Как найти силу торможения действующую на автомобиль

Известно, что грузовой автомобиль массой пять тысяч килограмм движется по горизонтальному пути со скоростью семьдесят два километра в час (20 метров в секунду).
Необходимо: определить силу и время торможения автомобиля, если тормозной путь составил пять метров.

Дано: m=5000 кг; v=20 м/сек; s=5 м
Найти: F-?; t-?

Решение

Исходя из того, что работа силы торможения численно равна изменению кинетической энергии движущегося автомобиля , получаем формулу для определения силы торможения

Подставив в формулу численные значения, рассчитаем силу торможения грузового автомобиля

н

Из формулы , при условии, что v_t=0: , где , получаем формулу времени торможения

Время торможения автомобиля

сек

Ответ: сила торможения автомобиля составила двести тысяч ньютон, время торможения равно половине секунды.

Как определить силу торможения

На безопасность движения большое влияние оказывает сила торможения автомобиля. Чем лучше тормоза, тем проще сбросить скорость перед внезапно возникшим препятствием.

Вам понадобится

• Прямой участок сухой и ровной дороги
• Строительная рулетка

Инструкция

Найдите прямой участок дороги со слабым движением. Асфальт должен быть гладким, без ям и латок. Уклон в любом направлении нежелателен. Осмотрите дорожное полотно. Уберите мусор и другие предметы, наличие которых может повлиять на безопасность движения. Установите хорошо заметную веху. Она отмечает место, где необходимо начать торможение.

Используйте GPS навигатор для замера скорости. Автомобильные спидометры часто занижают реальную скорость на 5 километров и более. Точность показаний тем ниже, чем выше скорость машины. Замеры тормозного пути обычно проводятся со скорости 100 километров в час. Установите машину на дорожном полотне таким образом, чтобы гарантированно набрать необходимую скорость до вехи. Постарайтесь найти помощника, который будет следить за скоростью автомобиля.

Убедитесь в том, что движению транспортного средства ничего не мешает. Начинайте разгон. Помощник в это время должен следить за скоростью на экране навигатора. Как только машина разгонится до необходимой скорости, он подаст сигнал. Далее двигайтесь без ускорения. Как только автомобиль поравнялся с вехой, начинайте торможение до полной остановки автомобиля. Постарайтесь не допускать блокировки колес. В случае возникновения заноса немедленно отпустите тормоз.

Измерьте расстояние от вехи до места остановки автомобиля. Эксперимент желательно повторить не менее трех раз. Сложите все результаты, разделите их на количество попыток. Среднее значение тормозного пути запишем через h. Тогда работа, затраченная на торможение: А=F*h, отсюда F=A/h. Теперь выразим работу через скорость и массу автомобиля: A=mV²/2, где m – масса автомобиля, кг; V – начальная скорость равная 100 км/ч. Подставим работу в первую формулу, получим выражение для определения силы торможения через тормозной путь, начальную скорость и массу автомобиля: F=mV²/2h

Подставьте полученные в результате эксперимента значения в формулу, произведите арифметические действия.

Войти на сайт

или

Забыли пароль?
Еще не зарегистрированы?

Лекция 11. Тормозные свойства автомобиля

План лекции

11.1. Измерители тормозных свойств

11.2. Уравнение движения при торможении

11.3. Экстренное торможение

11.4. Время торможения

11.5. Тормозной путь

11.6. Коэффициент эффективности торможения

11.7. Остановочный путь и диаграмма торможения

11.8. Служебное торможение

Рекомендуемые материалы

11.9. Распределение тормозных сил по колесам автомобиля

11.10. Торможение автопоезда

11.10. Влияние различных факторов на тормозные свойства

Тормозные свойства имеют важное значение при эксплуата­ции автомобилей, так как от них во многом зависит безопасность движения. Чем лучше тормозные свойства, тем выше безопасность движения, средняя скорость и производительность автомобиля.

11.1. Измерители тормозных свойств

Измерителями тормозных свойств автомобиля являются замед­ление при торможении j_з м/с², время торможения t_тор, с, и тор­мозной путь S_mp, м. Наиболее важное значение из указанных из­мерителей имеют замедление и тормозной путь.

Нагрузка на автомобиль оказывает существенное влияние на его тормозные свойства. Поэтому в процессе эксплуатации для проверки эффективности тормозных механизмов в качестве изме­рителей используют максимально допустимый тормозной путь и минимально допустимое замедление автомобиля без нагрузки и с полной нагрузкой.

Нормативные значения измерителей тормозных свойств авто­мобиля без нагрузки при торможении на сухой асфальтовой гори­зонтальной дороге регламентированы правилами дорожного дви­жения.

11.2. Уравнение движения при торможении

Уравнение движения автомобиля выведем для случая тормо­жения на горизонтальной дороге (рис. 11.1). Спроецируем все силы, действующие на автомобиль, на плоскость дороги и получим сле­дующее уравнение движения при торможении:

Замедление при торможении определим из этого уравнения, представив его в следующем виде:

Рис. 11.1. Силы, действующие на автомобиль при торможении откуда

Значение замедления зависит от режима торможения автомо­биля. При эксплуатации применяется экстренное (аварийное) и служебное торможение.

11.3. Экстренное торможение

Экстренным называется режим торможения, при котором тор­мозные силы на колесах автомобиля достигают максимально воз­можного значения по сцеплению.

При этом колесо находится на грани юза (полного скольже­ния), но еще катится с некоторым проскальзыванием. Как пока­зали исследования, максимальное значение тормозной силы на колесе достигается при его 15…30%-ном проскальзывании.

Экстренное торможение применяется сравнительно редко и обычно составляет 3…5% общего числа торможений. При экст­ренном торможении замедление достигает наибольшего значения и на сухом асфальтобетоне составляет 7,5… 8 м/с². Экстренное тор­можение очень неприятно для сидящих пассажиров и опасно для стоящих. Оно вызывает повышенный износ шин и тормозных ме­ханизмов. При экстренном торможении для увеличения замедле­ния необходимо уменьшить влияние вращающихся масс, поэтому двигатель отключается от трансмиссии при помощи сцепления. Процесс торможения осуществляется только тормозной системой.

При экстренном торможении скорость автомобиля резко пада­ет, поэтому влияние силы сопротивления воздуха незначительно. Уравнение движения автомобиля при экстренном торможении принимает следующий вид:

Так как при экстренном торможении касательные реакции до­роги на передних и задних колесах имеют максимально возмож­ные значения по сцеплению, то

С учетом этого выражения для го­ризонтальной дороги и современных автомобильных дорог, имеющих не­большие уклоны, при экстренном торможении замедление

где φ_x — коэффициент сцепления ко­лес с дорогой.

Если во время торможения значе­ние коэффициента сцепления колес с дорогой не изменяется, то замедле­ние не зависит от скорости в течение всего периода торможения (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Зависимости замед­ления   j_з   времени торможе­ния t_тор,

    тормозного S_mop ос­тановочного S₀ путей автомо­биля от скорости      движения v

11.4. Время торможения

(Для определения времени торможения представим замедление следующем виде:

oткуда

Проинтегрировав последнее выражение, определим время тор­можения:

где v_H и v_K — значения скорости автомобиля соответственно в начале и конце торможения, выраженные в м/с, или

где v_Н и v_K выражены в км/ч.

При торможении автомобиля до полной остановки, когда v_K =  0, время торможения

Из этого выражения следует, что время торможения автомоби­ля связано линейной зависимостью со скоростью (см. рис. 11.2).

11.5. Тормозной путь

Тормозным называется путь, проходимый автомобилем за время полного торможения, в течение которого замедление имеет мак­симальное значение.

Используя соотношения  , выражение для

dS представим в виде  

Проинтегрировав это выражение, найдем тормозной путь:

где v_Н и v_K измеряются в м/с, или

где v_H и v_K измеряются в км/ч.

При торможении до полной остановки

Из этого выражения видно, что тормозной путь автомобиля характеризуется квадратичной зависимостью от скорости. При воз­растании начальной скорости тормозной путь быстро увеличива­ется (см. рис. 11.2).

11.6. Коэффициент эффективности торможения

В приведенных ранее формулах для определения времени тор­можения и тормозного пути автомобиля не учтен ряд конструк­тивных и эксплуатационных факторов, существенно влияющих на эффективность торможения. Поэтому в действительности значе­ния времени и пути торможения могут быть на 20…60 % больше рассчитанных по этим формулам.

Для согласования результатов теоретических расчетов с экс­плуатационными данными служит коэффициент эффективно­сти торможения к_э. Он учитывает непропорциональность тор­мозных сил на колесах нагрузкам, приходящимся на колеса, а также износ, регулировку, замасливание и загрязненность тор­мозных механизмов. Данный коэффициент показывает, во сколь­ко раз действительное замедление автомобиля меньше теорети­ческого, максимально возможного на данной дороге. Значение коэффициента эффективности торможения составляет 1,2 для легковых автомобилей и 1,4… 1,6 — для грузовых автомобилей и автобусов.

С учетом коэффициента эффективности торможения формулы для определения времени торможения и тормозного пути автомо­биля преобразуются к следующему виду:

Для случая торможения до полной остановки

где v_Н и v_K выражены в км/ч.

11.7. Остановочный путь и диаграмма торможения

Остановочным называется путь, проходимый автомобилем от момента, когда водитель заметил препятствие, до полной оста­новки автомобиля.

Остановочный путь больше, чем тормозной, так как он кроме тормозного пути дополнительно включает в себя путь, проходи­мый автомобилем за время реакции водителя, время срабатыва­ния тормозного привода и увеличения замедления. Остановочный путь

где S_a — дополнительный путь, м, или

где t‘_p = 0,2… 1,5 с — время реакции водителя, зависящее от его возраста, квалификации, утомляемости и т.д.; t_np — время сраба­тывания тормозного привода от момента нажатия на тормозную Педаль до начала действия тормозных механизмов, зависящее от конструкции тормозного привода и его технического состояния (составляет 0,2 с для гидравлического, 0,6 с — для пневматичес­кого, 1,0 с — для автопоезда с пневмоприводом); t_y = 0,2…0,5 с — время увеличения замедления от нуля до максимального значе­ния; v_H — скорость автомобиля в начале торможения, км/ч.

Выражение для остановочного пути по­лучено при наличии допущения, что в течение времени увеличения замедления автомобиль движется равнозамедленно и замедление в этом случае составляет 0,5 j_max – Из формулы для остановочного пути следует, что он, как и тормозной путь, характеризуется квадратичной за­висимостью от скорости. При увеличении начальной скорости он существенно воз­растает (см. рис. 11.2).

Остановочный путь автомобиль прохо­дит за остановочное время

Диаграмма торможения (рис. 11.3) представляет собой график изменения замедления и скорости автомобиля во времени при торможении. Она характеризует интенсивность торможения авто­мобиля с учетом всех составляющих остановочного времени.

Рис. 11.3. Диаграмма тор­можения автомобиля

11.8. Служебное торможение

Служебным называется такой режим торможения, при кото­ром тормозные силы на колесах автомобиля не достигают макси­мально возможного значения по сцеплению.

Служебное торможение является наиболее распространенным режимом торможения. При эксплуатации автомобилей оно состав­ляет 85… 87 % общего числа торможений. Максимальное значение замедления при служебном торможении не превышает 4 м/с². Тор­можение с таким замедлением вызывает неприятные ощущения и дискомфорт у пассажиров и применяется в исключительных случа­ях. Обычно в условиях эксплуатации используется плавное служеб­ное торможение, при котором замедление составляет 1,5… 2,5 м/с².

При эксплуатации автомобилей применяются различные спо­собы служебного торможения. Оно может осуществляться двига­телем, с отсоединенным двигателем, с неотсоединенным двига­телем (комбинированное торможение), тормозом-замедлителем (вспомогательным тормозом) и с периодическим прекращением действия тормозной системы.

Торможение двигателем. При торможении этим способом не используются тормозные механизмы колес автомобиля. В этом слу­чае тормозом служит двигатель, который не отсоединяется от трансмиссии, но работает на режиме холостого хода (с умень­шенной подачей горючей смеси) или на компрессорном режиме (без подачи в цилиндры горючей смеси). Ведущие колеса прину­дительно вращают коленчатый вал двигателя. В результате в двигателе за счет трения возникает сила сопротивления, которая за­медляет движение автомобиля.

Торможение двигателем применяют в горных условиях, при движении на длинных затяжных спусках и в тех случаях, когда требуется небольшое замедление. Оно обеспечивает плавное тор­можение, сохранность колесных тормозных механизмов и устой­чивость автомобиля против заноса (благодаря равномерному рас­пределению тормозных сил по колесам). Однако торможение дви­гателем на режиме холостого хода очень вредно для окружающей среды, загрязняемой отработавшими газами, с которыми на этом режиме выбрасывается большое количество оксидов углерода.

Торможение с отсоединенным двигателем. Торможение осуще­ствляется только тормозными механизмами колес автомобиля без использования двигателя. Двигатель отсоединяют от трансмиссии путем выключения сцепления или установкой нейтральной пере­дачи в коробке передач. Торможение с отсоединенным двигате­лем — основной способ служебного торможения. Оно чаще всего используется при эксплуатации автомобилей, так как обеспечи­вает необходимое замедление. Однако торможение с отсоединен­ным двигателем уменьшает устойчивость автомобиля на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользких, обледенелых и др.).

Торможение с неотсоединенным двигателем. Это комбиниро­ванный способ торможения, который осуществляется тормозны­ми механизмами колес совместно с двигателем автомобиля. Пе­ред приведением в действие тормозных механизмов уменьшают подачу горючей смеси в цилиндры двигателя. Угловая скорость коленчатого вала двигателя снижается, чему препятствуют веду­щие колеса, принудительно вращающие коленчатый вал через трансмиссию. В результате происходит торможение двигателем, после чего приводятся в действие тормозные механизмы колес. Торможение с неотсоединенным двигателем увеличивает срок службы тормозных механизмов, которые при длительных торможениях с отсоединенным двигателем сильно нагреваются и выхо­дят из строя. Кроме того, оно повышает устойчивость автомобиля против заноса вследствие более равномерного распределения тор­мозных сил по колесам автомобиля.

Торможение с периодическим прекращением действия тормоз­ной системы. Этот способ торможения обеспечивает наибольший эффект.

При таком способе торможения колеса автомобиля необходи­мо удерживать на грани юза, не допуская их скольжения. Колесо, катящееся и не скользящее, обеспечивает большую тормозную силу, а при движении колеса юзом его сцепление с дорогой резко уменьшается.

При скольжении колеса в месте контакта шины с дорогой ре­зина протектора нагревается и размягчается. При многократном последовательном нажатии на тормозную педаль и затем частич­ном отпускании ее с дорогой соприкасаются новые (не нагретые) части протектора шины, вследствие чего сохраняется максималь­ное сцепление колеса с дорогой. В начале скольжения колес авто­мобиля усилие, приложенное к тормозной педали, уменьшают. В этом случае колеса перекатываются, и в соприкосновение с до­рогой входят новые части протектора шин, которые не участвова­ли в торможении и в меньшей степени нагреты и размягчены.

Торможение с периодическим прекращением действия тормоз­ной системы рекомендуется выполнять только водителям высо­кой квалификации, так как для удержания колес автомобиля на грани юза без их скольжения необходимы большой опыт и внима­ние.

Торможение тормозом-замедлителем. Торможение осуществля­ют с помощью вспомогательного тормозного механизма, обычно действующего на вал трансмиссии автомобиля (рис. 11.4, б). Этот способ обеспечивает плавное торможение с замедлением 1… 2 м/с² в течение длительного времени.

Торможение тормозом-замедлителем целесообразно в горных условиях, где при частых торможениях колесные тормозные ме­ханизмы быстро нагреваются и выходят из строя. Так, напри­мер, торможение автомобиля в горных условиях производится в 8—10 раз чаще, чем в обычных условиях на загородном шоссе.

При торможении тормозом-замедлителем повышается безопас­ность движения и уменьшается износ тормозных механизмов, шин и двигателя. Тормозами-замедлителями обычно оборудуют грузо­вые автомобили и автобусы, предназначенные для особых усло­вий эксплуатации (горных и т.п.).

Рис. 11.4. Схемы моторного (а) и электродинамического (б) тормозов-замедлителей:

1 — заслонка; 2 — ротор; 3 — электромагнит

11.9. Распределение тормозных сил по колесам автомобиля

При торможении на горизонтальной дороге (см. рис. 11.1) дей­ствие силы инерции Р_и, приложенной в центре тяжести, которое характеризуется плечом, равным h_ц, приводит к перераспределе­нию нагрузки на колеса. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Следовательно, нормаль­ные реакции R_Z1 и R_Z2, воспринимаемые колесами при торможе­нии, значительно отличаются от нагрузок G₁ и G₂, приходящихся на колеса в статическом состоянии.

Изменение нагрузок на колеса при торможении оценивается коэффициентами изменения реакций, которые для передних и задних колес соответственно равны

Для определения значений т_Р1 и т_Р2 найдем сначала нормаль­ные реакции R_Z1 и R_Z2 при торможении. С этой целью составим уравнение моментов относительно центра тяжести, пренебрегая силой сопротивления воздуха, так как при торможении скорость быстро падает и влияние силы незначительно:

При экстренном торможении на горизонтальной дороге

Тогда уравнение моментов примет вид

Спроецируем все силы на вертикальную плоскость и получим

Решим совместно два последних уравнения и найдем нормаль­ные реакции дороги, действующие на передние и задние колеса при торможении:

Используя полученные выражения для R_Zi и R_Z2 и учитывая, что

 находим коэффициенты изменения реакций при торможении для передних и задних колес соответственно:

Как показали исследования, при торможении предельные зна­чения коэффициентов изменения реакций составляют 1,5… 2,0 для передних колес и 0,5…0,7 — для задних.

Наибольшая интенсивность торможения автомобиля достига­ется при полном использовании сцепления всеми его колесами, что возможно только на дороге с оптимальным коэффициентом сцепления φ_опт = 0,40…0,45.

На дорогах с другими значениями коэффициента сцепления полное использование сцепления невозможно без блокировки колес одного из мостов. Так, при торможении на дорогах с коэф­фициентом сцепления, большим оптимального (φ_х > φ_опт), первы­ми будут блокироваться (доводиться до юза) задние колеса, что может вызвать занос и нарушение устойчивости автомобиля. При торможении на дорогах с коэффициентом сцепления, меньшим оптимального (φ, < φ_опт), в первую очередь будут блокироваться передние колеса, что может привести к нарушению управляемо­сти автомобиля.

Тормозные системы автомобилей часто выполнены так, что между тормозными силами передних и задних колес существует неизменное соотношение. Оно оценивается коэффициентом рас­пределения тормозных сил по колесам

где P_T0Pl = R_Z1φ_x — суммарная тормозная сила передних колес;

Р_тор = Gφ_х — тормозная сила автомобиля.

Распределение тормозных сил по колесам автомобиля считает­ся оптимальным, если передние и задние колеса могут быть одно­временно заблокированы (доведены до юза). В этом случае коэф­фициент распределения тормозных сил

Для того чтобы торможение автомобиля в любых дорожных условиях происходило с максимальным замедлением, необходи­мо, чтобы тормозные силы на его колесах всегда были пропорцио­нальны нагрузкам или нормальным реакциям, приходящимся на колеса:

Такая пропорциональность между тормозными силами и на­грузками на колеса может быть достигнута различными конструк­тивными мерами, например с помощью регуляторов тормозных

сил, которые изменяют значение тормозной силы на колесах мо­ста в зависимости от нагрузки, приходящейся на мост.

11.10. Торможение автопоезда

Рассмотрим торможение прицепного автопоезда (рис. 11.5) на горизонтальной дороге, пренебрегая силой сопротивления возду­ха (Р_в = 0), так как ее влияние при небольшой скорости незначи­тельно.

При торможении замедление будет равно:

для автомобиля-тягячя

для прицепа

где G_а и G_пр — вес с полной нагрузкой соответственно автомоби­ля-тягача и прицепа; m_а и т_пр — полная масса автомобиля-тягача и прицепа; Р_с — максимальная сила тяги на крюке.

С учетом суммарной тормозной силы, которая равна:

для автомобиля-тягача

для прицепа

можно записать

где — удельная тормозная сила автомобиля-тягача

и прицепа.

Рис. 11.5. Силы, действующие на автопоезд при торможении

Для случая использования сцепного устройства автомобиля с прицепом, не имеющего зазоров, можно считать, что при тормо­жении значения замедления автомобиля-тягача и прицепа равны

(j_з = j_пр)

Приравняв правые части выражений для замедлений автомо­биля-тягача и прицепа, получим

где— приведенный вес автопоезда с полной нагрузкой.

Из выражения для силы тяги на крюке следует, что при тормо­жении автопоезда характер взаимодействия автомобиля-тягача и прицепа зависит от соотношения между их удельными тормозны­ми силами.

При равенстве удельных тормозных сил автомобиля-тягача и прицепа сила тяги на крюке Р_с = 0 и их торможение происходит одновременно. Однако достичь этого в обычных тормозных систе­мах с пневматическим приводом не удается.

Если удельная тормозная сила автомобиля-тягача меньше, чем у прицепа, то сила Р_с > 0 и прицеп тормозится с опережением, растягивает автопоезд и исключает его складывание, однако ухуд­шается эффективность торможения автопоезда. При этом прицеп может сползать вбок и тянуть за собой автопоезд.

Если удельная тормозная сила автомобиля-тягача больше, чем у прицепа, то сила Р_с < 0 и прицеп тормозится с запаздыванием, накатывается на автомобиль-тягач, что может вызвать складыва­ние автопоезда и нарушение его устойчивости. Это и наблюдается у современных автопоездов с пневматическим тормозным приво­дом.

11.10. Влияние различных факторов на тормозные свойства автомобиля

На тормозные свойства автомобиля оказывают влияние раз­личные конструктивные и эксплуатационные факторы. К ним от­носятся конструкция тормозных механизмов и их техническое состояние, состояние дорожного покрытия и протекторов шин, распределение тормозных сил по колесам автомобиля, примене­ние регуляторов тормозных сил и антиблокировочных систем, способы служебного торможения и др. Рассмотрим влияние ука­занных факторов на тормозные свойства.

Тормозные механизмы и их техническое состояние. Тормозные свойства автомобиля во многом зависят от типа тормозных меха­низмов и их технического состояния. В передних и задних колесах грузовых автомобилей и автобусов применяют барабанные тор­мозные механизмы (рис. 11.6, а). В передних колесах легковых авто­мобилей используют дисковые тормозные механизмы (рис. 11.6, б), а в задних колесах — барабанные.

При торможении более эффективными являются барабанные тормозные механизмы, а более стабильными — дисковые. Диско­вые тормозные механизмы по сравнению с барабанными имеют меньшую массу, более компактны и лучше охлаждаются. Однако у них быстрее изнашиваются фрикционные накладки колодок, и они хуже защищены от загрязнения.

Техническое состояние тормозных механизмов серьезно влия­ет на эксплуатационные свойства автомобиля. От технического состояния во многом зависит безопасность движения. Так, напри­мер, самой распространенной причиной дорожно-транспортных происшествий, возникающих из-за технической неисправности автомобиля, является неудовлетворительное состояние тормозных механизмов (замасливание, загрязнение, износ, нарушение регу­лировки и др.). Как показывает статистика дорожно-транспорт­ных происшествий, около 15 % общего числа аварий с гибелью людей происходит вследствие неисправности тормозных механиз­мов.

Дорожное покрытие и протекторы шин. Состояние дорожного покрытия и протекторов шин определяет возможность реализо­вать создаваемую тормозными механизмами тормозную силу ав­томобиля, значение которой зависит от силы сцепления колес с дорогой.

Новое дорожное покрытие имеет шероховатую поверхность, и ее микроскопические выступы увеличивают сцепление шин с до­рогой. При износе дорожного покрытия микронеровности его поверхности сглаживаются и коэффициент сцепления колес с до­рогой уменьшается.

Рис. 11.6. Схемы барабанного (а) и дискового (б) тормозных механизмов: 1, 4 — тормозные колодки; 2 — тормозной барабан; 3 — тормозной диск

Рис. 11.7. Зимний рисунок протектора шины (а) и шипы противосколь­жения (б): 1 — сердечник; 2 — корпус

Зимой на заснеженных и обледенелых дорогах коэффициент сцепления существенно снижается, и для его уве­личения необходимо использовать шины с зимним рисунком про­тектора и ошипованные шины (рис. 11.7).

Регуляторы тормозных сил. Наибольшая интенсивность тормо­жения автомобиля достигается при полном использовании сцеп­ления всеми колесами автомобиля, что возможно только при оп­тимальном распределении тормозных сил по колесам. Поэтому для торможения автомобиля в любых дорожных условиях с мак­симальным замедлением необходимо, чтобы тормозные силы на колесах автомобиля всегда были пропорциональны нагрузкам на колеса. Это достигается при помощи регулятора тормозных сил, который изменяет значение тормозной силы в зависимости от нагрузки на задний ведущий мост. При этом исключается занос (юз) колес моста, повышаются устойчивость автомобиля и без­опасность движения.

Антиблокировочные системы. Такие системы устраняют блоки­ровку колес автомобиля при торможении, регулируют тормозной момент и обеспечивают одновременное торможение всех колес автомобиля. При этом достигается оптимальная эффективность торможения (минимальный тормозной путь) и повышаются ус­тойчивость автомобиля и безопасность его движения.

Эффективность торможения с антиблокировочной системой (АБС) зависит от схемы установки ее элементов. Наиболее эф­фективной является АБС с отдельным регулированием колес ав­томобиля (рис. 11.8, а). В этом случае на каждое колесо установлен отдельный датчик 2 угловой скорости, а в тормозном приводе к колесу — отдельный модулятор 3 давления и блок управления 1. Однако такая схема установки АБС наиболее сложная и дорого­стоящая.

В более простой схеме установки элементов АБС (рис. 11.8, 6) используются один датчик 2 угловой скорости, установленный на валу карданной передачи, один модулятор 3 давления и один блок управления 1.

Рис. 11.8. Схемы АБС с отдельным (а) и общим (б) регулированием колес:

“14. Рецензия” – тут тоже много полезного для Вас.

1 — блок управления; 2 — датчик; 3 — модулятор давления

Такая схема установки элементов АБС имеет более низкую чувствительность и обеспечивает меньшую эффективность торможения автомобиля.

Применение АБС обеспечивает наибольший эффект на скольз­кой дороге, когда тормозной путь автомобиля уменьшается на 10… 15 %. На сухой асфальтобетонной дороге такого сокращения тормозного пути автомобиля может и не быть.

Способ торможения. Из различных способов служебного режи­ма торможения автомобиля — торможение двигателем, с отсое­диненным двигателем (тормозной системой), совместно с двига­телем, тормозом-замедлителем и с периодическим прекращени­ем действия тормозной системы — наиболее эффективным явля­ется последний способ.

При торможении с периодическим прекращением действия тормозной системы обеспечиваются наиболее значительные тор­мозные силы на колесах автомобиля и сохраняется максимальное сцепление колес с дорогой. Однако из-за сложности такого спо­соба торможения его рекомендуется применять только водителям высокой квалификации.

Авторство: Александр aka dll (madtuning.ru; live4race.ru)

Данная статья поможет вам:
1) Понимать как работает тормозная система
2) С точностью определять что Вам не нравится в ваших тормозах
3) Грамотно изъясняться при обсуждениях тормозной системы
4) Решать какие доработки работают на вас для достижения целей
5) Подбирать правильные компоненты и понимать как они будут работать вместе
6) Соблюсти баланс осей

Из чего же состоит тормозная система:
1) Педальный узел, это рычаг который увеличивает усилие создаваемое ногой (Соотношение педали).
2) Главный тормозной цилиндр (ГТЦ)
3) Тормозные линии
4) Клапана, для соблюдения баланса. Тормозная система может иметь следующие клапана между ГТЦ и суппортами: Клапан остаточного давления, дозирующий, комбинированный, пропорциональный или ограничительный.
5) Тормозные суппорта
6) Тормозные колодки
7) Тормозные диски

**Итак начнем с азов (физики)**

Тормозная сила
Это крутящий момент, создаваемый эффективным радиусом тормозного диска, силой сжатия тормозных колодок и коэффициентом трения между колодкой и диском. Это сила с которой замедляется колесо вместе с шиной. Основные компоненты которые влияют на силу торможения — это насколько сильно сжимаются колодки, и как далеко от центра ступицы прикладывается эта сила. Отсюда чем больше размер тормозного диска, тем дальше сила сжатия прикладывается от центра колеса и тем самым мы увеличиваем тормозную силу (эффект рычага). Это также как когда вам надо открутить закисший болт, чем длиннее ключ (рычаг) тем проще.
Рекомендуемая сила расcсчитывается следующей формулой:

ТСр = ССП х (радиус качения шины)

коэффициент сцепления покрышки с дорогой достаточно сложно рассчитать, он может быть от 0,1 на льду до 1,4 на сухом гоночном треке со сликом. Если он вам неизвестен, то используйте его равным 1.

Помните, необходимо принять во внимание перенос веса, поскольку при торможении задняя часть разгружается, а передняя нагружается.

Перед:
ССПп = μ*ВСп / 2
ВСп = Вм*((1-Хцг/КБ)+(μ*Yцг/КБ))
Зад:
ССПз = μ*ВСз / 2
ВСз = Вм — ВСп

Где
ТСр — рекомендуемая тормозная сила (кг)
ССП — Сила сцепления покрышки (кг)
ССПп — Сила сцепления передней покрышки (кг)
ССПз — Сила сцепления задней покрышки (кг)
μ — коэффициент сцепления покрышки с дорогой (использовать 1)
ВСп — вертикальная сила действующая на обе передних покрышки (кг)
ВСз — вертикальная сила действующая на обе задних покрышки (кг)
Вм — Вес машины (кг)
Хцг — расстояние от передней оси до центра тяжести машины (см)
КБ — колесная база (см)
Yцг — расстояние от земли до центра тяжести машины (см)

После аккуратных расчетов мы сможем понять насколько нам крутые нужны тормоза и от чего зависит эта сила:
— Никак не зависит от скорости
— Может изменяться в зависимости от качества покрышки, качества покрытия, погодных условий
— Зависит от размера колеса ( как вы думаете, все те кто ставит огромные колеса, или огромные тормоза хоть как нибудь их рассчитывал и связывал вместе? =)
— Зависит от веса машины, клиренса и колесной базы, ведь правда, чем машина легче и ниже тем меньше перенос веса влияет на торможение.

Сила сжатия
Сила с которой суппорт прижимает колодки к диску измеряется в килограммах, это сила создается давлением в тормозной системе умноженным на площадь поршней (суппорт без скобы), или 2*на площадь поршней (суппорт со скобой), измеряется в кгсм^2. Чтобы увеличить силу сжатия, надо либо изменить давление в системе, либо увеличить площадь поршня. Изменение состава колодки (коэф трения) не влияет на силу сжатия.
Рассчитывается следующей формулой:

СЗ = Дг*Пп

Где
СЗ — Сила сжатия (кг)
Дг — Давление создаваемое ГТЦ (кгсм^2)
Пп — эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)

Итак теперь мы можем рассчитать какую же силу производят наши тормоза:

СТп = СЗ*µL*Re

Где
СТп — производимая сила торможения (кг)
СЗ — Сила сжатия (кг)
µL — Коэффициент трения колодки и диска
Re — Эффективный радиус тормозного диска (от центра ступицы до центр колодки)

Коэффициент трения
Это индикатор силы трения между тормозным диском и колодкой. Чем выше коэффициент, тем выше сила трения. Для стоковых колодок это коэффициент варьируется от 0,3 до 0,4. Для гоночных от 0,5 до 0,6. “Жесткие” колодки имеют слабый коэффициент трения, при этом изнашиваются меньше. “Мягкие колодки наоборот, имею высокий коэффициент трения и быстрее изнашиваются. Большинство колодок имеет зависимость коэфф трения от температуры, поэтому гоночные колодки необходимо греть, в то время как гражданские при такой температуре уже потеряют свои свойства.

Теплоемкость
Я надеюсь что ни для кого не секрет что тормоза останавливают машину за счет преобразования кинетической энергии в тепло. А значит чем тяжелее машина, чем быстрее вы валите, тем больше тепла она должна рассеивать чтобы не перегреть жидкость, диски и не сжечь колодки. Способность дисков к рассеиванию тепла зависит от их веса и от того как они хорошо охлаждаются.
Формула кинетической энергии движущегося авто:

К = (Вм*См^2) / 2

Где
К — кинетическая энергия (дж)
Вм — Вес машины (кг)
См — скорость машины (мc)

Тут ничего нового, мы прекрасно понимаем, выбор тормозов зависит от того сколько весит ваш авто и/или как быстро вы ездите. И вы должны помнить еще с автомобильных курсов (для тех кто не покупал права=), что увеличивая скорость в 2 раза вы увеличиваете тормозной путь в 4 раза. Это и есть действие кинетической энергии.

Формула роста температуры при торможении:

Тп = ((Кд-Кп) / (417*Вд)) + Тв

Где
Тп — температура после торможения (С)
Кд — Кинетическая энергия до торможения (дж)
Кп — Кинетическая энергия после торможения (дж)
Вд — Вес тормозных дисков (общий) (кг)
Тв — Температура тормозных дисков до торможения (С)

Возьмем авто для примера, торможение:
Вес авто — 1220кг
Вес дисков — 33,5кг (перед 12кг, зад 4,75кг)
Скорость на прямой — 177км/ч (49,17м/с)
Скорость перед началом торможения — 70км/ч (19,44м/с)
Температура тормозных дисков до торможения — 25С

Кд = (1220*49,17^2) / 2 = 1474826 дж
Кп = (1220*19,44^2) / 2 = 230669 дж

Тп = ((1474826-230669) / (417*33,5)) + 25 = 114 С

И так после такого торможения температура дисков составит около 114 градусов. Давайте сравним с вашими результатами? =) Для простоты можете сказать только вес машины, вес всех тормозных дисков)

И так, с физикой пока притормозим, переидем к более теоретической части.

Есть три вещи которые тормоза должны сделать чтобы остановить авто:
1) Достаточно сильно прижимать колодки к диску
2) Производить достаточную тормозную силу для блокировки колес на любом покрытии
3) Иметь достаточную массу и охлаждение дисков для рассеивания тепла создаваемого кинетической энергией.

Все они в совокупности должны давать отличную информативность.

Педальный узел
Как мы уже обсуждали, чтобы затормозить водитель должен одновременно переместить жидкость и создать давление. ГТЦ перемещает жидкость чтобы создать достаточную прижимную силу колодок к диску.

Педалью вы активируете тормоза, также педаль служит своеобразным рычагом, который увеличивает силу нажатия. Эффект называется “соотношение педали”

Обычно мы давим на педаль тормоза с силой от 22 до 45 кг чтобы активно замедлиться.
Как пример на гоночных авто без усилителя это усилие около 35кг, для машин с усилителем это около 22кг. 45кг это уже перебор, педаль будет очень жесткой.

Соотношение педали можно рассчитать разделив расстояние от точки крепления педали до места приложения силы на расстояние от точки крепления педали до тяги идущей к ГТЦ.

Как мы видим, чем больше это отношение тем больше силы передается на ГТЦ. Но нужно помнить один момент, увеличивая соотношение мы увеличиваем и ход педали.

Для машин с усилителем это соотношение обычно около 4-4,5. Для машин без усилителя от 6 до 7.

Поэтому снятие усилителя со стоковой педалью это не верный вариант =)

Рассчитать силу приложенную к поршню можно зная силу приложенную к самой педали, соотношение педали (рычаг) и при наличии усилителя тормозов, коэфициент усиления им.

Сп = Дп * Кп * Ку

Где
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Дп — Давление на педали (кг)
Кп — Коэффициент(соотноешние) педали
Ку — Коэффициент усилителя тормозов (если его нет использовать 1)

Гидравлика
Как я уже писал, чтобы прижать колодки к диску необходимо перемещение жидкости и создание давления в контуре. Этим всем заведую законы гидравлики (Паскаля).
В идеале надо стремиться к достаточной силе прижатия колодок при минимальном ходе педали.

Сила приложенная к ГТЦ создает давление в контуре. Давление это сила приложенная к поршню ГТЦ деленная на площадь его цилиндра. А значит чем меньше площадь цилиндра, тем больше давление.

Давление в системе = Сп / Пп

Где
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Пп — Площадь поршня ГТЦ (см^2)

Пример ГТЦ (цилиндр 0,875″) при силе 500кг:

Давление в системе = 500 / 3,87 = 129 кг/см^2
И с ГТЦ (цилиндр 1″)
Давление в системе = 500 / 4,91 = 101 кг/см^2

Из этого следует что чем выше давление тем сильнее колодки прижимаются к диску, а значит больше тормозная сила. Но это еще не значит что если мы хотим мощные тормоза мы должны ставить маленький ГТЦ. Тут вступает другая составляющая — движение. Поскольку жидкость несжимаемая, то любое движение ГТЦ приводит в движение поршни в суппортах. Это движение в гидравлике называют вытеснение. Рассчитывается оно как произведение перемещения поршня на его площадь. Измеряется в см^3

Вытеснение = Пп * Дп

Где
Пп — Площадь поршня (см^2)
Дп — движение поршня ГТЦ (см)

Опять рассчитаем его для стокового ГТЦ моей авто (0.875), и ходом в 3 см
Вытеснение = 3,87 * 3 = 11,61 см^3
И для ГТЦ (цилиндр 1″) и ходом 3 см
Вытеснение = 4,91 * 3 = 14,73 см^3

Тут мы видим обратную ситуацию, чем меньше площадь цилиндра, тем меньше вытесняемый объем при том же ходе педали (а значит больше ход педали).

Теперь переходим к разбору полетов о системе в целом, нам известно что тормозная система замкнута а значит давление передается по всей системе в равных значениях. А также в ней кроме ГТЦ есть суппорты с поршнями (для расчетов используется общая площадь всех поршней)

Это значит создаваемое ГТЦ давление приводит в движение все поршни в системе. Поскольку площадь поршней в суппорте больше площади ГТЦ, то по законам гидравлики сила выдаваемая суппортом увеличивается в разы.

Чем большее значение усилия в этом соотношении, тем меньше силы надо прикладывать к педали (и больше ход педали) для достижения того же результата.

Рассчитать усиливающий фактор можно по формуле

Сз = (Сп * Пс) / Пг

Где
Сз — Сила сжатия суппортом (кг)
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Пс — Эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)
Пг — Площадь поршня ГТЦ (см^2)

Например, (цилиндр 0,875″):
Сз = (500 * 10,17 * 4) / 3,87 = 5255,8 кг
И с ГТЦ (цилиндр 1″)
Сз = (500 * 10,17 * 4) / 4,91 = 4142,6 кг

Из этого следует, что при неизменной силе на ГТЦ мы можем увеличить силу сжатия за счет либо увеличения площади поршней суппорта либо уменьшив площадь поршня ГТЦ.

Но не все так просто. Не забывайте о другом факторе — движении. К сожалению играя с площадями цилиндров мы изменяем ход педали. Так, например уменьшая ГТЦ, мы уменьшаем кол-во вытесняемой жидкости — приходится педалью работать больше чтобы компенсировать этот момент (давление не начнет расти пока колодка не прижмется к диску). Это же справедливо и при увеличении площади поршней суппорта (при одном ГТЦ).

Рассчитаем ход поршня:

Хп = (Дп * Пг) / Пс

Где
Хп — Ход поршня суппорта (см)
Дп — Движение поршня ГТЦ (см)
Пг — Площадь поршня ГТЦ (см^2)
Пс — Эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней) (см^2)

Например, (цилиндр 0,875″), ход ГТЦ 3см:

Хп = (3 * 3,87) / 40,68 = 0,29 см
И цилиндр (1″)
Хп = (3 * 4,91) / 40,68 = 0,36 см

Из этого мы видим, что если вы не хотите менять ход педали, то изменяя площадь суппорта (ставя огромные тормоза) вы должны не забыть и о ГТЦ. И наоборот.

ГТЦ
Это сердце всей тормозной системы. Активируется нажатием на педаль, вначале поршень передвигает жидкость по системе до тех пор пока колодки не вступят в контакт с диском, затем поскольку система становится замкнутой, начинает расти давление создавая тормозную силу. Отсюда чем сильнее вы давите на педаль тем выше тормозная сила.

Основные параметры ГТЦ это диаметр поршня и его ход. Обычно встречаются ГТЦ с диаметрами от 0,625″ до 1,5″ и с ходом от 2,5 см до 3,81 см. Соответствие обоих этих параметров к рекомендованным параметрам для вашего авто — залог хорошей производительности. Стоит запомнить при одном усилии на педали, маленький ГТЦ даст большее давление, но при этом сможет меньше вытеснить жидкости. Также чем больше ход ГТЦ, тем больше он жидкости может вытеснить, но при этом бОльший ход педали потребуется. Лучшего результата можно достичь рассчитав компромисс между ходом педали и давлением для вашего авто.

Регуляторы давления
— Клапан остаточного давления (RPV)

Необходим для поддержания заданного давления в системе (для дисковых тормозов 0.14 кгсм^2, для барабанных 0,70 кгсм^2)
Есть пара причин для использования таких клапанов
1) Только для барабанных тормозов чтобы возвратная пружина не отводила слишком далеко колодки от барабана, создавая лишний ход педали при последующих торможениях.
2) Только для дисковых тормозных систем в которых ГТЦ находится ниже уровня суппортов (некоторые гоночные авто и хот-роды). Без такого клапана жидкость от суппортов будет отекать обратно в ГТЦ делая педаль ватной и опять же увеличивая ее ход.

Если вы меняете барабанные тормоза на дисковые — обязательно удалите из системы такие клапаны

— Дозировочный клапан (Hold-off)

Поскольку на задних барабанных тормозах присутствует возвратная пружина, то как выше описывалось барабанам требуется больший ход чтобы колодка достигла барабана, нежели в саморегулирующихся дисковых тормозах, где колодка всегда впритык к диску. Дозирующий клапан (ставится в передний контур) предотвращает создание давления в переднем тормозном контуре, пока оно не достигнет заданного значения в заднем (обычно до 5-10 кгсм^2) чтобы дать барабанным колодкам приблизиться к барабану.

Если вы меняете барабанные тормоза на дисковые — обязательно удалите из системы такие клапаны

— Распределительный клапан (PBV)

Как мы уже писали выше, при торможении вес машины смещается вперед. Поскольку тормозная сила должна распределиться пропорционально весовой нагрузке (там где больше веса — больше тормозной силы), нужно соблюсти тормозной баланс перед-зад. Например при жестком торможении до 85% веса приходится на перед автомобиля. На правильно отрегулируемой системе передние тормоза и задние блокируются практически одновременно. Устанавливается обычно между ГТЦ и задним контуром чтобы снизить давление на задний контур в первые моменты торможения. Стоит учесть, что давление в заднем контуре не всегда будет ниже чем в переднем, за счет этого клапана вы меняете скорость роста давления. На передних тормозах при нажатии на тормоз оно лишь быстрее создастся чем в заднем.
Стоковые клапана нерегулируемые, но есть и гоночные варианты, с помощью которых можно отрегулировать тормозной баланс на измененной тормозной системе.

Если вы ставите регулируемый клапан, не забудьте снять стоковый!

— Комбинированные

Используются на большинстве стоковых авто с дисково-барабанными системами. Сочетают в себе дозирующий и распределительный клапаны.

Тормозные колодки
Тут все зависит от качества и материала. То на чем не стоит экономить. На хороших брендовых колодках обязательно указывается коэффициент трения! Обозначается он двумя буквами. Первая означает коэффициент трения холодных колодок, вторая горячих

C = до 0.15.
D= 0.15 до 0.25.
E= 0.25 до 0.35.
F= 0.35 до 0.45.
G= 0.45 до 0.55,
H= более 0.55.

Например
Ferodo DS2500 — FF
Hawk HPS — FF
Hawk HP+ — GG
Какой-нибудь сток — FE, то есть горячими тормозить будет хуже чем холодными.

————————————————————————

Итак. Я рассказал о многих нюансах в тормозной системе. Так как же все таки создать правильную тормозную систему с нуля?

Давайте пойдем по порядку

1) Старайтесь использовать тормозные диски необходимого размера для рассеивания кинетической энергии вашей авто (после торможения с максимальной скорости до 0 температура не должна превышать 540 С).
Если вы планируете гонять, то при расчете рассеиваемого тепла используйте температуру тормозных дисков до торможения равной 260 С.

2) Выбрать самый жесткий, крепкий суппорт (чтобы деформация при сжатии диска была минимальной). Использовать суппорт с максимально возможной эффективной площадью поршней.

3) Рассчитать рекомендуемую тормозную силу

4) Рассчитать рекомендуемое максимальное давление в тормозной системе

Рд = ТСр / (µL * Пп * Re)

Где
Рд — рекомендуемое давление создаваемое ГТЦ (кгсм^2)
ТСр — рекомендуемая тормозная сила (кг)
µL — Коэффициент трения колодки и диска
Пп — эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)
Re — Эффективный радиус тормозного диска (от центра ступицы до центр колодки)

5) Прикинуть на сколько чувствительную педаль вы хотите. Для спортивного использования например можно взять 35 кг для активного торможения.

6) Выбрать хотите вы тормоза с усилителем или без.
Усилитель нужен например если у вас нет возможности добиться при выбранных компонентах достаточного хода педали и нужного усилия. Или нет возможности установить педаль с высоким соотношением усилия. или у вас ОЧЕНЬ тяжелый авто.

7) Определить соотношение педали, размер ГТЦ, и (если ставился) коэф усилия вакуумника.

Мы знаем какое давление вам надо создать, и насколько вы хотите жесткую педаль. У нас есть три компонента (или два) за счет которых можно создать это давление. Возможно какие-то компоненты вы не захотите менять в своем авто, например тормозную педаль. Значит ее значение можно оставить фиксированным и играть с другими компонентами.

— Соотношение педали
Может быть от 3 до 7. При выборе надо учесте несколько факторов, достаточно ли места для установки, не будет ли педаль упираться в пол до конца хода ГТЦ. Ну и не забывайте чем больше соотношение тем больше ход и ватность педали.

— Рассчитайте силу с которой шток педали будет давить на ГТЦ
Допустим вы хотели бы достигать максимальной силы торможения при давлении на педаль в 35 кг. А соотношение педали у вас 4,5. Значит сила прилагаемая к ГТЦ составит 35*4,5 = 157,5 кг. А если вы используете усилитель, нужно будет умножить еще на коэффициент усиления.

— Выбор правильного размера ГТЦ
Теперь зная рекомендуемое давление, силу создаваемую штоком педали мы можем рассчитать размер ГТЦ

Пп = Сп / Рд

Где
Пп — Площадь поршня ГТЦ (см^2)
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Рд — рекомендуемое давление создаваемое ГТЦ (кгсм^2)

Допустим нам необходимо давление в 65 кгсм^2, а давить мы можем на ГТЦ с силой 157,5 кг
Пп = 157,5 / 65 = 2,45 см^2
Переведем в типичные для обозначения ГТЦ дюймы
Диаметр ГТЦ в (in) = (2 * (корень из 2,45/3,14)) / 2,54 = 0,695 in

получается нам понадобится цилиндр 11/16 = 0,687 дюймам. Один из самых маленьких. Не забудьте учесть хватит ли его чтобы вытеснить достаточно жидкости.
В случае если не хватит Вам придется увеличивать размер ГТЦ, а значит понадобится большая сила приложенная к поршню ГТЦ чтобы создать достаточное давление. Если не менять соотношение педали — единственным решением будет установка усилителя.

8) Проверить количество вытесненяемой жидкости для выбранных компонентов. Удостоверится что хода педали достаточно для создания силы сжатия.

9) Высчитать создаваемую тормозную силу с компонентами которые вы подобрали и сравнить ее с рекомендованной

Теперь, если вы все осилили, вы знаете как построить свою тормозную систему или что в ней изменить!

На
рис. I
приведена схема сил, действующих на
автомобиль при торможении.

2.1. Расчетная схема автомобиля при торможении

Рис. 1. Схема сил,
действующих на автомобиль при торможении

На автомобиль при
торможении действуют следующие силы:

G_а–
сила тяжести автомобиля;

Z₁,
Z₂
– нормальные реакции опорной поверхности;

Р_у
– боковые силы и R_у
– боковые реакции (они будут только при
криволинейном движении);

Р_w
– сила
сопротивления воздуха.

Р_х–
продольные реакции дороги, которые
можно считать равнодействующими
нормальных сил;

P_f
– сила сопротивления качению;

Р_τ
– сила
торможения

Р_х
=
Р_τ
+ P_f

P_j–
инерционная сила автомобиля в
поступательном движении;

M_j
– инерционный момент вращающихся масс.

2.2.
Предельная тормозная сила,
которая может быть реализована на колесе
определяется формулой

P_τ
max
= φ·Z_k

(1)

где
φ-
коэффициент сцепления колеса с дорогой.

Если
составить согласно схеме (рис. 1) два
уравнения равновесия моментов относительно
задней оси и решить их относительно
неизвестных вертикальных реакций Z₁
и Z₂,
то получим следующие расчетные зависимости

(2)

где
а₁,
а₂
–
координаты
центра тяжести;

j_τ
–
ускорение замедлений;

h_q
–
высота центра тяжести;

L
–
база автомобиля;

G_a
– вес автомобиля.

Как
видно из формул (2), в процессе торможения
автомобиля переменным величинам в них
являются ускорения замедлений (j_τ).
Остальные величины: а₁,
а₂,
h_q
и
G_a

являются постоян­ными (они также
будут переменными, если автомобиль
будет порожним или загружен частично).

Определим
предельное значение ускорений замедления
из уравнений динамики. Пренебрегая
сопротивлением качению (~ 3%),
сопротив­лением
воздуха P_w
(~2,3%),
согласно рис 1 можно написать уравнение
равновесия

P_j
= P_τ1

+ P_τ2

(3)

Раскроем
это
уравнение через массу автомобиля.
Получим

(4)

Сократив
левую и правую части уравнения (4) на G_a,
полу­чим

(5)

Из
формулу (5) следует, что максимальные
значения ускорений замедлений не зависят
от веса (массы) автомобиля, а находятся
в прямо пропорциональной зависимости
от коэффициента сцепления φ,
т.е. от дороги (коэффициент сцепления
изменяется в широких преде­лах: от
0,1 до 0,8).

Рассмотрим
один конкретный пример. Возьмем
максимально возмож­ное значение
коэффициента сцепления φ
= 0,8
(бетон, асфальтобетон и асфальт гладкий).

В результате этого
получим

Таким
образом, самые максимальные значения
ускорений замедле­ния, которые только
можно получить при торможений автомобиля
не могут быть больше 8 м/с².

Пользуясь
формулами (2), построим график изменения
вертикаль­ных (нормальных) реакций в
функции замедлений –
j_τ
(в
функции дороги – φ).

Из графика (рис.2)
можно сделать следующие выводы:

1. При торможении
автомобиля вертикальные реакции на
передней оси увеличиваются, а на задней
оси – уменьшаются.

Рис.2. Изменения
нормальных реакций на колесах автомобиля
при торможении автомобиля

Это
позволяет сделать важный вывод о том,
что передняя
ось автомобиля должна тормозиться
эффективнее,
чем задняя (привести примеры конструктивных
решений для выполнения этого требования,
напри­мер, на автомобиле ГАЗ-66).

2. Как
видно из рис. 1, есть три зоны
торможения

Зона “а” – если
значения коэффициента сцепления
небольшие, то вначале тормозится передняя
ось, а задняя ось – недотормаживается.
В этом случае, во-первых, торможение
автомобиля в целом неэффективно,
во-вторых, может произойти блокировка
передних колес, которые, как известно,
являются управляемыми и, в-третьих,
тормозная сила на заднюю ось недостаточна.

Таким образом,
торможение автомобиля в целом нельзя
признать эффективным.

Зона “б” – при
больших значениях коэффициента сцепления
вна­чале тормозится задняя ось
автомобиля, а передняя ось в этом слу­чае
недоторможивается.

И в этом случае,
во-первых, торможение автомобиля также
будет неэффективным и, во-вторых,
блокировка задних колес может привести
к заносу автомобиля. Таким образом, и в
этом случае торможение автомобиля
нельзя признать эффективным.

И
третье – для каждого автомобиля есть
только одно значение φ_p,
при котором полностью используется
сцепной вес автомобиля, т.е. когда обе
оси автомобиля тормозятся на грани
блокировки колес.

Последний
вывод важен с точки зрения того, что при
проектирова­нии автомобиля необходимо
закладывать такое значение φ_p
(рас­четное значение коэффициента
сцепления), которое наиболее полно
характеризует условия эксплуатации
автомобиля (по асфальтированным дорогам,
по щебеночной дороге, по улучшенной
грунтовой дороге и т.д.)

3. Оси автомобиля
необходимо тормозить в функции изменения
вертикальных реакций на колесах (это
можно обеспечить при примене­нии
регуляторов тормозных сил).

4. Оси автомобиля
необходимо тормозить в функции дороги
– (это можно обеспечить при установке
антиблокировочной системы).

Так встает вопрос
обоснования и выбора характеристики
тормоз­ной системы.

Вот
примеры реальных значений φ_p
для
некоторых автомо­билей:

1. Волга
– φ_p
= 0,46
(разбитая грунтовая дорога).

2. УАЗ
– φ_p
=
0,26 (песок).

3.
ГАЗ-66 – φ_p
=
0,25 (песок).

4.
ЗИЛ-131 – φ_p
= 0,31
(разбитая грунтовая дорога).

Как
видим, многие значения φ_p
не
соответствуют наиболее характерным
условиям эксплуатации автомобилей.

Рассмотрим
характеристики регуляторов тормозных
сил.

На рис. 3 представлена
характеристика регулятора тормозных
сил с компенсатором.

Из
графика рис.3 следует, что до точки “а”
давление на входе в регулятор и давление
на выходе из регулятора одинаковое (Р₁
= Р₂).
В
точке “а” срабатывает компенсатор,
в результате чего давление на выходе
из регулятора будет меньше, чем давление
на входе (Р₁
≠ Р₂,
Р₁
> Р₂).

Рис.3. Характеристика
регулятора с компенсатором

Таким образом,
если связать давление воздуха (или
жидкости), направляемого в тормозные
камеры с нагрузкой на колесах автомобиля,
то можно создавать в тормозных камерах
давление в функции измене­ния нормальной
нагрузки (реакций).

На рис.4 представлена
характеристика лучевого регулятора.
Из характеристики следует, что если
нагрузка на среднюю и заднюю оси
автомобиля одинаковая, то давление на
входе и выходе из регу­лятора одинаковое,
и, следовательно, оси автомобиля
тормозятся одинаково.

Если же уменьшить
нагрузку на заднюю ось, то уменьшается
и нагрузка на выходе, а, следовательно,
задняя ось тормозится менее эффективно.

Таким образом,
связь давлений можно описать формулой

Р₂
=
iP₁
,

(6)

где
i
–
передаточное
число.

Передаточное
число (I)
выражает отношение площадей над поршнем
и под поршнем регулятора тормозных сил
автомобиля КамАЗ-5320.

Линия 1 графика
(рис.4) соответствует полностью груженому
автомобилю и определяет отношение
давления на входе и выходе как

Рис.4. Характеристика
лучевого регулятора тормозных сил
(автомобиль КамАЗ-5320)

1 – автомобиль
полностью загружен;

2 – автомобиль с
частичной нагрузкой.

Если
же уменьшить нагрузку на заднюю ось, то
уменьшается и пе­редаточное число
(i)
и
тогда
Р₁
≠ Р₂,
то есть Р₂
бу­дет
меньше Р₁,
а следовательно задняя ось автомобиля
тормозит­ся менее эффективно, что и
требуется.

Однако, автомобиль
надо тормозить не только в функции
нагрузки на колеса, но и в функции дороги
(коэффициент сцепления). Это может быть
обеспечено при применении на автомобилях
антиблокировоч­ных систем.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #