Тормозной путь автомобиля

Тормозной путь автомобиля это длина пути, на котором водитель может остановить автомобиль движущийся с расчетной скоростью и является важной характеристикой безопасности движения.

Для экстренной остановки автомобиля или снижения его скорости применяется торможение. В процессе торможения водитель, нажимая на педаль тормоза, создает тормозным приводом усилие трения между тормозными колодками и барабаном ( смотри рисунок-1). Тормоза современных автомобилей могут развивать усилие больше, чем возможное сцепление сцепление шины с покрытием.

Рисунок-1. Схема устройства тормозов автомобиля

 

 

 

 

 

 

 

 

1 – тормозные цилиндры, прижимающие тормозные колодки к барабану;

2 – тормозная колодка; 3 – тормозной барабан; Мвр – крутящий момент; Рт – тормозная сила; Мт – тормозной момент; Gк – вес автомобиля, приходящийся на колесо
Нормальный эксплуатационный режим торможения соотвествует неполной блокировке колес, при которой колесо катится по покрытию с небольшим пробуксованием. Такой режим торможения наиболее эффективен. Однако при аварийной ситуации и срочном торможении водитель не имеет возможности регулировать интенсивность нажатия тормозной педали и выжимает ее полностью. Торможение проходит при пониженных коэффициентах сцепления, которые и определяют при экспериментах.

Читай также торможение двигателем

При интенсивном торможении происходит блокировка колес, в результате которой колесо, перестав вращаться, скользит по поверхности покрытия юзом. При этом шина в зоне контакта нагревается и начинает плавиться. Сцепление при этом понижается, а шина усиленно изнашивается. На покрытии на участках торможения остаются черные полосы следов шин.

Для характеристики интенсивности замедления автомобиля при торможении  с выключенным сцеплением, когда силой, движущей автомобиль, является его инерция, может быть использовано уравнение движения автомобиля в следующем виде:

δврGj=Pt+Pw± Pi+Pf, где Pw, Pi,Pf-силы сопротивления движению; Pt=ϒtG-тормозная сила; G-вес автомобиля; ϒt-коэффициент тормозной силы ( интенсивности торможения), равной отношению суммы тормозных сил, возникающих на всех тормозных колесах, к весу автомобиля. Параметр ϒt зависит от конструктивных особенностей тормозной системы автомобиля и ее состояния, а также от интенсивности торможения водителем.

На значение параметра ϒt оказывает влияние также ровность проезжей части, так как при движении по покрытию, имеющему неровности, возникают колебания автомобиля, при которых в отдельные моменты рессоры разжимаются, уменьшая давление автомобиля на дорогу. Подставляя в уравнение (δврGj=Pt+Pw ± Pi+Pf) значения сопротивлений движению, получаем отрицательное ускорение при торможении, характеризующее интенсивность замедления автомобиля:

δвj=(Pw/G)+ϒt ± i+f;

Поскольку при торможении скорость движения автомобиля быстро снижается, а при скоростях, меньших 30 км/ч, сопротивление воздуха незначительно, его влиянием на процесс торможения обычно пренебрегают, принимая PW/G=0,что вносит в результаты расчета ошибку, не превышающую 5%. Длина пути, на котором водитель может остановить автомобиль, движущийся с расчетной скоростью-тормозной путь -важная характеристика безопасности движения.

Она имеет большое значение для обоснования ряда норм на элементы плана и профиля автомобильных дорог. Между моментом, когда водитель замечает перед собой препятствие и моментом, когда начинается полное торможение автомобиля , проходит некоторый промежуток времени. Подробное иследование длины тормозного пути приводит к необходимости учитывать продолжительность периода реакции водителя( t1), во время, которого он осознает необходимость торможения и переносит ногу с педали подачи топлива на педаль тормоза, затраты времени( t2 ) на холостой ход тормозной педали и период ( t3), в течение которого тормозное усилие в тормозных приводах, постепенно возрастая, достигает своего полного значения.

Продолжительность запаздывания действия тормозных устройствсоставляет примерно 0,1 с для гидравлического привода  и 0,2-0,4 с для пневматического. Период нарастания тормозного усилия равен 0,2 с для гидравлического привода и 0,6-1 с для пневматического. Продолжительность реакции водителей t1, как было установлено при многочисленных специальных исследованиях, непостоянна.

Она зависит от возраста, стажа работы, настроения и усталости водителя, скорости движения, дорожных условий, в которых происходит движение автомобиля. Чем с большей внимательностью едет водитель, тем меньше время его реакции. В городских условиях оно составляет 0,6-0,8 с, при движении  за городом по автомобильной магистрали при отсутствии пешеходов может равняться 1,5-2 с. В среднем принимают 0,8 с как среднее значение, что в принципе не является правильным, так как не соответствует оптимальным условиям работы 50 % водителей.

При расчетах тормозного пути для определения элементов плана и профиля автомобильных дорог принимают суммарное время t 1 + t 2 + t 3 равным 1 с, называя его временем реакции водителя. Как видно из приведенных выше данных, оно соответствует большой сосредоточенности внимания водителя при управлении автомобилем. Путь, проходимый автомобилем за период полного торможения, можно рассчитать по формуле равномерно замедленного движения: v=√2aSt,где v-скорость в начале торможения, м/с; St-тормозной путь ,м; а-абсолютное значение отрицательного ускорения при торможении , м/с², равное (ϒt + f ± i) g. При этом допускают, что сопротивление воздуха отсутствует, и пренебрегают влиянием вращающихся масс автомобиля.

По действующим требованиям к тормозным механизмам автомобилей ( ОСТ 37.001.016-70) абсолютное значение замедления, обеспечиваемое их конструктивными особенностями, должно составлять для грузовых автомобилей и автопоездов 5,5 м/с², для легковых автомобилей -7 м/с².Подставляя значения а в уравнение (v=√2aSt), получаем выражение для тормозного пути:

St=v²/2g(ϒt + f ± i).

При расчетах, связанных с определениями геометрических элементов плана и профиля дорог,  исходят из наиборлее опасного случая -аварийного режима торможения с полной блокировкой колес, принимая  ϒt равным коэффициенту сцепления φпр. Однако в реальных условиях эксплуатации из-за неточной регулировки тормозов, неравномерности распределения усилия между колесами и колебаний автомобиля при движении в процессе торможения не удается реализовать теоретически возможную полную величину тормозной силы. По предложению проф. Д. П. Великанова, это учитывается введением в формулу тормозного пути поправочного коэффициента эффективности торможения Кэ. Поэтому расчетное значение тормозного пути

St=Kэv²/2g(φпр ± i+f).

По данным опытов для легковых автомобилей следует принимать К э = 1,2, а для грузовых автомобилей и автобусов К э = 1,3 ÷ 1,4. При торможении на скользких покрытиях на всех колесах тормозные усилия достигают максимально возможного значения практически мгновенно. Поэтому при коэффициентах сцепления φпр ≤ 0,4 можно считать К э = 1. При расчетах геометрических элементов автомобильных дорог принимают среднее значение К э = 1,2. Уравнение [ St=Kэv²/2g(φпр ± i+f)] 

дает заниженные результаты при расчетах для скоростей движения, превышающих 90-100 км/ч, поскольку оно не учитывает особенностей поведения водителя, тормозящего при высоких скоростях.Из-за опасности заноса торможение ведется вначале при легком нажиме на педаль без полного использования возможности тормозов и лишь со скорости 70 — 80 км/ч начинается интенсивное торможение. Проф. Д. П. Великанов предлагает в этом случае принимать К э = 2,3. На это значение следует ориентироваться при обосновании требований к геометрическим элементам автомобильных магистралей.

Рисунок-2.Схема к определению тормозного пути:

 

 

 

 

Sрасч-расчетный тормозной путь; l1-путь проходимый за время реакции водителя; l2-путь торможения; l3-расстояние безопасности.

При расчетах элементов дорог для обеспечения большей безопасности движения за расчетный тормозной путь принимают путь, проходимый за период реакции водителя, l1, путь проходимый автомобилем за период полного торможения -l2, и зазор безопасности между остановившимся автомобилем и препятствием l3, обычно принимаемый равным длине автомобиля ( смотри рисунок-2).

В этом случае при скорости v(в км/ч) формула для Sрасч( в м) принимает вид:

Sрасч=l1 + l2 + l3=[v/3,6] +[Kэv²/254(φ±i+f)] + l3.