Тормозные свойства автомобиля

Оценочными показателями эффективности торможения автомобиля на дороге согласно ГОСТ Р 41.13-1999, являются замедление jз и тормозной путь S_Т, которые определяют из выражений:

j₃ = (φ ·cos α + f ± sin α) ·g; (2.3)

S_T = V_a ²/(2 ·g · (φ ·cos α+f ± sin α)), (2.4)

где: φ – коэффициент сцепления; α – продольный уклон полотна дороги; f – коэффициент сопротивления качению; g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²; V_a – скорость автомобиля, с которой производится торможение, м/с.

Расчёт замедления и тормозного пути проводится для значений коэффициента сцепления и продольного уклона, заданный в табл. 2.4. При выборе начальной скорости торможения рекомендуется разбить диапазон возможных скоростей движения от V = 0 до V = V на шесть равных интервалов.

Таблица 2.4 - Результаты расчёта

 

Параметры	Размер-ность	Начальные скорости торможения автомобиля
φ = 0,7 α = 0о	j3	м/с2
ST	м
φ = 0,4 α = -10о	j3	м/с2
ST	м
φ = 0,1 α = 0о	j3	м/с2
ST	м

 

По данным табл. 2.4 строится график зависимости величин S_Т и jз от скорости автомобиля (рис. 2.2).

Рис. 2.2 – Показатели тормозной эффективности автомобиля

Дополнительное задание:

По графику тормозных свойств определить тормозной путь для легковых автомобилей со скорости 80 км/час, для грузовых – со скорости – 60 км/час.

Устойчивость автомобиля

В качестве оценочных показателей поперечной устойчивости автомобиля при движении принимают критическую скорость по боковому скольжению V_з (заносу) и критическую скорость по боковому опрокидыванию V_оп, определяемые соответственно по выражениям:

, (2.5)

где: g – ускорение силы тяжести, g = 9,81 м/с²; R – радиус кривой полотна дороги в плане, м;

B – колея автомобиля, м; h_g – высота центра масс автомобиля, м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении 1); φ - коэффициент сцепления (в данном разделе принимают φ = 0,6).

Задавая несколько значений радиуса кривой полотна дороги от 20 до 100 м, определяют критические скорости движения автомобиля, по которым строят график поперечной устойчивости.

Результаты расчётов сводятся в табл. 2.5

Таблица 2.5 - Результаты расчёта

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
R	м
Vоп	м/с
VЗ	м/с

 

По данным табл. 2.5 строится график зависимости критических скоростей движения от радиуса поворота (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3 График зависимости критических скоростей движения

от радиуса поворота

Дополнительное задание:

По графику критических скоростей определить критические скорости по заносу и опрокидыванию на кривой R = 60 м.

Рассчитать величину предельного угла косогора по опрокидыванию и коэффициент поперечной устойчивости для порожнего и полностью груженого автомобиля.

Управляемость автомобиля

Управляемость автомобиля определяется степенью соответствия траектории его движения положению управляемых колёс.

Если управляемые колёса повёрнуты на угол  (средний угол поворота обоих управляемых колёс), то точка, лежащая на середине оси неуправляемых колёс, должна двигаться по дуге радиуса R (при отсутствии увода колес):

, (2.6)

где: L – база автомобиля, м.

При нейтральном положении управляемых колёс θ = 0, а R = ∞, т.е. траектория движения прямая линия. Однако это требование управляемости автомобиля может быть нарушено из-за бокового увода или бокового скольжения управляемых колёс.

Зависимость критической скорости по управляемости V_упр от угла поворота управляемых колёс выражается уравнением:

, (2.7)

где: φ _y – коэффициент сцепления шин с дорогой в поперечном направлении (φ _y = 0,6); f – коэффициент сопротивления качению (f = 0,02); L – база автомобиля, м; Ө – средний угол поворота управляемых колёс автомобиля, принимаемый в пределах от 0 до 0,7 рад.

Пользуясь уравнением (2.7) проводится расчет критической скорости при различных углах поворота управляемых колес для заданных φ _y и f. Результаты расчета сводятся в табл. 2.6 и по этим результатам строится график зависимости V_упр от Ө (рис.2.4).

Таблица 2.6 - Результаты расчёта

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
Vупр	м/с
R	м

 

Одним из показателей управляемости является характеристика статической траекторной управляемости, представляющая собой зависимость радиуса поворота от скорости движения автомобиля с учетом эластичности шин.

Радиус поворота автомобиля при наличии увода определяют по выражению:

, (2.8)

где: δ ₁ ,δ₂ – углы увода колёс соответственно передней и задней осей, рад.

; , (2.9)

где: P_{y 1} и P_{y 2} – боковые силы, действующие на колёса соответственно передней и задней осей; K и K – коэффициенты сопротивления уводу одного колеса соответственно передней и задней осей, кН/рад.

 

Рис. 2.4 – График зависимости критической скорости по управляемости

от угла поворота управляемых колес

 

Средние значения K для одного колеса с достаточной точностью можно определить, зная размер шин автомобиля и давление воздуха в них по формуле:

Ку = 780(d + 2В ) В (98 + Р ), (2.10)

где: d и В – посадочный диаметр и ширина профиля шины соответственно, м; Р – давление воздуха в шине, кПа.

Если давление воздуха одинаково для колес передней и задней оси, то можно принимать значения Kδ₁ и Kδ ₂ одинаковыми, если давление воздуха разное, то следует провести расчет отдельно для переднего колеса и для заднего. Также, необходимо учитывать количество колес на каждой оси (см. формулу 2.9), поскольку значения K рассчитывается только для одного колеса.

Значения боковых сил зависят от скорости автомобиля, радиуса поворота, массы и расположения центра тяжести. При расчетах удобно пользоваться постоянным радиусом поворота равным 50 метров. Изменяя скорость движения в диапазоне от 0 до 15 м/с определяются действующие боковые силы , а затем величина бокового увода передней и задней осей .

По формуле 2.8 определяются значения эквивалентного радиуса и строится график зависимости от скорости движения автомобиля.

По результатам расчетов проводят сопоставление радиусов R и R , с целью выявления типа поворачиваемости автомобиля. При R = R автомобиль обладает нейтральной поворачиваемостью, при R R - недостаточной, при R R - избыточной.

Для автомобиля с избыточной поворачиваемостью существует понятие критической скорости по условию увода колес осей, которая определяется по формуле:

 

, (2.11)

где: - масса приходящаяся соответственно на переднюю и заднюю оси.

 

Рис.2.5 График зависимости от скорости движения автомобиля для различных

типов поворачиваемости автомобиля

 

У автомобилей с нейтральной и недостаточной поворачиваемостью понятие критической скорости отсутствует.

Дополнительное задание:

Определить тип поворачиваемости и критическую скорость по управлению при угле поворота управляемых колес 0,1 рад.

Маневренность автомобиля.

Одним из основных показателей маневренности является габаритная полоса движения – полоса, занимаемая автомобилем при движении. Наибольшую полосу будет занимать автомобиль при выполнении поворота с минимально возможным радиусом R , измеряемым по следу внешнего управляемого колеса (исходные данные), рис. 2.6.

На криволинейных участках дорог:

 

ГПД = R_н – R_вн, (2.12)

 

где: R_н – наружный, габаритный радиус, либо принимается по исходным данным, либо рассчитывается по формуле (6.2):

, м (2.13)

где: L – база автомобиля, м (из исходных данных); L₁ – передний свес, м (из исходных данных); _п – максимальный угол поворота внешнего управляемого колеса, град. _п определяется из формулы (6.3) для минимально возможного радиуса поворота R :

, м (2.14)

 

 

 

Рис. 2.6. Показатели маневренности автопоездов при круговом движении.

 

R_вн – внутренний, габаритный радиус, определяется по формуле (6.4), м:

 

, м. (2.15)

Задаваясь значениями угла поворота внешнего управляемого колеса от 0,1 до _п провести расчет ГПД и результаты занести в таблицу 6.1.

Таблица 2.6 – Показатели расчета

 

Пара-метры	Размер-ность	Значения параметров
Ө	рад	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
ГПД	м

Дополнительное задание:

Определить максимальную величину ГПД и рассчитать, на сколько процентов она превышает габаритную ширину автомобиля.

Проходимость автомобиля.

В данном разделе, пользуясь известными геометрическими характеристиками автомобиля (из исходных данных) необходимо рассчитать продольный R и поперечный R радиусы проходимости (см. рис. 2.6), а также определить передний и задний углы свеса , передний L и задний L свесы.

 

 

Рис. 2.6 Схема, иллюстрирующая понятие радиусов проходимости и

способ их определения

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников ОАС и АВС. При этом следует учитывать, что АС L/2, АВ Н (дорожный просвет), а R = ОС.

Расчет R проводится исходя из подобия треугольников О А С и А В С .

При этом следует учитывать, что А С В /2, А В Н (дорожный просвет), а

R =О С .

Дополнительное задание:

Рассчитать коэффициент сцепного веса .

 

Плавность хода

 

Основной оценочный показатель плавности хода – частота свободных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс, а также вынужденных колебаний.

Частоты свободных колебаний, Гц подрессоренных масс определяют по зависимости:

, (2.16)

где: ω _z – частота свободных колебаний, Гц; f_ст – статический прогиб подвески, м.

 

f_ст = G /C, (2.17)

где: G – статическая весовая нагрузка на подвеску данной оси, Н; C – суммарная жёсткость подвески данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении Д).

Плавность хода легковых автомобилей считается удовлетворительной при

ω_z = 0,8-1,2 Гц, грузовых при ω _z = 1,2-1,8 Гц.

Частота свободных колебаний неподрессоренных масс (мостов автомобиля), совершающих высокочастотные колебания, обусловлена жёсткостью шин, Гц.

, (2.18)

где: – суммарная жёсткость шин данной оси, Н/м (для ряда отечественных автомобилей ориентировочные значения приведены в приложении Д); - суммарная жесткость упругих элементов подвески оси; m_м – масса моста, кг.

Принимают: m_м1 = 0,1 m_a; m_{м 2} = 0,15 m_a,

где: m_м1 и m_м2 – масса соответственно переднего и заднего мостов; m_a – собственная масса автомобиля.

Помимо свободных, автомобиль совершает и вынужденные колебания, вызываемые неровностями дороги. Частота этих колебаний, Гц, определяется из выражения:

ω_вын = V_a /S, (2.19)

где: V_a – скорость автомобиля, м/с; S – длина волн неровностей, м. На дорогах с твёрдым покрытием S = 0,5÷5 м.

 

Рис.2.7 – Зависимость резонансных скоростей от длины неровностей.

Используя зависимость V_a = ω S, строится зависимость резонансных скоростей автомобиля от длины неровностей V = f(S) для частот собственных колебаний подрессоренных и неподрессоренных масс (рис. 2.7).

Дополнительное задание:

Определить скорости, при которых наступают резонансные колебания при длине неровностей 1 м, а также определить длину неровностей, при которой наступают резонансные колебания при скорости АТС 4 м/с.