Тяговая и тормозная динамичность автомобиля
Тяговая и тормозная динамичности
Тяговая динамичность характеризует способность автомобиля производительно выполнять транспортные функции. Чем динамичнее автомобиль, тем он способен быстрее разгоняться и двигаться с более высокой скоростью в разнообразных условиях движения. Повышение тяговой динамичности возможно за счет увеличения удельной мощности двигателя и улучшения его приемистости, что достигается уменьшением массы автомобиля, улучшением его обтекаемости, совершенствованием конструкции двигателя, трансмиссии и ходовой части. Автомобиль, обладающий относительно более высокой тяговой динамичностью, в реальных дорожных условиях обладает большим запасом мощности, который может расходоваться на преодоление дорожных сопротивлений и на разгон.
Одной из тенденций развития современных автомобилей всех типов является улучшение их тяговой динамичности, однако это сопровождается совершенствованием других качеств конструктивной безопасности (пассивной, послеаварийной и экологической), в том числе управляемости, устойчивости и информативности, но прежде всего тормозной динамичности. Тормозная динамичность оценивает способность автомобиля к экстренной остановке в случае внезапного появления препятствия на пути движения.
Устойчивость и управляемость автомобиля
Нарушение поперечной устойчивости при прямолинейном движении (курсовой устойчивости) проявляется в изменениях направления движения («рыскание» по дороге), что может быть вызвано следующими причинами:
— действием боковых сил (ветра, поперечной составляющей массы и др.);
— моментом, создаваемым различными по величине тяговой или тормозной силами на колесах левого и правого борта;
— буксованием или скольжением колес одного борта;
— резким разгоном, торможением или поворотом управляемых колес;
— неодинаковой регулировкой колесных тормозов;
— неисправностью в рулевом управлении (большой люфт, заклинивание), разрывом шин и др.
Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью занимает полосу, существенно превышающую габаритную ширину. «Рыскание» по дороге требует от водителя постоянных корректирующих действий с целью удержания автомобиля на полосе движения.
Под потерей автомобилем устойчивости подразумевают опрокидывание или скольжение автомобиля. В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость. Более вероятна и опасна потеря поперечной устойчивости, которая происходит под действием центробежной силы, поперечной составляющей силы тяжести автомобиля, силы бокового ветра, а также в результате ударов колес о неровности дороги.
Показателями поперечной устойчивости автомобиля являются максимально возможные скорости движения по окружности и углы поперечного уклона дороги (косогора).
Автомобиль может потерять поперечную устойчивость и во время прямолинейного движения, если водитель очень резко повернет управляемые колеса, хотя бы и на небольшой угол. Возникающая при этом центробежная сила может весьма быстро достигнуть значения силы сцепления шин с дорогой и вызвать занос.
Если скорость автомобиля велика, а коэффициент сцепления мал, то резкий поворот управляемых колес вызовет занос автомобиля в течение весьма короткого промежутка времени. В особенно неблагоприятных условиях это время может оказаться меньше времени реакции водителя и он не успеет принять мер для ликвидации начавшегося заноса. Чтобы избежать потери автомобилем устойчивости, необходимо плавно уменьшать скорость до начала поворота, в особенности на влажной и скользкой дороге.
Силы действующие на автомобиль
Топливной экономичностью
Топливной экономичностью называют совокупность свойств определяющие расход топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в различных условиях эксплуатации.
Эксплуатационный расход топлива характеризует топливо использование автомобилями в реальных условиях эксплуатации, т.е. потребление топлива автомобилями при их конкретном техническом состоянии и при конкретных условиях эксплуатации.
На эксплуатационный расход топлива помимо топливной экономичности существенное влияние оказывают техническое состояние узлов и агрегатов АТС, тип и состояние дорожного покрытия, атмосферные условия, квалификация водителя и его стиль вождения, тип и сложность маршрута, интенсивность движения, скоростные и нагрузочные режимы и т.п.
Основными оценочными показателями топливно-экономических свойств являются контрольный расход топлива, топливная характеристика установившегося движения Qn=f(Va) на дорогах с различным состоянием покрытия, зависимость удельного эффективного расхода топлива от степени использования мощности ge=f(Va) и зависимость удельной производительности автомобиля от скорости движения Wy=f(Va) на дорогах с различным состоянием покрытия.
Контрольный расход топлива это расход топлива в л/100 км при движении автомобиля полной массы с установившейся скоростью по ровной горизонтальной дороге с усовершенствованным покрытием. Скорость движения указывается в технической характеристике автомобиля.
Топливная характеристика установившегося движения – это зависимость путевого расхода топлива от скорости установившегося движения в заданных дорожных условиях. Для определения расхода топлива при установившемся движении можно воспользоваться уравнением расхода топлива.
Тяговая динамичность
Тяговая динамичность характеризует способность автомобиля производительно выполнять транспортные функции. Чем динамичнее автомобиль, тем он способен быстрее разгоняться и двигаться с более высокой скоростью в разнообразных условиях движения. Повышение тяговой динамичности возможно за счет увеличения удельной мощности двигателя и улучшения его приемистости, что достигается уменьшением массы автомобиля, улучшением его обтекаемости, совершенствованием конструкции двигателя, трансмиссии и ходовой части. Автомобиль, обладающий относительно более высокой тяговой динамичностью, в реальных дорожных условиях обладает большим запасом мощности, который может расходоваться на преодоление дорожных сопротивлений и на разгон.
Тяговые свойства (тяговая динамика) автомобиля определяют его способность интенсивно увеличивать скорость движения. От этих свойств во многом зависит уверенность водителя при обгоне, проезде перекрестков. Особенно важное значение тяговая динамика имеет для выхода из аварийных ситуаций, когда тормозить уже поздно, маневрировать не позволяют сложные условия, а избежать ДТП можно, только опередив события.
Так же как и в случае с тормозными силами, сила тяги на колесе не должна быть больше сцепления с дорогой, в противном случае оно начнет пробуксовывать. Предотвращает это противопробуксовочная система (ПБС). При разгоне автомобиля она подтормаживает колесо, скорость вращения которого больше, чем у остальных, а при необходимости уменьшает мощность, развиваемую двигателем.
Следует отметить, что тяговая динамичность автомобиля зависит от его конструктивных параметров и качества дороги.
Из конструктивных факторов наибольшее значение имеют:
o форма скоростной характеристики двигателя,
o передаточные числа трансмиссии,
o масса автомобиля,
o обтекаемость автомобиля.
Форма скоростной характеристики. Карбюраторный двигатель имеет более выпуклую характеристику, чем дизель, что обеспечивает ему больший запас мощности при той же скорости. Следовательно, будет больше преодолеваемое сопротивление или развиваемое ускорение.
КПД трансмиссии. КПД трансмиссии оценивает величину непроизводительных потерь энергии. Уменьшение КПД, вызванное ростом потерь энергии на трение, приводит к уменьшению силы тяги на ведущих колесах. В результате снижается максимальная скорость автомобиля и максимальный коэффициент сопротивления дороги.
Применение в холодное время года летних трансмиссионных масел, имеющих большую вязкость, приводит к увеличению крутящегося момента, особенно заметному во время трогания автомобиля с места.
Передаточные числа трансмиссии. От передаточного числа главной передачи в большой степени зависит максимальная скорость автомобиля. От передаточного числа первой передачи зависит величина максимального сопротивления дороги, преодолеваемого при равномерном движении. Передаточные числа промежуточных ступеней подбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную интенсивность разгона.
Увеличение числа передач в коробке улучшает тяговую динамичность автомобиля. Хотя динамические факторы на первой и последних передачах в обоих случаях одинаковы, однако, сравнивая максимальные скорости на различных дорогах, видим преимущества четырехступенчатой коробки. Так, на дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления максимальная скорость автомобиля характеризуемых штриховой кривой, что вызывает ухудшение динамичности и топливной экономичности автомобиля.
Масса автомобиля. Повышение массы автомобиля приводит к увеличению силы инерции и сил сопротивления качению и подъему и, как следствие, к ухудшению динамичности автомобиля.
Обтекаемость автомобиля. Для современных легковых автомобилей характерны строгие прямолинейные очертания с плавными переходами, однако нередко зарубежные фирмы в рекламных целях выпускают автомобили с кузовами вычурной формы, имеющими необычный внешний вид и создающими повышенное сопротивление воздуха.
Для уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а выступающие детали устанавливают так, чтобы они не выходили за внешние очертания кузова. У гоночных автомобилей число выступающих частей уменьшают до минимума, а заднюю часть кузова делают вытянутой, добиваясь плавного обтекания ее воздухом.
Силу сопротивления воздуха у грузовых автомобилей можно уменьшить, закрыв грузовую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом, или используя специальные щитки (обтекатели), уменьшающие завихрения воздуха.
Устройство автомобилей
Тормозная динамичность автомобиля
Автомобиль является наиболее опасным сухопутным транспортным средством, поскольку имея приличную массу, современные автомобили могут развивать огромную скорость, т. е. обладают внушительной кинетической энергией, способной нанести значительные разрушения и повреждения окружающим объектам и человеку. При этом автомобиль удерживается на дороге только за счет трения колес о ее поверхность.
Единственный способ справиться в критической ситуации с огромной энергией автомобиля – это своевременно снизить его скорость, т. е. притормозить.
Торможение – одна из основных фаз движения любых транспортных средств, которые неоднократно повторяются в процессе работы и практически всегда завершают этот процесс.
Торможение может быть рабочее, стояночное, аварийное, а также служебное и экстренное. Экстренное и служебное торможения отличаются друг от друга интенсивностью, т. е. величиной замедления автомобиля.
Экстренные торможения выполняются с максимальной интенсивностью и составляют 5…10 % от общего числа торможений во время движения автомобиля.
Служебные торможения применяют для остановки автомобиля в заранее намеченном месте и для плавного уменьшения его скорости, т. е. такой вид торможений является штатным. Замедление автомобиля при служебном торможении в 2…3 раза меньше, чем при экстренном.
Для обеспечения возможности торможения автомобиля в различных ситуациях, включая штатные и критические, все автомобили в соответствии с требованиями современных стандартов безопасности движения должны оборудоваться несколькими тормозными системами, которые должны обеспечивать:
Способы торможения автомобиля
Правильное использование различных способов служебного торможения в значительной степени определяют безопасность движения, долговечность и надежность тормозной системы автомобиля. Автомобиль можно затормозить различными способами:
Каждый из этих способов заключается в создании сил, препятствующих вращению колес автомобиля. Эти силы могут создаваться непосредственно в колесных тормозных механизмах, либо удержанием какого-либо элемента трансмиссии, жестко передающего крутящий момент от двигателя к колесам, либо за счет противодействия вращению коленчатого вала в самом двигателе при его жесткой связи посредством трансмиссии с колесами.
Два последних метода затормаживания позволяют создавать тормозные силы, действующие только на ведущие колеса автомобиля.
При торможении двигателем без использования тормозных механизмов водитель уменьшает или полностью прекращает подачу топлива (горючей смеси) в цилиндры двигателя. В результате двигатель начинает работать в режиме тормоза за счет трения между деталями кривошипно-шатунного и газораспределительного механизма (если двигатель работает с минимальной мощностью, недостаточной для преодоления этих сил), а также компрессионных явлений в цилиндрах (если двигатель полностью заглушен). Данный способ торможения применяется, когда требуется небольшое замедление.
Торможение с отсоединенным двигателем применяют при отключенном сцеплении или включенной нейтральной передаче плавным нажатием на тормозную педаль.
Совместное торможение двигателем и тормозными механизмами повышает эффективность торможения, увеличивая долговечность тормозных механизмов за счет уменьшения поглощения энергии на трение в них. При этом для служебного торможения может использоваться любая из тормозных систем – рабочая, вспомогательная, стояночная или даже запасная (в случае отказа рабочей тормозной системы).
Торможение с использованием вспомогательной тормозной системы применяют для поддержания желательной скорости движения на спусках. Этот способ иногда применяют в сочетании с работой тормозных механизмов рабочей тормозной системы.
Ступенчатый способ торможения заключается в чередовании увеличения усилия на тормозную педаль с уменьшением (частичное отпускание педали). Уменьшение усилия производится без потери контакта ноги водителя с тормозной педалью при выбранном свободном ходе. Время нахождения педали в нажатом состоянии увеличивается по мере уменьшения скорости автомобиля. Колеса автомобиля, благодаря такому нагружению тормозными моментами, катятся с частичным проскальзыванием почти на грани блокировки колес.
Такой способ торможения можно рекомендовать только водителям высокой квалификации, поскольку для удержания колеса на грани юза требуется опыт и внимание.
Однако при ступенчатом торможении полностью использовать сцепление колес с дорогой не удается. Этого можно избежать только путем регулирования тормозных сил. Регулирование тормозных сил может быть статическим и динамическим.
Кроме описанных выше способов торможения автомобиля изредка используются нетрадиционные методы затормаживания, например – аэродинамическое торможение парашютом. Такие способы торможения могут применяться, например, на спортивных или гоночных автомобилях при установлении рекордов скорости и т. п.
Рациональное управление автомобилем предполагает комплексное использование всех приемов торможения.
Сравнение эффективности различных приемов торможения на дороге с высоким коэффициентом сцепления можно представить на основании следующих данных. При начальной скорости автомобиля 36 км/ч (10 м/с) на асфальтовом шоссе с коэффициентом сопротивления ψ = 0,02 длина тормозного пути составляет:
Дополнительную информацию о торможении и тормозных системах можно получить здесь.
Особенности торможения автопоезда
При проектировании тормозной системы автопоезда учитывается три возможных варианта взаимодействия тягача с прицепом:
Первый вариант является идеальным, но одновременное торможение прицепа и тягача, особенно при использовании пневматического привода тормозов, достичь на практике очень сложно.
Второй вариант обеспечивает натяжение автопоезда при торможении, что исключает его складывание и, следовательно, способствует повышению устойчивости автопоезда. Реально выполнить эту задачу вполне возможно, но такая схема торможения заметно снижает эффективность торможения автопоезда в целом. Кроме того увеличивается вероятность блокировки колес прицепа, в результате чего он может потерять устойчивость и сползти в сторону, потянув за собой весь автопоезд.
По этим причинам тормозные системы современных автопоездов с пневматическим приводом рассчитаны в основном для третьего варианта торможения, т. е. обычно при торможении прицеп несколько накатывается на тягач, что может привести, а иногда и приводит к потере устойчивости в виде так называемого складывания автопоезда. Тем не менее, такой вариант торможения автопоезда с пневматическим приводом тормозных механизмов считается наиболее оптимальным.
К водителям автопоездов предъявляются повышенные квалификационные требования, предусматривающие дополнительное обучение управлению автопоездом, в том числе – торможением.
Устройство автомобилей
Основные термины и определения эксплуатационных свойств автомобилей
В зависимости от качественных характеристик и возможностей, придаваемых автомобилю, эксплуатационные свойства подразделяют на тяговые, динамические, технологические, экономические, а также обеспечивающих надежное, безопасное и комфортное движение автомобиля в различных условиях эксплуатации.
Тяговые свойства автомобиля
Тяговыми называют совокупность свойств автомобиля, определяющих возможные характеристики двигателя или сцепления ведущих колес с дорогой, диапазоны изменения скоростей движения и определенные интенсивности разгона на тяговом режиме в различных дорожных условиях.
Тяговым режимом считается режим работы двигателя, при котором от двигателя к ведущим колесам подводится мощность, достаточная для преодоления сопротивления движению со стороны внешних факторов (качества дорожного покрытия, рельефа местности, встречного ветра и т. п.).
Чем тяжелее дорожные условия, тем меньше диапазон возможных скоростей и меньше возможность ускорения. В некоторых условиях, называемых предельными, диапазон скоростей снижается до одного значения, а ускорение становится невозможным. Если условия тяжелее предельных, автомобиль теряет возможность двигаться.
Динамичность автомобиля
Под динамичностью понимают свойство автомобиля перевозить грузы и пассажиров с максимально возможной средней скоростью. Чем выше динамичность автомобиля, тем больше его производительность, т. е. способность выполнять бȯльшую транспортную работу в единицу времени.
Динамичность автомобиля во многом зависит от его тяговых и тормозных свойств.
Топливная экономичность автомобиля
Топливной экономичностью называют свойство автомобиля рационально использовать энергию сжигаемого топлива при выполнении единицы транспортной работы. Снижение расходов топлива транспортными средствами является важнейшей задачей конструкторов на современном этапе развития автомобилестроения, поскольку это свойство неразрывно связано с экономичностью и экологической безопасностью эксплуатации автотранспортных средств.
Подробнее о топливной экономичности автомобиля здесь.
Управляемость автомобиля
Управляемость – способность автомобиля сохранять заданное направление движения или изменять его при воздействии водителя на рулевое управление. Управляемость зависит от конструкции автомобиля, технического состояния рулевого управления, подвески, шин, а также от условий окружающей среды.
Подробнее об управляемости автомобиля здесь.
Устойчивость автомобиля
Под устойчивостью понимают свойство автомобиля сохранять направление движения и противодействовать силам, стремящимся увести автомобиль в сторону или опрокинуть его. Управляемость и устойчивость тесно связаны между собой. Управляемость, устойчивость и тормозная динамичность автомобиля определяют безопасность его движения.
Подробнее об устойчивости автомобиля здесь.
Проходимость автомобиля
Проходимость – свойство автомобиля свободно передвигаться по плохим (разбитым, размокшим) дорогам и пересеченной местности, преодолевая естественные и искусственные препятствия (канавы, рвы, пороги и т. п.) без вспомогательных устройств и посторонней помощи.
Проходимость является одним из основных эксплуатационных свойств, определяющих эффективность использования данного транспортного средства. Этим качеством должны обладать автомобили всех типов, но в зависимости от их назначения – в различной степени.
Автомобили обычной проходимости предназначены для движения по шоссейным и грунтовым дорогам. К ним относятся автомобили общетранспортного назначения с колесной формулой 4×2 или 6×4 с обычными тороидными или низкопрофильными шинами и не блокируемыми дифференциалами.
К автомобилям повышенной проходимости относятся автомобили с колесной формулой 4×4, 6×4 и 6×6 и т. д. с широкопрофильными шинами, шинами регулируемого давления воздуха, с частично или полностью блокируемыми дифференциалами.
К автомобилям высокой проходимости относятся полноприводные автомобили с шинами сверхнизкого давления, арочными шинами или пневмокатками. Такие автомобили могут быть плавающими (амфибии) и работать в особо тяжелых климатических условиях, например, на севере.
Плавность хода автомобиля
Плавностью хода называют свойство автомобиля двигаться по дорогам и местности с заданными скоростями без толчков и колебаний кузова, которые могут нарушить нормальную работу механизмов автомобиля, оказывать вредное влияние на водителя и пассажиров, снижая комфорт поездки.
Выступы и впадины от 100 м до 10 см называют микропрофилем дороги, который является основной причиной колебаний кузова на подвеске.
Мелкие неровности дорожной поверхности менее 10 см называют шероховатостью. Шероховатость может создавать высокочастотные вибрации отдельных элементов шасси и кузова автомобилей и высокий уровень шума как внутри кузова, так и вокруг автомобиля.
О плавности хода автомобиля подробнее здесь.
Надежность автомобиля
Надежностью называют свойство автомобиля безотказно перевозить грузы и пассажиров в течение определенного срока и без ухудшения основных эксплуатационных показателей.
Надежность – это совокупность свойств, которая может включать в себя безотказность, долговечность и ремонтопригодность автомобиля.
Безотказность – свойство автомобиля (двигателя или другого механизма) сохранять работоспособность в течение определенного интервала времени или наработки до определенной величины. Для автомобилей наработка чаще всего определяется пробегом.
Долговечность – свойство автомобиля сохранять работоспособность до определенного времени, когда установлено проведение технического обслуживания или ремонта автотранспортного средства.
Ремонтопригодность – приспособленность автомобиля к предупреждению, обнаружению и устранению неисправностей и отказов в процессе эксплуатации.
Эксплуатационные свойства автомобиля
Конструктивная безопасность автотранспорта — это комплексное эксплуатационное свойство, которое обычно измеряет реальную возможность автомобиля благополучно избежать ДТП либо существенно снизить возможные последствия аварии. Автотранспорт обязан соответствовать основным требованиям безопасности во время использования, и задача любого автолюбителя — беспристрастно оценивать и сохранять это качество в течение всего срока пользования.
При умелом использовании конструктивной безопасности автомашины существенно уменьшается риск ДТП. Непредвзятая оценка реальных возможностей автотранспорта поможет внести изменения в курс автомобиля заблаговременно, до возможного возникновения аварийной ситуации.
Основные компоновочные характеристики автотранспорта (габаритные, весовые), стабильность, маневренность, информативность, тормозная и тяговая динамичность — все это неотъемлемые составляющие активной безопасности автомашины.
Тормозная и тяговая динамичность
Тормозная динамичность выявляет способность автотранспорта остановиться в минимальное время при неожиданном появлении препятствий на пути. В основном автомашины имеют четыре рабочие тормозные системы: запасную, дополнительную, стояночную и рабочую. Более необходимой является последняя из них.
Тяговая динамичность непосредственно характеризует ведущую функцию легкового автотранспорта – осуществлять передвижение. От тяговой динамичности существенно зависит скорость разгона и скорость хода при всевозможных обстоятельствах.
Тяговая динамичность возрастает с помощью усиления мощности мотора и его приёмистости за счет сокращения массы, увеличения обтекаемости корпуса и значительного улучшения конструкции двигателя, трансмиссии и ходовой части. Значительная тяговая динамичность автотранспорта нередко дает преимущество во время вождения непосредственно на дороге, хранит запас мощности, именно то, что может помочь при дорожных помехах.
Изготовители передовых автомашин желают сделать лучше тяговую динамичность, что невозможно без улучшения иных сторон конструктивной безопасности.
Компоновочные характеристики
Размеры автомобиля воздействуют на величину и форму транспортного потока. Основные компоновочные характеристики воздействуют на динамику и тормоза автотранспорта, также они нередко оказывают достаточно большое влияние на стабильность и маневренность автомобиля. На динамику и тормоза, стабильность и маневренность автомобиля влияет масса автотранспорта, пассажиры и груз, а еще их месторасположение в салоне.
Устойчивость и маневренность автотранспорта
«Петляние» по проезжей части или резкая перемена направления движения, как правило, вызвана техническим сбоем поперечной устойчивости при движении по прямой. Это может являться следствием:
Из-за нарушения устойчивости автотранспорт неоднократно выезжает на чужую полосу. Большие старания потребуется приложить водителю, чтобы удержать автомашину в своей полосе при «петлянии» по проезжей части.
Переворачивание или скольжение автотранспорта именуется утратой устойчивости автотранспорта. Есть продольная и поперечная устойчивость, в зависимости от направленности скольжения или переворачивания. Потеря второй происходит чаще всего. Это явление считается более опасным.
Поперечная устойчивость нередко нарушается по причине влияния центробежной силы и силы тяжести легкового автотранспорта, существенного влияния бокового ветра, а также по причине внезапных ударов колес о неровное дорожное покрытие. Предельная скорость хода по окружности и угол поперечного уклона дорожного покрытия являют собой показатели поперечной устойчивости автомашины.
При достаточно резком и крутом повороте автотранспорт рискует лишиться поперечной устойчивости, хоть и на маленький угол. Также легко может произойти занос по причине действия центробежных сил, каковые в короткий срок становятся эквивалентными силе сцепления шин. А в случае если автотранспорт движется с большой скоростью, и коэффициент сцепления небольшой, то случится неуправляемый занос в крайне быстрое время.
Этот период рискует стать еще короче, если водитель промедлит и не сможет своевременно предупредить занос. Особую угрозу представляет мокрая или скользкая поверхность. Во избежание потери управления необходимо заблаговременно, до поворота сбавлять скорость.