Теория движения автомобиля: основные элементы

Тормозная сила и динамическое сопротивление

Для того чтобы тормозная сила смогла противостоять движению, необходимо действие динамического сопротивления. Динамическое сопротивление — это суммарная сила, которая действует на движущееся тело в противоположном направлении относительно его движения.

Динамическое сопротивление может возникнуть по разным причинам. Одна из основных причин — это сопротивление, которое оказывают воздух и другие среды движению тела. Также динамическое сопротивление может быть вызвано трением между различными частями движущегося тела или между телом и поверхностью, по которой оно движется.

Для эффективного противодействия движению необходимо, чтобы тормозная сила была больше или равна динамическому сопротивлению. Если тормозная сила не превышает динамического сопротивления, то тело будет продолжать двигаться с установленной скоростью или не сможет быть остановлено вовсе.

Понимание взаимодействия тормозной силы и динамического сопротивления позволяет разработывать и улучшать системы торможения и создавать более эффективные способы замедления и остановки движущихся тел

Это особенно важно в таких областях, как автомобильная и железнодорожная промышленность, где безопасность и эффективность торможения являются ключевыми факторами

Разгон, ускорение, накат

Мощность двигателя затрачивается на приведение во вращение ведущих колес автомобиля и преодоление сил трения в механизмах трансмиссии.

Если величина усилия, с которым вращаются ведущие колеса, создавая тяговую силу, будет больше чем суммарная сила сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться с ускорением, т.е. с разгоном.

Ускорением называется прирост скорости за единицу времени. Если тяговое усилие равно силам сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться без ускорения с равномерной скоростью. Чем выше максимальная мощность двигателя и меньше величина суммарных сил сопротивления, тем быстрее автомобиль достигнет заданной скорости.

Кроме того, на величину ускорения влияет вес автомобиля, передаточное число коробки передач, главной передачи, количество передач и обтекаемость автомобиля.

Во время движения накапливается определенный запас кинетической энергии, и автомобиль приобретает инерцию. Благодаря инерции автомобиль может двигаться некоторое время с отключенным двигателем – накатом. Движение накатом используют для экономии топлива.

4.1.Определение основных удельных сил движения грузовых вагонов на звеньевом пути.

Расчет удельных сил сопротивления движению грузовых вагонов 
выполнен при расчетной скорости движения локомотива V =
44,2 км/ч.

Основное удельное сопротивления движению груженых грузовых
вагонов

,

где q_0(j)
– осевая нагрузка j категории
вагонов;

a, b, c – эмпирические коэффициенты зависящие от категории вагонов;

V –
скорость движения км/ч.

Основное средневзвешенное удельное сопротивление движению вагонного
состава:

где β_j
– доля вагонов j категории по
весу.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме
тяги:

где a, b, c – эмпирические коэффициенты, зависящие от режима движения
локомотивов.

Основное удельное сопротивление движению локомотива в режиме
холостого хода:

Определение удельной силы сопротивления движения для всего
поезда в режиме тяги:

Определение удельной силы сопротивления движения для всего
поезда в холостого хода:

Расчёт сведём в таблицу 21, приведённую ниже:

Табл.№21. Расчёт основных удельных сил сопротивления
поезду.

Скорость	Удельные силы сопротивления, кгс/т
V,км/ч	Wo»	Wo’	Wox’	Wo	Wox
0,892	1,900	2,400	0,924	0,940
10	0,952	2,030	2,545	0,986	1,002
20	1,037	2,220	2,760	1,074	1,091
30	1,148	2,470	3,045	1,190	1,208
40	1,285	2,780	3,400	1,332	1,352
44,2	1,350	2,928	3,570	1,400	1,420
50	1,447	3,150	3,825	1,501	1,522
57	1,576	3,445	4,164	1,635	1,658
60	1,636	3,580	4,320	1,697	1,721
70	1,850	4,070	4,885	1,920	1,946
80	2,090	4,620	5,520	2,170	2,198
90	2,356	5,230	6,225	2,447	2,478
100	2,647	5,900	7,000	2,750	2,784
110	2,964	6,630	7,845	3,080	3,118

Графики удельных сил на основе таблицы 21 приведены ниже, на
рисунке 4.1.

4.2. Построение диаграммы удельных равнодействующих
сил.

Диаграммы представляют собой графики зависимости
равнодействующей силы от скорости движения поезда по площадке и на прямом
участке пути. Построение осуществляется при обязательном соблюдении зависимости
между масштабами.

На железнодорожном транспорте наиболее распространены
механические и электрические способы торможения.

Основным является механическое торможение, которое может
осуществляться при любом виде тяги.

   При механическом торможении удельная тормозная сила
поезда, кгс/т, определяется по формуле:

где — расчётный коэффициент
трения тормозной колодки о колесо.

Для стандартных чугунных тормозных колодок:

для композиционных колодок:

,

,

где — расчётный тормозной коэффициент
поезда;

       — суммарное
расчётное нажатие на тормозные оси состава, тс;

Для чугунных колодок с повышенным содержанием фосфора
расчетная сила нажатия на тормозную колодку равна:

;

для композиционных колодок:

,

где К – действительная сила
нажатия колодки на ось:

       для чугунных
колодок на груженом режиме К = 7т;

       для композиционных
колодок на груженом режиме К = 8,5т.

Все вычисления по
построению диаграммы удельных равнодействующих сил сведём  в таблицу 22,
приведённую ниже. График удельных равнодействующих сил показан на рисунке 4.2.

Таблица 22. Удельные равнодействующие силы.

V,км/ч	Fк, кгс	fк, кгс/т	Wo’, кгс/т	P*Wo’, кгс	Wo», кгс/т	Q*Wo», кгс	Wo, кгс/т	r1 = fк-Wo, кгс/т	W’ox, кгс/т	P*W’oх, кгс	r2 = -Wох, кгс
66200	11,349	1,900	349,6	0,892	5038,9	0,924	10,425	2,400	441,6	-0,940
10	57300	9,823	2,030	373,5	0,952	5377,8	0,986	8,837	2,545	468,3	-1,002
20	53600	9,189	2,220	408,5	1,037	5858,0	1,074	8,115	2,760	507,8	-1,091
30	51400	8,812	2,470	454,5	1,148	6485,1	1,190	7,622	3,045	560,3	-1,208
40	49600	8,503	2,780	511,5	1,285	7259,0	1,332	7,171	3,400	625,6	-1,352
44,2	49000	8,400	2,928	538,8	1,350	7626,2	1,400	7,000	3,570	656,9	-1,420
50	48000	8,229	3,150	579,6	1,447	8174,1	1,501	6,728	3,825	703,8	-1,522
55			3,358	617,9	1,538	8688,2	1,595		4,064	747,8	-1,618
57	46800	8,023	3,445	633,9	1,576	8902,8	1,635	6,388	4,164	766,2	-1,658
60	42600	7,303	3,580	658,7	1,636	9241,8	1,697	5,606	4,320	794,9	-1,721
70	30000	5,143	4,070	748,9	1,850	10450,7	1,920	3,223	4,885	898,8	-1,946
80	22000	3,772	4,620	850,1	2,090	11806,4	2,170	1,602	5,520	1015,7	-2,198
90	17000	2,914	5,230	962,3	2,356	13309,0	2,447	0,467	6,225	1145,4	-2,478
100	13400	2,297	5,900	1085,6	2,647	14952,9	2,750	-0,453	7,000	1288,0	-2,784
110	10700	1,834	6,630	1219,9	2,964	16743,6	3,080	-1,246	7,845	1443,5	-3,118

Взаимосвязь тормозной силы и динамического сопротивления

Динамическое сопротивление обусловлено трением, которое возникает в контакте между поверхностью тормозного барабана или диска и тормозной колодкой. Чем выше коэффициент трения между этими поверхностями, тем больше тормозная сила, которая может быть реализована при заданной силе, прилагаемой к тормозной педали или рычагу.

Однако трение — это только одна из составляющих динамического сопротивления. Вторая составляющая — это воздушное сопротивление, которое возникает при перемещении тела в среде. Это сопротивление зависит от скорости движения тела и его формы. Чем выше скорость движения и чем больше аэродинамическое сопротивление формы тела, тем больше воздушное сопротивление и тем меньше тормозная сила, реализуемая при заданной силе торможения.

Таким образом, тормозная сила и динамическое сопротивление взаимосвязаны. Чтобы достичь максимальной тормозной силы, необходимо учитывать как трение между тормозными поверхностями, так и воздушное сопротивление. Это позволит обеспечить эффективное торможение и сократить остановочное расстояние при экстренном торможении.

Как проверить тормозную систему?

Тормозной стенд «Маха» позволяет быстро и точно проверить эффективность работы тормозной системы автомобиля

Как работает тормозной стенд?

Тормозной стенд определяет усилия тормозной системы и их эффективность, а также разницу усилий тормозной системы между правым и левым колесом.

Основу конструкции тормозного стенда составляют специальные ролики. Ролики имеют специальное покрытие, которое максимально точно имитирует сцепление колеса автомобиля с дорожным полотном.

Ролики стенда соединяются с датчиками, которые и производят измерения. В дальнейшем, все результаты измерения обрабатываются компьютером, сопоставляются с нормативными значениями , выводятся в виде графической информации на мониторе и в печатном виде.

Что показывает стенд, в каких единицах, откуда берутся нормативные значения?

Стенд рассчитывает удельную тормозную силу автомобиля в соответствии с государственным стандартом РФ (ГОСТ Р 51709—2001. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки), которая, согласно ГОСТу, должна быть не менее 0,59:

Таблица — Нормативы эффективности торможения АТС рабочей тормозной системой при проверках на стендах .

Усилие на органе управления Р_П

, Н, не более

Удельная тормозная сила

γ_Т, не менее

Пассажирские и грузопассажирские автомобили

0,59

Как рассчитывается удельная тормозная сила автомобиля?

Удельная тормозная сила (гамма т) определяется по формуле: как сумма тормозных сил всех колес автомобиля (Рт) в ньютонах, деленное на произведение массы автомобиля (М) на ускорение свободного падения (g).

Гамма т – удельная тормозная сила Сумма Pт — сумма максимальных тормозных сил на колесах автотранспортного средства, H; M — полная масса автотранспортного средства, кг; g — ускорение свободного падения, м/с2.

Итак, рассмотрим изложенное выше на конкретном примере:

В Автокомплесе «Двойка» после проверки тормозных усилий на стенде вы получаете распечатку с результатами измерений, в которых указаны значения:

Контроль тормозов

Тормозная сила слева

Тормозная сила справа

Разность

Вычисляем значения по указанной выше формуле:

Получаем значение удельной тормозной силы – 0,46. Согласно государственному стандарту РФ (ГОСТ Р 51709-2001 п. 4.1) – Удельная тормозная сила автомобиля должна быть не менее 0,59, следовательно, тормозная система данного автомобиля неисправна.

Каковы допустимые значения разности тормозных сил?

При разности тормозных сил на колесах неизбежно отклонение автомобиля от прямолинейного движения при торможении.

Согласно «Правилам проведения технического осмотра транспортных средств, №1008 от 05.12.2011: «При проверках на стендах допускается относительная разность тормозных сил колес оси (в процентах от наибольшего значения) для осей транспортного средства с дисковыми колесными тормозными механизмами не более 20% и для осей с барабанными колесными тормозными механизмами не более 25%»

Таким образом, разность тормозных сил передней оси автомобиля составляет 36% вместо 20%, что так же свидетельствует о неисправности.

Итак, на стенде мы получили данные о состоянии тормозной системы автомобиля. Приступаем к поиску неисправностей.

Разность тормозных сил на передней оси. Смотрим возможные причины:

• Износ, повреждение или загрязнение тормозных колодок с одной стороны;
• Деформация, задиры на поверхности тормозного диска;
• Ослабление крепления, деформация суппорта;
• Заедание поршня рабочего цилиндра;
• Утечка тормозной жидкости в рабочем цилиндре;
• Повреждение тормозного шланга, тормозных трубок;

Большое усилие на педаль при торможении задней оси (850 Ньютонов, вместо максимально положенных 490). Смотрим возможные причины:

• Неисправности вакуумного усилителя тормозов;
• Износ или загрязнение тормозных колодок;
• Заедание поршня рабочего цилиндра

Кроме того, тормозной стенд измеряет сопротивление вращения колес передней и задней оси. Если сопротивление велико, смотрим возможные причины:

• Заедание (заклинивание) поршня рабочего цилиндра;
• Деформация суппорта
• Износ ступичных подшипников колес

Также диагностируем ход педали тормоза. Большой ход педали свидетельствует о подсосе воздуха, износе тормозных колодок. Снижение усилия на педали (медленный провал педали) при торможении говорит о возможном повреждении шлангов, трубопроводов или о неисправности главного тормозного цилиндра.

Так или иначе, даже если стенд показал, что тормозная система автомобиля исправна, то независимо от этого проводим тщательный ее осмотр в рамах комплексной диагностики. Лучше перепроверить.

Источник

Что там внутри?

Основой тормозной системы являются тормозные механизмы и их приводы. Тормозной механизм служит для создания тормозного момента, необходимого для торможения и остановки транспортного средства. Механизм устанавливается на ступице колеса, а принцип его работы основан на использовании силы трения. Тормозные механизмы могут быть дисковыми или барабанными.

Конструктивно тормозной механизм состоит из статичной и вращающейся частей. Статичную часть у барабанного механизма представляет тормозной барабан, а вращающуюся – тормозные колодки с накладками. В дисковом механизме вращающаяся часть представлена тормозным диском, неподвижная – суппортом с тормозными колодками.

При нажатии на педаль тормоза водитель создает усилие, которое передается к вакуумному усилителю. Далее оно увеличивается в вакуумном усилителе и передается в главный тормозной цилиндр. Поршень ГТЦ нагнетает рабочую жидкость к колесным цилиндрам через трубопроводы, за счет чего растет давление в тормозном приводе, а поршни рабочих цилиндров перемещают тормозные колодки к дискам. Дальнейшее нажатие на педаль еще больше увеличивает давление жидкости, за счет чего срабатывают тормозные механизмы, приводящие к замедлению вращения колес. Давление рабочей жидкости может приблизиться к 10–15 МПа. Чем оно больше, тем эффективнее происходит торможение. При этом накладки дисковых тормозов испытывают колоссальные нагрузки, и не только механические. Как показали испытания дисковых тормозов, проведенные компанией Jurid на испытательном полигоне «Паппенбург», при экстренном торможении на скорости 170 км/ч за 4 с температура накладок достигает 740–780° С. Опускание педали тормоза приводит к ее возврату в исходное положение под действием возвратной пружины. В нейтральное положение возвращается и поршень главного тормозного цилиндра. Рабочая жидкость также перемещается в главный тормозной цилиндр. Давление в системе падает. Колодки отпускают диски или барабаны. Температура колодок возвращается к обычной.

Важным нововведением последних десятилетий стал электропривод стояночного тормоза, обычно представляющий собой расположенные во всех колесных тормозных механизмах сервоприводы с электродвигателями и редукторами, приводящими в движение тормозные колодки. Такой привод стояночного тормоза, помимо своего непосредственного назначения, позволяет также затормаживать автомобиль по команде бортовой электроники без задействования основной тормозной системы, например – при срабатывании системы безопасности City Stop, предотвращающей столкновение со впереди идущим автомобилем при движении в пробке.

В последнее время набирают популярность электромобили и автомобили с гибридными силовыми установками, в которых используется рекуперативное торможение, где энергия, вырабатываемая при торможении, преобразуется в электрическую, подзаряжает аккумуляторы. Например, в Toyota Prius тормозные колодки служат для удерживания автомобиля на месте и для экстренного торможения, а основную роль в торможении играют мотор-генераторы.

Управляемость автомобиля

Под управляемостью автомобиля понимают его способность изменять направление движения.

Стабилизирующее действие углов продольного и поперечного наклона оси поворота колеса

Во время движения автомобиля по прямой очень важно, чтобы управляемые колеса не поворачивались произвольно и водителю не нужно было бы затрачивать усилия для удержания колес в нужном направлении. На автомобиле предусмотрена стабилизация управляемых колес в положении движения в прямом направлении, которая достигается продольным углом наклона оси поворота и углом между плоскостью вращения колеса и вертикалью

Благодаря продольному наклону колесо устанавливается так, что его точка опоры по отношению оси поворота снесена назад на величину а и его работа подобна ролику (см. рисунок).

При поперечном наклоне повернуть колесо всегда труднее, чем вернуть его в исходное положение – движения по прямой. Это объясняется тем, что при повороте колеса передняя часть автомобиля приподнимается на величину б (водитель прилагает сравнительно большее усилие к рулевому колесу).

Для возвращения управляемых колес в положение, соответствующее движению по прямой, вес автомобиля помогает поворачиванию колес и водитель прикладывает к рулевому колесу небольшое усилие.

Схема бокового увода колеса

На автомобилях, особенно у тех, где давление воздуха в шинах невелико, возникает боковой увод. Боковой увод возникает в основном под действием поперечной силы, вызывающей боковой прогиб шины; при этом колеса катятся не по прямой, а смещаются в сторону под действием поперечной силы (см. рисунок).

Оба колеса передней оси имеют одинаковый угол увода. При уводе колес меняется радиус поворота, который увеличивается, уменьшая поворачиваемость автомобиля, а устойчивость движения при этом не изменяется.

При уводе колес задней оси радиус поворота уменьшается, особенно это заметно, если угол увода задних колес больше, чем у передних, стабильность движения нарушается, автомобиль начинает «рыскать» и водителю все время приходится подправлять направление движения. Для уменьшения влияния увода на управляемость автомобиля давление воздуха в шинах передних колес должно быть несколько меньше, чем у задних. Увод колес будет тем больше, чем большей будет боковая сила, действующая на автомобиль, например, на крутом повороте, где возникают большие центробежные силы.

Факторы, влияющие на удельную тормозную силу

2. Качество шин: Шины также играют важную роль в удельной тормозной силе. Состояние протектора, тип шин (летние, зимние, всесезонные), их сцепные свойства с дорогой — все это влияет на способность автомобиля сцепляться с дорожным покрытием при торможении.

3. Масса автомобиля: Чем больше масса автомобиля, тем больше силы трения нужно приложить для его остановки. Следовательно, автомобили с большей массой могут иметь меньшую удельную тормозную силу, особенно при одинаковой тормозной системе и типе шин.

4. Состояние дорожного покрытия: Качество дорожного покрытия также влияет на удельную тормозную силу. Неровности, скользкие участки или засорение дороги могут существенно снизить способность автомобиля тормозить.

Все эти факторы взаимосвязаны и влияют на удельную тормозную силу автомобиля. Осознание роли этих факторов позволяет водителям принимать осознанные решения и поддерживать свои автомобили в хорошем рабочем состоянии, что способствует безопасности на дороге.

Что значит удельная тормозная сила

«2176 полная фактическая масса 9190 общая тормозная сила раб торм системы 2270 справа ось 1 2430 слева ось 1 2200 справа ось 2 2290 слева ось 2 4980 общая торм сила ст торм системы 1163 нагрузка на ось 1 (кг) 1012 нагрузка на ось 2 (кг)»

ну последнее это ручник, я так понимаю.

«2176 полная фактическая масса 9190 общая тормозная сила раб торм системы 2270 справа ось 1 2430 слева ось 1 2200 справа ось 2 2290 слева ось 2 4980 общая торм сила ст торм системы 1163 нагрузка на ось 1 (кг) 1012 нагрузка на ось 2 (кг)»

ну последнее это ручник, я так понимаю. Последнее, да это ручник.

Маловато. 0,43 получается. До нормы действительно не дотягивает. Причем не дотягивает скорее по передним тормозам. Там нагрузка на ось выше, а правая сторона слабо выдала.

А тормозили до блокировки колес на роликах или нет?

Тут ведь вот какое дело. Если все колеса тормозили до блокировки, то стенд по сути показывает просто коэффициент сцепления колес с роликами. Это я к тому, что мокрая резина и изношенные ролики могут стать непреодолимым препятствием. Однако, если на ПИКе не очень бдительны и ленятся проверять давление в шинах, можно слегка смухлевать. Идея ясна?

Ясно море что мокрая — загнали на мойку перед техосмотром. Так что, приспустить? А думаешь даст эффект?

чем больше площадь, тем выше сила трения, это ж классика.

Я имею в виду — хватит приспустить до 1,6?

Ясно море что мокрая — загнали на мойку перед техосмотром. Так что, приспустить? А думаешь даст эффект?

Тормоза надо было просушить после мойки — проехаться, потормозить. Возможно сырость и виновата.

А я не понял, как мерили то? Сначала на ролики переднюю ось, а потом заднюю?

Да, именно так. И это. по пять-шесть раз делали — насчет просушить

А двигатель работал, когда делали замеры?

Тормозил с заведенным движком. Ну да не суть. Что делать-то? только-только обслужили барабаны и суппорта.

Роликовые стенды ведут проверку на скоростях 3-5 км/ч, как раз чтобы электроника не вмешивалась, т.ч. АБС тут не участвует.

Про давление: спуская не переусердствуйте, «единичка» — это уже, ИМХО, бросается в глаза — могут и вспомнить про методику по ГОСТ Р51709-2001 и про инструкции. Думаю, что 1.6 более чем достаточно. Главное не забыть потом обратно надуться. Сопротивление качению при спуске давления существенно увеличивается — и топливо жрет и резину.

P.S. На ПИКах, где работают более-менее соображающие сотрудники, давление проверяют, но у них же и ролики вовремя изношенные восстанавливают и с мокрыми колесами не тестируют. Правда, последний раз я такое видел года 3-4 назад в тогда еще свежем люберецком ОТОРе.

Роликовые стенды ведут проверку на скоростях 3-5 км/ч, как раз чтобы электроника не вмешивалась, т.ч. АБС тут не участвует.

Про давление: спуская не переусердствуйте, «единичка» — это уже, ИМХО, бросается в глаза — могут и вспомнить про методику по ГОСТ Р51709-2001 и про инструкции. Думаю, что 1.6 более чем достаточно. Главное не забыть потом обратно надуться. Сопротивление качению при спуске давления существенно увеличивается — и топливо жрет и резину.

P.S. На ПИКах, где работают более-менее соображающие сотрудники, давление проверяют, но у них же и ролики вовремя изношенные восстанавливают и с мокрыми колесами не тестируют. Правда, последний раз я такое видел года 3-4 назад в тогда еще свежем люберецком ОТОРе.

Делать ТО буду за деньги, спускать не придется. Просто хотелось бы устранить неисправность

Источник

Состояние дорожного покрытия

Плохое состояние дорожного покрытия может значительно снизить удельную тормозную силу автомобиля. Если дорожное покрытие имеет неровности, трещины или ямы, автомобиль может непредсказуемо отклоняться от заданного курса во время торможения. Это может привести к дорожно-транспортным происшествиям и повысить риск несчастных случаев.

Также влияние состояния дорожного покрытия на удельную тормозную силу связано с его гладкостью. Если дорога слишком гладкая, то шины автомобиля могут потерять сцепление с дорогой, что приведет к ухудшению тормозных характеристик. Особенно это актуально при сильном дожде или снегопаде, когда дорожное покрытие становится скользким.

Важно отметить, что состояние дорожного покрытия может значительно отличаться от одной дороги к другой и меняться в зависимости от времени года и погодных условий

Управление автомобилем требует особой осторожности при движении по дорогам с плохим состоянием покрытия, чтобы избежать потери контроля над транспортным средством

Факторы состояния дорожного покрытия	Влияние на удельную тормозную силу
Структура дороги (асфальт, бетон, гравий)	Влияет на сцепление шин с дорогой
Неровности, трещины, ямы	Ухудшают тормозные характеристики автомобиля
Гладкость дорожного покрытия	Слишком гладкое покрытие может снизить сцепление шин с дорогой
Погодные условия	Дождь, снегопад, лед облегчают скольжение автомобиля

Изучение состояния дорожного покрытия является неотъемлемой частью обеспечения безопасности дорожного движения. Регулярные инспекции и ремонт дефектов дорожного покрытия помогают понизить риск дорожно-транспортных происшествий и обеспечить безопасность всех участников дорожного движения.