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 t_тор и тормозным путем S_тор.

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 Р_тор, сила инерции Р_ј и появляется момент трения М_тр, который направлен в противоположную сторону вращения колеса, (создается фрикционными накладками за счет сил трения Р_тр).

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 Р_W 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 Р_{тор мах} = G∙j; сила инерции движения определится как Р_ј = (G/g)∙ј_тор. 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 (j_тор – V); (t_тор – V); (S_тор – 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);

j_Х – 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.