Измерители и показатели тормозной динамичности

Измерителями тормозной динамичности автомобиля являются замедление, время и путь торможения в определенном интервале скоростей, а также суммарная тормозная сила. Для их определения рассмотрим процесс экстренного торможения (рис. 4.3).

Время, необходимое для принятия решения о экстренном торможении и переноса ноги с педали подачи топлива на педаль тормоза — время реакции водителя t_р — обычно находится в пределах 0,3¸2,5 с. Оно зависит от квалификации и степени утомления водителя, дорожных условий, от возраста его и т.д. Время, необходимое для устранения зазоров тормозного привода и перемещения всех его деталей — время запаздывания тормозной системы t_с — зависит от технического состояния и конструкции системы, колеблется в среднем 0,2¸0,3 с (гидравлический привод) до 0,6¸0,8 с при пневматическом приводе. У автопоездов с пневмоприводом тормозных механизмов оно может достигать до 2-3 с.

Рис. 4.3. Тормозные диаграммы автомобиля: а – расчетная; б - экспериментальная;

При экстренном (аварийном) торможении тормозные моменты для системы с гидроприводом приблизительно линейно возрастают по времени; для тормозных механизмов с пневмоприводом эти зависимости близки к экспоненциальным. Для приближенных расчетов их тоже можно принять линейными. Тогда

(4.13)

где К₁ и К₂ — скорости нарастания тормозных сил. Для тормозных систем с гидроприводом они равны 15¸30 кН/с, с пневмоприводом — 25-100 кН/с. На рис. 4.3 изменение реакций по времени показаны линиями ОА и ОВ’.

У легковых автомобилей центр тяжести находится практически посередине, то есть а » в₁ и тормозную систему конструируют так, чтобы К₁>К₂, так как .

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, то есть К₂>К₁.

Таким образом, в начале торможения

	(4.14)
	(4.15)
	(4.16)

то есть в первый период торможения предельное значение касательной реакции (силы сцепления) на колесах переднего моста увеличивается с течением времени отрезок, а на колесах заднего моста уменьшается. За время t_н касательная реакция Х_т одного из мостов (у легковых — заднего) достигает предельного значения при j = соnst, и колеса этого моста блокируются (на рис. 4.3 точка А), а касательные реакции колес переднего моста растут до точки А’. При этом не зависит от времени (участок А’В’).

Сила инерции автомобиля Р_u после блокировки колес заднего моста

(4.17)

Тогда

	(4.18)
	(4.19)

Спустя время t_н блокируются и колеса переднего моста, так как сила достигнет предельного значения (точка В’ на рис. 4.3).

После этого касательные реакции на колесах обоих мостов достигают максимальных значений и при j = соnst не изменяются по времени (на рис. 4.3 участки В’С’ и ВС). Таким образом, закон изменения касательных реакций на колесах переднего моста изменяется по линии ОВ’С’, а на колесах заднего моста — ОАВС.

Практически у автомобиля с гидроприводом тормозных систем предельная величина тормозных сил ограничена физическими возможностями водителя. Усилие, развиваемое им при экстренном нажатии на тормозную педаль, составляет в среднем 500¸600 Н и не превышает 1000-1200 Н. У автомобилей с пневматическим приводом тормозных систем рост тормозных сил лимитируется мощностью компрессора и давлением воздуха в магистрали. В обоих случаях часто тормозные моменты бывают ниже, чем необходимые для одновременной блокировки всех колес, и рост касательных реакций протекает до точек Д и Д’, после чего они остаются постоянными. Иногда блокируются только колеса одного моста (чаще заднего) или отдельное колесо. Максимальные значения касательных реакций Х_т у грузовых автомобилей большой грузоподъемности и автобусов большой вместимости при движении по сухим дорогам обычно меньше силы сцепления, т.к. необходимо для тормоза большой контактной поверхности. Показатели тормозной динамичности таких АТС ниже, чем у легковых и малотоннажных грузовых автомобилей.

3.4. Расчетно-экспериментальное определение замедления, времени
и пути при торможении автомобиля

Продолжительность времени нарастания замедления от начала торможения до блокировки колес задней оси находим из выражений (4.13) и (4.16):

(4.20)

Замедление в этом периоде

(4.21)

Из выражения (4.21) при получим

	(4.22)
	(4.23)

где V₀ — начальная скорость автомобиля; .

Продолжительность периода находим из условия равенства касательной реакции (4.13) силе сцепления (4.18), подставляя вместо t величину :

(4.24)

Замедление после начала блокировки колес заднего моста изменяется с течением времени

(4.25)

Интегрируя (4.25), можно получить значения скорости и пути для момента блокировки колес переднего моста при t = t_н:

	(4.26)
	(4.27)

На заключительной стадии, когда колеса обоих мостов заблокированы, сила инерции

а замедление

(4.28)

Если в этом случае j_х =const, то замедление постоянно.

Продолжительность третьего периода (V_з = 0).

(4.29)

а перемещение автомобиля при этом

(4.30)

Таким образом, тормозной путь АТС

Приведенные формулы (4.20) – (4.30) учитывают основные факторы, влияющие на процесс торможения: массу, положение центра тяжести, базу, скорости нарастания тормозных сил, коэффициент сцепления и т.п.

Допустим известны t_с, t_н и j_уст в течение t_н автомобиль движется равнозамедленно с замедлением, равным 0,5j_уст . Тогда

а перемещение автомобиля за время t_н

а за время t_уст

Полный тормозной путь при этом

а остановочный путь автомобиля

(4.31)

В случае блокировки всех колес

(4.32)

У многих автомобилей достичь одновременно блокировки всех колес не удается по многим причинам (конструктивным, дорожным условиям). Поэтому для определения S₀ и t₀ используют эмпирические зависимости или вводят поправочные коэффициенты. Например, коэффициент эффективности торможения К_э, значения которого даются в виде таблиц, определяют экспериментально. Например, при торможении легкового автомобиля на сухой дороге с твердым покрытием К_э » 1,1¸1,2, а грузового автомобиля с максимальной массой свыше 10 т — К_э » 1,4¸1,8.

С учетом К_э

	(4.33)
	(4.34)

При j_х £0,4 К_э принимают равным единице для автомобилей всех типов.

Могут быть использованы и другие формулы для определения тормозного пути при экстренном торможении. Например,

(4.35)

где i — продольный уклон (в долях единицы). В выражении (4.35) начальная скорость автомобиля V₀ в км/ч.

Тормозные качества автомобилей однотипных и разных типов существенно отличаются. Эта разница подтверждается требованиями к эффективности торможения, рекомендованными Правилом № 13 ЕЭК ООН и регламентируются стандартами на техническое состояние автомобиля (табл. ).

Таблица

Тип АТС	jуст, м/с2	Длина тормозного пути Sт, м
Легковые автомобили
Автобусы с полной массой свыше 5 т
Грузовые автомобили с полной массой до 12 т
Автопоезда с полной массой свыше 12 т

Примечание: В числителе представлены нормативы для новых автомобилей (ГОСТ 22895-75), в знаменателе — для автомобилей, находящихся в эксплуатации (ГОСТ 25478-82)-сейчас новый ГОСТ!!!.