A A A

Mechanika ruchu podczas hamowania

Podczas hamowania wypadkowa sił działających na pojazd ma zwrot prze- ciwny kierunkowi jazdy, a pojazd po- rusza się kosztem energii kinetycznej nagromadzonej w czasie poprzedzają- cym hamowanie. Hamowanie ma miej- sce np. wówczas, gdy wskutek rozłą- Siły działające na układu napędowego (np. przez samochód podczas hamowania rozłączenie sprzęgła lub ustawienie dźwigni zmiany biegów w położemu luzu) na kola przestaje działać siła napędowa. Energia kinetyczna pojazdu tracona jest wtedy na pokonanie sił oporów ruchu działających przeciwnie do kierunku jazdy i prędkość samochodu maleje. Takie hamowanie — z wy­korzystaniem tylko sił oporów ruchu — jest mało skuteczne. Dlatego w celu zahamowania samochodu wykorzystuje się zwykle działanie specjalnych urzą­dzeń — hamulców — przetwarzających energię kinetyczną na pracę tarcia, a następnie na energię cieplną ulegającą rozproszeniu. Działaniu hamulców towarzyszy powstanie momentu hamującego na kołach, a zatem i siły o zwro­cie przeciwnym kierunkowi ruchu. Szczególnym sposobem hamowania jest hamowanie silnikiem. Do zahamowania pojazdu wykorzystuje się w tym przypadku opory stawiane przez nie zasilany paliwem silnik, którego wał obraca się wraz z układem napędowym, napędzany przez koła rozpędzonego pojazdu. Jeżeli kierowca zdejmuje nogę z pedału przyspiesznika nie rozłączając układu napędowego, wówczas ruch obrotowy wału korbowego silnika jest wymuszony przez ruch pojazdu i energia kinetyczna samochodu zostaje zużytkowana na napęd silnika działającego podobnie jak pompa ssąco-tłocząca. Opory ssania (dolotu) i sprężania powietrza w silniku powodują powstanie momentu hamującego, a więc dodatkowej (oprócz oporów ruchu) siły hamującej o zwrocie prze­ciwnym kierunkowi jazdy. Siła ta występuje tylko na kołach mostu napę­dowego. Spośród trzech omówionych sposobów hamowania (przez roz­łączenie układu napędowego, za pomocą hamulców i silnikiem) najskutecz­niejsze jest hamowanie za pomocą hamulców, cechujące się tym, że siła hamująca działa na wszystkie koła pojazdu, a jej wartość może być regulo­wana przez kierowcę. Siła hamowania FH, podobnie jak siła napędowa, jest styczna do obwodu koła, a jej wartość Zależność 8.1 może odnosić się do jednego koła, jeżeli MH jest momentem hamowania jednego koła, do osi lub do całego samochodu, jeżeli za MH podstawimy odpowiednią wartość momentu. Bardzo często osobno rozważa się siłę hamowania osi przedniej FHP i tylnej FHT, przy czym suma­ryczna siła hamowania •d u rd Siła hamowania FH wywołuje powstanie reakcji stycznej X = = XP + XT (rys. 8.1) o zwrocie przeciwnym kierunkowi jazdy (przeciw­działającej ruchowi). Podobnie jak w przypadku sity napędowej wartość reak­cji stycznej X ograniczona jest przyczepnością kół do jezdni. Jeżeli wartość siły hamowania FH przekroczy wartość siły przyczepności T (wzór 6.33), to następuje utrata przyczepności kół — zjawisko ślizgania się zablokowanych kół po nawierzchni — natomiast reakcja styczna X nie przekroczy war­tości T. Ponieważ utrata przyczepności kół podczas hamowania jest niebez­pieczna ze wzglę­du na możliwość tzw. zarzucenia pojazdu (niekon­trolowanej zmia­ny kierunku jaz­dy), a wzrost si­ły hamowania FH powyżej wartości siły przyczepno­ści T nie zwię­ksza skuteczno­ści hamowania, zależnej tylko od wartości reakcji stycznej X, można napisać warunek określający maksy­malną wartość siły hamowania FH FH < T, czyli FH < [x • G (8.3) Rozpatrując osobno osie przednią i tylną z warunku 8.3 otrzy­mujemy dwa warunki FHP < fx • GP oraz FHT < l- GT (8.4) gdzie: Gp i G-p — naciski na osie przednią i tylną samochodu. Wielkości te zostaną określone w rozdziale 8.2, z uwzględnieniem działania opóźnienia ha­mowania. Korzystając z zależności 8.1 można określić wartości maksymal­nych momentów hamowania działających na osie przednią i tylną Podczas hamowania samochód porusza się ruchem opóźnionym, a charakteryzujące ten ruch ujemne przyspieszenie działające na pojazd nazywamy opóźnieniem hamowania. Wraz z wystąpieniem opóźnienia hamowania pojawia się siła bezwładności Fbi przeciwdziałająca hamowaniu pojazdu, zgodna z kierunkiem jazdy. Jej wartość równa jest iloczynowi masy pojazdu m i opóźnienia ha­mowania aH Q Fb=m- aH = — au g W podanej zależności nie uwzględniono wpływu bezwładności mas wirujących, przyjmując współczynnik 8 = 1. Uproszczenie takie jest do­puszczalne pod warunkiem, że układ napędowy podczas hamowania jest rozłączony, wówczas wpływająca w decydujący sposób na wartość 8 masa koła zamachowego silnika nie wpływa na przebieg hamowania. Jeżeli na­tomiast układ napędowy nie jest rozłączony, wówczas bezwładność mas wirujących silnika przeciwstawia się hamowaniu, ale jednocześnie poja­wia się dodatkowy moment hamujący, pochodzący od hamowania silnikiem. Ponieważ siła bezwładności Fb jest zgodna z kierunkiem ruchu, a pozostałe siły (rys. 8.1) działają przeciwnie, więc równanie bilansu sił działających na samochód podczas hamowania ma postać Fb=X + Fl + Fp + Fa Na płaskiej drodze siła oporów wzniesienia Fa — 0. Ponieważ najczęściej podczas hamowania hamulcami siły oporów toczenia i powietrza są znacznie mniejsze od siły bezwładności i reakcji X (równej sile hamowa­nia FH), można je pominąć i wówczas równanie bilansu sił uprości się do postaci Fb = X ponieważ jednak X = F//s więc podstawiając wzór 8.6 otrzymamy FH = — aH Porównując wzory 8.3 i 8.7 można otrzymać warunek ogranicza­jący maksymalną wartość opóźnienia hamowania FH = — aH < (x • G g więc aH < [i-g Ponieważ wartość [i (tabl. 6.2) nawet dla najlepszych nawierzchni nie przekracza 1, więc aH czy1* aw < 9,81 m/s2 Graniczną wartość opóźnienia hamowania aH ^ = i ■ g można uzyskać tylko wówczas, gdy w pełni zostanie wykorzystana przyczepność wszystkich kół pojazdu. W praktyce jednak nie należy nigdy dopuszczać do utraty przyczepności kół żadnej osi, a ponieważ graniczne wartości sił przyczepności poszczególnych osi są różne (ze względu na zróżnicowanie nacisków — patrz następny rozdział), o maksymalnej wartości opóźnienia hamowania samochodu decyduje przyczepność osi mniej obciążonej. Dlatego maksymalne opóźnienie hamowania samochodu jest zawsze mniejsze od obliczonej wartości granicznej. Drogą hamowania wyznacza się przyrównując energię kinetyczną EK samochodu w chwili poprzedzającej hamowanie i pracę LI{ siły hamowa­nia FH na drodze hamowania sH ek = LH Energia kinetyczna 2 2g EK = gdzie: v0 — prędkość samochodu w chwili poprzedzającej hamowanie. t n G - lh = FH ' sH = — aH ■ sH Praca siły hamowania g G-vl G a W1CC = — aH-sH stąd droga hamowania SfI ~ 2a H Czas hamowania tH — —, a potrzebna do jego obliczenia śred- nia prędkość hamowania gdzie: V/, — prędkość końcowa hamowania. Jeżeh hamujemy aż do całkowitego zatrzymania pojazdu, wówczas vk = 0, a wzór na czas hamowania przyjmie postać [h = 1«.= 2«L = 3l vtr Vo_ aH 2 Rozpatrując przedstawiony na rys. 8.1 układ sił działających na samochód podczas hamowania łatwo stwierdzić, że reakcje normalne ZP i ZT zależą