4.2. Динамика тормозящего колеса

При торможении автомобиля с выключенным сцеплением (М_кр = 0) к тормозящему колесу подводится тормозной момент М_т, направленный против его вращения (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Силы и моменты, действующие на колесо в режиме торможения

Здесь R_z и R_x — нормальная и тангенциальная реакции дороги соответственно; Р_j — сила инерции при поступательном перемещении колеса; Р_x — сила действия на колесо отброшенной части автомобиля; М_i — момент сопротивления замедлению вращения колеса; _к — угловая скорость колеса.

Сумма моментов всех сил относительно оси вращения колеса О (ось у):

;	(4.1)
,	(4.2)

где I_к — момент инерции колеса.

В результате деформации шины точка приложения равнодействующей элементарных реакций дороги смещается в направлении качения колеса на величину а, зависящей от эластичности шины, внутреннего давления воздуха в ней, вертикальной нагрузки на колесо и ведущего крутящего момента. Произведение является моментом сопротивления качения, а отношение — коэффициент сопротивления.

Разделив все члены выражения (4.1) на , получим формулу для расчета тормозной силы

(4.3)

Тормозной момент М_т зависит от конструктивных параметров колесного тормозного механизма, коэффициента трения между тормозным барабаном (диском) и накладкой тормозных колодок, усилия прижатия колодок к барабану и т.д.

Максимальное значение Р_т будет в том случае, когда тангенциальная реакция R_t достигнет своего наибольшего значения. Поскольку

R_t² = R_х² + R_у²,

то при R_у = 0 (боковыми силами пренебрегаем) .

Максимальное значение тангенциальной реакции

(4.4)

где φ_х — коэффициент продольного сцепления шины с дорогой.

Соответственно, максимальное значение Р_т будет в том случае, когда . При этом колесо блокируется (перестанет вращаться), а сила сопротивления качения станет равной нулю. Не будет влиять на параметры движения колеса и инерционный момент, так как он воспринимается тормозным механизмом. Тогда из формулы (4.3) получим

(4.5)

4.3. Диаграмма торможения, измерители и показатели тормозной динамичности атс

Для оценки тормозной динамичности и определения измерителей тормозной динамичности строят тормозную диаграмму в процессе экстренного торможения (рис. 4.2).

Время, необходимое для принятия решения об экстренном торможении и переносе ноги с педали подачи топлива на педаль тормоза, — время реакции водителя t_р — находится в пределах 0,3  2,5 с. В Российской Федерации в расчетах принимают с. Оно зависит от квалификации и степени утомления водителя, дорожных условий, от возраста его и т.д.

Время, необходимое для устранения зазоров тормозного привода и перемещения всех его деталей — время запаздывания (срабатывания) тормозной системы t_с — зависит от технического состояния и конструкции системы, колеблется в среднем 0,2  0,5 с (гидравлический привод) до 0,6  0,8 с при пневматическом приводе. У автопоездов с пневматическим приводом тормозных механизмов оно может достигать у колес прицепов до 2 - 3 с.

Рис. 4.2. Тормозные диаграммы автомобиля:

а – расчетная; б – экспериментальная.

При экстренном (аварийном) торможении тормозные моменты (тормозные силы) для системы с гидроприводом приблизительно линейно возрастают по времени; для тормозных механизмов с пневмоприводом эти зависимости близки к экспоненциальным. Для приближенных расчетов их тоже можно принять линейными:

(4.6)

где К₁ и К₂ — скорости нарастания тормозных сил; - время наращивания тормозных сил. Для тормозных систем с гидроприводом они равны 15  30 кН/с, с пневмоприводом — 25 –

100 кН/с. В среднем время наращивания тормозных сил составляет 0,1 – 0,5 с.

У легковых автомобилей центр тяжести находится практически посередине (а  в) и тормозную систему конструируют так, чтобы К₁ > К₂, так как коэффициенты перераспределения осевой нагрузки передних колес , больше чем у задних колес .

У грузовых автомобилей и автобусов основная часть нагрузки (до 70%) приходится на задний мост, и тормозная сила, действующая на него, должна расти быстрее, чем тормозная сила, действующая на передний мост, то есть К₂ > К₁. Таким образом, в начале торможения

. (4.7)

К наиболее важным тормозным свойствам (измерителям) тормозной динамичности автомобиля относятся:

1. Остановочный путь автомобиля – расстояние, пройденное автомобилем с момента обнаружения опасности (причины экстренного торможения) до полной остановки:

S_о = S_р + S_c + S_н + S_уст., (4.8)

где S_р, S_с, S_н и S_у.з - участки пути, пройденные автомобилем за время реакции водителя, срабатывания тормозной системы, наращивания тормозной силы и установившегося замедления (t_уст) соответственно;

2. Тормозной путь – расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия на педаль рабочей тормозной системы до полной остановки (S_т = S_с + S_н + S_уст);

3. Установившееся замедление – максимальная интенсивность снижения скорости автомобиля за время t_уст.

4. Время срабатывания тормозной системы t_ср;

5. Максимальная тормозная сила на каждом тормозящем колесе, зависящая, в основном, от конструктивных особенностей рабочей тормозной системы в целом и отдельного колесного механизма;

6. Удельная тормозная сила – отношение суммы тормозных сил колес к полному весу автомобиля –

,

(4.9)

где n – число тормозящих колес автомобиля.

7. Относительная разность тормозных сил колес оси (в процентах от наибольшего значения):

(4.10)

8. Усилие на органе управления тормозных систем (Р_n).

Показатели этих измерителей определяют расчетными методами и экспериментально, а нормативные (допустимые) значения некоторых из них, в том числе вычисленные по формулам (4.10) и (4.11) для АТС категорий М, N, O, приведены в ГОСТ 51709-2001 с дополнениями в 2007 году.