носом», угол атаки «анти-крыла» резко меняется, а с ним и нагрузка на колеса. Это сильно затрудняет управление. Французский завод «Матра», чья основная продукция — управляемые ракеты, создал автоматический регулятор наклона крыла. Но он был очень чутким — реагировал на малейший рывок машины, и езда на гоночной «Матре» стала утомительной тряской. Встроили в регулятор реле запаздывания — теперь он откликался только на основные «команды», и все встало на свои места.

Еще дальше пошли заводы «Порше» (ФРГ) и «Ниссан» (Япония). Они уже работают над «анти-крылом», расчлененным на две части. На повороте они получают различные углы атаки, перераспределяя нагрузку с наружного колеса на внутреннее. Этим удается существенно повысить сцепление колес с дорогой.

Предвижу, что иной скептик возразит: ну что ценного дают для автостроения эти эксперименты на десятке гоночных машин?

Шестьдесят три года назад французский журнал «Ла Ви Отомобиль», доказывая, что на автомобиле не превысить скорости 214 км/час, приводил расчеты. Не так давно многие видные специалисты автостроения с подозрением смотрели на дисковые тормоза, недоверчиво косились на системы непосредственного впрыска топлива: «Они не найдут широкого распространения, ну разве только все на тех же гоночных машинах!»

Развитие техники в нашем веке идет чрезвычайно быстро. Смежные отрасли «перекрестно опыляются», рождаются новые конструкции, синтезированные из достижений областей, на первый взгляд далеких одна от другой. Автомобили кое-что заимствовали в свое время от паровозов; авиация, переняв шестьдесят лет назад много полезного от автомобиля, теперь возвращает ему свой долг. Многое, что лишь недавно представлялось мифом, ныне уже прочно вошло в нашу жизнь. И может быть, лет через пятнадцать — двадцать воздушные замки «анти-крыла» станут реальностью и для обычного дорожного автомобиля?

---

Торможение под контролем ЭВМ

2011-06-13 20:44:40 (читать в оригинале)

С первых дней существования автомобиля конструкторы непрерывно работают над улучшением его активной безопасности. И, пожалуй, наибольшие усилия (особенно в последние годы) конструкторы, технологи, испытатели прилагали к совершенствованию системы, от которой в первую очередь зависит безопасность, — тормозной.

Далеко не каждый водитель отдает себе отчет, как на основе законов физики точно оценить дорожную ситуацию, и далеко не каждый имеет достаточный опыт, чтобы именно в данных условиях выбрать и реализовать оптимальную величину замедления. Причем многие аварии, как ни странно, происходят из-за того, что тормоза «слишком хороши»: колеса блокируются, теряют сцепление с дорогой, особенно мокрой или обледенелой, и машина перестает слушаться руля.

А нельзя ли помочь водителю в решении этих вопросов?

Двадцать лет назад в ФРГ специалисты фирм «Даймлер-Бенц» (автомобили) и «Телдикс» (электроника) начали поиски такой конструкции тормозной системы, которая обеспечивала бы оптимальное, без блокировки колес, торможение в любых условиях и даже при «панических» действиях малоопытного водителя.

В конце 1970 года журналистам был показан первый вариант антиблокировочной системы, сокращенно АБС, которая практически отвечала поставленной цели. Но... То, первое поколение АБС с аналоговыми процессорами оказалось недостаточно надежным, а главное, очень дорогим и в производство не пошло.

В АБС второго поколения, при сохранении основной идеи, аналоговая система была заменена современной, более надежной и дешевой цифровой на интегральных схемах. Суммарный пробег машин, на которых она прошла проверку и доводку, составил почти 7 миллионов километров, прежде чем создатели АБС не убедились в надежности, долговечности и эффективности их конструкции.

С конца прошлого года эта новая АБС уже выпускается серийно и ставится за дополнительную плату на «Мерседес-Бенц 450 СЕЛ-6,9». В дальнейшем планируется оборудовать этим устройством все выпускаемые фирмой легковые автомобили.

Что же это такое АБС? Элементы системы представлены на рис. 1, а расположение их — на рис. 2. Основные узлы — датчики скорости 1 и 4, анализирующий и командный электронный блок 2 и гидравлический исполнительный механизм 3 монтируются на автомобиле. Датчики 1 и 4, установленные на передних колесах и главной передаче заднего моста, постоянно сообщают скорость вращения колес электронному блоку 2. Этот узел представляет собой микрогабаритную ЭВМ с высокой степенью надежности. Если водитель давит на педаль слишком сильно и превышается некоторый предел замедления колеса, оптимальный для данных условий (то есть когда возникает риск «выйти» за пределы сцепления шины с поверхностью дороги), немедленно регистрируется опасность блокировки колес и дается команда гидравлическому узлу 3, который уменьшит давление жидкости в нужном рабочем цилиндре до значения, обеспечивающего эффективное торможение без юза.

Если скорость вращения колеса в процессе торможения снова возрастет, давление жидкости по команде блока 2 опять увеличится. Благодаря быстродействующей электронике и магнитным клапанам эти процессы происходят буквально за тысячные доли секунды. Таким образом, предельно безопасные величины для любого состояния дорожного покрытия и любого усилия торможения, запрограммированные в памяти ЭВМ, постоянно держат под контролем работу тормозной системы. Даже в случае ошибки водителя тормоза обеспечивают единственно приемлемое для данных условий замедление, а лампочка-индикатор 5 на приборном щитке сразу сигнализирует водителю в случае отказа любого элемента АБС.

В большинстве случаев, особенно на прямолинейных участках сухой дороги, водитель даже не осознает, что автомобиль оборудован АБС. Испытания показали, что порой на протяжении десятков тысяч километров электроника не вмешивается в процесс торможения. Однако в критической ситуации, при аварийном торможении АБС позволит и резко тормозить и полностью контролировать направление движения машины, что особенно важно при объезде внезапно возникшего препятствия (рис. 3) или на поворотах дороги. И еще одно достоинство АБС: отсутствие местного износа шин при экстренном торможении (торможение на блокированных колесах — «юзом» со скорости 180 км/ч может вызвать износ глубиной до 6 мм). Важно и то, что тормозной путь и тормозная устойчивость автомобиля с АБС практически не зависят от нагрузки машины.

Однако АБС не сможет помочь лихачам или безответственным водителям. Антиблокировочная система позволяет сохранять стабильность движения и маневренность на повороте только до тех пор, пока не будет превышена предельно возможная для прохождения данного поворота скорость. Малоэффективна система и в случае, когда колеса одной стороны машины идут по воде или рыхлому грунту, а другой — по твердой дороге. Это может вызвать занос автомобиля, несмотря на работу АБС.

В остальных случаях торможение с помощью АБС может происходить с такой эффективностью, которой не удалось достигнуть даже очень опытным водителям на автомобилях тех же моделей, не оснащенных системой.

---

Историческая серия 1995 года. От редакции

2011-06-13 11:35:35 (читать в оригинале)

В 1995 году мы продолжаем нашу историческую серию, посвященную эволюции автомобилей с передними ведущими колесами. Ведет серию инженер Л. Шугуров, художник — В. Никишин.