Дорожная поверхность и трение шины
Трение между шиной и дорожной поверхностью — ключевой вопрос при анализе антиблокировочной системы тормозов. Фрикционные силы действуют между участком контакта шины и дорожной поверхностью, когда транспортное средство ускоряется или тормозит. Обычные законы трения между твердыми телами должны быть адаптированы к данному случаю в связи с эластичными свойствами резиновых шин. Чтобы не вдаваться в детали межмолекулярного взаимодействия, для описания взаимодействия шины и дороги используется термин «проскальзывание».
Проскальзывание происходит, когда усилие торможения прикладывается квращающемуся колесу. Это явление может быть определено следующим образом:
,
где 0% — свободно вращающееся колесо;
100%— заблокированное колесо;
λ - степень проскальзывания;
ω0 - угловая скорость свободно вращающегося
колеса;
ω - угловая скорость заторможенного колеса.
Коэффициент сцепления µF, измеренный в направлении вращения колеса, является функцией степени проскальзывания. Коэффициент зависит от множества факторов, главными из которых будут:
♦ материальное состояние дорожной поверхности;
♦ материал, давление, глубина протектора, структура протектора и конструкция шины;
♦ удельное давление в месте контакта шины и дороги.
На рис. 15.31 показана зависимость между коэффициентом передачи усилия торможения и степенью проскальзывания. Отметим, что график разделен на две области - устойчивую и неустойчивую. В устойчивой зоне существует равновесие между приложенным усилием торможения и силой сцепления с дорожной поверхностью. Поэтому возможно торможение без проскальзывания. В неустойчивой зоне, когда величина проскальзывания проходит через критическое значение l, равновесие исчезает, и колесо заблокируется, если не уменьшить тормозную силу.
Значение критического проскальзывания может меняться между значениями примерно 8% и 30% в зависимости от состояния шин и дорожной поверхности. На рис. 15.32 приведена зависимость коэффициента сцепления от поверхности дороги. Такие зависимости помогают определить порог проскальзывания, или контрольную точку, при которой должна срабатывать ABS. Но лучше всего не доводить ситуацию до этого порогового коэффициента сцепления.
Также следует рассмотреть боковое проскальзывание колес. Оно происходит, когда геометрическая ось колеса образует угол дрейфа с намеченной линией движения центра колеса. Направленное движение транспортного средства определяется как корреляция между углом проскальзывания и боковой силой. На рис. 15.33 представлен график коэффициента сцепления для боковой силы µl, в зависимости от угла проскальзывания α. Критический угол проскальзывания лежит, в общем случае, между 12° и 15°.
Для корректной регулировки усилия торможения необходимо учитывать силу торможения и силы, действующие на автомобиль в боковом направлении. На рис. 15.34 показана зависимость коэффициента сцепления и бокового коэффициента сцепления в зависимости от степени проскальзывания при торможении при угле проскальзывания 2° и 10° на сухой дороге. Отметим значительное уменьшение бокового сцепления при увеличении степени проскальзывания. Когда λ = 28. значение µl, является результатом поворота колеса на определенный угол. Это может быть вычислено как:
.
Видно, что заблокированное колесо обеспечивает небольшой эффект руления. По графикам на рис. 15.33 можно заметить, что управление ABS должно быть расширено для больших углов проскальзывания. Если происходит полное торможение, когда транспортное средство испытывает сильное боковое ускорение (большой угол а), тогда ABS должна рано вступать в работу и позволить проскальзыванию постепенно возрастать по мере уменьшения скорости транспортного средства. Эти данные сохраняются в справочных таблицах в постоянной памяти электронного блока управления.
Циклы управления ABS
На рис. 15.35 показан цикл управления торможением для хорошего сцепления шин с дорогой. На рис. 15.36 показаны циклы управления для плохого сцепления шин с поверхностью дороги (скольжение). Каждый цикл разбит на восемь фаз, которые описаны следующим образом.
Высокий коэффициент сцепления:
1. Начальное торможение, система ABS еще не
активирована.
2. Скорость колеса превышает порог, вычисленный
на основе базовой скорости автомобиля, и поддерживается постоянное давление торможения.
3. Замедление колеса снижается ниже порогового значения (-а), и давление торможения уменьшается.
4. Давление торможения остается постоянным, и скорость колеса начинает расти.
5. Ускорение колеса превышает верхний предел (+А), поэтому давление торможения теперь может увеличиться.
6. Давление снова поддерживается постоянным, поскольку предел (+а) превышен.
7. Давление торможения теперь увеличивается постепенно до тех пор, пока скорость колеса не превысит порога (-а).
8. Давление торможения снова уменьшается и затем удерживается постоянным, когда достигнут предел (-а).
Процесс, описанный выше, продолжается, пока педаль тормоза не будет отпущена или скорость транспортного средства не окажется меньше, чем минимальное предустановленное значение из набора. В этот момент колеса заблокируются, чтобы, наконец, привести транспортное средство в состояние покоя.
Низкий коэффициент сцепления:
1. Начальное торможение, система ABS еще не
активирована.
2. Скорость колеса превышает порог, вычисленный
на основе базового значения скорости
автомобиля, и поддерживается постоянное
давление торможения.
3. В течение этой фазы короткий период удержания
давления сменяется периодом снижения
давления торможения. Скорость колеса
сравнивается с расчетной и оказывается
меньше, чем соответствующая расчетному
порогу проскальзывания, поэтому давление
уменьшается снова, а затем поддерживается
постоянным. Происходит еще одни процecc
сравнения, и давление уменьшается снова.
4. Фаза удержания давления торможения, которое
приводит к увеличению скорости колеса.
5. Происходит постепенное ступенчатое увеличение
и поддержание давления торможения,
пока колесо снова не заскользит.
6. Давление в тормозах уменьшается, что приводит
к увеличению скорости колеса.
7. Давление удерживается, так как достигнуто
расчетное значение проскальзывания.
8. Фаза ступенчатого увеличения и поддерживания
давления для сведения к минимуму
периодов сильного проскальзывания. Это
гарантирует максимальную устойчивость.
Процесс продолжается снова до тех нор, пока педаль тормоза не будет отпущена или пока автомобиль не придет в состояние покоя.