4.1 Определение остановочного времени автомобиля с полной нагрузкой и без нагрузки
Остановочное время автомобиля определяется
по следующей формуле:
(4.1)
где 
– время реакции водителя, с;
– время срабатывания тормозной системы,
с;
– время нарастания замедления, с;
kэ – коэффициент
эффективности торможения;
V0– скорость автомобиля
непосредственно перед началом торможения,
м/с;
– коэффициент сцепления колес автомобиля
с поверхностью дороги;
g– ускорение свободного падения;
принимаем равным 0,8 с;
для автомобилей с гидравлическим
приводом тормозов 0,2 – 0,3 с, для автомобилей
с пневматическим приводом тормозов
0,6 – 0,8 с;
рассчитывается по формуле:
(4.2)
где G– вес автомобиля с данной
нагрузкой, Н;
b– расстояние от задней оси автомобиля
до центра тяжести, м;
hц– расстояние от центра
тяжести автомобиля до поверхности
дороги, м;
k1–скорость нарастания
тормозных сил, кН/с;
L– база автомобиля,
принимаем 3,77м.
Расстояние от задней оси автомобиля до
центра тяжести рассчитывается по
формуле:
(4.3)
где М1 – масса
автомобиля, приходящаяся на переднюю
ось, кг;
М– масса всего автомобиля с данной
нагрузкой, кг;
k1 выбирается в
зависимости от типа тормозной системы:
для автомобилей с гидравлическим
приводом тормозов k1 =
15 – 30 кН/с;
kэ выбирается в
зависимости от типа автомобиля и его
весового состояния из следующей таблицы.
Таблица 4.1 — Значения коэффициентов
эффективности торможения
|
Тип |
Коэффициент |
|
|
без |
с |
|
|
Легковые |
1,10-1,15 |
1,15-1,20 |
|
Грузовые |
1,10-1,30 |
1,50-1,60 |
|
Грузовые |
1,40 |
1,60-1,80 |
При расчетах принимаем:
а) автомобиль до торможения двигается
с постоянной скоростью, равной 40 км/ч
(V0= 11,11 м/с);
б) коэффициент сцепления колес автомобиля
с поверхностью дороги
= 0,6.
в) коэффициент эффективности
торможения kэпринимаем
без нагрузки 1,2, с полнойц нагрузкой
1,5.
г) скорость нарастания тормозных сил
k1 =25кН/с.
Для автомобиля ГАЗ-3309с
полной нагрузкой:
По формуле (4.3) рассчитаем расстояние
от задней оси автомобиля до центра
тяжести:
.
Время нарастания замедления рассчитаем
по формуле (4.2):
.
Остановочное время автомобиля определим
по формуле (4.1):
Для автомобиля ГАЗ-3309 без
нагрузки:
По формуле (4.3) рассчитаем расстояние
от задней оси автомобиля до центра
тяжести:
.
Время нарастания замедления рассчитаем
по формуле (4.2):
.
Остановочное время автомобиля определим
по формуле (4.1):
4.2 Определение остановочного пути автомобиля с полной нагрузкой и без нагрузки
Определение
остановочного пути автомобиля производим
по следующей формуле:
(4.3)
Для автомобиля ГАЗ-3309с
полной нагрузкой:
Для автомобиля ГАЗ-3309без нагрузки:
4.3 Определение замедления автомобиля с полной нагрузкой на уклоне и на подъеме
При торможении
автомобиля на уклоне или на подъеме
сила его инерции уравновешивается
алгебраической суммой тормозной
силы и силы сопротивления подъему. При
движении на подъем эти силы складываются,
а на уклоне – вычитаются:
Н.
(4.4)
Отсюда замедление
автомобиля на уклоне или подъеме
м/с2,
(4.5)
где РТ
—
тормозная сила, Н;
РП
—
сила сопротивления подъему, Н;
М-
масса автомобиля, кг.
Сила тяги и сила
сопротивления подъему рассчитываются
по следующим формулам:
Н;
(4.6)
Н,
(4.7)
где
— угол
подъема (уклона) дороги;
G
—
вес автомобиля, Н;
—
коэффициент сцепления колес автомобиля
с поверхностью дороги.
Конечная формула
для расчета замедления автомобиля на
уклоне и подъеме будет иметь следующий
вид:
м/с2.
(4.8)
Замедление
автомобиля необходимо определять при
углах подъема (уклона)
=
0,05 радиана.
Определение
замедления автомобиля с полной нагрузкой
на подъеме:
м/с2.
Определение
замедления автомобиля с полной нагрузкой
на уклоне:
м/с2.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Тормозные свойства автомобиля. Тормозные системы автомобиля и виды торможений. Оценочные показатели тормозных свойств автомобиля
Страницы работы
Фрагмент текста работы
котором
автомобиль удерживается стояночным тормозом;
6) установившая скорость на спуске Vт.уст. при торможении
тормозом-замедлителем или двигателем.
Нормативы показателей тормозных свойств
АТС по ГОСТ 22895-77 для рабочей и запасной тормозных систем приведены в
таблице 7.1. они полностью совпадают с нормативами, предусмотренными Правилами
ЕЭК ООН № 13.
Таблица 7.1 – Нормативы эффективности рабочей
(запасной) тормозной системы автотранспортных средств и автопоездов
|
АТС |
Кате-гории |
Начальная |
Усилие |
Тормозной |
||
|
Типа |
Типа |
Типа |
||||
|
Пассажирские |
М1 (М1) М2 М3 (М3) |
80 (80) 60 — (60) |
500 (500) 700 — (700) |
13,2/7,0 32,1/6,0 |
52,1/5,6 (93,2/2,9) 38,0/4,8 — (64,4/2,5) |
— — — 39,8/4,5 — |
|
Пассажирские |
М1 (М1) М3 (М3) |
80 (80) 60 (60) |
500 (500) 700 (700) |
50,7/5,8 — 33,9/6,0 — |
61,7/4,6 (100,7/2,5) 39,8/4,8 (66,2/2,5) |
— — 41,6/4,5 — |
|
Грузовые |
N1 (N2) N3 |
80 (50) 60 |
700 (700) 700 |
— 61,2/5,0 — |
73,5/4,0 (51/2,2) 43,6/4,0 |
— — 45,9/3,7 |
|
Грузовые |
N1 (N2) N3 |
80 (50) 60 |
700 (700) 700 |
63,6/5,0 — 38,5/5,0 |
75,9/4,0 (52,5/2,2) 45,4/4,0 |
— — 47,7/3,7 |
Испытания по определению эффективности
рабочей тормозной системы разделяют на три типа: «НОЛЬ», I и II. Испытания
типа «НОЛЬ» проводят при «холодных» тормозах, когда температура вблизи
поверхности трения тормозного барабана или диска менее 100 оС. Испытания
типа I проводят при
«горячих» тормозах. Нагрев осуществляют путем предварительных торможений.
Испытаниям типа «НОЛЬ» и I подвергаются все типы АТС. Испытаниям
типа II подвергаются АТС
категории M3 и N3, а также грузовые
автопоезда, тягачами которых являются автомобили категории N3. Эти испытания
проводятся при «горячих» тормозах, аналогично испытаниям I, и предназначены
для определения эффективности рабочей тормозной системы после движения на
затяжных спусках. Прогрев тормозных механизмов осуществляется на спуске длиной
6000 м с уклоном i=0,06 при скорости 36±5 км/ч.
Дорожные испытания по определению показателей
тормозных свойств проводят при тех же условиях, что и при определении
показателей тягово-скоростных свойств с полной нагрузкой автомобиля. Выход
автомобиля из коридора шириной 3,5 м и блокирование колес при торможении не
допустимы.
Вспомогательная тормозная система должна
обеспечивать поддержание постоянной установившейся скорости при затяжном спуске
Vт.уст.=30±2 км/ч на
уклоне i=0,07.
Протяженность спуска 6 км. При торможении двигателем в этих же условиях Vт.уст.30±5 км/ч.
Стояночная тормозная система должна удерживать
автомобиль в покое на уклоне imax не менее: для
пассажирских автомобилей – 0,25; для грузовых автомобилей – 0,20; для
автопоездов – 0,18.
7.3. Уравнение движения и тормозная
диаграмма автомобиля
При торможении автомобиль движется замедленно,
поэтому сила инерции Рj=majтδвр
становится движущей. Все внешние силы и моменты оказывают сопротивление
движению и направлены на увеличение модуля замедления 
. Исключение составляет лишь сила 
: при движении на подъем она положительная
и способствует замедлению, а на спуске отрицательная и уменьшает замедление.
Тогда уравнение движения автомобиля при торможении
. (7.1)
Суммарная тормозная сила Рт
может включать составляющие от моментов колесных тормозных механизмов 
и тормозного момента двигателя 
. Если при торможении двигатель
переводится на холостой ход и не отсоединяется от трансмиссии, то он переходит
на тормозной режим (режим принудительного холостого хода). Тогда суммарная
тормозная сила
, (7.2)
а
момент сопротивления двигателя (Нм)
, (7.3)
где
Мк.т=(Мт.м+Мсiтрηтр) –
суммарный тормозной момент; Vh=(πD2/4)S – рабочий объем
цилиндра, л; n – число цилиндров
двигателя; nд – частота
вращения коленчатого вала, мин-1.
Максимальная по условию сцепления
тормозная сила на колесе 
при нормальной нагрузке на шину Рz и для всех колес
Ртmax
(7.4)
Замедление АТС (м/с2) при
торможении:
с
включенным сцеплением
(7.5)
с
отключенным двигателем
(7.6)
где
Кэ – коэффициент эффективности торможения, Кэ=1,2 для
легковых автомобилей и 1,3-1,4 для грузовых автомобилей и автобусов; δвр=1+0,04(1+i2кл); δ‘вр=1,04.
Максимальный момент тормозного механизма,
реализуемый тормозящим колесом, ограничен его сцеплением с дорогой и
определяется по выражению
(7.7)
где
fт=f – коэффициент
сопротивления качению тормозящего колеса.
Максимально возможное замедление
автомобиля, при одинаковых дорожных условиях всех колес, достигается, если все
тормозные механизмы будут развивать предельные тормозные моменты по сцеплению Мк.тφi. Тогда
и
с учетом (7.4) при Рi=0
(7.8)
При экстренном торможении с отсоединенным
двигателем 
и 
. Тогда максимально возможное замедление
приближенно можно определить по зависимости
(7.9)
Процесс торможения во времени описывается
зависимостью jт, V=f(t), которые
называют тормозной диаграммой (рис. 7.1).
Тормозную диаграмму для экстренного
торможения строят с использованием исходных данных и технической характеристики
проектируемого автомобиля.
Рисунок 7.1 – Тормозная диаграмма автомобиля
Начало координат t=0 соответствует
моменту возникновения ситуации, вынуждающей водителя тормозить. Общая
продолжительность процесса торможения включает следующие составляющие:
tp=tp1+tp2 – время
психической tp1 и физической tp2 реакции водителя;
tсp=tз+tн – время
срабатывания тормозного привода включает время
Похожие материалы
- Управляемость автомобиля. Оценочные показатели управляемости. Параметры самовозврата управляемых колес и рулевого колеса в нейтральное положение и предельные величины усилий на рулевом колесе АТС
- Уравнение тягового баланса трактора. Схема сил и моментов, действующих на трактор в продольной плоскости в общем случае движения
- Устойчивость автомобиля. Оценочные показатели устойчивости. Траекторная и курсовая устойчивость, поворачиваемость автомобиля
Информация о работе
- Авторы
- Резюме
- Файлы
- Ключевые слова
- Литература
Дорохин С.В.
1
Скворцова Т.В.
1
Логачев В.Н.
1
Губарев В.Ю.
1
1 ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Благоприятное разрешение противоречие «скорость–опасность» зависит от совершенства ряда компо-нентов, которые образуют процесс дорожного движения: транспортных средств, дорожных условий, от подготовленности и дисциплинированности водителей, от качества управления дорожным движением, а также ряда кон¬структивных особенностей автомобилей; качества тормозной систе¬мы, от устойчивости автомобилей и других причин, которые позволяют разрешить эти противоречия за счет их совершенства и периодического контроля. Проведенные исследования показали, что за счет возрастания насосных по-терь в цилиндре создается значительное разряжение, нарушается процесс горения, уменьшается индика-торный коэффициент полезного действия, и частота вращения коленчатого вала падает. В дизельных дви¬гателях регулятор числа оборотов в это время перемещает рейку топливного насоса в сторону увели-чения цикловой подачи, как бы стараясь придерживать падение числа оборотов, и имитирует тем самым нагрузку (увеличивает расход топлива до максимума) дизеля. Для карбюраторных двигателей повышен-ное разряжение в цилиндрах на несколько секунд создает большее поступление топлива из карбюратора. Все это требует в начале большей затраты дополни¬тельного тормозного усилия и приводит к усиленному нагреву и неэффективному изнашиванию трущихся поверхностей тормозов и шины.
мощность
замедление
накат
остановочный путь
тормозной путь
безопасность движения
торможение
разгон
1. Автомобильные транспортные средства [Текст] / Д.П. Великанов, В.Н. Вернацкий, Б.И. Нифонтов, И.П. Плеханов; под ред. Д.П. Великанова. – М.: Транспорт, 1977. – 326 с.
2. Информационные технологии для решения задач управления в условиях рационального лесопользования [Текст] : монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин, В.Н. Логачев. – Воронеж, 2011. – 127 с. – Деп. в ВИНИТИ 26.09.2011, № 420-2011.
3. Кондрашова, Е.В. Определение эффективности транспортной работы лесовозной автомобильной дороги [Текст] / Е.В. Кондрашова // Бюллетень транспортной информации (БТИ). Информационно-практический журнал. – 2009. – № 9 (171), сентябрь. – С. 25-27.
4. Кондрашова, Е.В. Повышение эффективности транспортной работы автомобильных дорог в лесном комплексе [Текст] / Е.В. Кондрашова, А.М. Волков. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. университета, 2010. – 232 с.
5. Курьянов, В.К. Повышение эффективности обследования автомобильных дорог в районах лесозаготовок [Текст] / В.К. Курьянов, Е.В. Кондрашова, Ю.В. Лобанов. – М.: Изд-во РАЕ, 2010. – 130 с.
6. Методы, модели и алгоритмы повышения транспортно-эксплуатационных качеств лесных автомобильных дорог в процессе проектирования, строительства и эксплуатации [Текст]: монография / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т.В. Скворцова, А.И. Вакулин, В.Н. Логачев. – М.: Изд-во ФЛИНТА: Наука, 2012. – 310 с.
7. Рябова, О.В. Совершенствование методов оценки транспортно-экологических качеств автомобильных дорог [Текст] / О.В. Рябова, Е.В. Кондрашова, А.В. Скрыпников. – Воронеж: Изд-во Воронежского гос. ун-та, 2005. – 277 с.
8. Скрыпников, А.В. К вопросу повышения безопасности движения на лесовозных автомобильных дорог и дорогах общего пользования [Текст] / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, В.Ю. Губарев, А.Б. Киреев. – М.: Издательство ФЛИНТА: Наука, 2012. – 168 с.
9. Скрыпников, А.В. Метод оптимизации планов ремонта участков лесных автомобильных дорог [Текст] / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6; URL: www. science- education.ru/ 100-5155.
10. Скрыпников, А.В. Оптимизация межремонтных сроков лесовозных автомобильных дорог [Текст] / А.В. Скрыпников, Е.В. Кондрашова, Т. В. Скворцова // Фундаментальные исследования. – М., 2011. – № 8 (ч. 3). – С. 667-671.
11. Скрыпников, А.В. Оценка транспортно-эксплуатационных качеств автомобильных дорог в системе автоматизированного проектирования (САПР АЛД) [Текст] / А.В. Скрыпников. – Воронеж: Издательство Воронеж. гос. лесотехн. акад., 2008. – 387 с.
Введение. Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны между собой. Чем больше мощность двигателя, тем больше при необходимости можно создать тяговое усилие на ведущих колесах и улучшить разгонное качество автомобиля. Это требует во всевозрастающем транспортном потоке уделять большое внимание обеспечению безопасности движения, а, следовательно, улучшить тормозные свойства автомобилей.
Торможение автомобиля – основное средство предотвращения ДТП, поэтому оно имеет важнейшее значение для безопасности движения.
Основными измерителями тормозных свойств автомобиля являются максимальное замедление при торможении (
) и тормозной путь (
).
Величины замедления можно представить в виде [1] :
, (1)
где 
– ускорение автомобиля (знак минус указывает на то, что происходит замедление движения); 
– коэффициент продольного сцепления шин с дорогой; 
– ускорение силы тяжести.
Полагая 
м/с2, можно считать, что при экстренном торможении автомобилей всех моделей на сухом асфальтобетоне максимальное замедление будет порядка 
=7,5 …8 м/с2. В условиях эксплуатации, чтобы избежать повышенного износа тормозов и шин, при служебном торможении, замедление не создает больше 1,5…2,5 м/с2.
При торможении автомобиля с целью уменьшения скорости путь можно определить следующей формулой [1,6]:
, (2)
где 
– скорость автомобиля в момент начала торможения; 
– скорость автомобиля в момент окончания торможения.
Теоретический анализ. Подробно рассмотрим процесс торможения по этим показателям с различными приемами, анализируя при этом различные способы поглощения кинетической энергии.
Известно, что время равномерного движения автомобиля обычно мало по сравнению с общим временем его работы. Автомобили движутся равномерно всего 15…25 времени, от 30 до 45 % времени приходится на ускоренное движение и 30…40 % – движение накатом и торможение. Исходя из этого, для безопасного движения большое значение имеют разгонные и тормозные качества автомобилей. Во время разгона двигатель развивает мощность, близкую к максимальной. Повышение при этом тяговых качеств обеспечивается, прежде всего, за счет возможности использования почти в течение всего процесса разгона максимальной мощности двигателя. Если имеется возможность определить максимальную мощность двигателя без снятия его с автомобиля, тогда при установлении разгонного качества автомобиля целесообразно учитывать максимальную мощность двигателя при данном его техническом состоянии.
При движении накатом двигатель отъединен от трансмиссии, крутящий момент к ведущим колесам не подводится и тяговая сила отсутствует. Поглощение кинетической энергии при этом происходит за счет мощности затрачиваемой на преодоление трения в трансмиссии и гидравлических потерь. Величина этой мощности незначительна и поэтому замедление происходит очень медленно.
Величина тормозного пути при торможении с максимальной интенсивностью прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения. Поэтому при увеличении скорости движения автомобиля величина тормозного пути растет особенно быстро. Следовательно, знание скорости движения автомобиля перед экстренным торможением и мощность, затрачиваемая на торможение, дает возможность раскрыть механизм дорожного происшествия и техническую возможность его предотвращения, а также принять меры предупреждения.
Методика. При выводе формул для пути и времени торможения не учитывалось состояние тормозных механизмов (износ, регулировка, загрязненность), а также несоответствие распределения тормозной силы по колесам. Поэтому фактически минимальный тормозной путь оказывается на 20…40 % больше теоретического [2, 4].
Для учета эксплуатационных условий Д.П. Великанов [1] предложил ввести в формулу торможения коэффициент 
, который учитывает степень использования полной теоретически возможной эффективности действия тормозной системы:
. (3)
Величина коэффициента эффективности торможения Кэ в среднем равна 1,2 для легковых автомобилей и 1,4…1,6 для грузовых автомобилей и автобусов.
Величина учитывает лишь путь, проходимый непосредственно за время полного торможения. Полный (остановочный) путь 
, необходимый для остановки автомобиля, больше , так в него входит также путь, проходимый автомобилем за время водителя (
) (в течение времени, которое он с момента обнаружения препятствия принимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления подачи топлива на педаль тормоза), за время запаздывания срабатывания тормозного привода (
) (в течение времени, при котором выбирается свободный ход педали тормоза до прижатия тормозных колодок к барабану и возникновения тормозного момента или замедления) и за время постепенного увеличения замедления от нуля (начало действия тормозов) до максимального значения (
).
Таким образом, остановочный путь автомобиля складывается из четырех отрезков пути, соответствующих четырех промежутков временя: 
. Следовательно, остановочный путь – это расстояние, которое пройдет автомобиль от момента обнаружения водителем опасности до момента остановки автомобиля.
Замедление автомобиля за время изменяется по закону, весьма близкому к линейному. Поэтому можно считать, что за это время автомобиль движется равнозамедленно с замедлением, равным 
. С учетом этого, остановочный путь можно определить следующим образом:
. (4)
Время зависит от индивидуальных особенностей и квалификации водителей и находится в пределах 0,4…1 с. В расчетах обычно принимают 
с. В течение времени 
происходят перемещения всех подвижных деталей тормозного привода. Оно зависит от типа тормозного привода, а также от его технического состояния и находится в пределах 0,2…0,4 с для гидравлического и 0,6…0,8 с – для пневматического приводов. У автопоездов с пневматическим тормозным приводом =1 … 2 с. С достаточной для практики точностью можно считать, что за время автомобиль движется равномерно, сохраняя начальную скорость. Время зависит от эффективности торможения, нагрузки автомобиля, типа и состояния дорожного покрытия. Исходя из этого, при экстренном торможении груженного автомобиля на сухом асфальтобетоне с достаточной точностью можно определить следующей формулой [10] :
, (5)
где 
– время увеличения замедления при экстренном торможении автомобиля без груза в заданных дорожных условиях; 
– вес автомобиля без груза; 
– вес груза.
Приращение скорости 
за время можно определить формулой:
. (6)
Следовательно, скорость 
в начале экстренного торможения с замедлением равна:
. (7)
Если же в дальнейшем автомобиль движется равнозамедленно с замедлением и останавливается в конце торможения, то скорость в течение времени 
уменьшается по линейному закону от значения до нуля.
Тогда:
. (8)
Решая полученное уравнение, относительно времени , получим:
. (9)
При «ударном» или быстром нажатии на педаль тормоза значение колеблется в пределах: для гидравлического привода 0,15…0,25 с, а для пневматического привода 0,4…0,8 с. При этом можно считать, что тормозная сила нарастает почти равномерно. Из всех перечисленных величин аналитически определяется лишь , а все остальные находятся экспериментально.
Торможение автомобиля с периодическим прекращением действия тормозной системы также является одним из приемов эффективного торможения. Однако этот способ можно рекомендовать только водителям высокой квалификации, так как для того, чтобы удержать колеса автомобиля на грани юза, не допуская их скольжения, необходимы опыт и большое внимание.
Исследованиями установлено, что тормозная мощность двигателя при обычном торможении составляет около 40 % от его эффективной мощности. Тормозная мощность двигателя складывается из затрачиваемых на преодоление сил трения в двигателе механические потери, привод вспомогательных агрегатов двигателя и насосные потери.
Основная часть механических потерь двигателя (50…60 %) составляет трение в поршневой группе, которое в свою очередь состоит от силы трения поршневых колец и трения поршня:
. (10)
Наиболее точно эти силы могут определяться следующими формулами [3, 7]:
(11)
, (12)
Где 1…5 указывает номера колец; 
– среднее давление колец; 
– давление от собственной упругости кольца; 
– площадь опорной поверхности кольца; 
– нормальная сил, действующих на поршень; 
– радиус закругления кромки кольца.
По мере износа цилиндропоршневой группы давление собственной упругости кольца уменьшается. При износе кольца по радиальной толщине на элементарную величину 
изменение упругости поршневого кольца [1, 6]:
, (13)
где 
– зазор в стыке кольца; 
– коэффициент относительного изнашивания; а – радиальная толщина кольца; 
– упругость неизношенного кольца.
Толщина поршневых колец и гильзы экспоненциально изменяется по убыванию в процессе эксплуатации:
, (14)
где 
– диаметр кольца, гильзы в конце приработки; 
– коэффициент интенсификации изнашивания; 
– пробег автомобиля.
Практически площадь просвета между кольцом и гильзой пропорционально износу гильзы. Тогда зазор будет равным износу гильзы:
. (15)
Значительное влияние на тормозной момент двигателя оказывает температура смазывавшего масла. Это объясняется температурно-вязкостными свойствами масла и ухудшением условий смазки трущихся поверхностей.
Для определения динамической вязкости масла (
) [3, 8]:
, (16)
где 
и 
– соответственно температура всасывания воздуха и охлаждавшей воды; 
и 
– соответственно давления сжатия и всасывания; 
– вязкость масла при 50°С.
Для обычных двигателей со свободным впуском (без турбонаддува) насосные потери составляют 10…20 % от всех потерь двигателя и имеют место во всех тактах при нормальной работе двигателя кроме рабочего хода. Но в процессе переработки в изношенном двигателе увеличивается прорыв газов в картер за такт сжатия, и снижаются насосные потери. Давление в конце сжатия двигателя с учетом прорыва и без учета прорыва можно определить по следующей формуле:
, (17)
где 
– давление начала сжатия; 
и 
– показатели политропы сжатия соответственно с учетом и без учета прорыва газов.
находим из следующего формулы:
, (18)
где 
– соответственно масса заряда в начале и в конце сжатия.
Изменение работы за политропический процесс сжатия будет:
, (19)
где 
– объем заряда в начале и конце сжатия. Изменение насосных потерь в такте всасывания и выпуска зависит от засоренности воздухоочистителя и глушителя и требует более глубокого анализа.
При обеспечении безопасности движения экстренным тормозом совместно рабочим тормозом и двигателем при различных наработках значения указанных сил еще больше изменятся.
Затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов растут с ростом числа оборотов по степенному закону и изменение значения по технической причине подменяется аналитической зависимостью.
Вывод. Чем больше разгоняется автомобиль (имеет лучшие тяговые качества для увеличения скорости), тем при необходимости требуется эффективное торможение. Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны между собой. В связи с нерациональным расходом топлива на разгоне, предшествующем торможению и возрастанию при этом других потерь, надо при этом добиться наименьшего остановочного или тормозного пути. Поэтому, с целью обеспечения активной безопасности дорожного движения при диагностировании технического состояния тормозного механизма необходимо иметь взаимосвязь между мощностью двигателя, которая используется для создания тяги, осуществлявшей разгон автомобиля. По мощности, затрачиваемой на торможение при движении автомобиля, можно оценивать техническое состояние тормозов.
Рецензенты:
Скрыпников А.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры информационные технологии моделирования и управления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж.
Кондрашова Е.В., д.т.н., профессор кафедры технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», г. Воронеж.
Библиографическая ссылка
Дорохин С.В., Скворцова Т.В., Логачев В.Н., Губарев В.Ю. АНАЛИЗ ТЯГОВЫХ И ТОРМОЗНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЕЙ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 3.
;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=13002 (дата обращения: 22.12.2023).
Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)
| Статистика |
|
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0 |
Эффективность торможения и устойчивость при торможении
Рабочая и запасная тормозные системы
Наибольшее значение для безопасности автомобиля имеет рабочая тормозная система. Ее применяют для плавного снижения скорости с замедлением 2,5-3 м/с2 (служебное торможение) и для резкого уменьшения скорости с максимально возможным в данных дорожных условиях замедлением до 8-9 м/с2 (экстренное или аварийное торможение). В целом при одном назначении рабочей и запасной тормозных систем, требования эффективности торможения запасной тормозной системой, предназначенной для снижения скорости АТС при выходе из строя рабочей тормозной системы, менее жесткие.
Из всех операций по управлению автомобилем экстренное торможение считается одним из наиболее трудных. Многие действия водитель повторяет по нескольку десятков и сотен раз за смену и, выработав определенные навыки, достигает в них необходимого автоматизма. Аварийное торможение требуется относительно редко, и натренированность водителя в его применении минимальна. В отличие от остальных операций по управлению, выполняемых водителем в спокойном состоянии и медленном темпе, экстренное торможение связано с внезапным возникновением препятствия. Ощущение опасности создает нервное напряжение, вызывая гнетущее чувство беспокойства, страха и резко усиливая психофизиологическую нагрузку водителя. Возникает состояние стресса, при котором водитель может или вообще не выполнить необходимых действий, или выполнить их в замедленном темпе, или, наконец, совершить действия, прямо противоположные требуемым. К тому же, как показывает практика, неисправности в обычных условиях не проявляются, но при резком торможении могут вызвать отказ ТС.
Для обеспечения безопасности автомобиля тормозная система должна удовлетворять следующим требованиям:
- Время срабатывания системы должно быть минимальным, а замедление — максимальным во всех условиях эксплуатации.
- Все колеса должны затормаживаться системой одновременно и с одинаковой интенсивностью.
- Тормозные силы на колесах должны нарастать плавно, в системе не должно быть заеданий и заклиниваний.
- Эффективность действия системы должна быть постоянной в течение всего срока службы, а вероятность отказов минимальной.
- Работа системы не должна вызывать потери устойчивости.
- Усилия, необходимые для перемещения рабочих органов управления (педали, рычаги) системы, не должны превышать физических возможностей водителя.
- Система должна иметь сигнализацию для информирования принципов движения о начале, интенсивности и окончании торможения.
Эффективность торможения и устойчивость при торможении
Для физического представления требований к рабочей тормозной системе рассмотрим процесс торможения, рис. 2.7, поэтапно во времени.
-
- Время реакции водителя tp. Водитель, заметив препятствие и оценив дорожную обстановку, принимает решение о торможении. Он переносит ногу с педали подачи топлива на тормозную педаль. Принято считать, что время реакции водителя находится в пределах от 0,3 до 2,5 с.
При неожиданном возникновении опасности это время обычно больше. Скорость автомобиля, практически, не меняется. Время, необходимое для этих действий зависит от условий обзорности автомобиля, но в большей степени от квалификации водителя, его возраста, степени утомления и других факторов, поэтому при оценке эффективности торможения не нормируется. Предельное значение времени реакции водителя может быть одним из критериев надежности водителя.
-
- Время срабатывания тормозной системы tср. Этот период принято делить на два временных интервала:
время запаздывания тормозной системы tс. После нажатия на педаль тормозная сила на колесах, вызывающая замедление, возникает не сразу. Необходимо время для выбора зазоров в соединениях тормозного привода. Это время от начала торможения до появления замедления колеблется в среднем от 0,1 до 0,4 с (гидравлический привод) от 0,6 до 0,8 с (пневматический привод). У автопоездов с пневматическим приводом тормозных механизмов оно может достигать 2-3 с. В течение времени tс автомобиль продолжает двигаться равномерно с начальной скоростью υ0;
время нарастания замедления tн В этом периоде тормозные силы и замедление (отрицательное ускорение j) монотонно нарастают до определенного значения.
Увеличение тормозных сил, приложенных к колесам, вызывает рост касательных реакции Rх1 и R х2 . До начала блокировки колес касательные реакции считают пропорциональными времени Rx =f(t), см. рис. 2.7, а (линии 1 и 2).
Рис. 2.7. Торможение автомобиля:
а — зависимость сил сцепления от времени; б — схема сил, действующих на автомобиль
Скорость изменения тормозных сил на передней и задней осях обозначают, соответственно, К1 и К2. Для тормозных систем с гидроприводом скорость равна 15-30 км/с, с пневмоприводом — 25-100 км/с.
Блокирование колес (если максимальные значения тормозных сил ограничены только сцеплением шин с дорогой) указывает на то, что рост тормозных сил и замедления прекращен. Закон изменения касательной реакции на колесах переднего моста в процессе торможения характеризуется линией ОВ’С’, а на колесах заднего — линией ОАВС.
При коэффициенте сцепления φх = 0,7 продолжительность времени до начала блокирования колес заднего моста может быть 0,5 с. Колеса переднего моста блокируются еще через 0,3с. Скорость автомобиля снижается до υ 2 = 0,8 υ 0.
При снижении скорости автомобиля торможением рабочей тормозной системой тяговая сила РТ может сравняться по величине с силой сцепления Рсц ведущих колес, вследствие чего возможно пробуксовывание колес как обоих на оси, так и одностороннее, что может привести к заносу и выходу из коридора движения.
Максимально допустимая скорость при прямолинейном движении автомобиля до буксования ведущих колес может быть определена из выражения:
(2.11)
Где:
Ма — масса автомобиля, кг;
g — ускорение свободного падения, м/с2;
Wв — фактор обтекаемости, Н с2/м2;
а — расстояние от центра тяжести автомобиля до переднего моста, м;
φх — коэффициент продольного сцепления;
f — коэффициент сопротивления качению;
αд — угол продольного уклона дороги;
δвр — коэффициент учета вращающихся масс;
L — база автомобиля, м;
hцт — высота центра тяжести, м;
Движение автомобиля со скоростью, близкой к υбук, является лишь одной из предпосылок заноса. Теоретически автомобиль при торможении может двигаться с этой скоростью неограниченно долго без потери курсовой устойчивости. Однако в реальных условиях под действием поперечной составляющей массы, бокового ветра, неровностей дорожного покрытия, а также различных по величине тормозных сил, прикладываемых к колесам правой и левой стороны, возможно при торможении линейное отклонение автомобиля от его направления движения уже в начале нарастания замедления.
При малых скоростях влияние этих возмущений невелико, но в случае большой скорости они могут привести к нарушению устойчивости при торможении и выходу автомобиля из коридора движения.
Время запаздывания и время нарастания замедления, а также линейное отклонение автомобиля при торможении зависят от конструкции и технического состояния тормозной системы автомобиля. Поэтому время срабатывания рабочей и запасной тормозными системами нормируется для категорий (вида) автомобилей (нормативы времени срабатывания тормозных систем для эксплуатирующихся АТС рассматриваются в главе 6). Нахождение в пределах нормативного коридора движения 3м при торможении рабочей тормозной системой также является обязательным требованием безопасности для всех ТС.
3. Время действия установившегося замедления tуст Увеличение тормозного момента, приложенного к колесу, вызывает рост тормозных сил, пока касательные реакции не достигнут максимального значения, обусловленного сцеплением шин с дорогой. После прекращения роста тормозных сил движение автомобиля происходит с установившимся замедлением до конца торможения. В этом периоде сила инерции РИ = Mgφх (для простоты расчетов примем коэффициент учета вращающихся масс δвр = 1), а замедление Jуст = gφх — и автомобиль движется равнозамедленно, а его скорость падает до нуля. При υ 3 = 0 продолжительность третьего периода tуст = υ 2 / jyст. Величина установившегося замедления зависит от массы автомобиля и определяет продолжительность времени торможения, поэтому нормируется для категорий (вида) автомобилей.
При принятых допущениях тормозные силы Rх1 и R х2 могут беспрепятственно достигать предельных значений по условиям сцепления:
(2.12)
Где: Р сц1 и Pсц2 — силы сцепления шины с дорогой, соответственно, переднего и заднего мостов; R z1 и Rz2 — вертикальные реакции дороги, действующие, соответственно, на передний и задний мосты.
Однако, практически, у автомобиля, оборудованного тормозной системой с гидроприводом, предельная величина тормозных сил ограничена физическими возможностями водителя. Усилие, развиваемое им при экстренном нажатии на тормозную педаль, составляет в среднем 500-600 Н и не превышает 1000-1200 Н. У автомобиля, имеющего тормозную систему с пневмоприводом, рост тормозных сил лимитируется мощностью компрессора и давлением воздуха в магистрали. (Рост касательных реакций прекращается в точках D и D’, после чего они остаются примерно постоянными и равными Rх2 и Rx1 ). Однако, при постоянных характеристиках тормозной системы в изменяющихся дорожных условиях и неравномерном распределении массы автомобиля по осям возможны неуправляемые блокировки колес одного моста.
Если у автомобиля блокируются только колеса заднего моста и мощность тормозных механизмов недостаточна для доведения передних колес до юза, то замедление на третьем периоде можно определять по формуле:
(2.13)
Рассмотрим пример: при торможении грузового автомобиля категории N2 (масса — 8000 кг, начальная скорость υ 0 = 70 км/ч, φх = 0,7) после прекращения роста тормозных сил по условиям сцепления (колеса заблокированы) время установившегося замедления tуст составило 2,2 — 2,4 с. Перемещение автомобиля за время срабатывания тормозной системы (время запаздывания и нарастания замедления) равно 20,4 м, а за время установившегося замедления — 21,2 м, т. е. тормозной путь составит около 42 м. При ограничении роста тормозных сил конструктивными возможностями тормозной системы (RX1 max = 15 кН, RX2 max = 25 кН) продолжительность времени торможения возрастает до 4,6 с, максимальное замедление автомобиля падает с 7 м/с2 до 5 м/с2, а тормозной путь возрастает до 52 м.
Как правило, разработчики тормозных систем, стремятся обеспечить управляемость и предотвратить раннюю блокировку передних колес при торможении. В конструкции грузовых автомобилей большой грузоподъемности и автобусов большой вместимости (М3 и N3) ограничивают величину тормозных моментов на колесах переднего моста. Это приводит к тому, что максимальные значения касательных реакций от действия тормозных сил при движении по дорогам с сухим покрытием обычно меньше силы сцепления. Поэтому, показатели тормозной динамичности и, соответственно, нормативы тормозной эффективности таких автомобилей ниже, чем у автомобилей, имеющих меньшую массу.
Приведенные формулы, связывая конструктивные особенности автомобиля (массу, положение центра тяжести, базу), дорожные условия, скорость нарастания тормозных сил и т. п., характеризуют упрощенную модель процесса торможения. Для практических расчетов эффективности торможения рекомендует вводить поправочный коэффициент Кэ. Примерные значения Кэ для сухого асфальто — или цементобетонного покрытия (φх = 0,7) даны в табл. 2.3.
Таблица 2.3. Поправочный коэффициент Кэ к расчетам эффективности торможения
|
Категория автомобиля |
Без нагрузки |
С полной нагрузкой |
|
MbN, |
1,1 — 1,15 |
1,15 — 1,20 |
|
M2,N2 |
1,1 — 1,30 |
1,5 — 1,6 |
|
M3,N3 |
1,4 — 1,6 |
1,6 — 1,8 |
С учетом коэффициента Кэ формулы для замедления, остановочного времени и остановочного пути приобретают следующий вид:
(2.14)
При малом коэффициенте сцепления величина тормозных сил у любого автомобиля достаточна для доведения всех колес до скольжения. Поэтому при (φх < 0,4 следует принимать Кэ — 1 для автомобилей всех типов.
Для упрощения расчетов Sуст, м, tуст, с, и jуст, м/с2, используют номограммы.
Рассмотренные временные интервалы процесса торможения связаны между собой основным показателем тормозной динамичности и эффективности торможения — тормозным путем ST, м:
(2.15)
Где:
Sc — перемещение автомобиля за время tc, (Sc = υ 0 tc);
SH — перемещение автомобиля за время t„, (S„ = υ 0 tн);
Sуст — перемещение автомобиля за время tуст, [Sуст = υ 22 /(2g φх) ].
Во многих международных документах показателем тормозной динамичности и эффективности торможения принято также установившееся замедление jуст. Значения тормозного пути и установившегося замедления, конкретизированные по видам и категориям автомобилей, используют в эксплуатации как оценки соответствия эффективности тормозных систем требованиям безопасности (см. подглаву 6.2).
Начальная скорость торможения при проверках в эксплуатации и проведении испытаний в дорожных условиях — 40 км/ч. Масса АТС при проверках не должна превышать разрешенной максимальной. Нормативные значения показателей эффективности торможения должны быть реализованы водителем при заданных усилиях (не более) на органах управления тормозных систем.
Стояночная и вспомогательная тормозные системы
Основное назначение стояночной тормозной системы — удержание автомобиля на месте. При приведении ее в действие должно достигаться:
для АТС с технически допустимой максимальной массой — неподвижное состояние АТС на опорной поверхности с продольным уклоном до 16 + 1 %;
для АТС в снаряженном состоянии — неподвижное состояние на поверхности с продольным уклоном 23 + 1 % — для АТС категорий М1 — М3 и 31 + 1 % — для категорий N1 — N3.
Усилие, прикладываемое к органу управления стояночной тормозной системы для приведения ее в действие, не должно превышать значений, установленных для рабочей и запасной тормозных систем.
Стояночная тормозная система с приводом на пружинные камеры, раздельным с приводом запасной тормозной системы, при торможении в дорожных условиях должны дополнительно выполнять функции запасной тормозной системы и обеспечивать установившееся замедление 2,2-2,9 м/с2.
Вспомогательная тормозная система предназначена для уменьшения энергонагруженности тормозных механизмов рабочей тормозной системы АТС в диапазоне скоростей 25-35 км/ч. Она должна обеспечивать (за исключением моторного замедлителя) установившееся замедление 0,5-0,8 м/с2.