Определение динамических качеств автомобиля при торможении
Тяговые и тормозные свойства автомобиля тесно связаны между собой. Чем больше средняя скорость движения, тем лучше должны быть тормозные свойства. Требуется определить максимальные тормозные свойства автомобиля, которые зависят от конструкции и технического состояния машины, тип и состояние дороги, действия водителя, атмосферные условия и т.п.
Действия всех факторов полно учитывается максимальным замедлением при торможении tтор и тормозным путем Sтор .
| Схема тормозного барабанного механизма и действующих сил | Р1 – сила которая прижимает колодки при торможении к тормозному барабану; Ртр – сила трения, которая возникает между колодками и барабанами при торможении, эта сила образует пару, плечо которой равно диаметру тормозного барабана; Р2 – сила создаваемая разжимным устройством; R – равнодействующая силы трения. |
Между колесом и дорогой при торможении возникает тормозное усилие Ртор , сила инерции Рј и появляется момент трения Мтр , который направлен в противоположную сторону вращения колеса, (создается фрикционными накладками за счет сил трения Ртр).
Максимальная тормозная сила на одном колесе равна силе сцепления колеса с дорогой:
| RZ – нормальная реакция на колесе (опорная сила колеса и дороги); j - коэффициент сцепления колесо-дорога. |
Уравнение тягового баланса при торможении имеет следующий вид:
| . |
При торможении РW стремится к нулю, тогда факторы замедления при торможении можно определить решением уравнения движения машины при торможении с отключенным двигателем от трансмиссии, в соответствии с выражением основных сил действующих при торможении:
Если принять в расчет, максимальную тормозную силу при наличии тормозов на передних и задних колесах, то сила торможения определится как Ртор мах = G∙j; сила инерции движения определится как Рј = (G/g)∙јтор . Сопротивление движению по сравнению с тормозными силами мало, то максимальное замедление можно определить из выражения:
| g·j. |
Время торможения до остановки находится при интегрировании уравнения замедления автомобиля:
| , где – скорость автомобиля в момент начала торможения. |
Путь торможения до остановки можно найти при интегрировании уравнения времени торможения:
| . |
К расчету принимаем значения
Результаты вычислений (4.1),(4.2) и (4.3) занесены в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 Тормозные свойства автомобиля.
| Параметры | Начальная скорость торможения, м/с. | ||||
| jтор | |||||
| tтор | |||||
| Sтор |
По данным таблицы 4.1 строятся графики (jтор – V); (tтор – V); (Sтор – V).
Тормозные свойства автомобиля оказывают влияние не только на безопасность движения, но и на среднюю скорость движения.
Допустимая по тормозным свойствам скорость движения автомобиля … может быть определена из условия:
| , где – остановочный путь автомобиля; - расстояние безопасности (обычно равным 5…10 м); - расстояние видимости водителем дороги до препятствия на пути. |
Подставляя в условие уравнения для остановочного пути автомобиля и значения
, получаем квадратное уравнение. Корнями решения которого является искомая величина .
Остановочный путь автомобиля определяют по формуле6
где - допустимая по тормозным свойствам скорость движения автомобиля, м/с;
- время реакции водителя, с (в зависимости от индивидуальных качеств, квалификации водителя, степени его утомленности, дорожной обстановки и т.п.. может изменяться в пределах 0,2…1,5 с. При расчетах принимают среднее значение =0,8с);
- время запаздывания тормозного привода, с (у технически исправной тормозной системы с гидроприводом и дисковыми тормозными механизмами
= 0,05…0,07 с, с барабанными тормозными механизмами = 0,15…0,20 с, у системы с пневмоприводом = 0,20…0,40 с);
- время нарастания замедления (тормозных сил) от нуля до установившегося значения, с (в расчетах можно принять: для легковых автомобилей = 0,05…0,20 с: для грузовых автомобилей с гидроприводом = 0,05…0,40 с, для грузовых автомобилей с пневмоприводом = 0,15…1,50 с, для автобусов
= 0,20…1,30 с);
g – ускорение свободного падения, м/с2 (g = 9.81 м/с2);
jХ – коэффициент продольного сцепления колеса с дорогой.
Расстояние видимости водителем дороги до препятствия для светлого времени суток 100…300 м. а для темного времени при пользовании фарами определяют по формуле:
где – максимальная протяженность участка дороги, освещенного фарами (для дальнего света = 100 м, для ближнего света = 50 м);
m = 1,8 с – коэффициент, учитывающий уменьшения расстояния видимости от скорости движения.
Механическая безопасность транспортных средств для водителя и пассажиров определяется по различным методикам (краш-тестами).
Наиболее известны в мировой практике методики EuroNCAP, NHTSA, IIHS, NASVA, ANCAP, C-NCAP, нормы ЕСЕ R94.
EuroNCAP (European New Car Assessment Program) — это международное некоммерческое объединение, проводящее тестирование безопасности легковых автомобилей.
NHTSA (National Highway Traffic Safety Administration) — американская правительственная организация, служащая для обеспечения безопасности на дорогах.
IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) — Американский институт дорожной безопасности.
NASVA (National Agency for Automotive Safety & Victims Aid) — японская национальная организация автомобильной безопасности и помощи жертвам ДТП.
ANCAP (Australian New Car Assessment Program) — Организация Australian NCAP проводит краш-тестирование автомобилей, использующихся в Австралии и Новой Зеландии.
C-NCAP — методика, разработанная Китайским автомобильным исследовательским центром (CATARC). По ней тестируются автомобили, выпущенные в Китае совместными предприятиями и китайскими национальными производителями.
ЕСЕ R94 — автомобильный технический стандарт Европейского союза.
Показатели и особенности их определения систематизированы в табл.
Сравнительная характеристика методов определения безопасности водителя и пассажиров транспортных средств
| EuroNCAP | NHTSA | IIHS | NASVA | ANCAP | C-NCAP | ЕСЕ R94 | |
| Фронтальный краш-тест | |||||||
| Недеформируемый барьер без перекрытия | Нет | 56 км/ч | Нет | 55 км/ч | Нет | Да | |
| Деформируемый барьер 40%-ное перекрытие | 64 км/ч | Нет | 64 км/ч | Да | 64 км/ч | Да | 56 км/ч |
| Боковой краш-тест | |||||||
| Тележка | 50 км/ч | Да | 50 км/ч | 55 км/ч | 50 км/ч | Да | - |
| Столб | 29 км/ч | Нет | Нет | Нет | Да | Нет | - |
| Имитация наезда на пешехода | |||||||
| "Обстрел" бампера, капота и лобового стекла муляжами головы | 40 км/ч | Нет | Нет | 35 км/ч | Да | Нет | |
| Дополнительно | |||||||
| СНРБ (сигнализации о непристегнутых ремнях безопасности) | Да | Нет | Нет | Нет | Да | Нет | |
| Безопасность детей | Да | Нет | Нет | Нет | Нет | Нет | - |
| Тест на переворот | Нет | Да | Нет | Нет | Нет | Нет | - |
| Наезд на столб задом | Нет | Нет | Да | Нет | Нет | Нет | - |
Рассмотрим подробнее методику испытаний EuroNCAP.
Определение безопасности при фронтальном ударе (рис.) заключается в следующем.
Рис. Имитация фронтального столкновения (с деформируемым барьером на скорости 64 км/ч)
Манекены располагаются на передних сиденьях (водитель и пассажир). Оба манекена пристегивают ремнями безопасности. Удар проводят о непрочный барьер, который перекрывает 40% передней части автомобиля. При ударе скорость автомобиля составляет 64 км/ч. На манекенах проверяют вероятность травмирования головы, шеи, грудной клетки и ног. Также оценивают повреждения и деформации автомобиля. По этим результатам дают оценку степени защиты пассажиров по 5-балльной шкале.
При 100-процентной защите максимальная оценка составляет 16 баллов за тест.
Определение степени безопасности при боковом ударе с барьером (рис.) Имеет следующие особенности.
Рис. Имитация бокового столкновения с барьером в зоне дверей на скорости 50 км/ч
Вагонетка шириной 1,5 м на скорости 50 км/ч ударяет неподвижный автомобиль в бок со стороны водителя. Передняя часть вагонетки имитирует переднюю часть обычного автомобиля. После удара на манекене водителя проверяют вероятность травмирования головы, грудной клетки, живота и таза. Результаты оценивают по 5-балльной шкале.
При 100-процентной защите максимальная оценка составляет 16 баллов за тест.
Определение безопасности при боковом ударе в столб проводится при движении автомобиля боком со скоростью 29 км/ч и столкновении с твердым столбом диаметром 254 мм (рис.). После удара проверяется вероятность травмирования водителя и пассажиров. Результаты оцениваются по балльной шкале.
Рис. Имитация бокового столкновения со столбом в районе центральной стойки на скорости 29 км/ч
Определение безопасности воздействия на пешехода проводится на скорости 40 км/ч (рис.). Анализируется вероятность и характер наносимых травм, по результатам проводится балльная оценка.
Рис. Имитация столкновения с пешеходом
При испытании учитываются рост, вес, возраст человека. Участки воздействия на тело человека определяются по этим трем параметрам.