Коэффициент эффективности торможения

В приведенных ранее формулах для определения времени тор­можения и тормозного пути автомобиля не учтен ряд конструк­тивных и эксплуатационных факторов, существенно влияющих на эффективность торможения. Поэтому в действительности значе­ния времени и пути торможения могут быть на 20...60 % больше рассчитанных по этим формулам.

Для согласования результатов теоретических расчетов с экс­плуатационными данными служит коэффициент эффективно­сти торможения k _э. Он учитывает непропорциональность тор­мозных сил на колесах нагрузкам, приходящимся на колеса, а

также износ, регулировку, замасливание и загрязненность тор­мозных механизмов. Данный коэффициент показывает, во сколь­ко раз действительное замедление автомобиля меньше теорети­ческого, максимально возможного на данной дороге. Значение коэффициента эффективности торможения составляет 1,2 для легковых автомобилей и 1,4... 1,6 — для грузовых автомобилей и автобусов.

С учетом коэффициента эффективности торможения формулы для определения времени торможения и тормозного пути автомо­биля преобразуются к следующему виду:

Для случая торможения до полной остановки

 

где v _ни v _квыражены в км/ч.

7.7. Остановочный путь и диаграмма торможения

Остановочным называется путь, проходимый автомобилем от момента, когда водитель заметил препятствие, до полной оста­новки автомобиля.

Остановочный путь больше, чем тормозной, так как он кроме тормозного пути дополнительно включает в себя путь, проходи­мый автомобилем за время реакции водителя, время срабатыва­ния тормозного привода и увеличения замедления. Остановочный путь

S ₀ = S _д + S _тор ,

где S _д — дополнительный путь, м, или

где t′ _p = 0,2... 1,5 с — время реакции водителя, зависящее от его возраста, квалификации, утомляемости и т.д.; t _пp— время сраба­тывания тормозного привода от момента нажатия на тормозную педаль до начала действия тормозных механизмов, зависящее от конструкции тормозного привода и его технического состояния (составляет 0,2 с для гидравлического, 0,6 с — для пневматичес­кого, 1,0 с — для автопоезда с пневмоприводом); t _у = 0,2...0,5с — время увеличения замедления от нуля до максимального значе­ния; v _н — скорость автомобиля в начале торможения, км/ч.

Выражение для остановочного пути по­лучено при наличии допущения, что в течение времени увеличения замедления автомобиль движется равнозамедленно и замедление в этом случае составляет 0,5 j _зmax. Из формулы для остановочного пути следует, что он, как и тормозной путь, характеризуется квадратичной за­висимостью от скорости. При увеличении начальной скорости он существенно воз­растает (см. рис. 7.2).

Рис. 7.3. Диаграмма тор­можения автомобиля

Остановочный путь автомобиль прохо­дит за остановочное время

t ₀= t′ _p+ t _пр+ t _у+ t _тор.

Диаграмма торможения (рис. 7.3) представляет собой график изменения замедления и скорости автомобиля во времени при торможении. Она характеризует интенсивность торможения авто­мобиля с учетом всех составляющих остановочного времени.

Служебное торможение

Служебным называется такой режим торможения, при кото­ром тормозные силы на колесах автомобиля не достигают макси­мально возможного значения по сцеплению.

Служебное торможение является наиболее распространенным режимом торможения. При эксплуатации автомобилей оно состав­ляет 95...97 % общего числа торможений. Максимальное значение замедления при служебном торможении не превышает 4 м/с². Тор­можение с таким замедлением вызывает неприятные ощущения и дискомфорт у пассажиров и применяется в исключительных случа­ях. Обычно в условиях эксплуатации используется плавное служеб­ное торможение, при котором замедление составляет 1,5... 2,5 м/с².

При эксплуатации автомобилей применяются различные спо­собы служебного торможения. Оно может осуществляться двига­телем, с отсоединенным двигателем, с неотсоединенным двига­телем (комбинированное торможение), тормозом-замедлителем (вспомогательным тормозом) и с периодическим прекращением действия тормозной системы.

Торможение двигателем. При торможении этим способом не используются тормозные механизмы колес автомобиля. В этом слу­чае тормозом служит двигатель, который не отсоединяется от трансмиссии, но работает на режиме холостого хода (с умень­шенной подачей горючей смеси) или на компрессорном режиме (без подачи в цилиндры горючей смеси). Ведущие колеса прину­дительно вращают коленчатый вал двигателя. В результате в двига-

теле за счет трения возникает сила сопротивления, которая за­медляет движение автомобиля.

Торможение двигателем применяют в горных условиях, при движении на длинных затяжных спусках и в тех случаях, когда требуется небольшое замедление. Оно обеспечивает плавное тор­можение, сохранность колесных тормозных механизмов и устой­чивость автомобиля против заноса (благодаря равномерному рас­пределению тормозных сил по колесам). Однако торможение дви­гателем на режиме холостого хода очень вредно для окружающей среды, загрязняемой отработавшими газами, с которыми на этом режиме выбрасывается большое количество оксидов углерода.

Торможение с отсоединенным двигателем. Торможение осуще­ствляется только тормозными механизмами колес автомобиля без использования двигателя. Двигатель отсоединяют от трансмиссии путем выключения сцепления или установкой нейтральной пере­дачи в коробке передач. Торможение с отсоединенным двигате­лем — основной способ служебного торможения. Оно чаще всего используется при эксплуатации автомобилей, так как обеспечи­вает необходимое замедление. Однако торможение с отсоединен­ным двигателем уменьшает устойчивость автомобиля на дорогах с малым коэффициентом сцепления (скользких, обледенелых и др.).

Торможение с неотсоединенным двигателем. Это комбиниро­ванный способ торможения, который осуществляется тормозны­ми механизмами колес совместно с двигателем автомобиля. Пе­ред приведением в действие тормозных механизмов уменьшают подачу горючей смеси в цилиндры двигателя. Угловая скорость коленчатого вала двигателя снижается, чему препятствуют веду­щие колеса, принудительно вращающие коленчатый вал через трансмиссию. В результате происходит торможение двигателем, после чего приводятся в действие тормозные механизмы колес. Торможение с неотсоединенным двигателем увеличивает срок службы тормозных механизмов, которые при длительных тормо­жениях с отсоединенным двигателем сильно нагреваются и выхо­дят из строя. Кроме того, оно повышает устойчивость автомобиля против заноса вследствие более равномерного распределения тор­мозных сил по колесам автомобиля.

Торможение с периодическим прекращением действия тормоз­ной системы. Этот способ торможения обеспечивает наибольший эффект.

При таком способе торможения колеса автомобиля необходи­мо удерживать на грани юза, не допуская их скольжения. Колесо, катящееся и не скользящее, обеспечивает большую тормозную силу, а при движении колеса юзом его сцепление с дорогой резко уменьшается.

При скольжении колеса в месте контакта шины с дорогой ре­зина протектора нагревается и размягчается. При многократном

последовательном нажатии на тормозную педаль и затем частич­ном отпускании ее с дорогой соприкасаются новые (ненагретые) части протектора шины, вследствие чего сохраняется максималь­ное сцепление колеса с дорогой. В начале скольжения колес авто­мобиля усилие, приложенное к тормозной педали, уменьшают. В этом случае колеса перекатываются, и в соприкосновение с до­рогой входят новые части протектора шин, которые не участвова­ли в торможении и в меньшей степени нагреты и размягчены.

Торможение с периодическим прекращением действия тормоз­ной системы рекомендуется выполнять только водителям высо­кой квалификации, так как для удержания колес автомобиля на грани юза без их скольжения необходимы большой опыт и внима­ние.

Торможение тормозом-замедлителем. Торможение осуществля­ют с помощью вспомогательного тормозного механизма, обычно действующего на вал трансмиссии автомобиля (рис. 7.4, б).Этот способ обеспечивает плавное торможение с замедлением 1... 2 м/с² в течение длительного времени.

Торможение тормозом-замедлителем целесообразно в горных условиях, где при частых торможениях колесные тормозные ме­ханизмы быстро нагреваются и выходят из строя. Так, напри­мер, торможение автомобиля в горных условиях производится в 8—10 раз чаще, чем в обычных условиях на загородном шоссе.

При торможении тормозом-замедлителем повышается безопас­ность движения и уменьшается износ тормозных механизмов, шин и двигателя. Тормозами-замедлителями обычно оборудуют грузо­вые автомобили и автобусы, предназначенные для особых усло­вий эксплуатации (горных и т.п.).

Рис. 7.4. Схемы моторного (а) и электродинамического (б) тормозов-замедлителей: 1 — заслонка; 2 — ротор; 3 — электромагнит

7.9. Распределение тормозных сил по колесам автомобиля

При торможении на горизонтальной дороге (см. рис. 7.1) дей­ствие силы инерции Р _и,приложенной в центре тяжести, которое характеризуется плечом, равным h _ц,приводит к перераспределе­нию нагрузки на колеса. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Следовательно, нормаль­ные реакции R _z1и R _z2,воспринимаемые колесами при торможе­нии, значительно отличаются от нагрузок G ₁и G ₂,приходящихся на колеса в статическом состоянии.

Изменение нагрузок на колеса при торможении оценивается коэффициентами изменения реакций, которые для передних и задних колес соответственно равны

; .

Для определения значений m _р1и m _р2найдем сначала нормаль­ные реакции R _z1и R _z2при торможении. С этой целью составим уравнение моментов относительно центра тяжести, пренебрегая силой сопротивления воздуха, так как при торможении скорость быстро падает и влияние силы незначительно:

R _z1 l ₁ – R _z2 l ₂ – (R _x1 +R _x2) h _ц = 0.

При экстренном торможении на горизонтальной дороге

R _x1 +R _x2 = R _z1φ_x + R _z2φ_x = G φ_x.

Тогда уравнение моментов примет вид

R _z1 l ₁ – R _z2 l ₂ = G φ_x h _ц.

Спроецируем все силы на вертикальную плоскость и получим

R _z1 + R _z2 = G.

Решим совместно два последних уравнения и найдем нормаль­ные реакции дороги, действующие на передние и задние колеса при торможении:

Используя полученные выражения для R _z1и R _z2и учитывая, что

находим коэффициенты изменения реакций При торможении для передних и задних колес соответственно:

Как показали исследования, при торможении предельные зна-чения коэффициентов изменения реакций составляют 1,5... 2,0 для передних колес и 0,5...0,7 — для задних.

Наибольшая интенсивность торможения автомобиля достига­ется при полном использовании сцепления всеми его колесами, что возможно только на дороге с оптимальным коэффициентом сцепления φ_опт = 0,40...0,45.

На дорогах с другими значениями коэффициента сцепления полное использование сцепления невозможно без блокировки колес одного из мостов. Так, при торможении на дорогах с коэф­фициентом сцепления, большим оптимального (φ_х > φ_опт), первы­ми будут блокироваться (доводиться до юза) задние колеса, что может вызвать занос и нарушение устойчивости автомобиля. При торможении на дорогах с коэффициентом сцепления, меньшим оптимального (φ_х < φ_опт),в первую очередь будут блокироваться передние колеса, что может привести к нарушению управляемо­сти автомобиля.

Тормозные системы автомобилей часто выполнены так, что между тормозными силами передних и задних колес существует неизменное соотношение. Оно оценивается коэффициентом рас­пределения тормозных сил по колесам

где Р _тор1 = R _z1φ _x — суммарная тормозная сила передних колес; Р _тор = G φ _x — тормозная сила автомобиля.

Распределение тормозных сил по колесам автомобиля считает­ся оптимальным, если передние и задние колеса могут быть одно­временно заблокированы (доведены до юза). В этом случае коэф­фициент распределения тормозных сил

Для того чтобы торможение автомобиля в любых дорожных условиях происходило с максимальным замедлением, необходи­мо, чтобы тормозные силы на его колесах всегда были пропорцио­нальны нагрузкам или нормальным реакциям, приходящимся на колеса:

Такая пропорциональность между тормозными силами и на­грузками на колеса может быть достигнута различными конструк­тивными мерами, например с помощью регуляторов тормозных

сил, которые изменяют значение тормозной силы на колесах мо­ста в зависимости от нагрузки, приходящейся на мост.

Торможение автопоезда

Рассмотрим торможение прицепного автопоезда (рис. 7.5) на горизонтальной дороге, пренебрегая силой сопротивления возду­ха (Р _в = 0), так как ее влияние при небольшой скорости незначи­тельно.

При торможении замедление будет равно:

для автомобиля-тягача

для прицепа

где G _aи G _пр— вес с полной нагрузкой соответственно автомоби­ля-тягача и прицепа; т _аи т _пр— полная масса автомобиля-тягача и прицепа; Р_с — максимальная сила тяги на крюке.

С учетом суммарной тормозной силы, которая равна:

для автомобиля-тягача

P _тор= R _x1+ R _x2;

для прицепа

P _{тор пр}= R _x3+ R _x4,

можно записать

где и — удельная тормозная сила автомобиля-тягача

Рис. 7.5. Силы, действующие на автопоезд при торможении

и прицепа.

Для случая использования сцепного устройства автомобиля с прицепом, не имеющего зазоров, можно считать, что при тормо­жении значения замедления автомобиля-тягача и прицепа равны (j _з= j _{з пр}).

Приравняв правые части выражений для замедлений автомо­биля-тягача и прицепа, получим

где – приведенный вес автопоезда с полной на-

грузкой.

Из выражения для силы тяги на крюке следует, что при тормо­жении автопоезда характер взаимодействия автомобиля-тягача и прицепа зависит от соотношения между их удельными тормозны­ми силами.

При равенстве удельных тормозных сил автомобиля-тягача и прицепа сила тяги на крюке Р _с = 0 и их торможение происходит одновременно. Однако достичь этого в обычных тормозных систе­мах с пневматическим приводом не удается.

Если удельная тормозная сила автомобиля-тягача меньше, чем у прицепа, то сила Р _с > 0 и прицеп тормозится с опережением, растягивает автопоезд и исключает его складывание, однако ухуд­шается эффективность торможения автопоезда. При этом прицеп может сползать вбок и тянуть за собой автопоезд.

Если удельная тормозная сила автомобиля-тягача больше, чем у прицепа, то сила Р _с < 0 и прицеп тормозится с запаздыванием, накатывается на автомобиль-тягач, что может вызвать складыва­ние автопоезда и нарушение его устойчивости. Это и наблюдается у современных автопоездов с пневматическим тормозным приво­дом.