В условиях эксплуатации

Анализ факторов, влияющих на активную безопасность АТС

Безопасность движения автомобилей зависит от многих причин. Для удобства анализа факторов, влияющих на активную безопасность автотранспортных средств при торможении целесообразно их разбить на три основные группы: внешние, зависящие от дорожных и погодно-климатических условий; внутренние, зависящие от технического состояния автомобиля; конструктивные, зависящие от совершенства конструкции тормозной системы автомобиля. Численность факторов внутри каждой группы и степень их влияния на активную безопасность не одинаковы.

Изменение технического состояния тормозов заключается в увеличении зазора между барабанами и колодками вследствие их износа, снижении коэффициента трения в паре, вследствие попадания на поверхность пыли, влаги и смазки, что приводит к неравномерности действия тормозных механизмов осей автомобиля.

а) Увеличение зазора между парами трения является следствием износа барабана и накладки

б) Коэффициент трения тормозной пары значительно отклоняется от номинального значения в обе стороны. Эти отклонения обусловлены действием большого числа технологических и эксплуатационных факторов. Одни из этих воздействий можно рассматривать как детерминированные, а другие - как неконтролируемые. В соответствии с этим можно выделить две группы отклонений коэффициента трения - технологические и эксплуатационные.

в) На снижение коэффициента трения между накладкой и барабаном оказывает влияние попадания влаги при переезде автомобилем мокрых участков дороги, а также при попадании на пары трения смазки и тормозной жидкости.

г) Заедание деталей опорно-разжимного устройства - одна из причин, вызывающих отклонение в эффективности действия тормозных механизмов. д) Среди многих факторов, вызывающих отклонение в эффективности работы тормозного механизма, является неравномерность тормозного момента вследствие радиального биения барабана.

е) Износ протектора влияет на сцепные свойства шины с дорогой и способствует возникновению неравномерности торможения. Так различие в глубине протектора на правых и левых колесах в 1 мм вызывает неравномерность торможения колес от 8% до 37%. Износ протектора также сказывается на изменении коэффициента сопротивления уводу. При износе шины на 50% коэффициент сопротивления боковому уводу увеличивается в 1,5 раза по отношению к неизношенной шине. В свою очередь изменение сопротивления уводу коренным образом влияет на характер управляемости автомобиля. Излишняя управляемость - фактор, дестабилизирующий курсовое движение автомобиля при экстренном торможении.

1. Внешние факторы

Многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых, связанных с повышением активной безопасности автомобиля в процессе торможения показали, что основное внимание необходимо уделить факторам, вызывающим возмущающее действие на автомобиль в горизонтальной плоскости. Наибольшее влияние на ухудшение активной безопасности АТС при торможении оказывают внешние факторы, приводящие к снижению сцепных свойств поверхности в целом и созданию участков с поперечной неравномерностью коэффициента сцепления шины с дорогой.

а) Неравномерность коэффициента сцепления изменяется в широких пределах по ширине и длине дороги. Причины появления такого характера распределения коэффициента сцепления обусловлены технологическим воздействием автотранспортных средств, неквалифицированным проведением ремонтно-восстановительных работ, внесением грязи и грунта с обочин дорог.

С ростом неравномерности сцепных свойств по ширине профиля дороги возмущающий момент увеличивается, что приводит к появлению боковых сил и изменению траектории движения автомобиля с вероятностью выхода на встречную полосу движения.

Рис.1. Факторы, влияющие на активную безопасность АТС при торможении

б) Профиль дороги характеризуется продольным и поперечным уклонами и радиусами криволинейных участков. В процессе эксплуатации происходит значительное изменение геометрического профиля дорог, что существенно влияет на активную безопасность автомобиля.

В экстремальных условиях боковая сила способствует потере устойчивости автомобиля, особенно при первоочередном блокировании задних колес.

в) Боковое возмущение на автомобиль может возникнуть за счет потока воздуха. Максимальное значение боковой силы может достигнуть величины 0,18 G (G - вес автомобиля) при выезде автомобиля с закрытого участка дороги на открытый. В сочетании с экстренным торможением такая ситуация способствует потере устойчивости, что особенно опасно при торможении с высоких скоростей движения.

Влияние схемы разделения контуров на активную безопасность проявляется в зависимости от принятого варианта разделения гидравлической системы на независимые контуры. В мировом автомобилестроении насчитывается около двадцати разновидностей двух и многоконтурных тормозных систем пяти основных типов: с разделением контуров по осям, с простыми и комбинированными диагональными контурами; с комбинированными контурами разной эффективности; с контурами привода трех колес; с полными контурами привода всех колес (дублированные контуры).

В настоящее время применяют различные варианты раздельного привода тормозной системы, отличающиеся друг от друга конструктивными и эксплуатационными особенностями, а также стоимостью и надежностью.

Проведем анализ применения основных типов раздельного привода с точки зрения обеспечения эффективности, устойчивости и управляемости автомобиля при экстренном торможении. С целью упрощения анализа рассматривается фаза установившегося торможения.

1) Эффективность применения схемы разделения по осям

Схема разделения по осям нашла широкое применение благодаря своей простоте. Один из контуров объединяет привод тормозов передних колес, второй - задних. Преимущества этой простой в конструктивном отношении схемы заключаются не только в ее сравнительно невысокой стоимости, но и в повышенной надежности при закипании тормозной жидкости. Закипание тормозной жидкости - отказ, характерный для дисковых тормозов, т.к. они не теряют эффективности действия и при высоких температурах нагрева фрикционной пары. Однако эффективность их падает практически до нуля при закипании тормозной жидкости. Для барабанных тормозов отказ такого рода нехарактерен, так как уже при незначительном нагреве барабанные тормоза постепенно снижают свою эффективность.

Область применения двухконтурной тормозной системы с разделением по осям ограничена эффективностью второго контура:

a

L

[ j ] £ j × g, (1)

h

1 + j

L

где [ j ] - допускаемое установившееся замедление по ГОСТ 22895-77;

а - расстояние от оси передних колес до центра масс автомобиля; h - высота центра масс; L - база автомобиля.

При наличии в приводе к задним тормозным механизмам регулятора тормозных сил или ограничителя давления, эффективность торможения задним контуром снижается, что увеличивает тормозной путь автомобиля. С целью повышения остаточной эффективности торможения при отказе переднего контура предложена двухконтурная тормозная система [85], схема которой приведена на рисунке 1.6.

Указанная цель достигается тем, что при отказе переднего контура ход поршня 1 увеличивается, канал 2 открывается и давление жидкости из полости А, минуя регулятор (или ограничитель), поступает непосредственно к заднему тормозному контуру, увеличивая эффективность торможения.

Результаты испытаний по определению эффективности запасной тормозной системы автомобиля УАЗ-3151 с регулятором давления в приводе задних тормозов и предложенной, приведены в таблице 1.7.

Рис. 2. Двухконтурная тормозная система, повышающая эффективность заднего

контура при отказе переднего:

А, Б - полости, соединенные с задним и передним контуром соответственно;

Р - регулятор в приводе задних тормозов.

Таблица 1.

	Весовое состояние
Эффектив-	с полной нагрузкой	с одним водителем
ность	v 0, км/ч	Р П, Н	р 1, МПа	р 2, МПа	S T2, м	v 0, км/ч	Р П, Н	р 1, МПа	р 2, МПа	S T2, м
Нормативная по ГОСТ 22895-77			¾	¾	90,1			¾	¾	90,1
Фактическая с РТС (экспери-мент)	79,6 79,7 79,7		11,5 11,0 10,0	7,4 7,0 7,0	84,8 88,6 84,1	79,2 81,0 80,6		11,5 11,5 11,5	6,0 6,0 5,5	77,4 83,1 84,5
Фактическая по рис. 1.6 (а/с 1031821)	79,8 79,5		11,5 11,8 10,7	10,8 10,3 10,5	76,2 75,1 76,8	79,3		11,0 11,5 11,5	10,5 10,8 10,6	75,2 76,8 74,5

Из приведенных данных видно, что резервом в повышении эффективности заднего контура, имеющего регулятор тормозных сил в приводе, является решение, представленное на рис.2. Сокращение тормозного пути для автомобиля с полной и частичной нагрузками составляет в среднем 10 м.

2) Диагональная схема привода

Диагональное соединение тормозов переднего правого и заднего левого колес в один контур, а оставшихся двух колес - в другой нашло широкое применение на автомобилях в сочетании с установкой передних управляемых колес с отрицательным плечом обкатки.

При выходе из строя одного из контуров остается второй, в котором есть наиболее эффективно работающий тормоз переднего колеса, вследствие чего эффективность торможения автомобиля в этом случае остается одинаковой, равной половине эффективности при исправной тормозной системе, так как теоретически оба контура равноценны. Для обеспечения устойчивости автомобиля при торможении одним контуром в 1972 г. фирма Audi впервые применила установку передних управляемых колес с отрицательным плечом обкатки.

Рассмотрим причины различной эффективности тормозных систем автомобилей внутри одной категории М₁, учитывая, что в ОСТ 37.001.067-86 при контрольных испытаниях не допускается доводить до блокирования колеса автотранспортных средств. Тогда остановочный путь автомобиля при торможении можно записать в виде

S = v ₀ (t _P.B.+ t _ПР+ 0,5 t _Н.З) + /(2 j), (2)

где v ₀ - скорость перед торможением; t _Р.В - время реакции водителя; t _ПР - время запаздывания привода; t _Н.З - время нарастания кривой замедления; j - замедление автомобиля на грани блокирования одной из осей.

Используя выражение для степени использования сцепного веса:

m (j) = å R_xi / (M_a ×g×j), где å R_xi - суммарная тормозная сила на грани блокирования одной из осей, учитывая, что j = å R_xi / M_a, получим: m (j) = j / (g j).

Тогда выражение (1.10) перепишем в следующем виде:

v ₀²

S = v ₀ (t _P.B+ t _ПР+ 0,5 t _Н.З) +. (1)

2 m (j) g j

С целью выявления возможных путей повышения эффективности торможения, а также для получения качественных и количественных закономерностей, рассмотрим три типа распределения тормозных сил по осям автомобиля: с постоянным соотношением тормозных сил по осям, с регулируемым приводом в зависимости от статического и динамического перераспределения нагрузок по осям и привода с антиблокировочной системой.

Основными внешними факторами, влияющими на эффективность торможения, являются дорожные и погодно-климатические условия, ведущие к изменению коэффициента сцепления j. Основными внутренними факторами, влияющими на эффективность торможения, являются зазор в паре трения, к.п.д. опорно-разжимного устройства и состояние пар трения. Эти факторы обычно восстанавливаются при диагностировании тормозной системы АТС.

Особую роль в эффективности торможения играет конструкция привода и тормозной системы. Одним из путей решения проблемы повышения активной безопасности является путь сближения эффективности тормозных систем АТС как внутри одной категории, так и среди различных категорий. Под эффективностью понимается минимальное время срабатывания тормозного привода и максимальные величины замедления как одиночных автомобилей, так и автопоездов.

В едином потоке легковые и грузовые автомобили на дорогах с однорядным движением следуют по одной и той же полосе, поэтому разница в длине тормозного пути приводит к увеличению интервала между двумя следующими друг за другом автомобилями, что в условиях движения с высокой интенсивностью снизит производительность автотранспорта. Поэтому одним из резервов в повышении безопасности движения и производительности АТС, особенно в условиях большой интенсивности движения, являются требования равной эффективности тормозных систем по длине тормозного пути, времени срабатывания тормозного привода и величинам замедлений автомобилей всех типов. Во вновь разрабатываемых ГОСТ и ОСТ должны быть заложены требования, способствующие сближению тормозных свойств АТС.

Дата добавления: 2014-01-20