Динамика

34

jз

J3

Va

Рис. 3.1. Качественное изменение замедления автомобиля от скорости его движения

Необходимо учитывать, что максимальное значение тормозной силы ограничено сцеплением шин с дорогой, увеличивать тормозные моменты безгранично нельзя вследствие наступления юза колес при их блокировке.

До блокировки колеса между тормозными накладками и барабаном (диском) действует сила трения скольжения, а в зоне контакта шины с дорогой - трение покоя. После блокировки, наоборот, между трущимися поверхностями тормоза действует сила трения покоя, а в зоне контакта шины с дорогой – сила трения скольжения.

При блокировке затраты энергии на трение в тормозе и качение прекращаются, и все тепло, эквивалентное поглощаемой кинетической энергии автомобиля, выделяется в зоне контакта шины с дорогой. Это приводит к увеличению температуры шины, размягчению резины и уменьшению коэффициента сцепления. Поэтому наибольшая эффективность торможения достигается в случае качения колеса на пределе блокировки:

Х1+Х2=-(Z1+Z2) φ=-mgφ.

Подставляя это соотношение в (3.7), можно найти:

-mgφ + mј3 - Fп - Fв=0,

откуда

j3=(mgφ+Fп +Fв)/m.

(3.9)

35

Различают экстренное и служебное торможение. В аварийной ситуации при экстренном торможении максимальная величина j3 может достигать 7,5…8,0 м/с2. Столь резкое замедление вызывает неприятные ощущения у пассажиров, может явиться причиной перемещения грузов в кузове, а также приводит к ускоренному износу шин.

При служебном (плавном) торможении величина замедления не превышает 2,5 м/с2.

При экстренном торможении тормозная сила Fтор значительно больше сил сопротивления Fп и Fв. Если ими пренебречь, то замедление:

j3=φ g.

(3.10)

Рассчитанное значение замедления по (3.10) получаются несколько завышенными в связи с неодинаковостью тормозных сил по осям автомобиля. По предложению Д.П. Великанова вводят коэффициент эффективности торможения Кэ , учитывающий этот эффект.

Предлагается (при значениях φ > 0,4) вычислять замедление по формуле:

jз	д
	э .	(3.11)

Причем для легковых автомобилей Кэ=1,2, а для грузовых и автопоездов Кэ=1,3…1,4. если же φ < = 0.4, то Кэ = 1.

Продолжительность (время) движения автомобиля при торможении можно определять численным интегрированием уравнения (3.8) совместно с анализом кривых изменения скорости и ускорения (замедления) во времени

(рис. 3.2).

υа, jз

υа’

				jз
						t
	tр	tпр	tу	tт

Рис. 3.2. Изменение скорости и ускорения (замедления) при торможении автомобиля

36

Поскольку время реакции водителя tр и продолжительность срабатывания тормозного привода tпр определены, а продолжительность нарастания замедления tу=0,5 с, найдем основную величину процесса торможения tm.

Будем считать, что за время tу замедление изменяется по линейному закону, следовательно, величина среднего замедления равна 0,5 j3, а скорость в начале полного замедления:

υа ´ = υа -3.6 0.5 j3 ty .

(3.12)

Если принять линейное же изменение скорости на участке tm от величины υа ´ до нуля, то:

υа ´= 3.6 j3 tm,	(3.12а)
Откуда
tm= υа´ / 3.6 j3=(νa-3.6 0.5 j3 ty)/3.6 j3,
или
tm=(νa/3.6 j3)-0.5 ty.	(3.13)
Таким образом, время, необходимое для полной остановки автомобиля
будет:
t0=tр+tпр+0,5ty+(( υа Kэ)/3.6 φ g).	(3.14)

Путь движения автомобиля при торможении определяют графоаналитически аналогично тому, как это делалось при расчете пути разгона.

Можно поступить проще, так как общий остановочный путь складывается из составляющих:

S0=Sр+Sпр+Sу+Sт

(сравните индексы с соответствующими индексами формулы (3.6) ). Понятно, что

Sр=( υа tр)/3.6; Sпр = (νa tпр)/3.6,

а две другие составляющие находим из следующих соображений. Sу, пройденный автомобилем за время ty,

Sy=(νср ∆νa)/13 jср=[(νa+νa´)/2] [(νa-νa´)/13] [2/j3],

или

Sy=[Va2-(νa´)2]/13 j3,

(3.15)

37

В процессе полного торможения замедление j=const, следовательно,

Sm=(νa´)2/2∙13∙j3=(νa´)2/26 j3.

(3.16)

Таким образом, общая длина остановочного пути будет:

S0=[(νa (tр+tпр))/3.6]+[νa2/13 j3]-[(νa´)2/26 j3.

(3.17)

Заменив в последнем выражении скорость Va´, ее значением из формулы (3.12а) и пренебрегая относительно малым членом, содержащим ty2, имеем:

S0=[(νa (tр+tпр))/3.6]+[νa2/13 j3]-[(3,6 j3 tm)2/26 j3] ,

или

S0=νa (tр+tпр)/3.6+[νa2/13 j3]-[(3.6 j3((νa/3.6j3)-0.5ty)2/26j3],

или окончательно

S0=[νa(tр+tпр+0.5ty)/3.6] +νa2/26j3.

(3.18)

Если обозначить

tр+tпр+0,5tу=tсумм,

а величину j3 взять по соотношению (3.11), то

S0=νa tсумм/3.6+Kэ νa2/26φg,

или

S0=νatсумм/3.6+Kэ νa2/255φ.

(3.19)

3.1.2.Торможение с неотключенным двигателем

Данный вид замедления движения автомобиля чаще всего используется при служебном торможении. В процессе принимает участие сопротивление двигателя, возникающее при принудительном прокручивание коленчатого вала.

С учетом того, что в процессе принимает участие тормозной момент Мтд, создаваемый двигателем и момент трения в трансмиссии, тормозная сила по сравнению с (3.2) на ведущих колесах будет:

38

Fтор2=(Мтд ίm+Мтр+Мтор2)/r.

(3.20)

Кроме того, к моменту инерции вращающихся колес добавляется момент инерции двигателя (маховика) Jм, и касательная реакция на ведущих колесах:

Х2= - Fтор2 - [(Jмiт2+J2)ј/r2] - Z2f - Fв. (3.21)

Понятно, что касательная реакция на ведомых колесах не будет отличаться от предыдущего варианта торможения и может быть рассчитана по

(3.3)

Проведя преобразования, аналогичные проведенным в рис.3.31, можно получить уравнение движения автомобиля при торможении с неотключенным двигателем:

m δвр ј = - Fтд - Fтор - Fд - Fв - Fхх,

(3.22)

где,

Fтд = Mтд iм/rη – суммарная сила трения в двигателе, приведенная к ведущим колесам.

При этом замедлении автомобиля при совместном торможении:

jзc=(Fтд+Fхх+Fтор+Fд+Fв)/mδвр. (3.23)

Замедление в случае, если двигатель отсоединен, вычисляется по формуле (3.8).

Если сравнивать соотношения (3.20) и (3.8) , то можно заключить, что целесообразность торможения с неотключенным двигателем определяется следующим развернутым выражением:

[(Fтд+Fхх+Fтор+Fд+Fв)/δвр]>[(Fхх+Fтор+ Fд+Fн)/δн].

(3.24)

Видно, что числитель правой части больше числителя левой на величину Fтд, и казалось бы, что условия неравенства соблюдаются всегда. Однако в знаменателе правой части коэффициент δвр учитывает действие маховика при торможении, а в левой части коэффициент δн учитывает только инерцию колес.

Поэтому вопрос о правомочности неравенства (3.24) решается конкретными величинами Fтд, δвр и δн.

На практике выбор режима торможения зависит от конкретных дорожных обстоятельств и квалификации водителя.

Увеличение замедления, получаемое вследствие тормозящего действия двигателя, обычно невелико, так как последнее частично компенсируется инерцией маховика. Поэтому показатели динамичности при совместном

39

торможении мало отличаются от аналогичных при торможении с отъединенным двигателем.

Однако практическая ценность совместного торможения заключается не столько в уменьшение тормозного пути, сколько в уменьшении напряженности тормозов. При длительном торможении (например, при движении на затяжных спусках) тормозные барабаны (диски) перегреваются. Это вызывает снижение коэффициента трения, а следовательно и тормозного момента, срок службы тормозных систем уменьшается. Кроме того, при торможении с неотключенным двигателем улучшается поперечная устойчивость автомобиля.

40

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

1.История развития науки о динамике автомобиля.

2.Внешняя скоростная характеристика ДВС.

3.Геометрия эластичного колеса.

4.Силы, действующие на колесо автомобиля.

5.Реакции дороги на колесо автомобиля.

6.Реакция дороги при действии равномерного качения автомобиля.

7.Взаимодействие колеса с дорогой при неравномерном вращении.

8.Коэффициент сцепления колес с дорожным покрытием.

9.Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля.

10.Условия движения автомобиля по его тяговой характеристике.

11.Сопротивление движению колес автомобиля.

12.Сопротивление движению по неровностям дороги.

13.Сопротивление движению автомобиля на подъем.

14.Сопротивление воздуха при движении автомобиля.

15.Определение скорости движения автомобиля.

16.Преобразование крутящего момента при передаче энергии от двигателя к колесам.

17.Изменение динамического фактора по скорости движения автомобиля.

18.Условия трогания автомобиля с места.

19.Условия буксования колес автомобиля.

20.Коэффициент сцепления колес с дорогой.

21.Уравнение движения автомобиля.

22.Типовые режимы движения автомобиля.

23.Силовой баланс при движении автомобиля.

24.Динамический фактор.

25.Мощностной баланс автомобиля.

26.Характеристики разгона автомобиля.

27.Графики ускорения автомобиля.

28.Определение графика времени (продолжительности) разгона автомобиля. 29.Определение графика пути разгона автомобиля.

30.Режим движения автомобиля накатом.

31.Основы тормозной динамичности автомобиля.

32.Сопротивление движению дороги.

33.Внешняя скоростная характеристика двигателя.

34.Необходимость введения коробки перемены передач в современных автомобилях.

35.Приведенная сила инерции автомобиля.

36.Уравнение движения автомобиля.

37.Реакции дороги на колеса автомобиля. 38.Перевод мощности из л.с. в КВт. 39.Определение величины ускорения автомобиля. 40.Расчет тяговой силы на колесах автомобиля.

41

Список литературы:

1.Чудаков Е.А. Теория автомобиля. - М.: Машгиз, 1960, 386с.

2.Иларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобиля (теоретический анализ) . – М.: Машиностроение, 1966, 280с.

3.Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. Пер. с англ.-: Машиностроение, 1982.- 284с

42

Учебное издание

Шутов Александр Иванович Новиков Иван Алексеевич Воля Павел Александрович Боровской Алексей Евгеньевич

ОСНОВЫ ДИНАМИКИ АВТОМОБИЛЬНОГО ТРАНСПОРТА

Учебно-методический комплекс

Изд. лиц. ИД № 00434 от 10. 11. 99.
Подписано в печать . Формат 60 84/16.		Усл. п. л.	Уч.-изд. л.
Тираж экз.	Заказ	Цена

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46