Развитие тормозных систем по мнению профессора Стокмара

Развитие тормозных систем по мнению профессора Стокмара

Развитие автомобильной промышленности в сторону электрификации подстегивают производителей деталей для тормозной системы искать новые технологичные решения. Тормозная система сегодня, это захватывающая область для развития в автомобильной промышленности.

Вместе с http://avtoto.com.ua/tormoznaja-sistema/ мы представляем вам мнение профессора Jýrgen Stockmar из института Венский технологический университет, Австрия, который специализируется на силовых установках и автомобильных технологиях, о том как будет двигаться разработка тормозов будущего и с чем придется столкнуться.


Профессор Стокмар — настоящий автомобильный инженер, которому посчастливилось объединить свою работу со своей страстью, он один из выдающихся автомобильных инженеров. Он изучал автомобильную технику, тогда как большинство его коллег — инженеры-механики . За последние три десятилетия он работал исключительно в автомобильной промышленности.

Ему посчастливилось сотрудничать с такими производителями Solex, Steyr-Daimler-Puch, Magna International, а так же Audi и Opel и так далее. В молодости Jýrgen Stockmar разработал и построил свой собственный гоночный автомобиль, который успешно принимал участие в европейских турнирах.


По мнению профессора основными проблемами с которыми сталкиваются современные автопроизводители в отношении тормозных систем, это безопасность и надежность. В будущем технология должна носить в себе принцип нулевого сопротивления, в то время как на сегодняшний момент это не так.

Система должна будет подстраиваться под индивидуальные особенности водителя. Детали будущих систем торможения должны молниеносно приводить в действие тормоза.

В свое время Bosch и Continental, представили новые тормозные усилители, которые сокращали время до полной остановки, и это стало очень важным элементом в безопасности. Они предложили уменьшение времени активации тормозов до 120 миллисекунд, но будущие электромеханические тормозные системы могут быть еще быстрее.

Вместе с этим должен конструктивно измениться и двигатель, комбинационное — рекуперативное торможение электродвигателя / генератора сейчас прогрессирует. Это не так просто, как кажется, потому что для этого нужно совершенное программное обеспечение. Нужны системы, которые могут отлично работать вместе. Это будет следующей задачей. И придётся решить задачу, что бы тормоза работали без какого либо источника энергии в случае чрезвычайной ситуации.

Еще одна проблема с которой сталкивается современная наука это цена. Необходимы огромные инвестиции, новые производственные мощности, а так же переобучение персонала и многое другое. Так же инвесторы привыкли видеть только крупных игроков рынка, например таких, как Bosch и Simens.

Но есть и маленькие компании, которые предлагают не менее интересные идеи. Так получилось с компанией, которая разработала дисковый тормоз. Но размер может стать препятствием для гарантии прорыва в электромеханическом торможении.


За последние 15 лет наметились два вектора развития тормозной системы. С одной стороны это растущий спрос на более мощные тормоза, в силу увеличения лошадиных сил в двигателе. А с другой это спрос на легкие и бюджетные варианты. Во втором случае к тормозной системе подключается электроника и софт для того, что бы работа была эффективной.

К слову, конечный потребитель не знает и не видит всего этого. Но это огромный труд многих инженеров и разработчиков. В последние годы работать стало намного интереснее, а местами легче, потому что на помощь пришло современное программное обеспечение для расчетов и моделирования условий.


Теперь поговорим о будущем. Развитие и растущий спрос на гибридные топливные системы и электромобили, стимулирует разработку тормозных систем именно для этих видов транспорта, потому, что привычные системы медленно, но верно устаревают.

Конечно же Conti, Bosch и TRW могут видеть это по другому, но профессор Jýrgen Stockmar убежден в том, что все они рано или поздно придут к электромеханической тормозной системе.

Тормозная система: от истоков к современности

В автомобиле без тормозов никак не обойтись, так как они являются одной из самых важных систем в машине. Чтобы узнать тенденцию развития тормозной системы в будущем, необходимо знать, как она прошла этапы эволюции за последние десятилетия.

Барабанные тормоза

В автомобиле раньше использовались барабанные тормоза. Они представляют собой вид тормозной системы, которая состоит из крутящегося барабана. В этой системе торможение достигается тем, что тормозные колодки прижимаются к барабану, которые находятся внутри него. Однако со временем барабанные тормоза перестали использовать. Их редко устанавливали даже в старых автомобилях, так как они постепенно потеряли свою актуальность.

Дисковые тормоза

Вместо них появились дисковые тормоза. Они имеют наибольшую эффективность, нежели барабанные. Для этого на передней оси устанавливались диски с вентиляцией. На задней оси производители обошлись без неё. Это сделано из расчёта, что на передние тормоза нагрузка идёт большая, чем на задние. Также в отличие от первого варианта колодки прижимаются к тормозному диску.

Перфорированные диски

Мощность тормозной системы росла вместе с повышением скорости машины, и для нормальной работы тормозов требовалось дополнительное охлаждение. Для его стабильной работы используются диски с перфорацией и устанавливаются дополнительные канавки. Диски с перфорацией представляют собой обычные диски, которые имеют отверстия по всей поверхности. Они создавались для спортивных автомобилей. В данный момент и канавки, и диски с перфорацией входят в основной комплект на мощных машинах.

Керамика

Также устанавливают керамические тормозные диски. Они изначально использовались для спортивных автомобилей. Если сравнивать с чугунными, первый вариант, сделанный из керамики, быстро охлаждается и наиболее прочен. В будущем есть предположения, что керамические тормозные диски будут ставиться на машины среднего класса и ниже. Ведь главное их достоинство — во время интенсивного торможения диски не перегреваются. Если прочитать теорию, то можно узнать, что при перегревании тормозов ухудшается замедление самого автомобиля. Поэтому керамические тормозные колодки применяют как дополнительную функцию на спортивных машинах.

Кроме различных тормозных дисков, в машину устанавливается антиблокировочная тормозная система (АБС). Если водителю необходимо мгновенно остановить машину, он резко нажимает на педаль. Начинается скольжение заблокированных колёс, и машина совершенно становится непослушной. Чтобы предотвратить такую опасную ситуацию, устанавливается АБС. Система представляет собой устройства, которые предотвращают блокировку колёс при резком торможении. Антиблокировочное тормозное устройство каждый год производители стараются усовершенствовать. Сегодня АБС решает сложные задачи. Теперь у неё реакция уменьшилась, а эффективность же, наоборот, увеличилась. В настоящее время система АБС входит в базовую комплектацию автомобиля как одна из главных функций.

Brake Assist

Не так давно у неё появился конкурент — тормозная система Brake Assist. Она призвана улучшить работу тормозов: на бампер устанавливается радар, который предназначен для определения расстояния до впереди идущей машины. В том случае, если впереди едущий автомобиль, по мнению радара, находится слишком близко, система подаёт сигнал приводу тормозов. В свою очередь, привод заставляет приблизиться колодки к диску всего лишь на несколько миллиметров. Но это играет большую роль в дальнейшем: если нажать на педаль, тормозной путь автомобиля заметно сокращается. В отличие от Brake Assist, система АБС часто способна увеличивать тормозной путь автомобиля. Также она проигрывает своему конкуренту в длине тормозного пути аж на 20 процентов, если машина едет по снегу, рыхлому гравию либо по сыпучему грунту.

Читайте также  В линейке Mitsubishi появился бюджетный седан Attrage

Сегодня

Самыми последними разработками различных тормозных систем являются работы по созданию устройств без механической связи. Тормоза будут управляться электронными датчиками через провода, и механически они никак не будут взаимодействовать. В серийном производстве машин с такой тормозной системой пока нет, однако некоторые производители испытывают её на спортивных карах.

На сегодняшний день тормозной путь современных автомобилей при скорости в 100 километров в час и до полной остановки составляет около 45 метров. А для машины высокого класса необходимо 38 метров до её полной остановки. Чтобы понять, насколько усовершенствовалась тормозная система, нужно заглянуть в недалёкое прошлое, на несколько десятилетий назад. В то время тормозной путь автомобиля достигал 60 метров. Благодаря разработчикам системы торможения метры улучшенного тормозного пути спасают не только водителя и машину, но и пешеходов.

Посмотрите видео о тормозных системах:

Тормозные системы для грузового скоростного движения с цифровым управлением

В последние годы получило бурное развитие длинносоставное тяжеловесное движение, особенно в восточной части нашей страны. Появляются грузовые вагоны с нагрузкой 25 тс на ось и ряд других новых разработок, позволяющих быстрее и более сохранно доставлять различные грузы потребителю.

Однако развитие северного морского пути, повышение грузоподъемности авиационного транспорта заставляют подумать о повышении скоростей доставки народнохозяйственных грузов потребителю железнодорожным транспортом. Особенно остро эта задача стоит с организацией движения по новому «шёлковому пути» и, в частности, с доставкой грузов из Китая в центральную часть России и далее в Европу.

Решение поставленной задачи возможно при комплексном подходе — это создание соответствующей инфраструктуры, а также нового подвижного состава, в том числе грузовых локомотивов на скорости до 160 км/ч, вагонов и платформ для контейнерных перевозок с новыми тележками, позволяющими развивать скорости до 160 км/ч, а в перспективе и более.

Разогнав поезд до таких скоростей, необходимо уметь их регулировать во время движения, а также останавливать состав, особенно в экстренных ситуациях. Однако в настоящее время отечественных средств, позволяющих эффективно управлять процессом торможения скоростных грузовых поездов, нет.

В этой статье мы хотим представить читателям как существующие схемы тормозных систем для грузового подвижного состава, так и некоторые новые решения, создаваемые специалистами АО МТЗ ТРАНСМАШ.

В настоящее время создана скоростная вагон-платформа модели 13-6954 с тормозной системой, в которой применено традиционное тормозное оборудование (рис. 1). В качестве пневматического тормоза выбран грузовой воздухораспределитель КАВ60, имеющий идентичные характеристики с воздухораспределителем 483А, а в качестве электропневматического тормоза выбран электровоздухораспределитель 305.

Такая тормозная система, наряду с преимуществом в части ремонтопригодности, а также стоимости, имеет серьезный и очень критичный недостаток. При торможении поезда посредством электропневматического тормоза будет дополнительно самопроизвольно срабатывать пневматический тормоз на величину дополнительной разрядки воздухораспределителя. Это приведет к ситуации, когда одновременно два типа тормоза активны с последующим их конфликтом в части отпуска.

По нашему мнению, такая ситуация является недопустимой, так как электропневматический тормоз по всей длине поезда отпустит за 4,5 с, а отпуск пневматического тормоза будет доходить до 60 с, что делает крайне неэффективными регулировочные торможения из-за снижения скорости поезда ниже заданной машинистом. Таким образом, применение в скоростном грузовом движении тормозной системы на базе имеющегося тормозного оборудования недопустимо из-за некорректной совместной работы грузового воздухораспределителя КАВ60 или 483А с электровоздухораспределителем 305 в части синхронного отпуска тормозов поезда, что в конечном итоге негативно повлияет на управляемость поезда и обеспечение графика движения.

Также в схеме рис. 1 применено авторежимное потележечное оборудование, которое реализовано посредством двух авторежимов АКВ1, имеющих идентичные характеристики с авторежимом 265А-5. Данные авторежимы являются инерционными и при быстротекущих процессах торможения не могут перераспределять давления в тормозных цилиндрах по тележкам вагона. При высоких скоростях это будет вызывать юз колесных пар недогруженной тележки.

И еще. Тормозное оборудование, применяемое в скоростных грузовых поездах, должно быть надежно защищено от воздействий окружающей среды, инфраструктуры железнодорожного пути и компоноваться в едином контейнере-кожухе.

С учетом недостатков тормозной системы, описанной выше, а также реализуя дополнительные функции, предлагается тормозная схема грузового вагона (платформы), функциональная схема которой представлена на рис. 2. В данной схеме применен блок тормозного оборудования, представляющий собой контейнер-кожух (рис. 3) с высокой степенью защиты, в котором расположено оборудование, выполняющее функции пневматического и электропневматического тормозов.

В блоке тормозного оборудования применен новый пневматический воздухораспределитель грузопассажирского типа с улучшенными техническими характеристиками, что обеспечивает требуемую совместимость скоростных вагонов-платформ в составе не только грузовых, но и пассажирских поездов, вне зависимости от места расположения в составе поезда. Новый воздухораспределитель имеет отключаемый ступенчатый или бесступенчатый отпуск как на грузовом, так и на пассажирском режимах, а также отключаемый ускоритель экстренного торможения.

В электропневматическом тормозе применены новые электропневматические вентили с малой потребляемой мощностью, что позволяет увеличить допускаемую длину состава, обеспеченного электропневматическим тормозом, без прокладки дополнительных проводов по вагону. Как и в варианте, описанном выше, предлагаемая схема имеет авторежимное потележечное оборудование, однако данные авторежимы являются безинерционными, при процессах торможения перераспределяют давления в тормозных цилиндрах по тележкам вагона и выполняют функцию механической противоюзной системы.

Основные преимущества тормозной системы грузового вагона (платформы) на скорость до 160 км/ч, представленной на рис. 2:
— независимость времени наполнения и отпуска тормоза от объемов и величин выхода штока тормозных цилиндров и подводящих трубопроводов;
— увеличение скорости распространения динамической и отпускной волн;
— уменьшение диапазона времени процессов торможения и отпуска тормоза;
— снижение продольной динамики поезда;
— перераспределение тормозных усилий во время торможения, являющееся частью противоюзной защиты;
— обеспечение статического прогиба в широких пределах;
— повышенная чувствительность и точность пневматического тормоза;
— снижение потребляемой мощности электропневматического тормоза в 3 раза;
— расширенная диагностика работы тормозного оборудования;
— наличие контейнера-кожуха с высокой степенью защиты;
— возможность эксплуатации вагонов в составе грузовых и пассажирских поездов с ограничением скорости в соответствии с ПТЭ.

Для практической реализации предлагаемой тормозной системы грузового поезда на скорость до 160 км/ч может быть использована цифровая система управления торможением и диагностики ИСКРА.200 (Интеллектуальная Система Координации Работы Автотормозов до 200 км/ч) (рис. 4).

При разработке проводной системы ИСКРА.200 была рассмотрена возможность реализации беспроводной версии. После анализа беспроводной системы были определены следующие технические препятствия, не позволяющие использовать данные системы для управления тормозами:
— отсутствие выделенных защищенных каналов для использования в управлении тормозами на частотах кроме 165 МГц (канал занят);
— невозможность использования открытых каналов связи при управлении тормозами (нет никаких гарантий умышленного или неумышленного вмешательства посторонних лиц);
— необходимость установки генераторов и аккумуляторов на каждый вагон, что потребует больших затрат и сложной системы их обслуживания;
— необходимость обследования радиообстановки при вождении поездов с использованием радиоканала, которая на некоторых участках постоянно меняется.

Читайте также  Новую Skoda Fabia представят в Париже

Учитывая вышесказанное, проводная система ИСКРА.200 строится на основе штатной системы электропневматического тормоза (ЭПТ), применяемого в пассажирских поездах и моторвагонном подвижном составе.

Функции, выполняемые системой ИСКРА.200:
— возможность применения на существующем подвижном составе, оборудованном ЭПТ;
— сохранение полной функциональности ЭПТ;
— высокая точность управления давлением в тормозных цилиндрах пропорциональными клапанами;
— контролируемая продольная динамика по ускорению;
— количество грузовых вагонов (платформ) в составе может достигать 70 ед.;
— диагностика состояния тормозной системы в движении и на стоянке;
— вывод диагностической информации на монитор локомотива;
— возможность передачи диагностической информации в диспетчерские центры во время движения поезда;
— скорости движения подвижного состава, оснащенного системой ИСКРА.200, до 200 км/ч;
— возможность наращивания функциональности системы путем расширения программного обеспечения;
— высокое качество управления тормозами по основным параметрам, не уступающее тормозным системам, установленным в электропоездах типа «Сапсан» и «Ласточка»;
— наличие автоматического контроля переходных сопротивлений в рукавах;
— однопроводная линия ЭПТ в качестве двунаправленного канала цифровой связи (существующие решения);
— ведение цифрового контроля нагрева букс, что позволяет прогнозировать не только разрушение букс, но и частичные повреждения от термических воздействий;
— контроль в течение всей поездки:
— — динамики каждого вагона (контроль сохранности груза);
— — образования ледяных пробок в тормозной магистрали поезда с определением координаты образования пробки;
— — перекрытия концевого крана с определением его координаты;
— — процессов работы воздухораспределителей, включая диагностику предотказа, что сокращает количество регламентных разборок приборов, снижает эксплуатационные затраты;
— ускорений на каждом вагоне по трем осям;
— процессов работы тормозной системы с регистрацией;
— возможность обмена текстовой информацией между машинистом и осмотрщиком вагонов;  возможность дальнейшего развития цифровой системы ИСКРА.200 благодаря применению открытой структуры аппаратных средств.

Использование системы ИСКРА.200 в грузовом скоростном подвижном составе требует выполнения ряда условий.

1. Локомотив, который будет использоваться в скоростном грузовом поезде, может быть как пассажирским (но при этом ограничивается вес поезда в соответствии с мощностью локомотива), так и грузовым с конструкционной скоростью 160 км/ч, оснащенным штатным (для пассажирского локомотива) ЭПТ. Дополнительно в локомотивах должно устанавливаться оборудование системы ИСКРА.200 (рис. 5) — это контроллер крана машиниста и электронный блок управления.

2. Грузовые вагоны или платформы (рис. 6) должны быть оборудованы ЭПТ, штатным для пассажирского вагона, в том числе рукавом соединительным 369А, блоком тормозного оборудования (см. рис. 4) и соответствующими клеммными коробками типов 316 и 317.

3. Дополнительно, по желанию заказчика, вагон или платформа может оснащаться информационным дисплеем, противоюзной защитой, цифровым датчиком температуры букс, спутниковым навигатором и другими цифровыми электронными системами.

В заключение необходимо отметить, что применение современных микропроцессорных средств управления и контроля позволяет реализовать в тормозных системах грузового скоростного движения функции, которые в недалеком прошлом только обсуждались, а в настоящее время могут быть реализованы на практике.