BRAKE CONSTRUCTION CHART THROUGH MOBILE LABORATORY

Брюхов А.П.¹, Козырин Н.С.²

^1,2Магистрант, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ПОСТРОЕНИЕ ТОРМОЗНОЙ ДИАГРАММЫ ПОСРЕДСТВОМ МОБИЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ

Аннотация

В статье предложен метод построения идеализированной и реальной тормозных диаграмм. Данный метод основан на регистрации определенных параметров процесса торможения автомобиля, при помощи мобильной лаборатории для исследования параметров торможения автомобиля. В работе рассмотрены особенности процесса торможения автомобиля. Определены параметры процесса торможения автомобиля, регистрация которых необходима для построения тормозной диаграммы. Разработанный метод может быть использован в научно-исследовательских и образовательных целях, в качестве учебного пособия для студентов, применяться для контроля технического состояния автомобилей и в областях работы авто-экспертизы.

Ключевые слова: тормозная диаграмма, процесс торможения, мобильная лаборатория, торможение.

Bryukhov A.P.¹, Kozyrin N.S.²

^1,2Undergraduate student, Perm National Research Polytechnic University

BRAKE CONSTRUCTION CHART THROUGH MOBILE LABORATORY

Abstract

This paper proposes a method for constructing an idealized and real brake diagrams. This method is based on the registration of certain parameters of the car braking process with the help of a mobile laboratory for the study of car braking parameters. The paper discusses the features of the car braking process. The parameters of the process of braking the vehicle, the registration of which is required for the construction of the brake diagrams. The developed method can be used for research and educational purposes, as a teaching tool for students, used to control the technical condition of vehicles and work areas of auto-examination.

Keywords: brake diagram braking process, the mobile laboratory braking.

Скорость и безопасность движения автомобиля в значительной степени определяется его тормозными свойствами. Под тормозными свойствами понимают способность автомобиля быстро снижать скорость движения вплоть до полной остановки при минимальном тормозном пути, сохранять заданную скорость при движении под уклон, а также оставаться неподвижным при действии случайных сил.

Процесс торможения автомобиля может быть описан при помощи тормозной диаграммы. Для ее построения необходимо регистрировать определенные параметры процесса торможения автомобиля.

Целью данной работы является разработка метода построения тормозной диаграммы посредством мобильной лаборатории, позволяющей регистрировать параметры процесса торможения автомобиля.

Для разработки метода построения тормозной диаграммы, были выделены основные задачи:

1. Подробное рассмотрение протекания процесса торможения автомобиля, что главным образом включает в себя математическое описание зависимостей данного процесса.
2. Сравнение графиков реальной и идеализированной тормозной диаграммы;
3. Определение регистрируемых параметров, необходимых для построения диаграммы.
4. Описание методики построения диаграммы.

Схема сил, действующих на автомобиль, изображена на рис. 1. На схеме показан наиболее общий случай, когда автомобиль движется по абсолютно ровной горизонтальной поверхности. На рисунке также выделены параметры, регистрация которых необходима для полноценного исследования процесса торможения автомобиля. К таким параметрам относятся: угловая скорость вращения колеса и замедление автомобиля. Наибольший интерес представляет измерение угловой скорости каждого колеса в отдельности, для дальнейшего сопоставления полученных величин, с целью оценки тормозных свойств автомобиля в целом.

Рис. 1 – Схема сил действующих на автомобиль в процессе торможения:

Mf₁, Mf₂ – моменты сопротивления качению колес автомобиля;F_b— сила сопротивления воздуха;

Fi – продольная составляющая силы тяжести автомобиля; Fjx – сила сопротивления поступательному ускорению масс автомобиля; Rz₁, Rz₂, – нормальные реакции дороги; Ga – сила тяжести; Rx₁, Rx₂ –продольные реакции дороги

Процесс торможения автомобиля достаточно сложный. Он состоит из нескольких последовательных этапов, первым из которых является момент нажатия на тормозную педаль (начало торможения). После начала торможения определенный промежуток времени затрачивается на срабатывание тормозной системы и называется временем запаздывания срабатывания тормозной системы. После достижения максимального усилия воздействия на тормозную педаль, наступает состояние установившегося замедления. Время t_p от начала отпускания тормозной педали до возникновения зазоров между фрикционными элементами называют временем растормаживания. Данный процесс может быть представлен в виде тормозной диаграммы [1, С.164]. На Рис. 2 представлена идеализированная диаграмма процесса торможения автомобиля, которая во многом отличается от реальной тормозной диаграммы (рис. 3), снятой при помощи деселерометра.

Рис. 2 – Идеализированная тормозная диаграмма

τ_с – время срабатывания тормозов (подвод колодок 0,1…0,4 с); τ_н =0,2…0,4 – время нарастания давления в тормозной системе

Рис. 3 – Реальная тормозная диаграмма

Основным отличием двух графиков является интервал, называемый установившимся замедлением. После достижения максимального усилия воздействия на тормозную педаль, сложную кривую функции j = j (t) реальной тормозной диаграммы, аппроксимируя, для упрощения, преобразуют в прямую. Другими словами, переменное значение i_з условно заменяют средним (рис. 2) и считают установившимся, взяв за начало отсчета (t=0) момент прекращения увеличений усилия на педали [2, С.75]. График реальной тормозной диаграммы, полученный при проведении испытаний (Рисунок 3), является не расшифрованным. В частности, не ясно, по какому принципу был построен график характера изменения замедления, основанный на показаниях реальной тормозной диаграммы.

На эффективность торможения, кроме действий водителя, влияют конструкция и техническое состояние автомобиля, тип и состояние дорожного покрытия, а также внешние факторы. Исследования показывают, что действие всех этих факторов наиболее полно учитывается параметрами торможения, из числа которых выбирают критерии оценки тормозной эффективности:

1. Тормозной путь;
2. Установившееся замедление;
3. Время торможения.

Установившееся замедление и тормозной путь являются основными критериями оценки эффективности тормозных систем. Для определения величин этих параметров используют либо непосредственное измерение, либо перерасчет, основанный на преобразовании величин и опирающийся на снятую при испытаниях тормозную диаграмму. Расчетный способ является достаточно перспективным, так как полученная тормозная диаграмма позволяет определить любой параметр торможения.

Торможение представляет собой процесс, во многом зависящий от состояния опорной поверхности, которое, в свою очередь, определяется коэффициентом сцепления колес с дорожным покрытием. Шина является единственным связующим элементом между автомобилем и дорожным покрытием. Шина обеспечивает не только сцепление колеса с дорогой, но и передачу тяговых и тормозных усилий, амортизацию сил, возникающих при наезде на неровности и дефекты дороги, управляемость и безопасное движение автомобиля, динамичность и плавность хода при маневрировании, в различных профилях и т.д.

Посредством мобильной лаборатории, путь, пройденный автомобилем, измеряется не непосредственно, а путем пересчета по известному числу оборотов «пятого» колеса и его радиусу качения. Зная частоту импульсов получаемых с датчика, определяется число оборотов вращения колеса за единицу времени. Оно совпадает с угловой скоростью вращения колеса. Затем, зная угловую скорость и радиус качения, определяется линейная скорость движения колеса, которая в свою очередь совпадает с линейной скоростью движения автомобиля.

Для правильности построения диаграммы, необходимо учитывать точки 1 и 2 (рис. 4). Точка 1 – регистрируется для определения начала тормозного пути, и может быть зарегистрирована с помощью штатного датчика включения стоп-сигнала. Точка 2 – «начало нарастания давления в тормозном приводе» (рис. 4), необходима для определения момента срабатывания тормозного привода. Без него не обойтись при регистрации и оценки тормозного пути. Наиболее оптимальной является регистрация момента срабатывания привода по нарастанию давления в системе. Для этого в мобильном комплексе будет использован датчик давления. Прямая «установившееся замедление», может быть получена при помощи акселерометра. Такой способ регистрации позволит получить достаточно ровную и пологую линию замедления. В дальнейшем эта линия будет сопоставляться с кривой замедления, полученной по первому методу построения диаграммы. Затем путем математической обработки определяется усредненное значение замедления, наиболее точно характеризующее реальный процесс торможения.

Рис. 4 – Построение тормозной диаграммы

По результатам проведенных исследований составлен алгоритм построения тормозной диаграммы. А также определены параметры процесса торможения автомобиля, регистрация которых необходима для построения тормозной диаграммы. Разработанный метод может быть использован в научно-исследовательских и образовательных целях, в качестве учебного пособия для студентов, применяться для контроля технического состояния автомобилей и в областях работы авто-экспертизы. В дальнейшем на базе имеющегося мобильного комплекса планируется разработка мобильной лаборатории для исследования параметров движения автомобиля.

Список литературы / References

1. Литвинов А. С., Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств / А. С. Литвинов, Я. Е. Фаробин. – М.: Машиностроение, 1989. - 243 с.
2. Брылев И. С. Реконструкция ДТП по параметрам процесса торможения двухколесных механических транспортных средств, диссертация канд. тех. наук: 05.22.10/ Брылев Илья Сергеевич. – Санкт-Петербург, 2015. – 159 с.
3. Тарасик В. П., Теория движения автомобиля, учебник для ВУЗов / В. П. Тарасик, СПБ БХВ-Петербург, 2006 - 478 с.
4. Афанасьев Б. А., Проектирование полноприводных колесных машин: Учебник для ВУЗов / Б. А. Афанасьев, Б. Н. Белоусов. – М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008, - 432 с.: ил.
5. Осепчугов В. В., Автомобиль: Анализ конструкций, элементы расчета: Учебник для студентов ВУЗов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» / В. В. Осепчугов, А. К. Фрумкин. – М.: Машиностроение, 1989 – 304 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Litvinov A. S., Avtomobil'. Teorija jekspluatacionnyh svojstv [Car. Theory of operating properties]/ A. S. Litvinov, J. E. Farobin. - M.: Mashinostroenie , 1989. - 243 P. [in Russian]
2. Brylev J. S., Rekonstrukcija DTP po parametram processa tormozhenija dvuhkolesnyh mehanicheskih transportnyh sredstv [Reconstruction of road accidents in the parameters of the braking process of two-wheeled motor vehicles], dis. PhD in Engineering : 05.22.10 / Brylev Ilya. - St. Petersburg, 2015. - 159 P. [in Russian]
3. Tarasik V. P., Teorija dvizhenija avtomobilja, uchebnik dlja VUZov [driving theory, the textbook for high schools] / V. P. Tarasik, SPB BHV - Petersburg, 2006 - 478 P. [in Russian]
4. Afanasiev B. A., Proektirovanie polnoprivodnyh kolesnyh mashin: Uchebnik dlja VUZov [Related all-wheel drive wheeled vehicles: Textbook for High Schools] / B. A. Afanasiev, B. N. Belousov. - M .: MSTU. Bauman, 2008 - 432 P. [in Russian]
5. Osepchugov V. V., Avtomobil': Analiz konstrukcij, jelementy rascheta: Uchebnik dlja studentov VUZov po special'nosti «Avtomobili i avtomobil'noe hozjajstvo» [Car: construction analysis, the calculation of the elements:. A textbook for university students in the specialty "Cars and automobile economy"] / V. V. Osepchugov, A. K. Frumkin - M .: Mashinostroenie, 1989 - 304 P. [in Russian]