Расчёт замедления автомобиля на разных дорожных покрытиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Саратовский Государственный Технический Университет

имени Гагарина Ю.А

Курсовая работа

На тему «Расчёт замедления автомобиля на разных дорожных покрытиях»

по дисциплине «Экспертный анализ дорожных условий»

Выполнил: студент группы ОБД-42

Автомеханического Факультета

Ползовский Д.В

Проверила: к.т.н., доц

Горшенина Е.Ю

Саратов 2013



Введение

Около 1/3, всех дорожно-транспортных происшествий происходит на мокрых, обледенелых или заснеженных дорогах. Такие дороги имеют ухудшенные условия сцепления. Это значит, что увеличивается вероятность проскальзывания колес по поверхности дороги, а также их увода в сторону. В этих условиях автомобиль часто становится неуправляемым.

Скользкость дороги характеризуется коэффициентом сцепления. Нормальный коэффициент сцепления асфальтобетонных покрытий колеблется в пределах 0,6--0,8. Под воздействием метеорологических условий дорожные покрытия теряют свои качества, коэффициент сцепления снижается до опасных пределов. Минимально допустимым по условиям безопасности движения принят коэффициент сцепления 0,4.

В зависимости от состояния дорожного покрытия остановочный путь может различаться в 3--4 раза. Так, остановочный путь при скорости 60 км/ч на сухом асфальтобетонном покрытии составит около 37 м, на мокром -- 60, на обледенелой дороге --152 м. Более того, даже при сухом асфальтобетонном покрытии в зависимости от степени его износа (отполирован шинами) коэффициент сцепления может различаться в 2 раза и более.

Скорость движения также оказывает влияние на сцепление шин с дорогой, так как при высокой скорости начинают проявляться аэродинамические подъемные силы, которые уменьшают силу прижатия автомобиля к дороге.

Данная проблема очень актуальна, поскольку из-за плохого сцепления шин с дорогой случается большое количество ДТП, в которых страдают люди.



1. Дорожные условия

1.1 Скользкая дорога

Скользкой дорога бывает не только зимой. Такое явление наблюдается, когда на поверхность асфальтобетонного покрытия в жаркие дни выступает вяжущее вещество или в утренние часы осаждается влага из воздуха либо иней в холодную погоду. Когда начинается дождь, на проезжей части образуется смесь из воды, материала износа шин и дорожного покрытия, а также нефтепродуктов. В результате получается отличная смазка. Поэтому при моросящем мелком дожде дорога оказывается более скользкой, чем при сильном ливне.

Скользкой может быть булыжная дорога, особенно в смоченном состоянии, дорога во время листопада или обычная сухая дорога, отполированная тысячами движущихся по ней автомобилей.

Водителю важно научиться определять (чувствовать) такую опасную для езды дорогу и своевременно изменять режим и тактику движения. Анализ ДТП с легковым таксомоторным транспортом, проведенный НИИАТ, выявил, что 49,6% из них произошли на мокрой, грязной или скользкой дороге. Основной ошибкой водителей были не учет скользкости дороги и неправильный выбор скорости.

Ясно, что скользкие участки дороги надо по возможности избегать, стараясь их объехать, либо пользоваться особыми приемами управления автомобилем. Рассмотрим более подробно, какие опасные участки надо стараться избегать.

Избегать нужно участки, имеющие масляные нефтяные пятна. Замасленная или покрытая свежими вяжущими материалами (например, свежий, только что положенный асфальт) дорога очень скользкая. Ищите любую возможность объехать такой участок. В жаркую погоду масляное пятно на дороге хорошо видно, не стоит проезжать по нему.

Так же следует объезжать участки дороги, скрытые под водой. Под водой могут быть разные опасности. К тому же после проезда глубокой лужи могут намокнуть тормозные колодки и отказать тормоза, может заглохнуть двигатель и т. д. Если четко различать колею, проложенную другими транспортными средствами, двигайтесь по ней. В колее сцепление шин с дорогой лучше. На полосах с более интенсивным движением транспорта лед быстрее тает, и поэтому движение по таким полосам безопаснее, чем там, где автомобилей мало, следовательно, ледовая корка на поверхности дороги дольше сохраняется.

Нужно также опасаться участков с не растаявшим льдом, встречающихся в тени деревьев или зданий. Лед на таких закрытых от солнца участках тает медленнее, а ближе к вечеру быстрее замерзает снова, даже если в течение дня чуть оттаял.

Следует снизить скорость при приближении к мостам или путепроводам. Там ледяная корка на дороге появляется раньше, чем повсюду, а исчезает позже. В этих зонах повышенной опасности не следует совершать резких движений рулем, газом, тормозом.

Без особой необходимости не следует совершать обгон. Лучше оставайтесь на своей полосе. Даже простая смена полосы на скользкой дороге грозит неприятностями, а обгон -- тем более. Этот маневр опасный и в хороших дорожных условиях, а при плохом сцеплении становится крайне рискованным.

Так же следует избегать песчаные и снежные заносы, сугробы, грязь или сырые листья. Сырые листья делают поверхность дороги скользкой, как лед. Если вы, скажем, попытаетесь затормозить на дороге, покрытой мокрыми листьями, почти наверняка потеряете контроль над автомобилем.

Если требуется остановка, ищите на дороге место, свободное от перечисленных выше опасностей: льда, снега, листьев, песка. Если таких участков нет, скажем, при движении зимой по загородной дороге, предпочтительнее всего будет остановиться на сухом укатанном снегу. Если там часто останавливались и до вас, снег может быть отполирован до состояния льда. Остерегайтесь этого. И остановка и дальнейшее трогание с этого места будут очень трудными.

Остановка на подъеме может создать затруднения при трогании. Остановитесь лучше до начала подъема или за ним. Когда подъем и спуск затяжной, то быть на спуске, трогаться будет легче. Если движения по скользкой дороге не избежать, то постарайтесь определить степень ее скользкости. Для этого можно использовать несколько способов: визуально, торможением, изменением подачи топлива, выжимом педали акселератора. Человек с нормальным зрением почти всегда увидит скользкую поверхность, но не всегда сможет оценить, насколько она опасна. Если дорога свободна, то можно попробовать оценить скользкость, резко нажав на педаль тормоза. В других условиях следует проверять сцепление колес резким нажатием на педаль управления дросселем. Если ведущие колеса сорвутся в пробуксовку, значит, дорога достаточно скользкая, и при движении по ней надо выполнять следующие рекомендации.

Двигаться на гололеде следует с пониженной скоростью, увеличив запас безопасности со всех сторон автомобиля. Большой запас безопасности необходим в связи с тем, что на такой дороге вам нужно значительно больше места, чтобы успеть остановиться. Ранее говорилось о необходимости соблюдения 2-секундной дистанции по отношению к лидеру, но это относится к нормальным дорожным условиям, сухому покрытию. Скорость должна быть постоянной, переключать нужно педалью очень осторожно, плавно, мягко. Никаких лишних движений. Скорость перед поворотами и перекрестками стоит снижать заблаговременно. Перекрестки, когда дорога скользкая, особенно опасны по двум причинам: существует угроза столкновения с другими транспортными средствами, водители которых, двигаясь по пересекаемому направлению, не рассчитали скорости и не справились с управлением; покрытие вблизи перекрестка может быть особенно скользким из-за постоянного торможения автомобилей.

На подъеме скорость должна быть постоянной. Нужно заблаговременно выбрать соответствующую передачу и скорость, чтобы не менять их на самом подъеме. Расчет должен быть очень точным, чтобы не прибавлять газ во время подъема.

На обледенелых спусках торможение должно производиться двигателем, включив на вершине вторую передачу. Если нажать на тормоз, то из машины получатся санки с бывшей стоимостью несколько тысяч рублей. То же самое может получиться при резком повороте руля: автомобиль как ехал прямо, так и будет ехать. У переднеприводных машин хотя и редко, но бывает, что передние колеса на скользком подъеме начинают буксовать; необходимо взять подъем задним ходом.

На скользком подъеме опасно переключать передачи, это надо сделать перед подъемом. С газом тоже надо аккуратно, иначе начнется буксование и даже сползание назад. Если дорога свободна лучше, аккуратно притормаживая, спуститься назад и попытаться снова взять подъем, учтя ошибки первого раза. В других случаях осторожно сдать назад в сторону обочины, затормозить, подложив упор под любое колесо, и подумать, как жить дальше. Необходимо проложить колею из песка и сухого цемента.

Опасно жать до упора на педаль тормоза: на льду колеса мгновенно блокируются на юз, и... автомобиль успешно скользит по льду на застывших колесах и не слушается руля. Следовательно, тормозить на юз нельзя. Для экстренной остановки на скользкой дороге можно использовать три приема торможения: тормоз с газом, прерывистое и ступенчатое торможение.

Если поздно заметили препятствие, надо тормозить, а под колесами гололед, то надо плавно, но решительно нажать одновременно на тормоз и газ. Тогда подводимый за счет двигателя крутящий момент к колесам будет препятствовать их блокировке и юзу и торможение окажется более эффективным, чем при торможении на юз. Но следует помнить: если двигатель начинает глохнуть, надо ослабить усилие ноги на тормоз.

Или нажмите плавно, но решительно на тормоз. Как только начался юз колес, надо отпустить на мгновение педаль. Затем опять нажать (но слабее) на тормоз и отпустите при блокировке колес. И так до полной остановки, каждый раз ослабляя нажатие. Этим приемом не дадите колесам постоянно скользить, поэтому тормозной путь автомобиля будет короче. При таком способе торможения необходимые действия рулевым колесом нужно производить на этапе «отпустил», когда педаль тормоза не нажата и колеса свободно вращаются. Таким образом, водитель полностью контролирует автомобиль, производит необходимые маневры и осуществляет торможение. Если тормозить резко, с полной блокировкой колес, то сразу же теряете контроль над автомобилем, ведь колеса не вращаются, автомобиль не слушается руля и мчится вперед по инерции, скользя, по скользкой поверхности дороги.

Итак, тормозить стоит, не доводя колеса до полной блокировки, пользуйтесь прерывистым способом торможения и в тот момент, когда вы отпускаете педаль тормоза, осуществляйте необходимые действия рулевым колесом. Запомните: тормоз--руль--тормоз--руль -- эффективное средство остановки на скользкой поверхности в сочетании с одновременным уклонением от опасности в критической ситуации. При этом остановочный путь на скользком покрытии, как вы помните, значительно увеличивается. Поэтому при торможении всегда надо выбирать такой участок дороги, на котором впереди много свободного места.

Для тренированных лучший способ -- ступенчатый. Он отличается от прерывистого лишь тем, что при растормаживании педаль отпускается не полностью, а частично. Нога все время на педали, готова чуть ослабить давление, если возникла блокировка, чтобы затем снова придавить тормоза. Это очень тонкая работа. Но она станет вам доступная после тренировки на безопасных площадках. Итак, сравним тормозные пути на гололеде при различных способах торможения (скорость движения автомобиля 60 км/ч).

На поворотах на автомобиль начинает действовать боковая сила, стремящаяся сдвинуть автомобиль в сторону от поворота. Она тем больше, чем выше скорость и круче поворот. Поэтому перед скользким поворотом надо побольше снизить скорость. Тормозить на повороте опасно.

Если автомобиль заносит, выполняйте следующие правила поведения:

1. Не стоит тормозить. Это не поможет, а лишь усугубит занос. Очень трудно этого не делать: неведомая сила неудержимо тянет ногу к тормозу, однако надо устоять, иначе вы потеряете последний шанс...

2. Не стоит выжимать сцепление. Выжимать сцепление так же бесполезно, как, скажем, нажать при заносе на кнопку прикуривателя.

3. Не стоит бросать педаль газа, Бросить педаль газа -- значит усугубить занос. Но если плавно снизить газ на заднеприводном автомобиле, а на переднеприводном чуть-чуть увеличить, это может уменьшить занос.

4. Нужно повернуть руль в сторону заноса. Задняя часть машины пошла влево, туда же следует и руль, и наоборот. Это нужно довести до автоматизма, выполнять без рывков, но быстро. Руки вращают колесо на боковом секторе.

Следует обратить внимание, что передние колеса всегда смотрят в направлении движения. Лишний поворот руля в панике может не «утихомирить», а «разболтать» еще больше машину. Поэтому руль надо крутить в сторону заноса быстро, но в меру.

Итак, обобщая рекомендации, напоминаем, что любое движение, которое нужно делать на скользкой дороге, должно быть плавным, выверенным, контролируемым, чем на сухой дороге. Не нужно совершать резких поворотов руля, резкого торможения, резкого переключения передач. Плавное, мягкое, размеренное управление автомобилем придаст ему большую устойчивость, снизит вероятность заноса, которая всегда существует на скользком покрытии.

Улучшить свое положение на скользкой дороге можно, повысив сцепление шин с дорогой. Для этого можно использовать специальные шины («снежинки», с шипами или цепи противоскольжения) и дополнительно нагрузить ведущие колеса.

Шины - «снежинки», как ясно из их названия, хороши для езды по рыхлому снегу. Что касается езды по льду или укатанному снегу, они почти ничем не лучше обычных шин. Хороши «снежинки» и при езде по грязи. Следует заметить, что если вы ездите на «снежинках», это вовсе не означает, что вы в полной безопасности. Все правила движения по скользкой дороге вы должны соблюдать: не делать резких движений, думать о скорости. И не только думать, а и не превышать ее разумного предела и т. д. Шины с шипами облегчают трогание с места и остановку на льду или укатанном снегу. Однако им тоже не следует слишком доверять, особенно на поворотах, если они используются только на задних колесах.

Наилучшее сцепление обеспечивают цепи противоскольжения. При наличии цепей остановочный путь автомобиля на льду значительно уменьшается. Однако цепи требуют особой заботы: всегда нужно удостовериться в том, что цепи надеты и подогнаны правильно. Периодически их надо проверять на торможение; при наличии цепей двигаться надо медленно; при движении по дороге безо льда или снега цепи нужно снимать. На сухом покрытии они не только бесполезны, но и вредны могут повредить шины и дорожное покрытие.

Чтобы улучшить тяговые свойства автомобиля на скользкой дороге, можно увеличить нагрузку на ведущие колеса. Делается это так: дополнительный груз, например песок и лопата (которые у вас должны иметься на случай устранения буксования колес), располагается в багажнике над задними колесами (для автомобиля с задними ведущими колесами).

Вообще перегружать автомобиль при езде по скользкой дороге не следует -- это только ухудшит сцепление. Да и первый совет относится не столько к увеличению нагрузки, сколько к правильному расположению груза в автомобиле. Все это действительно очень важно. Важно на любой дороге, а на скользкой в особенности. Особенно опасен незакрепленный груз.

Чего нельзя делать на скользкой дороге:

1. Перегружать автомобиль. Это не будет способствовать лучшему сцеплению шин с дорогой.

2. Снижать давление в шинах с целью улучшения сцепления на скользкой дороге. Некоторые водители думают, что снижение давления якобы способствует улучшению сцепления. Это неверно. У вас просто быстро износятся шины.

3. Шины с шипами, шины - «снежинки», цепи противоскольжения помогают улучшить сцепление, но они не обеспечивают условий движения, равных таким, которые существуют на сухом покрытии.

скорость тормозной скользкий дорога



2. Расчёт замедления автомобиля на разных дорожных покрытиях

2.1 Тормозные свойства

Возможность предотвращения ДТП чаще всего связана с интенсивным торможением, поэтому необходимо, чтобы тормозные свойства автомобиля обеспечивали его эффективное замедление в любых дорожных ситуациях.

Для выполнения этого условия сила, развиваемая тормозным механизмом, не должна превышать силы сцепления с дорогой, зависящей от весовой нагрузки на колесо и состояния дорожного покрытия. Иначе колесо заблокируется (перестанет вращаться) и начнет скользить, что может привести (особенно при блокировке нескольких колес) к заносу автомобиля и значительному увеличению тормозного пути. Чтобы предотвратить блокировку, силы, развиваемые тормозными механизмами, должны быть пропорциональны весовой нагрузке на колесо. Реализуется это с помощью применения на передней оси более эффективных дисковых тормозов, а на задней - барабанных, причем с ограничителем тормозных сил.

На современных автомобилях используется антиблокировочная система тормозов (АБС), корректирующая силу торможения каждого колеса и предотвращающая их скольжение.

Зимой и летом состояние дорожного покрытия разное, поэтому для наилучшей реализации тормозных свойств необходимо применять шины, соответствующие сезону.

Максимальное установившееся замедление наступает при достижении максимально возможной продольной реакции Rx, т.е. при полном использовании сцепных качеств колеса с дорогой. При замедлении, меньшем по значению, чем максимально установившееся, продольная реакция Rx не достигает своего максимального значения, т.е. при торможении не происходит полного использования сцепных качеств колеса и дороги. Это происходит при служебном торможении, когда используется часть сцепных качеств. Иначе говоря, коэффициент сцепления можно рассматривать как переменную величину, меняющуюся от нуля до максимального значения, соответствующего экстремальному торможению. И замедление при торможении также может изменяться от нуля до максимально возможного по условиям сцепления.

Расчёт замедления автомобиля производится по формуле:

(1)

где J - замедление автомобиля, м/с2;

- коэффициент сцепления шин с дорогой;

g - ускорение свободного падения, м/с2;

э - коэффициент эффективности торможения, он учитывает степень использования теоретически возможной эффективности тормозной системы автомобиля, э=1,3

Таблица 1

Коэффициенты сцепления шин с дорогой при разных покрытиях
Покрытие дороги	На сухой дороги	На мокрой дороги
Асфальтобетонное	0,7-0,8	0,3-0,4
Щебеночное (бетон)	0,6-0,7	0,3-0,4
Булыжное	0,5-0,6	0,3-0,35
Грунтовые дороги	0,5-0,6	0,3-0,4
Глина	0,5-0,6	0,2-0,4
Укатанный плотный снег	0,4-0,5	0,3-0,4
Обледенелая дорога	0,3-0,4	0,2-0,4

Из приведенной выше таблицы 1 выбираем коэффициенты сцепления шин с дорогой на обледенелой дороге. Данный коэффициент выбран не случайно, а именно для погоды за окном.

При = 0,4 для обледенелого сухого покрытия:

J = (0,4*9,8)/1,3 = 3,01 м/с2.

При = 0,3 для обледенелого мокрого покрытия:

J = (0,3*9,8)/1,3 = 2,26 м/с2

2.2 Расчёт остановочного пути автомобиля при разных скоростях его движения

Остановочный путь автомобиля рассчитывается по формуле:

(2)

где V - скорость движения автомобиля, м/с;

tр - время реакции водителя, tр = 0,8 с;

tпр - время срабатывания тормозного привода, для автомобиля с гидравлическим приводом tпр = 0,4 с;

tн - время нарастания замедления, tн=0,6 c;

J - замедление автомобиля, м/с?.

При V = 4,2 м/с для обледенелого сухого покрытия:

Sост = 4,2*(0,8+0,4+0,5*0,6) + 1,3*4,22/2*3,01 = 9,23 м

Аналогично проводим расчёт для значений V =5,6; 8,3; 11,1; 13,9; 16,6; 19,4; 22,2 м/с для мокрого обледенелого покрытия и результаты расчётов сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Скорость движения автомобиля, м/с	Остановочный путь Sост, м при J
	Обледенелое покрытие сухое 3,01	Обледенелое покрытие мокрое 2,26
0	0	0
4,2	9,23	11,37
5,6	13,61	17,42
8,3	23,89	32,26
11,1	37,12	52,09
13,8	52,33	75,47
16,6	70,67	104,15
19,4	91,62	137,35
22,2	115,17	175,05

На основании таблицы 2 строится график зависимости остановочного пути автомобиля от скорости движения Sост = f(V) для грунтового покрытия рисунок 1.

Рисунок 1 - График остановочного пути

При увеличении скорости движения автомобиля увеличивается и остановочный путь. Тип покрытия также влияет на длину остановочного пути: на обледенелом сухом покрытии остановочный путь менее 120 метров, а при гололеде при скорости движения 22,2 м/с, достигает 175,05 м.

2.3 Расчёт тормозного пути автомобиля при разных скоростях его движения

Тормозной путь автомобиля определяется по формуле:

(3)

При V = 4,2 м/с для обледенелого сухого покрытия:

Sт = 4,2*(0,4 + 0,5*0,6) +1,3*4,22/2*3,01 = 3 м.

Аналогично проводим расчёт для значений V = 5,6; 8,3; 11,1; 13,9; 16,6; 19,4; 22,2 м/с для мокрого покрытия, и результаты расчётов сводим в таблицу 3.

Таблица 3

Скорость движения автомобиля, м/с	Тормозной путь Sт, м при J
	Обледенелое покрытие сухое 3,01	Обледенелое покрытие мокрое 2,26
0	10	10
4,2	5,87	6,84
5,6	9,13	10,86
8,3	17,25	21,05
11,1	28,24	35,03
13,8	41,29	51,79
16,6	57,39	72,58
19,4	76,10	96,85
22,2	97,41	124,58

На основании таблицы 2 строится график зависимости тормозного пути автомобиля от скорости движения Sт = f(V) рисунок 2.

Рисунок 2 - График тормозного пути



Влияние тормозных свойств на среднюю скорость движения

Тормозные свойства влияют не только на безопасность движения, но и на среднюю скорость движения. Допустимая по тормозным свойствам скорость движения может быть определена из условия,

(4)

где Sв - расстояние видимости дороги или препятствия, м;

Sост - остановочный путь, определенный по формуле (2);

Sб - расстояние безопасности, Sб=10 м.

При V=4,2 м/с для обледенелого сухого покрытия:

Sв = 9,23 + 10 = 19,23~ 20м.

Аналогично проводим расчёт для значений V = 5,6; 8,3; 11,1; 13,9; 16,6; 19,4; 22,2 м/с для мокрого покрытия, и результаты расчётов сводим в таблицу 4.

Таблица 4

Скорость движения автомобиля, м/с	Расстояние видимости дороги или препятствия в светлое время суток Sв, м при J
	Обледенелое покрытие сухое 3,01	Обледенелое покрытие мокрое 2,26
0	10	10
4,2	20,00	21,00
5,6	24,00	27,00
8,3	34,00	42,00
11,1	48,00	62,00
13,8	63,00	85,00
16,6	81,00	114,00
19,4	102,00	147,00
22,2	126,00	185,00

В темное время суток при пользовании фарами



(5)

где Sосв - максимальная протяженность участка дороги, освещенного фарами, для дальнего света Sосв=150 м, для ближнего 50 м.

- коэффициент, учитывающий уменьшение расстояние видимости от скорости движения, (принимаем =1,8).

Для дальнего света:

При V = 4,2 м/с Sв = 150-1,8*4,2 = 143 м;

При V = 5,6 м/с Sв = 150-1,8*5,6 = 140м;

При V = 8,3 м/с Sв=150-1,8*8,3 = 136м

При V = 11,1 м/с Sв=150-1,8*11,1 = 131м;

При V = 13,9 м/с Sв=150-1,8*13,9 = 125м;

При V = 16,7 м/с Sв=150-1,8*16,7 = 121м.

При V = 19,4/с Sв=150-1,8*19,4 = 116м.

При V = 22,2 м/с Sв=150-1,8*22,2 = 111м.

Для ближнего света:

При V = 4,2м/с Sв=50-1,8*4,2 = 43м;

При V = 5,6м/с Sв=50-1,8*5,6 = 40м;

При V = 8,3м/с Sв=50-1,8*8,3 = 36м

При V = 11,1м/с Sв=50-1,8*11,1 = 31м;

При V = 13,9м/с Sв=50-1,8*13,9 = 25м;

При V = 16,7м/с Sв=50-1,8*16,7 = 21м.

При V = 19,4м/с Sв=50-1,8*19,4 = 16м.

При V = 22,2м/с Sв=50-1,8*22,2 = 11м.

Подставляем в уравнение (2) вместо Sост расстояние видимости Sв, получим квадратное уравнение,

(6)



Решая данное уравнение, определим безопасную скорость движения. Данное уравнение имеет два корня, с положительным и отрицательным значениями. Положительная величина является безопасной максимальной скоростью.

Для различных условий видимости определяется безопасная скорость Vб и строятся графики зависимости Vб = f(Sв).

Сухое обледенелое покрытие

Vб = 3,92; 5,19; 7,6; 10,08; 12,47; 14,94; 17,41; 19,88

Мокрое обледенелое покрытие

Vб = 4,19; 5,6; 8,29; 11,1; 13,79; 16,6; 19,4;22,2

В темное время суток:

Дальний свет: Сухое покрытие Vб = 22,49;22,22;21,86;21,4;20,8;20,45;

19,96;19,46.

Мокрое покрытие Vб = 19,84;19,6;19,29;18,89;18,4;18,06;17,64;17,2.

Ближний свет: Сухое покрытие Vб = 11,05;10,57;9,89;9;7,83;6,98;

5,8; 4,46

Мокрое покрытие Vб = 9,89;9,47;8,88;8,09;7,07;6,32;5,29;4,1

Рисунок 3 - График безопасной скорости в светлое время суток

При увеличении расстояния видимости в светлое время суток безопасная скорость движения автомобиля увеличивается.

Тип покрытия также влияет на безопасную скорость движения: на обледенелом сухом покрытии безопасная скорость больше чем на мокром.

Рисунок 4 - График безопасной скорости в тёмное время суток при пользовании фарами дальнего света

При увеличении расстояния видимости в темное время суток при пользовании фарами дальнего света безопасная скорость движения автомобиля увеличивается. Тип покрытия также влияет на безопасную скорость движения: на обледенелом сухом покрытии безопасная скорость значительно больше чем на мокром.



Рисунок 5 - График безопасной скорости в тёмное время суток при пользовании фарами ближнего света

При увеличении расстояния видимости в темное время суток при пользовании фарами ближнего света безопасная скорость движения автомобиля увеличивается. Тип покрытия также влияет на безопасную скорость движения: на асфальтобетонном сухом покрытии безопасная скорость значительно больше чем при гололеде.

При увеличении расстояния видимости при движении в тумане или при осадках безопасная скорость движения автомобиля увеличивается. Тип покрытия также влияет на безопасную скорость движения: на асфальтобетонном сухом покрытии безопасная скорость больше чем при гололеде.

2.4 Определение коэффициента перераспределения тормозных сил

Рассмотрим перераспределения тормозных сил на примере автомобиля «ВАЗ-2109».

Автомобиль малого класса ваз 2109, с пятидверным кузовом типа комби хэтчбек (по международной классификации класс С) оснащают двигателем 21083 рабочим объемом 1,5 л, мощностью 79 л.с, расположенным поперек моторного отсека.

Рисунок 6 - Габаритные размеры автомобиля ваз 2109

Таблица 5

Технические характеристики автомобилей семейства ваз 2109
Показатели	ваз 2109
Общие данные
Число мест, включая водителя	5
Масса перевозимого груза, кг:
при одном пассажире	275
при четырех пассажирах	50
Допустимая масса прицепа без тормозов/ с тормозами, кг	500/750
Снаряженная масса, кг	920
Габаритные размеры (длина х ширина х высота), мм	4006x1620x1402
Радиус поворота по колее внешнего колеса, м	5,2
Максимальная скорость, км/ч	148
Время разгона с места до 100 км/ч с водителем и пассажиром, сек	16
Тормозной путь со скорости 80 км/ч, м:
при использовании рабочей тормозной системы	38
Продолжение таблицы 5
при использовании запасной тормозной системы (один контур)	85
Выбег со скорости 50 км/ч, м	500
Максимальный преодолеваемый подъем, %	36
Условный расход топлива, л/100 км:
при постоянной скорости 90 км/ч	5,8
при постоянной скорости 120 км/ч	7,9
городской цикл	8,6
Двигатель
Модель	2108
Тип	Четырехцилиндровый бензиновый рядный
Порядок работы цилиндров	1-3-4-2
Система питания	Карбюратор ДААЗ типа «Солекс»	Распределенный впрыск
Диаметр цилиндра х ход поршня, мм	82x71
Рабочий объем, см3	1499
Степень сжатия	9,9
Номинальная мощность, кВт (л.с.)/ частота вращения, мин	52,6 (71,5)/5600
Крутящий момент, Н-м/ частота вращения, мин	106,4/3400
Трансмиссия
Сцепление	Однодисковое сухое с центральной нажимной пружиной
Привод выключения сцепления	Тросовый беззазорный
Коробка передач	Механическая 4- или 5-ступенчатая с синхронизаторами на всех передачах переднего хода, совмещена в одном картере с главной передачей и дифференциалом
Привод передних колес	Двумя полуосями с наружными и внутренними шарнирами равных угловых скоростей
Ходовая часть
Передняя подвеска	Независимая с телескопическими гидравлическими амортизаторными стойками, витыми цилиндрическими пружинами, нижними поперечными рычагами с растяжками и стабилизатором поперечной устойчивости
Задняя подвеска	Полунезависимая с витыми цилиндрическими пружинами, гидравлическими амортизаторам и продольными рычагами, упруго соединенными поперечной балкой
Колеса	Дисковые штампованные
Размер обода	4 1/2 J-13, 4 1/2 J-13H2 или 5J-13H2
Шины	Радиальные бескамерные
Размер шин	155/80R13, 165/70R13 или 175/70R13
Рулевое управление	Травмобезопасное
Рулевой механизм	Типа шестерня-рейка
Рулевой привод	Две тяги с резинометаллическими шарнирами со стороны рулевого механизма и шаровыми шарнирами со стороны поворотных рычагов
Рабочая тормозная система	С гидравлическим приводом, двухконтурная диагональная с вакуумным усилителем и регулятором давления
Передний тормозной механизм	Дисковый с подвижным суппортом и автоматической регулировкой зазора между диском и колодками
Задний тормозной механизм	Барабанный с самоустанавливающимися колодками и автоматической регулировкой зазора между колодками и барабаном
Стояночный тормоз	Ручной с тросовым приводом на колодки тормозных механизмов задних колес
Электрооборудование
Схема электрооборудования	Однопроводная, отрицательный полюс источников питания соединен с «массой».
Аккумуляторная батарея	6СТ-55А емкостью 55 А-ч
Генератор	Номинальное напряжение 12В
Стартер	37.3701 переменного тока со встроенным выпрямителем на кремниевых диодах и с электронным регулятором напряжения. Ток отдачи 55А при 5000 мин
Кузов
Модель	ваз 2109
Тип	Хэтчбек, цельнометаллический несущий
Нагрузка на переднюю ось	675кг
Нагрузка на заднюю ось	665кг
Ширина колеи	1,4м

Рабочая тормозная система характеризуется коэффициентом распределения тормозной силы:

(8)

где Ртор1, Ртор2 - тормозная сила соответственно на передних и задних колесах автомобиля.

Коэффициент ?т зависит от коэффициента сцепления шин с дорогой и рассчитывается по формуле:

(9)

где b - расстояние от центра тяжести автомобиля до задней оси, м;

hцт - высота центра тяжести автомобиля, м, где hцтп=0,2 для порожняковой а/м и 0,25 для груженной а/м;

L - база автомобиля, м.

Находим высоту центра тяжести автомобиля в груженном и порожняковом состоянии



hцт= hцтп*L (10)

(11)

где F- масса автомобиля, кг;

Z2- нагрузка на ось

а - расстояние от центра массы автомобиля до передней оси, м.

(12)

b=L-a. (13)

а = (675*2,46)/920 = 1,76 м;

b = 2,46-1,76 = 0,7м;

При =0,4 для автомобиля в груженом состоянии на сухом покрытии, а порожняком 0,3.

Производим расчет для груженного, а/м:

Т = (0,7+0,4*0,25*2,46)/2,46 = 0,36.

Производим расчет для порожнякового автомобиля:

Т = (0,7+0,4*0,2*2,46)/2,46 =0,38.

Аналогично проводим расчёт для автомобиля в порожнем и груженном состоянии при мокром покрытии, и результаты расчётов сводим в таблицу 6.

Таблица 6

Коэффициент перераспределения тормозных сил	Коэффициент сцепления шин с дорогой
	Обледенелое покрытие сухое 0,4	Обледенелое покрытие мокрое 0,3
для автомобиля в порожнем состоянии	0,36	0,34
для автомобиля в груженном состоянии	0,38	0,36

На основании таблицы 6 строится график зависимости коэффициента перераспределения тормозных сил от коэффициента сцепления шин с дорогой Т = f() рисунок 6.

Рисунок 6 - График зависимости коэффициента перераспределения тормозных сил от коэффициента сцепления шин с дорогой

Изменение коэффициента сцепления шин с дорогой способствует и изменению коэффициента перераспределения тормозных сил. Для обледенелого покрытия коэффициент перераспределения тормозных сил максимальный. Для порожнего автомобиля коэффициент перераспределения тормозных сил больше чем для автомобиля в груженом состоянии.

2.5 Расчёт оценочных параметров поперечной устойчивости автомобиля

Устойчивость автомобиля - способность автомобиля сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающим его занос и опрокидывание в различных дорожных условиях при высоких скоростях движения.

Различают следующие виды устойчивости:

· поперечная при прямолинейном движении (курсовая устойчивость). Ее нарушение проявляется в рыскании (изменении направления движения) автомобиля по дороге и может быть вызвано действием боковой силы ветра, разными величинами тяговых или тормозных сил на колесах левого или правого борта, их буксованием или скольжением, большим люфтом в рулевом управлении, неправильными углами установки колес и т.д.;

· поперечная при криволинейном движении, нарушение которой приводит к заносу или опрокидыванию автомобиля под действием центробежной силы. Особенно ухудшает устойчивость повышение положения центра масс автомобиля (например, большая масса груза на съемном багажнике на крыше);

Критериями поперечной устойчивости являются максимально возможные скорости движения по окружности и углы поперечного уклона дороги (косогора). Поэтому поперечная устойчивость оценивается:

критической скоростью движения на кривой в плане, соответствующей началу заноса или скольжения автомобиля;

критической скоростью движения на кривой в плане, соответствующей началу опрокидывания;

критическим углом косогора, при котором возникает поперечное скольжение транспортного средства;

критическим углом косогора, соответствующим началу опрокидывания транспортного средства.

2.6 Расчёт критической скорости по условию опрокидывания порожнего и груженого автомобиля при разных радиусах поворота

Расчёт критической скорости по условию опрокидывания автомобиля определяется по формуле:

(14)



где В - ширина колеи автомобиля, м, R - радиус поворота, м, hцт - высота центра тяжести, м.

Для автомобиля в порожнем состоянии при радиусе поворота 100 м.:

Vкр.о. = = 37,34 м/с.

Аналогично проводим расчёт для значений R = 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 м для автомобиля в порожнем и груженом состоянии и результаты расчётов сводим в таблицу 7.

Таблица 7

Радиус поворота	Критическая скорость по условию опрокидывания, м/с
	Для автомобиля в порожнем состоянии	Для автомобиля в груженном состоянии
100	37,34	33,40
200	52,81	47,23
300	64,68	57,85
400	74,68	66,80
500	83,50	74,68
600	91,47	81,81
700	98,79	88,36
800	105,61	94,46
900	112,02	100,19
1000	118,08	105,61

На основании таблицы 5 строится график зависимости критической скорости по условию опрокидывания от радиуса поворота Vкр.о. = f(R) рисунок 7.



Рисунок 7 - График зависимости критической скорости по условию опрокидывания от радиуса поворота

При увеличении радиуса поворота критическая скорость по условию опрокидывания также увеличивается. Для порожнего автомобиля критическая скорость по условию опрокидывания больше чем для автомобиля в груженом состоянии.

Расчёт критической скорости по условию скольжения автомобиля

Расчёт критической скорости по условию скольжения автомобиля при разных радиусах поворота на дорогах с разным покрытием находится по формуле

(15)

При радиусе поворота 100 м для обледенелого сухого покрытия:

Vкр.с. = = 24,25 м/с.

Аналогично проводим расчёт для значений R = 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000 м для всех типов покрытий, и результаты расчётов сводим в таблицу 8.



Таблица 8

Критическая скорость по условию скольжения (м/с) при радиусе поворота, м:	Коэффициент сцепления шин с дорогой
	Обледенелое покрытие сухое 0,4	Обледенелое покрытие мокрое 0,3
100	19,80	17,15
200	28,00	24,25
300	34,29	29,70
400	39,60	34,29
500	44,27	38,34
600	48,50	42,00
700	52,38	45,37
800	56,00	48,50
900	59,40	51,44
1000	62,61	54,22

На основании таблицы 8 строится график зависимости критической скорости по условию скольжения от радиуса поворота Vкр.с. = f(R) рисунок 8.

Рисунок 8 - График зависимости критической скорости по условию скольжения от радиуса поворота

При увеличении радиуса поворота критическая скорость по условию скольжения также увеличивается. Тип покрытия также влияет на критическую скорость по условию скольжения: на обледенелом сухом покрытии критическая скорость больше, чем на обледенелом мокром.

Расчёт критического угла по условию опрокидывания порожнего и груженого автомобиля

Критический угол по условию опрокидывания определяется по формуле

(16)

где В/hц.т.- коэффициент поперечной устойчивости.

Для порожнего автомобиля: кр.о. = аrctg(1.4/2*0,492) = 55?

Для груженого автомобиля: кр.о. = аrctg(1.4/2*0,615) = 49?

Расчёт критического угла по условию скольжения автомобиля на дорогах с разным покрытием

Критический угол по условию скольжения рассчитывается по формуле:

(17)

Для обледенелого сухого покрытия: кр.с. = arctg0,6=31?

Аналогично проводим расчёт для грунтового мокрого покрытия, и результаты расчётов сводим в таблицу 9.

Таблица 9

Критический угол по условию скольжения, ?	Коэффициент сцепления шин с дорогой
	Обледенелое покрытие сухое 0,4	Обледенелое покрытие мокрое 0,3
	31	27

На основании таблицы 9 строится график зависимости критического угла по условию скольжения от коэффициента сцепления шин с дорогой кр.с. = f() рисунок 9

Рисунок 9 - График зависимости критического угла по условию скольжения от коэффициента сцепления шин с дорогой

При изменении коэффициента сцепления шин с дорогой критический угол по условию скольжения также изменяется. Для обледенелого сухого покрытия критический угол по условию скольжения минимальный, а при мокром максимальный.

Коэффициент поперечной устойчивости

Потеря устойчивости по опрокидыванию более опасна, чем по боковому скольжению. Для предотвращения опрокидывания необходимо выполнения следующего условия,

(18)

или

(19)

Нормативными документами НАМИ установлены нормы для автотранспортных средств различных категорий по определению критического угла по условию опрокидывания ?кр.о. при неподвижном автомобиле.

при 0,551;

при >1.

Т.к. п.ц.=B/2hц.т.=0,9<1 поэтому

Минимально допустимое значение кр.о. для порожнего автомобиля:

кр.о. = 25*0,492+15?=51?.

Для груженого:

кр.о. =25*0,615+15?=44?

Поэтому максимальная высота центра тяжести автомобиля hц.т. при обеспечении минимально допустимого значения кр.о. для порожнего автомобиля:

hц.т. = 1,4/2*tg35?=0,49;

Для груженного:

hц.т. =1,4/2*tg32?=0,44.

Значение коэффициента, при котором не будет опрокидывания для порожнего автомобиля:

=1,4/2*0.49=0,343

Для груженого:

=1,4/2*0.44=0,308



3. Расчёт оценочного параметра продольной устойчивости

Под продольной устойчивостью понимается возможность преодоления уклона без пробуксовывания ведущих колес, так как у имеющих низкое расположение центра тяжести современных автомобилей опрокидывание в продольной плоскости маловероятно. Критерием оценки продольной устойчивости служит максимальный уклон подъема, преодолеваемый с постоянной скоростью без пробуксовывания ведущих колес.

Критический угол подъема в значительной мере зависит от значения коэффициента сцепления .

Расчёт оценочного параметра продольной устойчивости (критического угла подъёма) определяется по формуле:

(20)

где а - расстояние от центра тяжести автомобиля до его передней оси, м;

L - база автомобиля, м.

Для порожнего автомобиля, для обледенелого сухого покрытия:

= arctg(1,76*0,4/(2,46-0,492*0,4))=18 ?.

Аналогично проводим расчёт для автомобиля в порожнем и груженом состоянии при различных значениях коэффициентов , и результаты расчётов сводим в таблицу 10.

Таблица 10

Критический угол подъема,?	Коэффициент сцепления шин с дорогой
	Обледенелое покрытие сухое 0,4	Обледенелое покрытие мокрое 0,3
без нагрузки	18	13
с полной нагрузкой	17	12



На основании таблицы 10 строится график зависимости критического угла подъёма от коэффициента сцепления шин с дорогой = f() рисунок 10.

Рисунок 10 - График зависимости критического угла подъёма от коэффициента сцепления шин с дорогой

Изменение коэффициента сцепления шин с дорогой способствует и изменению критического угла подъёма. Для обледенелого сухого покрытия критический угол подъёма минимальный, а при обледенелом мокром максимальный. Для порожнего автомобиля критический угол подъёма больше чем для автомобиля в груженом состоянии, однако для укатанного снега и обледенелой дороги критический угол подъёма для автомобиля в груженом состоянии больше чем для автомобиля в порожнем состоянии.

3.1 Расчёт критической скорости по условию управляемости

Управляемость транспортного средства - способность сохранять или изменять траекторию движения, заданную водителем, позволять управление при наименьших затратах механической и физической энергии. Управляемость требует выполнения следующих требований:

качение управляемых колес автомобиля при криволинейном движении должно происходить без бокового скольжения;

углы поворотов управляемых колес должны иметь необходимое соотношение;

должна быть обеспечена стабилизация управляемых колес;

должны быть исключены произвольные колебания управляемых колес;

углы увода передней и задней осей должны иметь определенное соотношение.

Критическая скорость по условиям управляемости - максимальная скорость криволинейного движения без поперечного проскальзывания управляемых колес. При достижении такой критической скорости движения при повороте, управляемые колеса проскальзывают, и увеличение угла поворота управляемых колес не меняет траекторию движения автомобиля. Для каждого угла поворота есть свое критическое значение скорости. При этом с увеличением угла поворота значение критической скорости уменьшается. При незначительном коэффициенте сцепления (сырое загрязненное покрытие, гололед) значение критической скорости существенно снижается. Автомобили, имеющие большую базу по длине, по этому показателю имеют лучшую управляемость.

Критическая скорость по условию управляемости находиться по формуле:

(21)

где - угол поворота управляемых колёс;

f- коэффициент сопротивления качению;

? - коэффициент сцепления;

g = 9,81 м/с2 - ускорение свободного падения;

L - база автомобиля.

Таблица 11

Значения коэффициента трения качения f для различных движителей
Покрытие	Значение f
Колесо с шиной
Асфальтобетон	0,01
Бетон, мелкая брусчатка	0,015
Гравийное укатанное с дёгтевой пропиткой	0,02
Щебёночное	0,025
Грунтовое укатанное	0,05
Грунтовое размокшее	0,1
Пахота	0,15-0,35
Обледенелое покрытие	0,02 и менее
Гусеничный движитель
Пахота	0,07-0,15
Укатанный снег	0,15
Рыхлый снег	0,3
Стальное колесо на рельсе	0,001-0,002

Для обледенелого сухого покрытия при =20?:

Vупр ==7,17 м/с

Аналогично проводим расчёт для значений =20?; 45?; для мокрого покрытия, и результаты расчётов сводим в таблицу 12

Таблица 12

Критическая скорость по условию управляемости (м/с) при угле поворота управляемых колёс,?	Коэффициент сцепления шин с дорогой
	Обледенелое покрытие сухое 0,4	Обледенелое покрытие мокрое 0,3
20	2,60	2,25
45	2,26	1,96

На основании таблицы 12 строится график зависимости критической скорости по условию управляемости от коэффициента сцепления шин с дорогой Vупр = f() рисунок 11.



Рисунок 11 - График зависимости критической скорости по условию управляемости от коэффициента сцепления шин с дорогой

При увеличении угла поворота управляемых колёс критическая скорость по условию управляемости падает. Тип покрытия также влияет на критическую скорость по условию управляемости: на обледенелом сухом покрытии критическая скорость больше чем при обледенелом мокром.



Заключение

В курсовом проекте согласно теме: "Расчёт замедления автомобиля на разных дорожных покрытиях» был проведен расчет параметров на скользкой дороге. Данные расчеты были проведены на примере отечественного автомобиля ВАЗ-2109.

В исследовательской части проекта был произведен расчет тормозных свойств, остановочного пути, тормозного пути, коэффициента перераспределения тормозных сил, оценочных параметров поперечной устойчивости автомобиля, критической скорости по условию скольжения автомобиля, оценочного параметра продольной устойчивости, критической скорости по условию управляемости.

Исходя из полученных расчетов, можно сделать следующий вывод:

Автомобиль ВАЗ-2109 по расчетам тормозных свойств на сухом и мокром покрытии коэффициенты различны, а именно на сухом коэффициент сцепления лучше, чем на мокром. Из этого следует, что показатели автомобиля на сухом покрытии наиболее безопасны для дорожного движения.



Список используемых источников

1. Вахламов В.К. Автомобили. Основы конструкции: Учебник.- М.: ИЦ «Академия», 2004.-528.

2. Вахламов В.К. Автомобили. Эксплуатационные свойства: Учебник. - М.: ИЦ «Академия», 2005. - 240 с.

3. Проскурин А.И.Теория автомобиля. Примеры и задачи: учебное пособие. - Ростов н/Д.: Феникс, 2006.-200 с.

4. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль. Теория эксплуатационных свойств: Учебник. - М.: Машиностроение, 1989. -240 с.

5. Газобаллонные автомобили/ Е.Г. Григорьев и др. - М.: Машиностроение, 1989.

6. Методические указания к выполнению курсового проекта для специальности 190601 "Автомобили и автомобильное хозяйство"

Размещено на Allbest.ur