Основы управления транспортными средствами и безопасность движения

• Название: Основы управления транспортными средствами и безопасность движения
• Анкор: outs.doc
• Дата: 13.12.2017
• Размер: 1.29 Mb.
• Имя файла: outs.doc
• Тип: Учебное пособие; #11261
• страница: 6 из 11

Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес. Для тягового автомобиля сцепной вес равен нор­мальной нагрузке, приходящейся на затормаживаемые колеса.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покры­тия дороги, от конструкции и состояния шин (давление воздуха, рисунок протектора), от нагрузки и скорости движения автомо­биля. Величина коэффициента сцепления снижается при мокрой и влажной поверхностях дороги, особенно при увеличении скоро­сти движения и изношенном протекторе шин. Например, при су­хой дороге с асфальтобетонным покрытием коэффициент сцепле­ния равен 0,7 – 0,8, а для мокрой – 0,35 – 0,45. При обледенелой дороге коэффициент сцепления снижается до 0,1 – 0,2.

Сила тяжести автомобиля приложена в центре тяжести. У современных легковых автомобилей центр тяжести располагает­ся на высоте 0,45 – 0,6 м от поверхности дороги и примерно посе­редине автомобиля. Поэтому нормальная нагрузка легкового ав­томобиля распределяется по его осям примерно поровну, т.е. сцеп­ной вес равен 50 % нормальной нагрузки.

Высота расположения центра тяжести у грузовых автомоби­лей 0,65 – 1 м. У полностью груженных грузовых автомобилей сцепной вес составляет 60 75 % нормальной нагрузки. У полноп­риводных автомобилей сцепной вес равен нормальной нагрузке автомобиля.

При движении автомобиля указанные соотношения изменяют­ся, так как происходит продольное перераспределение нормаль­ной нагрузки между осями автомобилям при передаче ведущими колесами тяговой силы больше нагружаются задние колеса, а при торможении автомобиля – передние колеса. Кроме того, перерас­пределение нормальной нагрузки между передними и задними колесами имеет место при движении автомобиля на спуск или на подъем.

Перераспределение нагрузки, изменяя величину сцепного веса, влияет на величину сцепления колес с дорогой, тормозные свой­ства и устойчивость автомобиля.

Силы сопротивления движению. Тяговая сила на ведущих колесах

автомобиля. При равно­мерном движении авто­мобиля по горизонталь­ной дороге такими сила­ми являются: сила сопро­тивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автомоби­ля на подъем возникает сила сопротивления подъему (рис. 5.2), а при разгоне автомобиля – сила сопротивления разгону (сила инерции).

Сила сопротивления качению возникает вследствие деформа­ции шин и поверхности дороги. Она равна произведению нор­мальной нагрузки автомобиля на коэффициент сопротивления качению.

Рис.5.1 Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо автомобиля

Рис.5.2. Схема сил, действующих на автомобиль при равномерном движении на подъем

Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и со­стояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давле­ния воздуха в них, скорости движения автомобиля. Например, для дороги с асфальтобетонным покрытием коэффициент сопротив­ления качению равен 0,014 0,020, для сухой грунтовой дороги –0,025 – 0,035.

На твердых дорожных покрытиях коэффициент сопротивле­ния качению резко увеличивается при снижении давления возду­ха в шинах, и возрастает с ростом скорости движения, а также с увеличением тормозного и крутящего моментов.

Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопро­тивления воздуха, лобовой площади и скорости движения авто­мобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется типом автомобиля и формой его кузова, а лобовая площадь – колеей колес (расстоянием между центрами шин) и высотой автомобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля.

Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше масса автомобиля и крутизна подъема дороги, которая оценивается уг­лом подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в процентах. При движении автомобиля под уклон сила сопротив­ления подъему, наоборот, ускоряет движение автомобиля.

На автомобильных дорогах с асфальтобетонным покрытием продольный уклон обычно не превышает 6%. Вели коэффициент сопротивления качению принять равным 0,02, то общее сопротив­ление дороги составит 8% от нормальной нагрузки автомобиля.

Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы автомобиля, его ускорения (приросту скорости в единицу време­ни) и массы вращающихся частей (маховик, колеса), на ускорение которых также затрачивается тяговая сила.

При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направ­лена в сторону, обратную движению. При торможении автомоби­ля и замедлении его движения сила инерции направлена в сторо­ну движения автомобиля.
5.2. Понятие о тяговом балансе автомобиля
При движении автомобиля тяговая сила на ведущих колесах автомобиля в каждый данный момент времени равна сумме вне­шних сил сопротивления качению, силе сопротивления воздуха, силе сопротивления подъему и силе сопротивления разгону (силе инерции). Если это равенство записать в виде формулы, то полу­чим тяговый баланс автомобиля

Рис.5.3. График тягового баланса автомобиля

Изменение тяговой силы, подводимой к ведущим колесам, в зависимости от скорости движения автомобиля и включенной в коробке передач переда­чи показано на (рис. 5.3). Максимальная тяго­вая сила достигается на первой передаче. На каждой из передач тяго­вая сила имеет макси­мальное значение при определенной скорости, снижаясь далее как с по­вышением скорости, так и с ее уменьшением. Та­кой характер изменения тяговой силы определя­ется характером измене­ния крутящего момента М_е двигателя в зависи­мости от частоты враще­ния коленчатого вала.

Если на (рис.5.3) провести кривую, соответствующую силе P_f сопротивления качению, от нее отложить значение силы P_w сопротивления воздуха и про­вести кривую суммы этих сил, то получиться график тягового ба­ланса автомобиля. Этот график показывает, например, что при скорости V, отрезок аб равен силе Р_г сопротивления качению, от­резок бв – силе P_w сопротивления воздуха, следовательно, отрезок ав равен сумме сил Р_г и P_w.

Так как кривая суммы сил сопротивления в точке в пересекает кривую тяговой силы на V передаче, то в этой точке тяговая сила полностью затрачивается на преодоление сил сопротивления ка­чению и сопротивления воздуха, т.е автомобиль движется равно­мерно с максимально возможной скоростью при заданных дорож­ных условиях (при заданном коэффициенте сопротивления каче­нию).

При скорости V₂ отрезок ав тоже равен сумме сил P_f и P_w, но в данном случае тяговая сила больше указанной суммы сил. Отре­зок вг представляет собой запас Р_з тяговой силы, который может быть использован на ускорение движения автомобиля, преодоле­ние подъема и буксирование прицепа. Таким образом, график тя­гового баланса может быть использован при решении практичес­ких задач, т.е. для определения максимальной скорости движения автомобиля, максимального угла подъема дороги, массы букси­руемого прицепа и ускорения автомобиля при разгоне.
5.3. Торможение автомобиля
Тормозная динамичность характеризуется способностью авто­мобиля быстро уменьшить скорость и остановиться. Надежная и эффективная тормозная система позволяет водителю уверенно вести автомобиль с большой скоростью и при необходимости ос­тановить его на коротком участке пути. Современные автомоби­ли имеют четыре тормозные системы: рабочую, запасную, стояноч­ную и вспомогательную. Причем, привод ко всем контурам тор­мозной системы раздельный. Наиболее важной для управления и безопасности является рабочая тормозная система. С ее помощью осуществляется служебное и экстренное торможение автомобиля.

Служебным называют торможение с небольшим замедлением (1–3 м/с2). Его применяют для остановки автомобиля на ранее намеченном месте или для плавного снижения скорости.

Экстренным называют торможение с большим замедлением, обычно максимальным, доходящим до 8 м/с². Его применяют в опасной обстановке для предотвращении пасши ни неожиданно появившееся препятствие.

При торможении автомобиля на и о колеса действует не сила тяги, а тормозные силы Р_т1 и Р_т2, как показано на (рис. 5.4). Сила инерции в этом случае направлена в сторону движения автомобиля.

Рассмотрим процесс экстренного торможения. Водитель заметив препятствие, оценивает дорожную обстанов­ку, принимает решение о торможении и переносит ногу на тормозную педаль. Время t , необходимое для этих действий (время реакции водителя), изображено на (рис. 5.4) отрезком АВ. Авто­мобиль за это время проходит путь S не снижая скорости. Затем водитель нажимает на тормозную педаль и давление от главного тормозного цилиндра (или тормозного крана) передается колес­ным тормозам (время срабатывания тормозного привода t_pт – от­резок ВС. Время t_т зависит в основном от конструкции тормозного при­вода. Оно равно в среднем 0,2–0,4 с у автомобилей с гидравличес­ким приводом и 0,6–0,8 с с пневматическим. У автопоездов с пнев­матическим тормозным приводом время t_т может достигать 2–3 с. Автомобиль за время t_т проходит путь S_т, так же не снижая ско­рости.

Рис. 5.4. Остановочный и тормозной пути автомобиля

По истечении времени t_рт тормозная система полностью вклю­чена (точка С), и скорость автомобиля начинает снижаться. При этом замедление сначала увеличивается (отрезок CD, время нара­стания тормозной силы t_нт), а затем остается примерно постоян­ным (установившимся) и равным j_уст (время t _уст, отрезок DE). Дли­тельность периода t_нт зависит от массы транспортного средства, типа и состояния дорожного покрытия. Чем больше масса авто­мобиля и коэффициент сцепления шин с дорогой, тем больше вре­мя t. Значение этого времени находится в пределах 0,1–0,6 с. За время t_нт автомобиль перемещается на расстояние S_нт,, и скорость его несколько снижается.

При движении с установившимся замедлением (время t_уст, от­резок DE), скорость автомобиля за каждую секунду уменьшается на одну и ту же величину. В конце торможения она падает до нуля (точка Е), и автомобиль, пройдя путь S_уст, останавливается. Води­тель снимает ногу с тормозной педали и происходит оттормажи–вание (время оттормаживания t_oт, участок EF).

Если тормозные силы на всех колесах достигли максимально­го значения (силы сцепления шин с дорогой), то установившееся

замедление j_yct=j_xg.
, (5.1)
Однако под действием силы инерции передний мост при тор­можении нагружается, а задний, напротив, разгружается. Поэто­му реакция на передних колесах R_zl увеличивается, а на задних R_z2 уменьшается. Соответственно изменяются силы сцепления, поэто­му у большинства автомобилей полное и одновременное исполь­зование сцепления всеми колесами автомобиля наблюдается край­не редко и фактическое замедление меньше максимально возмож­ного. Чтобы учесть снижение замедления, в формулу для опреде­ления j_уст приходится вводить поправочный коэффициент эффек­тивности торможения K_.э, равный 1,1–1,15 для легковых автомо­билей и 1,3–1,5 для грузовых автомобилей и автобусов. На сколь­зких дорогах тормозные силы на всех колесах автомобиля прак­тически одновременно достигают значения силы сцепления. По­этому при j_x < 0,4 принимают К_э = 1 независимо от типа автомоби­ля. Фактически установившееся замедление j _уст = j_xg/K₃
, (5.2)
ъВремя движения автомобиля с установившимся замедлением

где 3,6 – переводной коэффициент.

Полное время, необходимое для остановки (оста­новочное время):

Расстояние, на котором можно остановить автомобиль, дви­жущийся со скоростью V (остановочный путь):

Безопасность можно обеспечить только в том случае, если ос­тановочный путь автомобиля меньше расстояния S_а до препятствия (рис. 5.4,а) и расстояние а равно 0,5–1,0 м.

Чтобы оценить эффективность рабочей тормозной системы, определяют тормозной путь, т.е . расстояние, на которое переме­щается автомобиль с момента касания тормозной педали до оста­новки:
(5.3)
Тормозной путь меньше остановочного, т.к. за время реакции водителя автомобиль перемещается на значительное расстояние. Остановочный и тормозной пути увеличиваются с ростом скорос­ти и уменьшением коэффициента сцепления. Минимально допус­тимые значения тормозного пути при начальной скорости 40 км/ч на горизонтальной дороге с сухим, чистым и ровным покрытием нормированы.
(5,4)
Эффективность тормозной системы в большой степени зави­сит от ее технического состояния и технического состояния шин. В случае проникновения в тормозную систему масла или воды снижается коэффициент трения между тормозными накладками и барабанами (или дисками), и тормозной момент уменьшается. При износе протекторов шин уменьшается коэффициент сцепления. Это влечет за собой снижение тормозных сил. В эксплуатации часто тормозные силы левых и правых колес автомобиля различ­ны, что вызывает его поворот вокруг вертикальной оси. Причи­нами могут быть различный износ тормозных накладок и бараба­нов или шин или проникновение в тормозную систему одной сто­роны автомобиля масла или воды, уменьшающих коэффициент трения и снижающих тормозной момент.
5.4. Устойчивость автомобиля
Под устойчивостью понимают свойства автомобиля противо­стоять заносу, скольжению, опрокидыванию. Различают продоль­ную и поперечную устойчивость автомобиля. Более вероятна и опасна потеря поперечной устойчивости.

Курсовой устойчивостью автомобиля называют его свойство двигаться в нужном направлении без корректирующих воздействий со стороны водителя, т.е. при неизменном положении руле­вого колеса. Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью все время неожиданно меняет направление движения. Это создает уг­розу другим транспортным средствам и пешеходам. Водитель, управляя неустойчивым автомобилем, вынужден особенно вни­мательно следить за дорожной обстановкой и постоянно коррек­тировать движение, чтобы предотвратить выезд за пределы доро­ги. При длительном управлении таким автомобилем водитель быстро утомляется, повышается возможность ДТП.

Нарушение курсовой устойчивости происходит в результате действия возмущающих сил, например, порывов бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, а также из–за резкого поворо­та управляемых колес водителем. Потеря устойчивости может быть вызвана и техническими неисправностями (неправильная регулировка тормозных механизмов, излишний люфт в рулевом управлении или его заклинивание, прокол шины и др.)

Особенно опасна потеря курсовой устойчивости при большой скорости. Автомобиль, изменив направление движения и откло­нившись даже на небольшой угол, может через короткое время оказаться на полосе встречного движения. Так, если автомобиль, движущийся со скоростью 80 км/ч, отклонится от прямолинейно­го направления движения всего на 5°, то через 2,5с он перемес­титься в сторону почти на I м и водитель может не успеть вернуть автомобиль на прежнюю полосу.

а)	б)
в)
Рис.5.5. Схема сил, действующих на автомобиль

Часто автомобиль теряет устойчивость при движении по до­роге с поперечным уклоном (косогору) и при повороте на гори­зонтальной дороге. Если автомобиль движется по косогору (рис.5.5,а) сила тяжести G составляет с поверхностью дороги угол и ее можно разложить на две составляющие: силу Р₁, параллельную дороге, и силу Р₂, перпендикулярную ей. Сила Р₁, стремиться сдви­нуть автомобиль под уклон и опрокинуть его. Чем больше угол косогора , тем больше сила Р₁ , следовательно, тем вероятнее по­теря поперечной устойчивости. При повороте автомобиля причи­ной потери устойчивости является центробежная сила Р_ц (рис. 5.5,б), направленная от центра поворота и приложенная к цент­ру тяжести автомобиля. Она прямо пропорциональна квадрату скорости автомобиля и обратно пропорциональна радиусу кри­визны его траектории.

Поперечному скольжению шин по дороге противодействуют силы сцепления, как уже отмечалось выше, которые зависят от коэффициента сцепления. На сухих, чистых покрытиях силы сцеп­ления достаточно велики, и автомобиль не теряет устойчивости даже при большой поперечной силе. Если дорога покрыта слоем мокрой грязи или льда, автомобиль может занести даже в том случае, когда он движется с небольшой скоростью по сравнительно пологой кривой.
, (5.5)
Максимальная скорость, с которой можно двигаться по кри­волинейному участку радиусом R без поперечного скольжения шин, равна

Так, выполняя поворот на сухом асфальтобетонном покрытии (j_x=0,7) при R=50м, можно двигаться со скоростью около 66 км/ч. Преодолевая тот же поворот после дождя (j_x=0,3) без скольжения можно двигаться лишь при скорости 40–43 км/ч. Поэтому перед поворотом нужно уменьшить скорость тем больше, чем меньше радиус предстоящего поворота. Формула (5.5) определяет ско­рость, при которой колеса обоих мостов автомобиля скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление в практи­ке наблюдается крайне редко. Гораздо чаще начинают скользить шины одного из мостов – переднего или заднего. Поперечное скольжение переднего моста возникает редко и к тому же быстро прекращается. В большинстве скользят колеса заднего моста, ко­торые, начав двигаться в поперечном направлении, скользят все быстрее. Такое ускоряющееся поперечное скольжение называют заносом. Для гашения начавшегося заноса нужно повернуть ру­левое колесо в сторону заноса. Автомобиль при этом начнет дви­гаться по более пологой кривой, радиус поворота увеличиться, а центробежная сила уменьшится. Поворачивать рулевое колесо нужно плавно и быстро, но не на очень большой угол, чтобы не вызвать поворот в противоположную сторону. Как только занос прекратиться, нужно также плавно и быстро вернуть рулевое ко­лесо в нейтральное положение. Следует также заметить, что для выхода из заноса заднеприводного автомобиля подачу топлива нужно уменьшить, а на переднеприводном, напротив, увеличить.

Часто занос возникает во время экстренного торможения, ког­да сцепление шин с дорогой уже использовано для создания тормозных сил. В этом случае следует немедленно прекратить или ослабить торможение и тем самым повысить поперечную устой­чивость автомобиля.

Под действием поперечной силы автомобиль может не толь­ко скользить по дороге, по и опрокинуться на бок или на кры­шу. Возможность опрокидывания зависит от положения цент­ра, тяжести автомобиля. Чем выше от поверхности автомобиля находится центр тяжести, тем вероятнее опрокидывание. Осо­бенно часто опрокидываются автобусы, а также грузовые ав­томобили, занятые на перевозке легковесных, объемных гру­зов (сено, солома, пустая тара и т.д.) и жидкостей. Под действи­ем поперечной силы рессоры с одной стороны автомобиля сжи­маются и кузов его наклоняется, увеличивая опасность опро­кидывания.

Максимальная скорость, с которой можно преодолевать по­ворот без опрокидывания равна:
(5.6)
где n – коэффициент, учитывающий поперечный наклон (крен) кузова на подвеске; R – 0,9 для легковых автомобилей и 0,8 для грузовых и автобусов;

В – колея автомобиля, м;

h – высота центра тяжести, м.

Если по формулам (5.4) и (5.5 ) подсчитать скорости V_ck и V_on , то почти всегда окажется, что V_ckom . Следовательно, при одной и той же скорости поперечное скольжение шин и занос наи­более вероятны, чем опрокидывание. Однако это не совсем верно, так как, определяя скорость V_ck, мы считали, что центробежной силе противодействуют только силы сцепления, удерживающие автомобиль. Но, возможно, что поперечному скольжению авто­мобиля помешает какое – либо препятствие (неровность дороги, бордюрный камень тротуара и т.д.). В этом случае автомобиль может опрокинуться и без скольжения шин.

Особенно опасным является сочетание криволинейного участ­ка дороги с поперечным уклоном. На (рис. 34.5,в) показаны два автомобиля, движущихся по криволинейному участку: автомобиль I – по внешнему краю дороги, а автомобиль II – по внутреннему. Разложим силу веса G и центробежную силу Р у каждого автомо­биля на два направления: перпендикулярно к дорожному полот­ну (силы Р₂ и Р_ц2) и параллельное ему (Р, и Р_ц|). У автомобиля II силы Р₂ и Р_ц2 складываются, увеличивая силу сцепления шин с до­рогой. Силы же Р, и Р_ц1 действуют в противоположных направ­лениях и частично уравновешивают одна другую. У автомобиля I, напротив, сила Р_ц2, действуя в направлении, противоположном силе Р₂ уменьшает силу сцепления шин с дорогой, а силы P_j и Р , складываются, увеличивая возможность нарушения устойчивос­ти автомобиля. Таким образом, на дорогах с двускатной проез­жей частью, всегда более опасен левый поворот автомобиля.

Для создания необходимой безопасности движения на доро­гах с малым радиусом поворота устраивают односкатный попе­речный профиль – вираж. На вираже проезжая часть и обочины имеют поперечный наклон к центру кривой. При наличии виража, независимо от направления движения автомобиля, составля­ющие сил Р_ц и G направлены также, как у автомобиля II, и обеспе­чивают сохранение поперечной устойчивости. Поперечный уклон виража увеличивают при уменьшении радиуса поворота.