книги из ГПНТБ / Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме

Рис. 6.2. Перемещение затормаживаемого колеса с устранением блоки­ рования при действии боковой силы:

в плоскости колеса; Ку— скорость скольжения в поперечной плоскости;

^скорость движения оси колеса; V" — скорость бокового скольжения

148

Величина создаваемой боковой реакции Ry превышает значение и поэтому происходит замедление бокового переме­ щения колеса. Поскольку величина реализованной суммарной силы сцепления ограничена, то в этой части цикла увеличение Ry происходит за счет некоторого снижения реализованной силы в плоскости колеса.

В целом в течение всего процесса блокирования происхо­ дит перераспределение суммарной силы сцепления, определя­ емое инерционной характеристикой колеса и изменением со­ отношения силовых факторов.

При достижении угловой скорости колеса значения, соот­ ветствующего критическому проскальзыванию, скорость сколь­ жения в плоскости колеса стремится к нулю ('1/ х->-0), вместе с этим прекращается и боковое скольжение колеса ("Ѵу—>-0). Колесо в точке с вновь возвращается к положению, соответ­ ствующему началу блокирования.

В том случае, когда при критическом проскальзывании со­ храняется избыток момента по сцеплению над тормозным мо­ ментом, начинается разгон колеса в зоне качения, т. е. будет иметь место излишнее растормаживание. За это время сколь­ жение в боковом направлении отсутствует.

Полное боковое смещение затормаживаемого с устранени­ ем блокирования колеса будет состоять из двух составляю­ щих: деформационного увода и увода за счет бокового сколь­ жения [4]. Скорость бокового перемещения колеса за счет деформационного увода определяется из известного выра­

Величина коэффициента сопротивления уводу Къ зависит от боковой и тормозной нагрузки на колесо [5], однако при рассмотрении процесса, в первом приближении, величину Кб можно принять постоянной.

Для определения скорости бокового перемещения колеса за счет скольжения рассмотрим цикл устранения блокирова­ ния без излишнего растормаживания (цикл а — b — с' на рпс. 6.2).

Средняя скорость скольжения в плоскости колеса Ѵс за- • висит от качества регулирования и может быть определена по известному диапазону изменения угловой скорости колеса п значению его радиуса.

149

Эта составляющая не зависит от скорости движения оси колеса, а определяется отношением боковой и суммарной си­ лы сцепления п величиной средней скорости скольжения в плоскости колеса.

Суммарная средняя скорость бокового перемещения коле­ са при устранении блокирования получается равной

К..' у (cPGK)2 - P f

Поделив это равенство на V и заменив вследствие малости углов увода значение синуса величиной угла в радианах, при­ ходим к выражению угла бокового перемещения затормажи­ ваемого колеса

Величина этого утла уменьшается с возрастанием коэффи­ циента сопротивления уводу и значения реализованной силы сцепления. Для уменьшения угла а устранение блокирования должно производиться с возможно меньшей скоростью сколь­ жения в контакте.

По приведенному показателю можно количественно оце­ нить способность затормаживания колеса к управлению. Под­ счеты, выполненные для колеса с шиной 6.7— 15, нагруженно­ го вертикальной нагрузкой 300 кгс и боковой силой 150 кгс при коэффициенте сцепления ср=1 и скорости скольжения в контакте Vz— \ м/сек, показывают, что угол бокового смеще­ ния при скорости 72 км/час равен 6°, а при скорости 36 км/час=7,52°, причем на составляющую за счет бокового скольжения приходится 24-^38%.

В цикле с излишним растормаживанием за время нахож­ дения колеса в зоне качения боковое скольжение колеса прак­ тически отсутствует, имеет место только деформационный увод, за счет этого величина средней скорости бокового сме­ щения получается меньшей. Разность будет зависеть от мно­ гих факторов, однако во всех случаях деформационный увод остается основной составляющей бокового смещения тормозя­ щего колеса.

150

Вследствие этого нельзя признать рациональным примене­ ние излишнего растормаживания для повышения боковой ус­ тойчивости колеса при торможении с устранением блокиро­ вания. Получаемое увеличение тормозного пути и времени торможения не позволяют добиться существенного сокраще­ ния суммарного бокового смещения колеса за весь процесс.

Таким образом, для достижения наибольшей реализации сцепления и способности колеса к созданию реакции боковым силам необходимо, чтобы устранение блокирования заторма­ живаемого колеса производилось в зоне качения со скольже­ нием при возможно меньшем отклонении угловой скорости колеса от значения, определяемого его критическим проскаль­ зыванием по отношению к ведомому колесу.

§ 3. Диаграмма процесса устранения блокирования затормаживаемого колеса

Рассмотрим идеализированный цикл регулирования дви­

Принятая расчетная нагрузка на-колесе составляет 370 кгс при давлении воздуха в шине 1,8 кгс/см2. Затормаживание происходит со скорости 80 км/час на ровной опорной поверх­ ности с коэффициентом сцепления, равном 0,5, при критичес­ ком проскальзывании и 0,4 — при заблокированном колесе.

Изменение тормозного момента принято по линейному за­ кону с коэффициентом пропорциональности на затормажива­ ние и растормаживание 300 кгсм/сек. Время чистого запазды­ вания исполнительного органа на срабатывание принято рав­ ным 0,03 сек, а величина порога чувствительности на сраба­ тывание Дсо составляет для растормаживания 3 1/сек и для последующего затормаживания 1 1/сек.

На диаграмме (рис. 6.3) показано изменение тормозного момента Мт, угловой скорости колеса с о , углового ускорения

и реализуемого коэффициента сцепления срр для различ­

ных участков цикла регулирования, развернутого по времени t. Блокирование колеса начинается от точки а при достиже­ нии равенства тормозного момента и момента по сцеплению.

151

Рис. 6.3. Диаграмма процесса торможения эластичного ко­ леса с устранением его блокирования.

Ввиду дальнейшего роста М т угловая скорость сок начи­ нает интенсивно снижаться за счет увеличения проскальзыва-

ния в контакте, угловое замедление колеса d при этом ин­

152

тенсивно увеличивается, а реализуемый коэффициент сцепле­ ния фр падает с увеличением скорости скольжения в контакте шины с опорной поверхностью.

Как только разность угловых скоростей блокируемого ко­ леса и колеса, движущегося с критическим проскальзыванием

исполнительный орган противоблокировочного устройства на­ чинает снижение тормозного момента.

Несмотря на начавшееся снижение тормозного момента, угловая скорость колеса продолжает интенсивно уменьшать­ ся, реализуемый коэффициент сцепления также снижается ввиду значительного превышения тормозного момента над моментом по сцеплению и лишь при достижении их равенст­ ва (точка d) начинается процесс разблокирования колеса, увеличивается его угловая скорость и уменьшается проскаль­ зывание в контакте.

Когда проскальзывание колеса достигает критического значения, процесс устранения блокирования по существу за­ канчивается (точка е), коэффициент сцепления и тормозная сила вновь достигают максимального значения.

Если для получения сигнала об окончании блокирования колеса используется сравнение угловых скоростей, то после прохождения порога чувствительности (точка k) подается сигнал исполнительному органу, который, спустя время за­ паздывания (участок kl), начинает повышение тормозного мо­ мента.

От точки (е) происходит разгон колеса в зоне качения под действием разности между моментом за счет сцепления и тормозным моментом. Увеличение угловой скорости коле­ са в этой зоне происходит за счет уменьшения радиуса ка­ чения.

В точке I начинается затормаживание колеса в зоне каче­ ния и в точке I' колесо достигает наименьшего за цикл про­ скальзывания, производная проскальзывания становится рав­ ной нулю, начинается увеличение проскальзывания в зоне качения. В точке п проскальзывание колеса достигает крити­ ческого при Мт, превышающем момент по сцеплению ввиду наличия замедления колеса, т. е. начало цикла характеризу­ ется наличием углового замедления колеса. С некоторыми допущениями основные параметры рассмотренного цикла ре-

153

гулнрования поддаются определению и анализу расчетным путем [7; 8].

В зависимости от принятых сигналов регулирования про­ цесса торможения противоблокировочпое устройство может выполнять роль регулятора угловой скорости колеса пли ре­ гулятора тормозного момента, подводимого к колесу.

§ 4. Противоблокировочное устройство как регулятор угловой скорости колеса.

Поскольку блокирование колеса начинается с момента уменьшения угловой скорости, соответствующей критическому проскальзыванию, а растормажнванпе необходимо до момен­ та достижения критического проскальзывания, то протпвоблокировочное устройство должно выполнять роль регулятора угловой скорости.

Для организации такого регулирования необходимо распо­ лагать информацией о начале процесса блокирования и его окончании. Для получения такой информации требуется обес­ печить постоянное сравнение угловой скорости затормаживае­ мого колеса со значением, соответствующим критическому проскальзыванию по отношению к ведомому колесу [7; 9].

Отсутствие на автомобиле незатормаживаемого колеса де­ лает необходимым формировать значение угловой скорости ведомого колеса специальным устройством, в противном слу­ чае качество регулирования значительно ухудшается, что при­ водит к снижению эффективности торможения или появлению значительного перетормаживания.

В частности, у противоблокировочных устройств с меха­ ническим инерционным датчиком [10; 11] в качестве сигнала о начавшемся блокировании используется превышение угло­ вым замедлением колеса величины ео, определяемой из усло­ вий реализации максимально возможного сцепления. Сигнал же на новое затормаживание колеса подается при сравнении угловых скоростей вала, связанного кинематически с затор­ маживаемым колесом и маховика датчика.

В этом случае для избежания преждевременной выдачи сигнала на растормаживание необходимо величину порогово­ го значения замедления определять с учетом замедления ко­ леса при затормаживании в зоне качения [12; 13], кроме того, при постоянном пороговом значении будет различное откло­ нение угловой скорости колеса от начала блокирования при

154

II]Iя угловых скоростей (Дю= 3,3 1/сек). Спустя время запаз­ дывания tb-c = 0,047 сек, начинается растормаживаппе коле­ са, при этом падение угловой скорости блокируемого колеса составляет 8,75 I/сек, т. е. значительную величину. Блокиро­ вание колеса заканчивается в точке d и начинается его раз­ гон. Вследствие времени запаздывания tn-i' разгон заканчи­ вается в зоне качения колеса, т. е. наблюдается излишнее растормаживаппе.

Рис. 6.4. Осциллограмма процесса торможения колеса с устранением блокирования по принципу сравнения угловых скоростей:

1 — тормозной момент; 2 — угловая скорость ведомого колеса; 3; 4 — угловая скорость затормаживаемого колеса и ее производная; 5; 6 — от­ метки углового пути затормаживаемого колеса и бегового барабана; Мтах— максимальный момент по сцеплению; М <рр— реализуемый мо­ мент по сцеплению.

Подача сигнала на затормаживание с предварением по­ зволяет сократить излишнее растормаживание до 6,7%. Полу­ чаемая при этом реализация максимального значения коэф­ фициента сцепления составляет 88%, несмотря на значитель­ ное падение угловой скорости колеса.

156

§5. Противоблокировочное устройство как регулятор тормозного момента

Избежать появления излишнего растормаживания можно лишь в том случае, если сигнал на повышение тормозного мо­ мента будет формироваться до окончания разгона колеса [15]. Согласно приведенной диаграмме (рис. 6.3) начало нового за­ тормаживания должно быть в точке / для достижения полной реализации сцепных свойств.

Отличительной особенностью такого цикла является ра­ венство интегралов замедления и ускорения колеса относи­ тельного значения, соответствующего линейному замедлению оси (заштрихованные площади на диаграмме). Путем сравне­ ния указанных интегралов возникает принципиальная воз­ можность к формированию воздействия на поисковое смеще­ ние начала затормаживания в положение, когда устранение блокирования будет происходить без излишнего растормажнвания. Отклонение цикла в сторону излишнего растормажи­ вания сопровождается появлением вполне определенного вре­ мени запаздывания от момента окончания разгона до начала нового блокирования (время і іП- п на диаграмме). Измерение величины этого времени в принципе является достаточным ос­ нованием для формирования дополнительного воздействия в сторону поискового смещения системы регулирования к опти­ мальному режиму, когда наряду с обеспечением разгона ко­ леса и исключением его блокирования реализуются полностью сцепные свойства, причем в области максимального значения коэффициента сцепления.

Интегрирование относительно величины е ѵ, требующее ус­ тановку датчика линейного замедления автомобиля с введе­ нием поправки на проскальзывание, можно заменить интег­ рированием относительно нулевой линии. В этом случае ра­ венство указанных интегралов возможно лишь в цикле, сим­ метричном относительно замедления, определенного на­ стройкой.

В условиях более низкого сцепления за время цикла t

где I—со I и |+со| — абсолютные величины интегралов замед­ ления и ускорения по времени.

Отклонения от оптимального режима нарушают равенство таким образом:

157