4.7. Оптимальное распределение тормозных сил

Как было показано выше, одновременное достижение продольными реакциями значений и (см. формулу 4.4) может быть обеспечено оптимальным распределением тормозных сил между колесами.

Экспериментально установлено, что коэффициент продольного сцепления шин с дорогой достигает максимального значения при определенном коэффициенте скольжения тормозящих колес (рис. 4.4). Это значение коэффициента скольжения, определяемое по формуле

, (4.37)

называют критическим (S ) или оптимальным.

Очевидно, что если при торможении S_кр достигается одновременно у всех колес, то обеспечивается максимальное установившееся замедление, соответственно, минимальный тормозной путь. Если S_кр у колес в процессе торможения будет отличаться, то при повышении тормозных сил интенсивным нажатием на тормозную педаль, одно из колес блокируется раньше и коэффициент сцепления этого колеса будет меньше, чем у других.

В случае блокировки колеса в процессе торможения = 1 ( = 0), а коэффициент снижается на 25 – 30 % по сравнению с , а коэффициент бокового сцепления падает еще более интенсивно (рис. 4.4). Как видно из этого рисунка, при блокировке колеса боковая сила, вызывающая занос (боковое скольжение), , тогда как при , ≈ 0,7 . Поэтому при блокировке колес хотя бы одного моста автомобиль может потерять поперечную устойчивость даже воздействием незначительной боковой силы.

Рис. 4.4. Зависимость продольного (1) и поперечного (2) коэффициентов

Сцепления от коэффициента скольжения при торможении на сухой дороге

Кроме этого, очень важно, чтобы тормозные силы достигали максимально возможных значений на правом и левом колесах одного моста одновременно, т.к. при одинаковых значениях и предотвращается появление поворачивающего автомобиль момента . Допускается относительная разность тормозных сил колес оси (в процентах от наибольшего значения) для АТС категорий М1, М2, М3 и передних осей автомобилей и прицепов категорий N1, N2, N3, O2, O3, O4 не более 20 %, а для полуприцепов и последующих осей автомобилей и прицепов – 25 % (ГОСТ Р 51709-2001). Указанную относительную разность оценивают по следующей формуле:

,

где Р_т.б. и Р_т.м. – большая и меньшая величины тормозных сил на колесах одной оси.

Оптимальному распределению тормозных сил между мостами двухосного автомобиля соответствует равенство

. (4.38)

При торможении на горизонтальной дороге с полным использованием тормозных сил согласно формуле (4.20) отношение зависит от координат а, в и h_g, которые изменяются с изменением нагрузки на автомобиль, а коэффициент сцепления шин с дорогой φ ( ) зависит от дорожных условий, прежде всего, от состояния дорожного покрытия.

Принято характеризовать рабочую тормозную систему не отношением (4.38), а коэффициентом распределения тормозной силы

. (4.39)

Коэффициент может быть постоянным или переменным со ступенчатым или непрерывным изменением в зависимости от давления привода тормозной системы, нормальных реакций, действующих на колеса. При заданных координатах центра тяжести коэффициент однозначно связан с коэффициентом сцепления шины с дорогой. Учитывая выражения (4.20), (4.38), (4.39) и при допущении, что , получим

. (4.40)

Если коэффициент сцепления шины с дорогой изменяется в процессе торможения, как это видно из рис. 4.4, то и также является величиной переменной.

Выше было показано, что изменения реакций ( ) оцениваются коэффициентами распределения (изменения) осевой нагрузки и . При торможении автомобиля на горизонтальной дороге эти коэффициенты определяют с учетом выражений (4.18) по формулам:

для передней оси - ; (4.41)

для задней оси - . (4.42)

Наибольшие и наименьшие значения коэффициентов изменения реакций во время торможения (например, на спусках) находятся в пределах: для передней оси 1,5 – 1,7; для задней оси 0,6 – 0,8.

Таким образом, для достижения наибольшей эффективности торможения и обеспечения устойчивости при этом желательно, чтобы задние колеса не блокировались первыми. В связи с этим в приложении № 10 к правилам № 13 КВТ ЕЭК ООН рекомендуется обеспечить распределение тормозных сил так, чтобы при всех весовых состояниях удельные тормозные силы на передних колесах ( ) были большими, чем на задних у легковых автомобилей если = 0,15 – 0,8, у остальных автомобилей при = 0,15 – 0,3.

С целью повышения эффективности и улучшения устойчивости современные автомобили имеют конструкцию рабочей тормозной системы, обеспечивающую изменение коэффициента в процессе торможения. В частности, на автомобилях устанавливают антиблокировочные системы или регуляторы тормозных сил.

Требования, предъявляемые к распределению тормозных сил, в таких случаях вытекают из условия (4.20) и характеризуются зависимостью

. (4.43)

Задаваясь различными значениями коэффициента продольного сцепления шин с дорогой и определяя по формулам (4.17) или (4.18), можно найти , используя упрощенное выражение (4.4), т.е. допуская, что

.

Соответственно по формуле (4.43) вычисляют максимально допустимую тормозную силу на колесах задней оси автомобиля.