Вахламов В.К., Шатров М.Г., Юрчевский А.А. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя

Подождите немного. Документ загружается.

Поступление управляющего импульса с первого выхода триг-

гера

на первый управляющий вход ключа 76, переключает пос-

ледний на подачу кода скорости за первый промежуток времени в

запоминающее устройство 14. Управляющий импульс с второго

выхода триггера 77, поступивший на второй вход ключа 16 пере-

ключает его на подачу кода скорости на следующий промежуток

времени в запоминающее устройство 75. Третьим импульсом тай-

мера пускается сравнивающее устройство 13, которое сравнивает

коды скорости в устройствах 14 и 75 и выдает информацию об

изменении скорости в единицу времени.

Частота выдачи информации об ускорении в 1,5 раза ниже ча-

стоты выдачи информации о скорости. На цифровой индикатор 9

информация поступает через дешифратор 72, выполняющий те

же функции, что и другие дешифраторы.

Для получения не только цифровых данных о параметрах дви-

жения к описанному комплексу подключают

цифроаналоговые

преобразователи 10 и

77.

С их помощью выходные импульсные

сигналы преобразуются в аналоговые — непрерывно меняющееся

напряжение, которое зависит от режима движения. Это напряже-

ние используется для регистрации графиков движения на осцил-

лографах, самописцах или магнитографах.

При определении

тягрвых

характеристик, поскольку измерение

касательной силы в зоне контакта колеса с дорогой практически не-

возможно, измеряют крутящий момент на полуоси ведущего моста, а

тяговую силу определяют

экспериментально

— касательным путем.

Под действием момента полуось закручивается на угол, про-

порциональный приложенному крутящему моменту. Крутильная

деформация измеряется различными датчиками, например, тен-

зометрическими,

индукгивными

и др.

Поскольку процесс тензометрирования требует трудоемких

подготовительных операций, в последнее время стали часто при-

менять методы, позволяющие определить напряженное состоя-

ние деталей

автомобиля

без непосредственного контакта с ними.

К таким методам относится

магнитоанизотропный.

Он основан

на том явлении, что при взаимно перпендикулярном расположе-

нии двух катушек индуктивности и подачи на одну из них пере-

менного тока во второй катушке

ЭДС

не наводится. В случае же

деформации магнитного потока возбуждения какими-либо внеш-

ними причинами во второй катушке появится ЭДС, пропорцио-

нальная этой деформации.

Магнитоанизотропный датчик 7 (рис. 23.3) для измерения кру-

тящего момента на полуоси ведущего моста автомобиля устанав-

ливают в отверстие на балке 2 ведущего моста с некоторым зазо-

ром между торцом датчика и полуосью 3.

Датчик состоит из двух металлических

П-образных

магнито-

проводов

4 и 5, на которых располагаются катушки

индуктивнос-

300

Рис. 23.3. Магнитоанизотропный датчик для измерения крутящего

момента на полуоси ведущего моста автомобиля:

— магнитоанизотропный датчик; 2 — балка; 3 — полуось; 4, 5 — магнитопро-

воды;

6 — источник переменного тока; 7 — усилитель; 8 — фазовый детектор;

9—

регистрирующий прибор

ти.

Магнитопроводы

установлены взаимно перпендикулярно. На

катушку индуктивности магнитопривода 5 поступает ток от ис-

точнику

6 переменного тока. Электромагнитное поле, создавае-

мое этой катушкой, распространяется по магнитопроводу и за-

мыкается

через металл полуоси 3, преодолевая магнитное сопро-

тивление зазоров между магнитопроводом и полуосью.

Если к полуоси не приложен крутящий момент и она не де-

формирована (не закручена), то во второй катушке, расположен-

ной на магнитопроводе 4, ЭДС равна нулю. Деформация полуоси

в случае приложения к ней крутящего момента приводит к де-

формации кристаллической решетки материала в поверхностном

слое и искажению направления магнитных силовых линий потока

возбуждения от катушки магнитопровода 5. Тем самым направле-

ние магнитных силовых линий в поверхностном слое материала

полуоси будет непараллельно оси катушки магнитопровода 4, что

вызывает в ней появление ЭДС, пропорциональной деформации

магнитных силовых линий потока, а следовательно, и приложен-

ному крутящему моменту.

Поскольку наводимая в катушке магнитопровода 4 ЭДС мала,

требуется усиление сигнала. Для этого катушка подключена к вхо-

ду усилителя 7, выход которого соединен через фазовый детектор

8 с индикаторным или регистрирующим прибором 9. В фазовом

301

детекторе 8 из

амплитудно-модулированного

сигнала переменно-

го тока формируется сигнал постоянного тока, численное значе-

ние и знак которого меняются в зависимости от значения и на-

правления приложенного крутящего момента.

Перед проведением испытаний определяют весовые показате-

ли автомобиля, коэффициенты сопротивления качению и сцеп-

ления шин с дорогой.

Автомобиль взвешивают на специальных платформенных весах.

Коэффициент/определяют

на стенде или, чаще, в дорожных ус-

ловиях с помощью динамометрической тележки, которая букси-

руется автомобилем-тягачом. Такую тележку используют также для

определения коэффициента сцепления шин с дорогой. Предвари-

тельно измеряют вертикальную нагрузку

на колесо, а в процес-

се движения за тягачом — силу тяги

в буксирном устройстве.

Коэффициент сопротивления

качению/=

а при затормо-

женном колесе тележки по такой же формуле рассчитывают ко-

эффициент сцепления.

Для регистрации исследуемых параметров применяют

светолу-

чевые

осциллографы, самописцы или магнитографы. Магнитографы

наиболее распространены, поскольку записанная на их ленте ин-

формация может быть введена для дальнейших расчетов в вычис-

лительную машину без какой-либо промежуточной обработки.

Например, в

светолучевом

осциллографе требуются химическая

обработка фотобумаги, последующая расшифровка осциллограмм

и ручной ввод данных в вычислительную машину. Диаграммная

лента самописца не требует химической обработки, но сохраняет

все последующие операции, как и осциллограммы.

Магнитограф способен регистрировать как цифровую, так и

аналоговую информацию. Цифровая информация может быть за-

фиксирована любым устройством для магнитной записи, в том

числе и бытовым магнитофоном. Для записи же аналоговой ин-

формации, например такой, какая получается при измерении

крутящего момента или других непрерывных сигналов датчиков,

необходимо иметь специальное устройство подготовки сигнала для

записи на магнитной ленте. Наличием этих устройств и отличает-

ся магнитограф от бытового магнитофона.

Магнитограф состоит из элементов, обеспечивающих переме-

щение носителя информации (магнитной ленты), запись, воспро-

изведение и стирание информации. Магнитная лента транспорти-

руется с подающей катушки 1 (рис. 23.4) на приемную катушку 9

через направляющие ролики 10 и 17. Электродвигатель 13, к валу 12

которого лента прижимается роликом 11, обеспечивает постоян-

ную скорость протяжки. Необходимое натяжение ленты осуществ-

ляется электродинамическим торможением электродвигателя 2,

предназначенного также для обратной перемотки ленты, а под-

мотка ленты на приемную катушку 9 — электродвигателем 8.

302

Рис. 23.4. Схема магнитного регистратора и формы сигналов:

7, 9 — катушки; 2, 8, 13 — электродвигатели лентопротяжного устройства; 3 —

модулятор; 4 — генератор тока стирания; 5, 6— усилители;

— демодулятор;

10,

11,

17—

ролики; 12— вал; 14, 15, 16— магнитные головки соответственно воспроиз-

водящая, записывающая и стирающая;

— форма напряжения на входе при реги-

страции графика изменения скорости движения автомобиля с переключением пе-

редач;

ВЫХ

— форма выходного модулированного сигнала;

— время;

Аи

В — вход-

ные и выходные порты преобразователей сигнала; С — порты для тока питания

Между направляющими роликами устанавливают три магнит-

ные головки 14, 15 и 16, каждая из которых представляет собой

катушку индуктивности, намотанную на ферромагнитном магни-

топроводе, имеющем зазор в сотые доли миллиметра. При подаче

в катушку электрического тока в зазоре возникает магнитное поле,

достаточное для намагничивания ферромагнитного слоя ленты на

глубину, пропорциональную силе магнитного потока,

т.е.

элект-

рическому сигналу в катушке. Поэтому магнитную запись называ-

ют еще записью по глубине.

Чем меньше зазор в головке, тем больше информации можно

записать на единице длины магнитной ленты и тем с меньшей

скоростью ее можно перемещать. Это увеличивает время, в тече-

ние которого допустимо проводить эксперименты, без смены ка-

тушек (кассет) с магнитной лентой. В магнитографах самый эко-

номичный расход носителя информации, так как ленту можно

использовать многократно.

Для записи сигнала ленту следует очистить от старой записи

или случайного намагничивания, от каких-либо

непредусмотрен-

303

ных

источников магнитного поля. С этой целью во время транс-

портирования ленты и

записи

магнитную головку 16 стирания

располагают первой по ходу движения ленты. К ней поступает ток

ультразвуковой частоты от генератора 4. Переменным магнитным

потоком в зазоре головки 16 лента размагничивается.

Для записи сигналы датчиков, представляющие собой медлен-

но меняющееся непрерывное напряжение, преобразовываются в

амплитудно-

или

частотно-модулированные

сигналы, спектр час-

тот которых совпадает со спектром частот, при которых магнит-

ный слой носителя информации намагничивается с наибольшей

эффективностью. Например, при записи данных о разгоне авто-

мобиля с переключением передач, характер изменения входных

аналоговых сигналов будет

таким,

как показано на рис. 23.4.

В магнитографах с амплитудной модуляцией сигнала датчика в

модуляторе 3 изменяется напряжение

модулирующей частоты.

На выходе модулятора 3 получают напряжение несущей частоты,

меняющееся в соответствии с изменением напряжения на входе

£/

вх

У магнитографов с часготной модуляцией амплитуда выход-

ного сигнала модулятора постоянна, но меняется его частота по

закону изменения сигнала на входе.

После

модулятора

сигнал усиливается в усилителе 5 записи и

далее подается в головку

15записи.

Повышение восприимчивости

ленты к сигналу записи

досгигается

небольшим подмагничивани-

ем головки записи током от генератора стирания. Воспроизводя-

щая головка 14 выполняет обратные функции. При движении на-

магниченной при записи

яенты

мимо зазора воспроизводящей

головки, от магнитного поля ленты в катушке головки возникает

ЭДС,

которая усиливается усилителем 6 и через демодулятор 7

поступает к устройству обработки сигнала.

Запись иногда воспроизводят и во время проведения экспери-

мента. Для этого к выходу демодулятора подключают электрон-

ный осциллограф или стрелочный индикатор. Воспроизведение

сигнала с ленты в процессе эксперимента позволяет контролиро-

вать «на ходу» качество выполненной записи. Приборы такого типа

называются магнитографами со сквозным каналом.

23.3. Стенды для испытаний

Для испытаний автомобилей на

тягово-скоростные

свойства в

лабораторных условиях используют стенды роликового или бара-

банного типа.

Наролцковом

стенде (рис. 23.5, а) сопротивление качению зна-

чительно больше сопротивления качению по дороге из-за значи-

тельной деформации шин в зоне контакта с

опорной

поверхно-

стью. На барабанном стенде (рис. 23.5, б) условия качения шины

304

Ptoc.

23.5.

Роликовый

(а)

барабанный

(б)

стенды

для

испытаний

тяго-

во-скоростных

свойств автомобилей

меньше отличаются от условий качения по плоской дороге. Чем

больше диаметр барабана, тем ближе условия качения к реаль-

ным в эксплуатации.

На стендах должно имитироваться полное сопротивление дви-

жению автомобиля. В основу работы стендов положен принцип

обратимости движения,

т.е.

испытуемый автомобиль неподвижен,

а «дорога» движется под ним со скоростью, зависящей от режима

работы двигателя и включенной передачи.

При

испытаниях

на установившихся режимах движения, для

которых могут применяться роликовые стенды, нагрузка на авто-

мобиль создается гидравлическим или индукторным тормозом,

либо

балансирным

генератором. Испытания автомобиля на неус-

тановившихся режимах осуществляются в основном с помощью

электрических генераторов, работающих в режиме тормоза.

При

испытания*

на неустановившихся режимах движения в

каждый момент разгона автомобиля сопротивление движению,

развиваемое тормозом на беговых барабанах, должно быть рав-

ным сопротивлению, преодолеваемому автомобилем в реальных

дорожных условиях. Моделирование закона

нагружения

такой функ-

циональной зависимости осуществляется с помощью электрон-

но-вычислительной машины.

Испытуемый

автомобиль

6 (рис. 23.6) устанавливают на бего-

вых барабанах 2 и 34 с помощью узлов 3 и 8 привязки к опорным

стойкам 4 и 9. Обе пары беговых барабанов используют при испы-

таниях автомобилей с колесной формулой

4x4.

Для автомобилей

с колесной формулой

4x2

применяют только одну пару беговых

барабанов. Передние колеса в этом случае устанавливают на плос-

кое основание.

Возможность испытания автомобилей с колесной формулой

4x4 с различной базой обеспечивается перемещением передних

барабанов с помощью роликового устройства 35. Вращающий мо-

мент от барабанов 2 и 34 к тормозному генератору 28 передается

через угловые редукторы 1,

31,

муфты 32, 29 и карданную пере-

дачу 33.

Для охлаждения радиатора во время испытаний перед автомоби-

лем устанавливают вентилятор 5. Чистота воздуха в лаборатории обес-

печивается путем

отсоса

отработавших газов насосом 11 через рукав

305

5 б

12 13 14

Рис. 23.6. Автоматизированный стенд с беговыми барабанами для вос-

произведения суммарного сопротивления движению автомобиля:

7, 31 — угловые редукторы; 2, 34 — беговые барабаны; 3, 8 — узлы привязки; 4,

9 — опорные стойки; 5 — вентилятор; 6 — испытуемый автомобиль; 7 — рукав;

10 — ресивер; 11 — насос; 12, 22 — электродвигатели; 13, 21, 29, 32 — муфты;

14— генератор; 75 — переключатель; 16 — нагрузочный резистор; 77 — блок

ручного управления; 18 — усилитель; 19 — блок суммирования; 20 — тахогене-

ратор;

23, 24 — электромашинные усилители; 25 — блок формирования сигнала

скорости; 26 — блок формирования сигнала ускорения; 27 — блок формирова-

ния сигнала квадрата скорости; 28 — тормозной генератор; 30 — датчик тормоз-

ного момента; 33 — карданная передача; 35 — роликовое устройство

7 и ресивер 10. Система отсоса снабжена автоматическим устрой-

ством,

поддерживающим

в ресивере давление наружного воздуха.

В системе управления стенда тормозной генератор 28, связан

муфтой 21 с тахогенератором 20.

законозадающее

устройство системы входят три функциональ-

ных блока 25... 27, формирующие сигналы, пропорциональные ско-

рости, квадрату скорости и ускорению, блок суммирования 19,

усилитель 18, электромашинные усилители 23 и 24, и преобразо-

ватель, состоящий из электродвигателя 12 и генератора 14, со-

единенных муфтой 13.

При вращении беговых барабанов тахогенератор вырабатывает

напряжение, пропорциональное скорости движения. В начале дви-

жения при трогании автомобиля сигнал скорости мал, и на выхо-

дах блоков 25 и 27 он также невелик. Однако на выходе блока 26

сигнал пропорционален ускорению автомобиля и значителен по

величине. Напряжение на выходе блока 19 суммирования и уси-

306

лителя 18 в основном определяется сигналом от блока 26. После

усиления в электромашинном усилителе 24 этот сигнал поступает

в обмотку возбуждения генератора 28. Напряжение, вырабатывае-

мое генератором 28, рассеивается в виде тепловой энергии на

нагрузочном резисторе 16. Таким образом, в начальный момент

движения сила сопротивления зависит в основном от ускорения

автомобиля в реальных условиях движения.

По мере увеличения скорости ускорение автомобиля падает,

но возрастает сила сопротивления качению. Напряжение тахоге-

нератора, суммируясь в блоке 19 с сигналами от блоков 25 и

27,

создает после усиления такое напряжение возбуждения тормоз-

ного генератора, при котором обеспечивается необходимая на-

грузка на автомобиль.

Изменение тормозного момента лишь приблизительно следует

за всеми изменениями управляющего сигнала, поскольку харак-

теристики тормозного генератора и электромашинного усилителя

нелинейны. Для того чтобы тормозной момент генератора точно

соответствовал заданному закону

нагружения,

в цепь управления

нагрузкой вводится отрицательная обратная связь по нагрузочно-

му моменту. Она создается датчиком 30 тормозного момента —

динамометрической муфтой, которая подключена к входу блока

19 суммирования, образуя отрицательную обратную связь в сис-

теме автоматического регулирования нагрузки.

Таким образом, в блоке 19 осуществляется сравнение заданно-

го и обработанного законов нагружения двигателя автомобиля

тормозным генератором в зависимости от скорости движения. На

выходе блока суммирования при рассогласовании действитель-

ной и заданной нагрузок происходит формирование разностного

сигнала управления, который вводит в заданный режим работы

тормозной генератор. В период разгона автомобиля этот процесс

носит непрерывный характер, а

нагружение

— колебательный. Чем

выше частота регулирования, тем

меньше

амплитуда колебатель-

ного процесса нагружения.

Электросиловая часть

стенда

выполнена по схеме, предусмат-

ривающей возможность рекуперации* электроэнергии. На режи-

ме рекуперации переключатель 75 устанавливается в положение,

при котором электрическая энергия, вырабатываемая генерато-

ром 28, поступает не на нагрузочный резистор 16, а в электро-

двигатель 12. Электродвигатель на этом режиме работает как дви-

гатель, получая возбуждение от блока

7 ручного управления че-

рез электромашинный усилитель 23. Этот усилитель имеет при-

вод, как и усилитель 24, от электродвигателя 22. Электродвигатель

* Рекуперация — работа электродвигателя в генераторном режиме, при ко-

тором механическая энергия тормозящегося механизма превращается в электри-

ческую и возвращается в питающую сеть.

307

12, работающий в режиме двигателя, вращает якорь генератора

14. Энергия,

выработанная

этим генератором, поступает в про-

мышленную электросеть. Таким образом, при испытаниях энер-

гия топлива, сжигаемого двигателем автомобиля, частично пре-

вращается в

электрическую

энергию, используемую другими по-

требителями.

Контрольные вопросы

1. Назовите условия при испытаниях автомобиля на тягово-скорост-

ные

свойства.

2. Расскажите о методах измерения и регистрации скорости, ускоре-

ния при испытаниях автомобиля.

3. Перечислите технические средства для измерения крутящего мо-

мента при испытаниях автомобиля, объясните методы

измерений.

4. Как экспериментально определяются коэффициент сопротивления

качению и коэффициент сцепления шин с дорогой?

5. Поясните принцип действия автоматизированного стенда с бего-

выми барабанами для воспроизведения суммарного сопротивления дви-

жению автомобиля.

Глава 24

ТОРМОЖЕНИЕ АВТОМОБИЛЯ

24.1. Тормозная сила и уравнение движения автомобиля

при торможении

Тормозная сила. При торможении элементарные силы трения,

распределенные по поверхности фрикционных накладок, созда-

ют результирующий момент трения, т. е. тормозной момент

тор

направленный в сторону, противоположную вращению колеса.

Между колесом и дорогой возникает тормозная сила

тор

Максимальная тормозная сила

тртак

равна силе сцепления

шины с дорогой. Современные автомобили имеют

тормозные

ме-

ханизмы на всех колесах. У двухосного автомобиля (рис.

24.1)

мак-

симальная тормозная сила,

Н,

Фх G.

(24.1)

ортах

ор

ор2

Уравнение движения автомобиля при торможении на подъеме

составим в общем виде. Для этого спроектируем все силы, дей-

ствующие на автомобиль при торможении на плоскость

доррги:

Лор!

Ло

Л.

Л,

+ Л

_|_

-|_

тор

л-л,=

= О, (24.2)

где

тор

тор1

тор2

;

Ли

+ Л2 + Л - сила сопротивления

дороги;

тд

— сила трения в двигателе, приведенная к ведущим

колесам.

Зная момент трения

в двигателе из формулы для определе-

ния тормозного момента, определим силу трения в двигателе:

Л.д =

(24.3)

Рассмотрим случай торможения автомобиля только тормозной

системой, когда сила

тд

Учитывая, что скорость автомобиля во время торможения умень-

шается, можно считать, что сила

0. В связи с тем, что сила

мала по сравнению с силой

тор

ею также можно пренебречь,

особенно при экстренном торможении. Принятые допущения по-

зволяют написать уравнение (24.2) в виде

Р + Р - Р = О

'тор

Учитывая выражения (21.2), (21.11) и (24.1), имеем

Ц)

G -

вр

/яя

О,

309

Рис. 24.1. Силы, действующие

на

автомобиль

при торможении на подъеме;

— сила сопротивления воздуха;

— приведенная сила инерции;

— сила

сопротивления подъему;

к2

— силы, учитывающие потери энергии в шинах

ведущих колес;

тя

— сила трения в двигателе, приведенная к ведущим колесам;

G — вес

автомобиля;

TOph

тор2

—

тормозные

силы колес переднего

заднего

мостов;

РТР

— потери на трение в трансмиссии;

— угол, характеризующий

крутизну подъема дороги; L — база автомобиля

где т — масса автомобиля, кг;

— ускорение торможения

(за-

медление),

м/с

Из последнего выражения после преобразования получим

урав-

нение движения автомобиля при торможении на

негоризонталь-

ном участке дороги:

Ф,

-Мз/£=0,

(24.4)

где

5„

— коэффициент учета вращающихся масс на негоризон-

тальном участке дороги (при накате).

В качестве измерителей тормозной динамичности автомобиля ис-

пользуют замедление

при торможении и тормозной путь

jop

Время

тор

с, используют в качестве вспомогательного измерите-

ля при определении остановочного пути

Замедление при торможении автомобиля. Из формулы (24.2)

найдем замедление при торможении:

Если тормозные силы на всех колесах достигли значения сил

сцепления, то, пренебрегая силами

получим

Яз

[(Фх

Ч/)Л|/

р]£.

(24.5)

Коэффициент

обычно значительно больше коэффициента

Ч/,

поэтому в случае полного торможения автомобиля величиной

\1/

в выражении (24.5) можно пренебречь. Тогда

=Ф;с£/5вр«Фх£.

(24.6)

310

Если во время торможения коэффициент

не изменяется, то

замедление

не зависит от скорости автомобиля.

Время торможения. Этот параметр можно определить, исполь-

зуя кривую

=/(*;).Найдя

по графику

(рис. 24.2) для несколь-

ких значений скорости, определяют среднее замедление в каждом

интервале скоростей. Затем по формуле (22.9) находят прираще-

ние времени

А/

в каждом интервале и, суммируя полученные зна-

чения, определяют время торможения.

Представление об изменении скорости и замедлении при тор-

можении дает диаграмма (рис. 24.3, а). Отрезок

соответствует

времени реакции водителя, в течение которого он принимает ре-

шение о торможении и переносит ногу с педали подачи топлива

на педаль рабочей тормозной системы. Время реакции водителя, в

зависимости от его индивидуальных особенностей и квалифика-

ции, составляет 0,4... 1,5 с.

Отрезок

— время срабатывания тормозного привода от нача-

ла нажатия на тормозную педаль до начала замедления,

т.е.

пере-

мещения всех подвижных деталей тормозного привода. Это время в

зависимости от типа тормозного привода и его технического состо-

яния, составляет

0,2...0,4

с для гидропривода,

0,6...0,8

с для пнев-

мопривода и 1

...2

с для

автоцоезда

с пневмоприводом тормозов.

Отрезок

характеризует время, в течение которого замедле-

ние увеличивается от нуля

(начало

действия тормозного механиз-

ма) до максимального значения. Это время зависит от интенсив-

ности торможения, нагрузки на автомобиль, типа и состояния

дорожного покрытия и тормозного механизма.

При экстренном торможении автомобилей и автобусов с бло-

кировкой всех колес время

(

с, имеет следующие значения.

О 5,5

11,0

16,5

«Л

м/с

Рис. 24.2. Измерители тормозной динамичности автомобиля:

а — замедление

время торможения

тор

и тормозной путь

£,

ор

при торможении

рабочей тормозной системой; б — замедление при различных способах торможе-

ния; штриховые линии — с учетом сил

;

сплошные линии — без учета

сил

;

1, 3, 5 — торможение рабочей тормозной системой; 2, 4, 6 —

торможение двигателем и рабочей тормозной системой

311

¥1

м^

Риг,

24.3.

Параметры

торможения автомобиля:

а — тормозная

диаграмма;

б — продольные и поперечные силы сцепления при

торможении (вид на колесо сверху);

— время реакции водителя;

пр

— время

срабатывания

тормозного привода;

— время нарастания замедления;

гор

—

время торможения;

—

остановочное

время;

— замедление при торможении;

Ду

—

приращение

скорости

Легковой автомобиль .............................................

05.

..0,2

Грузовой автомобиль и автобус

с гидроприводом

тормозной

системы .................

0,05.

..0,4

Грузовой автомобиль с пневмоприводом

тормозной системы

грузоподъемностью:

до 4500 кг ................................................................ 0,15. ..1,2

более

45СО

кг .........................................................

0,2...

1,5

Автобус с

пневмоприводом

тормозной

системы ..................................................................... 0,2... 1,3

Меньшие значения вреиени

соответствуют дорогам с малым

коэффициентом

сцепления,

причем нагрузка автомобиля в этом

случае практически не влияет на время; большие значения соот-

ветствуют движению автомобиля с полной нагрузкой по дорогам

с большим коэффициентом сцепления.

За время

замедление изменяется по закону, близкому к ли-

нейному, и можно считать, что автомобиль движется с замедлени-

ем,

равным приблизительно

0,5д

зтах

Тогда приращение скорости

At;

0,5я

зтах

Следовательно, в начале экстренного торможения с замедле-

нием

Дзтах

t/=t;-0,5a

3max

(24.7)

Отрезок

тср

— это время торможения с максимальной интен-

сивностью. В течение времени

пр

автомобиль движется равно-

мерно со скоростью v, в течение времени

— замедленно, а в

течение времени

тор

—

замедление

практически постоянно до пол-

ной остановки.

312

Скорость в течение времени

тор

уменьшается

по линейному

ЗаКОНу ОТ

Язтах'тор

ДО

г/

= 0.

Решая полученное уравнение относительно времени

тор

и под-

ставляя значение скорости

v',

получаем

/тор

/°3max

0,5/

Чтобы определить остановочное время

необходимое для ос-

тановки автомобиля с момента возникновения опасности, нужно

суммировать полученные отрезки времени:

f/Язтах =

УМтах,

(24.8)

где

сум

/р

/пр

0,5/

Если тормозные силы на всех колесах автомобиля одновремен-

но достигают значения сил сцепления, то замедление определя-

ют по формуле (24.6). Тогда, принимая коэффициент

вр

= 1, по-

лучим

/о

/см+"/(Фл-£).

(24.9)

/р

'пр

тор

/р

'пр

0,5/

/тор

Тормозной путь. Этот параметр определяют, используя кривую

и считая, что в каждом интервале скоростей автомобиль

движется

равнозамедленно.

Разбив кривую на несколько отрез-

ков, по формуле

(22.11)

определяют приращение пути

Д^в

каж-

дом интервале скоростей так же, как это делали при определении

пути разгона. Сложив полученные значения и приращения пути

Д5,

определяют общий путь

тор

торможения. Примерный

вид

гра-

фика зависимости пути

TOp

от скорости с учетом сил

без учета этих сил показан на рис. 24.2, а.

Расстояние, необходимое для остановки автомобиля с момен-

та возникновения опасности,

т.е.

длину так называемого остано-

вочного пути, можно определить, если принять, что замедление

изменяется так, как показано на рис. 24.3, а.

Как и раньше, примем, что при уменьшении скорости от v до

автомобиль движется с постоянным замедлением

ср

0,5а

зт

ах-

Тогда, согласно формуле

(22.11)

путь, пройденный автомобилем

за это время,

Д^

г>

ср

Д"с

К>

[0,5(i;

v')(v-v')]-

2/д

зтах

=(v

~(v')

]/a

3max

Тормозной путь при уменьшении скорости от

до нуля во

время экстренного торможения

(24.10)

Если тормозные силы на всех колесах автомобиля одновремен-

но достигли значений сил сцепления, то с учетом уравнения (24.6)

при

тл

0 тормозной путь автомобиля

313

ТО

тор

/)(/

cos a + G sin a]

2(p,

Тормозной путь прямо пропорционален квадрату скррости ав-

томобиля в момент начала торможения, поэтому при увеличении

начальной скорости тормозной путь возрастает особенно быстро

(см. рис. 24.2,

а).

Остановочный путь

необходимый для остановки автомоби-

ля, больше пути

TOp

так как в него входит также путь автомобиля

за время движения с постоянной скоростью:

>л)

>пр)

(24.11)

Подставляя в формулу (24.10) вместо

скорости

ее

выражение

по формуле (24.7) и пренебрегая весьма малым значением произ-

ведения, содержащего

получим

(24.12)

(24.13)

Зная

определяют

остановочный

путь:

*сум

/(2q>

g).

Для

определения

по формулам (24.8) и (24.12) должно

быть известно максимальное замедление автомобиля, которое

определяют опытным путем. Если

максимально^

замедление не-

известно, то, зная

ф,,.

значения

определяют по формулам

(24.9) и (24.13).

Показатели

интенсивности

торможения. Для проверки эффек-

тивности действия тормозной системы в качестве показателей

используют наибольший допустимый тормозной путь и наимень-

шее допустимое замедление в соответствии с ГОСТ Р

41.13.96

(для

новых автомобилей) и ГОСТ Р

1709—

2001

(для автомобилей,

находящихся в

эксплуатации).

Интенсивность торможения легко-

вых автомобилей и автобусов по условиям безопасности движе-

ния проверяют без пассажиров.

Наибольший допустимый тормозной путь

Tpp

м, при движе-

нии с начальной скоростью 40 км/ч на горизонтальном участке

дороги с ровным, сухим, чистым цементо- или

асфальтобетон

ны!Ц

покрытием имеет следующие значения.

Легковые автомобили и их модификации

для перевозки грузов ..........................................

.......... 14,5

Автобусы с полной массой:

до 5 т

включительно

...................................

........

......

18,7

более 5 т .............................

............................

.......... 19,9

Грузовые автомобили с полной массой:

314

до 3,5 т включительно 19

3,5... 12 т включительно 18,4

более 12 т 17,7

Автопоезда с автомобилями-тягачами с полной

массой:

до 3,5 т включительно 22,7

3,5... 12 т включительно 22,1

более

12т

21,9

24.2. Распределение тормозной силы между мостами

автомобиля

При торможении автомобиля сила инерции

(см. рис.

Д),

действуя на плече

вызывает перераспределение нормальных

нагрузок между передними и задними мостами; нагрузка на перед-

ние колеса увеличивается, а на задние — уменьшается. Поэтому

нормальные реакции

R^,

действующие соответственно на

передние и задние мосты автомобиля во время торможения, зна-

чительно отличаются от нагрузок

которые воспринимают

мосты в статическом состоянии. Эти изменения оценивают коэф-

фициентами

р2

изменения нормальных реакций, подсчи-

тываемыми по формулам (21.36). Для случая торможения автомо-

биля на горизонтальной дороге коэффициенты определяют по

формулам

Следовательно, нормальные реакции дороги

Во время торможения автомобиля наибольшие значения коэф-

фициентов

изменения реакций находятся в

следующих

пределах:

1,5.

..2;

р2

0,5.

..0,7.

Максимальную интенсивность торможения можно обеспечить

при условии полного использования

сцепления

всеми колесами

автомобиля. Коэффициент распределения тормозной силы между

передними и задними мостами

РО

*тор1М

тор

1 ~

-«

ТОР2М

тор-

При оптимальном распределении тормознрй силы передние и

задние колеса автомобиля могут быть

доведрны

до блокировки

одновременно. Для этого случая

cpo/i

)/JL

(24.14)

315

Большинство тормозных систем обеспечивает неизменное со-

отношение между тормозными силами колес переднего и заднего

мостов

TOp

ТОР

поэтому

суммарная сила

тор

может достиг-

нуть максимального

значения

только на дороге с оптимальным

коэффициентом

На других дорогах полное использование сцеп-

ного веса без блокировки хотя бы одного из мостов (переднего

или заднего) невозможно. Однако в последнее время появились

тормозные системы с регулированием распределения тормозных

сил.

Распределение общей тормозной силы между мостами не со-

ответствует нормальным реакциям, изменяющимся во время тор-

можения, поэтому фактическое замедление автомобиля оказыва-

ется меньше, а время торможения и тормозной путь больше тео-

ретических значений

этж

показателей.

Для приближения результатов расчета к экспериментальным

данным в формулы

вводяг

коэффициент эффективности торможе-

ния

который учитывает степень использования теоретически

возможной эффективности тормозной системы. В среднем для лег-

ковых автомобилей

1,1...

1,2 для грузовых автомобилей и авто-

бусов

= 1,4... 1,6. В этом случае расчетные формулы примут вид:

сум

/(2<p

g);

cyM

/(24>

g).\

)

24.3. Способы торможения автомобиля

Совместное торможение тормозной системой и двигателем. Та-

кой способ торможения применяют с целью избежать перегрева

тормозных механизмов и ускоренного изнашивания шин. Тормоз-

ной момент на колесах создается одновременно тормозными ме-

ханизмами и двигателем. Так как в этом случае нажатию на тор-

мозную педаль предшествует отпускание педали подачи топлива,

то угловая скорость коленчатого вала двигателя должна была бы

уменьшиться до угловой скорости холостого хода. Однако на са-

мом деле ведущие колеса через трансмиссию принудительно вра-

щают коленчатый вал. В результате появляется дополнительная сила

тд

сопротивления движению, пропорциональная силе трения в

двигателе и вызывающая замедление автомобиля.

Инерция маховика противодействует тормозящему действию

двигателя. Иногда противодействие маховика оказывается больше

тормозящего действия двигателя, вследствие чего интенсивность

торможения несколько

снижается.

Рассмотрим, в каких случаях выгодно применять совместное

торможение рабочей тормозной системой и двигателем. Обозна-

316

чим

через

зс

замедление при совместном торможении, а через

—

замедление при торможении с отсоединенным двигателем.

Тогда уравнение (24.3) можно написать в виде:

(^оо+^д+^в+Дд+Лр)

'вр

где

вр

— коэффициент учета вращающихся масс, который для

данного случая определяют по формуле (21.23) или (21.25).

При торможении с отъединенным двигателем

вр

поэтому

его определяют по формуле (21.26). В этом случае

^зс

'вр

Совместное торможение более эффективно, чем торможение

только тормозной системой, если

зс

т.е.

(Лор

Р.

Лд

Лр)

'вр

5„

(24.16)

Таким образом, целесообразность торможения только тормоз-

ной системой или совместного торможения тормозной системой

и двигателем зависит главным образом от значений сил

тд

тор

а также от коэффициентов

вр

На рис. 24.2, б приведен пример графического решения нера-

венства (24.16) для легкового автомобиля малого класса при

вр

= 1,08;

= 1,04;

= 0,6. Значения силы

тд

взяты из эксперимен-

тальных данных. Кривые

1...

б соответствуют различным значени-

ям тормозной силы. В заштрихованной зоне при данных условиях

нецелесообразно совместное торможение, так как замедления,

показанные штриховыми линиями, меньше замедлений, пока-

занных сплошными линиями.

На дорогах с малым коэффициентом сцепления совместное

торможение повышает поперечную устойчивость автомобиля по

условиям заноса. При торможении автомобиля на дорогах с ма-

лым коэффициентом сцепления продольные силы

Ф1

Р^\

и по-

перечные силы

Ф2

РФ2

сцепления колеса с дорогой зависят от

интенсивности торможения (см. рис. 24.3, б). При торможении в

аварийных ситуациях сцепление полезно выключить.

Торможение с периодическим прекращением действия тормоз-

ной системы. Заторможенное нескользящее колесо воспринимает

большую тормозную силу, чем при движении с частичным про-

скальзыванием. В случае свободного качения угловая скорость ко-

леса

радиус

и поступательная скорость

движения центра

317

Ведомый

Тормозной

«Vk

Рис. 24.4. График к анализу процесса торможения колеса с периодиче-

ским

прекращением

действия тормозной силы:

а — зависимость коэффициентов сцепления

ф,

от степени проскальзывания;

б—

рабочий процесс антиблокировочной системы; в — изменение угловой

скорости колеса при колебании давления в тормозной системе; В — точка макси-

мального коэффициента сцепления; AFEDC — рабочая зона антиблокировочно-

го режима;

— скорость автомобиля при торможении;

со

— колебание скорости

тормозящего колеса

колеса связаны зависимостью

со

У колеса, движущегося с

частичным проскальзыванием

(v*

со

это равенство не со-

блюдается. Разность скоростей

определяет скорость сколь-

жения

т.е.

- v -

Степень

проскальзывания

колес определяется как Я =

Ве-

домое колесо нагружено только силами сопротивления движению,

поэтому касательная реакция невелика. Приложение к колесу тор-

мозного момента приводит к увеличению касательной реакции, а

также к увеличению деформации и упругого проскальзывания шины.

Коэффициент сцепления шины с дорожной поверхностью повы-

шается пропорционально проскальзыванию и достигает максиму-

ма при проскальзывании около

20...25

% (рис. 24.4, а) точка В.

Рабочий процесс поддержания максимального сцепления шины

с дорожным покрытием иллюстрируется графиком рис. 24.4, б. При

увеличении тормозного момента (участок

О—А)

угловая

скорость

колеса уменьшается. Для того чтобы не дать колесу остановиться

(заблокироваться), тормозной момент уменьшают (участок

C—D).

Инерционность механизма регулирования давления в тормозном

приводе приводит к тому, что процесс уменьшения давления про-

исходит с некоторым запаздыванием (участок A—

На участке

Е—

Удавление

на некоторое время стабилизируется. Рост угловой

скорости колеса требует нового увеличения тормозного момента

(участок

G—А)

до значения, соответствующего

20...25

% проскаль-

зывания.

В начале скольжения увеличивается замедление колеса и нару-

шается линейная пропорциональность зависимости со =

f(M

TOp

Участки D—E и F—G характеризуются инерционностью исполни-

318

тельных

механизмов. Тормозная система, в которой реализуется пуль-

сирующий режим управления давлением в рабочих цилиндрах (ка-

мерах), называется антиблокировочной. Глубина модуляции давле-

ния в тормозном приводе достигает

30...37

% (рис. 24.4, в).

Колеса автомобиля благодаря такому циклическому

нагружению

тормозным моментом катятся с частичным проскальзыванием, при-

близительно равным оптимальному, и коэффициент сцепления ос-

тается высоким в течение всего торможения. Введение антиблокиро-

вочных устройств уменьшает износ шин и позволяет повысить по-

перечную устойчивость автомобиля. Несмотря на сложность и высо-

кую

стоимость,

антиблокировочные тормозные системы уже узако-

нены стандартами многих зарубежных стран, их устанавливают на

легковые автомобили среднего и высшего классов, а также на авто-

бусы и грузовые автомобили для междугородных перевозок.

24.4. Определение показателей эффективности тормозных

систем автомобиля

Типы испытаний. Для сопоставимости результатов испытаний

методы их проведения регламентируются отечественными и меж-

дународными нормативами. Основные параметры, нормируемые

при испытаниях, — скорость начала торможения и усилие на органе

управления привода тормозной системы. Автомобили перед ис-

пытаниями проходят обкатку, а шины к началу испытаний долж-

ны иметь пробег не менее 500 км. Участок дороги, на котором

проводятся испытания, должен быть прямым, горизонтальным,

с твердым ровным покрытием, обеспечивающим коэффициент

сцепления с шинами в продольном направлении не менее 0,6. Ис-

пытания проводятся при скорости ветра не более 3 м/с и темпе-

ратуре

-5...+30

"С.

В зависимости от условий движения и режимов торможения

дорожные испытания автомобилей для определения тормозных

свойств делят на три типа, установленные международными орга-

низациями.

При испытаниях типа 0 определяют эффективность тормозной

системы с холодными тормозными механизмами, т.е. когда тем-

пература наружных поверхностей тормозного барабана или дис-

ка, измеряемая непосредственно перед каждым испытанием, на-

ходится в пределах 50... 100

°С.

Эффективность рабочей тормозной системы при нагретых тор-

мозных механизмах определяют при проведении испытаний типа I.

Нагрев тормозных механизмов автомобиля проводят путем мно-

гократного последовательного торможения, а прицепов — путем

буксирования заторможенного прицепа. При этом нормируются

усилие в сцепном устройстве, путь и скорость буксирования. Ис-