автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка расчетно-экспериментального метода оценки тормозных свойств и направлений совершенствования тормозной динамики автомобиля

г* г п и л

г 1 ч

\ 5 ^АП 1333

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССНИОВАТЕЛЬСКИЙ АВТОМОБИЛЬНЫЙ И АВТОМОТОРНЫЙ ИНСТИТУТ НАМИ '

На правах рукописи

Сальников Владимир Иванович

УДК 629. ...

РАЗРАБОТКА РА(Л]ШЮ-ЭКС1ШШ£ЕЖАЛЪН0Г0 МЕТОДА ОЦЕНКИ ТОРМОЗНЫХ СВОЙСТВ И НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОРМОЗНОЙ ДИНАМИКИ АВТОМОБИЛЯ

Специальность 05.05.03 - Автомобили и тракторы

1

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском центре по испытаниям и доводке автомототехники (НЩИАМГ)

Научные руководители:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор |Фадькевич Б. С.}

доктор технических наук, профессор Соцков Д. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических даун, профессор ■Сироткин 3.1.

Ведущее предприятие:

кандидат технических наук, доцент Меламуд Р.А.

цроизводственное объединение АвтоГАЗ

Залита диссертации, состоится

г. в

_ час. на заседании специализированного совета K-I6I.0I.0I

в Центральном научно-исследовательском автомобильном и автомоторном институте (НАШ) по адресу: 125438, Москва, Автомоторная ул. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. '

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим нацравить по указанному в^ще адресу. Автореферат разослан " • < " ¿£^¿//<$993 г#

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Зубакян А.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Постоянное повышение тягово-скоростных свойств и интенсивности движения автомобилей выдвинуло проблему обеспечения безопасности дорожного движения в число наиболее важных. Решение этой проблемы требует постоянного совершенствования конструкции автомобилей и, в частности, тех узлов и систем которые влияют на активную безопасность. Активная безопасность автомобиля в значительной мера оцределяется его тормозными свойствами.

Создание новых тормозных систем г совершенствование существующих требует выполнения международных Правил и государственных стандартов. При этом возникают противоречивые задачи. Достижение максимальной эффективности должно сочетаться с обеспечением устойчивости автомобиля при тормокении, Поэтому, наряду с ранее выполненными работами необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку методов, позволяющее более глубоко раскрыть физическую сущность процессов, протекающих в тормозных системах автомобиля и направлений их совершенствования.

Цель работы. Разработка и внедрение в практику дорожных испытаний и исследований расчетно-эксперименталыюго метода оценки тормозных свойств автомобилей, средств испытаний и определение направлений совершенствования тормозной динамики автомобиля на основе оптимизации распределения и регулирования тормозных сил.

Задачи исследования;

- экспериментально исследовать рабочие процессы и выходные характеристики регулирующих и исполнительных устройств, оказывающих влияние на тормозные свойства автомобилей;

- разработать математическую модель для оценки автомобилей на соответствие Правилам & 13 ЕЖ ООН и отечественным стандартам при проведении сертификационных испытаний и оценке при доводочных работах эффективности и устойчивости торыоэзшя с учетом регулирующих устройств и конструктивных особенностей тормозных механизмов и выявить их влияние на тормозные свойства автомобиля;

- разработать и внедрить рэсчетно-зксперименгальный метод оценки тормозных свойств автомобиля;

- разработать и внедрить методики дорожных испытаний по определению эффективности тормозных систем (испытание "ноль'М и П, с мокрыми тормозными механизмами, с высоких начальных скоростей),а также создать комплекс приборов и оборудования необходимого для проведения испытаний и исследований автомобилей на тормозные свойства;

- на основе проведенных расчетно-экспериментальных исследований обосновать конструктивные параметры тормозных механизмов, позволяющие оптимизировать тормозную систему автомобиля*

Методика исследования базировалась на использовании методов математического моделирования на ЗИЛ. При решении задач по оценке # улучшению тормозных свойств автомобиля применены расчетно-эксперимен-тальныа методы определения параметров и характеристик узлов и систем, входящих в математическую модель, а также дорожные и стендовые ые- . тоды испытаний. Особое внимание уделялось разработке методик по определению характеристик и параметров тормозных механизмов, регуляторов тормозных сил, привода тормозов, непосредственно влиящих 71а тормозные свойства автомобиля. .

Объект исследования. Легковые автомобили с регулируемым и нерегулируемым распределением тормозных сил и различны.я конструкциями тормозных механизмов.

Научная новизна работы.

1. Разработан расчетно-эксперименталыщй метод оценки тормозных свойств автомобиля, который учитывает влияние конструктивных параметров тормозной системы (время срабатывания, параметры РТС и рабочих цшшвдров и др.) на процесс торможения. Разработаны методики оптимизации распределения тормозных сил по осям автомобиля, учитывающие компоновочные особенности автомобиля, регулирующих устройств, выходных характеристик тормозных механизмов, запаздываний срабатывания цривода, отличающиеся от известных методик повышенной точностью отображения процесса торможения автомобиля.

2. Предлойзна новая аналитическая зависимость для определения тормозного пути с любой начальной скорости, учитывающая иш тормозного механизма, снижение эффективности с ростом начальной скорости .торможения, тепловой фейдинг.

3. Установлена зависимость тормозного момента от величины биения тормозного барабана (диска) и определена область допустимых величин биения.

4. Разработана система и технология, включая метода испытаний, специальное оборудование, что позволяет сократить сроки проведения экспериментальных работ и повысить их точность.

Практическая ценность работы заключается в разработке средств и методов по повышению активной безопасности автомобилей цри торможении на стадии доводочных работ и испытаний, что позволило:

- разработать рекомендации по оптимизации тормозных систем легковых автомобилей;

- провести оценку автомобилей на соответствие стандартам и международным предписаниям при доводочных работах;

- внедрить в практику полигонных испытании расчотно-эксперимен-тальный метод оценки тормозных свойств автомобилей.

Реализация работа. Проведенные исследования позволили разработать и реализовать мероприятия по совершенствованию тормозных систем автомобилей ЗАЗ, А.ЛТК, ГАЗ и других объектов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в виде отдельных методик, включенных в отраслевой стандарт (ОСТ 37.001.067-86 "Тор-. мозные свойства автотранспортных средств. Методы испытаний." Руководящие докумонты (методика испытаний мокрых тормозных механизмов, методика испытаний тормозов автомобилей с высоких начальных скоростей, методика испытаний тормозных свойств после нагрева тормозных механизмов и др.).

Апробаштя работы. Основные результаты исследований были рассмотрены и обсуждены на:

- заседании НТС Центрального автополигона в 1992 году;

- научно-технической конференции ШЛИ в 1972, 1975, 1989 годах;

- Всесоюзном семинаре "Методы доровно-полигонных испытаний" в Москве в 1973, 1975 годах;

- республиканской научно-технической конференции "Безопасность дорожного движения" в г.Еревана, 1973 г.;

- Всесоюзной научно-технической конференции в г.Севастополе 1980 г.;

- Международных конференциях по испытаниям автомобилей в ПНР и ЧССР, 1988 г.;

- на группе экспертов КВТ ЕЭК ООН в Неневе, 1988 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 35 работ, выпущено более 30 научно-технических отчетов.

Объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы, црилозкешш и содержит 230 страниц машинописного текста в том числе 70 страниц с рисунками, II таблиц и приложения на 39 страницах. Список литературы включает 106 источников на русском языка и 29 на иностранном.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований динамики торможения автомобиля и методов испытаний, показана актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований.

В работе проведен анализ теоретических и экспериментальных исследований, связанных с динамикой торможения автомобиля, отечественных и зарубежных ученых, труды которых использованы в диссертационной работе: К.А.Бухарина, Б.Б.Генбома, А.Б.Гредескула, Я.Е.Фаробина Б.В.Гольда, А.К.Фрумкина, Г.М.Косолапова, Р.А.Мэлзмуда, В.Г.Розанова, Е.А.Чудакова, Б.С.Фалькевича, Ю.Б.Беленького, А.С.Ерыкова, А.Г.Розанова, К). А.Ечеистова,<//ен&о/н£ Т., ¿¿¡¿ег Оаг$1а,у] и других авторов. Значительное внимание в этих работах уделено исследованию влияния распределения тормозных сил по осям и колесам автомобиля на эффективность торможения. Отмечено негативное влияние на эффективность торможения недоиспользования сцепного веса. В работах И.В.Ба-лабина, Л.В.Гуревича, Б.С.Фалькевича, Д.А.Соцкова в национальных предписаниях и международных требованиях представлены методы по опр< делению эффективности тормозных систем АТС. Рассмотрено влияние рабочих процессов тормозных механизмов, стабильности коэффициента трения, неравномерности тормозных сил по бортам, термонагсруженности на устойчивость автомобиля при торможении. Однако, большинство исследований динамики.торможения автомобиля носит чисто теоретический характер, а ыезду тем физический процесс торможения представляет собой взаимодействие сложной системы автомобиля с дорогой и зависит от состояния дорожного покрытия, конструкции тормозной системы, условий эксплуатации, технологии изготовления и др. Вопросы эффективности торможения и устойчивости движения автомобиля, оптимизации тормозных систем и выбора их параметров не нашли достаточно полного отражения в проведенных ранее исследованиях.

Анализ применяемых методов испытаний, включая Правила ЕЗК ООН, показывает необходимость разработки более совершенной методологии оценки тормозных свойств автомобилей, базирующейся на экспериментал: ных данных и учитывающей рабочие процессы тормозных механизмов и регулирующих устройств.

Особое' значение приобретает оптимизация выходных параметров тормозной системы. Исходя из этого сделан вывод о необходимости проведения исследований рабочих процессов регулирующих и исполнительны: устройств, надежности, стабильности и энергонагруженности тормозных механизмов, распределения тормозных сил по осям, а также разработки новых методов испытаний для оценки тормозных свойств автомобилей.

Во второй главе, разработана математическая модель для оценки тормозных свойств автомобиля с учетом регулирукщих устройств, которая позволяет, учитывая конструктивные особенности тормозных систем на стадии доводочных работ .оптимизировать тормозные свойства автомо-

биля. Математическая модель создана но блочному принципу с выделением подсистем в самостоятельные модули, что позволяет легко переходить от одной конструктивной схемы к другой в К2вдом конкретном случае, включая блоки или заменяя сложные более простыми.

Для теоретического исследования движения автомобиля при торможении, с учетом принятых в диссертации допущений, принята плоская модель двухосного автомобиля, изображенная па рис.1. Для описания движения выбранной модели автомобиля в неподвижной системе координат Х00020 » введем вспомогательную подвижную систему координат ,

связанную с центром подрессоренных масс автомобиля.

R¿f , Rg. - нормальные реакции на колесах; Rx1t - тормозные силы на колесах; G-a. - вес автомобиля; Мц - масса автомобиля;

Man - подрессоренная масса автомобиля; - неподрессорен-

ные массы передней и задней осей автомобиля; Л - база автомобиля; а,-о, л - координаты центра масс; о.п> -п.п - координаты подрессоренных масс; 1 - статический радиус колеса; e¿ - угол крена кузова автомобиля.

Рассмотрим цроцесо торможения автомобиля, кмевдего в приводе задних тормозов регулятор тормозных сил (РТС).

Уравнение движения автомобиля запишется в виде:

RXz. (I)

Нормальные реакции на осях автомобиля, в зависимости от относительного замедления, определялись по выражениям:

где J- - замедление автомобиля; ff. - ускоренно силы тяжести.

Тормозные силы на передней и задней осях в зависимости от давления в исполнительных органах тормозного привода (колесных тормозных цилиндрах) находятся в виде:

где/^у/Дг- давления в приводе к передним и задним тормозным механизмам; В^,В2- комплексные параметры тормозных механизмов передней, задней осей; лр^,лр2- давления для преодоления усилия стяжных пружин и сил трения тормозных механизмов.

Регулятор тормозных сил, установленный на автомобиль, имеет упругую связь с задним мостом автомобиля и обеспечивает регулирование тормозных сил в зависимости от статического и динамического пе-рераспределеьвя массы автомобиля. Е связи с тем, что при торможени задняя подвеска автокооиля разгружается и усилие на штоке дифферен цаального поршня РТС уменьшается, то в известные формулы определения давления в приводе введен - динамический коэффициент преоб разования РТС (см.Рис.2). Ь этом случае давления в приводе к перед ним и задним тормозным механизмам автомобиля определяются по фор-

ЩЛ£Ш: 0 _ СдЖ-РоВ2<У-АР,* Д, лр2)

¡ы ; (4)

Рог = Ре (1- ) +ра< ■ Р/А ,

где Ро. - давление включения РТС в работу,

- относительное замедление, динамический коэффициент преобразования РТС определяется по выражению: ,, В±,'ш ,

у\л---тт*-;

т. - Сг М2„ ■ Лп

где №сг - статический коэффициент преобразования РТС; Р3-площадь поперечного сечения дифференциального поршня РТС; Сг- ■■ жесткость горсиона РТС; С£П- суммарная жесткость задней подвески; М2П- подрессоренная масса, приходящаяся на заднюю ось; ¿Т- малое плечо торсионз; П - безразмерный параметр.

Таким образом, динамический коэффициент преобразования РТС зависит от жесткости подвески и торсиона, площади дифференциального поршня и координат центра подрессоренных масс, и определяется экспериментально на автомобиле или на стенде, имитирующем динамику торможения автомобиля. Зависимость давления на выходе РТС от давления на входе см.рис.2.

давление включения регулятора тормозных сил может быть опред!

•лено экспериментально или получено расчетным путем по выражению

(6)

V- + Раа + л (в, Щ + Вц лрл)

м(3,+В>>) + Рг

где ¿у- передаточное число плеч торсиона;- начальный угол закрутки торсиона; Р„я - усилие сжатой пружины РТС.

¿Л,

~г«

Ч,

Албление.

Рис. 2. Определение коэффициента преобразования РТС

лр" - приращение давления на входе и Ар1 на выходе РТС при переменном усилии на штоке; Т"- переменное усилие на штоке РТС.

Комплексные .параметры тормозных механизмов (коэффициенты пропорциональности между тормозной силой ш давлением), входящие в математическую модель, определялись в дорожных условиях при последовательном торможении и последующей обработкой по выражениям :

А -—^/г

** (ро2 -А/Ъ)'

(7)

(Ро<-йрз) >

для определения удельных тормозных сил (характеристик реализуемого сцепления) колес передней и задней осей используются выражения: о „ п

Таким образом, определение удельных тормозных сил на осях автомобиля проводилось расчетно-экспериментальным путем, т.е. выходные характеристики определялись расчетом, а исходные данные, необходимые для расчета, определялись экспериментально. Для этой цели была разработана блок-схема управляющей программы расчета характеристик удельных тормозных сил и проверки автомобилей на соответствие международным предписаниям, а также программа оптимизации соотношения тормозных сил по осям автомобиля категории /V/ • Критериями оценки тормозных свойств приняты: требования Правил 13 по распределению тормозных сил, тормозной путь и установившееся замедление. При оптимизации тормозных свойств с РТС используются координаты центра масс, весовые показатели, характеристики тормозных механиз-

ш и РТС. Б качестве критерия оптимизации тормозной системы принято максимальное значение степени использования сцепного веса на пределе блокирования колес одной из осей в интервале коэффициента сцепления ¥ = 0,2...0,8. Б программе оптимизации заложена процедура автоматического выбора диаметров рабочих тормозных цилиндров. Расчет параметров РТС предусматривает корректирование соотношения тормозных сил, если расчетное значение оптимального коэффициента сцепления ниже минимально допустимого по предписаниям ЕЭК ООН (У=0,2). В этом случае оптимальному коэффициенту сцепления для автомобиля с одним водителем присваивается 0,2 и вычисляется измененное его соотношение Карь по которому определяется оптимальный коэффициент сцепления для автомобиля с полней массой:

И (9)

Тор± — « ■

^а+к'с,*)

После оптимизации тормозных свойств АТС предусмотрена повторная проверка его на соответствие нормативным документам.

Для выполнения исследований динамики торможения автомобиля, оборудованного РТС, в работе предложена математическая модель, которая предусматривает определение тормозного пути и установившегося замедления с использованием динамических характеристик привода тормозной система в зависимости от времени. При рассмотрении процесса торможения автомобиля на тормозной диаграмме выделены четыре фазы. Первая фаза соответствует времени запаздывания Т^.- период от начала нажатия на педаль тормоза до появления замедления. Вторая фаза характеризуется нарастанием замедления до момента срабатывания РТС. Продолжительность ее определяется Ты-рУКо, где Ка- темп нарастания давления в приводе тормозов. Третья фаза характерна нарастанием замедления от момента срабатывания РТС до момента начала блокирования колес передней оси четвертая фаза - это время

торможения с установившимся замедлением на грани блокирования передних КОЛеС

Для каждой фазы тормозной диаграммы определены время, .тормозной путь и замедление. Так как в первой фазе скорость не изменяется, то тормозной путь будет

Замедление во второй фазе, с учетом линейности его нарастания определим из выражения :

■ - (и)

/Те.

Произведя соответствующие преобразования, получим скорость в

ts.Tr О- т3 _ АС

конце второй фазы 1/2

и учитывая,

чтоV= » формула

превращается в дифференциальное уравнение, интегрируя которое в заданных пределах, определим тормозной путь на второй фазе :

- б (12)

Для нахождения продолжительности третьей фазы найдем давление

на грани блокирования колес передней оси

Л ь

п* _ Ма-У^-4 -к Щг )'к~(лР/ * ■*)]

и°<~ т^т^тутто

где Л" - соотношение тормозных сил цо осям. Продолжительность третьей <Ьазы Ъгн »

ЛО

Замедление § третьей фазе определится по формуле:

(13)

. П)в, + (Р/-а Рг )-&г ,

А- Л7 а. '

(14)

где- замедление при срабатывании РТС;^ - замедление на грани блокирования передних колес. „

Скорость в конце третьей фазы: = - -¡г"' (¿А ¿¿в)• (15) Тормозной путь за время Хзн определится из выражения:

53 -1зн Г«4 - (Л * о. 5}б)] ■

Время четвертой фазы равно Туст Тормозной путь определим по выражении

3« =

Цз г/в

(16)

(17)

Суммарный тормозной путь находим складывая выражения (10), (12), (16) и (17), т.е.

Г 2

5г=1/о-(1с*£гн)~/А--^ + -X• (л -' (18)

Значение тормозного пути, полученное расчетом по формуле (18), сравниваем со значением„$У , предписанным нормативным документом. Таким же образом сравниваем.¡уст. = ¿е с предписанным £ .

На рис. 3 представлены зависимости тормозного пути от начальной скорости, полученные экспериментально и по расчетам с использовани-

ем математической модели. 5т

Рис. 3. Зависимость тормозного пути от скорости

• - экспериментальные данные;

— - расчетные значения

•Как следует из графика, обеспечивается достаточно высокая степень совпадения результатов. Проверка на адекватность математической модели реальному процессу проводилась на автомобилях ЗАЗ-П02, ВАЗ-2108, ГАЗ-ЗЮ5.

Разработанная математическая модель и пакет прикладных программ позволяют оценить тормозные свойства автомобилей на соответствие Правилам £ 13 ЕЭН ООН и отечественным стандартам и произвести оптимизацию тормозных свойств с учетом весовых, геометрических показателей автомобиля и конструктивных особенностей тошозных систем.

Третья глава посвящена разработке расчетно-экспериментального метода оценки тормозных свойств автомобиля и определению параметров, входящих в математическую модель. Особое внимание было уделено выходным характеристикам тормозных механизмов, регулятора тормозных сил и привода, конструктивному исполнению тормозной системы и др.

При оценке работы тормозных механизмов рассмотрены соответствующие зависимости. Зависимость тормозной силы от приводного давления включает в себя площадь поршня рабочего цилиндра, коэффициент эффективности тормозного механизма, радиус барабана и колеса. Анализ этих зависимостей показывает, что наиболее согласуется с таким содержанием комплексный параметр тормозного механизма, определяемый по выражению :

Ьс -2Р<$с ■ — -2-Спр . (19)

где Яз - площадь поршня рабочего цилиндра (тормозной камеры); Тя- радиус тормозного барабана (диска); Кэ~ коэффициент эффективности тормозного механизма; 2 - к.п.д. тормозного механизма.

Комплексные параметры тормозных механизмов и зависящие от них тормозные силы на колесах изменяются в широком диапазоне в результате воздействия температуры, скорости и т.д. Высокая стабильность тормозных.механизмов является одним из главных условий реализации преимущества регулирования тормозных сил и, следовательно, оптимизации процесса торможения. При расчетах необходимо располагать как экспериментальными данными характеристик тормозных механизмов, так и теоретическим! зависимостями комплексных параметров от изменения коэффициента трения. Для этого в работе определены коэффициенты эффективности , чувствительности € и стабильности тормозных механизмов в зависимости от коэффициентов трения^ для различных конструктивных вариантов по выражениям, приведенным в табл.1. Числовые значения их, полученные экспериментально, приведены в табл.2..

Выполненный теоретический анализ позволяет сделать вывод, что

'тормозной механизм с разнесенными опорами обладает худшей стабильностью, а отклонение коэффициента трения от номинального значения является одним из основных дестабилизирующих факторов. Повышение стабильности тормозного механизма молено обеспечить применением фрикционных материалов, имеющих в паре с чугуном невысокий (0,25...0,30), но стабильный коэффициент трения.

Таблица I

Показатель Тип механизма К, £ А- / £■"

Барабанный с И _ 2У / <£> '

разнесенными опорам /-> ' <=-г

Барабанный с односторонним расположе' нием опор с-у;2 ■ = / £г'

Дисковый Ая5 = £ з = Т а б л и Л} = ц а 2 / •

Коэффициент трения, Пареметры 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

К9* 0,50 0,66 0,86 1,07 1,33 1,63

£* 3,12 3,57 4,08 4,76 5,55 6,66

Х92 0,41 0,53 0,66 0,80 0,95 1,125

<£г 2,26 2,41 2,62 ' 2,91 3,31 3,75

Кэз 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

I I I I I I

Л* 0,32 0,28 0,24 0,21 0,18 0,15

¿¿г 0,44 0,41 0,38 0,34 0,30 0,27

4*3 I I I I I I

При исследовании эффективности и стабильности тормозного ме-

ханизма для определения комплексных параметров был использован тормозной стенд. Ь ходе испытаний измерялись: тормозной момент//г , давление в гидроприводе/?, и температура пар трения Т . Комплексный параметр тормозного механизма определялся по выражению : Л

Определение средних значений тормозных моментов и давления в приводе ^проводилось по зависимостям : Мт -Ут< +

о -

(21)

где Ai - шаг интегрирования; Mro ...Af7m- текущие значения момента; Ра ... рот- текущие значения давления.

По результатам исследований комплексный параметр заднего тормозного механизма УАЗ-2206 (диаметр рабочего цилиндра с/«,= 25 мм, температура накладок Т= 333 °К) на участке увеличения давления

3,59 Ю"4 м2, а на участке сброса ¿5/= 4,18 Ю-4 м2. Очевидно, что при нарастании и сбросе давления будет изменяться и распределение тормозных сил по осям автомобиля, что приведет к потере устойчивости автомобиля при неблагоприятном коэффициенте сцепления. Кроме того при торможении, происходит значительное изменение комплексного параметра, определяющего тормозной момент в зависимости от изменения температуры пар трения. Это вызвало необходимость использовать математическую теорию планирования эксперимента и на основе результатов испытаний получить уравнение математической модели изменения комплексного параметра в зависимости от температуры в зоне трения и подводимого давления. Б основу составления плана положено ортогональное планирование на трех уровнях по каждому фактору. Решетка ортогонального планирования и отвечающие каждой точке факторного пространства средние опытные значения функции отклика приведены на рис. 4. Однородность дисперсии проверялась по критерию Кохрена, при этом получен опытный критерий меньше заданного теоретического, т.е. гипотеза о равноточности измерений не отвергается. Проверка полученных уравнений регрессии по критерию Фишера подтвердила адекватность полученной модели.

Рис. 4. Решетка ортогонального планирования: Ц- пентр плана; ро- давление в приводе; Т- температура пар трения.

Течщралцра t Зсмс а/ал,/С

Разработанную методику южно использовать при анализе термо-

нагруженности тормозной системы с различными вариантами установки тормозных механизмов на осях автомобиля.

Для определения комплексных параметров тормозных механизмов, входящих в математическую медаль, разработана петодика, которая предусматривает в дорожных условиях определение замедления в зависимости от давления рабочего тела путем последовательного торможения передней и задней осью при ступенчатом увеличении усилия на педали тормоза.

Ь соответствии с требованиями Правил й 13 проверка распределения тормозных сил по осям автомобиля проводится при постоянных коэффициентах трения тормозных накладок, что автором рассматривается как недостаток. Б связи с этим в работе предложена методика и экспериментально исследовано влияние температуры пар трения на тормозные свойства. Результаты представлены в виде четырехква^дрантной диаграммы (рис.о), по которой выполняется анализ и прогнозирование тормозных свойств автомобиля. Б первом квадранте нанесена кривая идеального соотношения тормозных сил I, граничная кривая, построенная по требованиям Правил 13 для обеспечения минимального значения относительного замедления' и показано влияние температур на изменение действительного соотношения тормозных сил 2, а также последовательность блокирования колес автомобиля. Во втором и четвертом квадранте даны зависимости тормозных сил на осях автомобиля от температура тормозных механизмов. Ь третьем приведено соотношение температур тормозных механизмов передней и задней осей. При холодных тормозных механизмах (Т= 373°К, Т = 323°К) последовательность блокирования осей автомобиля выдержана по требованиям Правил № 13. По итоговой кривой в I квадранте (т.I,2,3,4,5,6,7) видно, что в начале торможения наступает улучшение тормозных свойств т.к. комплексные параметры передних тормозных механизмов с ростом температуры увеличиваются. С ростом температуры наступает ухудшение тормозных свойств из-за снижения эффективности передних тормозных механизмов и кривая (т.4,5,6,7) меняет направление - раст_1 вероятность блокирования колес. Это надо учитывать при проектировании тормозных систем.

На основании теоретических и экспериментальных исследований получены зависимости основных параметров тормозных механизмов с целью получения оптимального соотношения тормозных сил по осям автомобиля. Методика определения вышеперечисленных зависимостей апробирована применительно к автомобилю ЗАЗ-П02 (Рис.5).

Б связи с тем, что эффективность и устойчивость автомобиля при - торможении зависит от конструкции тормозной системы, технологии из-

К и ¿я*

Рис.5. Изменение тормозных свойств автомобиля при тепловых воздействиях на пары трения тормозных механизмов

готовления и эксплуатации, в работе рассмотрены те показатели, которые оказывают наибольшее влияние на динамику торможения.

Зазор между параш трения является определяющим во времени срабатывания тормозного привода. Величина зазора регламентируется конструкцией тормозного механизма и в процессе эксплуатации может изменяться вследствие износа пар трения, нарушения работы регулирующих устройств и др. причин. Рост зазора приводит к увеличению времени сраоатывания тормозного привода, которое складывается из двух составляющих: времени, которое неооходимо для преодоления сил упругости стяжных пружин и трения; времени выбора зазора мезду накладками и барабаном. ___

Г Ра,,-(£>'*■ с-') Л бтР'с' (22)

геометри-

где

+ УЛ-о-ЪЬУ'Ы+е) ;

Р„р - сила упругости стяжных пружин; а,6,с-

ческие параметры тормозного механизма; ¿¡> - передаточное число разжимного устройства; щ - приведенная масса подвижных деталей;

<Р'- зазор между тормозным барабанов (диском) и накладкой.

Используя выражение (22) времени срабатывания тормозного привода, можно оценить возмущающий момент, действующий на'автомобиль в горизонтальной плоскости, при равных временах запаздывания на колесах одной оси, который определяется как:

(23)

где К, -темп нарастайш тормозных сил; £ - колея автомобиля;^ - время запаздывания привода соответствующего колеса.

' Действие возмущающего момента приводит к потере устойчивости

•автомобиля при торможении и я снижению эффективности из-за увеличения времени запаздывания.

Б работе подробно рассмотрен процесс торможения автомобиля с диагональной двухконтурной тормозной системой и отрицательным плечом обкатки при "свободном" руле, закрепленном и на дороге типа "микст". В результате получено уравнение для выбора отрицательного плеча обкатки колеса лз условия сохранения устойчивости при торможении : „ г , г

где М-^2- - соотношение тормозных сил по осям; в - плечо сноса боковой *реакции; си - вынос оси колеса; /¡V- коэффициенты сопротивления боковому уводу колес; - расстояние от центра колеса до оси стойки подвески; - динамический радиус колеса; -угол развала колеса; с/ - смещение центра отпечатка относительно колеса в боковом направлении; ¿Ь - поперечный угол наклона стойки передней подвески.

Учитывая реальные условия эксплуатации выбор отрицательного плеча обкатки осуществлен для случая, когда под левым бортом автомобиля коэффициент сцепления шины с дорогой максимальный, а под правым минимальный. Такой подход показал, что в случае отказа одного контура оставшийся обеспечит необходимую эффективность торможения и курсовую устойчивость. Выбор и оценка применения двухконтур-ных тормозных систем для конкретных автомобилей должны производиться с учетом их конструктивных особенностей и требований нормативных документов.

По результатам проведенных исследований и анализа литературных источников разработан метод аналитического расчета величины тормозного пути с высоких начальных скоростей для' автомобилей с барабанным, дисковыми или смешанными гораозными системами. На графике (рис.6) показаны осредненные экспериментальные величины тормозных путей в функции начальной скорости для девяти моделей легковых автомобилей.

На основании экспериментальных исследований получено выражение для определения тормозного пути :

с'Л(ь^во)] ' (25)

где/77,4е'А ~ безразмерные коэффициенты.

Введение коэффициентов (см.таблица 3), учитывающих падение

Рис. 6. Кривые

осредненные по зонам торможения I - автомобили с барабанной тормозной системой;

П - автомобили с дисковыми тормозными системами;

Ш - автомобили со смешанной тормозной системой.

эффективности торможения с ростом начальной скорости, тепловой фединг и тип тормозного механизма определяет отличие предлагаемой формулы от существующих.

Таблица 3

Тормозная Гс г* т ь с я

систеш (с; (с)

Барабанная 0,10 0,20 0,89 0,0055 1.0 0,98

Дисковая 0,05 0,12 0,96 0,020 0,90 0,90

Смешанная 0,07 0,15 0,93 0,0048 0,35 0,885

Полученное выражение позволяет с погрешностью, не превышающей 5%, определять тормозной путь автомобиля или по известной величине установить начальную скорость торможения.

Разработанный расчетно-экспериментальный метод оценки тормозных свойств автомобиля, с учетом установленного влияния основных факторов на динамику торможения, может использоваться на этапе доводочных работ и испытаний для оценки эффективности заложенных конструктивных решений.

' В_2£твертдй_главе приведены результаты экспериментального исследования тормозных свойств автомобилей и эффективности работы

л „

тормозных механизмов. Б соответствии с целью экспериментального исследования решались задачи по определению и уточнению эмпирических данных; оценки адекватности разработанной математической модели реальному процессу торможения автомобиля и правомерность выводов теоретического исследования, а также достоверности рекомендаций по совершенствованию тормозных систем легковых автомобилей.

Экспериментальные исследования выполнялись с использованием

яетодов, изложенных в настоящей работе, ОСТ 37.001.067-86 "Тормоз-ше свойства автотранспортных средств. Методы испытаний", РТМ ¡7.001.021-80 "Методика испытаний автотранспортных средств, обору-юванных антиблокировочными системами", М 37.052.017-77 "Испытания [егковых автомобилей при торможении с высоких начальных скоростей".

Определение характеристик реализуемого сцепления по Правилам ' 13 ¿¡ЭК ООН выполнено для автомобиля ЗАЗ-П02 с серийной тормозной истемой. Тормозные силы на передней и задней осях определялись ^счетным путем в зависимости от командного давления и комплексных :арвметров тормозных механизмов, полученных по результатам дорожных спытаний. Среднее значение комплексных параметров составило: >,= 9,7 Ю-4 м^, 3^= 2,65 Ю-4 м2.

Характеристики реализуемого сцепления для двух весовых состо-ний ЗАЗ-1102 и степень использования сцепного веса при торможении риведены на рис. 7.

Рис.7. Характеристика реализуемого сцепления (а) и степень использования сцепного веса (б) ЗАЗ-П02

Для определения температурных характеристик тормозных механиз-ов в дорожных условиях была разработана специальная методика, поз-оляющая получить зависимость комплексных параметров тормозных ме~ анизмов от температуры трущихся пар. Температура измерялась при эмощи хромель-копелевых термопар со скользящими устройствами на зреднем и заднем тормозных механизмах. Полученные характеристики вменения комплексных параметров позволяют сделать вывод, что с эстом температуры до 523°К эффективность дискового тормоза растет, затем существенно снижается. Эффег,тивность барабанного тормозного эханизма мало изменяется до температуры 423°К, а затем резко сни-ается.

При оптимизации тормозной системы автомобиля ЗАЗ-ПО? выбор

основных параметров тормозных механизмов осуществляется с тем расчетом, чтобы с улучшением эффективности торможения сохранялась и . устойчивость; По результатам оптимизации увеличены диаметры задних тормозных цилиндров с 16 мм до 20,64 мм и применен регулятор тормоз ных сил типа "Гирлинг" с соответствующим расчетом установочных параметров. Соотношение тормозных сил по осям автомобиля с 0,27 увеличилось до 0,48. Замедление на грани блокирования передних колес (при У = 0,8) с у =6,5 м/с^увеличилось до^ = 7,6 м/сг, тормозной путь с 40,96 м уменьшился до 36 м. Потери сцепного вec',. при У = 0,2 для автомобиля с полной нагрузкой составляют около 18 % (против 33$ у штатной тормозной системы), для снаряженного-автомобиля составили около 5% (против 22$ у штатной тормозной системы). Во всем диапазоне изменения температур последовательность блокирования колес осей выдержана в соответствии с требованиями Правил & 13 ЕЭК ООН. Вследствие повышения эффективности задних тормозных механизмов температура передних тормозных механизмов (при длительном торможении) снизилась при сравнительных испытаниях в среднем на Ю0°К.

По результатам-исследования тормозного механизма передних колес ЗАЗ-П02 установлено, что оптимальные значения биения рабочих поверхностей диска должны быть не более 0,2 мм при их неплоскостности до 0,03 мм, ход педали тормоза уменьшен до 8-10 мм и снижена вибрация при торможении.

При исследовании тормозных свойств автомобиля БАЗ-2108 оценень выходные показатели на соответствие отечественным стандартам и международным предписаниям, а также выявлены резервы повышения эффект ности торможения.

На рис.8 представлены характеристики комплексных параметров тормозных механизмов ВАЗ-2108 при нагреве пар трения.

Рис.8. Изменение комплексных параметров тормозных механизмов автомобиля ВАЗ-2108 при нагреве пар трения.

373 т ¿73 673 773 тетггйратура, "К

По результатам испытаний установлено, что есть резерв в повышении эффективности торможения и снижения энергонагружеаности тормозных механизмов за счет увеличения давления срабатывания регулятора тормозных сил. При этом установившееся замедление повышается

• п р

6,8 м/с до 7,9 м/с с сохранением устойчивости.

Влияние радиального биения тормозного барабана на эффективность торможения и сохранение устойчивости исследовалось на автомобиле ГАЗ-24. Определены причины, вызывающие радиальное биение тормозного барабана и количественно оценено влияние его на величину тормозного момента, ¿уш замера тормозных сил был применен плавающий щит, перемещение которого в плоскости вращения колеса ограничивалось чувствительными элементами в виде тензобалок. Анализ результатов испытаний автомобиля показал, что существенным фактором, влияющим на процесс торможения, является эксцентриситет тормозного барабана, его минимально допустимая величина - 0,1 мм. Превышение его выше допустимого приводит к пульсации давления в тормозной системе и тормозных сил. При несовпадении отклонений тормозных моментов по фазам на колесах оси происходит более раннее блокирование одного из них, что приводит к возникновению разворачивающего момента и автомобиль теряет устойчивость.

Результаты исследований и испытаний подтвердили обоснованность изложенных в диссертации теоретических выводов и позволили разрабо- ' тать и внедрить мероприятия по совершенствованию тормозных свойств легковых автомобилей.

ОСНОВНЫЕ ВЫБОИН И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Современные требования к эффективности тормозной системы вступают в противоречие с сохранением устойчивости автомобиля при торможении. Эффективность и устойчивость автомобиля при торможении зависит от соотношения тормозных сил на колесах передней и задней осей, влияющего на последовательность их блокирования. Это вызывает необходимость более глубокого изучения процесса торможения и разработки расчетно-экспериментальных методов по оценке и оптимизации тормозных свойств автомобилей.

2. Разработанная математическая модель и реализующие ее функционирование прикладные программы позволяют проводить моделирование процесса торможения автомобиля с различными типами тормозных механизмов в условиях, приближенных к дорожным, что сокращает объем испытаний при доводке и оценке тормозных свойств. Оптимизация тормозных свойств автомобиля, выполненная в работе, показала, что факторы и параметры автомобиля, узлов и систем, входящие в математическую модель, являются определяющими при выполнении доводочных работ тормозных систем.

3. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки тормоз-* ных свойств автомобилей, который позволяет определить тормозной путь, установившееся замедление и соотношение тормозных сил на кол сах автомобиля с учетом РТС и подвески, степени использования сцеп ного веса и конструктивных факторов при оценочных испытаниях, а-также использовать его на стадии доводки тормозных систем автомоби лей. С помощью этого метода проведен анализ тормозных свойств АТС на соответствие Правилам X» 13 ЕЭК ООН и отечественным стандартам, что имеет существенное значение для подготовки отечественных автом< билей к сертификационным испытаниям, повышения их конкурентоспособности.

4. На основании исследований влияния различных конструктивных факторов на тормозные свойства автомобиля определены комплексные параметры тормозных механизмов и установлены зависимости входящих в них величин (давление в приводе, температура тормозных механизмов, геометрические и весовые показатели тормозных механизмов и автомобиля, характеристика подвески и РТС). Учет значений этих парам; ров позволяет оптимизировать тормозные свойства автомобиля на стадии доводочных работ.

5. Экспериментально установлено влияние температуры на изменение тормозного момента. Уровень энергетической нагруженности тормозных механизмов на нормативных режимах продолжительности нагрева соответствующего условиям эксплуатации составляет: 673...713°К для дисковых и 573...623°К для барабанных тормозных механизмов. Др[ таких температурах эффективность торможения снижается в пределах 20...40%. Для проведения исследований по подбору и оценке термофизических свойств фрикционной пары трения разработана методика оценки изменения тормозных свойств АТС вследствие теплового воздействия на тормозные механизмы.

6. Рекомендуется при проектировании тормозных систем с РТС коэффициент пар трения выбирать наименьший для передних тормозных механизмов и наибольший для задних. Б этом случае при случайном сочетании коэффициентов пар трения передних и задних тормозных механизмов действительное соотношение тормозных сил по осям автомобиля лежит ниже идеального распределения, что предотвращает первоначально( блокирование колес заднем оси.

7. Выявлено влияние на эффективность и устойчивость автомобиля при торможении неравномерности тормозных моментов на отдельных колесах автомобиля, возникающей при биении рабочих поверхностей тормозных барабанов (дисков). Установлено, что у тормозного бараба«

на эксцентриситет относительно оси вращения колеса не должен превышать ОД мм. Биение рабочих поверхностей тормозного диска не более 0,2 мм при его неплоскостности 0,03 мм.

й. Получена аналитическая зависимость тормозного пути для автомобиля с дисковыми, барабанными и смешанными тормозными механизмами, которая учитывает тип тормозного механизма, время запаздывания, скоростной федиЕгг, степень использования сцепного веса и позволяет определять тормозной путь или по известной величине тормозного пути определять начальную скорость торможения автомобиля.

9. Результаты работы внедрены в отраслевом стандарте ОСТ 37. 001.067-86 "Тормозные свойства автотранспортных средств. Методы испытаний" при доводке тормозных систем автомобилей ЗАЗ-П02, ГАЗ-ЗЮ2, АЗЖ-2141, ДуАЗ-1302 и автомобилей ЯМ.

10. Для дальнейшего улучшения тормозных свойств автомобилей необходимо :

- углубить исследования по подбору пар трения тормозных механизмов, а также факторов, оказывающих влияние на динамику торможения автотранспортных средств;

- продолжить исследования в направлении совершенствования тормозных механизмов по энергонагруженности;

- совершенствовать расчетно-экспериментальные методы оценки тормозных свойств, автотранспортных средств, оборудованных устройствам регулирования тормозных сил.

Основные положения диссертации отражены в 35 печатных работах, основные из которых следующие:

1. Балабин И.В., Сальников Б.И., Бенедиктов Д.Д., Никульки-ков Э.Н. Исследование термонзгруженности тормозных механизмов автомобилей при непрерывном торможении. - Б сб. Автомобилестроение, ШШАвтопром, И., 1971, 3, с.29-33.

2. Балабин И.Б., Сальников В.И., Нккульников Э.Н. Полигонные испытания автомобилей по определению эффективности действия тормозных систем. - НИШАвтопром, М., 1972 , 47 с.

3. Балабин И.Б., Сальников В.И., Фалькевич Б.С., Юдаков Р.Ф. Исследование процесса торможения автсмобиля с высоких начальных скоростей я разработка методики проведения таких испытаний. Сб. трудов ШШ. - М., 1972, с. 15-16.

4. Балабин И.В., Сальников В.И., Давыдов А.Д. Методика полигонных испытаний тормозов автомобилей на долговечность. Автомобильная промышленность, 1975, № I, с.22-23.

5. Балабин И.В., Сальников Б.И., Фалькевич Б.С., Спирин А.Р.

К вопросу аналитической оценки эффективности торможения легковых автомобилей. Автомобильная промышленность, 1975, )г 8, с.22-25.

6. Балабин И.Б., Сальников Б.И. Влияние радиального биения тормозного барабана на эффективность и устойчивость легкового ав-томоокля при торможении. Сб.трудов ШЛИ. - М., 1975, с.123-125.'

7. Барашков A.A., Никульников Э.Н., Сальников В.II. Требования к тормозным системам. Автомобильная промышленность, 1988, & 4,

с.II-12.

8. Гуревич Л.Б., Сальников В.И. Регламент проведения дорожных иопытаний внтиблокировочных тормозных систем. Автомобильная промышленность, 1983, № 2, с.28-29.

9. Сальников В.И. Торможение автомобиля. За рулем, 1973, № 5.

10. Сальников Б.И., Никульников Э.Н., Барашков A.A., Маркарян

Г.А., Шевелкин Ю.П. Дорожные испытания "мокрых" тормозных механизмов автомобилей. Конструкция автомобилей, 1979, № 12, с.15-23.

11. Сальников В.И., Никульников Э.Н., Барашков A.A. Современные требования и пути повышения тормозных свойств автотранспортных средств. Тез.докл. Респ.Яаучно-техн. конф. Горький, 1У0о, с.47.

12. Сальников В.П., Барашков A.A. üo эффективности импульсного торможения. Автомооильная промышленность, I9öb, 6, с.22-24.

13..Сальников В.И., Давыдов А.Д. и др. Направления совершенствования конструкции АТС, обеспечивающие повышение безопасности эксплуатации. Труды конференции "Автопрогресс-88", 1988, ПНР, 10 с

14. Сальников В.И., Давыдов А.Д., Никульников Э.Н. Для повыше' ния безопасности конструкции АТС. Автомобильная промышленность, 1989, Л 10, с.14-18.

15. Соцков Д.А., Сальников В.И. Оптимизация тормозных свойств опытного образца автомобиля 3A3-II02. Деп. в НШстандартавтосельхо маше, 16.04.1991, В 2091- ап.91.

16. Тормозные свойства автотранспортных средств. Методы испытаний. ОСТ 37.001.067-86. Минавтопром. М., 1988.