Глава 10. Тормозное управление (стр. 13 )

Известно из теории автомобиля, что реализуемое в процессе торможения сцепление шин с дорогой определяется отношением тормозной силы FТ к нормальной реакции дороги RZ, соответственно, для передних и задних колес. Оптимальным является торможение:

.

Если это условие не выполняется, например, левая часть равенства больше его правой части, то первыми блокируются колеса переднего моста и наоборот. Отметим, что упреждающая блокировка передних колес при торможении по соображениям устойчивости автомобиля является предпочтительной.

Для решения этих задач применяются регуляторы тормозных сил. По условию устойчивости управления автомобилем, как отмечалось выше, они должны обеспечить упреждающую блокировку передних колес в заданном диапазоне значений коэффициента φ, а также дости­жение независимости режима очередности блокировки от состояния нагруженности автомобиля. Эти регуляторы устанавливают в тормозном приводе задних колес. Регулирующим параметром является прогиб задней подвески. Работа регулятора тормозных сил автомобиля обеспечивается применением упругого привода, соединяющего регулятор с балкой моста и нагружающего его силой, пропорциональной деформации подвески. Широкое распространение получили два вида привода — с торсионным упругим элементом и пружиной кручения.

Существует несколько вариантов таких регуляторов, некоторые из которых рассматриваются ниже.

Регуляторы тормозных сил с дифференциальным поршнем.

Одна из наиболее популярных конструкций регулятора тормоз­ных сил, используемая в гидравлическом приводе тормозов, показана на рис.42-а, а ее схема — на рис. 42-б.

Корпус регулятора 4 жестко закреплен на кузове автомобиля и при помощи трубопровода 8 соединен с ГТЦ. Давление в этом трубопроводе равняется давлению в переднем контуре тормозного привода – р1.

Другой трубопровод 7 соединяет регулятор с тормозными механизмами задних колес. Внутри регулятора находится так называемый дифференциальный поршень 6, имеющий два рабочих диаметра: D и d. Наружный конец стебля поршня 6 через упругий элемент 2, рычаг 1 и серьгу взаимодействует с задней подвеской автомобиля, например с ее балкой 9.

Рис. 42. Регулятор давления с дифференциальным поршнем (а) и его конструктивная схема (б).

В реальных конструкциях вместо рычага 1 и упругого элемента 2 обычно применяют торсион. Один его конец через серьгу соединен с балкой подвески, а другой воздействует на стебель поршня 2 (рис. 42-а). Помимо поршня 6 регулятор содержит уплотнение 5, поджимаемое к заплечикам корпуса или к втулке пружиной 3.

Регулятор имеет два режима работы. На первом режиме, когда давление P1 относительно невелико, поршень 6 силой Fnp пружины 2 поднимается вверх и прижимается к корпусу с силой Fкоp. Известно, что на тела, находящиеся в замкнутом объеме, внутреннее давление действует со всех сторон равномерно и равнодействующая элемен­тарных сил давления равняется нулю. Из рис. 42 видно, что не подвергается действию внутреннего давления только та часть стебля поршня, которая выходит из корпуса наружу, Поэтому давление Р1, действуя на площадь S1 с диаметром d, будет создавать силу, стремящуюся вытолкнуть поршень из корпуса. Составим баланс сил, приложенных к поршню:

Р1·S1 + Fкор – Fпр = 0.

Откуда:

Fкор = - Р1·S1 + Fпр.

Это есть уравнение линейной функции.

Из этого уравнения и графика, приведенного на рис. 43, сле­дует, что по мере увеличения давлений Р1 сила взаимодействия поршня с корпусом Fкор уменьшается и при определенной его величине станет равной нулю. Причем чем больше сила Fnp сжатия пружины 2 (рис.42-б), тем при большем давлении Р1 сила Fкор станет равной нулю. Факт исчезновения силы Fкор означает, что поршень оторвется от корпуса, опустится вниз, сядет на уплотнение 5 и разъединит тру­бопроводы 7 и 8, после чего регулятор перейдет на второй режим работы.

На этом режиме баланс сил, приложенных к поршню, описывается уравнением:

Р1(S2- S1) + Fnp - p2S2 = 0,

где S2 – площадь поршня с диаметром D.

Разрешив полученную зависи­мость относительно давления Р2, получим:

.

Из этого уравнения следует, что на втором режиме работы регулятора связь давлений Р1 и Р2 будет описываться не лучом 0— 1 (рис.43), как на первом режиме, а отрезком линии 2—3 или какой-либо другой, расположенной ниже и параллельной линии 2—3. Какая из указанных линий заменит луч 0—1, очевидно, будет зависеть от силы Fnp пружины 2, а она определяется деформацией упругих элементов задней подвески, то есть степенью загрузки ав­томобиля.

Рис.43. Рабочая характеристика регулятора с дифференциальным поршнем.

При растормаживании сообщение между трубопроводами 7 и 8 восстанавливается, несмотря на падение давления Р1 до нуля. Этому способствует увеличение при растормаживании силы Fnp и смещение уплотнения 5 вниз под действием давления Р2.

Таким образом, регулятор изменяет соотношение между давле­ниями в приводе передних и задних тормозных механизмов в за­висимости от величины загрузки автомобиля.

Однако делает это регулятор не идеально, что объясняется несколькими причинами. Во-первых, идеальное регулирование, которое должно соответст­вовать одной из кривых, изображенных на рис.43, заменяется регулированием по ломаной линии. Заметим, что верхняя кривая соответствует полностью загруженного автомобиля, а нижняя – порожнему. Если давление в тормозных магистралях переднего и заднего мостов (Р1 и Р2) распределяются по закону, соответствующему этим линиям, то при любом коэффициенте сцепления φ и при любой загруженности автомобиля все колеса блокируются одновременно. Во-вторых, в качестве критерия загрузки автомобиля используется деформация упругих элементов задней подвески, но при нелинейной характеристике жесткости подвески ее прогиб не является линейной функцией загрузки ав­томобиля. В-третьих, на деформацию упругих элементов подвески под действием загрузки автомобиля накладывается прогиб подвески из-за так называемого «клевка» автомобиля при торможении. По­следнее обстоятельство усугубляется тем, что величина прогиба по­двески при «клевке» почти всегда нелинейно связана с величиной замедления автомобиля.

Несмотря на указанные недостатки, подобные регуляторы тор­мозных сил обеспечивает вполне удовлетворительный эффект и повсеместно применяются для улучшения распределения тормозных сил между передними и задними колесами автомобиля (рис.44).

Рис.44. Регулятор давления жидкости в тормозных механизмах задних колес автомобилей семейства «ВАЗ»:

а — расположение регулятора на автомобиле; б — схема работы; /— поршень-клапан открыт; //— поршень-клапан закрыт; 1 — кронштейн; 2— болт крепления регулятора к кронштейну кузова; 3 — поршень-клапан; 4— корпус регулятора; 5 — палец; 6 — тяга; 7 и 15 — торсионные рычаги; 8— скоба; 9 — вилка; 10— штуцер трубопро­вода, подводящего жидкость из главного цилиндра; 11 — штуцер трубопровода, отводящего жидкость из регулятора к колесным цилиндрам; 12 — корпус; 13 — распорное кольцо; 14 — уплотнительное кольцо; 16— гнездо уплотнительного кольца; 17 — пружина поршня; 18 -упорное кольцо; 19 — уплотнительное кольцо клапана; 20— пробка; 21 — прокладка; А и В — полости; Б — отверстие для штуцера трубопровода от главного цилиндра; Г — отверстие для штуцера трубопровода к тормозным механизмам задних колес; Р — сила, действующая на поршень от торсионного рычага при уменьшении расстояния от кузова до заднего моста.

Наряду с описанным регулято­ром широкое распространение по­лучила другая конструкция, рабо­тающая по такому же принципу. В корпусе 6 изображенного на рис.45 регулятора установлен с возможностью скольжения поршень 5, несущий на боковой стенке кла­пан в виде шарика 8, поджимаемого в радиальном направлении пружи­ной 3. Пружина 3 представляет собой упругое разрезное цилиндрическое кольцо. Другая, изготовленная из волнистой ленты, торцевая пружина 2 прижимает поршень 5 к торцу кор­пуса. Стержень 1 несет на себе коническую шайбу 4, взаимодействую­щую с шариком 8. На внешний ко­нец стержня действует упругое звено, сила которого Fnp пропорциональна деформации упругих элементов задней подвески. Вход 9 соединен с главным тормозным цилиндром, а выход 7 – с тормозными механизмами задних колес автомобиля.

Рис.45. Вариант конструкции регулятора тормозных сил с дифференциальным поршнем.

При низких значениях Р1 клапан 8 открыт, и давление Р2 равно давлению Р1. По мере увеличения нажатия на педаль тормоза возрастающее давление Р1, преодолев силу Fnp упругого звена, опустит стержень 1 вниз, и шарик 8 закроет клапан. После закрытия клапана давление Р2 будет воздействовать на площадь, диаметр которой D равен наружному диаметру стержня 1, а давление Р1 будет действовать на такую же площадь минус площадь, обусловленную меньшим диаметром стержня d.