Силы и моменты, действующие на автомобиль при торможении

Действующие при торможении на автомобиль силы показаны на рис. 148.

Появляющаяся при торможении сила инерции автомобиля P_j равна сумме всех препятствующих его движению сил:

P_j = P_т + P_w + P_f + P_h , (92)

где P_т - тормозная сила; P_w - сила сопротивления воздуха; P_f - сила сопротивления качению колес; P_h - сила от действия уклона дороги.

Уравнение это называется тормозным балансом или уравнением движения автомобиля в процессе торможения.

Рис. 148. Силы, действующие на автомобиль при торможении

Максимальное значение тормозной силы может быть определено из условия предельного сцепления колес с опорной поверхностью, после которого наступает скольжение колес, т.е.

P_{т max1} = Z₁ × j × m₁ и P_{т max2} = Z₂ × j × m₂ ,

где P_{т max1} и P_тmax2 - возможные максимальные тормозные силы на передних и

задних колесах; Z₁ и Z₂ - нормальные реакции опорной поверхности, действующие на передние и задние колеса автомобиля; m₁ и m₂ - соответственно коэффициенты перераспределения этих реакций; j - коэффициент сцепления.

Приложенная в центре масс автомобиля сила инерции создает при торможении опрокидывающий момент, действующий вперед и изменяющий нагрузки на колеса автомобиля. Чем длиннее база автомобиля, тем меньше это изменение. Определить изменение нагрузок можно, приравняв опрокидывающий момент моменту от пары дополнительных сил, действующих на колеса автомобиля:

P_j × h _g = P_доп × L ,

где h _g - высота расположения центра масс автомобиля; P _доп - дополнительная сила, разгружающая задние и догружающая передние колеса, если торможение происходит при движении вперед; L - база автомобиля.

Нагрузка на передние колеса при торможении будет равна сумме статической, т.е. при неподвижном автомобиле, и дополнительной, а на задние - разности статической и дополнительной.

Замедление автомобиля при торможении можно определить из его тормозного баланса, в развернутом виде который записывается как

× d × j = + ± G_а sina + G_а ×f × сos a ,

где G_а - вес автомобиля, Н; g - ускорение свободного падения, м/с²; d - коэффициент учета вращающихся масс; j - замедление автомобиля, м/с²; åM _т - сумма тормозных моментов на колесах автомобиля, Н×м; r_д - динамический радиус колеса, м; К -коэффициент сопротивления воздуха движению автомобиля, Н ×с²/м ⁴; F - площадь Миделя (наибольшая площадь поперечногосечения по длине авомобиля), м ²; V - скорость автомобиля, м/с; 3,6 - переводной коэффициент скорости из км/ч в м/с; f - коэффициент сопротивления качению колеса; a - угол продольного уклона дороги (угол подъема или спуска), град.

Поделив левую и правую части уравнения на G_а, получаем удельный тормозной баланс, откуда после преобразований находим замедление:

j = ( р_т + р_w + f × сos a ± sin a ) × , (93)

где р_т - удельная тормозная сила; р_w - удельная сила сопротивления воздуха.

Максимальное значение удельной тормозной силы равно коэффициенту сцепления j . При скорости ниже 70 км/ч сопротивления воздуха можно не учитывать. Так как при торможении сцепление выключается, коэффициент учета вращающихся масс принимается равным единице. Для твердых горизонтальных дорог с покрытием, где сопротивления мало, выражение для определения максимального замедления будет:

j_max = j × g , (94)

где j - коэффициент сцепления; g -ускорение свободного падения.

Следовательно, замедление на дорогах, где j = 0,7...0,8, может достигать 6,7...7,5 м/с². Нормативные требования к тормозным качествам, прежде всего быстроходных автомобилей, например, легковых, близки к этим величинам.