ГАЛЬМУВАННЯ АВТОМОБІЛЯ

Надійні й ефективні гальма дозволяють водієві впевнено вести автомобіль із великою швидкістю і разом з тим забезпечують необхідну безпеку руху.

У процесі гальмування кінетична енергія автомобіля переходить у роботу тертя між фрикційними накладками колодок і гальмових барабанів, а також між шинами й дорогою (мал. 2).

Величина гальмового моменту, що розвивається гальмовим механізмом, залежить від його конструкції і тиску в приводі. Для найпоширеніших типів гальмових приводів, гідравлічного і пневматичного, сила натискання на колодку прямо пропорційна тиску, що розвивається в приводі при гальмуванні.

Гальма сучасних автомобілів можуть розвивати момент, що значно перевищує момент сили зчеплення шини з дорогою. Тому досить часто в

практиці спостерігається юз, коли при інтенсивному гальмуванні колеса автомобіля блокуються і ковзають по дорозі, не обертаючись. До блокування колеса між гальмовими накладками і барабанами діє сила тертя ковзання, а в зоні контакту шини з дорогою — сила тертя спокою. Після блокування, навпаки, між тертьовими поверхнями гальма діє сила тертя спокою, а в зоні контакту шини з дорогою - сила тертя ковзання. При блокуванні колеса витрати енергії на тертя в гальмі і на кочення припиняються і майже все тепло, еквівалентне кінетичній енергії, що поглинається, виділяється в місці контакту шини з дорогою. Підвищення температури шини приводить до розм'якшення гуми і зменшенню коефіцієнта зчеплення. Тому найбільша ефективність гальмування досягається у випадку кочення колеса на межі блокування.

При одночасному гальмуванні двигуном і гальмами досягнення величини сили зчеплення на ведучих колесах відбувається при меншій силі натискання на педаль, чим при гальмуванні тільки гальмами. Тривале гальмування (наприклад, під час руху на затяжних спусках) у результаті нагрівання гальмових барабанів різко зменшує коефіцієнт тертя фрикційних накладок, а отже, і гальмовий момент. Таким чином, гальмування з невідокремленим двигуном, застосовуване як додатковий спосіб зменшення швидкості, дозволяє збільшити термін служби гальм. Крім того, при гальмуванні з невідокремленим двигуном збільшується поперечна стійкість автомобіля.

Рис. 2. Сили, що діють на колесо автомобіля при гальмуванні

Розрізняють екстрене і робоче гальмування.

Робочимназивається гальмування для зупинки автомобіля або зниженняшвидкості руху в заздалегідь призначеному водієм місці. Зниження швидкості в цьому випадку здійснюється плавно, частіше комбінованим гальмуванням.

Екстренимназивається гальмування,що відбувається з метою запобіганнянаїзду на замічену перешкоду (предмет, автомобіль, пішохід та ін.). Це гальмування може бути охарактеризовано зупинковим шляхом і гальмовим шляхом автомобіля.

Під зупинковим шляхом розуміють відстань, що пройде автомобіль від моменту виявлення водієм небезпеки до моменту зупинки автомобіля.

Гальмовим шляхомназивають частину зупинкового шляху,що пройдеавтомобіль із моменту початку гальмування коліс до повної зупинки автомобіля.

Загальний час t₀, необхідний для зупинки автомобіля з моменту виникнення перешкоди («зупинковий час»), можна представити у вигляді суми декількох складових:

t₀ ⁼ t_р + t_ПР + t_у + t,

де t_р — час реакції водія,

t_пр — час між початком натискання на гальмову педаль і початком дії гальм,

t_у — час збільшення

t —час повного гальмування,с.

Суму t_np+t_y часто називають часом спрацьовування гальмового привода. Автомобіль протягом кожного зі складових інтервалів часу проходить

певний шлях, і їхня сума є зупинковим шляхом (мал. 3):

S₀ = S₁ + S₂ + S₃, м,

де S₁, S₂, S₃ — відповідно шляху, пройдені автомобілем за час t_р, t_Пр+tу, tт. За час t_р водій усвідомлює необхідність гальмування і переносить ногу з

педалі подачі палива на педаль гальма. Час t_р залежить від кваліфікації водія, його віку, стомлюваності й інших суб'єктивних факторів. Він коливається від 0,2 до 1,5 с і більше. При розрахунках звичайно приймають t_р = 0,8 с.

Час t_np необхідний для вибирання зазорів і переміщення всіх деталей привода (педалі, поршнів гальмових циліндрів або діафрагми гальмових камер, гальмових колодок). Цей час залежить від конструкції гальмового привода і його технічного стану.

Рис. 3. Шлях гальмування і дистанція безпеки автомобіля

У середньому для справного гідравлічного приводу можна прийняти t_пp = 0,2 с, а для пневматичного — 0,6 с, В автопоїздів із пневматичним приводом гальм час t_пр може досягати 2 с. Відрізок t_у характеризує час поступового збільшення від нуля (початок дії гальм) до максимального значення. Цей час становить у середньому 0,5 с.

Протягом часу t_p+t_пp автомобіль рухається рівномірно з початковою швидкістю V_а. За час t_у швидкість трохи зменшується. Протягом часу t_т зберігається приблизно постійним.

Зупинковий шлях автомобіля без обліку сили опору дороги можна визначити за формулою

S = (t*V_0/3.6) + kэ(Va²/254Фх)

де S₀ — зупинковий шлях, м;

V_A —швидкість руху автомобіля в початковий момент гальмування,км/год;

k_э — коефіцієнт ефективності гальмування, що показує, у скільки разів дійсна швидкість автомобіля менше теоретичної, максимально можливої на даній дорозі. Для легкових автомобілів k_э~1,2, для вантажних автомобілів і автобусів k_э~1,3 — 1,4;

Фх - коефіцієнт зчеплення шин з дорогою,

t=t_р + t_пр + 0,5t_у.

Вираз k_э= V² /(254 у_х) — представляє гальмовий шлях, величина якого, як це видно з формули, пропорційна квадрату швидкості, з якою рухався автомобіль перед початком гальмування. Тому при збільшенні швидкості руху вдвічі, наприклад, з 20 до 40 км/год, гальмовий шлях збільшиться в 4 рази.

Нормативи ефективності дії ножного гальма автомобілів в умовах експлуатації наведені в табл. 1 (початкова швидкість гальмування 30 км/ч).

При гальмуванні на сніжних і слизьких дорогах гальмові сили всіх коліс автомобіля досягають значення сили зчеплення практично одночасно. Тому при Фх<0,4 варто приймати к_э= 1 для всіх автомобілів.

Таблиця 1

З величини зміни (зменшення) швидкості руху автомобіля протягом однієї секунди є важливим оціночним показником ефективності дії гальм. Величина сповільнення при гальмуванні пропорційна гальмовій силі, що діє на автомобіль, залежить вона також і від величини коефіцієнта зчеплення:

j_з= (Ф_хg)/k_э, м/с².

Норми ефективності гальмування, які передбачені правилами руху, розраховані на дороги з асфальто- або цементобетонним покриттям з коефіцієнтом зчеплення не нижче 0,6. При гальмуванні автомобіля під дією сили інерції створюється момент, що збільшує навантаження на передні колеса і зменшуючий навантаження на задні, тобто відбувається так званий перерозподіл динамічної ваги між осями. У цьому випадку передня частина автомобіля навантажується і притискається до дороги, а задня, навпаки, розвантажується і піднімається. Це явище проявляється тим помітніше, чим інтенсивніше гальмування. У результаті розвантаження, що відбувається, задні колеса більше схильні до загальмовування «на юз», особливо в автомобілів, що мають у статичному стані приблизно рівне навантаження на осі. Під час гальмування автомобіля величини гальмових сил на колесах правої й лівої сторони можуть бути неоднакові. У результаті цього утвориться момент, що

повертає автомобіль навколо вертикальної осі, що може викликати занос автомобіля. Причинами подібного явища можуть бути різний стан накладок і барабанів, розрегулювання і збільшення зазору між накладками і барабаном, різний стан шин і т.д.

Погіршення гальмової динамічності може також наступити внаслідок проникнення в гальма масла, води або бруду, що зменшують гальмовий момент.

Значний вплив на величину гальмового шляху робить стан покриття. Нове покриття має шорсткувату поверхню, мікроскопічні виступи якої, вдавлюючись у гуму покришки, збільшують її зчеплення з дорогою. У міру зношування покриття мікронерівності зменшуються, поверхня стає гладкою і коефіцієнт зчеплення зменшується.

На зимових засніжених і зледенілих дорогах в умовах дощу, зчеплення різко погіршуються, і зникає різниця в гальмовій динамічності автомобілів всіх типів, характерна при гальмуванні на сухих покриттях.