автореферат диссертации по транспорту, 05.22.02, диссертация на тему:Улучшение тормозных свойств легковых автомобилей совершенствованием способов регулирования тормозных сил

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ОД

НАЗАРОВ Олександр Іванович

УДК 629.113-

ПОЛІПШЕННЯ ГАЛЬМІВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЛЕГКОВИХ АВТОМОБІЛІВ УДОСКОНАЛЕННЯМ СПОСОБІВ РЕГУЛЮВАННЯ ГАЛЬМІВНИХ СИЛ

Спеціальність: 05.22.02 - автомобілі і трактори

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ХАРКІВ -1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті, Міністерство освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри "Технологія машинобудування та ремонту машин" Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету ПОДРІГАЛО Михайло Абович

Офіційні опоненти: ...

— доктор технічних наук, професор, завідувач кафедри "Трактори і автомобілі" Харківського державного технічного університету сільського господарства ЛЄБЄДЄВ Анатолій Тихонович

— кандидат технічних наук, доцент кафедри "Автомобілі" Харківського державного автомобільно-дорожнього технічного університету БОГОМОЛОВ Віктор Олександрович

Провідна установа — Інститут машин і систем НАН України, науково-технічний центр "Енергосилових установок і систем керування", Міністерство промислової політики України, Харків

Захист відбудеться "01" липня 1998 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 02.17.02 при Харківському державному автомобільно-дорожньому технічному університеті.

Адреса: 310078, Харків, вул. Петровського, 25 ^

З десертацією можно ознайомитися в бібліотеці університету. Автореферат розісланий "21" травня 1998 року'.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

І

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

На теперішній час вибір коефіцієнта розподілу гальмівних сил між вісями легкових автомобілів при проектуванні їх гальмівних систем проводиться за умов екстреного гальмування. Це призводить до того, що передні гальма мають більше енергонавантаження, а отже, і знос фрикційних накладок. Крім цього, розподіл гальмівних сил, вибраний за таких умов, не дозволяє підвищити ефективність контрольних гальмувань легкових автомобілів при випробуваннях "нуль" та циклічних гальмувань при випробуваннях І. Це зумовлено тим, що існуючі в нашій країні та за кордоном методики проектування гальмівних систем створюють умови для більшого навантаження передніх гальмівних механізмів, у порівнянні із задніми. Отже, це спричинює перегрівання та втрату ефективності перших, особливо при здійсненні гальмувань в умовах гірської місцевості.

Актуальність теми. Спроба-завантажити задні гальмівні механізми в більшій мірі за відомими методиками не дає значного підвищення по енергоємності, при тому ж призводить до втрати курсової стійкості та невиконання вимог стандартів. Необхідність забезпечення максимальної ефективності при збереженні курсової стійкості створює умови для того, що на передні гальма припадає до 80% всієї кінетичної енергії автомобіля, яка випромінюється в процесі гальмувати. Такий розподіл енергії (потужності) гальмування зберігається і для службових гальмувань, що становлять до 98 % від загальної. їх кількості,—але__відбуваються за менших динамічних перерозподілах навантажень та з меншою ефективністю.

Таким чином, енергонавантаження передніх і задніх гальмівних механізмів залежить від багатьох параметрів, найбільш значним з яких є коефіцієнт розподілу гальмівних сил між вісями. Від значення цього коефіцієнта залежить не тільки забезпечення курсової стійкості автомобіля за рахунок випереджувального блокування' передніх коліс, але й ефективність екстрених гальмувань внаслідок вирівнювання енергонавантаження гальмівних механізмів обох вісей при службових гальмуваннях.

Впровадження рівного розподілу гальмівних сил між вісями легкового автомобіля забезпечить зниження рівня термонавантаження пар тертя передніх гальм та призведе до підвищення зносо-фрикційних властивостей поверхонь тертя та курсової стійкості. Так як протиблокувальні системи із-за дороговизни не стали традиційним обладнанням легкових автомобілів вітчизняного виробництва, то найпоширенішими пристроями, що можуть використовуватись в їх гальмівних системах для цього, є регулятори.

Зв'язок роботи з науковими програмами, плаиами, темами. Дисертаційна робота направлена на поліпшення гальмівних властивостей легкових автомобілів шляхом вдосконалення їх гальмівних систем і являється

невід'ємною частиною вирішення проблеми підвищення безпеки руху автотранспортних засобів згідно нормативних документів та актів України про дорожній рух.

Мета і задачі дослідження — підвищення ефективності гальмування та курсової стійкості легкових автомобілів за рахунок використання вдосконалених способів реіулювання гальмівних сил.

Поставлена мета досягається вирішенням слідуючих задач:

—розробити математичну модель руху автомобіля, що загальмовується при різному поєднанні блокованих і неблокованих коліс га одержати диференціальне рівняння динаміки відхилення кута поздовжньої вісі при боковому збурювальному діянні;

— одержати функціональну залежність координат центра ваги автомобіля, коефіцієнта розподілу гальмівних сил та коефіцієнта зчеплення із показниками курсової стійкості для малих кутів відхилення поздовжньої вісі;

—розробити методику оцінки коефіцієнта використання зчіпної вага автомобіля в разі регулювального розподілу гальмівних сил між вісями;

—дослідити курсову стійкість легкового автомобіля при рівному розподілі гальмівних сил між вісями;

—розробиш методику експериментальних досліджень ефективності застосування регулятора гальмівних сил із "висхідною" характеристикою на автомобілі ЗАЗ-1102 у дорожніх умовах та на стенді;

— розробити програму розрахунку на ЕОМ параметрів, що характеризують - процес гальмування автомобіля, та визначити показники тепловипромінювальної здатності гальм за результатами експериментальних досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів:

— визначено функціональний зв’язок між показниками курсової стійкості автомобіля для малих кутів відхилення поздовжньої осі з координатами центра ваги, коефіцієнтом розподілу гальмівних сил та зчеплення коліс із дорогою (одержано вперше);

— досліджено курсову стійкість легкового автомобіля на основі отриманого критерію для рівного розподілу гальмівних сил між вісями та різному поєднанні блокованих і неблокованих коліс (одержано вперше);

— розроблено методику оцінки коефіцієнта використання зчіпної ваги автомобіля при регульованому розподілі гальмівних сил по ''висхідній" характеристиці (дістало подальший розвиток);

— розроблено методику оцінки термонавантаження гальмівних механізмів при виконанні циклічних гальмувань (удосконалено).

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи полягає в створенні методики розрахунку параметрів регуляторів гальмівних сил із "висхідною" характеристикою для легкових автомобілів,

з

методики вибору коефіцієнта розподілу гальмівних сил, що дозволило підвищити ефективність циклічних і контрольних гальмувань у ході випробувань І, та програми для розрахунку на ЕОМ параметрів гальмування двовісних автотранспортних засобів робочою та запасною системами із гідравлічним приводом гальм.

Розроблено робочу технічну документацію для виробництва регуляторів гальмівних сил із "висхідною" характеристикою та їх подальшого впровадження на автомобілях ЗАЗ-1102 і автомобілях спільпого виробництва з "DAEWOO", що необладнані протиблокувальними системами.

Розроблені автором методики вибору коефіцієнта розподілу гальмівних сил і параметрів регуляторів, а також виконана дискова гальмівна система із рівним регульованим розподілом по "висхідній" характеристиці, використані на автомобілі ЗАЗ-1102 у ході конструкторсько-експерш.іентальшк робіт НТЦ "ЗАЗавтотехніка" (акт від 17.11.97). ...

Особистий внесок здобувана. Автором розроблені методологічні положення для всього комплексу теоретичних і експериментальних досліджень динаміки гальмування та курсової стійкості легкового автомобіля. Зокрема, зроблено слідуюче:

— розроблено методику розрахунку параметрів регулятора гальмівних сил із "висхідною" характеристикою для різних типів легкових автомобілів та

його уніфіковану конструкцію на........... основі способу регулювання,

запропонованого професором ХДАДТУ Подрігало М.А., і дискову гальмівну систему автомобіля ЗАЗ-1102 для випробувань;

— розроблено математичну модель автомобіля, що загальмовується, і програму для розрахунку на ЕОМ параметрів, що характеризують процес гальмування та оцінки температури нагрівання поверхонь тертя [1,3 — 5];

— встановлено вплив конструктивних факторів та коефіцієнта зчеплення на курсову стійкість автомобіля при регульованому розподілі гальмівних сил між вісями [2];

— розроблено програму і методику випробувань, проведено експериментальні дослідження ефективності використання регулятора гальмівних сил із "висхідною" характеристикою на автомобілі ЗАЗ-1102 у дорожніх умовах та на стенді.

Особистий внесок здобувача в статті зазначений у списку наукових праць, що опубліковані автором за темою дисертації.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи були оприлюдненні на научно-технічних конференціях: міжнародній з питань сучасних транспортних проблем, Харків, 1996; третій міжнародній з проблем розвитку та високих технологій виробництва і ремонту транспортних засобів, Оренбург, 1997; першій міській з питань сучасної науки, Харків, 1997; на третьому симпозіумі українських інженерів-механіків, Львів, 1997.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у п’ятьох статтях, що надруковані в наукових журналах, та у чотирьох тезисах науково-технічних конференцій.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота загальним обсягом 266 с. складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел та шести додатків. Основний текст викладений на 178 с., що містить 6 табл., котрі займають 10 с., і 49 рис., які розміщуються на 45 с. Список використаних джерел складається з 107 найменувань і розташований на 9 с. Додатки викладенні на 88 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Перший розділ присвячений аналізу умов кочення колеса у гальмівному режимі, впливу відомих способів регулювання гальмівних сил між вісями на ефективність гальмування та курсову стійкість автомобіля, надана оцінка коефіцієнту використання зчіпної ваги і термонавантаженнго гальмівних механізмів.

Показано, що одним із діючих, але недостатньо використовуваних на теперішній час резервів підвищення ефективності гальмування при збереженні курсової стійкості автомобіля, є регулятори гальмівних сил, що наближають коефіцієнт пропорційності між гальмівними силами на вісях і нормальними реакціями на колесах до коефіцієнта зчеплення між шинами та опорною поверхнею дороги.

Вивченню-контакту колеса з дорогою присвячені праці дослідників-Є.А.Чудакова, М.А.Петрова, В.А.Іларіонова, А.Б.Гредескула, В.А.Дем’янюка, М.Н.Туренко, О.С.Федосова, М.А.Подрігало, Ю.М.Юр’єва, М.Мічке (M.Mitschke) та ін.

Одною із головних характеристик зчіпних властивостей колеса є <р - s діаграма. Залежність цієї характеристики від багатьох факторів, складність та недостатнє вивчення фізичних процесів перешкоджають одержанню загальних положень, що описують дане явище. Дослідами установлено, що в залежності від типу та стану дорожньої поверхні і шини, коефіцієнт відносного поздовжнього ковзання коливається у відносно широких межах і становить 10 — ЗО %. Тому на одній і тій же дорозі максимум коефіцієнта зчеплення фхтах для шин із різною пружною характеристикою має місце при різних його значеннях. Якщо коефіцієнт відносного поздовжнього ковзання s перевищить критичне значення, то коефіцієнт зчеплення ф зменшиться ДО фх 6л при повному блокуванні колеса. Відношення срх тах / фх 6л характеризує потенційну можливість підвищення інтенсивності гальмування у випадку використання протиблокувальних систем і регуляторів гальмівних сил.

Таким чином, характер змінювання коефіцієнтів зчеплення фх і фу у залежності від відносного поздовжнього ковзання s показує, що одночасно

забезпечити максимальну ефективність гальмування та бокову стійкість колеса без використання регуляторів практично не можливо. Тому характеристику регуляторів гальмівних сил необхідно підбирати так, щоб гальмівна сила періодично досягала свого максимуму за умовами зчеплення.

Оптимізація процесу гальмування автомобіля за рахунок використання регуляторів гальмівних сил, перш за все, залежить від прийнятого способу регулювання. Так як, ідеальна характеристика розподілу гальмівних сил нелінійна, то регулятори відомих конструкцій забезпечують співвідношення між осьовими гальмівними силами з тією чи іншою мірою точності, наближаючись до ідеального.

Збереження зносо-фрикційних властивостей поверхонь тертя гальмівних механізмів можливо при відносно невисоких .температурах, оскільки міра нагрівання залежить від їх теплопопшнаючої здатності (енергоємності). Аналіз режимів роботи гальмівних механізмів легкових автомобілів дозволяє припустити, що значний вплив на термонавантаження передніх здійснює неможливість задніх гальм ефективно реалізувати керуючу дію приводу та збільшувати частку питомої кінетичної енергії (потужності тертя), що перетворюється в тепло.

Другий розділ роботи висвітлює теоретичні дослідження раціональної характеристики регульованого розподілу гальмівних сил і вибору параметрів регулятора з "висхідною" характеристикою, містить порівняльний аналіз ефективності використання запропонованого і відомих способів регулювання гальмівних сил та енерго- і термонавантаження гальмівних механізмів у ході випробувань І.

Визначенню раціональних параметрів сталого і регульованого розподілу гальмівних сил між вісями автомобіля присвячена велика кількість робіт, проте запропоновані з них методи розрахунку справедливі для класичних (відомих) способів регулювання. Разом з цим,' не досліджено впливу різнотипності передніх і задніх гальм, а також нерівномірності їх навантаження на ефективність гальмування при виконанні циклічних гальмувань (випробування І).

Використання способу [2,-4] регулювання гальмівних сил по "висхідній" характеристиці (рис.1) дозволяє наблизити значення коефіцієнта розподілу гальмівної сили до р = 0,5, що створює умови для повної реалізації потенціальних можливостей передніх і задніх гальмівних механізмів по енергоємності. Однак, при цьому має місце діапазон коефіцієнтів зчеплення (ф = 0,2 — 0,34), де виникає випереджувальне блокування задніх коліс, що ускладнює проблему курсової стійкості автомобіля. Проте, є твердження, що в цьому проміжку коефіцієнтів зчеплення, тривалість між блокуванням задніх і передніх коліс мізерна та не перевищує 0,5 с, чого достатньо, щоб запобігти втраті курсової стійкості.

Рис.1 —Характеристики розподілу гальмівних сил між вісями автомобіля ЗАЗ-1102: 1,2— ідеальний розподіл; 3,4,5 — сталий розподіл при [і = 0,78, 0 = 0,5, Р = 0,73 відповідно; 6—дотична пряма; 7,8 — сталий розподіл при (5 = 0,66, (5 = 0,82 відповідно.

Таким чином, існують два ідеальних закони розподілу гальмівних сил між вісями:

— (З > 0,5. визначений за відомими методиками (класичний) для екстреного гальмування;

— (3 = 0,5, визначений за умови раціонального розподілу енергії, що поглинається, між передніми та задніми гальмівними механізмами [1,3, 5].

В першому випадку при використанні різнотипних гальмівних механізмів (передні —дискові, задні — барабанні) для отримання необхідної ефективності гальмування р > 0,5 (див. рис.1). Для забезпечення курсової стійкості в такому разі у контури задніх гальмівних механізмів встановлюються регулятори з "висхідною" характеристикою (рис.2). Проте, має місце більше термонаБаитажеїшя гальм передньої осі у порівнянні із задньою, що знижує ефективність дії перших при циклічних гальмуваннях. Очевидно, що у другому випадку стає можливим використання однакових гальмівних механізмів (дискових) на обох вісях у поєднанні з такими регуляторами. Це забезпечує рівне або близьке до нього термонавантаження гальмівних механізмів обох вісей у ході випробувань "нуль" та І.

Визначення тиску спрацьовування регулятора у першій та другій точках проводилось за умови рівноваги клапана (див. рис.2) відповідно

4 • Св • (Дво - Двр + 5)

1 ~ і2 ’ ' я-сі0

Р2=-

4-Св'(Дво ДВр +5)+Сн '(АнО Ацр+Аі]

я-сі;

(2)

Оц

де Св, С„ — жорсткість внутрішньої та зовнішньої пружини відповідно; Дво, Дно — довжина внутрішньої та зовнішньої пружили у вільному стані відповідно; Двр, Ддр — довжина внутрішньої та зовнішньої пружини у робочому стані відповідно; 5 — зазор між клапаном та ущільнювальним кільцем сідла; <іо — діаметр перерізу клапана; с)0„—діаметр циліндра регулятора.

Ефективність використання відомих способів регулювання гальмівних сил у порівнянні із способом по "висхідній" характеристиці визначалась на

12 7 3 9

4 5 6 10

основі аналізу коефіцієнтів використання зчіпної ваги автомобіля.

У загальному випадку руху автомобіля при гальмуванні на кожну вісь діє окрема бокова сила. У зв’язку з цим відомий підхід не дозволяє оцінити запас зчіпних властивостей для стійкості та керованості автомобіля. Таким чином, пропонується здійснювати оцінку коефіцієнта використання зчіпної ваги ло сумарному. запасу

Рис.2 —- Розрахункова схема регулятора

гальмівних сил із "висхідною" характеристикою:

1 — корпус; 2 — клапан; 3 — сідло клапана;

4 — пробка,-5 — пружина зовнішня; б — пружина зчеплення передньої та задньої вісеії внутрішня; 7,8,9 — кільце ущільнювальне; 10 • гвинт регулювальний.

для запобігання боковому ковзанню коліс. Тангенціальний та боковий коефіцієнти використання зчіпної ваги автомобіля визначаються відповідно Т,+Т2 _ 1

ср-^+Кз) ср-Ь

(уг(Ь + г-Ь)+У2-(а-2-Ь)),

тя =

Куі + Ку2 1

г

12 Ф

(3)

(4)

де Т(,Тг — дотичні осьові гальмівні сили; N^N2 — вертикальні осьові реакції; <р — коефіцієнт зчеплення; а, Ь, Ь — координати центра ваги автомобіля; Ь

— повздовжня база автомобіля; уі, у2 — питомі осьові гальмівні сили; г — коефіцієнт гальмування; Яу], Ііуг — бокові осьові сили.

Враховуючи (3) і (4), отримаємо рівняння для визначення загального коефіцієнта використання зчіпної вага автомобіля

г2 -Ь2 -ьг-Ь (а - Ь) + а-Ь

2-І

I , ! 2-^гі +

((а-г-іі)2 (Ь + г-Ь)2 <р2 -(г2 Ь^Гг-Н^а-І^ + аь)

(5)

Порівняльний аналіз ефективності використання різних способів

регулювання гальмівних сил між вісями автомобіля для діапазону коефіцієнтів зчеплення (ф = 0,2 — 0,8) пропонується проводити по середньому коефіцієнту використання зчіпної ваги автомобіля

де С — кількість розглядаємих вагових станів автомобіля; (5 — коефіцієнт розподілу гальмівних сил; гц, — діапазон розглядаємих коефіцієнтів зчеплення.

Показник т<р є математичним очікуванням загального коефіцієнта

використання зчіпної ваги автомобіля пц, у можливому діапазоні змінювання коефіцієнта зчеплення ер та навантаження.

При С > 1 залежність (6) дозволяє визначити міру, реалізації коефіцієнта використання зчіпної ваги автомобіля в межах зміни навантаження, а при С = 1

— для даного вагового стану. “'

Згідно розрахунковим даним по (5) і (6) для автомобіля З АЗ-1102 із регульованим розподілом гальмівних сил по "висхідній" характеристиці при Р = 0,78 середній коефіцієнт використання зчіпної ваги набуває найбільшого значення йф = 0,691, тоді як при р = 0,5 він становить т<р = 0,653. У випадку

сталого розподілу гальмівних сил при р = 0,78 — т^, = 0,685, а при (1 - 0,5 —

пїф = 0,637. Аналіз отриманих даних показує, що впровадження регульованого

розподілу гальмівних сил у порівнянні із сталим; створює умови для реалізації більшого середнього коефіцієнта використання зчіпної Еаги автомобіля, хоча і призводить до його зниження в межах одного регулювання.

Теоретичний аналіз енергонавантаження гальмівних механізмів передньої та задньої вісей автомобіля проводиться з урахуванням всіх деталей, що

обертаються навколо осі коліс та моменту їх блокування.. ...

Кінетична енергія автомобіля, що поглинається під час одного гальмування дорівнює .

де 30> Зк — швидкість на початку та в кінці гальмування відповідно; М — маса автомобіля; — момент інерції шини колеса; гк — радіус кочення колеса; 6і, Б2 — коефіцієнти врахування маси, що обертається, на передній і задній вісях відповідно.

Середня потужність при гальмуванні

\

(6)

ДЄкі = 0,5-(4-ВЩ М+^Ц5і +52)

(7)

де — час гальмування.

' ' 9...................... ........

Енергонавантаження передніх гальмівних механізмів визначається

^трі— Р'^тр

Підвід тепла за цикл дорівнює сумі кінетичних енергій АЕи за Пр

і=1

Робота тертя, що здійснюється фрикційними парами гальмівних механізмів передньої та задньої вісей під час циклічних гальмувань, становить відповідно

Оцінка термонавантаження гальмівних механізмів виконується по вдосконаленому рівнянню, що враховує не тільки теплоємність та масу гальмівного диска (барабана), але й всіх інших деталей, що обертаються та поглинають тепло

де Ід — температура оточуючого середовища; — робота тертя спряжених

поверхонь і-ої осі автомобіля; тр, тт — час розгону та гальмування відповідно; кт ■— фактор охолодження; Сгі — теплоємність матеріалу; — маса деталі, що обертається; — температура поверхонь тертя на початку гальмування.

Аналіз термонавантаження гальмівних механізми автомобіля ЗАЗ-1102 за допомогою (7) — (13) показує, що при регульованому рівному розподілі гальмівних сил по "висхідній" характеристиці, спостерігається зниження температури нагрівання передніх та збільшення її у задніх парах тертя на 44 — 51 %. Отже, впровадження регулювання по "висхідній" характеристиці при рівному розподілі гальмівних сил між вісями вирівнює термонавантаження гальм за рахунок більш раціонального поглинання ними енергії тертя [1,3—5], що створює умови для підвищення ефективності циклічних гальмувань.

У третьому розділі проведено аналіз причин виникнення збурювальних сил і моментів, надана оцінка курсовій стійкості автомобіля при гальмуванні та наведено її критеріальне рівняння.

Аналіз можливості забезпечення курсової стійкості автомобілів при гальмуванні дав змогу визначити два аспекти цієї проблеми:

— зниження ймовірності появи заносу (підвищення курсової стійкості проти заносу);

гальмувань

(10)

А-трі — Р' А-ф,

А-гр2 “ 0 - Р)' Аїр.--

(П)

(12)

. - 10

— зменшення схиляння до розвитку заносу і його ліквідація під час руху автомобіля (підвищення курсової стійкості при заносі).

Підвищення курсової стійкості проти заносу здійснюється шляхом регулювання коефіцієнта розподілу гальмівних сил між вісями, створюючи умови для одночасного блокування коліс обох вісей (різниця в часі не перевищує 0,5 с) або взагалі запобігаючи випереджальному блокуванню задніх коліс. Курсову стійкість при заносі пропонується розділяти на достатню та граничну.

Процес гальмування легкового автомобіля при різному поєднанні блокованих та неблокованих коліс обох вісей розглядається з припущеннями:

— перед гальмуванням автомобіль здійснює прямолінійний рух на горизонтальній поверхні дороги, центр ваги знаходиться в поздовжній площині симетрії автомобіля і свого положення не змінює:

— у момент гальмування поздовжня вісь автомобіля здійснює нескінченно мале кутове відхиленню від початкового положення;

— миттєвий центр повороту автомобіля збігається з його центром ваги;

— гальмівні сили на колесах кожної осі рівні за модулем.

Рівняння рівноваги легкового автомобіля у горизонтальній площині при гальмуванні з неблокованими колесами обох вісей (рис.З) має вигляд

Мс + відп

(ї у сіт2

= И.у2 • Ь — Куі -а + Мсі +МС2 +sign

<іх

-0, (14)

де Мсц. Мгз — стабілізуючий момент коліс передньої та задньої вісей відповідно; Зг — момент інерції автомобіля в горизонтальній площині відносно вертикальної осі, що проходить через центр ваги; 141 — кутове відхилення поздовжньої осі в горизонтальній площині.

Вирішуючи (14) відносно

_____Леї

та інтегруючи два рази, отримаємо

рівняння динаміки кутового відхилення поздовжньої осі автомобіля _2

у = ±

9-Ё--С

2-і

•2

ь ЬГ „2 2

_ + 2._І _р ,ттг

а Ь

— г* — Ь І

-(і-р2).

2

ГПТ2

+ <а0-т + ч/0

(15)

де \г — радіус інерції автомобіля в горизонтальній площині; g —-прискорення вільного падіння; ю0> Уо — кутова швидкість та величина кута відхилення поздовжньої осі автомобіля в початковий момент гальмування.

Рівняння (15) відображає параболічну функцію. Регульований розподіл гальмівних сил по "висхідній" характеристиці призводить до підвищення курсової стійкості легкових автомобілів в такому випадку, при чому, для переднєприводних — проти заносу, а для заднєприводних — при заносі.

Рівняння рівноваги легкового автомобіля у горизонтальній площині при гальмуванні з випереджальним блокуванням коліс передньої осі (рис.4) має

г

вигляд

sign

. d> j2'!7

+ MC — sign

(. d2^ vl?

-Pn •a-sinvj/ + Ry2-b + Mc2 = 0, (16)

де РТ] — сила тертя заблокованих передніх коліс по поверхні дороги.

Рис.З — Схема сил та моментів, що діють на автомобіль при гальмуванні і неблокованими колесами.

Рис.4 — Схема сил та моментів, що діють на автомобіль при гальмуванні з випереджувальним блокуванням передніх коліс. .

^2

Вирішуючи (16) відносно —~ та інтегруючи два рази, отримаємо

рівняння динаміки кутового відхилення поздовжньої осі автомобіля

де ґ —коефіцієнт тертя коюання коліс по поверхі дороги; С|, С2 — сталі інтеїрування.

Рівняння (17) відображає функцію гіперболічного синуса (косинуса), у залежності від знака біля сталих інтегрування, з плавним розташуванням віток.

Автомобілі з випереджувальним блокуванням передніх коліс мають високу курсову стійкість проти заносу. Заднєприводні автомобілі мають перевагу. Регульований розподіл гальмівних сил по "висхідній" характеристиці в такому випадку призводить до підвищення курсової стійкості проти заносу.

Рівняння рівноваги легкового автомобіля у горизонтальній площині при гальмуванні з випереджальним блокуванням коліс задньої осі (рис.5) має вигляд

- Ryi • а + Ртг ■ b • sin\|/ + Мсі = 0, (18)

де Р-п — сила тертя заблокованих задніх коліс по поверхні дороги.

sign Ґ 'У \ т d V + Мс = sign h d2ij/

v dT J \ dt J

Рис.5 — Схема сил та моментів, що діють на автомобіль при гальмуванні з випереджувальним блокуванням задніх коліс.

СІ2

Вирішуючи (18) відносно —~ та інтегруючи два рази, отримаємо рівняння динаміки кутового відхилення поздовжньої вісі автомобіля

т а I f-g-b

= e iz у L(a+z-

н»=c

b)

„ fx-z-h I f-g-b ) _ . (x-z-h f-g-b

1 4 >z VL(a + z-h)J 2 SUl[ iz yL(a + z-h)

Ф U lJ

Залежність (19) відображає різко зростаючу функцію, що має асимптоту.

Теоретичний аналіз функції (19) показує, що забезпечити курсову стійкість автомобілів при гальмуванні з випереджувальним блокуванням задніх коліс неможливо, так як вже у початковий момент (т = 0, т, = 0, тт ~ 0) кутове відхилення поздовжньої осі досягає мінімального значення (р/{> [у] = 8°, що перевищує нормативне.

Рівняння рівноваги легкового автомобіля у горизонтальній площині при гальмуванні із заблокованими колесами обох вісей (рис.6) має вигляд

d2vy^

Z'dJ

+ Мс = sign

J,

dV

- (Pji • a - Pf2 • b) • sini|/ = 0. (20)

Вирішуючи (20) відносно

d2\|/

dx2

та інтегруючи два рази, отримаємо

рівняння динаміки кутового відхилення поздовжньої осі автомобіля

х Гг. —• т

і

-7 f-gz-h -r-^/f-g-z-h

\|/ = Crelz +C2-e ■

(21)

Залежність (21) відображає функцію гіперболічного косинуса (синуса), в залежності від знака перед сталими інтегрування, з крутим розташуванням віток.

Під час гальмування автомобіля із заблокованими колесами обох вісей забезпечується достатня курсова стійкість як завгодно довго, якщо Рис.6 — Схема сил, що діють на автомобіль при гальмуванні із відсутня ДІЯ збурюваль-

заблокованими колесами обох вісей. ____

ного фактора, що визвав

занос.

Теоретичний аналіз похідної від кутового прискорення по куту

14 -

відхилення поздовжньої осі автомобіля в кожному із розглянутих випадків показує, що курсова стійкість проти та при заносі забезпечується, якщо градієнт прискорення більший або дорівнює нулю, і не забезпечується, — якщо менший нуля. Це дозволило висунути критеріальне рівняння курсової стійкості автомобіля

а\)(

сі2іу

сіг2

(22)

де і — одиничний вектор, напрямок якого збігається з напрямком стабілізуючого момента, що діє в горизонтальній площині.

Похідна від кутового прискорення по куту відхилення поздовжньої осі автомобіля при гальмуванні з неблокованими колесам обох вісей дорівнює нулю (висока курсова стійкість проти заносу та при заносі), з випереджальним блокуванням передніх та одночасним блокуванням всіх коліс — більше нуля (достатня або гранична курсова стійкість), а з випереджальним блокуванням задніх — менше нуля (втрата курсової стійкості). При гальмуванні із заблокованими колесами обох вісей градієнт прискорення пропорційний квадрату коефіцієнта зчеплення, що дає змогу стверджувати, що в такому разі курсова стійкість тим вища, чим нижче коефіцієнт зчеплення.

У четвертому розділі наведені методика проведення випробувань регуляторів гальмівних сил із "висхідною" характеристикою на стенді та в дорожніх умовах, представлений перелік із докладним описом тензометричної апаратури і датчиків, викладені результати експериментальних досліджень та їх аналіз.

Об’єктами досліджень були робоча та запасна гальмівні системи автомобіля З АЗ-1102. Експериментальні дослідження регуляторів проводились на інерційному стенді ІС 57-00 та в дорожніх умовах із використанням гальмівних механізмів 45 — 16 мм і 45 — 19 мм (передні — дискові, задні — барабанні), 45 — 45 мм і 48 — 45 мм (дискові). .

Встановлено, що ефективність гальмування робочою системою ЗАЗ-1102 при регульованому розподілі гальмівних сил по "висхідній" характеристиці у разі використання гальм 45 — 16 мм, 45 — 19 мм і 48 — 45 мм відповідно знижується, але залишається в допустимих межах. Це пов’язано із зменшенням коефіцієнта використання зчіпної ваги автомобіля.

Розрахунки, проведені на ЕОМ за допомогою програми, розробленої автором, підтверджують істинність отриманих результатів. При тому, вони доводять, що у порівнянні із сталим розподілом гальмівних сил, регулювання по "висхідній" характеристиці призводить до збільшення реалізуємого коефіцієнта зчіпної ваги автомобіля. Похибка становить 6,8 — 18 %.

В разі регульованого розподілу гальмівних сил забезпечується курсова стійкість автомобіля ЗАЗ-1102 при виконанні випробувань на сухому асфальті

та на дорозі, покритій льодом, якщо відсутня дія збурювального фактору.

Випробування для визначення термонавантаження гальмівних механізмів, що використовувались на автомобілі ЗАЗ-1102, показують, що при регульованому розподілі гальмівних сил по "висхідній” характеристиці, температура нагрівання фрикційних пар задніх гальм 48 — 45 мм, у порівнянні з 45 — 16 мм, зростає до 150%, а передніх — знижується всього на 6,3 %. Твердження про вирівнювання енергонавантаження передніх і задніх гальмівних механізмів у разі використання рівного регульованого розподілу гальмівних сил погоджується з результатами експерименту, хоча температура нагрівання перших загашається дещо більшою.

Використовуючи експериментальні дані при дослідженні температурного режиму гальмівних механізмів автомобіля ЗАЗ-1102, за допомогою рівняння (13) були визначені показники їх тепловипромінювальної здатності (фактор охолодження), які становлять 10,2 Вт/К і 5,8 Вт/К для дискових і барабанних відповідно.

ВИСНОВКИ

1. Існує суперечливість між вибором розподілу гальмівних сил за умовою найкращого проходження процесу екстреного гальмування та необхідністю зниження енергонавантаження передніх гальм при службових гальмуваннях. Виконання рівного або близького до нього сталого розподілу гальмівних сил між вісями для невеликих значень привідного тиску (р = 1,0 —1,5 МПа) і регульованого розподілу пля високого тиску (р > 1,5 МПа) вирішує проблему.

2. Використання регулятора гальмівних сил із "висхідною" характеристикою, що не має інерційних елементів та пружного зв'язку із підвіскою, при рівному та близькому до нього сталому розподілі гальмівних сил між вісями дозволяє істотно підвищити стабільність характеристик регулювання та надійність гальмівної системи.

3. Впровадження рівного розподілу гальмівних сил між вісями в поєднанні з регулятором із "висхідною" характеристикою створює умови, за яких є можливим випереджувальне блокування задніх коліс на проміжку коефіцієнтів зчеплення ф = 0,2 — 0,34. Однак, незначні проміжки часу між моментами блокування задніх та передніх коліс (менше 0,5 с) ке призводять до виникнення небезпеки втрати курсової стійкості.

4. Використання в якості критерію курсової стійкості при гальмуванні градієнта кутового прискорення поздовжньої осі автомобіля в площині дороги, що виникає в початковий момент заносу, дозволило визначити слідуюче:

—■ при гальмувати з незаблокованими колесами забезпечується висока курсова стійкість при заносі та проти заносу;

— при гальмувати з випереджувальним блокуванням передніх коліс забезпечується висока курсова стійкість проти заносу;

— при гальмуванні з випереджувальним блокуванням задніх коліс імовір-

........ 16

ність втрати курсової стійкості максимальна;

— при гальмуванні зі всіма заблокованими колесами забезпечується достатня або гранична курсова стійкість.

5. Розроблена програма розрахунку на ЕОМ показників процесу гальмування двовісних автомобілів дозволяє визначити:

— вплив конструктивних параметрів автомобіля, а також коефіцієнта зчеплення на ефективність гальмування та курсову стійкість;

— раціональні значення тиску спрацьовування реіуляторів гальмівних сил із "висхідною" характеристикою;

— енерго- і термонавантаження гальмівних механізмів у відповідності до вимог діючих стандартів, а також показники їх тепловипромінювальної здатності за даними експерименту.

6. Можливим є використання уніфікованих регуляторів із "висхідною" характеристикою для всіх моделей легкових автомобілів.

7. Можливим є використання уніфікованих регуляторів гальмівних сил із "висхідною" характеристикою для всіх моделей легкових автомобілів, що необладнані протиблокувальними системами. Змінювання характеристики регулювання забезпечується регулюванням їхніх пружних елементів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Подригало МА., Федосов С.А., Назаров А.И. Выравнивание энергона-гружешгости и темпа износа тормозных механизмов колесных машин // Вестник ХГАДТУ, 1997. — Вып. 5. — с.20-23 (особистий внесок 60%).

2. Подригало М.А., Назаров А.И. Обоснование способа регулирования при равном первоначальном темпе роста тормозных сил на передних и задних колесах лепсового автомобиля // Вестник ХГАДТУ, 1997. — Вып. 6. — с.8-10 (особистий внесок 70%).

...3: Назаров А.И. Оценка энергонагруженности тормозных механизмов при

различном распределении тормозных сил между осями легкового автомобиля II Вестник ХГАДТУ, 1997. — Вып. 6. — с.10-12 (особистий внесок 100%).

4. Подрігало М.А., Назаров О.І. Підвищення ефективності гальмування легкових автомобілів при застосуванні нових способів регулювання гальмівних сил // Механіка та машинобудування, 1997. — №1 — с.71-73 (особистий внесок 70%).

5. Подригало М.А., Волков В.П., Назаров А.И. Повышение долговечности тормозных колодок колесных машин путем рационального распределения поглощаемой энергии между тормозными механизмами // Усовершенствование средств механизации на автотранспорте и повышение износостойкости элементов машин: Межвуз. сб. науч. тр. — Харьков: ХарГАЖТ, 1997. —Вып30.-с.71-72 (особистий внесок 50%).

17 .. ...

АНОТАЦІЯ

Назаров О. І. Поліпшення гальмівних властивостей легкових автомобілів удосконаленням способів регулювання гальмівних сил. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних паук за спеціальністю 05.22.02 — автомобілі і трактори. — Харківський державний автомобільно-дорожний технічний університет, Харків, 1998.

Дисертація присвячена питанням підвищення ефективності гальмування легкових автомобілів та їхньої курсової стійкості за рахунок регульованого розподілу гальмівних сил по "висхідній" характеристиці.

В роботі представлена методика вибору параметрів налагодження регуляторів гальмівних сил із "висхідною" характеристикою і оцінки ефективності застосування способів регулювання, а також надана теоретична оцінка коефіцієнту використання зчіпної ваги автомобіля при регульованому розподілі гальмівних сил між вісями, курсовій стійкості та термонавантажешпо гальмівних механізмів. Відзначається, що рівний розподіл гальмівних сил між вісями автомобіля, висока ефективність якого підтверджена теоретично і практично, призводить до підвищення ефективності службових гальмувань за рахунок збільшення коефіцієнта використання зчіпної ваги, а екстрених і циклічних гальмувань — за рахунок забезпечення енергоємності гальмівних механізмів передньої та задньої вісей.

Ключові слова: гальмівний механізм, термонавантаження,

енергоємність, курсова стійкість, регулятор гальмівних сил, розподіл гальмівних сил.

АННОТАЦИЯ

Назаров А.И. Улучшение тормозных свойств легковых автомобилей совершенствованием способов регулирования тормозных сил. — Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.22.02 — автомобили и тракторы. — Харьковский государственный автомобилыю-дорожний технический университет, Харьков, 1998.

Диссертация посвящена вопросам повышения эффективности торможения легковых автомобилей и их курсовой устойчивости за счет регулируемого распределения тормозных сил по "восходящей" характеристике.

В работе представлена методика выбора параметров настройки регуляторов тормозных сил с "восходящей" характеристикой и оценки эффективности применения способов регулирования, дана теоретическая оценка ко-

эффициенту использования сцепного веса автомобиля при регулируемом распределении тормозных сил между осями, курсовой устойчивости и тер-монагруженности тормозных механизмов. Отмечается, что равное распределение тормозных сил между осями автомобиля, высокая эффективность которого подтверждена теоретически и практически, приводит к повышению эффективности служебных торможений за счет увеличения коэффициента использования сцепного веса, а экстренных и циклических торможений — за счет обеспечения энергоемкости тормозных механизмов передней и задней осей.

Ключевые слова: тормозной механизм, термонагруженность, энергоемкость, курсовая устойчивость, регулятор тормозных сил, распределение тормозных сил.

- THE SUMMARY Nazarov A.I. Improving of brake properties of cars by perfecting of methods of regulation of brake forces. —- Manuscript

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.22.02 — Automobiles and tractors. — Kharkov state automobile-road technical university, Kharkov, 1998.

The thesis is devoted to problems of increase of efficiency of braking of cars and their course stability at the expense of adjustable distribution of brake forces on "ascending" performance.

In work the technique.of choice of parameters of set-up of the governors of brake forces with "ascending" performance and evaluation of efficiency of application of methods of regulation is represented, the theoretical evaluation to operating ratio triping with a road of the automobile for want of adjustable distribution of brake forces between axeses, course stability and thermal congestion of brake mechanisms is given. It is marked, that the equal distribution of brake forces between axeses of the automobile^ which high efficiency is confirmed theoretically and practically, results in increase of efficiency of service braking at the expense of magnification of operating ratio triping with a road, and emergency and cyclical braking — At the expense of maintenance of power consumption of brake mechanisms of forward and back axeses.

Key word: the brake mechanism, thermal congestion, power consumption, course stability, governor of brake forces, distribution of brake forces.