1047

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЕЙ И БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ

Конспект лекций по дисциплине

«Эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность движения»

Омск – 2012

1

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Кафедра организации и безопасности движения

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЕЙ И БЕЗОПАСНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ

Конспект лекций по дисциплине

«Эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность движения»

Составитель: П.Н. Малюгин

Омск

СибАДИ

2012

2

УДК 629.114.6 ББК 39.375

Работа одобрена научно-методическим советом специальности 190702 – Организация и безопасность движения в качестве конспекта лекций по дисциплине «Эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность движения».

Эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность движения:

конспект лекций по дисциплине «Эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность движения»/ сост. П.Н. Малюгин. Рукопись, электронный вариант. – Омск: СибАДИ, 2012. – 37 с.

Изложены тормозные свойства, устойчивость и управляемость автомобиля. Рассмотрено влияние свойств на безопасность движения автомобиля.

Предназначен для бакалавров специальности «Организация и безопасность движения» 190702 дневной и заочной форм обучения.

Ил. 17. Библиогр.: 5 назв.

3

§1. Тормозные свойства АТС ……..………………………………............ 6

1.1Основные понятия и определения …………………………….. 6

1.2Показатели и нормы оценки тормозных свойств …………….. 6

1.3Тормозные системы автомобилей …………………………….. 7

1.4Тормозные механизмы и тормозной привод ………………….. 7 рабочей тормозной системы

1.5Качение тормозящего колеса ………………………………....... 8

1.6Ограничение тормозных реакций по сцеплению …………....... 9

1.7Антиблокировочная система ………………………………….... 10

1.8Процесс торможения автомобиля …………………………....... 12

1.9Расчет замедления автомобиля при торможении ……………... 14

1.10Расчет тормозного пути ………………………………….......... 15

1.11Распределение тормозных сил между осями автомобиля ....... 15

1.12Испытания автомобилей ………………………………............. 18

§2. Управляемость автомобиля ……………………………….................. 20

2.1Основные понятия и определения ………………….................. 20

2.2Кинематика движения автомобиля с низкой скоростью .......... 20 на повороте

2.3Рулевые механизмы …………………………………................. 21

2.4Характеристика бокового увода шины …………….................. 22

2.5Движение автомобиля на повороте ……………….................... 23

2.6Стабилизация автомобиля ……….…………….......................... 24

2.7Испытания автомобиля …………………………….................... 27

§3. Устойчивость автомобиля ……………………………........................ 29

3.1Продольное опрокидывание автомобиля ……......................... 29

3.2Устойчивость движения автомобиля на повороте .................. 30

3.3Устойчивость автомобиля при прямолинейном движении .... 33

3.4Устойчивость автомобиля при торможении ............................ 34

Библиографический список ……………............................................ 37

4

Введение

Вдисциплине «Эксплуатационные свойства автомобилей и безопасность движения» изучаются эксплуатационные свойства автомобиля, влияющие на безопасность движения. Дисциплина является базовой, она необходима для изучения других дисциплин специальности «Организация и безопасность движения». Для освоения дисциплины студент должен знать основы конструкции автотранспортных средств (АТС) и владеть материалом дисциплины «Техника транспорта, обслуживание и ремонт, Часть 1».

Знание эксплуатационных свойств АТС необходимо инженеру по специальности ОиБД для оптимизации дорожного движения, для организации контроля технического состояния АТС, для расследования и экспертизы дорожно-транспортных происшествий (ДТП). Инженер должен владеть: методами расчета процесса торможения, процесса движения АТС на повороте и при выполнении различных маневров, а также методами расчета устойчивости автомобиля.

Теория эксплуатационных свойств автомобиля создавалась известными Российскими учеными: Чудаковым Е.А, Зимелевым Г.В., Литви-новым А.С, Фалькевичем Б.С. и др.

Вдисциплине рассматриваются следующие эксплуатационные

свойства:

– тормозные свойства, отражающие способность автомобиля к снижению скорости с остановкой на кратчайшем пути и удержанию его на месте;

– управляемость, характеризующая способность автомобиля к изменению и сохранению траектории, заданной водителем;

– устойчивость, характеризующая способность автомобиля двигаться без бокового скольжения и опрокидывания;

Внастоящем курсе используется система единиц измерения СИ, что соответствует требованиям ГОСТов.

5

§1. Тормозные свойства автомобиля

1.1 Основные понятия и определения

Автомобиль движется по дороге с большой скоростью и обладает кинетической энергией. Кинетическая энергия пропорциональна массе автомобиля и квадрату скорости. Для остановки автомобиля нужно преобразовать кинетическую энергию поступательного движения в другую энергию.

Обычно кинетическую энергию преобразуют в тепловую энергию трения. Это преобразование необратимо: энергия выбрасывается в окружающую среду. Иногда энергию преобразуют в кинетическую энергию маховика и повторно используют при разгоне. Это применяется на некоторых автобусах в Англии. Устройства, преобразующие кинетическую энергию автомобиля в другие виды энергии, называют рекуператорамиТорможение. – это процесс снижения скорости автомобиля. Тормозной режим – движение автомобиля, сопровождающееся снижением скорости.

В механике изменение скорости характеризуют ускорением. При увеличении скорости ускорение больше нуля, а при снижении – меньше нуля. В теории автомобиля отрицательное ускорение называют замедлением, и условно считают его положительным.

Для обеспечения безопасности движения наибольшее значение имеет торможение с максимально возможным замедлением. Такое торможение называют экстренным торможением.

При движении на дороге наиболее часто применяется торможение с замедлением меньшим максимального замедления. Такое торможение называют служебным торможением. При служебном торможении замедление менее 2,5 м/с2.

Торможение, в результате которого автомобиль останавливается, называют полным торможением.

1.2 Показатели и нормы оценки тормозных свойств

Тормозные свойства автомобиля принято оценивать по режиму экстренного торможения. Тормозные свойства оценивают по следующим, основным показателям:

j, м/с2 – замедление автомобиля (мах);

S, м – путь автомобиля до полной остановки (мин); t, с – время от начала торможения до остановки (мин).

6

Тормозные свойства АТС регламентированы международными правилами №13, разработанными комитетом по внутреннему транспорту европейской экономической комиссии организации объединенных наций (ЕЭК ООН).

В России тормозные свойства АТС регламентированы ГОСТом Р 51709-2001 «Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки» и техническим регламентом.

1.3 Тормозные системы автомобилей

Все автомобили оборудуются рабочей тормозной системой. Главное назначение рабочей тормозной системы: экстренное торможение автомобиля. Эта система также применяется в режиме служебного торможСовременныения. легковые автомобили, а также автомобили для перевозки опасных грузов, оборудуются антиблокировочной тормозной системой (АБС). АБС является дополнительной системой рабочей тормозной системы, и обеспечивает вращение колес при торможении (предотвращает их движение юзом).

Автомобиль также оборудуется дополнительной, запасной тормозной системой, обеспечивающей торможение автомобиля при выходе из строя рабочей тормозной системы.

Для обеспечения безопасности движения на длительных спусках автомобили оборудуются вспомогательной тормозной системой. При работе вспомогательной системы не используются тормозные механизмы рабочей тормозной системы.

Удержание автомобиля неподвижным, в том числе при отключенном двигателе, обеспечивает стояночная тормозная система.

1.4Тормозные механизмы и тормозной привод рабочей тормозной системы

На автомобилях применяют барабанные и дисковые тормозные механизмы. Принцип действия тормозных механизмов основан на трении деталей. Величина тормозного момента, подводимого к колесу, зависит от сил, сжимающих детали. Конструкция тормозных механизмов в теории автомобиля не рассматривается.

В барабанных тормозных механизмах образуются силы трения между колодками и барабаном, соединенным с колесом. Барабанные механизмы применяются на грузовых автомобилях и на задних осях легковых автомобилей.

7

Вдисковых тормозных механизмах образуются силы трения между колодками и диском, соединенным с колесом. Дисковые механизмы наиболее широко применяются на легковых автомобилях.

Силы, сжимающие детали, создаются с помощью гидравлического или пневматического приводов.

Втормозной механизм устанавливаются гидроцилиндры, создающие силы, сжимающие детали. Гидравлический привод имеет высокое быстродействие и применяется на легковых автомобилях, а также на грузовых автомобилях небольшой грузоподъемности. Для снижения силы нажатия на педаль тормоза гидравлический привод оснащается гидровакуумным усилителем.

На грузовых автомобилях и автобусах применяется пневматический привод. Силы, сжимающие трущиеся детали, создаются пневматическими камерами. В приводе применяются специальные тормозные краны со следящим механизмом. Такой привод позволяет подводить к колесам большие тормозные моменты, что и требуется для грузовых автомобилей. Однако его быстродействие ниже, чем у гидравлического привода.

1.5 Качение тормозящего колеса

Пусть колесо нагружено нормальной нагрузкой PZ и движется в ведомом режиме со скоростью V. Колесо вращается с угловой скоростью, величина которой зависит от радиуса качения: = V/rко, где rко – радиус качения колеса ведомом режиме. При качении колеса образуется сила сопротивления качению Pf, величина которой мала по сравнению с тормозной силой.

Рассмотрим теперь качение колеса, нагруженного тормозным моментом MT = RX rко (рис. 1.1). При действии на колесо момента MT оно начинает вращаться с меньшей угловой скоростью и двигаться с проскальзыванием:

s= 1 – rко/V.

Введомом режиме rко = V и проскальзывание s = 0. При = 0 (юз)

проскальзывание s = 1.

При движении колеса с проскальзыванием в контакте шины с дорогой образуется продольная, тормозная реакция дороги RX (рис. 1.2). Величина реакции RX зависит от проскальзывания. По мере увеличения момента MT реакция возрастает, достигает максимума, а затем обычно снижается. Максимальное значение RXMAX реакции RX зависит от сцепных свойств дорожного покрытия и шины. Отношение RXMAX к PZ называют коэффициентом продольного сцепления:

X = RXMAX/PZ.

8

Рис. 1.1. Силы и моменты, действующие на тормозящее колесо

Коэффициент сцепления зависит от дорожного покрытия и его состояния. На сухом асфальтовом покрытии X достигает 0,95, а на льду снижается до 0,1.

Отношение реакции RXБ, образующейся при движении колеса юзом к нагрузке PZ называют коэффициентом сцепления при скольжении:

XБ = RXБ/PZ.

Рис. 1.2. Характеристика продольного проскальзывания колеса

Коэффициент сцепления XБ меньше коэффициента X: на 10…20% на сухом асфальтовом покрытии, на 20…40% на льду и укатанном снегу. Известны следующие его значения:

XБ = 0,7…0,8 – сухое асфальтовое покрытие;

XБ = 0,5…0,6 – мокрое асфальтовое покрытие;

XБ = 0,25…0,3 – укатанный снег в холодную погоду;

XБ = 0,06…0,12 – лед при температуре минус 5 град. Проскальзывание, при котором достигается максимальная тормозная

реакция, называют критическим проскальзыванием sK. Величина sK также

9

зависит от состояния дорожного покрытия:

sK = 0,25…0,3 – сухое асфальтовое покрытие; sK = 0,15…0,2 – мокрое асфальтовое покрытие;

sK = 0,05…0,1 – укатанный снег в холодную погоду; sK = 0,03…0,05 – лед при температуре минус 5 град.

1.6 Ограничение тормозных реакций по сцеплению

При постепенном увеличении тормозного момента MT реакция RX сначала уравновешивает момент: MT = RX rко. Затем момент MT превышает момент по сцеплению MT > RX rко и момент трения деталей тормозного механизма ограничивается величиной реакции:

MT RXMAX rко X PZ rко; RX X PZ. (1)

То есть, наибольшая тормозная реакция ограничена сцеплением шины с дорогой. Следовательно, не имеет смысла существенно увеличивать размеры тормозных механизмов или повышать давление в приводе.

Выражение (1) отражает величину реакции RXMAX, которую можно получить при вращении колеса с проскальзыванием sK. При применении обычных тормозных систем выдержать вращение колеса с проскальзыванием sK практически невозможно: при небольшом превышении MT значения X PZ rко колесо быстро блокируется (в течение0,05c). Обычно тормозная реакция ограничивается сцеплением шины с

где rд – расстояние от оси вращения колеса до дороги – динамический радиус колеса.

Чтобы достичь тормозную реакцию по выражению (1), были разработаны системы АБС.

1.7 Антиблокировочная система

Основной задачей АБС является поддержание вращения колеса с проскальзыванием sK. АБС предотвращает движение колес автомобиля юзом.

Автомобиль оснащается датчиками, с помощью которых измеряются угловые скорости вращения колес. На колесо устанавливается стальной диск с пазами, расположенными по окружности. На тормозном жите закрепляется электромагнитный датчик. Пазы диска проходят на небольшом расстоянии от датчика. При вращении колеса датчик вырабатывает электрические импульсы, число которых за оборот колеса равно числу пазов. Для получения угловой скорости применяют блоки

10