Основные причины дрожания автомобиля при торможении
Что делать, если автомобиль дрожит при торможении
Иногда машины трясутся при торможении. И хотя вибрацию во время торможения легко исправить, вы должны помнить, что любая проблема с тормозной системой транспортного средства является проблемой безопасности. Вот что вам нужно знать и делать, если вы заметили, что ваша машина дрожит, когда вы нажимаете педаль тормоза.
Во всем могут быть виноваты шины
Одной из возможных причин дрожания автомобиля при нажатии на педаль тормоза, особенно на высоких скоростях на шоссе или при спуске, являются шины вашего автомобиля. Это первое, что вы должны исследовать, если почувствовали дрожание автомобиля во время торможения. Причем речь идет не о развал-схождении колес (сход-развал). Например, при правильном развал-схождении колес, когда сбита балансировка колес, ваша машина может дрожать не только при торможении, но и при движении со скоростью больше 90 км/час.
Так что не стоит забывать о балансировке колес и периодически заезжать на шиномонтаж для ее проверки. Особенно если вы недавно влетели в глубокую яму на дороге. Дело в том, что время от времени балансировка колес может сбиваться. Например, от удара об ухаб балансировочный грузик, закрепленный на колесе, может слететь. В итоге вращение этого колеса может быть неоцентровано, что приведет к биению руля на скорости, а также к дрожанию машины на дороге при торможении.
Смотрите также
Мастер на шиномонтаже может легко и быстро проверить балансировку колес и устранить проблему. Также подобная проблема может наблюдаться при повреждении или износе шины. В этом случае вам придется купить новую покрышку.
Тормоза могут быть виновником биения автомобиля
Возможно, основной причиной автомобильной тряски при торможении, особенно на скорости при движении по шоссе, является сама тормозная система. У большинства автомобилей сегодня спереди, как правило, установлены дисковые тормоза. Сзади, помимо дисковых, также все еще часто встречаются барабанные тормоза (на дешевых авто эконом-класса).
Дисковые тормоза соединены с тормозным суппортом, где зажаты тормозные колодки. Нажимая педаль тормоза, тормозной суппорт прижимает колодки к тормозному диску (очень похоже на то, как работают тормоза на велосипеде). В итоге колесо начинает замедляться, что и останавливает автомобиль. Но, увы, ничто не вечно в этом мире. Логично, что тормозные колодки и тормозные диски со временем изнашиваются от трения, перепадов температуры и т. п.
Это в итоге приводит к неравномерности износа тормозных дисков (поверхность дисков станет неровной). Также на процесс износа тормозных дисков влияет наш стиль вождения. Например, если вы любитель резкого старта со светофора и резкого торможения перед красным светом, вы способствуете не только быстрому износу тормозных колодок, но и сокращаете срок службы тормозных дисков. Особенно опасно резкое и частое торможение при уклонах, так как это вызывает деформацию тормозных дисков.
Смотрите также
В итоге из-за неровности дисков при контакте тормозных колодок при нажатии педали тормоза может появиться дрожание автомобиля, которое в основном ощущается в рулевом колесе.
Тут обычно есть два варианта: заменить тормозные диски, что влетит в копеечку, или же отремонтировать диски, отдав их на проточку, если, конечно, их остаточная толщина позволяет это сделать. Но если есть возможность купить новые тормозные диски, то это сделать более предпочтительно. Если хотите сэкономить, проще приобрести неоригинальные диски. В идеале, конечно же, менять тормозные диски вместе с каждой заменой тормозных колодок. Но, увы, подобную роскошь могут позволить себе не все.
Торможение (автотранспорт) — Википедия
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Торможение (автотранспорт) — уменьшение скорости автотранспортного средства при помощи тормозной системы.
Максимальное значение тормозной силы зависит от коэффициента сцепления шин автомобиля с дорогой и нормальной нагрузки на колеса. Установлены стандарты тормозного пути и замедления автомобиля, являющиеся частью правил дорожного движения. Ускорение автомобиля при торможении определяют при помощи деселерометра.[1]
Общий тормозной путь автомобиля до его остановки (остановочный путь) вычисляется по формуле:
- S0=(t1+t2)va+Keva22gφ{\displaystyle S_{0}=(t_{1}+t_{2})v_{a}+{\frac {K_{e}v_{a}^{2}}{2g\varphi }}}
Здесь: t1{\displaystyle t_{1}} — время реакции водителя, t2{\displaystyle t_{2}} — время срабатывания тормозов, Ke{\displaystyle K_{e}} — коэффициент эффективности торможения, va{\displaystyle v_{a}} — скорость движения автомобиля, φ{\displaystyle \varphi } — коэффициент сцепления, g{\displaystyle g} — ускорение свободного падения.
При неумелом применении может сопровождаться нежелательными и опасными явлениями (занос и т.д.). Разработан ряд рекомендаций по безопасному применению торможения автотранспортных средств[2][3].
Сила торможения автомобиля достигает максимума не при полной остановке вращения его колёс (когда они скользят по дороге и сила трения падает), а при их замедленном вращении, близком к остановке и переходу к скольжению. Поэтому для уменьшения тормозного пути необходимо добиваться одновременной остановки вращения колёс и прекращения поступательного движения автомобиля[2].
Использовать торможение при езде по скользкой дороге необходимо очень осторожно. Для предотвращения полной остановки колёс автомобиля и сохранения их сцепления с поверхностью дороги рекомендуется использование импульсного (многократно, очень кратко и резко нажимать на педаль тормоза) метода торможения. Допускается использование при определённых условиях стояночного тормоза и ряда других приёмов управления автомобилем[3][4].
Тормозит рывками — основные причины рывков при торможении
Существует ряд причин, почему при торможении машина тормозит рывками. Среди них — использование новых, еще не притертых, тормозных колодок, попадание воздуха в жидкость системы торможения, кривизна тормозных дисков, частичный выход из строя сайлентблоков и/или рулевых наконечников, проблемы со втулками маятника. В единичных случаях возможна ситуация, когда машина не только тормозит рывками, но и при этом бьет в руль.
Сразу стоит сказать, что перечисленные неисправности являются весьма опасными и могут привести не только к выходу из строя ответственных узлов автомобиля, но и к созданию аварийной ситуации на дорогах! Соответственно, при появлении ситуации, когда машина тормозит рывками, необходимо принять экстренные меры по выявлению неисправности и ее устранению.
Причины возникновения рывков при торможении
Для начала перечислим наиболее распространенные причины того, что машина тормозит рывками. Так, к ним относится:
- Завоздушивание гидравлической тормозной системы. Данное явление происходит из-за разгерметизации соответствующей системы на шлангах, цилиндрах или в других ее составляющих. Воздух в тормозной системе снижает эффективность ее работы, в том числе иногда возникает и ситуация, когда при торможении машина тормозит рывками. Зачастую перед появлением рывков отмечается общее снижение эффективности тормозной системы. Поэтому рывки — это уже финальный сигнал того, что систему нужно прокачать и добавить в нее тормозную жидкость.
- Кривизна тормозного/тормозных дисков. Такая ситуация может возникнуть, например, вследствие их резкого охлаждения. В частности, после резкого торможения, когда диск очень горячий, машина заезжает в лужу с холодной водой, вследствии чего происходит резкий перепад температур материала, из которого выполнен тормозной диск. Если он (материал) недостаточно качественный, то существует вероятность того, что изделие может изменить свою геометрическую форму (его может банально «повести»). Особенно такая ситуация актуальна для неоригинальных или попросту дешевых некачественных дисков.
Типы деформации тормозных дисков
Помните, что толщина тормозных дисков должна быть больше 20 мм! Если это не так — оба диска необходимо заменить.
Существует специальный прибор — индикатор часового типа, с помощью которого можно измерить степень биения диска о колодку. Он есть на большинстве СТО, а также в свободной продаже, стоит недорого.
- Ржавчина на диске. Весьма экзотический вариант, актуальный, в частности, для подержанных автомобилей из Японии. Так, при продолжительной стоянке машины без движения между тормозной колодкой и диском образуется налет ржавчины, который впоследствии воспринимается как удары при торможении. Особенно активно явление проявляется, когда диски вращаются синхронно. Для справки: в прибрежных условиях Японии или Владивостока (туманы, высокая влажность) диски могут заржаветь буквально за пару месяцев при условии, что машина стоит на улице без движения.
- Неправильная установка диска. При замене этого узла/узлов неопытными мастерами иногда возникают ситуации, когда диск устанавливается кривовато, из-за чего возникает его трение о колодку. Это даже при условии, что диск новый и ровный.
- Кривизна барабанов. Аналогично предыдущим пунктам. Изменение геометрии барабанов может быть вызвано изношенностью или из-за резких перепадов их рабочей температуры.
- Изношенность тормозных колодок. Некоторые автовладельцы отмечают ситуацию, когда при очень изношенных тормозных колодках машина начинает тормозить рывками. Подтверждением изношенности также может служить свист при торможении. Он может быть вызван как критическим уровнем изношенности колодки, так и работой так называемых «пискунов» — специальных металлических усиков, которые трутся о диски, вызывая писк и сигнализируя тем самым автовладельца о необходимости замены тормозных колодок. Иногда вибрация возможна при работе даже новых колодок, чаще при условии, что они очень плохого качества.
- Прикипание задних колодок. Это достаточно редкая ситуация, которая иногда встречается в случае длительного торможения и некачественных колодок. Но в этом случае вибрация будет не только при торможении, но и в процессе езды.
- Разболтались передние суппорта. Точнее, речь идет о том, что их пальцы попросту сточились в процессе эксплуатации. Данная ситуация возникает нечасто и только на машинах с очень большим пробегом.
- Несоответствие мягкости дисков и колодок. Данная ситуация подразумевает, что были установлены «мягкие» диски (барабаны) и «жесткие» колодки. Вследствие этого колодки вгрызаются в диски (барабаны), тем самым повреждая их.
Изношенный тормозной диск
- Большой люфт колесных подшипников. В таком случае при торможении колеса будут вибрировать, а это автоматически станет причиной вибрации всей машины. Особенно это актуально для передних колес, как более нагружаемых в процессе торможения.
- Испорченные сайлентблоки. Речь идет о сайлентблоках задней части подвески. При их значительном износе некоторые автомобилисты отмечают ситуацию, когда машина начинает дергаться при торможении.
По статистике около 90% случаев, когда возникает вибрация при движении, связана с кривизной тормозных дисков. Соответственно, проверку необходимо начинать именно с этих узлов.
Методы устранения неполадок
Теперь перейдем непосредственно к описанию ремонтных работ, с помощью которых можно устранить проблему, когда машина тормозит рывками на маленькой и/или большой скорости. Перечислим методы в том же порядке, что и причины. Итак:
- Завоздушивание системы. В данном случае ее необходимо прокачать, выгнать воздух и долить необходимое количество новой тормозной жидкости. Соответствующую информацию вы найдете в материале, где рассказывается о том, как правильно прокачать тормозную систему автомобиля.
- Искривленный тормозной диск. Тут возможны два варианта. Первый заключается в том, что если толщина диска достаточно велика, то можно попробовать проточить его на специальном станке. Для этого обратиться за помощью на СТО или в автосервис. Однако не во всяких сервисах выполняют такие работы. Можно обратиться к знакомому токарю. Второй вариант более рациональный и безопасный. Он заключается в полной замене диска в случае, если его деформация значительная, и/или диск уже изношенный и достаточно тонкий. В этом случае лучше не рисковать и выполнить соответствующую замену. И менять диски (барабаны) необходимо парами (одновременно левый и правый). Самостоятельная проверка диска имеет смысл только при сильном повреждении диска. Поэтому выполнять проверку, а тем более ремонт, лучше на специализированной СТО.
- Неправильная установка дисков. Для исправления ситуации необходимо снять и установить диск/диски ровно в соответствии с инструкцией.
- Кривизна барабанов. Выхода здесь два. Первый — отдать токарю для расточки. Второй — их замена. Зависит от степени изношенности и искривленной геометрии барабанов. Но лучше установить новые узлы.
- Изношенные колодки. В данном случае все очень просто — необходимо заменить их на новые. Главное, их правильно подобрать. А процедуру по замене можно выполнить самостоятельно (если есть опыт и понимание подобных работ) или в автосервисе.
- Прикипание колодок. Нужно выполнить ремонтные работы на подъемнике по восстановлению работоспособности колодок и суппортов. Лучше всего заменить используемые колодки на новые, хорошего качества, чтобы исключить появление подобных ситуаций в будущем.
- Разболтались суппорта. Ремонт в данном случае невозможен. Необходимо выполнить замену суппортов, пальцев, а при необходимости и колодок. Не забудьте при обратной сборке всех узлов смазать все тщательно с помощью смазки для суппортов и направляющих.
- Несоответствие мягкости дисков и колодок. При выборе тех и других узлов необходимо обращать внимание на соответствующее значение жесткости. При необходимости заменить одни или другие детали.
- Большой люфт колесных подшипников. Тут придется, скорее всего, выполнить замену соответствующих узлов. Можно попробовать отремонтировать их, однако, как показывает практика, такая затея малоэффективна.
- Ржавчина на тормозном диске. Если налет ржавчины небольшой, то можно ничего не делать, а эксплуатировать машину в течение 500…1000 километров пробега, пока ржавчина естественным образом, под воздействием тормозных колодок, не удалиться. Другой вариант — проточка дисков. На самом деле второй вариант предпочтительнее, но затратнее.
- Испорченные сайлентблоки. Необходимо провести ревизию упомянутых узлов, а при необходимости — заменить их.
Примечательно, что в большинстве случаев выявление причины необходимо проводить не в гаражных условиях, а на станции технического обслуживания с применением соответствующего оборудования. Ведь «на глаз» невозможно ощутить малейшие отклонения от нормы, которые на самом деле, на высокой скорости могут быть источниками вибраций и других неприятных явлений, которые не только могут быть причиной дискомфорта для водителя и пассажиров, но и стать причиной возникновения аварийной ситуации на дорогах.
Если вы сталкивались с причинами возникновения ситуации, когда машина тормозит рывками, которые не были перечислены — будем рады услышать ваши соображения и опыт на этот счет в комментариях под данным материалом.
Спрашивайте в комментариях. Ответим обязательно!
1.4 Торможение автомобиля
В процессе торможения кинетическая энергия автомобиля переходит в работу трения между фрикционными накладками колодок и тормозными барабанами, а так же шинами и дорогой. При торможении автомобиля двигателем водитель отпускает педаль подачи топлива, не включая передачи и сцепления, и ведущие колеса через трансмиссию трения, рассеивается, вызываю невосполнимые потери энергии. Поэтому каждое торможение автомобиля неизбежно связано с увеличением расхода топлива.
Величина
тормозного момента Mтор,
развиваемого тормозным механизмом,
зависит от его конструкции и давления
в тормозном приводе. Для наиболее
распространенных типов тормозного
привода, гидравлического и пневматического,
сила нажатия на колодку прямо
пропорциональна давлению, развиваемому
в приводе при торможении. Это дает
основание написать формулу для определения
тормозного момента, М
Мтор = γтρ0 (1.20)
где γт – коэффициент пропорциональности;
p0 – давление в тормозном приводе в кГ/см2.
Коэффициент γт зависит от многих факторов и может изменяться в довольно широких пределах. Однако для каждого конкретного автомобиля влияние указанных факторов сравнительно невелико, что позволяет этот коэффициент в первом приближении постоянным.
Определим касательные реакции, действующие на переднюю и заднюю оси автомобиля при торможении. Для этого воспользуемся формулами (1.22) и (1.23) и учтем, что в случае движения автомобиля с отключенным двигателем im = 0, момент трения в трансмиссии равен Mxx, а в результате действия тормозного момента в зоне контакта шин с дорогой возникает тормозная сила Pmop, кГ, равная
Pmop = Мтор / r, (1.21)
Касательная реакция дороги, действующая на ведущее колесо:
Ведомое колесо:
После указанных преобразований получаем
Согласно последним выражениям увеличение тормозного момента сопровождается ростом касательной реакции дороги. Однако это продолжается лишь до тех пор, пока касательная реакция не достигнет своего максимального значения – силы сцепления шины с дорогой Рсц:
Тормоза современных автомобилей могут развивать момент, значительно превышающий момент силы сцепления шины с дорогой. Поэтому весьма часто в практике наблюдается юз колес, когда при интенсивном торможении колеса автомобиля блокируются и скользят, по дороге, не вращаясь. До блокировки колеса между тормозными накладками и барабанами действует сила трения скольжения, а в зоне контакта шины с дорогой – сила трения покоя. После блокировки, наоборот, между трущимися поверхностями тормоза действует сила трения покоя, а в зоне контакта шины с дорогой – сила трения скольжения. При блокировке колеса затраты энергии на трение в тормозе и на качение прекращаются, и почти все тепло, эквивалентное поглощаемой кинетической энергии автомобиля, выделяется в месте контакта шины с дорогой. Повышение температуры шины приводит к размягчению резины и уменьшению коэффициента сцепления. Поэтому наибольшая эффективность торможения достигается в случае качения колеса на пределе блокировки.
Исследовать движение колеса с проскальзованием трудно, так как при этом изменяются не только силовые, но и кинематические связи, например, зависимость между скоростью центра колеса и числом его оборотов в минуту. Поэтому при выводе расчетных формул считают, что даже при полном использовании сцепления колесо моет катиться без проскальзования и что коэффициент сцепления φx при этом не меняется.
Рисунок 1.9 — Изменение скорости и ускорения автомобиля при торможении
На (рис. 1.9) показан образец осциллограммы с записью скорости (кривая 1) и замедления (кривая 2) автомобиля в процессе его торможения. Момент возникновения препятствия отмечен линией СС.
Общее время t0, с, необходимое для установки автомобиля с момента возникновения препятствия (остановочное время), можно представить в виде суммы нескольких составляющих:
где tp – время реакции водителя, с;
tпр – время между началом нажатия на тормозную педаль и началом действия тормозов, с;
ty – время увеличения замедления, с;
tm – время полного торможения, с.
Сумму (tпр+ty) часто называют временем срабатывания тормозного привода.
За время tp водитель осознает необходимость торможения и переносит ногу с педали подачи топлива на педаль тормоза. Время tр зависит от квалификации водителя, его возраста, утомляемости и других субъективных особенностей. Оно колеблется в пределах от 0,2 до 1,5 с. При расчетах обычно принимают tр=0,8 с. Время tпр необходимо для выбирания зазоров и перемещения всех деталей привода (педали, поршней тормозных цилиндров или диафрагм тормозных камер, тормозных колодок). Время tпр зависит от конструкции тормозного привода и его технического состояния. В среднем для исправного гидравлического привода можно принять tпр=0,2 с, а для пневматического привода 0,6 с. Отрезок ty характеризует время постепенного увеличения замедления от нуля (начало действия тормозов) до максимального значения. Это время составляет, в среднем 0,5 с.
В течение времени tp+tпр автомобиль движется равномерно с начальной скоростью υа. За время ty скорость несколько уменьшается. В течение времени tm полного торможения замедление сохраняется примерно постоянным и скорость уменьшается по закону, близкому к линейному. В момент остановки автомобиля замедление уменьшается до нуля (линия ОО) практически мгновенно.
Показатели динамичности автомобиля при торможении рассчитывают, решая уравнение движения автомобиля.
Рассмотрим вначале торможение автомобиля с отключенным двигателем, когда основное сопротивление движению создают тормозные механизмы.
Уравнение проекций на плоскость дороги всех сил, действующих на автомобиль при прямолинейном движении, имеет такой вид:
Подставив значения X1, X2 и Pu’ в формулу (1.28), после преобразований получаем уравнение движения автомобиля при торможении с отключенным двигателем без скольжения шин по дороге:
где Pmop=Pmop1+Pmop2 – суммарная тормозная сила в кг.
Замедление jз, м/с2, автомобиля (отрицательное ускорение) определим из уравнения (1.29):
Выражение (1.30) свидетельствует о том, что замедление автомобиля увеличивается по мере увеличения трения в тормозных механизмах и трансмиссии и роста сил внешних сопротивлений. Замедление уменьшается при увеличении веса автомобиля и моментов инерции вращающихся деталей. Наибольшее влияние на замедление оказывает суммарная тормозная сила Pmop, величина которой зависит от конструкции и технического состояния тормозов, а также от давления в тормозном приводе.
В первый период торможения (за время ty) сила Pmop увеличивается, вызывая соответствующее нарастание замедления. Во время полного торможения сила Pmop достигает максимального значения. Если коэффициент трения между фрикционными накладками и барабанами при этом не меняется, то тормозные моменты и сила Pmop также постоянны. Тогда для любого значения скорости можно найти значения Pxx, Pk и Pв и по выражению (1.30) определить мгновенное значение замедления.
Максимальное значение тормозной силы ограничено сцеплением шин с дорогой, и нельзя достигнуть сколь угодно большого замедления автомобиля, безгранично увеличивая тормозные моменты. Своей наибольшей величины замедление достигает при полном использовании сцепления всеми колесами
автомобиля, когда сумма всех касательных реакций равна суммарной силе сцепления:
Подставляя это предельное значение реакций в выражение (1.28):
Следовательно, максимально возможное значение замедления
По интенсивности торможения различают экстренное торможение и служебное. При экстренном торможении, применяемом в аварийной ситуации, максимальное замедление может достигать 7,5-8 м/с2. Резкое замедление вызывает неприятные ощущения у пассажиров и может явиться причиной перемещения грузов в кузове, а также приводит к ускоренному износу шин. Поэтому значительно чаще применяют служебное плавное торможение с замедлением до 2,5 м/с2. Замедление, превышающее 4,5 м/с2, развивается лишь в исключительных случаях, например при внезапном возникновении препятствия.
При экстренном торможении тормозная сила Pmop в несколько раз больше сил сопротивления Pn и Pв, и последними можно пренебречь.
Тогда
Следовательно, если во время торможения полностью используется сцепление всех колес с дорогой, а коэффициент сцепления φx не меняется, то замедление автомобиля также можно считать постоянным, как показано на (рис. 1.10) сплошной линией. Однако полное использование сцепления всеми колесами автомобиля возможно лишь в том случае, когда за весь период торможения тормозные силы на колесах каждой оси пропорциональны нормальным реакциям дороги. Следовательно, при торможении с различным замедлением соотношение между тормозными силами Pmop1 и Pmop2 должно быть также различным. В действительности же конструкция тормозов обеспечивает всегда постоянное соотношение этих сил, вследствие чего полное использование сцепления всеми колесами автомобиля возможно лишь при одном значении коэффициента φx. При всех других значениях φx величины времени и пути, определенные дорожными испытаниями, больше, а величины замедлений – меньше расчетных.
Рисунок 1.10 — Время, путь и ускорение при торможении
Коэффициент эффективности торможения Kэ, который показывает, во сколько раз действительное замедление автомобиля меньше теоретического, максимально возможного на данной дороге. Выражение для замедления имеет следующий вид:
Для легковых автомобилей Kэ≈1,2, а для грузовых автомобилей и автобусов Kэ≈1,3÷1,4.
При торможении на влажных и скользких дорогах тормозные силы всех колес автомобиля достигают значения силы сцепления практически одновременно. Поэтому при φx≤0,4 следует принимать Kэ=1 для автомобилей всех типов.
Время движения автомобиля можно определить численным интегрированием уравнения (1.30). Найдя по графику замедления для нескольких значений скорости величины мгновенных замедлений, определяют среднее замедление в каждом интервале скорости. После этого по формуле (1.35) находят приращение времени в каждом интервале, а суммируя все значения Δt, определяют и полное время торможения. Кривая t с учетом сил Рд, Рв и Рxx показана на (рис. 1.10) штриховой линией, а без учета этих сил – сплошной.
Чтобы определить расчетом время, необходимое для остановки автомобиля с момента возникновения препятствия, рассмотрим (рис. 1.9). За время ty замедление изменяется по закону, близкому к линейному. Поэтому можно считать, что автомобиль при этом движется с постоянным замедлением, равным 0,5 jз.
Следовательно, скорость в начале полного торможения
Если считать, что во время полного торможения автомобиль движется равнозамедленно с замедлением jз и в конце торможения останавливается, то скорость за время tт изменяется по закону прямой от υа’ до нуля.
Тогда
откуда
Таким образом время, необходимое для полной остановки автомобиля,
где
Если тормозные силы на колесах обоих осей автомобиля одновременно достигают значений максимальных сил сцепления, то величина замедления определяется равенством (1.32). Пренебрегая силой сопротивления воздуха и считая f=const, можно получить:
Учитывая различную степень использования сцепления передними и задними колесами автомобиля и введя коэффициент Kэ, приняв δн=1,05 и α=f=0, получим
Путь движения автомобиля при торможении определяют графо — аналитически, считая, что в каждом интервале скорости автомобиль движется равнозамедленно. Разбив кривую времени на интервалы, определяют по формуле (1.43) величину пути Δs в каждом интервале скорости аналогично тому, как это делают при определении пути разгона. Сложив отдельные значения Δs, с учетом сил Рд, Рв и Рxx показан на (рис. 1.10) штриховой линией, а без учета этих сил – сплошной. Длину пути, необходимую для остановки автомобиля с момента возникновения препятствия, можно вычислить, считая, что замедление за время ty постоянно и равно 0,5 jз. Тогда согласно формуле (1.43) путь, проходимый автомобилем за этот период,
В процессе полного торможения замедление равно jз и длина пути, проходимого автомобилем от скорости υа’ до остановки,
За время реакции водителя и время tпр автомобиль движется равномерно со скоростью υа, следовательно, общая длина остановочного пути
Заменив в последнем выражении скорость υа’ ее значением из формулы (1.37) и пренебрегая весьма малым членом, содержащим ty2, получаем
Если тормозные силы на колесах обеих осей автомобиля одновременно достигают значений максимально возможных сил сцепления, то при f=const и Pв=0:
Пренебрегая силой сопротивления дороги, получаем:
В случае же различной степени использования сцепления передними и задними колесами автомобиля остановочный путь следует вычислять по формуле:
Экспериментальное оборудование, используемое для оценки устойчивости
Необходимость создания комплекса оборудования для экспериментальных исследований возникла прежде всего вследствие новизны и, как это видно из рассмотренных теоретических решений, сложности данной проблемы. Построенная теоретическая модель процессов колебаний автомобиля при торможении показывает, что для ее использования необходимо иметь средства и способы прежде всего оценивания параметров колебательной системы.
Располагая параметрами для подстановки в модель, необходимо затем иметь средства и методы регистрации процессов колебаний натурных образцов автомобилей и их структурные элементов (подвески) для экспериментальной проверки адекватности построенной математической модели при использовании в ней определенных параметров колебательной системы. При этом необходимо также наиболее эффективное единообразное воспроизведение возмущающих воздействий на входе колебательной системы как в эксперименте, так и в теоретической модели. Последняя задача является одной из самых сложных вследствие того, что формирование кинематического воздействия в контакте пневматической шины автомобильных колес с неровностями дороги зависит от многих факторов: размеров, эксплуатационного состояния, нагруженности шины, с одной стороны, и размеров, формы, скорости проезда неровности, — с другой. Поэтому при разработке комплекса экспериментального оборудования главное внимание сосредоточено на обустройстве испытаний основного звена колебательной системы автомобиля: неровная опорная поверхность дороги – колесо с пневматической шиной – надколесная колеблющаяся масса – возмущающее воздействие опорной поверхности.
Стенд для статических и динамических испытаний автомобильных шин при совместном действии нормальной силы и момента (шинный крутильный стенд)
Отличительной особенностью разработанного стенда является наличие поворотной рамы, жестко закрепленной в центральной части с трехфланцевой осью и колесом с испытуемой шиной, и опирающейся шарнирно на опорные площадки силовых вертикальных нагружателей с возможностью крутильных колебаний.
Шинный крутильный стенд состоит из массивной опорной плиты с продольными пазами, жестко закрепленной на фундаменте. На плите неподвижно закреплены два подъемника, в которых по вертикальным направляющим перемещаются упорные лапы с горизонтальными опорными площадками. Каждая площадка перемещается с помощью силовой пары винт-гайка при вращении головки винта за рукоятку.
Рисунок 1.11 — Схема стенда для испытаний шин при сложном нагружении (шинный крутильный стенд)
Специальное самовыключающееся устройство для импульсного воздействия
Для измерения и регистрации перемещений подрессоренных и неподрессоренных масс при движении через импульсные неровности были разработаны изготовлены специальные устройства.
Так, для исследования перемещений масс, сосредоточенных на шине, при движении через импульсную неровность с помощью экспериментального одноколесного полуприцепа было разработано и изготовлено устройство регистрации вертикальных перемещений.
Рисунок 1.12 — Устройство для измерения перемещения неподрессоренных масс
Устройство состоит из двух направляющих цилиндров, жестко закрепленных на опорном кронштейне. В направляющие цилиндры установлены без зазоров с возможностью вертикального перемещения штоки, жестко прикрепленные к несущему кронштейну. Несущий кронштейн с помощью болтового соединения крепится к вертикальной плите выносного кронштейна. Вертикальная плита имеет прорези, по которым происходит перемещение несущего кронштейна, тем самым осуществляется регулировка хода штоков в направляющих цилиндрах при испытании шин разных диаметров. Выносной кронштейн крепится к испытуемому объекту, в данном случае к одноколесному полуприцепу. На несущий кронштейн устанавливается датчик вертикальных перемещений. Направляющие цилиндры вместе с опорным кронштейном опираются на колесо. Устройство для измерения вертикального перемещения массы устанавливается таким образом, чтобы ось опорного колеса устройства и ось колеса испытуемого объекта располагались в одной вертикальной плоскости.
Регистрация траектории движения масс осуществляется на координатной бумаге, которая крепится к планшету с помощью постоянных магнитов. Для обеспечения постоянного контакта с бумагой внутри корпуса устанавливается пружина.
При динамических испытаниях автомобиля устройство регистрации траектории движения подрессоренных масс устанавливается на П-образный, жесткий, исключающий появление собственных колебаний кронштейн, который крепится поперечинами на местах крепления переднего и заднего буферов автомобиля.
Продольная балка П-образного кронштейна имеет отверстия для установки устройства регистрации траектории движения подрессоренных масс.
При проведении испытаний в динамике для регистрации перемещений используется координатная бумага, закрепленная, как уже отмечалось, на планшете с помощью постоянных магнитов.
Рисунок 1.13 — П-образный кронштейн и устройство регистрации траектории движения подрессоренных масс, смонтированные на автомобиле для проведения исследования колебаний передних подрессоренных масс при движении через импульсную поверхность.
7. Тормозные свойства
Тормозные свойства имеют важное значение при эксплуатации автомобилей, так как от них во многом зависит безопасность движения. Чем лучше тормозные свойства, тем выше безопасность движения, средняя скорость и производительность автомобиля.
7.1. Измерители тормозных свойств
Измерителями тормозных свойств автомобиля являются замедление при торможении jз, м/с2, время торможения tтор, с, и тормозной путь Sтop, м. Наиболее важное значение из указанных измерителей имеют замедление и тормозной путь.
Нагрузка на автомобиль оказывает существенное влияние на его тормозные свойства. Поэтому в процессе эксплуатации для проверки эффективности тормозных механизмов в качестве измерителей используют максимально допустимый тормозной путь и минимально допустимое замедление автомобиля без нагрузки и с полной нагрузкой.
Нормативные значения измерителей тормозных свойств автомобиля без нагрузки при торможении на сухой асфальтовой горизонтальной дороге регламентированы правилами дорожного движения.
7.2. Уравнение движения при торможении
Уравнение движения автомобиля выведем для случая торможения на горизонтальной дороге (рис. 7.1). Спроецируем все силы, действующие на автомобиль, на плоскость дороги и получим следующее уравнение движения при торможении:
Pи=Rх1– Rх2–Pв=0
Замедление при торможении определим из этого уравнения, представив его в следующем виде:
,
Рис. 7.1. Силы, действующие на автомобиль при торможении откуда
Значение замедления зависит от режима торможения автомобиля. При эксплуатации применяется экстренное (аварийное) и служебное торможение.
7.3. Экстренное торможение
Экстренным называется режим торможения, при котором тормозные силы на колесах автомобиля достигают максимально возможного значения по сцеплению.
При этом колесо находится на грани юза (полного скольжения), но еще катится с некоторым проскальзыванием. Как показали исследования, максимальное значение тормозной силы на колесе достигается при его 15…30%-ном проскальзывании.
Экстренное торможение применяется сравнительно редко и обычно составляет 3…5% общего числа торможений. При экстренном торможении замедление достигает наибольшего значения и на сухом асфальтобетоне составляет 7,5… 8 м/с2. Экстренное торможение очень неприятно для сидящих пассажиров и опасно для стоящих. Оно вызывает повышенный износ шин и тормозных механизмов. При экстренном торможении для увеличения замедления необходимо уменьшить влияние вращающихся масс, поэтому двигатель отключается от трансмиссии при помощи сцепления. Процесс торможения осуществляется только тормозной системой.
При экстренном торможении скорость автомобиля резко падает, поэтому влияние силы сопротивления воздуха незначительно. Уравнение движения автомобиля при экстренном торможении принимает следующий вид:
Pи – Rх1 – Rх2=0
Так как при экстренном торможении касательные реакции дороги на передних и задних колесах имеют максимально возможные значения по сцеплению, то
Rх1+Rх2=Rz1φx+Rz2φx= =(Rz1+Rz2)φx=Gφx
С учетом этого выражения для горизонтальной дороги и современных автомобильных дорог, имеющих небольшие уклоны, при экстренном торможении замедление
jз=gφx,
где φx — коэффициент сцепления колес с дорогой.
Рис. 7.2. Зависимости замедления Уз, времени торможения tTOp, тормозного STop и остановочного So путей автомобиля от скорости движения v
Если во время торможения значение коэффициента сцепления колес с дорогой не изменяется, то замедление не зависит от скорости в течение всего периода торможения (рис. 7.2).
4.3. Силы, действующие на автомобиль при торможении (общая схема)
Тормозной баланс автомобиля:
.
Найдем тормозные моменты:
Продольные реакции на колесах при отсоединенной трансмиссии:
Тормозной момент двигателя:
, Н · м,
где Θ, А, В – эмпирические коэффициенты; Vд – объем двигателя, л; nд – скорость двигателя, об/мин.
Двигатель | Θ | А | В |
Бензиновый | 12,5 | 0,4…0,5 | 0,0035 |
Дизельный | 15 | 0,5…0,7 | 0,005 |
При 1000 об/мин ТТ = 80 (V=1,6 л). При 5000 об/мин ТТ = 360.
5–7 кВт/л (Справочник Бош, с. 649)
Подведенный к полуоси тормозной момент двигателя:
,
где Jд – момент инерции двигателя; εд – ускорение двигателя; iтр – передаточное число трансмиссии.
.
Перегруппируем тормозной баланс автомобиля, перенеся в правую часть силы, останавливающие автомобиль, а в левую – вызывающие его движение:
Введем замену в правой части: .
.
По аналоги с коэффициентом учета вращающихся масс при разгоне запишем:
.
Примечание:
Отличие (от δ разгона) –произведение радиусов (замена кинематического радиуса статическим приводит к существенной ошибке в расчете).
Введем дорожное сопротивление:
.
Найдем замедление автомобиля
.
4.4. Торможение юзом
При торможении автомобиля с блокировкой колес (юзом) отсутствует вращение колес, следовательно, тормозной баланс определим следующим образом:
ma · a = Rx1 + Rx2 +/– Ga · sin α +0,5 · Cx · ρв · А · V2
Rx1 + Rx2=Ga · φx · cos α
.
Если тормозим на горизонтальной площадке, то:
.
Пример: Ga=14560 Н; φx = 0,8; Сх = 0,48; А = 2,4 м2; V = 30 м/с Найдем начальное замедление, с которым движется автомобиль в момент попадания колес в юз:
если провести расчет для влажного асфальта ( коэффициент сцепления при юзе около φx = 0,4), то
Замечания:
Аэродинамическая составляющая замедления является функцией квадрата скорости и поэтому быстро уменьшается по мере снижения скорости.
Доля аэродинамической составляющей замедления уменьшается по мере увеличения массы автомобиля.
Коэффициент сцепления сильно зависит от относительного скольжения sс в контакте шина – дорога.
При юзе всех колес развесовка автомобиля не имеет значения!
4.5. Основные показатели процесса торможения
4.5.1. Время торможения:
Аэродинамическим сопротивлением часто пренебрегают.
4.5.2. Тормозной путь:
.
Если Vк= 0, то .
4.5.3. Тормозная диаграмма
t1 – время реакции водителя (в среднем – 0,8 с, но иногда до 1,2 с),
t2 – время срабатывания тормозов (подвод колодок 0,1…0,4 с)
t3 =0,2…0,4 (гидр…пневм)– время нарастания давления в тормозной системе (на этом этапе можно в первом приближении принять линейным закон нарастания давления в тормозном приводе. Это означает, что и замедление автомобиля также нарастает по линейному закону. С точки зрения выходных параметров принимаем a = φ·g/2)
t4 – время торможения t4 = V/(φ·g).
Найдем остановочный путь:
S1=Vн · t1
S2=Vн · t2
, где
В итоге получим:
.
На практике последним членом пренебрегают:
.
Пример: V=20 м/c
.
4.5.4. Тормозные силы, моменты, давление в контуре при торможении юзом.
Сила инерции автомобиля, которой должна противодействовать тормозная сила: .
Реакции на колесах:
Rx1= Rx1max= Rz1 · φх;
Rx2= Rx2max= Rz2 · φх.
Fи = Rx1 + Rx2 .
Определим суммарные нормальные и касательные реакции на осях автомобиля (сопротивлением воздуха и его влиянием на перераспределение нормальных и касательных реакций из-за малости пренебрегаем):
Сумма моментов относительно контакта второго колеса = 0
откуда.
Сумма моментов относительно контакта первого колеса = 0
откуда.
Откуда:
Изменение реакций Rx1 Rx2 Rz1 Rz2 в зависимости от φх
Условия (рис. 1):
Ga= | 15600н |
L= | 1,5 м |
L1= | 0,65м |
L2= | 0,85м |
hg= | 0,5м |
Условия (рис. 2)
Ga= | 15600н |
L= | 1,5м |
L1= | 0,65м |
L2= | 0,85м |
hg= | 1м |
Определим необходимый суммарный тормозной момент, который необходимо развить в тормозных механизмах передних колес для доведения их до юза:
,
где р1 – давление в переднем контуре; А1 – передаточная функция, определяемая конструкцией тормозов (зависимость тормозного момента от давления в контуре). В первом приближении считаем зависимость тормозного момента, развиваемого в исполнительных механизмах от давления в приводе линейной).
Отсюда определим давление, которое необходимо развить в исполнительных механизмах передних тормозов для доведения передних колес до юза:
–давление, необходимое для доведения передних тормозов до юза.
.
Аналогично найдем давление в заднем контуре:
.
Соотношение давлений в контурах:
.
Ga= | 15600н |
L= | 1,5м |
L1= | 0,825м |
L2= | 0,675м |
hg= | 0,5м |
А2/А1= | 0,5 |
Полученная характеристика является идеальной и показывает необходимое соотношение давлений в исполнительных механизмах передних и задних колес для одновременного доведения колес обоих осей до юза. Если в тормозном приводе не предусмотрено никаких регулирующих давление механизмов и главный тормозной непосредственно связан с рабочими цилиндрами, то давление в исполнительных механизмах передних и задних тормозов всегда будет одинаковым, т.е. будет характеризоваться прямой линией. Таким образом, идеальная и реальная при отсутствии регулирующих механизмов) характеристики совпадают только в одной точке, т.е. для данного автомобиля при заданной развесовке одновременно до юза будут доведены колеса обеих осей только на одной дороге с характерным значением коэффициента сцепления. Н дорогах с меньшим сцеплением раньше в юз попадут колеса передней оси, а на дорогах с большим сцеплением – колеса задней оси.
Колеса, доведенные до юза, не способны воспринимать боковые нагрузки: Любое внешнее воздействие приводит к заносу.
При опережающем юзе передних колес автомобиль движется не управляемо, но устойчиво прямолинейно.
При опережающем юзе задних колес автомобиль попадает в прогрессирующий занос, что означает потерю устойчивости.
Несовпадение идеальной и реальной характеристик распределения давлений в зоне малых коэффициентов сцепления можно считать допустимым, так как в процессе экстренного торможения (а именно в этом случае колеса автомобиля доводятся до полного юза) главная задача – остановить автомобиль на полосе движения, а опережающий юз колес передней оси ведет к устойчивому прямолинейному движению.
Несовпадение идеальной и реальной характеристик распределения давлений в зоне больших коэффициентов сцепления абсолютно недопустимо, так как прогрессирующий занос, возникающий в этом случае, является причиной потери полосы движения в процессе экстренного торможения и приводит к большинству аварий с тяжелыми последствиями при экстренном торможении.
Говорят, что торможение двигателем снижает его ресурс. Так ли это?
Ещё с автошколы мы знаем, что торможение двигателем – исключительно правильная привычка, которая отлично выручает, скажем, на скользкой дороге, да и не только. Однако есть и мнение, что тормозить стоит исключительно на нейтрали, а замедление на передаче с отпущенной педалью газа для моторов исключительно вредно. Есть ли хоть какое-то основание у этих слухов? Будем разбираться.
Как происходит торможение двигателем
Отчего вообще замедляется машина, если на ходу и на передаче отпустить педаль акселератора? Сказываются аэродинамические потери и потери на качение колес, трение в трансмиссии, но основным фактором будет именно торможение двигателем.
Многие водители не совсем верно представляют себе суть процесса. Механическое трение вовсе не является основным фактором, тормозящим автомобиль. Разве что на дизельных моторах, где нет дроссельной заслонки и рестриктора на выпуске, все замедление будет обусловлено внутренними потерями мотора и теплоотдачей сжимаемого воздуха.
Бензиновые двигатели создают тормозной момент в первую очередь за счет насосных потерь. При закрытой дроссельной заслонке мотор теряет много-много энергии в попытке перекачивать воздух своими поршнями, создавая разрежение во впускном коллекторе. А вот потери на сжатие-расширение воздуха тут как раз минимальны. Величина тормозного момента зависит в основном от оборотов двигателя и степени разрежения, которая регулируется дроссельной заслонкой.
Принудительный холостой ход
Давно прошли те времена, когда на холостом ходу у мотора “закидывало” свечи из-за подачи слишком разреженной смеси и втягивания масла в камеры сгорания. Сейчас расход масла больше 300-400 граммов на 1 000 км является поводом для капитального ремонта, а топливо при торможении двигателем не подается вообще, вплоть до самых малых оборотов. Сплошная польза и экономия.
Когда же нужна тяга, система управления двигателем моментально подаст топливо, без всяких провалов тяги. И совершенно ничего страшного с мотором, на первый взгляд, не происходит. Производители двигателей позаботились о том, чтобы этот режим работы двигателя не вызывал каких-то явных проблем.
Режим торможения двигателем с прекращением подачи топлива получил название «принудительный холостой ход». Именно этот режим используется при торможении двигателем на всех современных машинах.
Но все же скептики, которые говорят о травматичности такого режима, тоже правы. И вот почему.
Чем именно вредно торможение двигателем
Начнем с простой и незаметной проблемы. Поршневая группа современных моторов скомпонована несимметрично. С целью снижения боковой нагрузки на поршень в ВМТ поршневой палец смещен относительно оси цилиндра, да и ось коленчатого вала не совпадает с осью цилиндров. При торможении двигателем вся эта асимметрия оборачивается против мотора.
Боковые нагрузки на поршень увеличиваются, и при том же модуле момента они будут даже выше, чем при рабочем ходе. Асимметрия подшипников скольжения коленчатого вала, шатунных головок и поршневого пальца тоже рассчитана на рабочий ход, а не торможение двигателем.
А все вместе это означает, что тормозить мотором нужно аккуратно, не создавая слишком большой тормозной момент. Механика попросту плохо переносит «обратные» нагрузки.
Повышенный износ клапанов двигателя, работающих без смазки бензином при длительных торможениях, сказывается несильно, тем более что температура клапанов в этот момент падает. Но на моторах, проходящих столь любимую мастерами «холодную обкатку», которая по сути не что иное как принудительный холостой ход, просто очень уж затянувшийся, седла клапанов изнашиваются на порядок интенсивнее, чем в реальной эксплуатации.
Как ни странно, и банальное разрежение во впускном коллекторе может вредить двигателю. В режиме торможения двигателем оно в полтора-два раза выше, чем при работе на холостом ходу. Соответственно, растут утечки через все уплотнения, увеличивается нагрузка на систему вентиляции картера. Разрежение внутри блока цилиндров при работающей без клапана системе вентиляции может привести к несанкционированному подсосу воздуха снаружи.
Особенно много хлопот доставляют изношенные сальники клапанов. При большом разрежении на впуске масло в жидком виде поступает прямо с распредвала во впускной коллектор. А не справляющийся с нагрузкой маслоотделитель добавляет еще сколько-то из картера. Масло тянет и через поршневую группу, прямо в цилиндры. При наличии турбины — еще и через нее.
Такая «пиковая» подача масла, особенно на уже изношенном моторе, приводит к появлению нагара на свечах, поломкам катализатора и закоксовыванию поршневых колец. Не говоря уже о выбросах в окружающую среду. И в довершение всего, перепады давления сказываются на ресурсе гибких элементов впуска — разнообразных трубок, клапанов и тому подобных элементов.
Попадание пыли и грязи из выпускного коллектора во впуск и непосредственно в цилиндры тоже на совести режима торможения двигателем. Особенно оно опасно, когда катализатор близко расположен к коллектору и активно крошится. А еще когда на выпуске присутствует много твердых частиц сажи, что характерно для режимов прогрева и нагрузочных режимов двигателей с непосредственным впрыском топлива.
В цилиндры вся пыль и грязь попадает из-за того, что у фаз газораспределения есть перекрытие. А значит, мотор хоть немного, но успевает втянуть воздуха из выпускного коллектора. При наличии клапана рециркуляции выхлопных газов (EGR) и его негерметичности, что бывает достаточно часто, пыль и грязь попадают непосредственно во впускной коллектор. Ну а любая грязь в цилиндрах — это повышенный износ и риск задиров, а также повреждения клапанов.
И последняя неприятность, которая грозит мотору в режиме принудительного холостого хода — это ударные нагрузки из-за резкого изменения частоты вращения коленчатого вала и перекрут. Иными словами, просто неаккуратное обращение со сцеплением и коробкой передач. Крутильные колебания в работающем двигателе всегда есть, но обычно они не опасны для самого мотора, а навесное оборудование защищено демпферными шкивами, муфтами свободного хода или другим образом.
Но все меняется, если двигателем тормозить. Подвод момента со стороны маховика совсем иначе нагружает коленчатый вал, в таком режиме он более уязвим, к тому же отбор мощности на вспомогательные механизмы и ГРМ все равно идет на переднем конце коленвала. Но куда неприятнее для мотора возможные резкие нагрузки от трансмиссии. А ведь моменты, воздействующие на двигатель, могут оказаться на порядок выше, чем крутящий момент собственно мотора. Именно так в большинстве случаев и ломают коленчатый вал, повреждают ГРМ и перекручивают его намного выше номинала.
От грубых ошибок в работе трансмиссией на режиме торможения нельзя подстраховаться. И даже АКП здесь, увы, не панацея — при поломках коробки ударные нагрузки не щадят и двигатель, хотя вряд ли они будут настолько велики, что поломают его сразу.
Ничего нельзя делать
Итак, мы поняли, что слухи о вреде торможения двигателем вполне обоснованны, в особенности если у вас машина с пробегом “за 150”. Что не отменяет полезности техники торможения двигателем во имя безопасности движения. Если отказываться от этой полезной привычки не хочется, но при этом есть желание немного продлить жизнь двигателю, то что же делать? Осмелюсь дать несколько советов:
1. Не используйте торможение двигателем слишком интенсивно.
Тормозите на максимально высокой передаче, старайтесь не переходить на низшие передачи при торможении без особой необходимости. В обычных городских условиях тормозите на четвертой-пятой передачах вплоть до снижения оборотов в зону холостого хода.
В горах не стоит выбирать заведомо более низкую передачу, чтобы и тормозило, и тянуло, и чтобы не переключаться лишний раз. И даже на скользких покрытиях на машинах с АБС при скоростях движения менее 30 километров в час можно смело закончить торможение на нейтрали.
2. Не используйте длительные торможения двигателем в городском цикле.
Лучше выбирайте скорость, при которой у вас будет минимум торможений вообще. Торможение двигателем — не панацея от ошибок в выборе скорости движения, и в плане расхода топлива далеко не бесплатно. Более 70% избыточной кинетической энергии машины будет растрачено зря.
И тем более вредно движение на низших передачах в городе с контролем скорости только педалью газа, без использования тормозов. Это годится разве что при плохом состоянии штатной тормозной системы или неработоспособности сцепления или коробки передач.
Послесловие
В статье автор предпочитал использовать термин «разряжение» как устоявшийся для описания процессов в ДВС в технической литературе. Однако при редактуре и корректуре мы решили отдать должное формальным правилам русского языка и заменили «я» на «е», тем более что суть явления здесь та же самая, а здесь оговориться, чтобы не задеть чувства тех, кто также считает авторское написание верным.
Опрос
А вы тормозите двигателем?
Всего голосов: