Устройство тормозной системы автомобиля: как работают тормоза

Когда вы нажимаете педаль тормоза, нога давит с силой в несколько десятков килограммов, а машина весом больше тонны останавливается. Так получается потому, что усилие в тормозной системе несколько раз умножается: рычагом педали, вакуумным усилителем и разницей площадей поршней в гидроприводе. Итог один: колодка прижимается к вращающемуся диску или барабану, трение забирает энергию движения и превращает её в тепло. Ниже — из каких частей состоит тормозная система, что происходит от нажатия на педаль до остановки, чем дисковые тормоза отличаются от барабанных и на что смотреть владельцу.

Из чего состоит тормозная система

Проследим путь усилия от ноги до колеса.

Часть	Что делает
Педаль	Рычаг, которым водитель передаёт усилие на шток усилителя
Вакуумный усилитель	Круглая «банка» за педалью; использует разрежение во впускном коллекторе, чтобы добавить силы к нажатию водителя
Главный тормозной цилиндр	Два поршня в одном корпусе; создают давление жидкости отдельно в двух контурах
Бачок с тормозной жидкостью	Питает главный цилиндр; уровень видно снаружи
Тормозные трубки и шланги	Проводят жидкость к колёсам; гибкие шланги идут к подвижным узлам
Суппорт	Скоба на диске; внутри поршень, который выталкивается давлением жидкости
Колодки	Стальные пластины с фрикционной накладкой; зажимают диск с двух сторон
Тормозной диск	Стальной или чугунный диск на ступице, вращается вместе с колесом
Барабан, колёсный цилиндр и колодки	Вариант для задней оси: колодки изнутри распираются на стенки барабана
Регулятор давления или электронное распределение	Не даёт задним колёсам заблокироваться раньше передних
Стояночный тормоз (ручник)	Трос и рычаг, которые механически прижимают колодки задних колёс
Датчики и блок ABS	Следят за скоростью колёс и не дают им блокироваться; подробнее — в статье про антиблокировочную систему

Как тормоза соединены с остальными узлами машины, показано в обзоре устройства автомобиля.

Как работают тормоза

1. Водитель нажимает педаль. Рычаг увеличивает усилие и передаёт его на шток вакуумного усилителя.
2. Усилитель добавляет силу. Внутри него мембрана разделяет две камеры: в одной разрежение от двигателя, в другую при нажатии впускается воздух. Разница давлений давит на мембрану и помогает толкнуть шток дальше.
3. Главный цилиндр создаёт давление. Поршни выталкивают жидкость в трубки. Тормозная жидкость почти не сжимается, поэтому давление мгновенно передаётся по всей системе.
4. Жидкость доходит до колёс. У дискового тормоза она давит на поршень суппорта, у барабанного — на поршни колёсного цилиндра.
5. Колодки прижимаются. Поршень суппорта толкает внутреннюю колодку, а корпус суппорта скользит и тянет наружную. Диск зажат с двух сторон. В барабане колодки распираются наружу.
6. Трение замедляет колесо. Энергия движения переходит в тепло, диски и колодки нагреваются. При длинном спуске с горы диски могут раскалиться докрасна.
7. Педаль отпущена. Пружины возвращают поршни и колодки, давление падает, колёса вращаются свободно. Между колодкой и диском остаётся зазор в доли миллиметра.

Сила в приводе растёт потому, что давление жидкости одинаково во всех точках. Небольшой поршень главного цилиндра создаёт давление, а оно действует на поршни суппортов, у которых площадь больше, и сила на них оказывается заметно выше, чем на входе.

Два контура. Главный цилиндр разделён на два независимых контура. В одной схеме один контур питает передние колёса, другой — задние; в другой, диагональной, каждый контур работает на переднее колесо и заднее по противоположной диагонали. Если один контур потеряет жидкость, второй продолжит тормозить: тормозной путь вырастет, педаль пойдёт глубже, но остановиться удастся.

Дисковые и барабанные тормоза

Дисковый тормоз открыт воздуху, хорошо охлаждается и стабильно работает под нагрузкой. Поэтому его ставят на передние колёса, а на многих машинах и на все четыре. Барабанный закрыт со всех сторон: он защищён от грязи, в него легко встроить стояночный механизм, и стоит он дешевле. Зато он нагревается сильнее и хуже переносит длительное торможение, поэтому его ставят на заднюю ось лёгких машин, где нагрузка меньше. Барабан с колодками почти самоусиливающийся: вращение барабана само прижимает одну из колодок сильнее.

Ручник и электрический стояночный тормоз. Ручник не связан с гидравликой: рычаг тянет трос, а тот прижимает колодки задних колёс. Поэтому он остаётся в строю, даже если рабочая система отказала. На многих новых машинах вместо рычага стоит кнопка и электромотор на суппорте, но принцип прежний: механически зажать колодки.

Вакуумный усилитель и его замены. У бензиновых машин разрежение даёт впускной коллектор. У дизелей во впуске почти нет разрежения, поэтому ставят вакуумный насос. В электромобилях и гибридах разрежение создаёт электрический насос, либо ставят электрогидравлический усилитель. Там же часть торможения берёт на себя электромотор, который возвращает энергию в батарею, и колодки изнашиваются медленнее. Как это устроено, рассказано в статьях про гибридный автомобиль и электромобиль.

Тормозная жидкость: самая недооценённая часть

Жидкость в системе не просто «масло для передачи давления». Она гигроскопична: медленно впитывает влагу через бачок и стенки гибких шлангов. Чем больше в жидкости воды, тем ниже температура её кипения, и тогда при длинном спуске или частых сильных торможениях внутри суппорта образуются пузырьки пара. Пар в отличие от жидкости сжимается, и педаль проваливается почти до пола. Поэтому срок замены задают в годах, а не только в километрах: даже в машине, которая стоит в гараже, жидкость стареет.

Жидкости маркируют классами DOT 3, DOT 4, DOT 5.1: у них разная температура кипения. Тип, который заливали на заводе, указан на бачке и в руководстве. Жидкость DOT 5 на силиконовой основе смешивать с остальными нельзя, и заливать наугад «что было в магазине» не стоит. Прокачивают тормоза и меняют жидкость в сервисе: оставшийся воздух в контуре может сделать машину неспособной тормозить.

Интересные факты

• Почему педаль твёрдая на заглушенном двигателе. Усилитель питается разрежением, а без работающего двигателя запас разрежения быстро кончается. Его хватает на пару-тройку нажатий, потом педаль каменеет. Остановиться можно, но давить придётся гораздо сильнее.
• Почему воздух в тормозах опаснее воды. Жидкость не сжимается, а воздух сжимается. Попадёт пузырь в трубку, и часть хода педали уйдёт на его сжатие: педаль станет мягкой и «ватной».
• Почему после мойки тормоза сначала слабые. Вода на диске образует плёнку, и колодка сперва скользит по ней, а не по металлу. Пара лёгких торможений сушит диск.
• Почему тормозной путь растёт быстрее скорости. Энергия движения растёт с квадратом скорости. Если ехать вдвое быстрее, тормозам придётся погасить вчетверо больше энергии, и тормозной путь вырастет примерно вчетверо, а не вдвое.

Почему тормоза ломаются и на что смотреть

• Писк или скрежет металла при торможении. Накладка колодки стёрлась, сработал индикатор износа или в дело вступила стальная основа. Диск в таком состоянии портится быстро.
• Педаль стала мягкой, ход увеличился. Воздух в системе, устаревшая жидкость, которая закипела при нагреве, изношенные колодки или утечка.
• Руль или педаль бьёт при торможении. Диск неравномерно стёрт или деформирован от перегрева, у него биение.
• Машину тянет в сторону. Один суппорт закис, колодки на одном колесе не разжимаются или прижимаются слабее.
• Падает уровень в бачке. Уровень чуть опускается по мере износа колодок, но резкое снижение — признак утечки.

Тормоза — узел безопасности, и вся работа с гидравликой, трубками и суппортами принадлежит мастеру. Владельцу доступно другое: раз в несколько недель смотреть уровень жидкости в бачке, слушать, как машина тормозит, замечать увод и вибрацию. Если педаль провалилась и загорелась лампа тормозной системы, лучше остановиться и вызвать эвакуатор, чем пытаться доехать до сервиса. Колодки и диски обычно меняют парами на одной оси, а жидкость — по регламенту производителя, чаще всего раз в несколько лет. Узлы, которые вместе с тормозами держат машину на дороге, разобраны в статье об устройстве подвески.