1047

ПЧН: электронные блоки, преобразующие частоту следования импульсов в аналоговый сигнал (напряжение), пропорциональный скорости вращения колеса. Для каждого датчика применяется отдельный блок ПЧН.

Автомобиль оснащается гидравлическими электромагнитными клапанами. На выходе главного тормозного цилиндра устанавливают запорный клапан (клапан отсечки). При блокировании одного из колес клапан закрывается, и отключает все тормозные механизмы от водителя.

Дополнительно применяют сливные и напорные клапаны. При включении сливного клапана жидкость сливается в бак, снижается тормозной момент и колесо растормаживается. При включении напорного клапана жидкость подается под давлением из энергоаккумулятора, увеличивается тормозной момент и колесо затормаживается. В энергоаккумулятор жидкость подается насосом из отдельного бачка.

Работу АБС обеспечивает электронный блок управления (ЭБУ) с микропроцессором. ЭБУ обрабатывает сигналы от датчиков, и подает ток на электромагнитные клапаны.

Рассмотрим процесс изменения угловой скорости колеса при торможении с АБС (рис. 1.3), работающей по двухфазовому алгоритму.

Микропроцессором вычисляется угловая скорость вращения колесаа = V/rко, соответствующая скорости V автомобиля. По замеренной датчиком скорости колеса рассчитывается проскальзывание: s = 1 – / а. При увеличении s более sК + s/2, где s – заданный диапазон регулирования по проскальзыванию, включается сливной клапан. Тормозной момент MТ начинает снижаться. На рис. 1.3 диапазону s соответствует диапазон изменения угловой скорости колеса . Затем момент MТ становится меньше момента по сцеплению M = Pz rко и скорость увеличивается. Проскальзывание s уменьшается и достигает величины sК – s/2. Теперь микропроцессор закрывает сливной клапан и включает напорный клапан. Подается жидкость из энергоаккумулятора, тормозной момент увеличивается. Когда момент достигает M , тогда скорость колеса начинает снижаться. Далее процесс повторяется.

Выдержать заданный диапазон s регулирования невозможно по следующим причинам: колесо обладает моментом инерции, скорость измеряется с запаздыванием и искажается неровностями дороги, клапаны включаются с задержками и др. Поэтому проскальзывание s выходит за границы заданного диапазона. Колесо чрезмерно растормаживается и перетормаживается. АБС фактически работает с постоянным диапазоном изменения скорости колеса, а не проскальзывания. Поэтому проскальзывание s выходит за границы заданного диапазона, колесо чрезмерно растормаживается и перетормаживается.

При скорости автомобиля менее 15…20 км/ч АБС работает неустойчиво и микропроцессор отключает АБС. На современных

11

автомобилях АБС не сокращает тормозной путь на дороге с высоким сцеплением, но на скользкой дороге тормозной путь снижается на

10…20%.

Не смотря на невысокое качество работы, АБС позволяет существенно повысить устойчивость движения автомобиля на повороте и сохранить его управляемость.

Рис. 1.3. Процесс торможения колеса с АБС

1.8 Процесс торможения автомобиля

Рассмотрим процесс экстренного торможения автомобиля, на котором установлены датчики скорости V и замедления j, сигналы датчиков записываются на диаграммную ленту по времени t.

В момент времени t = 0 водитель получает информацию о необходимости торможения (рис. 1.4). Интервал времени, от момента появления опасности до начала торможения, называют временем р реакции водителя. Он зависит от состояния водителя и дорожной обстановки. Обычно р равно 0,2…0,3 c, но иногда достигает даже 1,5 c. По истечении времени р водитель нажимает на тормозную педаль. Момент

12

нажатия на педаль фиксируется датчиком перемещения педали, загорается стоп сигнал.

При нажатии на педаль тормозной привод включается по истечении интервала времени срабатывания пр. В течение интервала пр перемещаются детали привода и выбираются зазоры. Время срабатывания привода с дисковыми тормозными механизмами составляет 0,05…0,07 c, с барабанными механизмами оно больше – 0,15…0,2 c. При применении пневмопривода время срабатывания возрастает: пр = 0,2…0,4 c. В течение времени р и пр скорость V автомобиля практически не снижается.

Затем замедление увеличивается линейно для гидропривода и экспоненциально – для пневмопривода. Интервал времени, в течение которого замедление j достигает установившегося значения jуст, называет временем нарастания н.

Время н зависит от силы нажатия на педаль или заданной водителем величины jуст, и типа привода. В режиме экстренного торможения ГОСТ Р 51709-2001 ограничивает сумму интервалов пр и н для пассажирских и грузопассажирских автомобилей величиной 0,6 c (категория М1) или 0,8 c (категории М2 и М3).

При нарастании замедления скорость автомобиля снижается нелинейно. Затем замедление достигает установившегося значения jуст и скорость снижается линейно. Интервал времени, в течение которого замедление автомобиля можно считать постоянным, называют временем установившегося торможения уст.

Рис. 1.4. Изменение параметров автомобиля при экстренном торможении

Остановочное время tо складывается из всех интервалов:

tо = р + пр + н + уст. (3)

В конце процесса торможения имеем скорость V = 0 и замедление j = 0.

13

1.9 Расчет замедления автомобиля при торможении

Замедление автомобиля при торможении определяется уравнением силового баланса:

P – сила сопротивления дороги; PW – сила сопротивления воздуха. Сила инерции Pj связана с замедлением автомобиля j: Pj = j M, где M – масса автомобиля кг. Следовательно:

Водитель давит на тормозную педаль с силой pп и задает интервал н и величину силы pп. При действии силы pп образуется давление p жидкости или воздуха в тормозной системе.

Тормозную силу PТ считают функцией силы pп или давления p:

PТ = f (pп) или PТ = f (p).

Сила P сопротивления дороги складывается из силы Pf сопротивления качению и силы Pi сопротивления подъему: P = Pf + Pi. По сравнению с другими силами сила Pf мала. При движении в гору Pi > 0, под гору – Pi < < 0.

Сила PW сопротивления воздуха зависит от скорости V и обтекаемости автомобиля. При экстренном торможении на дороге с высоким сцеплением и без уклона, тормозная сила PТ намного больше сил P и PW. Это позволяет вычислять замедление по простой формуле:

Например, при X = 0,8 получаем замедление jMAX = 0,8 9,81=7,85 м/с2 – примерно в 10 раз больше X.

На автомобиле имеются вращающиеся массы, обладающие кинетической энергией. При торможении энергия вращающихся масс преобразуется в работу трения деталей тормозных механизмов. Однако силы инерции вращающихся масс не передаются через контакты шин. При исправных тормозных механизмах они не оказывают заметного влияния на замедление j и не влияют на jMAX. Поэтому при включении сцепления тормозной путь автомобиля на дороге с высоким сцеплением не сокращается. Торможение двигателем используют при движении на длительных спусках и скользкой дороге.

14

1.10 Расчет тормозного пути

Остановочный путь Sо автомобиля складывается из отрезков пути на выделенных выше участках (см. рис. 9.4):

срабатывания; Sн – путь за время н нарастания замедления; Sуст – путь за время уст установившегося торможения.

Пусть начальная скорость автомобиля равна V0. На интервале р

Полагаем, что на интервале н замедление возрастает по линейному закону. Тогда скорость на интервале по времени t выражается формулой

V(t) = V0 – (jуст/ н) t2/2.

Вконце интервала она станет равной V1 = V0 – jуст н/2. Вычисляем

Это уравнение связывает между собой интервал времени уст и замедление:

Формулой (12) часто пользуются для примерного расчета тормозного пути

автомобиля по известному замедлению или коэффициенту сцепления:

Sо V02/(2jуст); Sо V02/(2g X).

Для более точного расчета остановочного пути в режиме

1.11 Распределение тормозных сил между осями автомобиля

При торможении автомобиля образуется сила инерции Pj, равная сумме тормозных сил. Происходит перераспределение нормальных нагрузок по осям: нагружается передняя и разгружается задняя ось. В

15

статическом состоянии автомобиля нагрузки на оси определяются расстояниями a и b центра масс O от передней и задней осей (рис. 1.5):

RZ1 = G b/L; RZ2 = G a/L,

где G – вес автомобиля; L = a + b – база автомобиля.

Отношение PТ к G называют коэффициентом интенсивности торможения :

коэффициента и высоты центра масс h (значения h приведены в /4/):

центр масс увеличивается перераспределение нагрузок по осям.

Рис. 1.5. Схема к расчету нагрузок на оси автомобиля при торможении

Рассмотрим распределение нагрузок и тормозных сил для легкового автомобиля при различной интенсивности торможения (рис. 1.6). В статическом состоянии тормозные силы равны нулю, нормальные реакции RZ1 и RZ2 вычисляются по формулам (15) для =0. Пусть водитель постепенно увеличивает интенсивность торможения, нажимая на педаль тормоза силой pп, и создавая интенсивность п ( п). Тормозные силы PТ1 и PТ2 увеличиваются, увеличивается RZ1 и уменьшается RZ2. Максимальные тормозные силы ограничены коэффициентом сцепления и нагрузками: P X1 = X RZ1 и P X2 = X RZ2. При торможении юзом они ограничены силами P XБ1 = XБ RZ1 и P XБ2 = XБ RZ2 (см. линии на рисунке). Назовем P X1 и P X2 максимальными тормозными силами по сцеплению, P XБ1 и P XБ2 – тормозными силами по сцеплению при скольжении.

16

Когда сила PТ2, создаваемая тормозными механизмами задней оси, ограничится максимальной силой P X2 по сцеплению (точка C на рисунке), тогда колеса задней оси начнут скользить (юз). Тормозная сила PТ2 станет равной силе P XБ2, и затем она начнет снижаться по мере увеличения интенсивности торможения из-за уменьшения RZ2 (см. рис. 1.6). Суммарная тормозная сила снизится до величины PТ = PТ1 + P XБ2.

При дальнейшем увеличении силы на педали и п сила PТ1 тоже достигнет силы по сцеплению P X1 (точка D на рисунке). Теперь начнут скользить колеса передней оси, и продолжится скольжение колес задней

оси. Сила PТ1 снизится до величины P XБ1: PТ = P XБ1 + P XБ2.

Дальнейшее увеличение силы на тормозной педали не приведет к увеличению тормозных сил, так как они ограничены силами по сцеплению

PТ1 = P XБ1 = XБ RZ1 и PТ2 = P XБ2 = XБ RZ2, что отражено на рисунке горизонтальными линиями. Изменение тормозных сил по мере увеличения силы на педали дополнительно отмечено на рисунке стрелками.

Рис. 1.6. Распределение нормальных нагрузок и тормозных сил при торможении, где P Б1 = P XБ1, P Б2 = P XБ2

Чтобы избежать преждевременного блокирования колес задней оси, приводящего к заносу автомобиля и потере устойчивости, тормозные силы на задней оси обычно устанавливают на 20…35% меньше, чем на передней. Это достигается путем подбора диаметров гидравлических цилиндров тормозных механизмов или рычагов пневмокамер, что

17

обеспечивает PТ1 > > PТ2 при одинаковых давлениях тормозной жидкости или воздуха в контурах.

Из-за потери устойчивости водитель вынужден ограничивать интенсивность торможения, и соответственно увеличивать тормозной путь. Для повышения устойчивости автомобиля применяют регуляторы тормозных сил. Действие регулятора заключается в снижении тормозной силы на задней оси путем ограничения давления в заднем контуре. Регулятор оснащается датчиком нормальной нагрузки на заднюю ось, и ограничителем давления. Регулятор учитывает нагрузку по величине прогиба задней подвески.

1.12 Испытания автомобилей

Для автомобилей выполняются дорожные, эксплуатационные и стендовые испытания.

При дорожных испытаниях новых автомобилей проверяют соответствие показателей тормозных свойств полностью груженого автомобиля техническим условиям завода изготовителя. Испытывают исправный автомобиль с неизношенным протектором шин. Проводят испытания на сухой, ровной дороге без уклона. Автомобиль оборудуют датчиком пути: пятое колесо – «пайслер». Применяют отметчики начала торможения: пневматические или гидравлические пистолеты, стреляющие краской. Используют датчики замедления – деселерометры.

Рабочую тормозную систему испытывают в трех режимах: 0, I и II. Запасную систему испытывают только в режиме 0.

АБС испытывают при движении на повороте и в режиме «переставка».

Режим 0: холодные тормозные механизмы. Водитель разгоняет автомобиль до заданной скорости VMAX и тормозит 3 раза в одну и другую стороны. Измеряют тормозной путь, подсчитывают среднее значение.

Режим I: прогретые тормозные механизмы. Для нагрева выполняется 15…20 торможений с замедлением 3 м/с2. Между торможениями делают выдержку 45…60 c. При торможениях автомобиля скорость снижают от 0,8VMAX до 0,4VMAX. В результате тормозные механизмы нагреваются до температуры 250…270 градусов (легковой автомобиль) и 140…150 градусов (грузовой автомобиль). Затем выполняют контрольное торможение по режиму 0.

Режим II: торможение на затяжном спуске. Выбирают дорогу длиной 6 км с уклоном 6%. На участке поддерживают скорость 30 км/час путем непрерывного торможения. Часто автомобиль буксируют тягачом, включая тормоз и обеспечивая силу на крюке, соответствующую 6% уклона. Затем выполняют контрольное торможение по режиму 0.

18

Эксплуатационные испытания проводят для груженого или снаряженного автомобиля на сухой, ровной, горизонтальной дороге с асфальтовым или цементным покрытием. При начальной скорости 43…45 км/час выполняют полное торможение. Измеряют тормозной путь или установившееся замедление. Силу на педали ограничивают 490 Н (50 кГ) для легкового и 686 Н (70 кГ) для грузового автомобиля.

По ГОСТ Р 51709-2001 вычисляют удельную тормозную силу ( ): отношение суммарной тормозной силы автомобиля к его весу. Установлены нормативные ее значения для различных категорий автомобилей0,59 – М1;:0,51 – М2 и М3 (пассажирские и грузопассажирские АТС);

0,51 – N1, N2, и N3 (грузовые АТС).

Стояночную тормозную систему проверяют на уклоне. Она должна обеспечивать удельную тормозную силу не менее 0,16 или удерживать автомобиль на уклоне 16%.

Вспомогательная, тормозная система должна обеспечивать установившееся замедление не менее 0,5м/с2 при полной массе автомобиля, или 0,8м/с2 – для снаряженного автомобиля.

Запасная тормозная система должна обеспечивать в дорожных условиях следующую удельную тормозную силу:

0,295 – М1; 0,255 – М2 и М3; 0,220 – N1, N2, и N3.

Стендовые испытания производят на роликовых или площадочных стендах. Измерения выполняют для каждой оси автомобиля отдельно. Вычисляют суммарную тормозную силу и находят удельную тормозную силу. Определяемые на стендах значения удельной тормозной силы должны соответствовать указанным выше значениям по ГОСТ Р 517092001.

19

§2. Управляемость автомобиля

2.1 Основные понятия и определения

Свойство автомобиля изменять траекторию движения соответственно управляющему воздействию водителя и сохранять заданную траекторию при действии реальных возмущений называются управляемостьюНатраекторию. движения автомобиля оказывает влияние большое число различных факторов. Плохая управляемость ограничивает тяговые и скоростные свойства автомобиля, приводит к быстрому утомлению водителя и снижению безопасности движения. Хорошая управляемость обеспечивает активную безопасность автомобиля при движении с высокой скоростью.

На управляемость автомобиля оказывают влияние дорожное покрытие, характеристики шин, рулевой механизм и рулевая трапеция, углы установки управляемых колес.

Рулевой механизм преобразует угол поворота рулевого колеса в угол поворота управляемых колес автомобиля, и передает стабилизирующий момент от колес на рулевое колесо.

Все автомобили обладают свойством стабилизации. Стабилизация автомобиля – это способность автомобиля возвращаться в состояние прямолинейного движения при освобождении рулевого колеса.

В контакте шины с дорогой при движении колеса с уводом образуется стабилизирующий момент шины. За счет установки управляемых колес с определенными углами создается дополнительный стабилизирующий момент шины. Суммарный стабилизирующий момент передается рулевым механизмом на рулевое колесо и образуется сила на рулевомУсткойчивостьлесе. управления оценивается в баллах по показателям устойчивости управления траекторией при прямолинейном движении, при торможении и управлении курсовым углом, а также по максимальным скоростям выполнения определенных испытаний.

Курсовым углом называют угол между продольной осью дороги и продольной осью автомобиля.

2.2 Кинематика движения автомобиля с низкой скоростью на повороте

20