Максимальное замедление автомобиля при торможении

Устройство автомобилей

Основы динамики торможения автомобиля

Тормозной момент

Для интенсивного поглощения кинетической энергии движущегося автомобиля используют тормозные механизмы, которые создают на колесах искусственное сопротивление движению. При этом на ступицы колес автомобиля действуют тормозные моменты М_тор , а между колесом и дорогой возникают касательные реакции дороги (тормозные силы Р_тор ), направленные навстречу движения.

Величина тормозного момента М_тор , создаваемого тормозным механизмом, зависит от его конструкции, а также усилия (в механическом) или давления (гидравлическом или пневматическом) в тормозном приводе. Усилие и давление в приводе пропорциональны возникающему тормозному моменту и тормозным силам.

Тормозной момент может быть определен по формуле:

где υ_т – коэффициент пропорциональности, изменяющийся в широких пределах и зависящий от многих факторов – температуры, наличия воды и т. д.);
Р₀ – давление в тормозном приводе.

Тормозная сила

Сумма тормозных сил на заторможенных колесах обеспечивает сопротивление торможения. В отличие от естественных сопротивлений (сила сопротивления качению или скатывающая сила) сила торможения может регулироваться от нуля до максимального значения, соответствующего экстренному торможению.

Если тормозящее колесо не проскальзывает по поверхности дороги, то кинетическая энергия автомобиля переходит в работу трения тормозного механизма и частично в работу сил естественных сопротивлений. При интенсивном торможении колесо может быть заблокировано тормозным механизмом, тогда оно скользит по дороге юзом и работа трением имеет место между шиной и опорной поверхностью.

По мере увеличения интенсивности торможения растут затраты энергии на проскальзывание шин, вследствие чего увеличивается их износ. Особенно велик износ шин при блокировке колес на дорогах с твердым покрытием и при высоких скоростях скольжения.
Торможение с блокировкой колес нежелательно и по условиям безопасности движения, поскольку на заблокированном колесе тормозная сила значительно меньше, чем при торможении на грани блокировки. Кроме того, при скольжении по дороге автомобиль теряет управляемость и устойчивость.

Предельное значение тормозной силы определяется коэффициентом сцепления φ_x колес с дорогой:

Для всех колес двухосного автомобиля:

где Р_тор1 и Р_тор2 – тормозные силы на колесах передней и задней оси автомобиля соответственно; G – вес автомобиля.

Уравнение движения автомобиля при торможении

Для вывода уравнения движения автомобиля при торможении спроецируем все силы, действующие на автомобиль при торможении (рис. 1) на плоскость дороги:

где Р_f – сила сопротивления качению;
Р_тд – сила трения в двигателе, приведенная к колесам; зависит от рабочего объема двигателя, передаточного числа трансмиссии, радиуса колеса и КПД трансмиссии;
Р_α – сила сопротивления подъему;
Р_ω – сила сопротивления воздуха;
Р_j – сила инерции при поступательном движении;
Р_г – сила гидравлического сопротивления в агрегатах трансмиссии, обусловленная вязкостью смазочного материала.

Для упрощения расчетов принимаем некоторые допущения, которые несуществленно повлияют на результаты.
При выключенном сцеплении или нейтральной передаче в коробке передач Р_тд = 0.
Учитывая, что скорость автомобиля во время торможения падает, можно принять силу сопротивления воздуха Р_ω = 0.
Так как сила гидравлического сопротивления трансмиссии Р_г мала по сравнению силой Р_тор , ею тоже можно пренебречь, особенно при экстренном торможении.
Принятые допущения позволяют переписать уравнение (1) в упрощенном виде:

Учитывая формулы (1) и (2), получим:

где m – масса автомобиля; jз – замедление автомобиля.

Разделив обе части уравнения на силу тяжести автомобиля, получим:

где g – ускорение свободного падения.

Показатели тормозной динамичности

Показателями тормозной динамичности автомобиля являются: замедление jз , время торможения t_тор и тормозной путь S_тор .

Замедление автомобиля

Роль различных сил при замедлении автомобиля в процессе торможения неодинакова. При небольших скоростях пренебрегают силой сопротивления воздуха, поскольку она незначительна.
С учетом этого уравнение замедления будет иметь вид:

Так как коэффициент продольного сцепления колеса с опорной поверхностью φ_x обычно значительно больше коэффициента сопротивления дороги ψ , то при торможении автомобиля на грани блокировки, когда усилие прижатия тормозных колодок таково, что дальнейшее увеличение этого усилия приведет к блокировке колес, величиной ψ в уравнении (3) можно пренебречь.
Тогда получим:

При торможении с отключенным двигателем коэффициент вращающихся масс можно принять равным единице ( δ_вр от 1,02 до 1,04), тогда получим:

Если при торможении автомобиля коэффициент сцепления φ_x колес с дорогой не меняется, то величина замедления остается постоянной, независимо от скорости движения.

Время торможения

Время t_о торможения автомобиля до полной остановки складывается из отрезков времени:

где t_р – время реакции водителя, в течение которого он принимает решение и переносит ногу на педаль тормоза, оно составляет 0,2…0,5 с;
t_пр – время срабатывания привода тормозного механизма, т. е. в течение этого промежутка времени происходит перемещение деталей в приводе. Время срабатывания привода зависит от типа привода и его технического состояния: для гидропривода t_пр = 0,005…0,07 с для дисковых тормозных механизмов и t_пр = 0,15…1,2 с для барабанных тормозных механизмов; для систем с пневматическим приводом t_пр = 0,2…0,4 с;
t_н – время нарастания замедления. С момента соприкосновения деталей в тормозном механизме замедление увеличивается с нуля до того установившегося значения, которое обеспечивает сила, развиваемая в приводе тормозного механизма. Время нарастания замедления может меняться в пределах от 0,05 до 0,2 и зависит от типа автомобиля, состояния дороги, дорожной ситуации, квалификации и состояния водителя, состояния тормозной системы. Оно возрастает с увеличением веса автомобиля и уменьшением коэффициента сцепления колес с дорогой;
t_уст – врем движения с установившимся замедлением или время торможения с максимальной интенсивностью соответствует тормозному пути. В этот период времени замедление автомобиля практически постоянно.

Считая, что нарастание замедления и снижение скорости осуществляются по линейному закону, а максимальная интенсивность торможения может быть получена только при полном использовании коэффициента сцепления φ_x , полное время торможения автомобиля можно определить по формуле:

где v – скорость движения автомобиля до начала торможения;
t_сумм = t_р + t_пр + 0,5 t_н – время до начала установившегося замедления.

Тормозной путь

Величина тормозного пути зависит от характера замедления автомобиля.
Обозначив пути, проходимые автомобилем за время t_р , t_пр , t_н и t_уст соответственно S_р , S_пр , S_н и S_уст , можно записать, что полный остановочный путь S_о автомобиля от момента обнаружения препятствия до полной остановки может быть представлен в виде суммы:

Первые три слагаемые представляют собой путь пройденный автомобилем за время t_сумм . Он может быть представлен, как

С учетом допущений, позволяющих пренебречь силами сопротивления воздуха и дороги можно вывести формулу полного остановочного пути автомобиля:

где j_уст – максимальное замедление автомобиля, равное установившемуся замедлению. Значение j_уст можно определить опытным путем, используя прибор для измерения замедления движущегося транспортного средства – деселерометр.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/7_teoria_avto_8/index.shtml

Тормозная динамичность автомобиля

Тормозная сила.При торможении элементарные силы трения, распределенные по поверхности фрикционных накладок, создают результирующий момент трения, т.е. тормозной момент М_тор, направленный в сторону, противоположную вращению колеса. Между колесом и дорогой возникает тормозная сила Р_тор.

Максимальная тормозная сила Р_{тор max} равна силе сцепления шины с дорогой. Современные автомобили имеют тормозные механизмы на всех колесах. У двухосного автомобиля (рис. 2.16) максимальная тормозная сила, Н,

Р_{тор max} = Р_тор1+ Р_тор2 = φ_x (R_z1 + R_z2) = φ_x G.

Рис. 2.16. Силы, действующие на автомобиль при торможении на подъеме: Рв – сила сопротивления воздуха; Ри – приведенная сила инерции; Рп – сила сопротивления подъему; Рк1, Рк2 – силы, учитывающие потери энергии в шинах ведущих колес; Рт.д. – сила трения в двигателе, приведенная к ведущим колесам; G – вес автомобиля; Ртор1, Ртор2 – тормозные силы колес переднего и заднего мостов; Ртр – потери на трение в трансмиссии; αд – угол, характеризующий крутизну подъема дороги; L – база автомобиля

Проецируя все силы, действующие на автомобиль при торможении, на плоскость дороги, получим в общем виде уравнение движения автомобиля при торможении на подъеме:

Рассмотрим случай торможения автомобиля только тормозной системой, когда сила Р_т.д.= 0.

Учитывая, что скорость автомобиля во время торможения уменьшается, можно считать, что сила Р_в ≈ 0. В связи с тем что сила Р_гмала по сравнению с силой Р_торею также можно пренебречь, особенно при экстренном торможении. Принятые допущения позволяют написать уравнение движения автомобиля при торможении в следующем виде:

Из этого выражения после преобразования получим уравнение движения автомобиля при торможении на негоризонтальном участке дороги:

где φ_х – коэффициент продольного сцепления шин с дорогой, ψ – коэффициент сопротивления дороги; δ_н – коэффициент учета вращающихся масс на негоризонтальном участке дороги (при накате); a_з – ускорение торможения (замедления).

В качестве измерителей тормозной динамичности автомобиля используют замедление а_зпри торможении и тормозной путь S_тор, м. Время t_тор, с, используют в качестве вспомогательного измерителя при определении остановочного пути S_о.

Замедление при торможении автомобиля.Замедление при торможении определяют по формуле

Если тормозные силы на всех колесах достигли значения сил сцепления, то, пренебрегая силами Р_ви Р_г

Коэффициент φ_х обычно значительно больше коэффициента ψ, поэтому в случае полного торможения автомобиля величиной ψв выражении можно пренебречь. Тогда

Если во время торможения коэффициент φ_х не изменяется, то замедление а_зне зависит от скорости автомобиля.

Время торможения.Остановочное время (общее время торможения) – это время от момента обнаружения водителем опасности до полной остановки автомобиля. Общее время торможения включает в себя несколько отрезков:

1) время реакции водителя t_р – время, в течение которого водитель принимает решение о торможении и переносит ногу с педали подачи топлива на педаль рабочей тормозной системы (в зависимости от его индивидуальных особенностей и квалификации составляет 0,4. 1,5 с);

2) время срабатывания тормозного привода t_пр – время от начала нажатия на тормозную педаль до начала замедления, т.е. время на перемещение всех подвижных деталей тормозного привода (в зависимости от типа тормозного привода и его технического состояния составляет 0,2. 0,4 с для гидропривода, 0,6. 0,8 с для пневмопривода и 1. 2 с для автопоезда с пневмоприводом тормозов);

3) время t_у, в течение которого замедление увеличивается от нуля (начало действия тормозного механизма) до максимального значения (зависит от интенсивности торможения, нагрузки на автомобиль, типа и состояния дорожного покрытия и тормозного механизма);

4) время торможения с максимальной интенсивностью t_тор. Определяют по формуле t_тор = υ/a_{з max} – 0,5t_у .

В течение времени t_р + t_правтомобиль движется равномерно со скоростью υ, в период t_y – замедленно, а в течение времени t_тор – замедленно до полной остановки.

Графическое представление о времени торможения, изменении скорости, замедлении и остановке автомобиля дает диаграмма (рис. 2.17, а).

Рис. 2.17. Параметры торможения автомобиля: а – тормозная диаграмма; б – продольные и поперечные силы сцепления при торможении (вид на колесо сверху); tр – время реакции водителя; tпр– время срабатывания тормозного привода; tу – время нарастания замедления; tтор – время торможения; tо – остановочное время; аз – замедление при торможении; Δυ – приращение скорости Чтобы определить остановочное время tо, необходимое для остановки автомобиля с момента возникновения опасности, нужно суммировать все названные выше отрезки времени: Если тормозные силы на всех колесах автомобиля одновременно достигают значения сил сцепления, то, принимая коэффициент δвр = 1, получим Тормозной путь – это расстояние, которое автомобиль проходит за время торможения tтор с максимальной эффективностью. Этот параметр определяют, используя кривую tтор = f(υ) и считая, что в каждом интервале скоростей автомобиль движется равнозамедленно. Примерный вид графика зависимости пути Sторот скорости с учетом сил Рк, Рв, Рт и без учета этих сил показан на рис. 2.18, а. Рис 2.18. Измерители тормозной динамичности автомобиля: а – тормозной путь Sтор, время торможения tтор и замедление аз при торможении рабочей тормозной системой; б – замедление при различных способах торможения; штриховые линии – с учетом сил Рк, Рв, и Рг; сплошные линии – без учета сил Рк, Рв, и Рг; 1, 3, 5 – торможение рабочей тормозной системой; 2, 4, 6 – торможение двигателем и рабочей тормозной системой Расстояние, необходимое для остановки автомобиля с момента возникновения опасности (длину так называемого остановочного пути), можно определить, если принять, что замедление изменяется так, как показано на рис. 2.17, а. Остановочный путь условно можно разделить на несколько отрезков, соответствующих отрезкам времени tр, tпр, tу, tтор: Путь, пройденный автомобилем за время tр + tпр движения с постоянной скоростью υ, определяют так: Принимая, что при уменьшении скорости от υдо υ’автомобиль движется с постоянным замедлением аср = 0,5 аз mах, получим путь, пройденный автомобилем за это время: Тормозной путь при уменьшении скорости от υ’до нуля во время экстренного торможения Если тормозные силы на всех колесах автомобиля одновременно достигли значений сил сцепления, то при Рт.д. = Рв = Рг = 0 тормозной путь автомобиля Тормозной путь прямо пропорционален квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения, поэтому при увеличении начальной скорости тормозной путь возрастает особенно быстро (см. рис. 2.18, а). Таким образом, остановочный путь можно определить так: Остановочный путь, как и остановочное время, зависит от большого числа факторов, основными из которых являются: скорость движения автомобиля на момент начала торможения; квалификация и физическое состояние водителя; тип и техническое состояние рабочей тормозной системы автомобиля; состояние дорожного покрытия; состояние шин автомобиля; способ торможения и т.д. Показатели интенсивности торможения.Для проверки эффективности действия тормозной системы в качестве показателей используют наибольший допустимый тормозной путь и наименьшее допустимое замедление в соответствии с ГОСТ Р 41.13.96 (для новых автомобилей) и ГОСТ Р 51709–2001 (для автомобилей, находящихся в эксплуатации). Интенсивность торможения легковых автомобилей и автобусов по условиям безопасности движения проверяют без пассажиров. Наибольший допустимый тормозной путь Sтор, м, при движении с начальной скоростью 40 км/ч на горизонтальном участке дороги с ровным, сухим, чистым цементо- или асфальтобетонным покрытием имеет следующие значения: легковые автомобили и их модификации для перевозки грузов……….14,5 автобусы с полной массой: до 5 т включительно…………….…………………………18,7 грузовые автомобили с полной массой 3,5. 12 т включительно………………………………..…18,4 автопоезда с автомобилями-тягачами с полной массой: до 3,5 т включительно…………………….………………22,7 3,5. 12 т включительно……………………………….….22,1 Распределение тормозной силы между мостами автомобиля.При торможении автомобиля сила инерции Ри, (см. рис. 2.16), действуя на плече hc, вызывает перераспределение нормальных нагрузок между передними и задними мостами; нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние – уменьшается. Поэтому нормальные реакции Rz1 и Rz2, действующие соответственно на передние и задние мосты автомобиля во время торможения, значительно отличаются от нагрузок G1 и G2, которые воспринимают мосты в статическом состоянии. Эти изменения оценивают коэффициентами изменения нормальных реакций mр1, и mр2, которые для случая торможения автомобиля на горизонтальной дороге определяют по формулам Следовательно, нормальные реакции дороги Во время торможения автомобиля наибольшие значения коэффициентов изменения реакций находятся в следующих пределах: Максимальную интенсивность торможения можно обеспечить при условии полного использования сцепления всеми колесами автомобиля. Однако тормозная сила между мостами может распределяться неравномерно. Такую неравномерность характеризует коэффициент распределения тормозной силы между передними и задними мостами: Этот коэффициент зависит от различных факторов, из которых основными являются: распределение веса автомобиля между его осями; интенсивность торможения; коэффициенты изменения реакций; виды колесных тормозных механизмов и их техническое состояние и т.д. При оптимальном распределении тормозной силы передние и задние колеса автомобиля могут быть доведены до блокировки одновременно. Для этого случая Большинство тормозных систем обеспечивает неизменное соотношение между тормозными силами колес переднего и заднего мостов (Ртор1 и Ртор2), поэтому суммарная сила Ртор может достигнуть максимального значения только на дороге с оптимальным коэффициентом φо. На других дорогах полное использование сцепного веса без блокировки хотя бы одного из мостов (переднего или заднего) невозможно. Однако в последнее время появились тормозные системы с регулированием распределения тормозных сил. Распределение общей тормозной силы между мостами не соответствует нормальным реакциям, изменяющимся во время торможения, поэтому фактическое замедление автомобиля оказывается меньше, а время торможения и тормозной путь больше теоретических значений этих показателей. Для приближения результатов расчета к экспериментальным данным в формулы вводят коэффициент эффективности торможения Кэ, который учитывает степень использования теоретически возможной эффективности тормозной системы. В среднем для легковых автомобилей Кэ = 1,1. 1,2; для грузовых автомобилей и автобусов Кэ = 1,4. 1,6. В этом случае расчетные формулы имеют следующий вид: Способы торможения автомобиля. Совместное торможение тормозной системой и двигателем.Такой способ торможения применяют с целью избежать перегрева тормозных механизмов и ускоренного изнашивания шин. Тормозной момент на колесах создается одновременно тормозными механизмами и двигателем. Так как в этом случае нажатию на тормозную педаль предшествует отпускание педали подачи топлива, то угловая скорость коленчатого вала двигателя должна была бы уменьшиться до угловой скорости холостого хода. Однако на самом деле ведущие колеса через трансмиссию принудительно вращают коленчатый вал. В результате появляется дополнительная сила Ртд сопротивления движению, пропорциональная силе трения в двигателе и вызывающая замедление автомобиля. Инерция маховика противодействует тормозящему действию двигателя. Иногда противодействие маховика оказывается больше тормозящего действия двигателя, вследствие чего интенсивность торможения несколько снижается. Совместное торможение рабочей тормозной системой и двигателем более эффективно, чем торможение только тормозной системой, если замедление при совместном торможении aзс больше, чем замедление при торможении с отсоединенным двигателем aз, т.е. aзс > aз. На дорогах с малым коэффициентом сцепления совместное торможение повышает поперечную устойчивость автомобиля по условиям заноса. При торможении в аварийных ситуациях сцепление полезно выключить. Торможение с периодическим прекращением действия тормозной системы.Заторможенное нескользящее колесо воспринимает большую тормозную силу, чем при движении с частичным проскальзыванием. В случае свободного качения угловая скорость колеса ωк, радиус rки поступательная скорость υк движения центра колеса связаны зависимостью υк = ωк rк. У колеса, движущегося с частичным проскальзыванием (υ* ≠ ωк rк), это равенство не соблюдается. Разность скоростей υки υ*определяет скорость скольжения υск, т. е. υск = υ –ωк rк. Рис. 2.19. График к анализу процесса торможения колеса с периодическим прекращением действия тормозной силы: а – зависимость коэффициентов сцепления φх,φу от степени проскальзывания; б – рабочий процесс антиблокировочной системы; в – изменение угловой скорости колеса при колебании давления в тормозной системе; AFEDC – рабочая зона антиблокировочного режима; υк – скорость автомобиля при торможении; ωr – колебания скорости тормозящего колеса Степень проскальзывания колес определяется как λ = υск / υк. Ведомое колесо нагружено только силами сопротивления движению, поэтому касательная реакция невелика. Приложение к колесу тормозного момента вызывает увеличение касательной реакции, а также увеличение деформации и упругого проскальзывания шины. Коэффициент сцепления шины с дорожной поверхностью повышается пропорционально проскальзыванию и достигает максимума при проскальзывании около 20. 25 % (рис. 2.19, а – точка В). Рабочий процесс поддержания максимального сцепления шины с дорожным покрытием иллюстрирует график (рис. 2.19, б). При увеличении тормозного момента (участок ОА) угловая скорость колеса уменьшается. Для того чтобы не дать колесу остановиться (заблокироваться), тормозной момент уменьшают (участок CD). Инерционность механизма регулирования давления в тормозном приводе приводит к тому, что процесс уменьшения давления происходит с некоторым запаздыванием (участок AQ). На участке ЕF давление на некоторое время стабилизируется. Рост угловой скорости колеса требует нового увеличения тормозного момента (участок GА) до значения, соответствующего 20. 25 % величины проскальзывания. В начале скольжения увеличивается замедление колеса и нарушается линейная пропорциональность зависимости: ω = f(Mтор). Участки DЕ и FG характеризуются инерционностью исполнительных механизмов. Тормозная система, в которой реализуется пульсирующий режим управления давлением в рабочих цилиндрах (камерах), называется антиблокировочной. Глубина модуляции давления в тормозном приводе достигает 30. 37 % (рис. 2.19, в). Колеса автомобиля благодаря циклическому нагружению тормозным моментом катятся с частичным проскальзыванием, приблизительно равным оптимальному, и коэффициент сцепления ос­тается высоким в течение периода торможения. Введение антиблокировочных устройств уменьшает износ шин и позволяет повысить поперечную устойчивость автомобиля. Несмотря на сложность и высокую стоимость, антиблокировочные тормозные системы уже узаконены стандартами многих зарубежных стран, их устанавливают на легковые автомобили среднего и высшего классов, а также на автобусы и грузовые автомобили для междугородных перевозок. Источник статьи: http://megaobuchalka.ru/8/31411.html Оцените статью Вам также может понравиться Лопата для автомобиля снег Автомобильные лопаты для снега Автомобильные лопаты Лопата для автомобиля зимой Особенности автомобильных лопат Автомобилисты всегда Лопата для автомобиля solid fiskars укороченная 63 см Лопата для автомобиля Fiskars Solid™ Лопата для автомобиля fiskars solid 1019353 Обзор на Лопата FISKARS автомобильная для снега 1019353 Лом автомобилей марка лома Классификация лома черных металлов В нашей стране широко Локомотив столкнулся с автомобилем Трагедия на рельсах: Что известно о столкновении локомотива Локомобиль что за автомобиль Локомобили как альтернатива маневровым тепловозам и Локеры подкрылки для автомобилей Локеры для автомобиля: что это такое? Любое транспортное Правообладателям Политика конфиденциальности Контакты