Требования к тормозным управлениям

ТОРМОЗНЫЕ УПРАВЛЕНИЯ

Назначение тормозного управления

Тормозное управление автомобиля предназначено для выпол­нения двух родственных функций - торможения автомобиля с за­даваемой водителем интенсивностью с целью снижения скорости или поддержания ее в заданных пределах (например, при движении под уклон) и удержания автомобиля в остановленном состоянии.

Процесс торможения движущегося автомобиля заключается в создании искусственного сопротивления этому движению. Обычно (за исключением рекордных автомобилей, для торможения которых могут использоваться парашютные системы) уменьшение скорости автомобиля вплоть до его полной остановки осуществляется путем создания реактивных тормозных сил в контакте колес с дорогой, направленных в сторону, противоположную движению. Тормозные силы создаются и для удерживания автомобиля на месте. В свою очередь, возникновение тормозной силы достигается за счет торможения колеса специальным, обычно фрикционным, устрой­ством - тормозным механизмом. Именно в тормозных механизмах в большинстве случаев торможения автомобиля происходит погло­щение энергии.

Наиболее высокая эффективность требуется от тормозного уп­равления при экстренных торможениях (экстренным называется торможение с целью максимально быстрого уменьшения скорости). Именно на такие режимы должно быть рассчитано тормозное уп­равление, хотя они составляют не более 1—3% от общего числа включений тормозов и тем реже встречаются, чем выше квалифи­кация водителя.

Требования к тормозным управлениям

Моментом начала торможения при анализе работы тормозных управлений считается начало воздействия водителем на орган уп­равления (нажатие на педаль). Снижение скорости автомобиля при этом начинается с некоторым запаздыванием, поскольку требуется некоторое время, в течение которого тормозная сила увеличится от нуля до необходимой величины. Это время в зависимости от

Рис. 14.1. Силы, действующие на автомобиль при его торможении

типа автомобильного транспортного средства и его тормозного уп­равления может составлять от 0,15 до 1,5 секунды. На рис. 14.1 показано, как возникшие по истечении этого времени тормозные силы Rт₁ и Rт₂, направленные против силы инерции pj и состав­ляющей веса автомобиля Ga • sin а, препятствуют движению авто­мобиля (приводя к снижению его скорости или полной его оста­новке). Составляющая веса (скатывающая сила) в зависимости от знака и величины угла а может быть положительна, равна нулю или отрицательна, а сила инерции равна нулю при удержании автомобиля на месте и при равномерном движении на спуске.

Очевидно, что для получения больших замедлений нужны боль­шие силы Ят, для чего к колесам со стороны тормозных механизмов нужно подводить большие тормозные моменты Мт. Однако величина RT зависит не только от величины тормозного момента, но и от условий сцепления колес с дорогой. Эти условия характеризуются силами сцепления, равными произведениям нормальных реакций на коэффициент сцепления, зависящий от типа и состояния до­рожной поверхности и характеристик шин. На каждом колесе сила #j может изменяться в широких пределах, но не может превысить силы сцепления. Если же сила /^ становится равной силе сцепления, то колесо прекращает вращение (блокируется или, как говорят, движется юзом), что отрицательно сказывается на долговечности шин, устойчивости и управляемости движения.

Перечисленные обстоятельства требуют точного дозирования тормозных моментов для обеспечения наиболее эффективного в конкретных условиях процесса торможения автомобиля. Однако дело осложняется тем, что переменной является не только величина коэффициента сцепления колес с дорогой, но и вертикальная ре­акция /?г, действующая на каждое из колес. Из рис. 14.1 видно, что сила инерции Р}- и составляющая веса Ga • sin а приложены в центре масс автомобиля, а уравновешивающие их силы Лт — в плос­кости дороги. Вследствие наличия плеча hg при движении автомобиля на подъеме или на спуске, а также при торможении или разгоне происходит перераспределение нормальных реакций R^ и Rg. В общем случае соотношение этих реакций зависит от координат центра масс автомобиля, величины его колесной базы, угла про­дольного наклона дороги, продольного замедления и от других факторов. Таким образом, нормальная реакция колес, то есть та сила, которая при прочих равных условиях определяет максимально возможную тормозную силу, является функцией многих величин, из которых почти все переменны. Так, масса автомобиля и коор­динаты центра масс изменяются при загрузке и разгрузке, вызывая так называемое статическое изменение нормальных реакций колес, а угол продольного уклона дороги и замедление автомобиля, не­прерывно изменяющиеся в процессе движения, приводят к допол­нительному динамическому перераспределению этих реакций.

При постоянном соотношении эффективности тормозных ме­ханизмов передних и задних колес только в частном случае может быть обеспечена наивысшая эффективность тормозного управления. При изменении условий будет происходить опережающая блоки­ровка каких-либо (передних или задних) колес, тогда как возмож­ности реализации тормозных сил на других колесах не будут пол­ностью использованы. В этих условиях не удастся получить на­ибольшее возможное для данных условий движения замедление, при этом случай блокировки задних колес на скользкой дороге наиболее опасен, так как это может вызвать прогрессирующий занос автомобиля.

Поворот автомобиля вокруг вертикальной оси и уход с заданной полосы движения возможен и при меньших, чем предельные, тор­мозных силах. Например, так бывает при неодновременном сра­батывании механизмов или при большой разнице действующих на правом и левом бортах тормозных сил. Потеря устойчивости дви­жения может произойти при неправильной работе тормозных ме­ханизмов или, что бывает чаще, различии коэффициентов сцепления справа и слева, например, при попадании правых колес на замерзшую лужу около бордюра.

Важно также иметь возможность получения больших замедлений в течение всего времени длительного торможения или во время нескольких, следующих друг за другом энергичных торможений. На таких режимах тормозной механизм сильно нагревается, переводя в тепло кинетическую (или потенциальную при торможении на спуске) энергию автомобиля, что влечет за собой падение коэф­фициента трения и снижение тормозного момента. Подобное по­ложение отрицательно сказывается как на величине тормозного пути, так и на устойчивости автомобиля при торможении из-за

часто имеющего место неодинакового изменения коэффициента трения в тормозных механизмах правого и левого бортов автомобиля. В связи с изложенным, а также исходя из некоторых других очевидных положений, к тормозному управлению автомобилей предъявляются следующие основные требования:

1. Высокая эффективность. Она оценивается расстоянием, прой­денным автомобилем за время торможения (тормозным путем), и обеспечивается небольшим временем срабатывания тормозного управления, достаточной величиной тормозных моментов и пра­вильным распределением тормозных сил между передними и задними колесами.

2. Обеспечение устойчивости автомобиля при торможении. Это до­стигается, в частности, за счет синхронности срабатывания тор­мозных механизмов и равенства тормозных сил по бортам ав­томобиля.

3. Высокая стабильность тормозных моментов, обеспечивающая вы­полнение предыдущих требований. Для реализации этого требо­вания необходимо, в частности, обеспечить хороший теплоотвод от поверхностей трения тормозных механизмов.

4. Обеспечение пропорциональности между управляющим усилием во­дителя и тормозным эффектом на всех режимах торможения и растормаживания. Это требование часто определяют термином «следящее действие».

5. Удобство управления. В частности, по действующим нормам рас­четное замедление автомобиля должно обеспечиваться при уси­лии водителя на педаль, не превышающем 500 Н для легковых и 700 Н для грузовых автомобилей.

6. Повышенная надежность. Так как тормозное управление играет определяющую роль в обеспечении активной безопасности транспортного средства, должно быть гарантировано сохранение работоспособности ряда его элементов в течение всего срока службы автомобиля, независимо от условий эксплуатации.