Показателями тормозной динамичности автомобиля являются

Устройство автомобилей

Тормозная динамичность автомобиля

Автомобиль является наиболее опасным сухопутным транспортным средством, поскольку имея приличную массу, современные автомобили могут развивать огромную скорость, т. е. обладают внушительной кинетической энергией, способной нанести значительные разрушения и повреждения окружающим объектам и человеку. При этом автомобиль удерживается на дороге только за счет трения колес о ее поверхность.
Единственный способ справиться в критической ситуации с огромной энергией автомобиля – это своевременно снизить его скорость, т. е. притормозить.
Торможение – одна из основных фаз движения любых транспортных средств, которые неоднократно повторяются в процессе работы и практически всегда завершают этот процесс.

Торможение может быть рабочее, стояночное, аварийное, а также служебное и экстренное. Экстренное и служебное торможения отличаются друг от друга интенсивностью, т. е. величиной замедления автомобиля.
Экстренные торможения выполняются с максимальной интенсивностью и составляют 5…10 % от общего числа торможений во время движения автомобиля.
Служебные торможения применяют для остановки автомобиля в заранее намеченном месте и для плавного уменьшения его скорости, т. е. такой вид торможений является штатным. Замедление автомобиля при служебном торможении в 2…3 раза меньше, чем при экстренном.

Для обеспечения возможности торможения автомобиля в различных ситуациях, включая штатные и критические, все автомобили в соответствии с требованиями современных стандартов безопасности движения должны оборудоваться несколькими тормозными системами, которые должны обеспечивать:

• надежное удержание автомобиля в неподвижном состоянии во время стоянки (стояночная тормозная система);
• штатное снижение скорости и торможение автомобиля во время движения (рабочая тормозная система);
• торможение автомобиля в аварийной ситуации, связанной с отказом рабочей тормозной системы (запасная тормозная система);
• длительное торможение автомобиля на затяжных спусках или при нежелательном использовании рабочей тормозной системы, например, из-за перегрева тормозных механизмов (вспомогательная тормозная система).

Способы торможения автомобиля

Правильное использование различных способов служебного торможения в значительной степени определяют безопасность движения, долговечность и надежность тормозной системы автомобиля. Автомобиль можно затормозить различными способами:

• торможение двигателем;
• торможение с отсоединенным двигателем с помощью тормозных механизмов;
• совместное торможение двигателем и тормозными механизмами;
• торможение с использованием вспомогательной тормозной системы;
• ступенчатое торможение.

Каждый из этих способов заключается в создании сил, препятствующих вращению колес автомобиля. Эти силы могут создаваться непосредственно в колесных тормозных механизмах, либо удержанием какого-либо элемента трансмиссии, жестко передающего крутящий момент от двигателя к колесам, либо за счет противодействия вращению коленчатого вала в самом двигателе при его жесткой связи посредством трансмиссии с колесами.
Два последних метода затормаживания позволяют создавать тормозные силы, действующие только на ведущие колеса автомобиля.

При торможении двигателем без использования тормозных механизмов водитель уменьшает или полностью прекращает подачу топлива (горючей смеси) в цилиндры двигателя. В результате двигатель начинает работать в режиме тормоза за счет трения между деталями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизма (если двигатель работает с минимальной мощностью, недостаточной для преодоления этих сил), а также компрессионных явлений в цилиндрах (если двигатель полностью заглушен). Данный способ торможения применяется, когда требуется небольшое замедление.

Торможение с отсоединенным двигателем применяют при отключенном сцеплении или включенной нейтральной передаче плавным нажатием на тормозную педаль.

Совместное торможение двигателем и тормозными механизмами повышает эффективность торможения, увеличивая долговечность тормозных механизмов за счет уменьшения поглощения энергии на трение в них. При этом для служебного торможения может использоваться любая из тормозных систем – рабочая, вспомогательная, стояночная или даже запасная (в случае отказа рабочей тормозной системы).

Торможение с использованием вспомогательной тормозной системы применяют для поддержания желательной скорости движения на спусках. Этот способ иногда применяют в сочетании с работой тормозных механизмов рабочей тормозной системы.

Ступенчатый способ торможения заключается в чередовании увеличения усилия на тормозную педаль с уменьшением (частичное отпускание педали). Уменьшение усилия производится без потери контакта ноги водителя с тормозной педалью при выбранном свободном ходе. Время нахождения педали в нажатом состоянии увеличивается по мере уменьшения скорости автомобиля. Колеса автомобиля, благодаря такому нагружению тормозными моментами, катятся с частичным проскальзыванием почти на грани блокировки колес.
Такой способ торможения можно рекомендовать только водителям высокой квалификации, поскольку для удержания колеса на грани юза требуется опыт и внимание.

Однако при ступенчатом торможении полностью использовать сцепление колес с дорогой не удается. Этого можно избежать только путем регулирования тормозных сил. Регулирование тормозных сил может быть статическим и динамическим.

Статическое регулирование тормозных сил заключается в поддержании на одинаковом уровне сцепных свойств колес разных осей (мостов) автомобиля при различных режимах движения — разгон, движение на уклонах и т. п., когда происходит перераспределение сцепной нагрузки на колеса. Чаще всего статическое регулирование тормозных сил осуществляется использованием регуляторов тормозных сил.
Динамическое регулирование тормозных сил осуществляется с помощью антиблокировочных устройств и систем (АБС). Большое распространение получили антиблокировочные устройства, автоматически уменьшающие тормозной момент при начале скольжения колес и через некоторое время (от 0,05 до 0,10 с) вновь увеличивающие его.

Кроме описанных выше способов торможения автомобиля изредка используются нетрадиционные методы затормаживания, например – аэродинамическое торможение парашютом. Такие способы торможения могут применяться, например, на спортивных или гоночных автомобилях при установлении рекордов скорости и т. п.

Рациональное управление автомобилем предполагает комплексное использование всех приемов торможения.

Сравнение эффективности различных приемов торможения на дороге с высоким коэффициентом сцепления можно представить на основании следующих данных. При начальной скорости автомобиля 36 км/ч (10 м/с) на асфальтовом шоссе с коэффициентом сопротивления ψ = 0,02 длина тормозного пути составляет:

• при движении накатом (без какого-либо торможения) – 250 м;
• при торможении только двигателем – 150 м;
• при торможении вспомогательной тормозной системой – 70 м;
• при служебном торможении с отсоединенным двигателем – 30…50 м;
• при экстренном торможении двигателем совместно с рабочей тормозной системой – 10 м.

Дополнительную информацию о торможении и тормозных системах можно получить здесь.

Особенности торможения автопоезда

При проектировании тормозной системы автопоезда учитывается три возможных варианта взаимодействия тягача с прицепом:

• тягач и прицеп тормозят одновременно;
• прицеп начинает тормозить несколько раньше тягача;
• прицеп несколько запаздывает с торможением и накатывается на тягач.

Первый вариант является идеальным, но одновременное торможение прицепа и тягача, особенно при использовании пневматического привода тормозов, достичь на практике очень сложно.
Второй вариант обеспечивает натяжение автопоезда при торможении, что исключает его складывание и, следовательно, способствует повышению устойчивости автопоезда. Реально выполнить эту задачу вполне возможно, но такая схема торможения заметно снижает эффективность торможения автопоезда в целом. Кроме того увеличивается вероятность блокировки колес прицепа, в результате чего он может потерять устойчивость и сползти в сторону, потянув за собой весь автопоезд.

По этим причинам тормозные системы современных автопоездов с пневматическим приводом рассчитаны в основном для третьего варианта торможения, т. е. обычно при торможении прицеп несколько накатывается на тягач, что может привести, а иногда и приводит к потере устойчивости в виде так называемого складывания автопоезда. Тем не менее, такой вариант торможения автопоезда с пневматическим приводом тормозных механизмов считается наиболее оптимальным.
К водителям автопоездов предъявляются повышенные квалификационные требования, предусматривающие дополнительное обучение управлению автопоездом, в том числе – торможением.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/PM.01_mdk.01.01/7_teoria_avto_7/index.shtml

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