Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ANALYSIS OF BRAKING AND TRACTION PROPERTIES CARS

Dorokhin S.V. 1 Skvortsova T.V. 1 Logachev V.N. 1 Gubarev V.Yu. 1
1 Voronezh State Academy of Forestry Engineering and Technologies
Благоприятное разрешение противоречие «скорость–опасность» зависит от совершенства ряда компо-нентов, которые образуют процесс дорожного движения: транспортных средств, дорожных условий, от подготовленности и дисциплинированности водителей, от качества управления дорожным движением, а также ряда кон¬структивных особенностей автомобилей; качества тормозной систе¬мы, от устойчивости автомобилей и других причин, которые позволяют разрешить эти противоречия за счет их совершенства и периодического контроля. Проведенные исследования показали, что за счет возрастания насосных по-терь в цилиндре создается значительное разряжение, нарушается процесс горения, уменьшается индика-торный коэффициент полезного действия, и частота вращения коленчатого вала падает. В дизельных дви¬гателях регулятор числа оборотов в это время перемещает рейку топливного насоса в сторону увели-чения цикловой подачи, как бы стараясь придерживать падение числа оборотов, и имитирует тем самым нагрузку (увеличивает расход топлива до максимума) дизеля. Для карбюраторных двигателей повышен-ное разряжение в цилиндрах на несколько секунд создает большее поступление топлива из карбюратора. Все это требует в начале большей затраты дополни¬тельного тормозного усилия и приводит к усиленному нагреву и неэффективному изнашиванию трущихся поверхностей тормозов и шины.
Favorable resolution of conflict " speed - risk " depends on the perfection of a number of components that consti-tute the process of traffic : vehicles, road conditions, the level of preparation and discipline of the drivers , the quality of traffic control, as well as some design features of cars , the quality of the brake system, from stability of cars and other reasons, which allow to resolve these contradictions by their perfection and periodic monitoring. Studies have shown that by increasing the pumping losses in the cylinder, a substantial depression, disrupted the process of combustion, indicating reduced efficiency and the engine speed drops. In diesel engines, speed controller at this time transporting rail fuel pump upward cycle supply, as if trying to hold the drop in the number of turns and thus simulates the load ( increase fuel consumption to high) diesel. For gasoline engines high vacuum in the cylinders for a few seconds creates a greater flow of fuel from the carburetor. All this requires a greater expendi-ture in the early additional braking force and leads to increased heat and wear of rubbing surfaces inefficient brakes and tires.
slowing power
roll
stopping distance
braking distance
safety
braking
acceleration

Введение. Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны меж­ду собой. Чем больше мощность двигателя, тем больше при необхо­димости можно создать тяговое усилие на ведущих колесах и улуч­шить разгонное качество автомобиля. Это требует во всевозрастающем транспортном потоке уделять большое внимание обеспечению безопасности движения, а, следовательно, улучшить тормозные свой­ства автомобилей.

Торможение автомобиля – основное средство предотвращения ДТП, поэтому оно имеет важнейшее значение для безопасности дви­жения.

Основными измерителями тормозных свойств автомобиля являются максимальное замедление при торможении () и тормозной путь ().

Величины замедления можно представить в виде [1] :

, (1)

где – ускорение автомобиля (знак минус указывает на то, что происходит замедление движения); – коэффициент продольного сцепления шин с дорогой; – ускорение силы тяжести.

Полагая м/с2, можно считать, что при экстренном торможении автомобилей всех моделей на сухом асфальтобетоне максимальное замедление будет порядка =7,5 …8 м/с2. В условиях эксплуатации, чтобы избежать повышенного износа тормозов и шин, при служебном торможении, замедление не создает больше 1,5...2,5 м/с2.

При торможении автомобиля с целью уменьшения скорости путь можно определить следующей формулой [1,6]:

, (2)

где – скорость автомобиля в момент начала торможения; – скорость автомобиля в момент окончания торможения.

Теоретический анализ. Подробно рассмотрим процесс торможения по этим показателям с различными приемами, анализируя при этом различные способы поглощения кинетической энергии.

Известно, что время равномерного движения автомобиля обыч­но мало по сравнению с общим временем его работы. Автомобили движутся равномерно всего 15...25 времени, от 30 до 45 % времени приходится на ускоренное движение и 30...40 % – дви­жение накатом и торможение. Исходя из этого, для безопасного движения большое значение имеют разгонные и тормозные качества автомобилей. Во время разгона двигатель развивает мощность, близ­кую к максимальной. Повышение при этом тяговых качеств обеспе­чивается, прежде всего, за счет возможности использования почти в течение всего процесса разгона максимальной мощности двигателя. Если имеется возможность определить максимальную мощность двига­теля без снятия его с автомобиля, тогда при установлении разгон­ного качества автомобиля целесообразно учитывать максимальную мощность двигателя при данном его техническом состоянии.

При движении накатом двигатель отъединен от трансмиссии, крутящий момент к ведущим колесам не подводится и тяговая сила отсутствует. Поглощение кинетической энергии при этом происходит за счет мощнос­ти затрачиваемой на преодоление трения в трансмиссии и гидравли­ческих потерь. Величина этой мощности незначительна и поэтому замедление происходит очень медленно.

Величина тормозного пути при торможении с максимальной ин­тенсивностью прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения. Поэтому при увеличении скорости дви­жения автомобиля величина тормозного пути растет особенно быс­тро. Следовательно, знание скорости движения автомобиля перед экстренным торможением и мощность, затрачиваемая на торможение, дает возможность раскрыть механизм дорожного происшествия и техническую возможность его предотвращения, а также принять меры предупреждения.

Методика. При выводе формул для пути и времени торможения не учиты­валось состояние тормозных механизмов (износ, регулировка, за­грязненность), а также несоответствие распределения тормозной силы по колесам. Поэтому фактически минимальный тормозной путь оказывается на 20...40 % больше теоретического [2, 4].

Для учета эксплуатационных условий Д.П. Великанов [1] предложил ввести в формулу торможения коэффициент , который учитывает степень использования полной теоретически возможной эффективности действия тормозной системы:

. (3)

Величина коэффициента эффективности торможения Кэ в сред­нем равна 1,2 для легковых автомобилей и 1,4...1,6 для грузовых автомобилей и автобусов.

Величина учитывает лишь путь, проходимый непосредст­венно за время полного торможения. Полный (остановочный) путь , необходимый для остановки автомобиля, больше , так в него входит также путь, проходимый автомобилем за время водителя () (в течение времени, которое он с момента обнаружения препятствия принимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления подачи топлива на педаль тормоза), за время запаздывания срабатывания тормозного привода () (в течение времени, при котором выбирается свободный ход педали тормоза до прижатия тормозных колодок к барабану и возникновения тормозного момента или замедления) и за время постепенного увеличения замедления от нуля (начало действия тормозов) до мак­симального значения ().

Таким образом, остановочный путь автомобиля складывается из четырех отрезков пути, соответствующих четырех промежутков временя: . Следовательно, остановочный путь – это расстояние, которое пройдет автомобиль от момента обнаружения водителем опасности до момента остановки автомобиля.

Замедление автомобиля за время изменяется по закону, весьма близкому к линейному. Поэтому можно считать, что за это время автомобиль движется равнозамедленно с замедлением, равным . С учетом этого, остановочный путь можно определить следующим образом:

. (4)

Время зависит от индивидуальных особенностей и квалификации водителей и находится в пределах 0,4...1 с. В расчетах обычно принимают с. В течение времени происходят перемещения всех подвижных деталей тормозного привода. Оно зависит от типа тормозного привода, а также от его технического сос­тояния и находится в пределах 0,2...0,4 с для гидравлического и 0,6...0,8 с – для пневматического приводов. У автопоездов с пневматическим тормозным приводом =1 … 2 с. С достаточной для прак­тики точностью можно считать, что за время автомобиль движется равномерно, сохраняя начальную скорость. Время зависит от эффективности торможения, нагрузки автомобиля, типа и состоя­ния дорожного покрытия. Исходя из этого, при экстренном торможе­нии груженного автомобиля на сухом асфальтобетоне с достаточной точностью можно определить следующей формулой [10] :

, (5)

где – время увеличения замедления при экстренном торможении автомобиля без груза в заданных дорожных условиях; – вес автомобиля без груза; – вес груза.

Приращение скорости за время можно определить формулой:

. (6)

Следовательно, скорость в начале экстренного торможения с замедлением равна:

. (7)

Если же в дальнейшем автомобиль движется равнозамедленно с замедлением и останавливается в конце торможения, то скорость в течение времени уменьшается по линейному закону от значения до нуля.

Тогда:

. (8)

Решая полученное уравнение, относительно времени , получим:

. (9)

При «ударном» или быстром нажатии на педаль тормоза значение колеблется в пределах: для гидравлического привода 0,15...0,25 с, а для пневматического привода 0,4...0,8 с. При этом можно считать, что тормозная сила нарастает почти равномерно. Из всех перечисленных величин аналитически определяется лишь , а все остальные находятся экспериментально.

Торможение автомобиля с периодическим прекращением действия тормозной системы также является одним из приемов эффектив­ного торможения. Однако этот способ можно рекомендовать только водителям высокой квалификации, так как для того, чтобы удержать колеса автомобиля на грани юза, не допуская их скольжения, необ­ходимы опыт и большое внимание.

Исследованиями установлено, что тормозная мощность двигателя при обычном торможении составляет около 40 % от его эффективной мощности. Тормозная мощность двигателя складывается из затрачиваемых на преодоление сил трения в двигателе механические потери, привод вспомогательных агрегатов двигателя и насосные потери.

Основная часть механических потерь двигателя (50…60 %) составляет трение в поршневой группе, которое в свою очередь состоит от силы трения поршневых колец и трения поршня:

. (10)

Наиболее точно эти силы могут определяться следующими формулами [3, 7]:

(11)

, (12)

Где 1…5 указывает номера колец; – среднее давление колец; – давление от собственной упругости кольца; – площадь опорной поверхности кольца; – нормальная сил, действующих на поршень; – радиус закругления кромки кольца.

По мере износа цилиндропоршневой группы давление собственной упругости кольца уменьшается. При износе кольца по радиальной толщине на элементарную величину изменение упругости поршневого кольца [1, 6]:

, (13)

где – зазор в стыке кольца; – коэффициент относительного изнашивания; а – радиальная толщина кольца; – упругость неизношенного кольца.

Толщина поршневых колец и гильзы экспоненциально изменяется по убыванию в процессе эксплуатации:

, (14)

где – диаметр кольца, гильзы в конце приработки; – коэффициент интенсификации изнашивания; – пробег автомобиля.

Практически площадь просвета между кольцом и гильзой про­порционально износу гильзы. Тогда зазор будет равным износу гильзы:

. (15)

Значительное влияние на тормозной момент двигателя оказы­вает температура смазывавшего масла. Это объясняется температурно-вязкостными свойствами масла и ухудшением условий смазки трущихся поверхностей.

Для определения динамической вязкости масла ( ) [3, 8]:

, (16)

где и – соответственно температура всасывания воздуха и охлаждавшей воды; и – соответственно давления сжатия и всасывания; – вязкость масла при 50°С.

Для обычных двигателей со свободным впуском (без турбонаддува) насосные потери составляют 10…20 % от всех потерь двигате­ля и имеют место во всех тактах при нормальной работе двигате­ля кроме рабочего хода. Но в процессе переработки в изношенном двигателе увеличивается прорыв газов в картер за такт сжатия, и снижаются насосные потери. Давление в конце сжатия двигателя с учетом прорыва и без учета прорыва можно определить по следующей формуле:

, (17)

где – давление начала сжатия; и – показатели политропы сжатия соответственно с учетом и без учета прорыва газов.

находим из следующего формулы:

, (18)

где – соответственно масса заряда в начале и в конце сжатия.

Изменение работы за политропический процесс сжатия будет:

, (19)

где – объем заряда в начале и конце сжатия. Изменение насосных потерь в такте всасывания и выпуска зависит от засоренности воздухоочистителя и глушителя и требует более глубокого анализа.

При обеспечении безопасности движения экстренным тормозом совместно рабочим тормозом и двигателем при различных наработках значения указанных сил еще больше изменятся.

Затраты мощности на привод вспомогательных агрегатов растут с ростом числа оборотов по степенному закону и изменение значения по технической причине подменяется аналитической зависимостью.

Вывод. Чем больше разгоняется автомобиль (имеет лучшие тяговые качества для увеличения скорости), тем при необходимости требу­ется эффективное торможение. Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны между собой. В связи с нерациональным рас­ходом топлива на разгоне, предшествующем торможению и возраста­нию при этом других потерь, надо при этом добиться наименьшего остановочного или тормозного пути. Поэтому, с целью обеспечения активной безопасности дорожного движения при диагностировании технического состояния тормоз­ного механизма необходимо иметь взаимосвязь между мощностью двига­теля, которая используется для создания тяги, осуществлявшей разгон автомобиля. По мощности, затрачиваемой на торможение при движении автомобиля, можно оценивать техническое состояние тор­мозов.

Рецензенты:

Скрыпников А.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры информационные технологии моделирования и управления ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», г. Воронеж.

Кондрашова Е.В., д.т.н., профессор кафедры технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», г. Воронеж.