книги из ГПНТБ / Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник

Глава XI

ТОРМОЗНАЯ ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ

§ I. ПОНЯТИЕ О ТОРМОЗНОЙ ДИНАМИКЕ

Тяговые и тормозные свойства автомобиля связаны между собой. Чем выше средняя скорость автомобиля, тем больше внимания необходимо уделять обеспечению безопасности его движения и, следовательпо, тем лучше должны быть тормозные свойства автомобиля. Вместе с те.м чем интенсивнее разгон и эффективнее торможение, тем выше средняя скорость автомобиля.

Во время торможения накопленная автомобилем кинетическая энергия в результате трения преобразуется в тепло', которое рас­ сеивается в окружающей атмосфере. Торможение сопровождается невосполнимыми потерями, так как энергия, поглощенная тормо­ зами, не может быть использована при дальнейшем движении авто­ мобиля. Поэтому его торможение неизбежно связано с увеличением расхода топлива. При обычном (служебном) торможении основная часть тепла выделяется в тормозах (например, между фрикцион­ ными накладками и барабанами), а при полном (экстренном) тор­ можении в том случае, когда колеса блокированы, — между ши­ нами и дорогой.

Торможение автомобиля можно производить несколькими способами: без использования тормозной системы (движение накатом); с использованием тормозной системы; с использованием тормозной системы и двигателя.

§ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ТОРМОЗНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ

Тормозные свойства автомобиля можно определить в результате стендовых и дорожных испытаний, замеряя путь, время и замед­ ление при торможении с максимальной интенсивностью, а также значения тормозных сил.

Для проведения лабораторных испытаний используют специ­ альные стенды, которые обычно состоят из измерительной колонки и рифленых площадок, расположенных на уровне пола. При наезде на площадки со скоростью 3—3,5 м/с автомобиль резко затор­ маживают, вследствие чего площадки под действием сил инерции смещаются в направлении движения. Каждая площадка с помощью рычага и гидравлического устройства связана со своим указателем

160

на измерительной колонке, что позволяет определять значения тормозных сил, действующих на колеса, и судить о распреде­ лении общей тормозной силы между ними.

Дорожные испытания проводят на ровных, сухих и чистых уча­ стках дороги с твердым покрытием при полной нагрузке автомо­ биля в соответствии с техническими условиями заводов-пзгото- вителей и ГОСТом. Тормозные свойства автомобиля при дорожных испытаниях можно определить, например, с помощью самопишу­ щего прибора «путь — время — скорость» пли тахогенератора, установленного на пятое ко.лесо, и светолучевого осциллографа.

Риге. 70. Влпяппе на тормозной путь:

а —коэффициента сцепления; 0 —начальной скорости автомо­ биля

После обработки результатов испытаний строят графики зависи­ мостей пути п времени торможения автомобиля от скорости прп различных значениях коэффициента срх (рис. 70, а).

Имея график зависимости времени торможения от скорости, можно определить замедление (в м/с2) при торможении как функ­ цию скорости по формуле

• _ Ап

At ’

где Av — уменьшение (отрицательное приращение) скорости в м/с, соответствующее промежутку времени At в с (для обеспе­ чения необходимой точности интервалы времени не должны быть более 0,1 с).

На рис. 70, б изображены графики зависимости тормозного пути от скорости при торможении автомобиля на сухой асфальти-6

роваииой дороге. Графики построены для различных начальных скоростей, т. е. для скоростей, при которых начинали произ­ водить торможение. Интенсивность торможения с увеличением начальной скорости снижается из-за уменьшения коэффициента трения между трущимися поверхностями тормозов, вызванного их нагревом.

Тормозной путь определяют также с помощью специальных пистолетов, «стреляющих» краской на дорогу в начале торможе­ ния. После остановки автомобиля замеряют расстояние от пятна

с педали управления дроссельной заслонкой на педаль тормоза. Время реакции водителя зависит от его индивидуальных особен­ ностей и квалификации и находится в пределах 0,4—1 с. В расче­ тах время /р обычно принимают равным 0,8 с. Отрезок £пр представ­ ляет собой время срабатывания тормозного привода от начала нажатия на педаль тормоза до возникновения замедления. В тече­ ние этого времени происходят перемещения всех подвижных дета­ лей тормозного привода,- Время tnp зависит от типа тормозного привода, а также от его технического состояния и находится в пре­ делах 0,2—0,4 с для гидравлического и 0,6—0,8 с для пневмати­ ческого приводов. У автопоездов с пневматическим тормозным приводом время tnp составляет 1—2 С. Отрезок ty в выбранном масштабе равен времени, в течение которого замедление увеличи­ вается от нуля (начало действия тормозов) до максимального его значения.

Время увеличения замедления ty зависит от эффективности торможения, нагрузки автомобиля, типа и состояния дорожного покрытия.

Ниже приведены значения времени ty (в с) для экстренного торможения автомобиля с блокировкой всех колес.

162

Для грузовых автомобилей малой и средней грузоподъемности с гидравлическим тормозным приводом при начальной скорости 13,8 м/с и силе нажатия на педаль тормоза 700 Н

втор = 0,54у + 0,1у2.

Для тяжелых грузовых автомобилей и автопоездов при началь­ ной скорости 11,5 м/с

Stop = 0,65l>-j-0,113lA

Эти нормы действительны для случая торможения автомоби­ лей с полной нагрузкой на горизонтальной дороге с сухим, ровным асфальтобетонным покрытием.

§ 3. ТОРМОЗНАЯ СИЛА НА КОЛЕСАХ АВТОМОБИЛЯ

При торможении элементарные силы трения, распределенные по поверхности фрикционных накладок, создают результирующий момент трения Мтор, направленный в сторону, противоположную вращению колеса, а между колесом и дорогой возникает тормоз­ ная сила Ртор.

Рпс. 72. Силы, действующие на автомобиль цри торможении на подъеме

Максимальное значение тормозной силы Ртор тах равно силе сцепления шины с дорогой. При установке тормозов на все колеса автомобиля (рис. 72) максимальное значение тормозной силы (в Н)

Так как максимальное значение коэффициента ф^ находится в пределах 0,8—0,9, то при торможении на сухой асфальтирован­

164

ной дороге величина тормозной силы может достигнуть 80—90% значения силы тяжести автомобиля.

Обычно тормозную систему проектируют с расчетом полу­ чения такого тормозного момента М тор, который может довести колеса до юза при торможении автомобиля с полной нагрузкой на сухой дороге с асфальтобетонным покрытием.

§ 4. УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ ПРИ ТОРМОЖЕНИИ

Составим в общем виде уравнение движения автомобиля при его торможении на подъеме. Для этого спроектируем все силы, дей­ ствующие на автомобиль при торможении (рис. 72), на плоскость дороги:

Р тор! "ЬР тора~Г •РЬМ “Ь Р к а 4" Р и 4" Р В 4" Р ТД 4" Р г — Р II — Р'ГОР +

где

Р тор — Р ТОР1 4- Р тора!

Рд = РК1 + Р„з + Р т

Ртд — сила трения в двигателе, приведенная к ведущим колесам,

в II.

Зная величину момента трения Мтд в двигателе, значение силы Ртд (в Н) определяют по формуле

Момент трения (в Н.м) в четырехтактном двигателе можно приближенно определить по формуле

МуД 0,8рмРд2ц,

где рм — среднее давление механических потерь, определяемое по формуле (47), в Н/м2;

Vh — рабочий объем цилиндра в м3; гц — число цилиндров двигателя.

Рассмотрим случай торможения автомобиля только тормозной

где М &— масса автомобиля в кг; би — коэффициент учета вращающихся масс при накате и тор­

мошении.

Учитывая, что скорость автомобиля во время торможения уменьшается, можно считать, что сила Рп ~ 0. В связи с тем, что сила Рг мала по сравнению с силой Р тор, то-ею можно пренебречь, особенно при экстренном торможении. Тогда принятые допущения,

165

дающие небольшую погрешность в сторону улучшения тормозных свойств автомобиля, позволят написать уравнение (179) в следу­ ющем виде:

Ртор"4"73Д — 73л = 0.

Учитывая выражения (103), (114), и (178), получим

фxGa+ tyGa - МТа/з = 0.

Из последнего выражения получим преобразованное уравне­ ние движения прп торможении на негорнзонтальном участке дороги

§ 5. ИЗМЕРИТЕЛИ ТОРМОЗНОЙ ДИНАМИЧНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

В качестве измерителей тормозной динамичности автомобиля используют замедление при торможении /3 (в м/с2), время тормо­ жения t (в с) и тормозной путь sT (в м).

Замедление при торможении автомобиля

Решая уравнение (182) относительно замедления (в м/с2),получим

(183)

Коэффициент срх обычно значительно больше коэффициента ф, поэтому величиной ф в выражении (183) можно пренебречь. Тогда

Принимая коэффициент б„ ^ 1 п ускорение g zz 10 м/с2, можно считать, что при экстренном торможении автомобилей всех моделей на сухом асфальтобетонном покрытии максимальное замедление будет находиться в пределах 8—9 м/с2. Экстренное торможение, при котором замедления автомобиля достигают больших значений, вызывает неприятные ощущения у пассажиров и повышенный износ тормозов и шин. Поэтому при служебном торможении замедления обычно не превышают 1,5—2,5 м/с2.

Если во время торможения коэффициент фх не изменяется, то замедление остается примерно постоянной величиной, т. е. не зависящей от скорости автомобиля (рис. 73, а).

Время торможения. Время торможения можно определить путем графо-аналитического интегрирования кривой j3 = f(v), постро­ енной по уравнению (181). Найдя по графику /3 = / (к) замедления для нескольких значений скорости, определяют среднее замедле­ ние в каждом интервале скоростей. Затем по формуле (147) находят приращение времени At в каждом интервале и, суммируя полу­

166

ченные значения At, определяют время торможения. График зави­ симости £тор = / (у) показан на рис. 73, а.

Чтобы определить время t0, необходимое для остановки автомо­ биля с момента возникновения опасности, т. е. так называемое остановочное время, вернемся к рис. 71, а. За время ty замедление изменяется по закону, близкому к линейному. Поэтому можно считать, что в течение времени ty автомобиль движется с замедле-

Рпс. 73. Измерители тормозной динамичности автомобиля:

а — замедление, время движения и тормозной путь при торможенип тормозной систе­ мой; б — замедление при различных способах торможения; 1, 2 , 3 — кривые замедле­ ния при различных способах торможения; сплошные лпкпп — торможенпе тормозной системой; штриховые линии — совместное торможенпе

нием, равным приблизительно 0,5/зтах. Тогда приращение ско­ рости (в м/с)

Следовательно, скорость (в м/с) в начале экстренного торможе­ ния с замедлением 7'зшах

Если же в дальнейшем автомобиль движется равнозамедленно с замедлением /зтах и останавливается в конце тормошения, то скорость в течение времени £тор уменьшается по линейному закону от значения v' до нуля.

Тогда

167

Решая полученное уравнение относительно времениfTOp (в с) п подставляя вместо скорости v' его значение из выражения (186), получим

где

^сум — tp “h tn p Н— 2~ •

Если значения тормозных сил на всех колесах автомобиля одно­ временно достигают максимальных значений сил сцепления, то величину замедления определяют по формуле (184). Тогда, прини­ мая с достаточной для практических расчетов точностью коэффици­ ент 6Н» 1, в этом случае получим

tо ^ ?Сум + • (190)

Тормозной путь. Тормозной путь определяют графо-аналити­ ческим интегрированием кривой /тор = / (v), считая, что в каждом интервале скоростей автомобиль движется равнозамедленно. Раз­ бив кривую £тор = / (v) на несколько интервалов, по формуле (150) определяют приращения пути As в каждом интервале ско­ ростей так же, как это сделано при определении пути разгона. Сложив полученные значения приращения пути As, определяют общий путь торможения sxop. Примерный вид графика зависимости

возникновения опасности, т. е. длину так называемого остановоч­ ного пути, можно определить, если принять характер изменения замедления, который показан на рис. 71.

Как и раньше, примем, что при уменьшении скорости от кдо v‘ автомобиль движется с постоянным замедлением, равным 0,5 /зтах.

Во время экстренного торможения Замедление равно /зтпх и тормозной путь, пройденный автомобилем при уменьшении ско­ рости от значения v' до нуля (в м):

168

Найденная величина s.rop представляет собой путь, пройденный автомобилем за время /тор торможения с максимальной интен­ сивностью. Остановочный путь s0 (в м), необходимый для остановки автомобиля, больше пути sTop, так как в него входит также путь, пройденный автомобилем за время реакции водителя, срабатыва­ ния тормозного привода и увеличения замедления:

Подставляя в полученную формулу вместо скорости и' ее выра­ жение из формулы (186) и пренебрегая весьма малым значением произведения, содержащего ty, получим

“‘ з max

Если тормозные снлы на всех колесах автомобиля одновременно достигли значений сил сцепления, то с учётом уравнения (181) при Ртд = Рг = О тормозной путь автомобиля

. Величина тормозного пути прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения. Поэтому п-ри увеличении начальной скорости тормозной путь увеличивается особенно быстро (см. рис. 73, а). Зная величину sTOp, остановочный путь определяют по формуле

Для определения значений t0 и s0 по формулам (189) и (194) должна быть известна величина максимального замедления авто­ мобиля, которую определяют опытным путем. Если же максималь­ ное замедление неизвестно, то, зная величину cp.v, значения t0 и s0 определяют по формулам (190) и (196).

§ 6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ СИЛЫ МЕЖДУ КОЛЕСАМИ АВТОМОБИЛЯ

При торможении автомобиля сила инерции Ра, действуя на плече /гц (см. рис. 72), вызывает перераспределение нормальных нагру­ зок между передними и задними колесами: нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние, наоборот, уменьшается. Поэтому значения нормальных реакций Zxи Z2, действующих соответственно на передние и задние колеса автомобиля во время торможения, значительно отличаются от значений нагрузок G1nG2, которые они воспринимают в статическом состоянии. Как заказывалось выше, эти изменения оценивают коэффициентами /?г.Р1 и тр., изменения

169