Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ВЛИЯНИЕ РАЗНИЦЫ СКОРОСТИ ИЗНОСА ПЕРЕДНИХ И ЗАДНИХ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК АВТОМОБИЛЯ НА ДОПУСТИМУЮ ВЕЛИЧИНУ ОТКЛОНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ПЕРЕДНИХ И ЗАДНИХ КОЛЁС

Ерасов И.А. 1 Молев Ю.И. 1 Стрижак А.Д. 1 Прошин Д.Н. 2
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
2 Частное учреждение дополнительного образования ЧУДО «РиЭ»
В статье рассматривается важная задача для автомобильного транспорта и в целом для общего машиностроения в Российской Федерации. Показано влияние различных факторов на аварийность автомобилей и других транспортных средств. Приведена методика расчёта изменения времени срабатывания тормозных механизмов автомобиля передней и задней оси. На основе существующей методики расчёта показано, на сколько изменяется время срабатывания при установке колёс с разным рисунком протектора (разным коэффициентом сцепления колеса с дорогой). Разработаны требования, обеспечивающие отсутствие заноса автомобиля при экстренном торможении, учитывающие не только разницу в конструкции колёс, но и изменение технического состояния транспортного средства в период эксплуатации, а именно изменение зазора между тормозными колодками и тормозными дисками.
расход топлива
устойчивость торможения
допустимая разность коэффициентов сцепления передних и задних колёс автомобиля
время срабатывания тормозной системы
1. Беляков В.В. К вопросу выбора экспериментальных данных для составления статистических моделей снежного покрова как полотна пути для транспортно-технологических машин / В.В. Беляков и др. // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – № 1 (102). – С. 136–141.
2. ГОСТ Р 50597-93 Автомобильные дороги и улицы. Требования к эксплуатационному состоянию, допустимому по условию соблюдения безопасности дорожного движения.
3. ГОСТ Р 41.13-99 ГОСТ Р 41.13-99 (Правила ЕЭК ООН № 13) Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения механических транспортных средств категорий М, N и О в отношении торможения.
4. Зезюлин Д.В., Макаров В.С., Беляков В.В. Расчетный анализ влияния параметров движителей на показатели эффективности колесных машин при движении по снежному полотну пути // Леса России и хозяйство в них. – 2012. – Т. 1–2. – № 42–43. – С. 41–42.
5. Макаров В.С., Зезюлин Д.В., Беляков В.В. Многоуровневая модель снега как полотна пути для транспортно-технологических машин на примере территории Российской Федерации // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 10–2. – С. 270–276.
6. Макаров В.С., Зезюлин Д.В., Беляков В.В. Обзор исследований по влиянию местности на характеристики снежного покрова // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – № 3 (105). – С. 154–162.
7. Макаров В.С., Зезюлин Д.В., Беляков В.В. Снег как полотно пути для транспортных средств // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 4. – С. 21–24.
8. Макаров В.С. Методика расчета и оценка проходимости колесных машин при криволинейном движении по снегу. автореферат дис. … канд. техн. наук, НГТУ. – Нижний Новгород, 2009. – 18 с.
9. Макаров В.С. Оценка эффективности колесных машин в течение зимы с учетом изменчивости характеристик снежного покрова / В.С. Макаров и др. // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – № 4 (106). – С. 342–347.
10. Макаров В.С. Характер изменения снежного покрова как полотна пути с учетом неравномерности его залегания на местности / В.С. Макаров и др. // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 4. – С. 33.
11. Папунин А.В. О влиянии ландшафта местности на характеристики снежного покрова и на проходимость транспортных средств / А.В. Папунин и др. // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2014. – № 4 (106). – С. 331–335.
12. Полотно пути транспортно-технологических машин / под общ. ред. В.В. Белякова и А.А. Куркина. – Нижний Новгород, 2014.
13. Соцков Д.А. Повышение активной безопасности автотранспортных средств при торможении: дис. ... д-ра техн. наук. 05.05.03. – Владимир, 1988. – 547 с.
14. Суворов Ю.Б. Судебная дорожно-транспортная экспертиза. Судебно-экспертная оценка действия водителей и других лиц, ответственных за обеспечение безопасности дорожного движения, на участках ДТП: учебное пособие. – М.: Изд-во «Экзамен», 2003.
15. Технический регламент Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011).

Аварийность на автомобильном транспорте наносит экономике Российской Федерации значительный ущерб, составляющий по экспертным оценкам до 3 % от ежегодного ВВП страны. На ДТП влияет множество факторов – состояние дорог, интенсивность движения, освещенность, техническое состояние автомобилей, психологическое состояние водителя, уровень его профессиональной подготовки и множество других. Среди них одно из важнейших мест занимает состояние дорожного покрытия. По данным ГИБДД РФ около 20 % аварий происходит по причине неблагоприятных дорожных условий и из них более 70 % (15 % от общего числа ДТП) приходятся на заснеженные дорожные покрытия [1, 5, 12], поэтому актуальной является проблема разработки теории оценки влияния того или иного технического решения на безопасность дорожного движения, выработки на основании данной теории перспективных путей повышения безопасности дорожного движения и утверждения предельно допустимых нормативов параметров транспортных средств, движущихся по заснеженным дорогам [4, 7–9].

Анализ дорожно-транспортных происшествий в зимний период [10, 11] позволил сделать вывод о том, что, наряду с увеличением длины тормозного пути, наиболее частой причиной ДТП является потеря управляемости транспортного средства в результате заноса. При рассмотрении поперечной устойчивости автомобиля предполагается, что при заносе обе оси скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление в практике наблюдается редко. Гораздо чаще начинают скользить колеса одной оси – передней или задней, вследствие чего нужно рассматривать устойчивость не всего автомобиля, а одной из осей.

При торможении автомобиля может возникнуть ряд критических ситуаций, которые представляют особую сложность для реагирования. Это в первую очередь экстренное торможение, а также скачкообразное изменение коэффициента сцепления колеса при торможении. Процесс блокирования колес для таких ситуаций развивается с большой скоростью, поэтому при определении порогов срабатывания проектируемых систем активной безопасности разработчики учитывают в первую очередь динамику изменения угловой скорости колеса.

Критические ситуации при движении автомобиля могут возникать под влиянием совершенно различных факторов, как, например, из-за внезапно появившихся препятствий и резкой смены дорожно-эксплуатационных условий. Как правило, они характеризуются высоким темпом изменения динамики процессов. При этом транспортное средство попадает в граничную область по устойчивости и управляемости и одновременно резко возрастает нагрузка на водителя. Это означает, что для вывода автомобиля из критической ситуации от водителя требуется осуществление сложных и точных управляющих маневров: резких поворотов рулевого колеса, изменения направления движения с одновременным экстренным торможением, сохранения направления в случае движения на повороте при смене дорожных условий и др.

В настоящее время автомобили конструируются на заводах с учётом, что на передних и задних осях установлены одинаковые шины, которые имеют примерно одинаковый коэффициент сцепления колеса с дорогой. Однако в период эксплуатации действующими нормативными документами допускается устанавливать на разные оси автомобили различные шины, коэффициент сцепления с дорогой которых может быть различным [15, 2].

Величина сцепного веса для разных типов автомобиля, условий загрузки различна. Так, для нерегулируемой тормозной системы его значение может быть найдено из условия [3]:

erasov01.wmf (1)

где h – высота расположения центра масс автомобиля; b – расстояние от центра масс автомобиля до задней оси; φ0 – коэффициент сцепления, при котором происходит одновременная блокировка колёс передней и задней оси, определяемый из уравнения

erasov02.wmf (2)

где k – соотношение тормозных сил по осям автомобиля; a – расстояние от центра масс автомобиля до передней оси, а L – длина колёсной базы автомобиля. Для регулируемой тормозной системы на начальном этапе происходит изменение сцепного веса по зависимости 1, а после срабатывания регулятора – по следующей зависимости:

erasov03.wmf (3)

где φ1 – максимальный расчётный коэффициент сцепления, при котором происходит одновременная блокировка колёс передней и задней оси согласно п. 3.1.2.1 Приложения 10 ГОСТ Р 41.13-99 [3] и п. 3.1 Приложения 5 ГОСТ Р 41.13-99 [3] для любых транспортных средств должно быть не более 0,15. Для автомобилей, оснащённых антиблокировочной тормозной системой m(φ) > 0,75 п. 5.2.1. Приложения 6 ГОСТ Р 41.13-99 [3].

Д.А. Соцковым [13] были получены зависимости по определению времени достижения колёс грани блокирования:

– для нерегулируемой тормозной системы

erasov04.wmf (4)

– для тормозной системы с регулятором тормозных сил

erasov05.wmf (5)

– для автомобилей с АБС

erasov06.wmf (6)

В данных уравнениях под W понимается коэффициент передачи РТС, определяемый из условия

erasov07.wmf (7)

где ξ1 и ξ2 – коэффициенты качества работы АБС соответственно для передней и задней осей автомобиля; В1 и В2 – соответственно коэффициенты преобразования давления в тормозной магистрали в величину развиваемого тормозного усилия; G1 и G2 – вес автомобиля, приходящийся соответственно на переднюю и заднюю оси; Мa – величина разворачивающего момента; K0 – темп нарастания давления в тормозах (принят постоянным).

Определить предельно допустимую разницу в коэффициентах сил сцепления колёс передней и задней осей можно, воспользовавшись уравнениями (5) и (6) (в связи с отсутствием актуальности расчёта параметров нерегулируемой тормозной системы как практически не применяемой в настоящее время), путём приравнивания времени достижения блокировки колёс передней и задней оси для системы с регулятором тормозных сил

erasov08.wmf (8)

и для системы с АБС

erasov09.wmf (9)

Следует отметить, что при работе автомобиля имеет место неравномерный износ дисков и накладок тормозов передних и задних колёс. В общем случае передние тормоза как более нагруженные изнашиваются более интенсивно. В пределе данная величина может быть учтена таким параметром, как разница во времени срабатывания тормозного механизма, обозначенная величиной Dt. Тогда уравнения (8) и (9) примут вид:

erasov10.wmf (10)

и для системы с АБС

erasov11.wmf (11)

Тогда допустимая разница в величинах сцепления колёс передней и задней осей может быть найдена из уравнений (10) и (11) путём математических преобразований. Учитывая, что В1 = W(B1 + B2), а В2 = (1 – W)(B1 + B2) и то, что тормозное усилие на передней оси ограничивается только коэффициентом сцепления колеса с дорогой B1P0 = G1φ, где Р0 – давление в рабочей тормозной системе, получим

erasov13.wmf (12)

erasov14.wmf (13)

При этом собственно влияние разницы зазоров в приводе тормозных механизмов передних и задних колёс может быть получено из уравнений (12) и (13):

erasov15.wmf (14)

или

erasov16.wmf (15)

pic_31.tif

Изменение допустимой разницы коэффициентов сцепления передних и задних колёс от разницы в скорости срабатывания тормозного привода (величины износа тормозных дисков и колодок): 1 – легковые автомобили (нормируемая величина времени срабатывания тормозного привода не более 0,1 с) [14]; 2 – грузовые автомобили с пневмоприводом тормозов (нормируемая величина времени срабатывания тормозного привода не более 0,2 с) [14]

Решение данного уравнения для ряда автомобилей показано на рисунке. Полученные данные свидетельствуют о том, что максимальную опасность представляют торможения на грузовых автомобилях с пневмоприводом тормозов, имеющих допустимое время срабатывания тормозной системы до 0,2 с и значительное расстояние между передней и задней осями. Учёт возможности износа колодок и дисков на легковых автомобилях приводит в самом крайнем случае к изменению величины допустимой разницы коэффициентов сцепления между колёсами передней и задней оси на 2 %.

Полученные данные позволят разработать новые требования к транспортным средствам, находящимся в эксплуатации, и позволят сократить количество дорожно-транспортных происшествий, обусловленных заносом (потерей управляемости транспортных средств при торможении).

Рецензенты:

Вахидов У.Ш., д.т.н., заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины», ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород;

Шапкин В.А., д.т.н., профессор кафедры «Строительные и дорожные машины», ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева», г. Нижний Новгород.


Библиографическая ссылка

Ерасов И.А., Молев Ю.И., Стрижак А.Д., Прошин Д.Н. ВЛИЯНИЕ РАЗНИЦЫ СКОРОСТИ ИЗНОСА ПЕРЕДНИХ И ЗАДНИХ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК АВТОМОБИЛЯ НА ДОПУСТИМУЮ ВЕЛИЧИНУ ОТКЛОНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ПЕРЕДНИХ И ЗАДНИХ КОЛЁС // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9-3. – С. 450-454;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39203 (дата обращения: 15.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074