Сцепление колес автомобиля с поверхностью дороги

 

Движение автомобиля по дороге будет происходить без проскальзывания и буксования, если сила тяги будет равна или меньше силы трения (сцепления) между ведущими колесами и поверхностью дороги Т. Максимальная сила сцепления (или реакции дороги) Т пропорциональна нагрузке на ведущие колеса автомобиля

 

Т_max = φ G_{сц ,}

 

где φ –коэффициент сцепления колеса с дорогой.

Условие движения автомобиля без проскальзывания и буксования имеет вид (рис. 2.1):

 

Р_к = Р_р ≤ Т_тах = φ G_сц.

 

Различают два вида коэффициента сцепления (рис. 2.6) при движении автомобиля на кривой в плане:

· коэффициент продольного сцепления φ₁, соответствующий началу пробуксовывания колеса при его качении в плоскости движения без боковой силы;

· коэффициент поперечного сцепления φ₂, при движении колеса под углом к плоскости движения, когда колеса одновременно вращаются и скользят вбок то есть автомобиль движется по криволинейной траектории.

 

 

Рис. 2.6. Силы, действующие на автомобиль в плоскости дороги при движении по криволинейной траектории

 

От величины продольного коэффициента сцепления φ ₁ зависит безопасность движения при торможении автомобиля, от величины поперечного коэффициента сцепления φ ₂ безопасность от заноса в бок. Величина коэффициента сцепления зависит от типа и состояния поверхности покрытия, В табл. 2.3 приведены значения коэффициентов сцепления для различных типов покрытий.

Минимальные значения коэффициентов сцепления на дорогах I – III категорий при увлажненной поверхности покрытия и скорости движения 60 км/ч не должны быть менее:

· для легких условий движения (R > 1000 м, i < 30 ‰) – 0,45;

· для затрудненных условий (250 < R < 1000 м, 30 ‰ < i < 60 ‰) – 0,5 – 0,45;

· для опасных условий движения (участки с видимостью меньшей, чем расчетная, с уклонами более допустимых, в зоне пересечения в одном уровне) – 0,6.

 

Таблица 2.3

Коэффициент сцепления φ

 

Покрытие	Состояние покрытия
Сухое	Влажное	Мокрое	Обледенелое
Асфальтобетонное, цементобетонное	0,6 – 0,7	0,4 – 0,3	0,3 – 0,2	0,1 – 0,05
Щебеночное, обработанное органическими вяжущими	0,7 – 0,8	0,6	0,5	0,1 – 0,05
Щебеночное и гравийное	0,6 – 0,7	0,4 – 0,3	0,3	0,1 – 0,05
Грунтовое	0,5 – 0,6	0,4 – 0,3	0,3	0,1 – 0,05

 

Поэтому наряду с динамическими характеристиками по мощности используются динамические характеристики по условию сцепления.

Если принять, что G = G_сц (что справедливо, если на все колеса автомобиля передается вращающийся момент), то максимальная сила тяги должна быть меньше силы сцепления

P_p < φ G.

Тогда динамический фактор по условиям сцепления

Значения динамического фактора по сцеплению D_сц для различных φнаносятся на график динамических характеристик автомобиля (рис. 2.7).

 

 

Рис. 2.7. Динамические характеристики автомобиля по сцеплению:

------------ – по силе тяги; - - - - - – по сцеплению; I – III – передачи

 

В то же время, если коэффициент сцепления на дороге при движении на II передаче будет меньше 0,4, то уклон, равный ас, автомобиль преодолеть не сможет, так как возможное по мощности тяговое усилие не сможет быть реализовано из-за недостаточной величины реакции дороги Т.

Итак, для возможности безопасного движения необходимо и достаточно, чтобы выполнялись два условия:

· Сила тяги должна быть больше или равна всех сил сопротивления движению P_p > Σ P_i.

· Сила тяги должна быть меньше или равна максимально возможной силе сцепления Р_р ≤ Т = φ G_cц..

Торможение автомобиля

В процессе торможения автомобиля вместо вращающего момента на ведущие колеса автомобиля подается тормозной момент (рис. 2.8).

 

 

Рис. 2.8. Силы, действующие на колесо при торможении:

1 – тормозные цилиндры, прижимающие тормозные колодки к барабану;

2 – тормозная колодка; 3 – тормозной барабан; М_вр – крутящий момент; Р _т – тормозная сила; М _т – тормозной момент; G _к – вес автомобиля, приходящийся на колесо

 

В уравнение движения при торможении вместо тягового усилия Р_р подставляют тормозную силу Р _т, направленную в сторону, обратную движению. Уравнение движения при торможении имеет вид:

 

– Р _т = Р_f + Р_w ± Р_i – Р_j.

Величина тормозной силы определяется из выражения:

P _т= γ_т G,

где γ_т – коэффициент удельной тормозной силы, равный отношению суммы тормозных сил, возникающих на всех тормозныхколесах, к весу автомобиля.

Решим уравнение движения относительно отрицательного ускорения j:

 

 

В современных автомобилях с тормозами на всех колесах при аварийном торможении, предельная величина γ_т равна коэффициенту сцепления шины с покрытием φ при движении по прямолинейному участку дороги и φ₁ – при движении по кривой в плане.

Поскольку при торможении скорость автомобиля резко снижается сопротивлением воздуха можно пренебречь, тогда при δ = 1(прямая передача)

 

j = ( φ ± i + f).

 

При назначении геометрических элементов дорог нормируется величина пути, на которой водитель может остановить автомобиль, движущийся с расчетной скоростью. Путь полного торможения можно найти по формуле равнозамедленного движения

 

,

 

где а –абсолютное отрицательное ускорение, м/с²

 

а = gj = g( φ ± i + f).

Итак, тормозной путь при v в м/с

 

 

где К _э – коэффициент эффективности торможения, учитывающий эксплуатационное состояние тормозов, равен 1,2 для легковых автомобилей и 1,3 – 1,4 для грузовых автомобилей.