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

A-ä -65)33*«!

в*5-

m

Рис. 2.6. Гистограммы распределения динамических верти­ кальных нагрузок на колесе седельного тягача при тормо­ жении:

передних колес при этом режиме движения обычно составля­ ют ±0,5°, а скорость поворота 0,0125±0,0163 1/сек, то прогно­ зируемая скорость изменения боковой силы составит «0,1 кгс/кгс-сек.

48

Как известно, стабилизация управляемых колес достигает­ ся за счет установки их с определенными углами. Эти углы определяют развал и схождение колес и обычно составляют у современных автомобилей соответственно 1° и 2° [26].

При движении углы установки могут изменяться, что вы­ зывает появление боковых сил, достигающих 6% от статичес­ кой нормальной нагрузки [34].

В процессе эксплуатации автомобиля начальная геометрия ходовой части может нарушаться за счет износа, остаточных деформаций, смещения центра тяжести нагрузки и т. д. Это может вызвать кинематический увод шин и, как следствие, боковую силу, достигающую при неблагоприятных сочетаниях параметров до 12% от Gk [35].

Боковые силы, вызванные асимметрией плечевых зон про­ тектора и каркаса шин относительно средней плоскости, носят случайный характер по величине и направлению. Иногда эти силы становятся эквивалентными уводу в 1° [36; 37].

При движении на повороте колеса автомобиля нагружают­ ся боковыми силами, зависящими от радиуса поворота и ско­ рости движения.

Нормативные документы на проектирование дорог ограни­ чивают максимальную величину этих сил. На сухих покрыти-

49

ях они должны быть не более 0,36 G к, на мокрых — не более- 0,2 Gk и на обледёнелых— не более 0,12 Gк.

Скорость изменения боковой силы при повороте можно оп­ ределить через максимальный угол и угловую скорость пово­ рота управляемых колес [33].

Сочетание маневрирования с экстренным торможением способствует дальнейшему увеличению боковых сил, которые могут превысить установленные нормы [32; 38]. Скорость из­ менения боковой силы для этого случая подсчитывается ана­ логично предыдущему.

Таблица 2.6

Неравномерность работы тормозных механизмов по от­ дельным колесам вызывает момент, поворачивающий автомо­ биль в горизонтальной плоскости. Равный ему реактивный момент создается за счет боковых сил. Имея предельную не­ равномерность работы тормозных механизмов и максимальное быстродействие тормозного привода, можно вычислить пре­ дельные значения боковых сил и скорость их изменения для рассматриваемого случая.

И наконец, значительные боковые силы на колесах могут возникать за счет бокового потока воздуха. Согласно работе [41] максимальное значение боковой силы может достигать 0,18 Gk. Скорость изменения боковой силы при этом можно определить через время выезда автомобиля с закрытого участка дороги на открытый.

Таким образом, многообразие причин, вызывающих боко­ вую силу и одновременное влияние на ее величину целого ряда взаимосвязанных факторов, дают основание считать, что боковая сила практически всегда имеет место в реальных ус­ ловиях качения колеса. Величина ее может принимать раз­ личные значения от нуля до предельной величины, определяе­ мой условиями сцепления.

50

Вэтом плане большой практический интерес представляют данные, приведенные в работе [30]. Согласно этим данным боковые силы, действующие на правое переднее колесо авто­ мобиля ЗИЛ-130 при движении по различным дорогам, рас­ пределяются по закону, близкому к нормальному.

Втаблице 2.6 приведены параметры распределения и мак­ симальные значения боковых сил.

§ 4. Характер изменения тормозных сил

Применительно к рабочему процессу автомобильного ко­ леса в тормозном режиме величина тормозной (замедляю­ щей) силы может изменяться в широком диапазоне. Мини­ мальные значения этой силы определяются сопротивлением движению колеса и связанных с колесом деталей (сопротив­ ление в подшипниках, сальниках, потери холостого хода в силовой передаче и т. д.). Максимальное значение тормозной силы определяется условиями сцепления колеса с опорной по­ верхностью, т. е. сцепной силой (Р9).

В пределе этого диапазона величина тормозной силы регу­ лируется водителем в зависимости от условий движения.

При изучении работы колеса в тормозном режиме пред­ ставляют интерес данные о частоте распределения тормозных сил в реальных условиях движения автомобиля, о стабильнос­ ти их величины при постоянном управляющем воздействии со стороны водителя и данные по предельной скорости их изме­ нения для существующих типов тормозного привода.

Данные по частоте распределения тормозной силы можно получить по результатам статистических исследований нагру­ зочных режимов автомобиля в эксплуатации, в частности, на основании распределения замедлений автомобиля при движе­ нии. При этом тормозную силу можно определить с допуще­ нием о распределении ее между колесами автомобиля пропор­ ционально статической нагрузке.

На рис. 2.7 приведены гистограммы и полигон распределе­ ния замедлений в эксплуатации легкового автомобиля [43] и автобуса [44].

По этим статистическим данным наибольшую частоту име­ ют тормозные режимы, у которых тормозная сила составляет 16-^25°'/о от статической нагрузки на колесо. Однако имеют место и режимы с замедлением 4 м/сек2 и более, для обеспе­ чения которых тормозные силы становятся близкими предель­ ным касательным силам на колесе, определяемым из условий

51

Рис. 2.S. Гистограммы распределения величин тормозного момента, разви­ ваемых колодочным тормозом автомобиля Урал-375 при постоянном дав­ лении в приводе 23 кгс/см2:

сцепления. В целом такие режимы составляют обычно не бо­ лее 2% [43], но именно они в значительной степени опреде­ ляют безопасность движения и представляют наибольшую сложность для оптимизации.

53

Стабильность тормозной силы на колесе определяется мно­ гими факторами н, в первую очередь, стабильностью работы тормозных механизмов. Имеющиеся в литературе данные [45; 45; 47] свидетельствуют о том, что неравномерность тормоз­ ных моментов, создаваемых барабанными тормозными меха­ низмами, достигает 40%.

На рис. 2.8 приведены результаты статистической обработ­ ки замеров при длительных испытаниях тормозных механиз­ мов автомобиля Урал-375 в режиме эксплуатационных тормо­ жений при температуре рабочих поверхностей ^ 100°С (ИУ-5).

Параметры распределения для различных тормозных ме­ ханизмов свидетельствуют о значительном разбросе эффек­ тивности при постоянном приводном давлении. В частности, среднее значение по отдельным тормозным механизмам ко­ леблется от 160 кгм до 175 кгм, а среднее квадратичное от­ клонение— от 8,2 кгм до 11,2 кгм. Форма приведенных гисто­ грамм позволяет принять, в первом приближении, гипотезу о распределении эффективности по нормальному закону. Тогда для доверительного уровня 96% получаем диапазон измене­ ния эффективности от 152,6 кгсм до 197,4 кгсм по отдельному механизму и от 138,4 кгсм до 197,4 кгсм по различным меха­ низмам.

Дорожные испытания тормозных механизмов автопоезда (ИУ-7) показали аналогичные результаты.

Скорость изменения величины тормозной силы определя­ ется скоростью управляющего воздействия со стороны води­ теля и динамическими качествами тормозного привода. В свою очередь, скорость управляющего воздействия значительно из­ меняется в зависимости от того, сохраняется лп за водителем функция регулирования тормозных сил или управляющее воз­ действие состоит лишь в перемещении тормозной педали с максимальной скоростью. В первом случае управляющее воз­ действие осуществляется с переменной скоростью перемеще­ ния тормозной педали ввиду опасения перетормаживания. Во втором случае скорость обычно постоянная, а величина ее оп­ ределяется психофизиологическими данными и степенью тре­ нированности водителя [48]. Сравнительный анализ управля­ ющих воздействий водителя, выполненных по первому и вто­ рому варианту (ИУ-8), показывает значительное снижение скорости перемещения тормозной педали (почти в 2,5 раза) при сохранении за водителем функций регулятора тормозных сил. Еще большее снижение зарегистрировано по результатам дорожных испытаний (ИУ-7).

54

Sn

мм

60

50

40

30

20

10

6

Кг^,

CM*

ao

to

Рис. 2.9. Динамические характеристики тормозных приводов:

а) Динамическая характеристика пневмогидравлического тормозного привода автопоезда:

б) Динамическая характеристика гидравлического тормозного при­ вода одиночного колеса (М.-21).

Быстродействие тормозного привода обычно оценивается динамической характеристикой, которая представляет собой реакцию динамической системы на скачкообразное управляю­ щее воздействие.

55

Динамические характеристики различных схем тормозного привода имеют количественные и качественные различия. В частности, для гидравлического привода приводное давле­ ние увеличивается по закону, близкому к линейному. Макси­ мальная скорость изменения давления может быть до 1000 кг/см2-сек. при увеличении давления и 750 кг/см2-сек,— при уменьшении давления. Пневматический тормозной привод имеет закон изменения давления, близкий к экспоненциально­ му с показателем экспоненты (Т), доходящей до 0,07. Харак­ теристики комбинированных .приводов определяются сочета­ нием особенностей изменения давления для компонентов рас­ сматриваемой комбинации.

На рис. 2.9 приведены динамические характеристики авто­ поезда с пневмогидравлическим тормозным приводом (ИУ-7) идинамическая характеристика гидравлического привода оди­ ночного колеса (ИУ-4). Современные тормозные приводы, как правило, имеют весьма высокое быстродействие и по этому параметру соответствуют требованиям, предъявляемым к сис­ темам управления с участием оператора в качестве регули­ рующего органа. Однако при переходе на автоматизирован­ ные системы управления (ПБУ) потребуется дальнейшее зна­ чительное увеличение их быстродействия.

§ 5- Предельные значения тормозных сил. Коэффициент сцепления

Несущая способность колеса в касательном н боковом на­ правлениях ограничивается условиями сцепления с опорной поверхностью. Количественную оценку этих условий принято производить через коэффициент сцепления ср. Обычно величи­ на коэффициента сцепления определяется отношением макси­ мальной касательной (Рх) или боковой (Ру) силы к верти­ кальной нагрузке на колесо [49; 50], т. е.

Очевидно, что коэффициент сцепления является важнейшим параметром, оценивающим взаимодействие автомобильного колеса с опорной поверхностью. Поэтому проводятся много­ численные и обширные исследования по количественному оп­ ределению коэффициента сцепления при влиянии различных факторов, характеризующих различные стороны взаимодейст­

56

вия колеса с опорной поверхностью. В работе [51] приведен перечень, насчитывающий 47 основных влияющих факторов, и схематичная модель, учитывающая причинно-следственные связи между этими факторами и обобщающим показателем — коэффициентом сцепления.

При более тщательном анализе этот перечень может быть значительно расширен. Поэтому получение достоверных и вос­ производимых зависимостей изменения коэффициента сцепле­ ния под действием какого-либо фактора весьма затруднитель­ но ввиду неизбежного влияния других факторов и их взаим­ ной связи.

Вместе с тем имеющиеся обширные экспериментальные данные, полученные многими исследователями в разное вре­ мя и различных условиях, позволяют сделать ряд обобщаю­ щих выводов о качественном влиянии основных факторов на коэффициент сцепления.

1.На влажных и загрязненных опорных поверхностях ко­ эффициент сцепления ниже, чем на сухих и чистых поверх­ ностях. Особенно большое снижение наблюдается при высо­ ких скоростях качения или скольжения колеса [52; 53; 54; 55; 56; 57].

2.Снижение макро- и микрошероховатости покрытий вле­ чет за собой снижение коэффициента сцепления [53, 58; 59; 60; 61].

3.С увеличением скорости качения или скольжения коле­ са коэффициент сцепления уменьшается [52; 61; 62; 63; 64]. Это уменьшение обусловлено вязкоупругими свойствами рези­ ны, неизбежным изменением температурного режима в кон­ такте и повышением нестабильности вертикальной нагрузки при высоких скоростях движения (рис. 2.10).

4.На опорных поверхностях, покрытых снегом или льдом,

коэффициент сцепления увеличивается с уменьшением темпе­ ратуры. Особенно значительное изменение происходит в диа­ пазоне температур от 0°С до —15° С [28; 64; 65]: Влияние скорости на коэффициент в этом случае незначительное (рис. 2.11).

5. Применение высокогистерезисных резин в качестве мате­ риала для протектора шины вызывает повышение коэффици­ ента сцепления [58; 66; 67].

6. Удельное давление в контакте и параметры рисунка протектора шины оказывают сложное влияние на коэффици­ ент сцепления. Обобщенную оценку этого влияния целесооб­ разно производить через прогнозирование характера измене-

57