Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

THE INFLUENCE OF THE DIFFERENCE IN THE WEAR RATE OF FRONT AND REAR BRAKE PADS CAR ON THE ALLOWABLE VALUE OF THE VARIATION ADHESION COEFFICIENT OF FRONT AND REAR WHEELS

Erasov I.A. 1 Molev Y.I. 1 Strizhak A.D. 1 Proshin D.N. 2
1 Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseyev
2 Private institution of additional education CHUDO «RIE»
В статье рассматривается важная задача для автомобильного транспорта и в целом для общего машиностроения в Российской Федерации. Показано влияние различных факторов на аварийность автомобилей и других транспортных средств. Приведена методика расчёта изменения времени срабатывания тормозных механизмов автомобиля передней и задней оси. На основе существующей методики расчёта показано, на сколько изменяется время срабатывания при установке колёс с разным рисунком протектора (разным коэффициентом сцепления колеса с дорогой). Разработаны требования, обеспечивающие отсутствие заноса автомобиля при экстренном торможении, учитывающие не только разницу в конструкции колёс, но и изменение технического состояния транспортного средства в период эксплуатации, а именно изменение зазора между тормозными колодками и тормозными дисками.
The article deals with the important task for automobile transport and general engineering in the Russian Federation. The influence of various factors on damaged cars and other vehicles. The article describes the method of calculation of change the time of actuation of the brake mechanisms of the vehicle front and rear axle. On the basis of the existing calculation methods are shown of how much the response time when you install wheels with different tread pattern (different coefficient of adhesion of wheel with the road). Developed the requirements, ensuring the absence of skidding during emergency braking, taking into account not only the difference in wheel designs, but also changes in the technical condition of the vehicle during operation, namely the change of clearance between the brake pads and discs.
fuel consumption
braking stability
the allowable difference between the coefficients of coupling of the front and rear wheels of the vehicle
the response time of the brake system
1. Belyakov V.V. K voprosu vybora eksperimentalnykh dannykh dlya sostavleniya statisticheskikh modeley snezhnogo pokrova kak polotna puti dlya transportno-tekhnologicheskikh mashin / Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva. 2014. no. 1 (102). рр. 136–141.
2. GOST R 50597-93 Avtomobilnye dorogi i ulitsy. Trebovaniya k ekspluatatsionnomu sostoyaniyu, dopustimomu po usloviyu soblyudeniya bezopasnosti dorozhnogo dvizheniya.
3. GOST R 41.13-99 GOST R 41.13-99 Edinoobraznye predpisaniya, kasayuschiesya ofitsialnogo utverzhdeniya mekhanicheskikh transportnykh sredstv kategoriy M, N i O v otnoshenii tormozheniya.
4. Zezyulin D.V., Makarov V.S., Belyakov V.V. Raschetnyy analiz vliyaniya parametrov dvizhiteley na pokazateli effektivnosti kolesnykh mashin pri dvizhenii po snezhnomu polotnu puti // Lesa Rossii i khozyaystvo v nikh. 2012. T. 1–2. no. 42–43. рр. 41–42.
5. Makarov V.S., Zezyulin D.V., Belyakov V.V. Mnogourovnevaya model snega kak polotna puti dlya transportno-tekhnologicheskikh mashin na primere territorii Rossiyskoy Federatsii/ Fundamentalnye issledovaniya. 2013. no. 10–2. рр. 270–276.
6. Makarov V.S., Zezyulin D.V., Obzor issledovaniy po vliyaniyu mestnosti na kharakteristiki snezhnogo pokrova // Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva. 2014. no. 3 (105). рр. 154–162.
7. Makarov V.S., Zezyulin D.V., Belyakov V.V. Sneg kak polotno puti dlya transportnykh sredstv // Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamentalnykh issledovaniy. 2014. no. 4.
8. Makarov V.S. Metodika rascheta i otsenka prokhodimosti kolesnykh mashin pri krivolineynom dvizhenii po snegu. avtoreferat k.t.n., NGTU. Nizhniy Novgorod, 2009, 18 р.
9. Makarov V.S. Otsenka effektivnosti kolesnykh mashin v techenie zimy s uchetom izmenchivosti kharakteristik snezhnogo pokrova./ Makarov V.S., i dr. // Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva. 2014. no. 4 (106). рр. 342–347.
10. Makarov V.S. Kharakter izmeneniya snezhnogo pokrova kak polotna puti s uchetom neravnomernosti ego zaleganiya na mestnosti / Makarov V.S., i dr. // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2013. no. 4. рр. 33.
11. Papunin A.V. O vliyanii landshafta mestnosti na kharakteristiki snezhnogo pokrova i na prokhodimost transportnykh sredstv / Papunin A.V., i dr. // Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva. 2014. no. 4 (106). рр. 331–335.
12. Polotno puti transportno-tekhnologicheskikh mashin. pod obsch. Red. V.V. Belyakova i A.A. Kurkina. Nizhniy Novgorod, 2014.
13. Sotskov D.A. Povyshenie aktivnoy bezopasnosti avtotransportnykh sredstv pri tormozhenii. Diss. doktora tekhn.nauk. 05.05.03. Vladimir, 1988. 547 р.
14. Suvorov Yu.B. Sudebnaya dorozhno-transportnaya ekspertiza. Sudebno-ekspertnaya otsenka deystviya voditeley i drugikh lits, otvetstvennykh za obespechenie bezopasnosti dorozhnogo dvizheniya, na uchastkakh DTP: Uchebnoe posobie. M.: Izdatelstvo «Ekzamen», 2003.
15. Tekhnicheskiy reglament Tamozhennogo soyuza «O bezopasnosti kolesnykh transportnykh sredstv» (TR TS 018/2011).

Аварийность на автомобильном транспорте наносит экономике Российской Федерации значительный ущерб, составляющий по экспертным оценкам до 3 % от ежегодного ВВП страны. На ДТП влияет множество факторов – состояние дорог, интенсивность движения, освещенность, техническое состояние автомобилей, психологическое состояние водителя, уровень его профессиональной подготовки и множество других. Среди них одно из важнейших мест занимает состояние дорожного покрытия. По данным ГИБДД РФ около 20 % аварий происходит по причине неблагоприятных дорожных условий и из них более 70 % (15 % от общего числа ДТП) приходятся на заснеженные дорожные покрытия [1, 5, 12], поэтому актуальной является проблема разработки теории оценки влияния того или иного технического решения на безопасность дорожного движения, выработки на основании данной теории перспективных путей повышения безопасности дорожного движения и утверждения предельно допустимых нормативов параметров транспортных средств, движущихся по заснеженным дорогам [4, 7–9].

Анализ дорожно-транспортных происшествий в зимний период [10, 11] позволил сделать вывод о том, что, наряду с увеличением длины тормозного пути, наиболее частой причиной ДТП является потеря управляемости транспортного средства в результате заноса. При рассмотрении поперечной устойчивости автомобиля предполагается, что при заносе обе оси скользят в поперечном направлении одновременно. Такое явление в практике наблюдается редко. Гораздо чаще начинают скользить колеса одной оси – передней или задней, вследствие чего нужно рассматривать устойчивость не всего автомобиля, а одной из осей.

При торможении автомобиля может возникнуть ряд критических ситуаций, которые представляют особую сложность для реагирования. Это в первую очередь экстренное торможение, а также скачкообразное изменение коэффициента сцепления колеса при торможении. Процесс блокирования колес для таких ситуаций развивается с большой скоростью, поэтому при определении порогов срабатывания проектируемых систем активной безопасности разработчики учитывают в первую очередь динамику изменения угловой скорости колеса.

Критические ситуации при движении автомобиля могут возникать под влиянием совершенно различных факторов, как, например, из-за внезапно появившихся препятствий и резкой смены дорожно-эксплуатационных условий. Как правило, они характеризуются высоким темпом изменения динамики процессов. При этом транспортное средство попадает в граничную область по устойчивости и управляемости и одновременно резко возрастает нагрузка на водителя. Это означает, что для вывода автомобиля из критической ситуации от водителя требуется осуществление сложных и точных управляющих маневров: резких поворотов рулевого колеса, изменения направления движения с одновременным экстренным торможением, сохранения направления в случае движения на повороте при смене дорожных условий и др.

В настоящее время автомобили конструируются на заводах с учётом, что на передних и задних осях установлены одинаковые шины, которые имеют примерно одинаковый коэффициент сцепления колеса с дорогой. Однако в период эксплуатации действующими нормативными документами допускается устанавливать на разные оси автомобили различные шины, коэффициент сцепления с дорогой которых может быть различным [15, 2].

Величина сцепного веса для разных типов автомобиля, условий загрузки различна. Так, для нерегулируемой тормозной системы его значение может быть найдено из условия [3]:

erasov01.wmf (1)

где h – высота расположения центра масс автомобиля; b – расстояние от центра масс автомобиля до задней оси; φ0 – коэффициент сцепления, при котором происходит одновременная блокировка колёс передней и задней оси, определяемый из уравнения

erasov02.wmf (2)

где k – соотношение тормозных сил по осям автомобиля; a – расстояние от центра масс автомобиля до передней оси, а L – длина колёсной базы автомобиля. Для регулируемой тормозной системы на начальном этапе происходит изменение сцепного веса по зависимости 1, а после срабатывания регулятора – по следующей зависимости:

erasov03.wmf (3)

где φ1 – максимальный расчётный коэффициент сцепления, при котором происходит одновременная блокировка колёс передней и задней оси согласно п. 3.1.2.1 Приложения 10 ГОСТ Р 41.13-99 [3] и п. 3.1 Приложения 5 ГОСТ Р 41.13-99 [3] для любых транспортных средств должно быть не более 0,15. Для автомобилей, оснащённых антиблокировочной тормозной системой m(φ) > 0,75 п. 5.2.1. Приложения 6 ГОСТ Р 41.13-99 [3].

Д.А. Соцковым [13] были получены зависимости по определению времени достижения колёс грани блокирования:

– для нерегулируемой тормозной системы

erasov04.wmf (4)

– для тормозной системы с регулятором тормозных сил

erasov05.wmf (5)

– для автомобилей с АБС

erasov06.wmf (6)

В данных уравнениях под W понимается коэффициент передачи РТС, определяемый из условия

erasov07.wmf (7)

где ξ1 и ξ2 – коэффициенты качества работы АБС соответственно для передней и задней осей автомобиля; В1 и В2 – соответственно коэффициенты преобразования давления в тормозной магистрали в величину развиваемого тормозного усилия; G1 и G2 – вес автомобиля, приходящийся соответственно на переднюю и заднюю оси; Мa – величина разворачивающего момента; K0 – темп нарастания давления в тормозах (принят постоянным).

Определить предельно допустимую разницу в коэффициентах сил сцепления колёс передней и задней осей можно, воспользовавшись уравнениями (5) и (6) (в связи с отсутствием актуальности расчёта параметров нерегулируемой тормозной системы как практически не применяемой в настоящее время), путём приравнивания времени достижения блокировки колёс передней и задней оси для системы с регулятором тормозных сил

erasov08.wmf (8)

и для системы с АБС

erasov09.wmf (9)

Следует отметить, что при работе автомобиля имеет место неравномерный износ дисков и накладок тормозов передних и задних колёс. В общем случае передние тормоза как более нагруженные изнашиваются более интенсивно. В пределе данная величина может быть учтена таким параметром, как разница во времени срабатывания тормозного механизма, обозначенная величиной Dt. Тогда уравнения (8) и (9) примут вид:

erasov10.wmf (10)

и для системы с АБС

erasov11.wmf (11)

Тогда допустимая разница в величинах сцепления колёс передней и задней осей может быть найдена из уравнений (10) и (11) путём математических преобразований. Учитывая, что В1 = W(B1 + B2), а В2 = (1 – W)(B1 + B2) и то, что тормозное усилие на передней оси ограничивается только коэффициентом сцепления колеса с дорогой B1P0 = G1φ, где Р0 – давление в рабочей тормозной системе, получим

erasov13.wmf (12)

erasov14.wmf (13)

При этом собственно влияние разницы зазоров в приводе тормозных механизмов передних и задних колёс может быть получено из уравнений (12) и (13):

erasov15.wmf (14)

или

erasov16.wmf (15)

pic_31.tif

Изменение допустимой разницы коэффициентов сцепления передних и задних колёс от разницы в скорости срабатывания тормозного привода (величины износа тормозных дисков и колодок): 1 – легковые автомобили (нормируемая величина времени срабатывания тормозного привода не более 0,1 с) [14]; 2 – грузовые автомобили с пневмоприводом тормозов (нормируемая величина времени срабатывания тормозного привода не более 0,2 с) [14]

Решение данного уравнения для ряда автомобилей показано на рисунке. Полученные данные свидетельствуют о том, что максимальную опасность представляют торможения на грузовых автомобилях с пневмоприводом тормозов, имеющих допустимое время срабатывания тормозной системы до 0,2 с и значительное расстояние между передней и задней осями. Учёт возможности износа колодок и дисков на легковых автомобилях приводит в самом крайнем случае к изменению величины допустимой разницы коэффициентов сцепления между колёсами передней и задней оси на 2 %.

Полученные данные позволят разработать новые требования к транспортным средствам, находящимся в эксплуатации, и позволят сократить количество дорожно-транспортных происшествий, обусловленных заносом (потерей управляемости транспортных средств при торможении).

Рецензенты:

Вахидов У.Ш., д.т.н., заведующий кафедрой «Строительные и дорожные машины», ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева», г. Нижний Новгород;

Шапкин В.А., д.т.н., профессор кафедры «Строительные и дорожные машины», ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева», г. Нижний Новгород.