Тормозные свойства автотранспортных средств и безопасность движения.

Торможение АТС – процесс создания и изменения искусственного сопротивления движению для ↓ V и удержания его на месте.

Тормоз. свойства определяют в первую очередь активную безопасность АТС, то есть ↓ вероятность возникновения ДТП, поэтому к их уровню предъявляют высокие требования. В виду большого запаса свойств, определяющих БД авто, их регламентация является предметом ряда международных документов. Тормозные свойства регламентированы Правилами №13 Комитета по внутреннему транспорту ЕЭК ООН. В соответствии с этими правилами разрабатываются национальные стандарты. Тормоз. свойства в РФ регламентированы ГОСТ 22895-77 (для новых АТС) и ГОСТ 22478-91 (для авто, находящихся в эксплуатации). Согласно ГОСТ 22895-77 все АТС, за исключением специально оговоренных, должны иметь рабочую, запасную и стояночную тормозную системы. Наибольшее распространение получили колесные тормоз. механизмы, в которых кинетическая энергия превращается в тепловую при трении фрикционных элементов (колодки – барабан или диск). Возникающий при этом тормозной момент направлен против вращения колес, вследствие чего продольные реакции отрицательны и создают сопротивление движению. Рабочая тормозная система - для ↓ V АТС и его полной остановки; запасная тормозная система выполняет функции рабочей при выходе из строя последней (прицепы и полуприцепы могут не иметь запасной тормоз. системы); стояночная тормоз. система, предотвращает возникновение движения остановленного АТС под действием приложенных к нему случайных сил (составляющей силы веса на подъемах и спусках, силы ветра и т.д.). На автобусах, грузовых авто с полной массой > 12т, а т.ж. на предназначенных для эксплуатации в горных местностях грузовых авто с полной массой > 3,5 т и прицепах (полуприцепах) с полной массой > 10 т должна устанавливаться вспомогательная тормоз. система. Вспомогательная тормоз. система - для поддержания постоянной V АТС при его движении под уклон, самостоятельно или совместно с рабочей тормоз. системой с целью разгрузки последней.

Оценочными параметрами эффективности рабочей тормозной системы является установившееся замедление и мин. тормозной путь с заданной начальной V (для АТС всех категорий, находящихся в эксплуатации – 40 км/ч) при приложении к тормозной педали нормированного усилия (490 Н – для новых легковых авто и находящихся в эксплуатации легковых авто и автобусов, и 687 Н – для остальных категорий). Эффективность действия запасной тормоз. системы, которая оценивается теми же оценочными параметрами, что и рабочая, отличаясь только требуемыми нормативными параметрами. Оба оценочных параметра взаимосвязаны и, зная один, можно рассчитать другой. Поэтому в некоторых странах нормируется только один из них (например, в США только мин. тормозной путь). Согласно ГОСТ 22895-77, нормативные знач. среднего установившегося замедления и мин. тормозного пути рабочей тормоз. сист. определяется при трех состояниях тормозных механизмов, соответствующих трем типам испытаний. Испытания типа нуль - для определения эффективности рабочей системы при холодных тормоз. механизмах (t°, измеренная вблизи поверхностей трения – менее 100º С). Испытания типа I - для определения эффективности рабочей тормоз. системы при нагретых тормозных механизмах (тормозные механизмы разогреты по определенной ГОСТ методике). Испытания типа II (для автобусов, грузовых авто и автопоездов) - для определения эффективности рабочей системы после движения на затяжных спусках. Нормативные значения тормозного пути и установившегося замедления для запасной тормозной системы, а т.ж. рабочей и запасной тормоз. систем авто, находящихся в эксплуатации, соответствует испытаниям типа нуль. Для автопоездов установлен доп. параметр – время срабатывания тормоз. систем, т.е. время от момента нажатия на педаль до достижения величины установившегося замедления. Эффективность действия стояночной тормозной системы – способность этой системы удерживать АТС на месте. Оценочным параметром является величина суммарной тормозной силы ΣР_тор, развиваемой тормоз-ми мех-ми этой сист. при приложении нормированного усилия на органе управления стояночными тормозами. Стояночная тормозная система должна обеспечивать удержание АТС неопределенное время и в отсутствие водителя. Стояночная система для авто, находящихся в эксплуатации, и с полной массой должна обеспечивать неподвижное состояние на уклоне 16 % (Усилие на рычаге не должно превышать 392 Н).

Вспомогательная тормозная система новых АТС должна без применения иных тормозных систем обеспечить движение со V 30 ±5км/ ч на уклоне 7 % протяженностью 6 км.

Тормозной режим – режим, при котором ко всем или нескольким колесам подводятся тормозные моменты. Торможение, целью которого яв-ся макс. быстрая остановка, называется экстренным. При нем тормозная сила = силе сцепления колеса с дорогой. Торможение, совершаемое с целью предотвращения ДТП, называют аварийным. Плавное торможение с небольшим замедлением, называют служебным. Если конечная скорость при торможении равна нулю, торможение называют полным, если нет – частичным.

 

 

11.Уравнение тормозного баланса автотранспортных средств.

Если записать уравнение динамического равновесия продольных сил, но для тормозящего одиночного авто (все реакции R_x отрицательны, а сила P_jx положительна), то оно будет иметь вид

P_jx = SP_xt + P_w + P_a.

Уравнение тормозного баланса после преобразований можно записать в виде M_a d_jt j_t = M_дt i_к i_o / r_д h_трt +S M_t / r_д + K F V_a² + G_a y,

или P_jt = P_дt + P_t + P_w + P_y

(P_jt - приведенная сила инерции при торможении; P_дt – тормозная сила двигателя, Н; P_t - тормозная сила АТС; P_w – сила лобового сопротивления; P_y - сила общего дорожного сопротивления; d_jt - коэф. учета вращающихся масс при торможении; j_t - замедление АТС; M_дt - тормозной момент двигателя; i_к – передаточное число включенной передачи в коробке передач; i_o – перед. число главной передачи; r_д – динамический радиус колеса; h_трt - КПД трансмиссии в тормозном режиме(≈на 10% меньше чем в тяговом); M_t - тормозной момент; K∙F=W – фактор обтекаемости; G_a – сила веса; y - коэф. общего дорожного сопротивления).

Замедление АТС при торможении и тормозной путь.

Можно записать ур-е удельного тормозного баланса, если обе части уравнения разделить на полный вес АТС

d_jt / g j_t = (P_дt + P_t + P_w) / G_a + y.

Первое слагаемое правой части уравнения называется тормозным фактором D_τ= (P_дt + P_t + P_w) / G_a, и тогда для замедления АТС можно записать (м/с) j_t = [(D_t + y) g] / d_jt. Г

Графическая зависимость тормозного фактора от V движ. D_t = f (V_a) называется тормозной характеристикой АТС.

Способы торможения: 1) торможение двигателем без приведения в действие тормозных механизмов различных тормозных систем (При торможении двигателем – P_t = 0). Водитель уменьшает или полностью прекращает подачу топлива в цилиндры двигателя, в результате чего мощность, развиваемая двигателем, оказывается недостаточной для преодоления сил трения между деталями двигателя и в обслуживающих двигатель приборах. Двигатель превращается в тормоз. При торможении двигателем кинетическая энергия автомобиля расходуется как на преодоление внешних сопротивлений, так и на преодоление трения в двигателе и механизмах трансмиссии. 2) торможение с неотсоединенным двигателем является в ряде случаев выгодным с точки зрения увеличения долговечности тормозных механизмов и затраты водителем энергии на приведение в действие тормозной системы. Кроме того, на дорогах с малым коэффициентом сцепления такой способ торможения уменьшает возможность возникновения заноса автомобиля. 3) торможение с отсоединенным двигателем (P_дt = 0) применяется в случаях, когда торможение двигателем не обеспечивает желаемого замедления, а также при необходимости полной остановки автотранспортного средства. При таком способе торможения отключают двигатель (выключая сцепление или устанавливая нейтральную передачу в коробке передач) и плавно нажимают на тормозную педаль. Правильное сочетание этого способа торможения с торможением двигателем обеспечивает оптимальную долговечность тормозных механизмов рабочей тормозной системы.

 

 

12. Тормозная диаграмма автотранспортных средств.

Остановочный путь – путь пройденный авто с момента обнаружения водителем опасности до достижения заданной скорости или полной остановки АТС. Тормозной путь - путь, проходимый АТС с момента нажатия на тормозную педаль до достижения заданной скорости или до полной остановки. Графическое изображение зависимости υ и замедления от времени называют тормозной диаграммой. (τ_с – время запаздывания тормозного привода – время от момента нажатия на тормоз. педаль до момента соприкосновения фрикционных элементов в тормозном механизме; τ_н – время нарастания замедления – от момента соприкосновения фрикционных элементов до момента достижения необходимой величины установившегося замедления; τ_ср – время срабатывания тормоз. привода; τ_раст – время растормаживания - от момента опускания тормозной педали до момента появления зазоров в тормозных механизмов). На диаграмме торможения в качестве начала координат выбирается момент нажатия на педаль, т.е. момент начала тормозного пути.

Процесс торможения: водитель, приняв в результате оценки обста­новки решение тормозить, переносит ногу с педали управления подачей топлива на пе­даль тормоза. Время, проходящее от момента, когда была замечена опасность, до начала нажатия на тормозную педаль, называется временем реакции водителя (τ_р). В зависимости от индивидуальных качеств, возраста, квалификация водителя, степени его утомленности, дорож­ной обстановки и др. это время может изменяться в широких пределах – 0,2 – 1,5 с. Рас­четное время принимается t_р = 0,8 с.

После нажатия на педаль некоторое время t_с, затрачивается на протекание в тормозном приводе процессов, в результате которых после перемещения тормозной педали на некоторую величину, происходит соприкосновение фрикционных элементов тормоз. механизмов и возникают тормозные моменты на колесах. Эта величина времени зависит от типа тормозного привода и тормозных механизмов, а т.ж. технического состояния тормозной системы. У технически исправной тормозной системы с гидравлическим приводом и дисковыми тормозами t_с = 0,05 – 0,07 с; при барабанных тормозах – t_с = 0,1 – 0,15 с, у системы с пневматическим приводом – t_с = 0,2 – 0,4 с. Время срабатывания существенно ↑ при увеличении зазоров м/у фрикционными элементами тормозных механизмов, попадание воздуха в гидропривод, падении давления воздуха в ресивере пневмопривода и др.

Начиная с момента соприкосновения фрикционных элементов тормозных механизмах, тормозные силы на колесах, а в результате этого и замедления АТС ↑ от нуля до некоторой величины, соответствующей макс. установившемуся значению сил, прижимающих вращающиеся фрикционные элементы тормозных механизмов к вращающимся. На этот процесс затрачивается время τ_н. В зависимости от типа АТС, сост. дороги, дорожной ситуации, квалификации и сост. водителя, а т.ж. сост. рабочей тормозной системы время может изменяться в пределах t_н = 0,05 – 2,0 с. Оно ↑ с увеличением массы АТС, с ↑ коэф. сцепления j_х. Любые неисправности тормозной системы существенно увеличивают время t_н. Для АТС с исправной тормозной системой, если им управляет квалифицированный водитель, на сухой дороге с твердым покрытием можно считать: для легк. а\м – t_н = 0,05 – 0,2 с; груз. а\м. с гидроприводом – t_н = 0,05 – 0,4 с; груз. с пневмоприводом – t_н = 0,15 – 1,5 с; автоб.– t_н = 0,2 – 1,3 с. После достижения макс. значения силы, прижимающей не вращающиеся элементы тормозных механизов к вращающимся, считают, что тормозные силы на колесах, а следовательно, и замедление АТС, остаются неизменными. В действительности это не совсем так. Во-первых, водитель в процессе торможения несколько изменяет усилия на педали тормоза; во-вторых, даже при постоянном усилии на педали тормозные моменты, создаваемые тормозными мех-ми, изменяются за счет измен. коэф. трения фрикционных пар. По мере ↑ t° трущихся поверхностей коэф. трения ↓, а в рез-те ↓ скоростей скольжения между фрикционными эл-ми из-за замедления вращения колеса, коэф. трения ↑. Наконец, изменяется и коэф. сцепления между колесами и дорогой в рез-те изменения скорости движ. авто, скольжения и t° шины.

Переменное значение замедления на участке t_н условно заменяют средним и считают установившимся j_{t уст}, взяв за начало отсчета момент прекращения увеличения усилия на педали.

Дальше идет время t_раст. Если торможение производится до полной остановки, то замедление = 0 в начале времени растормаживания и в процессе растормаживания не изменится. Если к концу времени установившегося замедления скорость не = 0, то за время растормаживания замедление падает от j_уст до нуля. Согласно ГОСТ 22895-77 время растормаживания не должно превышать 1,2с.

Остановочный путь = сумме тормозного пути и пути, проходимого за время реакции водителя: S₀ = V₀ (t_р + t_c + 0,5 t_н) + V₀² / (2j g),(V₀ – начальная V торможения, м/с) Тормозной путь не включает расстояние, пройденное за время реакции водителя. Величину установившегося замедления и тормозного пути определяют при следующих допущениях: 1) при любых условиях торможения продольные реакции у всех колес одновременно достигают макс. возможной по сцеплению величины; 2) коэф. сцепления одинаковы у всех колес и остаются неизменными за все время установившегося замедления.

 

 

Рулевое управление. Требования к рулевому управлению как элементу активной безопасности автотранспортных средств.

Рулевое управление – совокупность механизмов а\м, служащих для поворота управляемых колес, обеспечив. движения а\м в заданном направлении.

Требования, предъявляемые к конструкции рулевого управления: 1.Возможно меньшее знач. мин. радиуса поворота (для обеспечения хорошей маневренности а\м). 2.Малое усилие на рулевом колесе (для обеспечения легкости управления). 3.Силовое и кинематическое следящее действие (т.е. пропорциональность между усилием на колесе и сопротивлением повороту управляемых колес и заданное соотв. между углом поворота рулевого колеса и углом поворота управляемых колес). 4.Минимальное боковое скольжение колес при повороте. 5. Минимальная передача толчков на рулевое колесо от ударов управляемых колес о неровности дороги. 6. Оптимальная упругая характеристика рулевого управления, определяющая его чувствительность и исключающая возможность возникновения автоколебаний колес. 7. Кинематическое согласованность элементов рулевого управления с подвеской (для исключения самопроизвольного поворота управляемых колес при деформации управляемых элементов подвески). 8. Минимальное влияние на стабилизацию управляемых колес. 9.Повышенная надежность. 10.Общие требования.

Состоит из рулевого колеса, соединенного валом с рулевым механизмом и рулевого привода. Если усилие на рулевом колесе больше регламентированного, то в привод встраивают усилитель.

Рулевой механизм - замедляющая передача, преобразующая вращение вала рулевого колеса во вращение вала сошки. ↓ усилие на рулевом колесе и ↑ усилие на валу сошки, уменьшая тем самым работу водителя.

Шестеренные рулевые механизмы выполняют в виде редуктора из зубчатых колес (применяется редко) или в виде пары из шестерни и рейки. «+» реечных рулевых механизмов: простота и компактность конструкции, обеспечивающие и наименьшую стоимость по сравнению с др. рулевыми мех-ми, ↑ КПД (0,9…0,95). Однако из-за высокого знач. обратного КПД такой мех-м без усилия возможно применить только на легковых авто малого класса.

Червячные рулевые механизмы. Наиболее распространены червячно-роликовые рулевые механизмы. Рулевые пары состоят из глобоидного червяка и двух- или трехгребневого ролика. Передача имеет малые потери на трение, т.к. трение скольжения заменено трением качения и η¯=0,77…0,85, η­=0,6…0,7. Для обеспечения регулирования зазора ось ролика смещают относительно оси червяка на 5…7 мм. На некоторых грузовых авто применяют червячно-секторные рулевые механизмы. В рулевой паре этого типа обеспечивается достаточно малое давление на зубья при передаче больших усилий. Наличие трения скольжения обуславливает сравнительно низкий КПД этого рулевого механизма (η¯=0,65…0,75; η­=0,55…0,6).

Винтовые рулевые мех. могут иметь различное исполнение: винторычажные и винтореечные. Винторычажные рулевые мех. в наст. время применяются редко, т.к. имеют ↓ КПД и компенсировать износ регулировкой невозможно. Широко применяются винтореечные рулевые мех., включающие в себя винт, шариковую гайку-рейку и сектор, выполненный за одно целое с валом сошки. Такой мех. имеет две ступени – винтовую передачу с циркулирующими шариками и передачу: рейка – зубчатый сектор. Мех. отличается удобством компоновки совместно с распределителем гидроусилителя, а при необходимости и с его силовым цилиндром. Винтореечный рулевой мех. имеет достаточную прочность и долговечность. КПД винтореечного мех. высокий в обоих направлениях (η¯≈η­=0,8…0,85), поэтому без усилителя, воспринимающего толчки со стороны дороги, его целесообразен устанавливать только на легковые авто малого класса.

Травмобезопасный рулевой мех. является одним их элементов пассивной безопасности авто. Рулевой мех. м.б. причиной серьезной травмы водителя при лобовом столкновении, когда при смятии передней части авто весь рулевой мех. перемещается в сторону салона. Поэтому картер рулевого мех. располагают в таком месте, где его деформация будет наименьшей. Существуютт различные травмобезопасные конструкции. Основное требование к ним – поглощение энергии удара, а следовательно, ↓ усилия, наносящего травму водителю. Первоначально стали устанавливать рулевое колесо с утопленной ступицей и с двумя спицами, что позволило значительно ↓ тяжесть наносимых повреждений при ударе. В дальнейшем, кроме этого, стали устанавливать спец. энергопоглощающий элемент. На авто ВАЗ-2121 рулевой вал состоит из 3х частей, связанных карданными шарнирами. Вал крепится посредством кронштейна. При лобовом столкновении рулевой вал складывается, а шайбы крепления кронштейна деформируются, что приводит к повороту кронштейна. При этом перемещение верхней части вала и рул. колеса внутрь салона незначительно. На авто ГАЗ-3102 энергопоглощающий элемент представляет собой резиновую муфту, установленную между верхней и нижней частями рулевого вала и деформирующуюся при ударе. В ряде зарубежных конструкций энергопоглощающим элементом служит сильфон, соединяющий рул. колесо с рул. валом, либо сам рулевой вал, в верхней части представляющий собой перфорированную трубу, либо две части рул. вала соед-ся продольными пластинами («японский фонарик»). Все эти эл-ты при ударе деформируются, поглощая тем самым его энергию.

Рулевой привод - система тяг и рычагов, осуществляющая в совокупности с рул. механизмом поворот а\м. В результате работы рулевого мех. продольная тяга перемещается сошкой вперед или назад, вызывая этим самым поворот одного колеса влево или вправо, а рулевая трапеция передает поворачивающий момент на др. колесо.

Рулевая трапеция представляет собой шарнирный четырехзвенник, образуемый балкой переднего моста (или картером переднего ведущего моста), левым и правым рычагами и поперечной рулевой тягой. Для того, чтобы исключить боковое скольжение колес при движении авто на повороте, траектории всех колес должны представлять собой дуги концентрических окружностей с общим центром О (О - мгновенный центр поворота). Для этого управляемые колеса д.б. повернуты на разные углы (угол θ_в поворота внутреннего по отношению к центру поворота колеса больше угла θ_н поворота внешнего колеса). Такая зависимость между углами поворота управляемых колес обеспечивается при помощи рулевой трапеции.

В зависимости от компоновочных возможностей рулевую трапецию располагают перед передней осью (передняя трапеция) или за ней (задняя трапеция). При зависимой подвеске управляемых колес применяют трапеции с цельной поперечной тягой, при независимой – только с разрезной поперечной тягой, что необходимо для предотвращения самопроизвольного поворота управляемых колес при колебаниях кузова авто на подвеске. С этой целью шарниры разрезной поперечной тяги должны располагаться так, чтобы колебания кузова авто не вызывали их поворота относительно шкворней. Помимо этого к рул. приводу предъявляется требования по отсутствию самопроизвольного поворота колес при колебаниях кузова авто на подвеске. Помимо применения разрезной рулевой тяги и соответствующего расположения ее рулевых шарниров отсутствие самопроизвольного поворота управляемых колес при динамических деформациях подвески обеспечивается кинематическим согласованием перемещений продольной тяги и подвески. Компоновка, показанная на рис. а (серьга, рессоры и рулевой механизм расположены за передней осью), не обеспечив. необходимого согласования траекторий переднего конца продольной тяги и центра колеса. Сравнительно хорошее согласование м.б. получено при расположении рулевого мех. перед передней осью, либо при расположении рулевого мех. за передней осью и передним расположении серьги рессоры. Однако в последнем случае продольные силы, возникающие при наезде передних колес на препятствие, в большей степени передаются на раму авто.

Поперечная рулевая тяга - бесшовная труба, на резьбовые наконечники которой навернуты наконечники крепления шаровых шарниров. Так как резьба, нарезанная на концах тяги имеет разное направление, то поворот тяги вызывает изменение расстояния между шарнирами, что необходимо для регулирования схождения управляемых колес. Часто шаг резьбы на разных концах тяги делают неодинаковым для более точной регулировки. При повороте колес детали рул. привода перемещаются одна относит. другой по сложным траекториям. Такое перемещение возникает и при наезде управляемых колес на дорожные неровности. Для создания возможности относительного перемещения деталей при одновременной надежной передаче усилий детали соединяются между собой шаровыми шарнирами.

Если усилие на рул. колесе больше регламентированного и работа водителя не м.б. облегчена ↑ передаточного числа рулевого мех., конструкция рул. привода предусматривает применение усилителей. При использовании усилителей рул. управления облегчается управление авто, ↑ его маневренность, ↑ БД (усилитель поглощает толчки, передающиеся на рулевое колесо от неровностей дороги; позволяет сохранить управляемость автомобилем даже в случае разрыва шины на одном из передних колес). Однако при использовании усилителей несколько повышается износ шин и ухудшается стабилизация управляемых колес. Требования: 1.Обеспеч. кинематического и силового следящего действия (кинематич. – пропорциональность между углом поворота рул. колеса и углом поворота управляемых колес; силовое – пропорциональность между усилием на рул. колесе и силой сопротивления повороту управляемых колес). 2.Сохранение возможности управления авто в случае выхода из строя усилителя. 3.Мин. время срабатывания. 4.Мин. влияние на стабилизацию управляемых колес. 5.Исключение возможности произвольного включения от толчков управляемых колес. 6.Общие требования. В наст. время распространение получили гидроусилители с золотниковыми распределителями. «+» гидроусилителей: небольшие размеры благодаря высокому рабочему давлению (6…10 МПа), малое время срабатывания (0,2…2,4 сек). «-» пневмоусилителей: большое время срабатывания, ↑ габаритные размеры, что связано с невысоким рабочим давлением. Усилитель, включенный в рулевое управление имеет следующие обязательные элементы: источник питания (у пневмоусилителя – компрессор, у гидроусилителя – гидронасос); распределительное устройство; исполнительное устройство, создающее необходимое усилие (силовой пневмо- или гидроцилиндр).