Служебное торможение

Служебным называют торможение, производимое с целью уменьшения скорости движения до нужной величины или до полной остановки в случае, когда нет необходимости создавать на колесах тормозные силы, максимально возможные по сцеплению.

Служебное торможение можно производить следующими различными способами:

а) Торможение двигателем осуществляется без приведения в действие тормозных систем. Водитель уменьшает или полностью прекращает подачу топлива (горючей смеси) в цилиндры двигателя, в результате чего мощность, развиваемая двигателем при данном числе оборотов, оказывается недостаточной для преодоления сил трения деталей двигателя, и двигатель превращается в тормоз. Кинетическая энергия, запасенная автомобилем, при этом расходуется как на преодоление внешних сопротивлений, так и на преодоление трения в двигателе и механизмах трансмиссии. В результате этого скорость автомобиля уменьшается.

Такой вид торможения применяется главным образом для уменьшения скорости движения в случае, когда замедления должны быть небольшими.

б) Торможение с отъединенным двигателем является основным видом служебного торможения и применяется в тех случаях, когда торможение двигателем не обеспечивает нужного замедления, а также в сочетании с торможением двигателем для полной, остановки автомобиля в заданном месте. При таком способе торможения отключают двигатель (выключая сцепление или устанавливая нейтральную передачу в коробке передач) и плавно нажимают на педаль тормоза.

в) Торможение с неотъединенным двигателем является в ряде случаев выгодным с точки зрения увеличения долговечности тормозных механизмов и затраты водителем энергии на приведение в действие тормозной системы. Кроме того, на дорогах с малым коэффициентом сцепления такой способ торможения уменьшает возможность возникновения заноса автомобиля.

Торможение с неотъединенным двигателем является наиболее общим видом служебного торможения, поскольку в этом случае касательные реакции X₁ и X₂ создаются как за счет действия тормозных моментов, создаваемых тормозными механизмами, так и за счет тормозного момента двигателя, передаваемого на колесо через трансмиссию, и трения в трансмиссии.

Если вывести уравнения для определения замедления и тормозного пути при торможении с неотъединенным двигателем, то, как частный случай, можно получить уравнения для торможения двигателем и торможения с не отъединенным двигателем. Для определения, замедлений воспользуемся равенством (72).

Касательные реакции X₁ и Х₂ найдем из рассмотрения качения колеса, используя формулу (9). Для колес, не связанных с двигателем, момент М, подводимый к колесу, создается только тормозными механизмами. Обозначая этот момент М_тор, и принимая во внимание, что он направлен в сторону, противоположную, вращению колес, получим:

_{. (83)}

Знак минус уже учтен при выводе уравнения (72), поскольку в схеме сил, по которой выводилось это уравнение, X₁ и Х₂ были направлены в сторону, противоположную движению.

Принимая это во внимание, а также подставляя j_з вместо j_a получим:

. (84)

У колес, связанных с двигателем, момент М равен сумме момента М_тор2, создаваемого тормозными механизмами колес, и момента, подводимого к колесу полуосью в результате тормозящего действия двигателя и механизмов трансмиссии.

Для определения момента М воспользуемся теоремой живых сил. Поскольку двигатель и трансмиссия в этом случае выполняют роль дополнительных тормозов, то для их вращения необходимо от колес через полуоси подвести некоторую мощность. Кроме того, мощность трения в двигателе и механизмах трансмиссии частично компенсируется за счет энергии вращающихся деталей двигателя и трансмиссии, отдаваемой при замедлении вращения этих деталей.

Исходя из этого, можно записать:

(85)

где А – кинетическая энергия вращающихся деталей двигателя и трансмиссии;

N_кол – мощность, подводимая к тормозу трансмиссии и двигателе от колеса;

N_тр – мощность, теряемая на трение в механизмах трансмиссии;

N_трд – мощность, теряемая на трение в двигателе;

N_тор2 – мощность теряемая в тормозах колес, связанных с двигателем.

Кинетическая энергия вращающихся деталей двигателя и трансмиссии равна:

где I_м – момент инерции вращающихся деталей двигателя и трансмиссии, приведенный к маховику двигателя.

_. (86)

Принимая во внимание, что N_кол = Mw_k; N_тор2 = М_тор2w_k,

N_тр = (N_кол–N_тор2)(1–η_тр) = (M–M_тор2)w_k(1–η_тр); N_трд = M_трдw_ki_т;

Из равенств (85) и (86) получим:

_. (87)

Подставляя найденное значение в формулу (74) и принимая во внимание, что момент М направлен против вращения колеса, найдем:

_. (88)

Знак минус уже учтен при выводе уравнения (72).

Подставляя значения X₁ и Х₂ в формулу (72) и решая полученное равенство относительно j_з, будем иметь:

, (89)

Где

(90)

. (91)

Коэффициент учета вращающихся масс при торможении δ_врт несколько отличается от коэффициента δ_вр учета вращающихся масс при тяговом режиме, большой ошибки можно для определения замедления при торможении пользоваться теми же значениями δ_вр, что и при расчете ускорений на тяговом режиме.

Введем обозначение:

,

Силы Р_тор и P_трд называют соответственно тормозная сила автомобиля и тормозная сила двигателя.

Тогда равенство (88) перепишется так:

(92)

Будем называть отношение тормозным фактором автомобиля. Тогда величина замедления может быть выражена формулой:

(93)

Если известны зависимости ΣР_тор и P_трд от скорости движения автомобиля, то могут быть построены графики D_T = f(V_a), которые называют тормозной характеристикой автомобиля. Пользуясь этими графиками, можно построить графики замедлений j₃ = f(V_a) и далее теми же методами, которые использовались для определения времени и пути разгона, определить время и путь торможения.

Уравнения (79) и (82) являются общими и могут быть использованы для определения замедлений, времени и пути торможения при любых режимах торможения. Например, если для уменьшения скорости движения автомобиля, не выключая сцепления, закрывают дроссельную заслонку карбюратора, не пользуясь тормозами (торможение двигателем), то в формуле (83) следует считать . Если торможение производится при помощи тормозов, но с отключенным двигателем, то

При этом изменяется также коэффициент учета вращающихся масс δ_вр.

Поскольку вращающиеся детали трансмиссии, обладающие наибольшей кинетической энергией (маховик со сцеплением, вращающиеся детали двигателя), отключаются при подсчете δ_врт можно считать I_м = 0. Следовательно, при торможении с отключенным двигателем

. (94)

Если торможение производится одновременно и тормозами и двигателем, то тормозной фактор подсчитывается по формуле:

,

а коэффициент учета вращающихся масс определяется из формулы (91).

Сравнивая способы торможения с отсоединенным и неотсоединенным двигателем, можно заметить, что во втором случае при прочих равных условиях тормозной фактор увеличивается (за счет слагаемого Р_трд). Одновременно с этим увеличивается коэффициент δ_врт (за счет слагаемого ). Поскольку в равенстве (93) D_т стоит в числителе, а δ_врт в знаменателе, то для получения желаемого значения замедления j_з в одних условиях при торможении с неотключенным двигателем тормозные силы P_тор должны быть меньшими, а в других условиях большими, чем при торможении с отключенным двигателем.

Очевидно, что торможение с неотключенным двигателем должно применяться только тогда, когда его применение уменьшает тормозную силу, необходимую для получения желаемого замедления. Это имеет место при малых значениях j_з на высших передачах в коробке передач. Формулой (93) можно пользоваться также для подсчета замедлений при накате (свободном выбеге) автомобиля, т.е. свободном движении автомобиля после отключения путем установки нейтральной передачи в коробке передач двигателя от ведущих колес. В этом случае в выражении для тормозного фактора следует считать ΣP_тор = Р_трд = 0. Для того чтобы учесть влияние на замедление автомобиля мощности трения в трансмиссии, не зависящей от передаваемой через трансмиссию мощности, в числителе выражения для определения D_т добавляется член , представляющий собой силу трения в трансмиссии при движении автомобиля накатом, приведенную к ведущим колесам. Мощность N_трх или непосредственно сила Р_трх , как функция от V_a, определяется опытным путем. Таким образом, при движении накатом

.

Коэффициент учета вращающихся масс в этом случае должен подсчитываться по формуле (84). Определив по формуле (83) замедление как функцию от скорости построив трафик j₃ = f(V_a), можно определить путь и время движения автомобиля накатом, пользуясь той же методикой и теми же формулами, которые используются для определения времени и пути разгона.

В результате анализа различных способов торможения установлено, что торможение с не отсоединенным от трансмиссии двигателем целесообразно применять на дорогах с низким коэффициентом сцепления, при высоких начальных скоростях движения и при необходимости плавного снижения скорости на дорогах с высоким коэффициентом сцепления. Кроме того, торможение двигателем или торможение с не отсоединенным от трансмиссии двигателем широко используется для поддержания желаемой постоянной скорости на спусках.