Измерители тормозных свойств
Нагрузка на автомобиль оказывает существенное влияние на его тормозные свойства. Поэтому в процессе эксплуатации для проверки эффективности тормозных механизмов в качестве измерителей используют максимально допустимый тормозной путь и минимально допустимое замедление автомобиля без нагрузки и с полной нагрузкой.
Нормативные значения измерителей тормозных свойств автомобиля без нагрузки при торможении на сухой асфальтовой горизонтальной дороге регламентированы правилами дорожного движения.
Уравнение движения при торможении
Уравнение движения автомобиля выведем для случая торможения на горизонтальной дороге (рис. 7.1). Спроецируем все силы, действующие на автомобиль, на плоскость дороги и получим следующее уравнение движения при торможении:
Замедление при торможении определим из этого уравнения, представив его в следующем виде:
,
Рис. 7.1. Силы, действующие на автомобиль при торможении откуда
Значение замедления зависит от режима торможения автомобиля. При эксплуатации применяется экстренное (аварийное) и служебное торможение.
Экстренное торможение
Экстренным называется режим торможения, при котором тормозные силы на колесах автомобиля достигают максимально возможного значения по сцеплению.
При этом колесо находится на грани юза (полного скольжения), но еще катится с некоторым проскальзыванием. Как показали исследования, максимальное значение тормозной силы на колесе достигается при его 15. 30%-ном проскальзывании.
При экстренном торможении скорость автомобиля резко падает, поэтому влияние силы сопротивления воздуха незначительно. Уравнение движения автомобиля при экстренном торможении принимает следующий вид:
Так как при экстренном торможении касательные реакции дороги на передних и задних колесах имеют максимально возможные значения по сцеплению, то
 |
С учетом этого выражения для горизонтальной дороги и современных автомобильных дорог, имеющих небольшие уклоны, при экстренном торможении замедление
где φx — коэффициент сцепления колес с дорогой.
| Рис. 7.2. Зависимости замедления Уз, времени торможения tTOp, тормозного STop и остановочного So путей автомобиля от скорости движения v |
Если во время торможения значение коэффициента сцепления колес с дорогой не изменяется, то замедление не зависит от скорости в течение всего периода торможения (рис. 7.2).
Время торможения
Для определения времени торможения представим замедление в следующем виде:
Проинтегрировав последнее выражение, определим время торможения:
где vHи vK — значения скорости автомобиля соответственно в начале и конце торможения, выраженные в м/с, или
При торможении автомобиля до полной остановки, когда vк = = 0, время торможения
Из этого выражения следует, что время торможения автомобиля связано линейной зависимостью со скоростью (см. рис. 7.2).
Тормозной путь
Тормозным называется путь, проходимый автомобилем за время полного торможения, в течение которого замедление имеет максимальное значение.
Используя соотношения 
и 
, выражение для
dS представим в виде 
.
Проинтегрировав это выражение, найдем тормозной путь:
При торможении до полной остановки
Из этого выражения видно, что тормозной путь автомобиля характеризуется квадратичной зависимостью от скорости. При возрастании начальной скорости тормозной путь быстро увеличивается (см. рис. 7.2).
Тормозная динамика автомобиля, измерители тормозных свойств.
Для выполнения этого условия сила, развиваемая тормозным механизмом, не должна превышать силы сцепления с дорогой, зависящей от весовой нагрузки на колесо и состояния дорожного покрытия. Иначе колесо заблокируется (перестанет вращаться) и начнет скользить, что может привести (особенно при блокировке нескольких колес) к заносу автомобиля и значительному увеличению тормозного пути.
Чтобы предотвратить блокировку, силы, развиваемые тормозными механизмами, должны быть пропорциональны весовой нагрузке на колесо. Реализуется это с помощью применения на передней оси более эффективных дисковых тормозов, а на задней – барабанных, причем с ограничителем тормозных сил.
На современных автомобилях используется антиблокировочная система тормозов (АБС), корректирующая силу торможения каждого колеса и предотвращающая их скольжение.
Нагрузка на автомобиль оказывает существенное влияние на его тормозные свойства. Поэтому в процессе эксплуатации для проверки эффективности тормозных механизмов в качестве измерителей используют максимально допустимый тормозной путь и минимально допустимое замедление автомобиля без нагрузки и с полной нагрузкой.
Нормативные значения измерителей тормозных свойств автомобиля без нагрузки при торможении на сухой асфальтовой горизонтальной дороге регламентированы правилами дорожного движения.
4.Требования к процессам смесеобразования в дизелях. Процесс и характеристики впрыскивания в дизелях.
Смесеобразование в дизельных двигателях, В дизельных двигателях приготовление горючей смеси происходит внутри цилиндра за короткий промежуток времени от 0,003 до 0,005 сек. За это время должно быть достигнуто хорощее распыливание, испарение,) перемешивание и равномерное распределение топлива по всему объему камеры сгорания.
В дизельных двигателях форма камеры сгорания обеспечивает равномерность распределения рабочей смеси по всему объему камеры и влияет также на качество смесеобразования.
Чтобы рабочая смесь равномерно и быстро распределялась по всей камере сгорания, необходимо глубокое проникновение струи топлива и мелкое ее распыление. Однако мелко распыленное топливо хуже проникает в сжатый воздух камеры сгорания, поэтому необходимо увеличивать давление впрыска топлива. Кроме того, при впрыске топливо должно хорошо перемешиваться с воздухом, что может быть достигнуто завихрением воздуха, создаваемым при поступлении его в цилиндр и при сжатии. В соответствии с этим в дизельных двигателях применяют различные способы смесеобразования.
В момент подхода поршня к ВМТ в цилиндр расширительной машине впрыскивается топливо, которое воспламеняется от сильно нагретого воздуха. Для впрыска топлива в цилиндр расширительной машины оно сжимается в специальном насосе. Давление топлива в насосе должно превышать давление воздуха в цилиндре расширительной машины, так как только в этом случае топливо будет поступать в цилиндр. При поступлении топлива в цилиндр расширительной машины происходит его распыление с помощью специального устройства, называемого форсункой. В процессе распыления струя топлива измельчается на мельчайшие частички. Чем больше частичек, тем больше площадь их контакта с сильно нагретым при сжатии воздухом. От площади контакта частичек с воздухом зависит скорость их испарения. Для быстрого сгорания топлива его необходимо перевести в газообразное (паровое) состояние и быстро смешать с воздухом. Таким образом, в данном случае горючая смесь готовится внутри цилиндра расширительной машины, поэтому такие двигатели называют двигателями с внутренним смесеобразованием или дизельными двигателями. В них сгорание топлива происходит несколько медленнее, чем в двигателях с внешним смесеобразованием (бензиновых двигателях).
С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.
Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов.
Основной впрыск обеспечивает работу двигателя.
Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).
Задача
tто2 = tнто2 *К2 * К5
tсо = tто2 * Ксо
Ксо – 0,5 очень хол./жарк.
12 Тормозные свойства автомобиля
11.1. Измерители тормозных свойств
11.2. Уравнение движения при торможении
11.3. Экстренное торможение
11.4. Время торможения
11.5. Тормозной путь
11.6. Коэффициент эффективности торможения
11.7. Остановочный путь и диаграмма торможения
11.8. Служебное торможение
Рекомендуемые файлы
11.9. Распределение тормозных сил по колесам автомобиля
11.10. Торможение автопоезда
11.10. Влияние различных факторов на тормозные свойства
Тормозные свойства имеют важное значение при эксплуатации автомобилей, так как от них во многом зависит безопасность движения. Чем лучше тормозные свойства, тем выше безопасность движения, средняя скорость и производительность автомобиля.
11.1. Измерители тормозных свойств
Нагрузка на автомобиль оказывает существенное влияние на его тормозные свойства. Поэтому в процессе эксплуатации для проверки эффективности тормозных механизмов в качестве измерителей используют максимально допустимый тормозной путь и минимально допустимое замедление автомобиля без нагрузки и с полной нагрузкой.
Нормативные значения измерителей тормозных свойств автомобиля без нагрузки при торможении на сухой асфальтовой горизонтальной дороге регламентированы правилами дорожного движения.
11.2. Уравнение движения при торможении
Уравнение движения автомобиля выведем для случая торможения на горизонтальной дороге (рис. 11.1). Спроецируем все силы, действующие на автомобиль, на плоскость дороги и получим следующее уравнение движения при торможении:
Замедление при торможении определим из этого уравнения, представив его в следующем виде:
Рис. 11.1. Силы, действующие на автомобиль при торможении откуда
Значение замедления зависит от режима торможения автомобиля. При эксплуатации применяется экстренное (аварийное) и служебное торможение.
11.3. Экстренное торможение
Экстренным называется режим торможения, при котором тормозные силы на колесах автомобиля достигают максимально возможного значения по сцеплению.
При этом колесо находится на грани юза (полного скольжения), но еще катится с некоторым проскальзыванием. Как показали исследования, максимальное значение тормозной силы на колесе достигается при его 15. 30%-ном проскальзывании.
При экстренном торможении скорость автомобиля резко падает, поэтому влияние силы сопротивления воздуха незначительно. Уравнение движения автомобиля при экстренном торможении принимает следующий вид:
Так как при экстренном торможении касательные реакции дороги на передних и задних колесах имеют максимально возможные значения по сцеплению, то
С учетом этого выражения для горизонтальной дороги и современных автомобильных дорог, имеющих небольшие уклоны, при экстренном торможении замедление
где φx — коэффициент сцепления колес с дорогой.
Если во время торможения значение коэффициента сцепления колес с дорогой не изменяется, то замедление не зависит от скорости в течение всего периода торможения (рис. 11.2).
Рис. 11.2. Зависимости замедления jз времени торможения tтор,
тормозного Smop остановочного S0 путей автомобиля от скорости движения v
11.4. Время торможения
(Для определения времени торможения представим замедление следующем виде:
Проинтегрировав последнее выражение, определим время торможения:
где vH и vK — значения скорости автомобиля соответственно в начале и конце торможения, выраженные в м/с, или
При торможении автомобиля до полной остановки, когда vK = 0, время торможения
Из этого выражения следует, что время торможения автомобиля связано линейной зависимостью со скоростью (см. рис. 11.2).
11.5. Тормозной путь
Тормозным называется путь, проходимый автомобилем за время полного торможения, в течение которого замедление имеет максимальное значение.
Используя соотношения 
, выражение для
dS представим в виде 
Проинтегрировав это выражение, найдем тормозной путь:
При торможении до полной остановки
Из этого выражения видно, что тормозной путь автомобиля характеризуется квадратичной зависимостью от скорости. При возрастании начальной скорости тормозной путь быстро увеличивается (см. рис. 11.2).
11.6. 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 кэ. 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
11.7. 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
где Sa — дополнительный путь, м, или
где t‘p = 0,2. 1,5 с — время реакции водителя, зависящее от его возраста, квалификации, утомляемости и т.д.; tnp — 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); ty = 0,2. 0,5 с — время увеличения замедления от нуля до максимального значения; vH — скорость автомобиля в начале торможения, км/ч.
Остановочный путь автомобиль проходит за остановочное время
Диаграмма торможения (рис. 11.3) представляет собой график изменения замедления и скорости автомобиля во времени при торможении. Она характеризует интенсивность торможения автомобиля с учетом всех составляющих остановочного времени.
Рис. 11.3. Диаграмма торможения автомобиля
11.8. Служебное торможение
Служебным называется такой режим торможения, при котором тормозные силы на колесах автомобиля не достигают максимально возможного значения по сцеплению.
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 двигателе 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 (не нагретые) 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. 11.4, б). Этот способ обеспечивает плавное торможение с замедлением 1. 2 м/с 2 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. 11.4. Схемы моторного (а) и электродинамического (б) тормозов-замедлителей:
1 — заслонка; 2 — ротор; 3 — электромагнит
11.9. Распределение тормозных сил по колесам автомобиля
При торможении на горизонтальной дороге (см. рис. 11.1) действие силы инерции Ри, приложенной в центре тяжести, которое характеризуется плечом, равным hц, приводит к перераспределению нагрузки на колеса. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Следовательно, нормальные реакции RZ1 и RZ2, воспринимаемые колесами при торможении, значительно отличаются от нагрузок G1 и G2, 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 тР1 и тР2 найдем сначала нормальные реакции RZ1 и RZ2 при 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:
При экстренном торможении на горизонтальной дороге
Тогда уравнение моментов примет вид
Спроецируем все силы на вертикальную плоскость и получим
Решим совместно два последних уравнения и найдем нормальные реакции дороги, действующие на передние и задние колеса при торможении:
Используя полученные выражения для RZi и RZ2 и учитывая, что
находим коэффициенты изменения реакций при торможении для передних и задних колес соответственно:
Как показали исследования, при торможении предельные значения 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 φопт = 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 (φх > φопт), 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, 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 Рс