Ограничение тормозных реакций по сцеплению

 

     При постепенном увеличении тормозного момента M _T реакция R_X сначала уравновешивает момент: M _T= R_X × r _ко. Затем момент M _T превышает момент по сцеплению M _T> R_X × r _ко и момент трения деталей тормозного механизма ограничивается величиной реакции:

                        M _T£ R_{X MAX}× r _ко £ j _X × P_Z × r _ко; R_X £ j _X × P_Z.         (1)

То есть, наибольшая тормозная реакция ограничена сцеплением шины с дорогой. Следовательно, не имеет смысла существенно увеличивать размеры тормозных механизмов или повышать давление в приводе.

Выражение (1) отражает величину реакции R_{X MAX}, которую можно получить при вращении колеса с проскальзыванием s _K. При применении обычных тормозных систем выдержать вращение колеса с проскальзыванием s _K практически невозможно: при небольшом превышении M _T значения j _X × P_Z × r _коколесо быстро блокируется (в течение»0,05c). Обычно тормозная реакция ограничивается сцеплением шины с дорогой в режиме скольжения:

              M _T= R_{X Б} × r _д = j _{X Б} × P_Z × r _д; R_X £ j _{X Б} × P_Z,                     (2)

где r _д – расстояние от оси вращения колеса до дороги – динамический радиус колеса.

     Чтобы достичь тормозную реакцию по выражению (1), были разработаны системы АБС.

 

 

     1.7 Антиблокировочная система

 

     Основной задачей АБС является поддержание вращения колеса с проскальзыванием s _K. АБС предотвращает движение колес автомобиля юзом.

     Автомобиль оснащается датчиками, с помощью которых измеряются угловые скорости вращения колес. На колесо устанавливается стальной диск с пазами, расположенными по окружности. На тормозном жите закрепляется электромагнитный датчик. Пазы диска проходят на небольшом расстоянии от датчика. При вращении колеса датчик вырабатывает электрические импульсы, число которых за оборот колеса равно числу пазов. Для получения угловой скорости применяют блоки ПЧН: электронные блоки, преобразующие частоту следования импульсов в аналоговый сигнал (напряжение), пропорциональный скорости w вращения колеса. Для каждого датчика применяется отдельный блок ПЧН.

     Автомобиль оснащается гидравлическими электромагнитными клапанами. На выходе главного тормозного цилиндра устанавливают запорный клапан (клапан отсечки). При блокировании одного из колес клапан закрывается, и отключает все тормозные механизмы от водителя.

     Дополнительно применяют сливные и напорные клапаны. При включении сливного клапана жидкость сливается в бак, снижается тормозной момент и колесо растормаживается. При включении напорного клапана жидкость подается под давлением из энергоаккумулятора, увеличивается тормозной момент и колесо затормаживается. В энергоаккумулятор жидкость подается насосом из отдельного бачка.

     Работу АБС обеспечивает электронный блок управления (ЭБУ) с микропроцессором. ЭБУ обрабатывает сигналы от датчиков, и подает ток на электромагнитные клапаны.

      Рассмотрим процесс изменения угловой скорости колеса при торможении с АБС (рис. 1.3), работающей по двухфазовому алгоритму.

     Микропроцессором вычисляется угловая скорость вращения колеса w_а = V / r _ко, соответствующая скорости V автомобиля. По замеренной датчиком скорости колеса w рассчитывается проскальзывание: s = 1 – w/w_а. При увеличении s более s _К + D s /2, где D s – заданный диапазон регулирования по проскальзыванию, включается сливной клапан. Тормозной момент M _Т начинает снижаться. На рис. 1.3 диапазону D s соответствует диапазон изменения угловой скорости колеса Dw. Затем момент M _Т становится меньше момента по сцеплению M _j = P_z × j × r _ко и скорость w увеличивается. Проскальзывание s уменьшается и достигает величины s _К – D s /2. Теперь микропроцессор закрывает сливной клапан и включает напорный клапан. Подается жидкость из энергоаккумулятора, тормозной момент увеличивается. Когда момент достигает M _j, тогда скорость колеса начинает снижаться. Далее процесс повторяется.

     Выдержать заданный диапазон D s регулирования невозможно по следующим причинам: колесо обладает моментом инерции, скорость w измеряется с запаздыванием и искажается неровностями дороги, клапаны включаются с задержками и др. Поэтому проскальзывание s выходит за границы заданного диапазона. Колесо чрезмерно растормаживается и перетормаживается. АБС фактически работает с постоянным диапазоном изменения скорости w колеса, а не проскальзывания. Поэтому проскальзывание s выходит за границы заданного диапазона, колесо чрезмерно растормаживается и перетормаживается.

     При скорости автомобиля менее 15…20 км/ч АБС работает неустойчиво и микропроцессор отключает АБС. На современных автомобилях АБС не сокращает тормозной путь на дороге с высоким сцеплением, но на скользкой дороге тормозной путь снижается на 10…20%.

     Не смотря на невысокое качество работы, АБС позволяет существенно повысить устойчивость движения автомобиля на повороте и сохранить его управляемость.

Рис. 1.3. Процесс торможения колеса с АБС

 

         

     1.8 Процесс торможения автомобиля

 

     Рассмотрим процесс экстренного торможения автомобиля, на котором установлены датчики скорости V и замедления j, сигналы датчиков записываются на диаграммную ленту по времени t.

     В момент времени t = 0 водитель получает информацию о необходимости торможения (рис. 1.4). Интервал времени, от момента появления опасности до начала торможения, называют временем t _р реакции водителя. Он зависит от состояния водителя и дорожной обстановки. Обычно t _р равно 0,2…0,3 c, но иногда достигает даже 1,5 c. По истечении времени t _р водитель нажимает на тормозную педаль. Момент нажатия на педаль фиксируется датчиком перемещения педали, загорается стоп сигнал.

     При нажатии на педаль тормозной привод включается по истечении интервала времени срабатывания t _пр. В течение интервала t _пр перемещаются детали привода и выбираются зазоры. Время срабатывания привода с дисковыми тормозными механизмами составляет 0,05…0,07 c, с барабанными механизмами оно больше – 0,15…0,2 c. При применении пневмопривода время срабатывания возрастает: t _пр = 0,2…0,4 c. В течение времени t _р и t _пр скорость V автомобиля практически не снижается.

     Затем замедление увеличивается линейно для гидропривода и экспоненциально – для пневмопривода. Интервал времени, в течение которого замедление j достигает установившегося значения j _уст, называет временем нарастания t _н.

Время t _н зависит от силы нажатия на педаль или заданной водителем величины j _уст, и типа привода. В режиме экстренного торможения ГОСТ Р 51709-2001 ограничивает сумму интервалов t _пр и t _н для пассажирских и грузопассажирских автомобилей величиной 0,6 c (категория М1) или 0,8 c (категории М2 и М3).

При нарастании замедления скорость автомобиля снижается нелинейно. Затем замедление достигает установившегося значения j _уст и скорость снижается линейно. Интервал времени, в течение которого замедление автомобиля можно считать постоянным, называют временем установившегося торможения t _уст.

 

Рис. 1.4. Изменение параметров автомобиля при экстренном торможении

         

Остановочное время t _о складывается из всех интервалов:

                                 t _о = t _р + t _пр + t _н + t _уст.                               (3)

В конце процесса торможения имеем скорость V = 0 и замедление j = 0.