Вопрос 23. Силы, действующие на автомобиль при его торможении.
Ответ 23. Спроектировав все силы, действующие на автомобиль при торможении, на плоскость дороги получим уравнение движения автомобиля при его торможении:
РТ + РТД + Р + РВ – РИ = 0,
где РТ – тормозное усилие, Н; РТД – сила трения в двигателе, приведенная к ведущим колесам, Н; Р - сила сопротивления дороги, Н; РВ - сила сопротивления воздуха, Н; РИ – приведенная сила инерции, Н.
Зная величину момента трения в двигателе МТД значение силы трения в двигателе (РТД) приведенной к ведущим колесам, определяется:
.
Момент трения в двигателе можно приблизительно подсчитать:
МТД 0,8 Vh (0,35 + 0,0005 пe),
где Vh – литраж двигателя, л;
или МТД 0,8 рм Vh iц,
где Vh – рабочий объем цилиндра, м3; iц – число цилиндров двигателя; рм – среднее давление механических потерь, Н/м2.
Рм = а + в сп,
где а и в – коэффициенты.
- для карбюраторных двигателей а = 0,035; в = 0,012.
- для дизелей с неразделенными камерами а = 0,113; в = 0,007.
- для дизелей с разделенными камерами а = 0,113; в =0,010.
,
- средняя
скорость поршня, м/с;
S – ход поршня, м; е – угловая скорость, рад/с.
Рассмотрим процесс торможения автомобиля только тормозной системой. В этом случае РТД = 0. Учитывая, что скорость движения автомобиля в процессе торможения уменьшается, можно принять Рw = 0. Эти допущения дают погрешность в сторону улучшения тормозной динамики автомобиля. Т.е. выше приведенное уравнение примет вид:
РТ
+ Р
– РИ
= 0 или
,
где j3 – замедление автомобиля (отрицательное ускорение), м/с ; - коэффициент учета вращающихся масс (т.е. во сколько раз энергия, затраченная на разгон автомобиля, больше энергии поступательно движущихся масс); - коэффициент сцепления шины с дорогой.
Отсюда
.
Вопрос 24. Распределение силы по колесам автомобиля при его торможении. Торможение с неполным использованием сил сцепления колес с дорогой.
Ответ 24. При торможении автомобиля сила инерции РИ действуя на плечо h0 вызывает перераспределение нагрузок по колесам. Нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому нормальные реакции 2RZ1 и 2RZ2 в процессе торможения значительно отличаются от реакций в статическом состоянии G1 и G2. Для случая торможения автомобиля на горизонтальной дороге коэффициенты перераспределения нагрузок m1 и m2 определятся:
и
.
Предельные значения т1 = 1,5…2; т2 = 0,5…0,7.
Следовательно 2RZ1 = т1 G1 – реакция, приходящаяся на передние колеса; 2RZ2 = m2 G2 – реакция, приходящаяся на задние колеса.
Максимальная интенсивность торможения может быть получена при условии полного использования сцепного веса автомобиля.
Ввиду неизменности соотношения между тормозными силами колес передней и задней осей (РТ1 и РТ2), оцениваемого коэффициентом перераспределения тормозной силы 0, суммарная РТ может достигнуть максимума без скольжения колес только на дороге с определенным коэффициентом сцепления 0. На других дорогах полное использование сцепного веса невозможно без блокировки одной из осей.
РТ1 = 0 РТ, РТ2 = (1 - 0) РТ..
Оптимальное распределение тормозной силы – это такое, при котором передние и задние колеса автомобиля могут быть доведены до блокировки одновременно. Для этого случая:
.
Существующие конструкции тормозных механизмов имеют постоянное распределение тормозной силы между колесами, что соответствует дороге с определенным 0. На всех других дорогах в процессе торможения до юза первыми будут доводиться либо передние, либо задние колеса.
Неполное использование сил сцепления возможно при служебном торможении, а не при экстренном. Т.е. при служебном торможении не полностью используется сцепление колес с дорогой и на него приходится 95 % случаев торможения.
Правильное использование различных способов торможения увеличивает надежность и долговечность тормозной системы. К способам торможения с неполным использованием сил сцепления колес с дорогой относятся: торможение двигателем, торможение с отсоединенным двигателем, торможение двигателем и тормозной системой.
Наиболее общим является торможение без отсоединения двигателя. При этом одновременно работают для замедления движения автомобиля тормоза и двигатель. Т.к. при торможении отпускается педаль управления дроссельной заслонкой, то угловая скорость коленчатого вала двигателя должна была бы уменьшиться до угловой скорости холостого хода. Однако ведущие колеса через трансмиссию принудительно проворачивают коленчатый вал. В результате появляется дополнительная сила сопротивления движению РТД, пропорциональная силе трения в двигателе РТД и вызывающая замедление автомобиля.
Инерция маховика противодействует тормозящему моменту двигателя. Иногда это противодействие маховика оказывается больше тормозящего действия двигателя (большая скорость движения, износ ЦПГ), поэтому интенсивность торможения двигателем несколько снижается.
Рассмотрим, в каких случаях выгодно применять совместное торможение тормозной системой и двигателем.
Обозначим jЗСТОР – замедление при совместном торможении, а через jЗТОР – замедление при торможении с отсоединенным двигателем. Тогда общее уравнение движения при торможении можно записать в следующем виде:
‚
где ВР – коэффициент учета вращающихся масс; РТ – тормозная сила, Н; РТД – сила трения в двигателе, Н; Р - сила сопротивления дороги, Н; РВ – сила сопротивления воздуха, Н; РТР – сила трения в трансмиссии, Н; Ма. – масса автомобиля, кг.
,
где 1 2 0,03…0,05.
При торможении с отсоединенным двигателем вр = н и определяется:
.
В этом случае
,
где РГ = МТ / r – приведенная к ведущим колесам сила трения в трансмиссии при движении с разъединенным от трансмиссии двигателем.
Совместное торможение более эффективно, чем торможение только тормозной системой, если jЗСТОР jЗТОР, т.е.
.
Следовательно, целесообразность торможения только тормозной системой или совместного торможения зависит от значений сил сопротивления движению РТР, РТД, Р, РВ, РГ и коэффициентов ВР и н.
На дорогах с малым коэффициентом сцепления совместное торможение повышает поперечную устойчивость автомобиля по условиям заноса. Это улучшение происходит вследствие равномерного распределения дифференциалом тормозных сил между ведущими колесами автомобиля.