ТРЕБОВАНИЯ К ТОРМОЗНЫМ СИСТЕМАМ МЕХАНИЧЕСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ (выдержка основных требований из Правил ООН № 13)
3.1 Двухосные транспортные средства
3.1.1 Для значений к от 0,2 до 0,8 все категории транспортных средств должны удовлетворять соотношению 3)
Z ³ 0,10 + 0,85 (k - 0,20)
3.1.2 Для всех условий нагрузки транспортного средства средняя кривая реализуемого сцепления передней оси должна располагаться над кривой реализуемого сцепления задней оси:
3.1.2.1 для всех коэффициентов торможения в диапазоне 0,15-0,80 для транспортных средств категории М1.
Однако для всех транспортных средств этой категории, для которых значения находятся в диапазоне 0,30-0,45, допускается инверсия кривых реализуемого сцепления при условии, что кривая сцепления задней оси не выходит более чем на 0,05 за пределы прямой, соответствующей уравнению k - z (прямая равного сцепления, см. диаграмму 1А в настоящем приложении);
3.1.2.2 для всех коэффициентов торможения в диапазоне 0,15-0,50 для транспортных средств категории N1).
Это условие также считается выполненным, если для коэффициентов торможения в диапазоне 0,15-0,30 кривые реализуемого сцепления для каждой оси расположены между двумя прямыми, параллельными прямой идеально реализуемого сцепления, определяемой по формуле k = z ± 0,08, как показано на диаграмме 1С в настоящем приложении, на которой кривая реализуемого сцепления для задней оси может пересекать прямую к = z - 0,08 и для коэффициентов торможения в диапазоне 0,30-0,50 соответствует отношению z ³ k - 0,08, а для коэффициентов торможения в диапазоне 0,50-0,61 соответствует отношению z ³ 0,5k + 0,21;
1) В соответствии с 1.4.4.3 приложения 4
2) В соответствии с 1.4.4.3 приложения 4.
3) Требования 3.1.1 не касаются положений приложения 4 относительно предписанных характеристик торможения. Однако если при проверке, проводимой в соответствии с требованиями 3.1.1, будут достигнуты коэффициенты торможения, более высокие по отношению к коэффициентам, предписанным в приложении 4, то внутри зоны, обозначенной на каждой из диаграмм 1А, 1В и 1С и ограниченной прямыми к = 0,8 и z = 0,8, необходимо применять предписания, касающиеся кривых реализуемого сцепления.
4) Транспортное средство категории N,, коэффициент нагрузки которого на заднюю ось в груженом (порожнем) состоянии не превышает 1,5 или максимальная масса которого составляет менее 2 т, должно соответствовать требованиям 3.1.2.1 настоящего приложения для транспортных средств категории М, с 1 октября 1990 г.
3.1.2.3 для всех коэффициентов торможения в диапазоне 0,15-0,30 для транспортных средств всех других категорий. Это условие также считается выполненным, если для коэффициентов торможения в диапазоне 0,15-0,30 кривые реализуемого сцепления для каждой оси расположены между двумя прямыми, параллельными прямой продольного сцепления, определяемой по формуле k = z ± 0,08, как показано на диаграмме 1В в настоящем приложении, и если кривая реализуемого сцепления для коэффициентов торможения z ³ 0,3 удовлетворяет соотношению
z ³ 0,3 + 0,74 (k - 0,38).------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Пример расчета эффективности тормозной системыВ некоторых случаях при увеличении радиуса качения колеса, особенно в случае увеличения массы транспортного средства может потребоваться подтверждение эффективности тормозной системы на соответствие требованиям Правил ООН № 13. Соответственно при полученных неудовлетворительных результатах необходима доработка тормозной системы.
В качестве примера для проведения расчета был взят автомобиль Mazda BT-50 с увеличенной снаряженной массой и шиной с максимально внедорожным протектором Voltyre VL-40 размерностью 11.2-20.
- Шины Волтаир
- voltyre ВЛ-40.JPG (12.36 Кб) Просмотров: 17747
Результаты расчета смотрите в Выводе (пункт 6).
1. Исходные параметры автомобиля1.1. Общие данные автотранспортного средства (АТС)М1 - категория АТС;
mС = 2345 кг;
mП = 2980 кг - масса автомобиля в снаряженном состоянии (с водителем) и при пол-ной загрузке;
L = 3,00 м - колесная база АТС;
Lсg 1,50 м;
LпG 1,60 м - расстояние по горизонтали между передней осью и центром тяжести автомобиля с минимальным и максимальным уровнями загрузки;
НcG 0,73 м;
НпG 0,75 м - высота расположения центра тяжести АТС в снаряженном состоянии и с полной нагрузкой;
RK = 0,46 м - радиус качения шин автомобиля (модели Voltyre VL-40).
1.2. Привод тормозной системы, обеспечивающий штатный и аварийный режимы ее функционированияТип - гидростатический, с вакуумным усилителем (ВУ) и двумя диагонально разделенными независимыми контурами;
Fmaxш = 500 Н - допустимый максимум усилия на ножной педали штатного тормоза (см. п.п. 2.1.1 приложения 3 Правил № 13-Н ЕЭК ООН);
Iш = 4,0 - передаточное число педали, управляющей штатным и аварийным режимами работы тормозов;
КПДш ~ 0,9 - КПД педального узла штатной тормозной системы;
SВУ ~ 420 см2 - эффективная площадь диафрагмы вакуумного усилителя тормозного привода;
РВУ = 0,8 бар - расчетный уровень разрежения в вакуумной магистрали бустера;
d0 = 26,99 мм - диаметр главного тормозного цилиндра (ГТЦ).
1.3. Привод стояночной тормозной системыТип - механический, рычажно-тросовый, воздействует на вспомогательные тормоза задних колес АТС;
F = 400 Н - максимальная норма усилия на ручном рычаге привода стояночного тормоза (см. п.п. 2.3.3 приложения 3 Правил № 13-Н ЕЭК ООН);
iС = 4,25 - передаточное число рычажного узла управления стояночной тормоз-ной системой;
КПДс ~ 0,9 - КПД рычага привода стояночного тормоза;
КПДтр ~ 0,7 - КПД тросового звена привода стояночной тормозной системы.
1.4. Передние тормозные механизмы (ТМ)Тип - дисковые, вентилируемые, с фиксированными четырехпоршневыми скобами;
R1 = 155 мм;
r1 = 100 мм - наружный и внутренний радиусы рабочей поверхности тормозных дисков;
Ню1 = 0,42 - расчетное значение коэффициента трения во фрикционных парах ТМ;
d1 = 45,5 мм - диаметр каждого из колесных тормозных цилиндров (КТЦ);
Р01 ~ 0 - давление в КТЦ, при котором тормоз кинематически замыкается.
1.5. Задние тормоза, активизируемые в штатном и аварийном режимахТип - дисковые, вентилируемые, с фиксированными четырехпоршневыми скобами;
R2 = 155 мм;
r2 = 100 мм - наружный и внутренний радиусы рабочей поверхности тормозных дисков;
Ню2 = 0,42 - расчетное значение коэффициента трения во фрикционных парах ТМ;
d2 = 45,5 мм - диаметр каждого из колесных тормозных цилиндров;
Р02 ~ 0 - давление в КТЦ, при котором тормоз кинематически замыкается.
1.6. Стояночные тормозные механизмыТип - барабанные, типа «серво», встроены в ступицы дисков штатных задних тормозов и оборудованы механическими разжимными устройствами (РУ);
RС = 90 мм - радиус рабочей поверхности тормозного барабана;
НюC = 0,37 - расчетное значение коэффициента трения во фрикционных парах ТМ;
НюFE = 0,15 - коэффициент трения «сталь по стали» (без пыле- и виброзащиты) в точках контакта тормозных колодок с их опорами;
КEC ~ 5,5 - суммарный коэффициент эффективности обеих колодок барабанного тормоза;
Дельта С max 1,5 мм - максимальный рабочий ход приводных концов колодок тормоза;
F0C ~ 150 H - уровень создаваемых РУ усилий, при котором тормоз кинематически замыкается;
КПДру ~ 0,8 - КПД механического разжимного устройства.
2. Определение функциональных возможностей штатных тормозов АТСОбобщенные коэффициенты чувствительности WТ1 и WТ2 к величине давления в тормозном гидроприводе соответственно для передних и задних систем «тормоз - колесо» могут быть определены так:
- Определение обобщенных коэффициентов чувствительности
- 1. Определение коэф чувств.png (4.17 Кб) Просмотров: 17748
3. Проверка характеристик тормозной системы автомобиля на соот-ветствие нормативным требованиям приложения 10 Правил № 13 ЕЭК ООН по устойчивости и управляемости затормаживаемого АТС
Исследовались следующие параметры описываемого автомобиля, необходимые для оценки правильности распределения тормозных сил по его осям (литерой «W» далее замещается индекс минимальной либо максимальной степени загрузки машины, т.е. «С» или «П»):
- Оценка правильности распределения тормозных сил
Полученные результаты (см. рис. 1, 2, 4, 6, 8 и 10) могут быть интерпретированы следующим образом:
3.1. При обоих регламентированных весовых состояниях исследуемого автомобиля исходные характеристики его тормозной системы не соответствуют нормам приложения 5 Правил № 13-Н ЕЭК ООН при отключении или отсутствии системы динамической кор-рекции соотношения уровней давления в передних и задних магистралях тормозного гид-ропривода (см. рис. 1 и 2).
- Рис. 1 Графики уровней реализуемого осями сцепления
- Рис. 2 Уровень реализуемого осями сцепления при полной нагрузке ТС
3.2. Активация управляющей распределением тормозных сил по осям АТС функ-ции EBD/EBV в контроллере гидроблока системы ABS/ESP тормозного привода (соответствующие профили регулирования давления в его задних гидромагистралях представлены на рис. 3 и 5) позволяет полностью реализовать нормативные предписания по обеспечению устойчивости и управляемости затормаживаемого автомобиля как при минимальной, так и при максимальной загрузке последнего (см. рис. 4 и 6).
- Рис. 3 Характеристика 1-го аппарата для коррекции давления в приводе Ось 2. Работает EBD/EBV
- Рис. 5 Характеристика 1-го аппарата для коррекции давления в приводе Ось 2. Полная нагрузка. Работает EBD/EBV
- Рис. 4 Уровень реализуемого осями сцепления. Работает EBD/EBV
- Рис. 6 Уровень реализуемого осями сцепления при полной нагрузке. Работает EBD/EBV
3.3. Необходимо отметить, что эффективность задних колесных тормозов на рас-сматриваемом АТС почти вдвое превышает оптимальный уровень. Снижение силового потенциала тормозных механизмов задних колес приблизительно на 45% (см. рис. 8 и 10) позволит не только редуцировать их размеры и массу при полном сохранении максималь-ной величины реализуемого тормозного замедления, но и обеспечит резкое сокращение частоты и амплитуды корректирующих «вмешательств» программы EBD/EBV гидроблока тормозного гидропривода в процесс управления торможением описываемого автомобиля (см. рис. 7 и 9).
- Рис. 8 Уровень реализуемого осями сцепления в снаряженном состоянии. Задние тормозные механизмы оптимизированы.
- Рис. 7 Характеристика 1-го аппарата для коррекции давления в приводе Ось 2. Задние тормозные механизмы оптимизированы.
- Рис. 9 Характеристика 1-го аппарата для коррекции давления в приводе Ось 2. Полная нагрузка. Задние тормозные механизмы оптимизированы.
- Уровень реализуемого осями сцепления в состоянии разрешенной максимальной массы. Задние тормозные механизмы оптимизированы.
4. Расчет максимальной эффективности тормозной системы исследуемого АТС при штатном и аварийном режимах ее функционирования
Наибольшая величина давления в тормозном гидроприводе рассматриваемого автомобиля определяется так:
- Определение давления в приводе тормозной системы
- давление в приводе.png (3.38 Кб) Просмотров: 17748
Достижимый максимум установившегося замедления для АТС с полной нагрузкой рассчитывается следующим образом (сниженный до 4,57 МПа программой EBD/EBV локальный максимум давления в задних гидромагистралях тормозного гидропривода на полностью загруженном автомобиле обозначен далее как ):
- Определение максимума установившегося замедления
- замедление атс.png (3.48 Кб) Просмотров: 17748
Полученное значение превышает равный 6,43 м/с2 нормативный лимит (см. п.п. 2.1.1 приложения 3 Правил № 13-Н ЕЭК ООН).
Определим также аварийный уровень эффективности тормозной системы описываемого АТС при сохраняющих работоспособность двух диагонально расположенных тормозных механизмах из четырех (подразумевается, что программа EBD/EBV при этом «шунтируется», т.е. деактивируется при обнаружении контроллером гидроблока тормозного привода неисправности одного из его контуров):
- Определение аварийного уровня эффективности тормозной системы
- аварийный режим.png (3.5 Кб) Просмотров: 17748
Данная величина превосходит составляющий 2,44 м/с2 регламентированный мини-мум (см. п.п. 2.2.2 приложения 3 Правил № 13-Н ЕЭК ООН и рис. 11). Сравним теперь с допустимым значением FNOM = 0,7 «аварийный» уровень реализуемого задними колесами АТС сцепления:
- Определение «аварийного» уровня реализуемого задними колесами АТС сцепления
- аварийный уров сцепления.png (2.29 Кб) Просмотров: 17748
- Рис. 11 Уровень реализуемого осями сцепления в состоянии разрешенной максимальной массы. Работают только два тормозных механизма по диагонали.
Лимит реализуемого сцепления исчерпывается. С учетом порогового ограничения реализуемого сцепления FNOM = 0,7 может быть реализована не максимальная, а на т.н. номинальная величина замедления при аварийном торможении в рассматриваемой ситуации (см. рис. 12):
- Определение величины замедления при аварийном торможении
- лимит сцепления.png (1.25 Кб) Просмотров: 17748
- Рис. 12 Уровень реализуемого осями сцепления в состоянии разрешенной максимальной массы. Работают только два тормозных механизма по диагонали.
И это значение превосходит равный 2,44 м/с2 нормативный лимит. Стоит отметить, что при использовании задних тормозов с несколько меньшей эффективностью (см.п.п. 3) аналогичное значение номинального реализуемого замедления также превысит требования стандарта (см. рис. 13):
- Определение реализуемого замедления
- реализуемое замедлен.png (1.27 Кб) Просмотров: 17748
- Рис. 13 Уровень реализуемого осями сцепления. Задние тормозные механизмы оптимизированы. Работают тормозные механизмы по диагонали.
5. Определение характеристик стояночной тормозной системы автомобиля
Определим для встроенного в стояночный тормоз разжимного устройства минимальную величину кинематического передаточного отношения, обеспечивающую удержание рассматриваемого автомобиля с полной загрузкой на уклоне с процентной величиной (тангенсом) = 0,2 = 20 % (см. п.п. 2.3.1. приложения 3 Правил № 13-Н ЕЭК ООН):
- Определение величины минимального кинематического передаточного отношения
- передаточное отношение.png (4.62 Кб) Просмотров: 17748
Полученная величина как минимум в полтора раза превышает ординарные уровни. Это означает, что для выполнения данного норматива необходимо принять меры по адекватному увеличению общей эффективности стояночного торможения (в частности, из ниже приводимого перечня):
5.1. Повысить кинематическое передаточное отношение рычажного узла управления стояночной тормозной системой;
5.2. Использовать приводные тросы с повышенным КПД.
5.3. Увеличить диаметр барабанов стояночных сервотормозов, интегрированных в ступичную часть задних тормозных дисков - например, до стандартного для пикапов «Mazda BT-50» / «Ford Ranger» значения 210 мм (или использовать применяемые на этих же автомобилях барабанные штатные колесные тормоза диаметром 295 мм, механически активируемые при стояночных торможениях);
Удержание рассматриваемого АТС на спуске является наиболее сложным статическим режимом работы для его стояночной тормозной системы, активизирующей только барабанные тормоза частично разгружающихся задних колес автомобиля. Сопоставим с пороговым значением FNOM = 0,7 уровень реализуемого задними колесами АТС сцепления:
- Определение уровеня реализуемого задними колесами АТС сцепления
- уровень сцепления.png (2.85 Кб) Просмотров: 17748
Запас по сцеплению не исчерпывается. Полный ход педали управления стояночным торможением в рассматриваемом случае не превысит следующей величины:
- Определение запаса по сцеплению
- запас по сцеплению.png (2.24 Кб) Просмотров: 17748
6. Выводы и рекомендации6.1. При корректном функционировании программы EBD / EBV в контроллере гидроблока тормозного привода характеристики тормозной системы рассматриваемого автомобиля с регламентированными уровнями загрузки будут соответствовать нормативам приложений 3 и 5 Правил № 13-Н ЕЭК ООН по реализуемой эффективности тормозов (см. п.п. 4) и по устойчивости / управляемости затормаживаемого АТС (см. п.п. 3).
6.2. На рассматриваемом АТС целесообразно уменьшить эффективность штатных задних колесных тормозов на 40…50% (см. п.п. 3). Это позволит уменьшить их массу и габариты при сохранении максимальной величины реализуемого тормозного замедления, а также обеспечит резкое сокращение частоты и амплитуды срабатываний функционала EBD / EBV гидроблока тормозного гидропривода.
6.3. Возможности стояночной тормозной системы в заявленной спецификации (см. п.п. 1) недостаточны для реализации нормативных требований к эффективности стояночного торможения рассматриваемого АТС (см. п.п. 5). Рекомендуется соответствующим образом увеличить силовой потенциал стояночных тормозов последнего. В частности, можно:
- повысить кинематическое передаточное отношение рычага стояночного тормоза;
- использовать приводные тросы с повышенным КПД.
- увеличить диаметр барабанов вспомогательных стояночных сервотормозов (встроенных в ступичную часть задних тормозных дисков) или использовать штатные задние барабанные тормоза еще большей размерности, которые механически активируются при стояночных торможениях.
7. Использованная литература
Правила № 13-Н ЕЭК ООН «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения легковых автомобилей в отношении торможения» (пересмотр 8); Комитет по внутреннему транспорту ЕЭК ООН, 2014.
8. Условные обозначения
EBD (EBV) - Система распределения тормозных усилий (Electronic brakeforce distribution) — продолжение развития системы ABS. Отличается EBD от базовой системы ABS тем, что она помогает водителю управлять автомобилем постоянно, а не только при экстренном торможении, когда водитель резко ударяет по органу управления тормозной системы. При экстренном торможении на неоднородном покрытии с разным коэффициентом сцепления транспортное средство начинает разворачивать. Степень сцепления колес с дорогой разная, а тормозное усилие, передаваемое на колеса, одинаковое. Система EBD, используя датчики ABS, анализирует положение каждого колеса при торможении и индивидуально дозирует тормозное усилие на исполнительные механизмы тормозной системы.