новая папка / mami_auto122

переднего и заднего мостов автомобиля; RZ1 и RZ 2 – нормальные реакции дороги; a , b и hц – расстояния соответственно от центра тяжести автомобиля до

переднего и заднего мостов и до поверхности дороги.

Предельное значение касательной реакции дороги, обусловленное сцеплением шины с дорогой, называется силой сцепленияPСЦ . Силы сцепления

для переднего PСЦ1 и заднего PСЦ2 мостов автомобиля определяют по следующим формулам:

где ϕX – коэффициент сцепления.

Чтобы полностью использовать сцепление всех шин автомобиля с дорогой, конструкция тормозной системы должна создавать разное соотношение тормозных сил RX 1 и RX 2 при торможении с различной интенсивностью. Указанное требование трудно выполнимо, и большинство автомобилей имеют тормозные системы, обеспечивающие постоянное соотношение, тормозных сил. У таких автомобилей колеса переднего и заднего мостов блокируются не одновременно. Этот недостаток устраняют путем применения регуляторов тормозных сил, противоблокировочных устройств и антиблокировочных систем (АБС).

Если заторможенные колеса еще продолжают вращаться (не заблокированы), то реакции RX 1 и RX 2 можно считать приблизительно пропорциональными тормозным моментам. Увеличение тормозного момента, приложенного к колесу, вызывает рост касательной реакции, который продолжается до тех пор, пока она не достигнет максимального значения, обусловленного сцеплением шины с дорогой – (1.7.4), (1.7.5). При экстренном торможении тормозные моменты можно без большой погрешности аппроксимировать линейными функциями времени.

Изменение реакций RX 1 и RX 2 по времени показано на рис. 1.7.1 сплошными линиями. У легковых автомобилей центр тяжести расположен примерно посередине базы. При их торможении нагрузка на передний мост больше, чем на задний; для более полного использования сцепления передних шин с дорогой тормозную систему конструируют так, чтобы тормозная сила, действующая на передний мост росла быстрее. У грузовых автомобилей и автобусов основная часть нагрузки (до 70%) приходится на задний мост, и тормозная сила, действующая на него, должна расти быстрее, чем тормозная сила, действующая на передний мост.

Нормальные реакции дороги RZ1 и RZ 2 , действующие на передний и задний мосты автомобиля, в свою очередь зависят от интенсивности торможения, изменяясь с изменением замедления jз .

В первый период торможения предельное значение касательной реакции (силы сцепления) на колесах переднего моста увеличивается с течением времени, а на колесах заднего уменьшается. Если считать коэффициент

71

сцепления постоянным, то силы PСЦ1 и PСЦ2 после начала торможения

изменяются пропорционально времени, как показано на рис. 1.7.1 штриховыми линиями.

За время tH1 касательная реакция на колесах одного из мостов (чаще всего заднего) достигает предельного значения по условиям сцепления, и колеса этого моста блокируются (точка A ). После этого касательная реакция на передних колесах по-прежнему растет (точка A′) в соответствии с формулой (1.7.4), а реакция RX 2 (участок AB ) уже не зависит от тормозного момента. Водитель может прикладывать к педали сколь угодно большое усилие, все равно эта реакция будет уменьшаться с течением времени, оставаясь равной силе сцепления. Однако уменьшение касательной реакции на задних колесах вызывает уменьшение силы инерции PИ , что в свою очередь,

отражается на динамическом перераспределении нагрузок и величинах нормальных реакций дороги.

Спустя время tH блокируются колеса и переднего моста, так как предельного значения по условиям сцепления достигает сила RX 1 (точка B′). После этого касательные реакции на колесах обоих мостов автомобиля становятся равными силам сцепления (участки BC и B′C′), т.е. достигают максимальных значений.

Закон изменения касательной реакции на колесах переднего моста в процессе торможения характеризуется линией OB′C′, а на колесах заднего – линией OABC . Если считать коэффициент сцепления постоянным, то в третьем периоде (время полного торможения) касательные реакции также постоянны.

Выше предполагалось, что тормозные силы могут беспрепятственно достигать предельных значений по условиям сцепления. Но иногда блокируются колеса только одного моста (чаще всего заднего). Тормозные моменты на колесах другого моста недостаточно велики для доведения их до юза, и колеса продолжают вращаться.

У автомобиля, оборудованного тормозной системой с пневмоприводом, рост тормозных сил лимитируется мощностью компрессора и давлением воздуха в магистрали. Для автомобилей с большой массой нужны тормоза с большими поверхностями трения, которые необходимо хорошо охлаждать. Однако большие тормоза трудно разместить внутри колес, а увеличение их массы нежелательно по соображениям плавности хода автомобиля. Поэтому максимальные значения касательных реакций грузовых автомобилей большой грузоподъемности и автобусов большой вместимости при движении по сухим дорогам иногда (в зависимости от конструкции) меньше силы сцепления. Показатели тормозной динамичности таких автомобилей ниже, чем у автомобилей, имеющих меньшую массу. В этих случаях тормозные моменты часто оказываются недостаточными для блокировки колес даже при полном использовании конструктивных возможностей автомобиля, и колеса продолжают вращаться до остановки автомобиля. Рост касательных реакций прекращается в точках D и D′, после чего они остаются примерно постоянными и равными RX 1max и RX 2 max (штрихпунктирные линии).

72

1.7.3. Определение замедления, времени и пути торможения

Рассмотрим расчетный способ определения скорости, замедления и пути транспортного средства при торможении.

Оценочными показателями тормозных свойств автомобиля служат среднее значение предельного замедления за период полного торможения и тормозной путь (с учетом начальной скорости транспортного средства). Значения этих показателей используют в качестве нормативов эффективности тормозных систем.

Тормозным путем ST называется расстояние, пройденное ТС с момента, когда водитель начал воздействовать на управление тормозной системой до полной остановки ТС, т. е. за время tс +tн +tуст , где tс – время запаздывания

тормозной системы; tн – время нарастания замедления; tуст – интервал времени, в котором замедление постоянно и равно jуст (см. рис. 1.7.2).

Начальной скоростью v0 называется скорость в момент, когда водитель начал воздействовать на управление тормозной системой.

Если у автомобиля блокируются колеса обоих мостов, то продолжительность периода tн находим из уравнения:

где K1 – скорость нарастания тормозной силы, действующей на передний

мост, кН/с; для тормозных систем с гидроприводом она равна 15–30 кН/с, с пневмоприводом 25–100 кН/с.

При полном использовании сцепления с дорогой всеми колесами автомобиля замедление определяют по формуле

соответствующую моменту блокировки передних колес, т.е. началу движения с ускорением jуст :

v2 = v0 − 0,5 jуст tн .

Перемещение автомобиля за время tн

Sн = v0tн − 0,25 jуст tн2 ≈ v0tн .

Перемещение автомобиля за время tуст

Sуст = v22 /(2 jуст ) ≈ v02 /(2 jуст ) − 0,5v0tн.

Следовательно, тормозной путь

Как указывалось выше, у многих автомобилей достичь одновременной

73

блокировки всех колес не удается как по причинам конструктивного характера, так и вследствие ухудшения эффективности тормозной системы и шин в процессе эксплуатации. Поэтому для приближения результатов расчета к фактическим данным в формулы вводят поправочный коэффициент Kэ –

коэффициент эффективности торможения.

На рис. 1.7.3 показан пример расчетной тормозной диаграммы грузового автомобиля, построенный при следующих данных: M = 8000 кг; a = 2,5 м, b = 1,5 м; hЦ = 0,7 м; ϕX = 0,7; K1 = 30 кН/с; tC = 0,2 с. Скорость автомобиля при

t = tн1 уменьшается с 20 до 18,3 м/с, а при t = tн – до 16,1 м/с. Перемещение автомобиля за время tн равно 17,8 м, а за время tуст 16 м. Общий тормозной путь составляет около 40 м.

Рис. 1.7.3. Расчетная тормозная диаграмма автомобиля.

1.7.4. Методы испытаний тормозных свойств транспортных средств

Требования к тормозным свойствам транспортных средств категорий М, N, О регламентируются Правилами № 13, 13-Н, 90 ЕЭК ООН.

Правила № 13 ЕЭК ООН регламентируют требования к тормозным системам ТС категорий М, N и О.

Тормозная система должна быть сконструирована, изготовлена и установлена таким образом, чтобы при нормальных условиях эксплуатации и, несмотря на вибрацию, которой она может при этом подвергаться, удовлетворяла следующим требованиям:

–система рабочего тормоза должна позволять контролировать движение ТС и останавливать его надежным, быстрым и эффективным образом соответственно его скорости, нагрузке и крутизне подъема или спуска, по которому оно движется;;

–система запасного тормоза должна обеспечивать остановку ТС на достаточно коротком пути в случае отказа рабочего тормоза; сила торможения должна быть регулируемой; водитель должен иметь возможность осуществлять такое торможение со своего места, контролируя при этом, по крайней мере, одной рукой рулевое управление (предполагается, что может

74

произойти отказ не более одного контура рабочего тормоза);

– система стояночного тормоза должна обеспечивать неподвижность ТС на подъеме и спуске даже при отсутствии водителя путем поддержания рабочих частей в заторможенном положении с помощью механического устройства; водитель должен иметь возможность осуществлять такое торможение со своего места при наличии прицепа; устройство стояночного тормоза должно быть таким, чтобы оно могло приводиться в действие лицом, стоящим на дороге, однако на прицепах, предназначенных для перевозки пассажиров, этот тормоз должен быть устроен так, чтобы он мог приводиться в действие изнутри прицепа.

Эффективность торможения, предписанная для тормозных систем, оценивается при измерении тормозного пути с учетом начальной скорости ТС и/или путем измерения среднего значения предельного замедления в ходе испытания.

Правило № 13 ЕЭК ООН рекомендует определять среднее значение предельного замедления j (величина, аналогичная jуст ), как отношение

среднего замедления к расстоянию в интервале скоростей, по следующей формуле:

где j – среднее значение предельного замедления, м/с2; vb – скорость автомобиля при 0,8 v0 км/ч;

ve – скорость автомобиля при 0,1 v0 км/ч;

Sb – путь, пройденный в интервале скоростей v0 и vb , м; Se – путь, пройденный в интервале скоростей v0 и ve , м.

Для официального утверждения любого транспортного средства (для целей сертификации) эффективность торможения следует измерять во время проведения дорожных испытаний при следующих условиях:

–ТС должно быть нагружено так, как это предписывается для каждого типа испытаний;

–испытания должны проводить при скоростях, предписываемых для каждого типа испытаний;

–воздействие, оказываемое на орган управления системой торможения для получения предписанной эффективности торможения, не должно превышать максимальной величины для испытываемой категории ТС;

–дорога должна иметь поверхность, обеспечивающую хорошие условия сцепления;

–испытания следует проводить в отсутствие тех погодных условий (например, сильного ветра), которые могли бы повлиять на их результаты;

–в начале испытания шины ТС должны быть холодными, а давление в них равно предписанному для статической нагрузки;

–предписанная эффективность торможения должна достигаться без заклинивания колес, без бокового заноса ТС и без нетипичной вибрации;

75

–в случае электромобилей с постоянно подсоединенным к колесам двигателем все испытания проводятся с подсоединенным двигателем;

–в ходе испытания не допускается блокировка колес.

Тормозные системы транспортных средств подвергаются следующим видам испытаний: типа 0; типа I; типа II или типа IIА (для ТС категорий М2, М3); типа III (только для ТС категории О4).

Испытание типа 0 – обычное испытание эффективности торможения при холодных тормозах. Тормоз считается холодным, если температура, измеренная на тормозном диске или с наружной стороны тормозного барабана, ниже 100°С.

Испытание типа 0 должно проводиться в следующих условиях:

•транспортное средство должно быть с полной массой, причем распределение его массы между осями должно соответствовать распределению, указанному заводом-изготовителем (если предусматривается несколько вариантов распределения нагрузки между осями, распределение максимальной массы между осями должно быть таким, чтобы нагрузка на каждую ось была пропорциональна максимально допустимой нагрузке для каждой оси); в случае тягачей для полуприцепов нагрузка может быть приложена примерно на половине расстояния между положением шкворня, определяемым упомянутыми ранее условиями нагрузки, и центральной линией задней (задних) оси (осей);

•каждое испытание должно повторяться на транспортном средстве в снаряженном состоянии (в случае тягача для полуприцепа испытания в снаряженном состоянии проводятся без полуприцепа, включая массу пятого колеса; в случае шасси с кабиной, дополнительно может быть размещена масса, имитирующая кузов и не превышающая минимальную массу, определенную заводом-изготовителем);

•предписанными пределами для минимальной эффективности торможения при испытании ТС как со снаряженной массой, так и с полной массой, являются пределы, определенные для каждой категории транспортных средств (ТС должно удовлетворять требованиям к тормозному пути и среднему значению предельного замедления для соответствующей категории ТС, однако фактическое измерение обоих параметров производить необязательно);

•дорога должна быть горизонтальной с твердым гладким покрытием. Испытание типа 0 с отсоединенным двигателем для ТС категорий М и N

следует проводить при скорости, предписанной для конкретной категории ТС; соответствующие установленные значения могут отклоняться в определенных пределах. При этом должна достигаться минимальная эффективность торможения, предписываемая для каждой категории.

Испытание типа 0 с подсоединенным двигателем для ТС категорий М и N проводят на различных скоростях, причем самая низкая скорость составляет 30 % от максимальной скорости ТС, а самая высокая скорость — 80 % от этой скорости. Если транспортное средство оборудовано регулятором скорости, то максимальной скоростью ТС считается максимальная скорость, допускаемая

76

этим регулятором. Проводят замеры величин максимальной эффективности торможения, а поведение ТС отмечают в протоколе испытания.

Дальнейшие испытания следует проводить с подсоединенным двигателем, начиная со скорости, предписанной для данной категории ТС. При этом должна быть достигнута минимальная эффективность торможения, предписанная для каждой категории. Испытание тяговых единиц для полуприцепов, условно загруженных для имитации полуприцепа с полной массой, не должно проводиться при скорости, превышающей 80 км/ч.

При испытании типа 0 для транспортных средств категории О, оборудованных пневматическими тормозами, эффективность торможения прицепа может быть рассчитана исходя из коэффициента торможения транспортного средства-тягача и прицепа и измеренного усилия на сцепном устройстве, в некоторых случаях эффективность торможения может быть рассчитана исходя из коэффициента торможения транспортного средстватягача и прицепа при торможении только прицепа. При проведении испытаний на торможение двигатель транспортного средства-тягача должен быть отсоединен.

Испытание типа I (испытание на потерю эффективности) в режиме прерывистого торможения рабочих тормозов всех механических транспортных средств проводят путем ряда последовательных торможений груженого ТС с полной массой в соответствии с условиями, указанными в табл. 1.7.1.

Таблица 1.7.1.

Параметры испытания рабочих тормозов

конце торможения; vmax — максимальная скорость транспортного средства; t

— продолжительность одного цикла торможения; время, прошедшее между началом одного торможения и началом следующего торможения; n — число торможений.

Если в силу характеристик транспортного средства соблюдение предписанной продолжительности не представляется возможным, то продолжительность можно увеличить; в любом случае помимо периода времени, необходимого для торможения и ускорения ТС, нужно предусмотреть для каждого цикла 10 с для стабилизации скорости торможения v1.

77

При этих испытаниях усилие, прилагаемое к органу управления системой торможения, должно регулироваться таким образом, чтобы при первом торможении достигалось среднее значение предельного замедления, составляющее 3 м/с2; это усилие должно оставаться постоянным в течение всех последующих торможений. Во время торможения двигатель остается подсоединенным при самом высоком передаточном числе (исключая ускоряющую передачу и т.п.).

При возобновлении движения после торможения изменение скорости должно производиться таким образом, чтобы скорость v1 достигалась в течение возможно более короткого промежутка времени (максимальное ускорение, допускаемое двигателем и коробкой передач).

Для электромобилей, не обладающих достаточной автономией для осуществления циклов подогрева тормозов, испытания следует проводить на указанной скорости во время первого торможения и затем путем использования максимального потенциала ускорения транспортного средства и последовательных торможений на скорости, достигаемой в конце каждого цикла, с продолжительностью, указанной для соответствующей категории ТС.

Испытание типа I (испытание на потерю эффективности торможения) в режиме непрерывного торможения рабочих тормозов прицепов с полной массой категорий O2 и O3 проводят таким образом, чтобы поглощаемая тормозами энергия была эквивалентна энергии, производимой за тот же промежуток времени при движении транспортного средства с полной массой с постоянной скоростью 40 км/ч по спуску с уклоном 7% на расстояние 1,7 км.

В конце испытания типа I (испытание на потерю эффективности торможения) в тех же условиях (и, в частности, при постоянном усилии, прилагаемом к органу управления системой торможения и не превышающем среднюю величину практически прилагаемого усилия), в которых было проведено испытание типа 0 с отсоединенным двигателем (температурные условия могут быть иными), измеряется эффективность нагретых тормозов.

Для механических транспортных средств эффективность нагретых тормозов должна составлять не менее 80% величины, предписываемой Правилами для указанной категории, и не менее 60% величины, зарегистрированной при испытании типа 0 с отсоединенным двигателем.

Для прицепов сила торможения нагретых тормозов на наружной части колес при испытании со скоростью 40 км/ч должна составлять не менее 36% максимальной нагрузки, приходящейся на колеса неподвижного транспортного средства, и не менее 60% величины, зарегистрированной в ходе испытания типа 0 при той же скорости.

Для механического транспортного средства, у которого эффективность нагретых тормозов соответствует 60%, последующее испытание для определения эксплуатационных показателей нагретых тормозов может проводиться с приложением усилия к органу управления системой торможения, не превышающего величину, указанную для соответствующей категории транспортного средства.

Испытание типа II (испытание на поведение транспортного средства на

78

затяжных спусках) груженых механических транспортных средств проводят таким образом, чтобы поглощаемая энергия была эквивалентна энергии, производимой за тот же промежуток времени при движении транспортного средства с полной массой со средней скоростью 30 км/ч по спуску с уклоном 6% и на расстояние 6 км с включением соответствующей передачи и с использованием износостойкой тормозной системы, если транспортное средство оборудовано таковой. Должна быть включена такая передача, при которой частота вращения двигателя не превышает предписанной заводомизготовителем максимальной величины.

Для транспортных средств, в которых энергия поглощается только за счет торможения двигателем, для средней скорости допускается отклонение ±5 км/ч. Испытание производится на передаче, которая позволяет на спуске с уклоном 6% стабилизировать скорость как можно ближе к значению 30 км/ч. Если определение эффективности торможения только двигателем осуществляется путем измерения замедления, достаточно, чтобы измеренное среднее значение замедления составляло по крайней мере 0,5 м/с2.

В конце испытания в тех же условиях, в которых было произведено испытание типа 0 с отсоединенным двигателем (но с учетом того, что температурные условия могут быть иными), также измеряется эффективность нагретых рабочих тормозов. Эта эффективность нагретых тормозов должна обеспечивать тормозной путь, который можно определить по следующим формулам:

для транспортных средств категории М3

Sт = 0,15v + (l,33v2/130),

где второй член соответствует среднему значению предельного замедления j = 3,75 м/с2;

для транспортных средств категории N3

Sт = 0,15v + (l,33v2/115),

где второй член соответствует среднему значению предельного замедления j = 3,30 м/с2.

Средние значения предельного замедления для ТС категорий М2 и N3 должны быть не менее указанных величин при условии приложения к органу управления усилия, значение которого не превышает 700 Н.

Вместо испытания типа II испытанию типа IIА (оценка эффективности износостойких систем торможения) подвергают транспортные средства следующих категорий:

–автобусы категории М3, класс III например, междугородные и туристические автобусы дальнего следования;

–транспортные средства категории N3, которым разрешается буксировать прицеп категории O4;

–транспортные средства для перевозки опасных грузов (например, нефтеналивные цистерны).

Рабочие характеристики износостойкой тормозной системы испытывают при полной массе транспортного средства или на составе

79

транспортных средств. Испытание транспортных средств с полной массой следует проводить таким образом, чтобы поглощаемая энергия была эквивалентна энергии, производимой за тот же промежуток времени при движении транспортного средства с полной массой со средней скоростью 30 км/ч по спуску с уклоном 7% на расстояние 6 км. В ходе испытания не должны включаться системы рабочего, аварийного и стояночного торможения. Должна быть включена такая передача, при которой частота вращения двигателя не превышает максимальной величины, предписанной заводом-изготовителем.

Комплексная износостойкая тормозная система может использоваться при условии, что она вводится в действие постепенно, таким образом, чтобы не включалась система рабочего торможения; это можно проверить, удостоверившись, что тормоза остаются холодными.

Испытание типа III (испытания на потерю эффективности торможения транспортных средств категории O4) проводят на специальном треке при следующих условиях:

•число торможений – 20;

•продолжительность цикла – 60 с;

•скорость в начале торможения – 60 км/ч.

При этом испытании усилие, прилагаемое к органу управления системой торможения, должно быть скорректировано таким образом, чтобы среднее значение предельного замедления составляло 3 м/с2 по отношению к массе прицепа при первом нажатии на тормоз. Кроме того, это усилие должно оставаться постоянным при всех последующих нажатиях на тормоз.

Тормозные системы, оборудованные антиблокировочными устройствами, подвергают испытанию для оценки своей эффективности.

Учитывая неизбежное ухудшение технического состояния автомобилей при эксплуатации, нормативы тормозной динамичности, предъявляемые к ним, мягче тех требований, которые предъявляются к новым автомобилям.

В России действует Государственный стандарт РФ ГОСТ Р 51709-2001 "Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки", который распространяется на легковые автомобили, автобусы, грузовые автомобили, прицепы и полуприцепы, эксплуатируемые на дорогах.

Данный стандарт предусматривает три типа испытаний тормозных свойств:

–проверка на роликовых стендах;

–проверка в дорожных условиях с использованием прибора для проверки тормозных систем;

–проверка в дорожных условиях с регистрацией параметров торможения.

Рабочую тормозную систему проверяют по показателям эффективности торможения и устойчивости ТС при торможении, а запасную, стояночную и вспомогательную тормозные системы - по показателям эффективности

80