Силы и моменты, действующие на автомобиль при торможении

 Действующие при торможении на автомобиль силы показаны на рис. 148.

Появляющаяся при торможении сила инерции автомобиля P_j равна сумме всех препятствующих его движению сил:

                                         P_j = P_т + P_w + P _f + P_h,                                      (92)

где    P_т - тормозная сила;  P_w - сила сопротивления воздуха; P _f - сила сопротивления качению колес;  P_h - сила от действия уклона дороги.

   Уравнение это  называется тормозным балансом или уравнением движения автомобиля в процессе торможения.

 

Рис. 148. Силы, действующие на автомобиль при торможении

    Максимальное значение тормозной силы может быть определено из условия предельного сцепления колес с опорной поверхностью, после которого наступает скольжение колес, т.е.

P_{т max1}  = Z₁ × j × m₁  и   P_{т max2} =  Z₂ × j × m₂,

где  P_{т max1} и  P_тmax2 - возможные максимальные тормозные силы на передних и

 задних колесах;   Z₁ и Z₂ - нормальные реакции опорной поверхности, действующие на передние и задние колеса автомобиля; m₁  и m₂  - соответственно коэффициенты перераспределения этих реакций;   j  - коэффициент сцепления.

     Приложенная в центре масс автомобиля сила инерции создает при торможении опрокидывающий момент, действующий вперед и изменяющий нагрузки на колеса автомобиля. Чем длиннее база автомобиля, тем меньше это изменение. Определить изменение нагрузок можно, приравняв опрокидывающий момент моменту от пары дополнительных сил, действующих на колеса автомобиля:

P_j × h _g  =   P_доп × L,

где h _g - высота расположения центра масс автомобиля;  P _доп - дополнительная сила, разгружающая задние и догружающая передние  колеса, если торможение происходит при движении вперед; L - база автомобиля.

Нагрузка на передние колеса при торможении будет равна сумме статической, т.е. при неподвижном автомобиле, и дополнительной, а на задние - разности статической и дополнительной.

Замедление автомобиля при торможении можно определить из его тормозного баланса, в развернутом виде который записывается как

            × d × j =   +    ± G_а sina + G_а × f × сos a,

где G_а - вес автомобиля, Н;  g - ускорение свободного падения, м/с²; d - коэффициент учета вращающихся масс; j - замедление автомобиля, м/с²; åM _т - сумма тормозных моментов на колесах автомобиля, Н×м;  r_д - динамический радиус колеса, м; К -коэффициент сопротивления воздуха движению автомобиля, Н ×с²/м ⁴;  F - площадь Миделя (наибольшая площадь поперечногосечения по длине авомобиля), м ²;  V - скорость автомобиля, м/с; 3,6 - переводной коэффициент скорости из км/ч в м/с; f - коэффициент сопротивления качению колеса;  a - угол продольного уклона дороги (угол подъема или спуска), град.

Поделив левую и правую части уравнения на G_а, получаем удельный тормозной баланс, откуда после преобразований находим замедление:

                         j = (р_т + р_w + f × сos a ± sin a) ×  ,                            (93)

где р_т - удельная тормозная сила; р_w -  удельная сила сопротивления воздуха.

   Максимальное значение удельной тормозной силы равно коэффициенту сцепления j.  При скорости ниже 70 км/ч сопротивления воздуха можно не учитывать.  Так как при торможении сцепление выключается, коэффициент учета вращающихся масс принимается равным единице. Для твердых горизонтальных дорог с покрытием, где сопротивления мало, выражение для определения максимального замедления будет:

                                        j_max = j × g,                                                          (94)

где j - коэффициент сцепления; g -ускорение свободного падения.

   Следовательно, замедление на дорогах, где j = 0,7...0,8, может достигать 6,7...7,5 м/с². Нормативные требования к тормозным качествам, прежде всего быстроходных автомобилей, например, легковых, близки к этим величинам.