Как определить силу торможения: Найти силу торможения

Как определить силу торможения в физике

Физик и ролики

Однажды я купил слишком бюджетный велосипед и с самого начала с ним стали постоянно возникать какие-то проблемы: то развалится сиденье, то слетит цепь, то лопнут спицы. После нескольких лет неравной борьбы я сдался и забросил его куда подальше. Конечно, в мире фитнеса есть не только велосипеды, можно было бы кататься на лыжах или просто бегать, но снега в последние годы мало, регулярно бегать утомительно, так что мне пришлось стать рядовым пешеходом.

Жизнь так и шла своим чередом, пока не случилось историческое событие — у нас построили велодорожку к парку Космонавтов. Народ стал понемногу кататься, и мне тоже не хотелось оставаться в стороне. Но, поскольку впечатления о борьбе с великом еще не изгладились из памяти, я приобрел лыжероллеры.

Вообще-то, классические лыжероллеры очень прикольная и полезная для здоровья штука, но надо учитывать, что по ровной местности на них особо не разгонишься, а вот на горке лыжник превращается в неуправляемую торпеду без тормозов. Скорость по равнине не очень высокая, 10—12 км/ч, и вас будут обгонять буквально все: дети, девушки, дачники, бодрые спортсмены. С этим нужно было срочно что-то делать и тогда я решил купить роликовые коньки и освоить фитнес спидскейтинг.

Дело оказалось непростым. Научить и подсказать было некому, в провинции не хватает хорошего асфальта, и в основном все катают на великах или самокатах, а до ближайшей роллер школы полста километров. Пришлось, как всегда, выискивать крупинки полезной информации в глубинах интернета и учиться на своих ошибках. Если двигаться вперед у меня еще как-то получалось, то с освоением торможения совершенно не складывалось. Отвага на горке закончилась здоровым синяком и ссадиной (хорошо, что я был в полной защите и упал сразу, не набирая скорость).

Интернет тем временем жил собственной жизнью. Симпатичные барышни с Ютуба непринужденно демонстрировали чудеса катания, а роллерские сайты пестрели броскими терминами «плуг», «Т-стоп», «штатник». Любое из этих слов почему-то обладало магическим свойством вызывать бурные споры. Сторонники Т-стопа неутомимо дискутировали с поклонниками плуга и обе партии снисходительно пеняли робких штатников. Не будучи просветленным гуру, разобраться в этом полете творческой мысли и приложить ее на практике было решительно невозможно.

И вот здесь посреди хаоса возникла идея: «Если не знаешь, как этого добиться, то возможно надо понять, что и почему должно получиться?» Она и вдохновила меня написать заметку о физике торможения на роликах и о пользе, которую можно из них извлечь.

1. Исходные положения

Проведем оценки эффективности различных способов торможения на роликовых коньках исходя из того, что для малых скоростей сила трения при скольжении или качении тела зависит лишь от его веса P (а точнее от силы реакции опоры N) и материалов пары трения:

В случае скольжения параметр k называют коэффициентом трения скольжения, обозначим его k_p. В случае качения параметр k называется коэффициентом сопротивления качению, мы будем обозначать его k_s. Заметим, что k_s — составная безразмерная величина, прямо пропорциональная коэффициенту трения качения (он мал у твердых материалов) и обратно пропорциональная диаметру колеса.

Рассмотрим основные физические случаи торможения.

A) Чистое скольжение

Замедление происходит из-за прижатия резины тормоза к асфальту, либо постановки колес одного или обоих коньков строго поперек направления движения. При горизонтальном движении сила реакции опоры равна весу тела. Следовательно, сила трения скольжения:

Где ϰ = 0 ÷ 1 — доля веса роллера, приходящаяся на тормозящий элемент, m — масса роллера, g — ускорение свободного падения.

Ускорение торможения: a = F_Т / m = k_p g ϰ

Путь равноускоренного движения определяется ускорением и начальной скоростью:
S = at 2 / 2 = v 2 / (2a)

Отсюда тормозной путь:

B) Проскальзывание

При постановке конька под некоторым углом скольжения Θ к направлению движения, он частично катится, а частью скользит. Разложим перемещение конька S на продольное качение S_1​ и поперечное скольжение S₂​ (см. Рис.1).

Рис.1. Траектория проскальзывания конька.

Общая работа силы трения будет суммой работ на участках:

Отсюда общий коэффициент трения:

При угле скольжения Θ = 0 0 имеем чистое качение, а при Θ = 90 0 чистое скольжение. Фактически, при торможении угол Θ будет не менее 5 0 , поэтому трением качения можно пренебречь. Тогда общий коэффициент трения k ≈ k_p sin θ, а тормозной путь:

C) Противодействие разгону на горке

Вес тела P вызывает давление на склон P_N и силу тяги вдоль склона F. С увеличением угла наклона давление на склон и трение уменьшаются, а сила тяги быстро растет (см. Рис.2). Поэтому, начиная с некоторого критического угла, затормозить становится невозможно.

Рис.2. Сила, разгоняющая роллера на склоне.

Из Рис.2 получаются следующие соотношения:

Сила тяги: F = P sin α
Сила реакции опоры: N = P cos α
Сила трения: F_Т = k N ϰ

При равенстве тяги и трения F = F_Т​ скорость не набирается, и из соотношения
P sin α = P cos α k ϰ получаем условие критического угла:

В строительстве тангенс угла наклона (отношение высоты склона к длине его основания) называется уклоном дороги и выражается в процентах или промилле.

2. Параметры модели и результаты расчетов

Формулы (1), (2) и (3) дают простейшую математическую модель торможения на роликах. Ее параметры во многом зависят от умений роллера и окружающих условий. Например, коэффициент трения полиуретана и резины об асфальт сильно зависит от сорта материала и состояния покрытия. Постараемся провести более менее правдоподобную их оценку.

— Предположим, что k_p = 0,5 ÷ 0,7 где меньшие значения соответствуют скользким колесам либо слегка влажному покрытию.
— Ускорение свободного падения g = 10 м/c 2
— Скорость движения при прогулочном катании примем равной 3 м/c или 11 км/ч.

Остальные параметры перечислены в табличке:

На велосипеде (задним колесом)

Штатный пяточный тормоз

Слайды Parallel или Magic

Плуг со скольжением

Слайд Soul (одноногий плуг)

Таблица 1. Параметры модели торможения.

Предсказания модели можно представить в виде рейтинга с пояснениями:

1) Велосипед, выбранный в качестве эталона, показал наилучшие результаты.
Считаем, что он тормозит задним колесом, на которое приходится 70% веса, а сцепление протектора хорошее k_p = 0,7. При этом тормозной путь на скорости 11 км/ч составит 0,9 м.
На склоне tg α = 0,7 ∙ 0,7 = 0,49 и критический угол α = 26 0 . Для горного велосипеда с двойной системой торможения ϰ = 1 , tg α = 0,7 ∙ 1 = 0,7 и критический угол α = 35 0
Таким образом, средний критический угол склона для велосипеда α ≈ 30 0

2) Второе место занял способ торможение роллера обоими ногами.
Самым эффективным торможением на роликах будет постановка обоих коньков поперек движения, где на тормозящие элементы придется 100% роллера веса. Это слайды Parallel и Magic.
Тормозной путь для наилучшего случая 0,6 м, а для наихудшего 0,9 м. Средний тормозной путь Magic и Parallel слайдов равен 0,8 м.

3) Третье место у торможения штатным пяточным тормозом.
Оно осуществляется одной ногой, на которую плавно переносится 30..50% веса.
Тормозной путь для наилучшего случая составит 1,3 м, а для наихудшего 3 м. Средний тормозной путь равен 2,1 м.
На склоне для наихудшего случая tg α = 0,15 и α = 8,5 0 , а для наилучшего tg α = 0,35 и α = 19 0 . Средний критический угол склона для штатного тормоза α ≈ 14 0

4) Одноногий плуг (Soul слайд)
Обычный двуногий плуг не очень хороший способ торможения, он занимает много места и неустойчив на плохом покрытии. Если под колесо попадет выбоина, камешек или крупная ветка, конек резко затормозится и роллер упадет вперед. Еще хуже встретить лужу или песок на асфальте, конек проскользнет, и роллер упадет назад.
Гораздо безопасней и эффективней использовать одноногий плуг. Здесь опорная нога свободно катится, а тормозящая выставляется вперед и ее стопа поворачивается и наклоняется к поверхности до получения устойчивого скольжения.
Если на тормозящую ногу приходится 30..50% веса роллера, а угол поворота стопы Θ = 45 0 , то в наилучшем случае тормозной путь составит 1,8 м, а в наихудшем 4,2 м. Средний тормозной путь равен 3 м.

5) Торможение плугом со скольжением (Double Soul слайд)
Здесь требуется хорошая растяжка, гибкость и координация движений, которые определяют достижимый угол поворота коньков (обычно не более 20 0 ) и эффективность торможения.
Роллер расставляет обе ноги и колеса коньков под углом примерно 45 0 к вертикали и переносит свой вес на переднюю часть стоп (колени согнуты над носками, руки для безопасности вытянуты вперед).
Затем он подворачивает обе стопы внутрь и за счет бокового усилия пяток заставляет ролики проскальзывать, не позволяя им съехаться.
Чтобы возникло скольжение, боковая сила должна превысить силу трения покоя, т.е. каждая нога должна давить наружу в направлении S₂ с силой не менее 25..35% веса роллера.
Для углов поворота Θ = 10..15 0 в наилучшем случае тормозной путь 2,5 м, а в наихудшем 5,2 м. Средний тормозной путь равен 3,8 м.
На склоне для наихудшего случая tg α = 0,09 и α = 5 0 , а для наилучшего α = 10 0 . Средний критический угол склона α ≈ 7 0 .

6) Торможение роллера T-стопом
Задний конек ставится перпендикулярно движению и на него переносится 10..20% веса. Опытный роллер может слегка присесть на тормозящую ногу, увеличивая долю веса.
Минимальный тормозной путь составит 3 м, максимальный 9 м. Средний тормозной путь равен 6 м.
На склоне для наихудшего случая tg α = 0,05 и α = 3 0 . Для наилучшего случая tg α = 0,14 и α = 8 0 . Средний критический угол склона при торможении Т-стопом α ≈ 6 0 .

7) Торможение плугом с упором
Этот способ простой, но самый неэффективный. Роллер не подворачивает стопы специально, а просто сильно давит широко расставленными ногами вбок, до начала их проскальзывания. Поворот стоп происходит автоматически, за счет моментов боковых сил от пяток относительно точек приложения веса в начале стоп. Коньки с длинной рамой должны тормозить лучше за счет больших плеч и моментов силы.
Для углов поворота Θ = 5..7 0 наилучший тормозной путь 5,3 м, наихудший 10,3 м. Средний тормозной путь равен 7,8 м.

Наглядно результаты показаны на рисунке и в таблицах:

Рис.3. Оценка тормозного пути на роликах при прогулочном катании.

Зависит ли тормозной путь от массы, или физика за 8 класс ⁠ ⁠

Чтобы не отнимать время у членов ЛЛ, отвечаю сразу: нет, не зависит. Но дьявол как всегда кроется в деталях. Вообще говоря, жизненный опыт подсказывает нам, что тяжёлые предметы разогнать и остановить куда тяжелее, чем лёгкие. И вообще, если одновременно бросить камень и пёрышко, то камень приземлится на землю первым. Что же ты нам, ТС, втираешь? А мне сказать нечего – да, камень приземлится раньше пера. Это очевидно. Но только пока мы находимся в воздушном пространстве. Вспомните-ка опыт, который наверняка показывали в школе: в длинной стеклянной колбе находятся пёрышко и камушек. Пока колба заполнена воздухом, камень падает на дно колбы гораздо быстрее пера. Но стоит откачать воздух, как рвутся все наши шаблоны: перо и камень приземляются одновременно.

Ладно, ладно! Дураку понятно, что тут виной сопротивление воздуха. Но ведь всё равно камень же тяжелее пёрышка! Земля притягивает камень сильнее, чем перо. И с этим утверждением тоже трудно поспорить. Тогда какого чёрта они в вакууме падают одновременно? Масса-то у них разная! И вот тут нужно сделать одно важное отступление. Вообще говоря, в физике различают инертную массу и гравитационную. Так уж было угодно демиургам нашей вселенной, что они в точности совпадают, поэтому в жизни мы не делаем различия между этими видами масс. Килограмм – он и в Африке килограмм. Однако, различие заключается в проявлении этих масс. Инертная масса показывает, насколько тяжело вывести тело из состояния покоя (или равномерного прямолинейного движения, что в сущности, по заветам первого закона Ньютона, одно и то же). Представьте себе тяжёлый маятник, подвешенный на длинной нитке. Масса его, допустим, 1 тонна. Сможете ли вы раскачать его? Скорее всего да, но это будет очень тяжело и долго. Точно так же трудно будет вам и остановить такой маятник, если он будет раскачиваться. Вот она – инертная масса.

С гравитационной массой всё немного проще. Именно она определяет то, с какой силой все тела притягиваются к Земле (ну а в общем случае то, как сильно тянутся друг к другу любые два тела в пространстве). И если 1000-килограммовый маятник вы хоть и с трудом, но сдвинуть в воздухе сможете, то приподнять его даже на миллиметр не сможет никто. Даже втроём. Забавно, что окажись этот маятник на Луне, то три человека его вполне бы подняли. А вот раскачать этот маятник было бы точно так же тяжело, как и на Земле. И даже на борту МКС. Инертная сущность массы проявляется в том, что чем она больше, тем тяжелее ей придать какое-то ускорение. А гравитационное проявление массы связано с массой второго тела, к которому она притягивается (но поскольку 99,9999999% людей живут на Земле, то мы волей-неволей считаем вторым телом нашу hjlye. планету, и даже ввели константу g — ускорение свободного падения на Земле, с помощью которой отождествляем МАССУ тела и СИЛУ, с которой оно притягивается к Земле). Надеюсь, с видами масс разобрались.

Вернемся к камню и пёрышку. Почему же в вакууме они падают одновременно? А потому, что насколько сильнее камень притягивается к Земле, нежели пёрышко, настолько же тяжело ему сдвинуться из состояния покоя. Допустим, камень весит 100 грамм, а перо – 1 грамм. Чтобы разогнать более тяжёлый и инертный камень, нужна сила в 100 раз бОльшая, чем для пера. Но, с другой стороны, камень в 100 раз сильнее притягивается к Земле, нежели пёрышко. И вот оно – наглядное подтверждение равенства инертной и гравитационной массы тела.

Ну что за нудятина? И при чём тут торможение вообще? Где сравнение КамАЗа и легковушки? Спокойно! Сейчас всё будет!

Итак, на картинке у нас два автомобиля: первый давит на опору всеми своими 10 000 килограммами, а второй только 1 000 кг. При этом опора (дорога, асфальт) по третьему закону Ньютона отвечает автомобилям с точно такой же силой N, но направленной в противоположную сторону, т.е. вверх. Представим, что оба движутся с одинаковой скоростью V, например, 72 километра в час, что равняется 20 метрам в секунду. Едут они по одной и той же дороге. Дорога идеально ровная, сухой асфальт. И вот в один и тот же момент они резко бьют по тормозам, колёса идут юзом, и автомобили останавливаются. Давайте разбираться, что же при этом происходит.

Как мы помним из нашей любимой физики, движущееся тело обладает кинетической энергией. Численно она равна половине произведения массы на квадрат скорости (в коментах напишите, кто при встрече с бетонной стеной ухандокается сильнее: 1000-килограммовый седан на скорости 110 км/ч или же 2-тонный внедорожник на 75 км/ч?). А у остановившегося автомобиля кинетической энергии нет, ибо скорость нулевая. Но мы же помним, что энергия просто так никуда не пропадает, она лишь переходит из одного вида в другой. Куда же перешла вся кинетическая энергия при торможении? А перешла она в тепловую – асфальт и шины тупо нагрелись. И заставила их нагреться сила трения Fтр. При этом, до момента торможения автомобиль проходит какой-то путь S. Таким образом, сила трения (которая зависит от массы m, ускорения свободного падения g и коэффициента трения µ) совершает работу по остановке автомобиля, равную произведению силы трения на это расстояние. И, поскольку вся кинетическая энергия пошла на работу по нагреву шин и асфальта, мы их тупо приравниваем:

Как нетрудно заметить, в третьей строке у нас сократились массы в левой и правой части. Физический смысл такого сокращения описан выше – это эквивалентность инертной (в левой части) и гравитационной (в правой) масс. Чем сильнее разогнать массивное инертное тело, тем неохотнее оно будет останавливаться. С другой стороны, чем больше масса тела, тем сильнее оно прижимается к Земле, тем выше сила трения, которая тормозит эту массу. Таким образом, тормозной путь автомобиля зависит только от скорости и коэффициента трения µ.

НО! Всё вышесказанное справедливо только при условии, что дорога идеально ровная, и все колёса обоих сравниваемых автомобилей тормозят юзом. Впрочем, пока что информации хватит. Если тема покажется интересной, то обо всех этих нюансах и об отличиях теории от реалий поговорим в следующий раз.

Задача №42. Определение силы и времени торможения автомобиля

Известно, что грузовой автомобиль массой пять тысяч килограмм движется по горизонтальному пути со скоростью семьдесят два километра в час (20 метров в секунду).
Необходимо: определить силу и время торможения автомобиля, если тормозной путь составил пять метров.

Дано: m=5000 кг; v=20 м/сек; s=5 м
Найти: F-?; t-?

Исходя из того, что работа силы торможения численно равна изменению кинетической энергии движущегося автомобиля , при условии, что v_t=0:

Как найти тормозящую силу

Торможение (автотранспорт) — уменьшение скорости автотранспортного средства при помощи тормозной системы. <2>><2gvarphi >>>

Здесь: t 1 <displaystyle t_<1>> — время реакции водителя, t 2 <displaystyle t_<2>> — время срабатывания тормозов, K e <displaystyle K_> — коэффициент эффективности торможения, v a <displaystyle v_> — скорость движения автомобиля, φ <displaystyle varphi > — коэффициент сцепления, g <displaystyle g> — ускорение свободного падения.

При неумелом применении может сопровождаться нежелательными и опасными явлениями (занос и т.д.). Разработан ряд рекомендаций по безопасному применению торможения автотранспортных средств [2] [3] .

Сила торможения автомобиля достигает максимума не при полной остановке вращения его колёс (когда они скользят по дороге и сила трения падает), а при их замедленном вращении, близком к остановке и переходу к скольжению. Поэтому для уменьшения тормозного пути необходимо добиваться одновременной остановки вращения колёс и прекращения поступательного движения автомобиля [2] .

Использовать торможение при езде по скользкой дороге необходимо очень осторожно. Для предотвращения полной остановки колёс автомобиля и сохранения их сцепления с поверхностью дороги рекомендуется использование импульсного (многократно, очень кратко и резко нажимать на педаль тормоза) метода торможения. Допускается использование при определённых условиях стояночного тормоза и ряда других приёмов управления автомобилем [3] [4] .

Известно, что грузовой автомобиль массой пять тысяч килограмм движется по горизонтальному пути со скоростью семьдесят два километра в час (20 метров в секунду).
Необходимо: определить силу и время торможения автомобиля, если тормозной путь составил пять метров.

Дано: m=5000 кг; v=20 м/сек; s=5 м
Найти: F-?; t-?

Исходя из того, что работа силы торможения численно равна изменению кинетической энергии движущегося автомобиля , получаем формулу для определения силы торможения

Подставив в формулу численные значения, рассчитаем силу торможения грузового автомобиля

н

Из формулы , при условии, что v_t=0: , где , получаем формулу времени торможения

Время торможения автомобиля

сек

Ответ: сила торможения автомобиля составила двести тысяч ньютон, время торможения равно половине секунды.

Авторство: Александр aka dll (madtuning.ru; live4race.ru)

Данная статья поможет вам:
1) Понимать как работает тормозная система
2) С точностью определять что Вам не нравится в ваших тормозах

3) Грамотно изъясняться при обсуждениях тормозной системы
4) Решать какие доработки работают на вас для достижения целей
5) Подбирать правильные компоненты и понимать как они будут работать вместе
6) Соблюсти баланс осей

Из чего же состоит тормозная система:
1) Педальный узел, это рычаг который увеличивает усилие создаваемое ногой (Соотношение педали).
2) Главный тормозной цилиндр (ГТЦ)
3) Тормозные линии
4) Клапана, для соблюдения баланса. Тормозная система может иметь следующие клапана между ГТЦ и суппортами: Клапан остаточного давления, дозирующий, комбинированный, пропорциональный или ограничительный.
5) Тормозные суппорта
6) Тормозные колодки
7) Тормозные диски

**Итак начнем с азов (физики)**

Тормозная сила
Это крутящий момент, создаваемый эффективным радиусом тормозного диска, силой сжатия тормозных колодок и коэффициентом трения между колодкой и диском.

Это сила с которой замедляется колесо вместе с шиной. Основные компоненты которые влияют на силу торможения — это насколько сильно сжимаются колодки, и как далеко от центра ступицы прикладывается эта сила. Отсюда чем больше размер тормозного диска, тем дальше сила сжатия прикладывается от центра колеса и тем самым мы увеличиваем тормозную силу (эффект рычага). Это также как когда вам надо открутить закисший болт, чем длиннее ключ (рычаг) тем проще.
Рекомендуемая сила расcсчитывается следующей формулой:

ТСр = ССП х (радиус качения шины)

коэффициент сцепления покрышки с дорогой достаточно сложно рассчитать, он может быть от 0,1 на льду до 1,4 на сухом гоночном треке со сликом. Если он вам неизвестен, то используйте его равным 1.

Помните, необходимо принять во внимание перенос веса, поскольку при торможении задняя часть разгружается, а передняя нагружается.

Перед:
ССПп = μ*ВСп / 2
ВСп = Вм*((1-Хцг/КБ)+(μ*Yцг/КБ))
Зад:
ССПз = μ*ВСз / 2
ВСз = Вм — ВСп

Где
ТСр — рекомендуемая тормозная сила (кг)
ССП — Сила сцепления покрышки (кг)
ССПп — Сила сцепления передней покрышки (кг)
ССПз — Сила сцепления задней покрышки (кг)
μ — коэффициент сцепления покрышки с дорогой (использовать 1)
ВСп — вертикальная сила действующая на обе передних покрышки (кг)
ВСз — вертикальная сила действующая на обе задних покрышки (кг)
Вм — Вес машины (кг)
Хцг — расстояние от передней оси до центра тяжести машины (см)
КБ — колесная база (см)
Yцг — расстояние от земли до центра тяжести машины (см)

После аккуратных расчетов мы сможем понять насколько нам крутые нужны тормоза и от чего зависит эта сила:
— Никак не зависит от скорости
— Может изменяться в зависимости от качества покрышки, качества покрытия, погодных условий

— Зависит от размера колеса ( как вы думаете, все те кто ставит огромные колеса, или огромные тормоза хоть как нибудь их рассчитывал и связывал вместе? =)
— Зависит от веса машины, клиренса и колесной базы, ведь правда, чем машина легче и ниже тем меньше перенос веса влияет на торможение. 2)
Пп — эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)

Итак теперь мы можем рассчитать какую же силу производят наши тормоза:

Где
СТп — производимая сила торможения (кг)
СЗ — Сила сжатия (кг)
µL — Коэффициент трения колодки и диска
Re — Эффективный радиус тормозного диска (от центра ступицы до центр колодки)

Коэффициент трения
Это индикатор силы трения между тормозным диском и колодкой. Чем выше коэффициент, тем выше сила трения. Для стоковых колодок это коэффициент варьируется от 0,3 до 0,4. Для гоночных от 0,5 до 0,6. «Жесткие» колодки имеют слабый коэффициент трения, при этом изнашиваются меньше. «Мягкие колодки наоборот, имею высокий коэффициент трения и быстрее изнашиваются. Большинство колодок имеет зависимость коэфф трения от температуры, поэтому гоночные колодки необходимо греть, в то время как гражданские при такой температуре уже потеряют свои свойства.

Теплоемкость
Я надеюсь что ни для кого не секрет что тормоза останавливают машину за счет преобразования кинетической энергии в тепло. А значит чем тяжелее машина, чем быстрее вы валите, тем больше тепла она должна рассеивать чтобы не перегреть жидкость, диски и не сжечь колодки. Способность дисков к рассеиванию тепла зависит от их веса и от того как они хорошо охлаждаются.
Формула кинетической энергии движущегося авто:

Где
К — кинетическая энергия (дж)

Вм — Вес машины (кг)
См — скорость машины (мc)

Тут ничего нового, мы прекрасно понимаем, выбор тормозов зависит от того сколько весит ваш авто и/или как быстро вы ездите. И вы должны помнить еще с автомобильных курсов (для тех кто не покупал права=), что увеличивая скорость в 2 раза вы увеличиваете тормозной путь в 4 раза. Это и есть действие кинетической энергии.

Формула роста температуры при торможении:

Тп = ((Кд-Кп) / (417*Вд)) + Тв

Где
Тп — температура после торможения (С)
Кд — Кинетическая энергия до торможения (дж)
Кп — Кинетическая энергия после торможения (дж)
Вд — Вес тормозных дисков (общий) (кг)
Тв — Температура тормозных дисков до торможения (С)

Возьмем авто для примера, торможение:
Вес авто — 1220кг
Вес дисков — 33,5кг (перед 12кг, зад 4,75кг)
Скорость на прямой — 177км/ч (49,17м/с)
Скорость перед началом торможения — 70км/ч (19,44м/с)

Температура тормозных дисков до торможения — 25С

Кд = (1220*49,17^2) / 2 = 1474826 дж
Кп = (1220*19,44^2) / 2 = 230669 дж

Тп = ((1474826-230669) / (417*33,5)) + 25 = 114 С

И так после такого торможения температура дисков составит около 114 градусов. Давайте сравним с вашими результатами? =) Для простоты можете сказать только вес машины, вес всех тормозных дисков)

И так, с физикой пока притормозим, переидем к более теоретической части.

Есть три вещи которые тормоза должны сделать чтобы остановить авто:
1) Достаточно сильно прижимать колодки к диску
2) Производить достаточную тормозную силу для блокировки колес на любом покрытии
3) Иметь достаточную массу и охлаждение дисков для рассеивания тепла создаваемого кинетической энергией.

Все они в совокупности должны давать отличную информативность.

Педальный узел
Как мы уже обсуждали, чтобы затормозить водитель должен одновременно переместить жидкость и создать давление. ГТЦ перемещает жидкость чтобы создать достаточную прижимную силу колодок к диску.

Педалью вы активируете тормоза, также педаль служит своеобразным рычагом, который увеличивает силу нажатия. Эффект называется «соотношение педали»

Обычно мы давим на педаль тормоза с силой от 22 до 45 кг чтобы активно замедлиться.
Как пример на гоночных авто без усилителя это усилие около 35кг, для машин с усилителем это около 22кг. 45кг это уже перебор, педаль будет очень жесткой.

Соотношение педали можно рассчитать разделив расстояние от точки крепления педали до места приложения силы на расстояние от точки крепления педали до тяги идущей к ГТЦ.

Как мы видим, чем больше это отношение тем больше силы передается на ГТЦ. Но нужно помнить один момент, увеличивая соотношение мы увеличиваем и ход педали.

Для машин с усилителем это соотношение обычно около 4-4,5. Для машин без усилителя от 6 до 7.

Поэтому снятие усилителя со стоковой педалью это не верный вариант =)

Рассчитать силу приложенную к поршню можно зная силу приложенную к самой педали, соотношение педали (рычаг) и при наличии усилителя тормозов, коэфициент усиления им.

Где
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Дп — Давление на педали (кг)
Кп — Коэффициент(соотноешние) педали
Ку — Коэффициент усилителя тормозов (если его нет использовать 1)

Гидравлика
Как я уже писал, чтобы прижать колодки к диску необходимо перемещение жидкости и создание давления в контуре. 3

Тут мы видим обратную ситуацию, чем меньше площадь цилиндра, тем меньше вытесняемый объем при том же ходе педали (а значит больше ход педали).

Теперь переходим к разбору полетов о системе в целом, нам известно что тормозная система замкнута а значит давление передается по всей системе в равных значениях. А также в ней кроме ГТЦ есть суппорты с поршнями (для расчетов используется общая площадь всех поршней)

Это значит создаваемое ГТЦ давление приводит в движение все поршни в системе. Поскольку площадь поршней в суппорте больше площади ГТЦ, то по законам гидравлики сила выдаваемая суппортом увеличивается в разы.

Чем большее значение усилия в этом соотношении, тем меньше силы надо прикладывать к педали (и больше ход педали) для достижения того же результата.

Рассчитать усиливающий фактор можно по формуле

Где
Сз — Сила сжатия суппортом (кг)
Сп — Сила приложенная к поршню ГТЦ (кг)
Пс — Эффективная площадь поршней (для суппорта со скобой это 2*на площадь поршней)
Пг — Площадь поршня ГТЦ (см^2)

Например, (цилиндр 0,875″):
Сз = (500 * 10,17 * 4) / 3,87 = 5255,8 кг
И с ГТЦ (цилиндр 1″)
Сз = (500 * 10,17 * 4) / 4,91 = 4142,6 кг

Из этого следует, что при неизменной силе на ГТЦ мы можем увеличить силу сжатия за счет либо увеличения площади поршней суппорта либо уменьшив площадь поршня ГТЦ. 2)

Например, (цилиндр 0,875″), ход ГТЦ 3см:

Хп = (3 * 3,87) / 40,68 = 0,29 см
И цилиндр (1″)
Хп = (3 * 4,91) / 40,68 = 0,36 см

Из этого мы видим, что если вы не хотите менять ход педали, то изменяя площадь суппорта (ставя огромные тормоза) вы должны не забыть и о ГТЦ. И наоборот.

ГТЦ
Это сердце всей тормозной системы. Активируется нажатием на педаль, вначале поршень передвигает жидкость по системе до тех пор пока колодки не вступят в контакт с диском, затем поскольку система становится замкнутой, начинает расти давление создавая тормозную силу. Отсюда чем сильнее вы давите на педаль тем выше тормозная сила.

Основные параметры ГТЦ это диаметр поршня и его ход. Обычно встречаются ГТЦ с диаметрами от 0,625″ до 1,5″ и с ходом от 2,5 см до 3,81 см. Соответствие обоих этих параметров к рекомендованным параметрам для вашего авто — залог хорошей производительности. Стоит запомнить при одном усилии на педали, маленький ГТЦ даст большее давление, но при этом сможет меньше вытеснить жидкости. 2)
Есть пара причин для использования таких клапанов
1) Только для барабанных тормозов чтобы возвратная пружина не отводила слишком далеко колодки от барабана, создавая лишний ход педали при последующих торможениях.
2) Только для дисковых тормозных систем в которых ГТЦ находится ниже уровня суппортов (некоторые гоночные авто и хот-роды). Без такого клапана жидкость от суппортов будет отекать обратно в ГТЦ делая педаль ватной и опять же увеличивая ее ход.

Если вы меняете барабанные тормоза на дисковые — обязательно удалите из системы такие клапаны

— Дозировочный клапан (Hold-off)

Поскольку на задних барабанных тормозах присутствует возвратная пружина, то как выше описывалось барабанам требуется больший ход чтобы колодка достигла барабана, нежели в саморегулирующихся дисковых тормозах, где колодка всегда впритык к диску. Дозирующий клапан (ставится в передний контур) предотвращает создание давления в переднем тормозном контуре, пока оно не достигнет заданного значения в заднем (обычно до 5-10 кгсм^2) чтобы дать барабанным колодкам приблизиться к барабану.

Если вы меняете барабанные тормоза на дисковые — обязательно удалите из системы такие клапаны

— Распределительный клапан (PBV)

Как мы уже писали выше, при торможении вес машины смещается вперед. Поскольку тормозная сила должна распределиться пропорционально весовой нагрузке (там где больше веса — больше тормозной силы), нужно соблюсти тормозной баланс перед-зад. Например при жестком торможении до 85% веса приходится на перед автомобиля. На правильно отрегулируемой системе передние тормоза и задние блокируются практически одновременно. Устанавливается обычно между ГТЦ и задним контуром чтобы снизить давление на задний контур в первые моменты торможения. Стоит учесть, что давление в заднем контуре не всегда будет ниже чем в переднем, за счет этого клапана вы меняете скорость роста давления. На передних тормозах при нажатии на тормоз оно лишь быстрее создастся чем в заднем.
Стоковые клапана нерегулируемые, но есть и гоночные варианты, с помощью которых можно отрегулировать тормозной баланс на измененной тормозной системе.

Основы теории торможения

Образование тормозной силы

Рассмотрим силовые процессы, происходящие после прижатия колодки к катящемуся колесу. Нажатие на вращающееся колесо колодки с силой К вызывает появление силы трения Т между колодкой и колесом, которая действует от колодки на колесо против его вращения, т. е. стремится остановить это вращение. Тормозить поступательное движение поезда сила трения Т не может, так как это внутренняя сила по отношению к поезду — колодка является частью самого поезда и движется вместе с ним.

Однако под действием внутренней силы Т колесо начинает «цепляться» за рельс в точке контакта О1. Возникает сила сцепления колеса с рельсом В, равная по величине силе Т. Сила В стремится утащить рельс за собой (сдвинуть его по ходу движения поезда). Так как рельс прикреплен к шпалам, то он остается неподвижным (в путевом хозяйстве хорошо известно явление угона рельсов под действием сил сцепления В). Особенно интенсивно угон рельсов происходит в местах, где обычно производится служебное торможение поездов. В свою очередь, неподвижный рельс тормозит катящееся по нему колесо с силой Вт, являющейся реакцией рельса на силу В. Сила Вт является внешней силой по отношению к поезду и направлена против направления его движения, поэтому она является тормозной силой.
Тормозная сила выполняет еще одну важную функцию: являясь реакцией рельса на силу Т и направленная по направлению вращения катящегося колеса, она уравновешивает эту силу трения Т, заставляя колесо продолжать вращение, препятствуя переходу колесной пары на юз.
Итак, колодки прижимаются к колесам для того, чтобы возникшая сила трения Т вызывала появление равной ей внешней силы Вт, которая, будучи направленной по вращению колеса, препятствует переходу его на юз и в то же время, имея направление против движения поезда, тормозит его. Чтобы облегчить представление этой картины, достаточно мысленно приподнять тормозимые колесные пары над рельсами, и тогда станет ясно, что колесные пары, потеряв сцепление с рельсами, под действием сил трения Т сразу прекратят вращение, но сам поезд будет продолжать движение вперед. Точно так же торможение самолетов колесами их шасси возможно только после приземления на посадочную полосу.

Коэффициент трения тормозных колодок

Сила трения Т между колесом и колодкой оказывается в несколько раз меньше силы К нажатия колодки на колесо. Отношение φк в механике называется «коэффициент трения» и обозначается в тормозных расчетах φк.
Если известна величина коэффициента трения, то сила трения определяется из равенства Т = φк, а тормозная сила Вт одиночного колеса (без учета влияния инерции вращающихся масс) численно равна силе трения, то есть В =Т.
Величины коэффициентов трения определяют опытным путем на специальных стендах или посредством торможения составов из нескольких одинаковых вагонов. Этот сцеп разгоняется локомотивом-толкачом до максимальной скорости, после чего толкач отстает, а поезд тормозится с определенной силой нажатия колодок. Следующий такой опыт проводят с другой силой нажатия колодок и т. д. По записям, полученным на специальной скоростемерной ленте, рассчитывают тормозные силы в интервалах скоростей по 10 или 5 км/ч.
На основании опытов составляют графики зависимости коэффициентов трения от скорости движения для различных сил нажатия колодок.

Зависимость действиетльного коэффициента трения
колодок от действительного нажатия на колодку и скорости движения

Затем по полученным результатам выводят эмпирическую (опытную) формулу. Эти формулы утверждены МПС для дальнейшего использования при всех практических расчетах. Например, формула (1.1) применяется для расчета действительных коэффициентов трения композиционных колодок, а формула (1.2) — для чугунных.

Основными факторами, влияющими на величину коэффициентов трения, являются скорость движения, удельная сила нажатия колодки на колесо и материал колодки. Из графикаи приведенных выше формул видно, что с уменьшением скорости коэффициент трения увеличивается. Машинистам это хорошо известно практически: по мере уменьшения скорости ощущается усиление тормозного эффекта (замедление поезда), особенно при чугунных колодках. С увеличением силы нажатия К коэффициент трения снижается, но это не значит, что с ростом К сила трения Т уменьшается — она увеличивается, но не пропорционально К.
Поясним на примере. При скорости V=70 км/ч и нажатии К = 1 тс коэффициент трения чугунной колодки φк = 0. 146. Значит, сила трения колодки Т= φкК = 0.146 тс. При увеличении силы нажатия в два раза. т. е. К=2 тс. при той же скорости 70 км/ч коэффициент трения оказывается меньше: φк =0.115. Сила же трения составит Т= 0.230 тс., т. е. увеличилась, но не в два раза, а только в 1,57 раз. При увеличении силы нажатия в пять раз (К=5тс) коэффициент трения при той же скорости V=70 км/ч оказывается всего φк = 0.09. а сила трения Т = 0.450 тс., т. е. увеличивается, но всего в 3 раза.
Из сравнения графиков коэффициентов трения чугунных и композиционных колодок видно, что у последних значения φк выше, а сами графики более пологие, т. е. интенсивность снижения коэффициента трения при увеличении скорости значительно меньше.

Коэффициент сцепления

Качение колеса по рельсу без проскальзывания происходит за счет силы сцепления Вс , действующей со стороны рельса на колесо в точке их контакта.

Сцепление колес с рельсами представляет сложный процесс, при котором происходит преодоление механического зацепления микронеровностей поверхностей колеса и рельса и их молекулярного притяжения.
Коэффициент сцепления зависит в основном от осевой нагрузки. состояния поверхностей колеса и рельса, скорости движения, площади контакта, типа тягового привода и может изменяться в широких пределах (0.04 — 0.30). Наиболее неблагоприятное сцепление имеет место при моросящем дожде, образовании на рельсах инея или при загрязнении рельсов перевозимыми нефтепродуктами, смазкой, торфяной пылью. Простым и эффективным способом повышения коэффициента сцепления является подача песка под колесные пары.

Условие безъюзового торможения

Явление, когда колесо прекращает свое вращение и начинает скользить по рельсу при продолжающемся движении поезда, называется заклиниванием или юзом.
Как правило, заклинивание колесной пары не происходит мгновенно. Предварительно колесная пара начинает проскальзывать, скорость ее становится меньше поступательной скорости подвижного состава. Это приводит к увеличению тормозной силы Вт за счет повышения коэффициента трения φк . В точке к контакта колеса с рельсом кинетическая энергия превращается в тепловую, что может привести к сдвигу металла на поверхности катания колеса при проскальзывании (образование навара) или образованию овальной площадки (ползуна) при скольжении. Поэтому максимальная величина тормозной силы ограничивается условиями сцепления колес с рельсами. Следовательно, во избежание юза максимальное тормозное нажатие принимают таким, чтобы тормозная сила не превышала силу сцепления колеса с рельсом. Для этого должно выполняться правило:

где:

• φк — коэффициент трения;
• К — сила нажатия колодок на ось;
• Ψк — коэффициент сцепления колеса с рельсом;
• q — осевая нагрузка.

В этом случае максимальное нажатие колодок на ось равно:

Отношение φк / Ψк = δ

называют коэффициентом нажатия тормозной колодки. При заданной осевой нагрузке допустимые значения коэффициента нажатия будут зависеть от значении Ψк и φк, которые в свою очередь зависят от скорости движения и материала колодок. При расчетах значения 6 для локомотивов принимают в пределах 0.5-0.6.

На рисунке показана зависимость коэффициентов трения чугунной тормозной колодки и сцепления колеса с рельсом при различных скоростях движения. Из приведенных графиков видно, что при снижении скорости в процессе торможения значения φк становятся больше Ψк., следовательно, вероятность заклинивания колесных пар выше при низких скоростях движения; при высоких скоростях значения Ψк больше φк, и значит, опасность юза практически исключается, а силу нажатия колодки на колесо можно увеличить для реализации большей тормозной силы.

Способы регулирования величины тормозной силы

Важной характеристикой тормоза является его способность максимально использовать коэффициент сцепления колес с рельсами. Неполное использование сцепления имеет место в процессе наполнения тормозных цилиндров, то есть когда тормозная сила еще не достигла максимальной величины. Поэтому при допустимых условиях по величинам продольных динамических усилий в поезде и заклиниванию колесных пар стремятся к минимальному времени наполнения тормозных цилиндров.
Коэффициент сцепления уменьшается с ростом скорости движения, что вызывает необходимость изменения тормозной силы (в первую очередь для подвижного состава, оборудованного чугунными тормозными колодками). Для грузовых тормозов большое значение в использовании сцепления имеет соответствие между величиной тормозной силы и весом вагона, поскольку сила сцепления зависит от нагрузки от колесной пары на рельс. Поэтому с целью исключения заклинивания колесных пар применяется весовое и скоростное регулирование величины тормозной силы.

Весовое регулирование. Соответствие между величиной тормозной силы и весом вагона в тормозах грузового типа достигается ручным переключением режимов торможения или применением на грузовых вагонах авторежимов, которые автоматически регулируют тормозное нажатие в зависимости от загрузки вагона. Воздухораспределитель грузового типа имеет три режима торможения: порожний, средний и груженный. Переключение режимов выполняется вручную в зависимости от загрузки вагона, приходящейся на ось.Каждому режиму торможения соответствует определенное давление в тормозном цилиндре.
Автоматический регулятор режимов торможения (авторежим) позволяет избежать ошибки при установке требуемого режима торможения.Корпус авторежима крепится к подрессоренной хребтовой балке вагона, а упор соприкасается с плитой, укрепленной на необрессоренной части тележки. По мере загрузки вагона расстояние между корпусом авторежима и опорной плитой уменьшается вследствие прогиба рессор вагона. Колебания кузова вагона не сказываются на давлении в тормозном цилиндре, так как демпфирующие пружины и дроссельное отверстие гасят колебания подвижной части авторежима.
Загрузку вагона можно оценить по положению клина амортизатора относительно фрикционной планки рессорного подвешивания вагона. Вагон считается порожним, если верхняя плоскость клина амортизатора находится выше фрикционной планки.

Скоростное регулирование тормозной силы. Изменение тормозной силы при уменьшении коэффициента сцепления при высоких скоростях движения сводится к увеличению нажатия на колодку за счет повышения давления в тормозном цилиндре.

В процессе уменьшения скорости при торможении переключение с высокого нажатия (К2) на пониженное (К1) выполняется автоматически специальными скоростными регуляторами при достижении конкретной скорости перехода (например, при V=50 км/ч). Регулятор устанавливается на буксе колесной пары тележки. Регулирование тормозной силы осуществляется в случае применения полного торможения. При полных торможениях и малых скоростях движения величина тормозной силы может превысить значение силы может превысить значение силы сцепления Вс колеса с рельсом, что резко повышает вероятность заклинивания колесных пар.Наличие в составе поезда разнотипных вагонов с различными значениями К делает расчет тормозной сипы с использованием формул 1.1. и 1.2. для определения коэффициентов трения весьма трудоемким. Для упрощения тормозных расчетов пользуются методом приведения, при котором действительные значения К и φк заменяются расчетными значениями К и φкр, а коэффициент трения определяется при одном, условно выбранном тормозном нажатии Ку, но при этом обеспечивалось бы равенство:

Значения Ку принимают: для чугунных колодок — 2. 7 тс. для композиционных колодок — 1.6 тс. Подставляя значения Ку в формулы 1.1. и 1.2. получим значения расчетных коэффициентов трения соответственно для чугунных и композиционных колодок:

 

После подстановки значений φк и φкр в выражение 1.6. получим формулы для определения расчетных сил нажатия чугунных и композиционных колодок:

 

Если в поезде используются тормоза с разными типами тормозных колодок (например, чугунными и композиционными), то необходимо привести расчетное нажатие к одной системе нажатий. Это приведение выполняют умножением величины нажатия на соответствующий коэффициент эффективности, которые зависят от скорости движения. Коэффициенты эффективности определяют исходя из равенства длины тормозного пути при действии колодок разного типа. На железных дорогах России за основную принята система расчетных значений нажатий чугунных тормозных колодок, для которых установлены все тормозные нормативы и действующие номограммы и таблицы зависимости тормозных путей от скорости начала торможения, удельных расчетных нажатий и крутизны уклонов.

Расчет тормозного пути

В настоящее время существует три метода тормозных расчетов:

• аналитический метод Правил тяговых расчетов;
• метод численного интегрирования уравнения движения поезда по интервалам времени;
• графический способ.

С помощью аналитического метода ПТР решают задачи, в которых реализуется полная тормозная сила:

• при определении расстояния ограждения мест препятствий движению поезда – экстренное торможение;
• при выборе расстояния между постоянными сигналами — полное служебное торможение;
• при проверке расчета выбора расстояния между постоянными сигналами – автостопное торможение.

Тормозной путь при полном служебном торможении рассчитывается так же как при экстренном торможении, но значение тормозного коэффициента принимается равным 0.8 от его полного значения.В практике часто возникает необходимость точного расчета тормозного пути или скорости движения поезда при ступенчатых торможениях, во время безостановочного следования по переломному не спрямляемому профилю пути и при других разнообразных условиях торможения. В таких случаях тормозные задачи решают численным интегрированием уравнения движения поезда не по интервалам скорости, а по интервалам времени.

Расчет тормозного пути методом ПТР

Полный тормозной путь Sт, проходимый поездом от начала торможения до остановки, принимается равным сумме пути подготовки тормозов к действию Sп и действительного пути торможения Sд. 

где:

• Vнт — скорость поезда в момент начала торможения, км/ч;
• tп — время подготовки тормозов поезда к действию, с;
• 3.6 – переводной коэффициент. 

Время подготовки тормозов к действию определяется из условия замены медленного, реального процесса наполнения тормозного цилиндра среднего вагона, мгновенным наполнением до полной величины, при условии равенства тормозных путей, проходимых поездом при реальном и условном наполнении тормозных цилиндров.

В зависимости от рода подвижного состава и его длины время подготовки тормозов к действию определяется по формуле 

Величины коэффициентов а и б зависят от рода движения, вида управления тормозами в пассажирском поезде, от длины поезда в осях и принимаются по таблице

Условия выбора величины коэффициента	а	б
Пассажирский поезд :
С пневматическими тормозами	4	5
С электропневматическими тормозами	2	3
Грузовой поезд длиной :
до 200 осей	7	10
до 300 осей	10	15
до 400 осей	12	18
до 400 осей, если все ВР усл. № 483	6	8

Величина действительного пути торможения определяется суммированием величин пути торможения в выбираемых интервалах скорости при условии постоянства величин удельных сил, действующих на поезд в этом интервале, по формуле 1.14 

 

Удельная тормозная сила определяется по формуле

Расчетный тормозной коэффициент поезда с учетом веса и нажатия локомотива вычисляется по формуле 

Сумма расчетных сил нажатия тормозных колодок поезда подсчитывается по формуле или берется из справки формы ВУ-45 

При определении тормозного коэффициента грузового груженого поезда на спусках до 20 ‰ вес локомотива и нажатие его колодок не учитываются.
Основное удельное сопротивление движению поезда при холостом ходе локомотива может быть подсчитано по формуле жатие его колодок

 

Действительный тормозной путь при автостопном торможении определяют так же, как при экстренном торможении, а время подготовки тормозов к действию рассчитывают с учетом дополнительных 12 с, необходимых для срабатывания электропневматического клапана (ЭПК) автостопа.
По результатам расчетов тормозных путей при экстренном торможении строят специальные графики (номограммы) или таблицы, в которых указываются длины тормозных путей в зависимости от расчетного нажатия колодок на 100 тс веса состава или поезда (или в зависимости от расчетного тормозного коэффициента) для различных начальных скоростей и уклонов.Эти номограммы и таблицы приведены соответственно в Правилах тяговых расчетов и в Инструкции по эксплуатации тормозов подвижного состава железных дорог.

В начало статьи
<<Назад ——————————— Дальше >>

Вот как можно рассчитать тормозной путь: Формула

Как рассчитать расстояние тормозного пути автомобиля.

 

Как быстро автомобиль ускоряется, наверное, знает большинство автовладельцев. Даже если вы не замеряли динамику разгона своей машины, вы наверняка смотрели заводские технические характеристики вашего авто, где обычно автопроизводитель указывает минимально возможное время разгона с 0-100 км/час. Но теперь вопрос: сколько времени нужно, чтобы остановить вашу машину? Вы знаете это? Уверены, что нет. Но, оказывается, рассчитать расстояние тормозного пути можно достаточно легко с помощью простой формулы. Мы расскажем вам, как это делается. 

 

Нет такой вещи во Вселенной или материи, которая может мгновенно остановиться. Также и любой автомобиль, когда вы нажимаете педаль тормоза, не сразу может остановиться. Дело в том, что для того чтобы автомобиль или любой объект в нашем мире остановился, необходимо, чтобы он потерял энергию, которая его движет. В результате у любого автомобиля есть тормозной путь, который он проезжает с момента нажатия педали тормоза до момента полной остановки. Это и есть тормозное расстояние машины.

 

Но на самом деле тормозной путь любого авто зависит не только от его характеристик и тормозной системы, но и от реакции водителя при нажатии педали тормоза. Ведь для того чтобы принять решение о необходимости торможения и нажать педаль тормоза, требуется время, которое хоть и минимально, но достаточно, чтобы машина успела проехать немаленький путь. Особенно это важно при большой скорости движения, где за какие-то доли секунды автомобиль проезжает приличное расстояние. Итак, в итоге, чтобы рассчитать реальную длину тормозного пути, нужно учитывать не только время и расстояние, пройденное автомобилем с момента нажатия водителем педали тормоза до момента остановки машины, но и время, необходимое для принятия решения о торможении. Дело в том, что при принятии решения о торможении мы тратим драгоценные секунды. Вот пример:

 

• Время отклика: Прежде чем водитель нажмет педаль тормоза, он должен оценить дорожную ситуацию и определить, необходимо ли торможение. Также нужно понять, какое необходимо торможение – полная остановка автомобиля или простое снижение скорости. Обычно, согласно многочисленным исследованиям, большинству водителей для этого требуется около 0,1 секунды. 

• Время, необходимое для нажатия педали тормоза: После того, как водитель понял, что должен тормозить, необходимо еще примерно 0,8 секунды, для того чтобы переместить ногу с педали газа на педаль тормоза и нажать ее.  

 

Кроме того, даже при нажатии педали тормоза есть еще небольшая потеря времени, связанная с тем, что при нажатии педали тормоза автомобиль, как правило, не начинает резко тормозить. А для того чтобы машина реально начала резко снижать скорость, надо усилить давление на педаль тормоза (пороговое время, необходимое для требуемого тормозного давления в тормозной системе). Также у всех автомобилей разное время отклика на нажатую педаль тормоза. Здесь все, конечно, зависит от конструкции тормозной системы и наличия различной электроники, контролирующей тормоза автомобиля.

 

Смотрите также: Полный привод оказался лучше при торможении, чем привод на два колеса: Видео

 

Вы не поверите, но для того чтобы машина реально начала тормозить после нажатия педали тормоза, необходима еще почти 1 секунда времени. Вы представляете, как это много при движении на большой скорости? За эту лишнюю секунду вы можете проехать очень большой путь. 

 

Что такое формула тормозного пути?

В общем, торможение автомобиля делится на два вида. Например, есть нормальное торможение, а есть экстренное, когда вам нужно резко остановить машину, чтобы избежать аварии.

 

При торможении в повседневной жизни, допустим, если вы хотите остановить автомобиль на светофоре, вы обычно нажимаете педаль тормоза намного плавнее и мягче, чем при необходимости полностью остановить автомобиль на парковке во дворе. В этом случае вы не применяете в машине максимальное тормозное усилие. При таком плавном и мягком торможении, как правило, тормозной путь (тормозное расстояние) увеличивается. Примерное расстояние тормозного пути при нормальном торможении можно рассчитать по следующей простой формуле:

 

(Скорость в км/ч : 10) x (скорость в км/ч : 10) = тормозной путь в метрах

 

При экстренном торможении педаль тормоза, как правило, нажата целиком и с полной силой. Из-за более высокой силы торможения обычно тормозной путь машины сокращается примерно в 2 раза. Поэтому длину тормозного пути можно также вычислить по следующей формуле:

 

(Скорость в км/ч : 10) x (скорость в км/ч : 10) / 2 = тормозной путь в метрах

 

Внимание: Вычисляемый по этим формулам тормозной путь является лишь приблизительным значением и подсказкой для водителей. На самом деле в реальности тормозной путь может быть как меньше, так и больше. Ведь расстояние тормозного пути зависит от навыков и опыта вождения водителя, от технической исправности автомобиля, его конструкции, марки, модели, состояния дорог, состояния протектора резины и многих других факторов, которые напрямую влияют на длину тормозного пути. Но благодаря этим формулам вы примерно сможете высчитать среднюю длину тормозного пути машины при определенной скорости движения. Это позволит вам скорректировать ваш стиль управления автомобилем, а также станет хорошим пособием для водителей-новичков. 

 

Как рассчитать полное время остановки и итоговый тормозной путь?

 

Как мы уже сказали, чтобы рассчитать весь тормозной путь, нужно учитывать потерю времени при принятии водителем решения о торможении (то есть время реакции водителя). Для этого нужно использовать другую формулу, которая обеспечивает более точный приблизительный расчет тормозного расстояния, которое проедет автомобиль в момент принятия решения о необходимости остановки. Вот эта формула:

 

(Скорость в км/ч : 10) x 3 = путь реакции в метрах

 

В итоге, сделав вычисление по вышеуказанным формулам, вы можете вычислить приблизительный итоговый тормозной путь вашего автомобиля при любой скорости движения. Вот пример. Если вы управляете своим автомобилем со скоростью 50 км/ч, то с помощью приведенных формул вычислите следующие значения:

 

• Тормозной путь при принятии решения о торможении на этой скорости (реакция на дорожную ситуацию + принятие решения о торможении + время, необходимое для перемещения ноги с педали газа на педаль тормоза, а также время отклика тормозной системы на нажатую педаль тормоза) составит где-то (50/10) х 3 = 15 метров. То есть пока вы будете принимать решение о торможении при скорости в 50 км/ч, ваша машина проедет 15 метров. 

• Тормозной путь при нормальном торможении (с момента нажатия педали тормоза до момента остановки машины) составит около (50/10) х (50/10) = 25 метров.  

• При экстренном торможении тормозной путь, как мы уже отметили, сокращается примерно в два раза. Соответственно, расчет тормозного расстояния автомобиля, который движется со скоростью 50 км/ч, будет выглядеть следующим образом: (50/10) x (50/10) / 2 = 12,5 метров.

• В результате теперь мы можем вычислить реальный итоговый тормозной путь автомобиля. Так, при нормальном (не резком, а обычном) торможении итоговый тормозной путь составит около 40 метров. При экстренном торможении – не менее 28 метров. 

 

Примечание: Обратите внимание, что если скорость автомобиля будет выше всего в два раза, его итоговый тормозной путь увеличится в четыре раза!!!

 

Смотрите также: Основные принципы работы тормозного механизма автомобиля [Принцип работы и элементы тормозной системы]

 

То есть мнение о том, что при увеличении скорости автомобиля в два раза тормозной путь увеличивается только в два раза, – это чистый воды миф среди многих автолюбителей. Так что имейте это в виду, когда садитесь за руль. Самое удивительное, что об этом не знают даже многие опытные водители. 

 

Пример расчета тормозных и остановочных расстояний
Скорость, в км / ч	Путь, пройденный автомобилем во время реакции водителя, в метрах	Тормозное расстояние, в метрах (с момента нажатия педали тормоза до полной остановки машины)	Итоговый тормозной путь, в метрах
25	7,5	6,25	13,75
50	15	25	40
100	30	100	130
150	45	225	265
200	60	400	460

 

Какие факторы влияют на торможение и тормозной путь?

 

Решающим значением для длины тормозного пути, конечно же, является скорость автомобиля, с которой он движется по дороге. Также на тормозной путь влияет качество установленной на машину тормозной системы. В том числе важную роль, несомненно, играет и состояние дороги (снег, лед, качество асфальта/бетона, трещины в дорожном покрытии, листья, лужи и т. п.). И само собой, не стоит забывать о состоянии шин автомобиля. Ведь в определенных случаях изношенная резина сильно увеличит тормозной путь автомобиля, так как не сможет передавать нормальную тормозную способность дорожному покрытию в отличие от новых шин, имеющих нормальное сцепление с дорогой. 

Также ясно, что на мокрой поверхности тормозное расстояние машины больше, чем на сухом асфальте. 

 

Не стоит забывать и об уровне подготовки водителя. Особенно важна, как мы узнали, для итогового тормозного пути скорость реакции водителя на дорожную ситуацию, требующую остановки автомобиля. Но скорость реакции за рулем зависит не только от опыта вождения. Например, знаете ли вы, что когда вы садитесь за руль в сонном состоянии (не выспались, устали или долго находились за рулем), то скорость реакции может замедлиться почти в два раза по сравнению со скоростью реакции хорошо отдохнувшего водителя.  

В целом же на скорость принятия решения за рулем (скорость реакции) влияет много факторов: возраст водителя, алкогольное или похмельное состояние, употребление определенных медикаментов и в целом состояние здоровья. Так, при многих хронических заболеваниях скорость реакции многих водителей существенно снижается. Следовательно, все эти факторы серьезно влияют на тормозной путь автомобиля. 

 

Смотрите также: Тормозной путь автомобиля: Все что нужно знать

 

То же самое касается и отвлечения внимания из-за смартфонов, которыми так любят пользоваться за рулем многие водители, несмотря на строгий запрет согласно нашему действующему законодательству.

 

Как мы уже сказали, на тормозной путь также влияет время отклика тормозной системы автомобиля на нажатую педаль тормоза. Особенно это касается старых автомобилей. Современные же, как правило, оснащены уже новым поколением тормозов, которые мгновенно активируются за счет максимального тормозного давления, как только вы резко ударите ногой по педали тормоза (например, при экстренном торможении). Эта технология позволила существенно сократить итоговый тормозной путь современных машин. 

 

Как повысить безопасность при управлении автомобилем?

 

Не зря основное правило вождения гласит о том, что водитель должен держать на дороге достаточную дистанцию до других автомобилей, чтобы оставалось пространство для экстренного торможения и для того, чтобы не спровоцировать ДТП. Но, с другой стороны, вы не должны держать дистанцию между автомобилями слишком большой. Помните, что все должно быть в меру. Вот некоторые правила вождения от экспертов:

 

• В городском движении: Держите расстояние до других автомобилей около 15 метров. 
• На автомагистралях, шоссе и проселочных дорогах: При скорости движения около 100 км/ч держите дистанцию примерно 50 метров. При плохой видимости или на скользкой дороге дистанция до других машин должна быть увеличена в два раза. Например, при скорости в 100 км/ч на скользкой дороге держите расстояние до впереди идущей машины минимум в 100 метров.  

Ограничение силы торможения по условию сцепления колес с рельсами в зависимости от скорости движения

Подробности

Категория: Подвижной состав

• локомотив
• схемы
• электрооборудование

Содержание материала

• Электрооборудование и схемы ВЛ80т
• Реакторное оборудование
• ВУК-4000Т
• ВУВ-758
• РВУ-29
• ПКД-142
• ПВЦ-100, ПК-339
• БТС-97
• Реле и панели защиты
• Аппаратура автоматич. управления
• Электропневматическ. оборудование
• Контроллер машиниста КМЭ-70
• БП-149
• Силовые цепи
• Вспомогательные цепи
• Цепи управления
• Подготовка к работе цепей тормож.
• Работа цепей управления
• Защита от юза и кругового огня
• Сигнализация
• Работа цепей управл. при питании
• Система управления эл. торможения
• Ограничение силы торможения
• Ограничение I возбуждения, якоря

Страница 23 из 24

Ограничение силы торможения по условию сцепления колес с рельсами в зависимости от скорости движения
Увеличение силы торможения электровоза может привести к нарушению сцепления колес с рельсами и возникновению юза. Для предотвращения его необходимо ограничивать силу торможения электровоза и, следовательно, ограничивать коэффициент сцепления колес с рельсами. Величина расчетного максимально допустимого коэффициента сцепления ψκ зависит от скорости движения электровоза. По коэффициенту сцепления, зная давление оси на рельс, равное 23 тс и количество осей электровоза, можно определить максимально допустимую силу торможения электровоза: Вэл=23х8 ψκ.
Расчетная кривая ограничения силы торможения в зависимости от скорости движения электровоза по условию сцепления, а также расчетные кривые токов возбуждения и токов якоря тяговых двигателей, кривые ограничения силы торможения по условию ограничения тока якоря и тока возбуждения тяговых двигателей показаны на рис. 55. Каждой точке кривой ограничения по сцеплению соответствует вполне определенный ток возбуждения и ток якоря- тяговых двигателей. Например, для скорости движения 50 км/ч и силы торможения электровоза 36 тс соответствует той возбуждения 545 А и ток якоря тяговых двигателей 860 А.
Таким образом, задаваясь различными токами на кривой ограничения по сцеплению, можно построить зависимость тока якоря от тока возбуждения тяговых двигателей. Следовательно, если система автоматического управления режимом электрического торможения будет ограничивать ток якоря в зависимости от тока возбуждения тяговых двигателей согласно зависимости Iя (Iв), то будет обеспечено ограничение силы торможения электровоза по условиям сцепления колес с рельсами.
При расчете системы автоматического управления для получения необходимой зависимости Iя (Iв) была принята кривая (участок b—с, см. рис. 46) максимально допустимой силы торможения по условию сцепления колес с рельсами в зависимости от скорости движения электровоза Вэл (ν), которая была получена опытным путем во время испытаний электровозов ВЛ80^т на ВосточноСибирской дороге в 1970 г. Использование опытной зависимости Вал (v) позволяет увеличить силу торможения до 50 тс при скорости движения электровоза около 30 км/ч.

Рис. 35. Расчетные тормозные характеристики электровоза
В системе автоматического управления необходимую зависимость Iя (Iв) обеспечивает функциональный преобразователь. Параметры элементов функционального преобразователя и задатчика тормозной силы ЗТС подобраны так, что напряжение функционального преобразователя Uфп и напряжение задатчика тормозной силы Uзд. 
В схеме автоматического управления режимом электрического торможения напряжение функционального преобразователя Uфп складывается с падением напряжения Uя на резисторах R4, R5, которое пропорционально действительному току якоря тяговых двигателей, и прикладывается на резисторы R25, R26 (рис. 56).
Напряжение от задатчика тормозной силы Uзд поступает на клеммы a0, b0 (см. рис. 54) блока ФП-РУ, если управление ведется из кабины 1-й секции, или на клеммы а0, b0, если управление ведется из кабины 2-й секции электровоза. Это напряжение выпрямляется диодными мостами Д27-Д32 и прикладывается к резистору R56. Сумма падений напряжения на части резистора R25 и резисторе R26 суммируется с напряжением задатчика тормозной силы Uзд в контуре, состоящем из резисторов R20, R25, R56, R21 и емкости С10.  

Рис. 56. Упрощенная схема канала ограничения тормозной силы по условию сцепления
Алгебраическая разность трех напряже ний (падением напряжения на резисторах R20, R21 можно пренебречь) выделяется на емкости С10:

 Разность напряжений U зд — пропорциональна заданному току якоря Ia=f (IВ) по условию сцепления колес с рельсами.
1 Для заданного и действительного тока якоря принят один и тот же коэффициент пропорциональности.

В реальных условиях работы электровоза, во время ограничения силы торможения по условию сцепления, ток возбуждения и ток якоря тяговых двигателей все время плавно изменяются (увеличиваются или уменьшаются) в зависимости от изменения скорости движения. Поэтому напряжение Uc10 в цепи управления транзистора ТЗ увеличивает или уменьшает фазу его открытия. Ток в обмотке управления 4Н—4К все время изменяется. Ток якоря тяговых двигателей приближается к своему заданному значению. Устанавливается режим динамического равновесия, при котором соблюдается заданное соотношение между током якоря и током возбуждения.
Происходит ограничение силы торможения в зависимости от скорости движения электровоза.
Участок Ьс (см. рис. 46) на кривой положения 12 задатчика тормозной силы является границей силы торможения, допустимой по условию сцепления колес с рельсами.
Напряжение Uзд изменяется ступенчато в зависимости от положения рукоятки задатчика тормозной силы. Поэтому может быть задано двенадцать (по количеству положений ЗТС) ограничений тормозной силы электровоза в соответствии с различными условиями сцепления.
В режиме подготовительного торможения, когда тормозная рукоятка контроллера машиниста установлена в положение ПТ, задатчик тормозной силы отключен контактом контроллера. Напряжение от обмотки Н1—К1 трансформатора ТР-2 блока БП-2 через делитель напряжения, состоящий из резисторов R23, R24, подается выпрямительному мосту Д23-Д26. Выпрямленное напряжение моста, являющееся задающим напряжением, прикладывается к резистору R56. В дальнейшем работа схемы происходит аналогично работе схемы по ограничению тормозной силы по условию сцепления. Так как напряжение на резисторе R56 оказывается незначительным, то и ограничение тормозной силы получается около 10 тс.

Выходная мощность тахогенератора весьма мала. Для повышения уровня напряжения и мощности сигнала, пропорционального действительной скорости движения электровоза, предназначен усилитель на транзисторе Т5 блока БСС.
Управляющая цепь транзистора Т5 следующая: провод А26, клемма b2 штепсельного соединения, часть резистора R39, часть резистора R55, резистор R40, переход эмиттер—база транзистора Т5, клемма а2 штепсельного соединения, провод А25. В этой цепи переменный резистор R39 служит для компенсации разброса характеристик транзисторов Т5. Резистор R55 предназначен для компенсации износа бандажей в процессе эксплуатации электро воза. Конденсатор С15 фильтрует напряжение входа блока БСС (клеммы а2, b2).
Нагрузочный контур транзистора Т5 образуется обмоткой Н2—К2 трансформатора ТР-2 блока БП-2, выпрямительным мостом Д34-Д37 блока БСС, резисторами R38, R39, R55, R40, цепью эмиттер-коллектор транзистора Т5. На этих резисторах выде ляется сигнал, усиленный по напряжению и мощности по сравнению с напряжением и мощностью тахогенератора и пропорциональный действительной скорости движения электровоза. Напряжение на четырех последовательно включенных резисторах является запирающим для транзистора Т4, так как положительный потенциал этого напряжения прикладывается к базе транзистора Т4. Образуется следующая запирающая цепь: «плюс» выпрямительного моста Д34-Д37, резистор R37, переход база—эмиттер транзистора Т4, часть резистора R36, резистор R35, переход эмиттер—коллектор транзистора Т4, «минус» выпрямительного моста Д34-Д37.
Переменное напряжение, пропорциональное заданной скорости движения, подается на вход блока БСС (клеммы а3, b3, с2). В блоке БСС это напряжение выпрямляется диодами Д42-Д45, если оно приходит от сельсина-датчика первой секции, или диодами Д44-Д47, если оно приходит от сельсина-датчика второй секции электровоза. Выпрямленное напряжение мостов, пропорциональное заданной скорости движения электровоза, фильтруется конденсатором С16. Образуется следующая управляющая цепь транзистора Т4: «плюс» выпрямительных мостов Д42-Д47, резистор R36, переход эмиттер—база транзистора Т4, пять последовательно включенных резисторов R37, R38, R39, R55, R40, «минус» выпрямительных мостов Д42-Д47.
Если напряжение, пропорциональное действительной скорости движения, больше напряжения, пропорционального заданной скорости движения электровоза, то транзистор Т4 оказывается закрытым. Если, наоборот, первое напряжение окажется меньше второго, то этот транзистор открывается. Образуется следующий  контур для протекания тока нагрузки транзистора Т4. Обмотка а7—b7 трансформатора ТР-2 блока БП-2, выпрямительный мост Д38-Д41 блока БСС часть резистора R32, резистор R54, обмотка управления 5Н—5 К магнитного усилителя ТУМ-1 блока ФР-УИ, часть резистора R36, цепь эмиттер—коллектор транзистора Т4.
Несмотря на действие других обмоток управления магнитного усилителя ТУМ-1 наличие тока в обмотке управления 5Н—5R преобразуется и усиливается в сигнал на закрытие тиристоров выпрямительных установок возбуждения 60. По обмоткам возбуждения тяговых двигателей и, следовательно, по тормозным резисторам не протекает ток. Электрического торможения не возникает. Наоборот, отсутствие тока в обмотке управления 5Н—5R обусловливает наличие электрического торможения электровоза.
Таким образом, если действительная скорость больше заданной скорости движения электровоза, то начинается электрическое торможение, а затем снижение скорости движения. Если наоборот действительная скорость меньше заданной скорости движения электровоза, то не возникает электрического торможения. Электровоз начинает увеличивать скорость движения на спуске за счет своей потенциальной энергии.

• << Назад
• Вперёд >>

• Назад
• Вперёд

Последние публикации

Близкие публикации:

• Устройство и эксплуатация электровоза ВЛ80Р
• Неисправности в схеме, проводах тепловозов и их устранение
• Низковольтное оборудование АББ
• Работы с применением грузоподъемных машин и механизмов
• Использование присадок к маслам на тепловозах

© 2009-2022 — lokomo. ru, железные дороги.

Остановись, мгновенье, ты опасно! — Авторевю

Когда разговор заходит об устойчивости и управляемости, полезно вспомнить прогулянные уроки физики — и порисовать ускорения и силы. А чтобы не пойти по ложному пути, сразу ответим на вопрос, который порой ставит в тупик и тех, кто физику не прогуливал.

Какая сила заставляет автомобиль или мотоцикл разгоняться? ­Что-что, мощность? О, крутящий момент? ­Нет-нет, это реактивная сила трения, возникающая в пятне контакта шины с дорогой. Благодаря ей удается и поворачивать, и — что нам сейчас важнее — замедляться. Предельную «движущую» силу в пятне контакта можно описать как произведение силы, с которой покрышка давит на опорную поверхность (суть часть веса транспортного средства, приходящаяся на это колесо), на коэффициент трения (или сцепления). Причем в случае с парой «шина — дорога» уместней говорить именно о сцеплении и, соответственно, о коэффициенте сцепления, который обозначается буквой µ (читается как «мю»). Принципиальная разница со «школьным» коэффициентом трения в том, что если тот лежит в пределах от нуля до единицы, то µ может достигать нескольких единиц, то есть перегрузки могут заметно превышать g (9,81 м/c²). Например, когда пару образуют очень цепкий асфальтобетон и прогретая шина-слик.

Теперь вспомним, что сила — величина векторная, то есть описывается как численным значением, так и направлением, и посмотрим, какие из действующих на мотоцикл «главных» сил стремятся при торможении опрокинуть его вперед, а какие этому препятствуют. Опрокидывающее (или удерживающее от опрокидывания) воздействие описывается так называемым моментом силы — произведением силы на длину плеча воздействия, то есть длину перпендикуляра между центром вращения и вектором силы (или его продолжением). Коль скоро мы рассматриваем вероятность опрокидывания вперед, то центром вращения мотоцикла будем считать пятно контакта передней шины с дорогой (для упрощения картины берем предельный случай, когда переднее колесо заблокировано и сила трения достигла максимума, иначе центром следовало бы считать ось переднего колеса). И, вновь для упрощения, считаем, что мотоцикл — конструкция монолитно-жесткая, что центр масс системы «мотоцикл + мотоциклист» всегда находится на высоте h и аккурат посередине между колесами.

Для упрощения мы разместили центр тяжести ровно между колесами. При движении с постоянной скоростью силы F₁ и F₂ равны между собой, а в сумме они равны силе тяжести (весу) мотоцикла и мотоциклиста Mg (влиянием аэродинамических и прочих сил сейчас пренебрегаем). При замедлении сила F₁ возрастает, а сила F₂, соответственно, падает. Это — динамическое перераспределение веса. Fсц1 и Fсц2 — действующие в продольном направлении на шины силы сцепления, возникающие в пятнах контакта шин с дорогой. Опрокидывающий момент создает сила Fин на плече h, а препятствует ему момент силы тяжести F на плече b

Итак, торможение. Мотоцикл клюет носом: приложенная к центру тяжести сила инерции F (в ее «ньютоновском» смысле как сила противодействия) направлена вперед — и закручивает мотоцикл по часовой стрелке с моментом Mah, попутно увеличивая вертикальную силу F₁, с которой переднее колесо давит на дорогу (происходит так называемое динамическое перераспределение веса), а значит, и направленную назад силу сцепления Fсц1 в пятне контакта переднего колеса. В той же мере ослабляется сила F₂ и, соответственно, сила сцепления Fсц2 в пятне контакта заднего колеса. Препятствует же опрокидыванию направленный против часовой стрелки момент, создаваемый силой тяжести Mg, то бишь весом мотоцикла и мотоциклиста, который по отношению к центру опрокидывания действует на плече b, то есть равен Mgb. Заднее колесо потеряет сцепление с дорогой или начнет отрываться, когда момент, создаваемый силой Fин на плече h, сравняется или превысит момент силы тяжести на плече b. Поскольку совокупная масса мотоцикла и мотоциклиста M фигурирует во всех противоборствующих силах и моментах, причем исключительно в первой степени, мы вычеркиваем ее из наших уравнений — и приходим к выводу, что склонность мотоцикла к опрокидыванию через переднее колесо зависит от его колесной базы (в нашем случае это 2b) и высоты h центра тяжести, а влияние массы (по крайней мере на этапе простых линейных зависимостей) исчезает. Чем ниже центр тяжести и чем длиннее колесная база мотоцикла, тем лучше он застрахован от опрокидывания — и тем большее замедление может развить с помощью тормозов!

Можно оценить и максимально возможное замедление:

С оговоркой, что ни при каких обстоятельствах это замедление не превысит gµ. Напомним, что величина b лишь в нашем случае равна половинке колесной базы, а в более общем — это расстояние «по горизонтали» от центра переднего колеса до центра тяжести.

И еще один вывод: чем более скользкая дорога, тем, как ни странно, у мотоцикла выше шанс развить такое же предельное замедление, что и автомобиль. Если, конечно, этот автомобиль не ­ЛуАЗ-969, который сначала делал stoppie похлеще мотоцикла, но завершал измерение тормозного пути с отменным результатом; с другой стороны, на скользкой дороге и «потерять» мотоцикл легче.

Только не надо сейчас про гироскопические моменты, моменты инерции и импульсы. Еще раз: это упрощенная картинка, цель которой — показать самые важные закономерности! А начни мы оценивать влияние всех факторов — и объем этой эпистолы разрастется до добротной кандидатской.

Лучше предупредить, что с потерей надежного сцепления заднего колеса с дорогой, уж не говоря о подъеме колеса, мотоцикл, скорее всего, начнет «складываться» — и система «мотоцикл + мотоциклист» может разобщиться гораздо раньше завершения сальто. Ведь не бывает, особенно при торможении, идеально прямолинейного движения, как не бывает, чтобы руль стоял идеально прямо, а мотоциклист сидел так, чтобы его центр тяжести не был смещен вбок относительно продольной оси мотоцикла. Посмотрите на мотоцикл сверху (а лучше нарисуйте еще одну похожую картинку): малейшее смещение центра тяжести в сторону — и появляется «разворачивающий» момент, а если при этом заднее колесо едва касается дороги, то остается уповать на мастерство или чудо. А ведь мы рассмотрели только «легкий» случай, когда мотоцикл едет прямо!

А теперь вслед за Владимиром Здоровым едем на полигон!

Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при торможении только передних колес Калькулятор

Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при торможении только передних колес Решение

ШАГ 0: Сводка предварительных расчетов

ШАГ 1: Преобразование входных данных в базовые единицы

Коэффициент трения для тормоза: 0,35 —> Преобразование не требуется
Нормальная реакция между землей и передним колесом: 11 Ньютон — > 11 Ньютон Преобразование не требуется

ШАГ 2: Вычисление формулы

ШАГ 3: Преобразование результата в единицу измерения

3,85 Ньютон —> Преобразование не требуется

< 10+ калькуляторов силы

Нормальная сила для колодочного тормоза, если линия действия тангенциальной силы проходит над точкой опоры (против часовой стрелки)

Нормальная сила = (Сила, приложенная к концу рычага*Расстояние ч/б точки опоры и конца рычага)/(Расстояние ч/б точки опоры и оси колеса+(Коэффициент трения для тормоза*Сдвиг по линии действия тангенциальной силы) ) Идти

Нормальная сила для колодочного тормоза, если линия действия тангенциальной силы проходит ниже точки опоры (против часовой стрелки)

Нормальная сила = (сила, приложенная к концу рычага*расстояние ч/б точки опоры и конца рычага)/(расстояние ч/б точки опоры и оси колеса-(коэффициент трения для тормоза*сдвиг по линии действия тангенциальной силы )) Идти

Нормальная сила для колодочного тормоза, если линия действия касательной силы проходит над точкой опоры (по часовой стрелке)

Нормальная сила = (сила, приложенная к концу рычага*расстояние ч/б точки опоры и конца рычага)/(расстояние ч/б точки опоры и оси колеса-(коэффициент трения для тормоза*сдвиг по линии действия тангенциальной силы )) Идти

Нормальная сила для колодочного тормоза, если линия действия касательной силы проходит ниже точки опоры (по часовой стрелке)

Нормальная сила = (Сила, приложенная к концу рычага*Расстояние ч/б точки опоры и конца рычага)/(Расстояние ч/б точки опоры и оси колеса+(Коэффициент трения для тормоза*Сдвиг по линии действия тангенциальной силы) ) Идти

Усилие на рычаге простого ленточного тормоза для вращения барабана против часовой стрелки

Сила, приложенная к концу рычага = (Натяжение на слабой стороне ленты * Перпендикулярное расстояние от точки опоры)/Расстояние ч/б точки опоры и конца рычага Идти

Усилие на рычаге простого ленточного тормоза при вращении барабана по часовой стрелке

Сила, приложенная к концу рычага = (Натяжение на натянутой стороне ленты * Перпендикулярное расстояние от точки опоры)/Расстояние ч/б точки опоры и конца рычага Идти

Нормальная сила, прижимающая тормозную колодку к колесу для колодочного тормоза

Нормальная сила = (Сила, приложенная к концу рычага * Расстояние ч/б от точки опоры до конца рычага)/Расстояние ч/б от точки опоры до оси колеса Идти

Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса, при торможении только передних колес

Тормозное усилие = Коэффициент трения для тормоза * Нормальная реакция между землей и передним колесом Идти

Максимальное значение суммарной тормозной силы, действующей на задние колеса, при торможении только задних колес

Тормозное усилие = Коэффициент трения для тормоза * Нормальная реакция между землей и задним колесом Идти

Тормозное усилие на барабане для простого ленточного тормоза

Тормозное усилие = (натяжение на натянутой стороне ленты — натяжение на слабой стороне ленты) Идти

Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при торможении только передних колес Формула

Тормозное усилие = Коэффициент трения для тормоза * Нормальная реакция между землей и передним колесом
F _{торможение} = μ _{торможение} *R _A

Что такое тормозная система в автомобиле?

Тормозная система предназначена для замедления и остановки движения транспортного средства. Для этого различные компоненты тормозной системы должны преобразовывать энергию движения автомобиля в тепло. Это делается с помощью трения. Трение — это сопротивление движению двух тел друг другу.

Как рассчитать максимальную тормозную силу, действующую на передние колеса, когда тормозят только передние колеса?

Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса, когда тормоза применяются только к передним колесам. Калькулятор использует Тормозное усилие = Коэффициент трения для торможения*Нормальная реакция между землей и передним колесом для расчета тормозного усилия. Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при тормоза применяются только к передним колесам, формула определяется как мера тормозной силы транспортного средства. Тормозное усилие обозначается цифрой F _{торможение} символ.

Как рассчитать максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса, при торможении только передних колес с помощью этого онлайн-калькулятора? Чтобы использовать этот онлайн-калькулятор для расчета максимальной силы торможения, действующей на передние колеса при торможении только передних колес, введите коэффициент трения для торможения (μ _тормоз ) и нормальную реакцию между землей и передним колесом (R _A и нажмите кнопку расчета. Вот как расчет максимальной тормозной силы, действующей на передние колеса, когда тормоза применяются только к передним колесам, можно объяснить с заданными входными значениями -> 3,85 = 0,35*11 .

Часто задаваемые вопросы

Каково максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при торможении только передних колес?

Формула Максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при торможении только передними колесами, определяется как мера тормозной силы транспортного средства и представляется как Тормозная сила = Коэффициент трения для тормоза*Нормальная реакция между землей и передним колесом . Коэффициент трения для торможения — это отношение, определяющее силу, которая сопротивляется движению одного тела по отношению к другому телу, находящемуся с ним в контакте.

Как рассчитать максимальное тормозное усилие, действующее на передние колеса при торможении только передних колес?

Максимальная тормозная сила, действующая на передние колеса, при торможении только передними колесами Формула определяется как мера тормозной силы транспортного средства, рассчитанная с использованием Тормозное усилие = Коэффициент трения для тормоза*Нормальная реакция между землей и передним колесом . Чтобы рассчитать максимальную тормозную силу, действующую на передние колеса, когда тормоза применяются только к передним колесам, вам потребуется Коэффициент трения для тормоза (μ _тормоз ) и нормальная реакция между землей и передним колесом (R _A . С нашим вам нужно ввести соответствующее значение для коэффициента трения для торможения и нормальной реакции между землей и передним колесом и нажать кнопку расчета.Вы также можете выбрать единицы (если есть) для ввода (ов) и вывода.

Сколько существует способов расчета тормозной силы?

В этой формуле сила торможения использует коэффициент трения для торможения и нормальную реакцию между землей и передним колесом. Мы можем использовать 4 других способа (способов) для расчета того же самого, которые заключаются в следующем:

• Тормозная сила = (Натяжение на натянутой стороне ленты — Натяжение на слабой стороне ленты)
• Тормозная сила = Коэффициент трения для тормоза*Нормальная реакция между землей и задним колесом
• Тормозная сила = (Масса транспортного средства*Замедление транспортного средства)-(Масса транспортного средства*Ускорение под действием силы тяжести*sin(Угол наклона плоскости к горизонтали))
• Тормозная сила = (Масса транспортного средства*Замедление транспортного средства)- (Масса автомобиля*Ускорение под действием силы тяжести*sin(Угол наклона плоскости к горизонтали))

Доля

Скопировано!

Разгон и торможение

Что происходит, когда мы нажимаем на газ или тормоз в машине? машина прижимается к дороге, чтобы ускориться (педаль газа) или замедлить (педаль тормоза). Но как силы на автомобиль и колеса распределены? Что определяет, будет ли колеса цепляются за дорогу или теряют сцепление с дорогой и пробуксовывают или скользят?

Для изучения этой проблемы нам понадобится модель. Начнем с самой простой модели, а затем постепенно рассматривайте более сложные модели.

Классический американский пони-кар: Форд 1965 года Мустанг Фастбэк с Золотым Мост Ворот на заднем плане. Источник изображения: фликр изображение Ника Арес (СС BY-SA 2.0) (полноразмерный изображение).

Массовая модель

Простейшая модель автомобиля — лечить все транспортное средство как точечная масса. На у нас есть вертикальный баланс сил для неподвижного автомобиля. Когда машина , на автомобиль действует горизонтальная поступательная сила и соответствующая обратная горизонтальная сила на земле. В качестве машина набирает скорость, воздух сопротивление создает обратную силу. На схеме мы вытянули некоторые силы, смещенные от центра масс, поэтому чтобы векторы не пересекались. Поскольку мы предполагаем модель точечной массы, однако все векторы действительно действуют в та же самая точка.

При движении с постоянной скоростью есть баланс между горизонтальной движущей силой и силой сопротивления к сопротивлению воздуха. Когда машина, существует обратная сила, которая замедляет автомобиль до остановка.

Мы можем думать о векторах силы (например, о силе земли). на автомобиле) как в отдельных горизонтальных, так и в вертикальных или как унифицированные векторы. Может быть полезно приостановить в течение а также рассмотреть действующие силы.

2D-модель твердого тела

Рассмотрим автомобиль, стоящий неподвижно на земле, как показано на рисунке. ниже. Мы возьмем весь автомобиль плюс колеса, чтобы быть одно твердое тело. Ясно, что это неточно (колеса не могу повернуться), но все равно полезный.

Начинаем с неподвижной машины, сидя на Дорога. Гравитация действует вниз через центр масс, в то время как на колеса действуют восходящие силы реакции и соответствующие равные и противоположные силы направлены вниз на земля. Поскольку автомобиль не ускоряется, общее силы на автомобиль уравновешены, как мы можем видеть на .

Когда водитель, это приводит к тому, что автомобиль давит на дороге, давая чистую поступательную силу на ведущие колеса ( задние колеса для нашей машины), и машина разгоняется до крейсерская скорость. Здесь мы включаем воздух сопротивление, но без учета качения сопротивление, а при движении с постоянной скоростью движущая сила точно уравновешивает силу сопротивления воздуха сопротивление. Когда водитель, машина толкает по дороге, чтобы замедлить вниз, создавая обратную силу на оба колеса и вызывая автомобиль тормозить до полной остановки.

Повторите / прокрутите несколько раз, показывая файл . Соблюдайте горизонтальные и вертикальные силы дороги на колесах автомобиля. Также просмотрите силы как в и как векторы полных сил.

Вертикальные силы дороги на автомобиль всегда должны уравновесить гравитационную силу, но мы можем видеть, что распределение между передними и задними колесами меняется по мере машина разгоняется и тормозит. Это потому, что горизонтальные движущие и тормозные силы находятся ниже центра массы и производят момент. Автомобиль не вращается, так что этому моменту должен противодействовать грунт силы. Направления силы означают, что задние колеса принимают больше веса при разгоне, при этом передние колеса принимают больший вес при торможении.

Тяга, ускорение и торможение

Максимальная сила, с которой автомобиль может оттолкнуться от дорога ограничена трением коэффициент шины, умноженный на нормальный сила. Это относится как к разгону, так и к торможению.

Таким образом, чтобы ускориться как можно сильнее, мы должны использовать заднее колесо. схема привода. Однако если мы слишком сильно ускоримся, то задние колеса будут проскальзывать и испытывать пробуксовку, потому что динамический коэффициент трение ниже статического коэффициента. Пока высокопроизводительные приложения обычно хотят поддерживать тяга во всех случаях, впечатляющие эффекты тяги потери иногда производятся преднамеренно. Вращение сзади колеса в выгорании производит дым, поскольку шины испаряются из-за тепла от трение. Тяга гонщики выгорают в начале гонки, чтобы очистить шины и нагрейте их до оптимальной температуры. Чтобы легко произвести выгорание линии блокировки можно установить так, чтобы тормоза применялись только к передние колеса (хотя это часто запрещено на улице машины). В качестве альтернативы, выгорание может быть выполнено с помощью выключение сцепления, запуск двигателя на высоких оборотах, а затем быстро выжать сцепление. Тогда большой угловой момент двигателя обеспечивает вращательный импульс на задние колеса, из-за чего они теряют тягу.

Даже если тяга сохраняется при разгоне, секунда проблема, которая может возникнуть, заключается в том, что крутящий момент сзади колес может быть достаточно, чтобы поднять передние колеса с землю, чтобы автомобиль выполнял задний ход. Этот происходит очень легко для мотоциклов и велосипедов BMX из-за высокое отношение центра масс к колесной базе, но может также возникают у автомобилей с плохой геометрией и достаточным сила.

Проблемы проскальзывания и отрыва колес возникают в задний ход при торможении. Любой автомобиль с исправными тормозами имеет достаточную тормозную силу, чтобы вызвать блокировку колес, даже в сухую погоду с хорошим сцеплением. По этой причине многие автомобили теперь включают антиблокировочную систему тормозные системы (ABS), которые обнаруживают блокировку колес и быстро пульсировать тормозное усилие, чтобы предотвратить блокировку. Даже лучше этого электронные системы распределения тормозных усилий (EBD), которые применяют максимальное тормозное усилие на каждое колесо при сохранении сцепления и контроль, лучше, чем любой водитель без посторонней помощи достигать. За счет переноса веса на передние колеса во время торможения передние тормоза обычно сильно большее усилие и поэтому изнашиваются раньше, чем задние тормоза.

2D-модель с несколькими телами

Чтобы понять, как силы и моменты действуют на колеса, необходимо отделить одно твердое тело модель на несколько твердых тел. Самый простой вариант у этого есть одно твердое тело для тела, и четыре жестких кузова для колес. Будем считать, что два фронта колеса всегда действуют как пара (одинаковые силы, одно и то же движение) и аналогично для двух задних колес.

Опять начинаем с неподвижной машины, а на мы видим баланс вертикальных сил. Помните, что сила, показанная на каждом колесе, действительно удваивается, так как есть два передних и два задних колеса.

Если мы сейчас, затем мы видим момент по часовой стрелке, приложенный к задней части (вождение) колеса. Это заставляет колесо вращаться, но силы трения означает, что он должен катиться без проскальзывание, поэтому должна быть передняя контактная сила заставляя его ускоряться вперед. Противодействие этому является обратная сила реакции автомобиля на колесо. На автомобиля мы видим, что существуют равные и противоположные силы и моменты на осях. Как и в случае с одним твердым телом, у нас есть сеть горизонтальная сила, вызывающая ускорение вперед, и момент баланс означает, что вес автомобиля переносится прежде всего на задние колеса.

прикладывает обратные моменты к обоим колесам, заставляя их замедлять. Для предотвращения скольжения существует сила, действующая назад. от земли в месте контакта. Потому что колесо замедляется, автомобиль толкает ось вперед. силы земли/оси пытаются повернуть колесо вперед, которому должен противодействовать тормозной момент. Таким образом, тормозной момент противодействует как вращательному инерции колеса, а также пары сил от силы на землю/оси. Из них силовая пара значительно больше (остановка колеса без прикрепленного автомобиля будет сравнительно легко для тормозов). При торможении видим снова вес переносится на передние колеса.

Более сложные модели

Хотя мы можем многое узнать о характеристиках автомобиля из простые модели с твердым телом и многотельные модели, существует множество физики игнорируются этими моделями, что может быть важно для инженерного проектирования.

И автомобиль, и шины являются деформируемыми телами. деформация шины отвечает за контакт патч, который создает силы трения, которые позволяют автомобиль для ускорения и торможения. Физика трения контакт между шиной и землей может быть очень сложным, т.к. может геометрия шины. Современные шины имеют сложный рисунок протектора с канавками и выступами, предназначенными для отвода воде и снегу, сохраняя сцепление даже в сложных условия.

Колеса не только деформируются по отдельности, но и не связан жестко с кузовом автомобиля, т. к. выше, но на самом деле они соединены подвесом система, состоящая из связей, пружины и амортизаторы. Они позволяют как комфортная езда и безопасное управление автомобилем.

Приведенные выше простые модели включали простую модель воздушного потока. сопротивлением, но качением пренебрегли сопротивление. Это сила, создаваемая главным образом шина сжимается и снова расширяется при контакте с землю, когда она катится, создавая обратную силу на рулевое колесо. Использование стальных колес на стали может привести к поездам до десяти в разы меньшие коэффициенты сопротивления качению, чем у автомобиля шины, что является одной из причин эффективности железнодорожного транспорта. транспорт.

Конструкция тормозной системы

Вышеупомянутая модель показывает равную тормозную силу, приложенную к передней части и задние колеса. Это и неэффективно, и опасно, т.к. задние колеса будут заблокированы, пока передние колеса неподвижны превращение. См. #avs для рулевого управления и скольжения. Мы хотим подать заявку больше силы на передние тормоза, чтобы мы могли доставить наибольшая общая сила, но при этом нет скольжения. Это может быть достигается электронным системы распределения тормозных усилий (EBD), однако возможны и традиционные системы.

Основная схема тормозной системы состоит в том, что педаль тормоза давит на главный цилиндр , который сжимает гидравлическая тормозная жидкость в тормозную строки . Это затем толкает рабочие цилиндры в каждое колесо, которые прижимают тормозные колодки к тормозные диски (для дисковых тормозов; барабанные тормоза несколько иначе). Комбинация рабочих цилиндров и тормозные колодки и их корпус называется тормоз суппорт .

Чтобы приложить большее усилие к передним тормозам, одна простая система на практике используется, чтобы рабочие цилиндры передних колес имеют больший диаметр, чем задние колеса. Потому что давление в тормозных магистралях одинаковое везде сила, действующая на поршни, пропорциональна к их площади поперечного сечения, что приводит к большему усилию с цилиндры переднего колеса большего диаметра.

В современных автомобилях используются более совершенные системы. Главный цилиндр обычно содержит два поршня в параллельном расположении, поэтому что он может оказывать давление на передние или задние тормозные магистрали даже если в другой тормозной магистрали появится утечка. Измерение клапан подает давление на задние тормоза перед спереди, улучшая устойчивость рулевого управления автомобилем и позволяя используются смешанные барабанно-дисковые системы. Давление дифференциальный клапан обнаруживает утечки тормозной жидкости по определение разного давления в линии спереди/сзади. А пропорциональный клапан помогает при применении разное распределение давления на задние тормоза.

Модель автомобиля

Это 1965 год Форд Мустанг Фастбэк. масса кузова автомобиля 1100 кг и каждое из колес имеет массой 20 кг, что дает общую массу 1180 кг. Мы предполагаем, что колеса представляют собой однородные цилиндры. Размеры автомобиля показаны ниже.

92\) для Мустанг).

Как рассчитать тормозной путь

Тормозной путь, также называемый тормозным путем, представляет собой расстояние, пройденное транспортным средством с момента полного торможения до полной остановки движения. Это часто дается как расстояние 100-0 км/ч, т.е. 56,2 м, измерено на сухом асфальте. Иногда также указывается время, необходимое для остановки.

Однако, хотя это кажется простым случаем: сесть в машину, двигаться с определенной скоростью, затормозить и измерить расстояние, на самом деле физика и механика процесса довольно сложны. Например, если тест проводится на взлетно-посадочной полосе самолета в сухую погоду, тормозной путь будет намного короче, чем на обычной дороге в сухую погоду, потому что асфальт в аэропорту имеет большее сцепление с дорогой, чем обычный асфальт. Если условия влажные или влажные, сцепление будет меньше, а тормозной путь будет больше. Если шины недостаточно или чрезмерно накачаны, это повлияет на тормозной путь, а также на качество тормозных колодок и тормозной баланс.

Прежде чем использовать антиблокировочную систему тормозов, водитель должен был обладать навыками, позволяющими максимально эффективно использовать тормозной потенциал автомобиля, не блокируя колеса и не вызывая заноса. Теперь ABS означает, что вы можете немедленно применить максимальную мощность торможения, что сокращает расстояние. Другие электронные средства безопасности, такие как электронное распределение тормозного усилия, гарантируют, что тормозная мощность динамически назначается каждому колесу в различной степени по мере изменения относительного сцепления с поверхностью. Это означает, что транспортное средство может иметь два колеса на гравии на обочине дороги и два колеса на асфальте и все равно тормозить на прямой, потому что ни одно из колес не заблокируется и не занесет.

Важным компонентом общего тормозного пути в реальной жизни является время реакции водителя. В то время как гонщик, который ожидает, что ему придется затормозить, может среагировать за полсекунды или меньше, водители в реальной жизни относительно самодовольны, и время реакции 1,5-2 секунды является нормой. В старых драйверах это может достигать 2,5 секунд.

Факторы, влияющие на тормозной путь

Тормоза

Тормоза замедляют автомобиль за счет трения. При расчете тормозного пути предполагается, что тормоза каждого колеса достаточно сильны, чтобы заблокировать колесо, и не претерпят каких-либо ослаблений на протяжении торможения. Различные типы тормозов имеют разный уровень эффективности и постоянства. Большинство автомобилей имеют дисковые тормоза. На этом изображении показаны передние диски FPV GT с перфорированными и прорезными тормозными дисками — спортивный тормозной пакет.

Сопротивление качению

Сопротивление качению вызвано действием силы тяжести на шину, которая вызывает ее деформацию в месте соприкосновения с дорогой. При этом используется энергия, т. е. часть энергии, направленной вперед, преобразуется в энергию, необходимую для деформации шины. Это второстепенный фактор.

Сопротивление воздуху

Большинство современных автомобилей довольно аэродинамически эффективны и не обладают большим сопротивлением ветру. Влияние сопротивления ветра больше на высоких скоростях, но все же не так сильно с точки зрения замедления автомобиля, если только это не сильный встречный ветер. Некоторые спортивные автомобили, такие как McLaren MP4-12C, используют свой спойлер в качестве воздушного тормоза, наклоняя его вверх, чтобы обеспечить плоскую поверхность против потока воздуха над автомобилем и увеличить тормозной путь. Это дорого и не практикуется в обычной дорожной машине.

Шины

Трение шин о дорогу, поскольку шины замедляются тормозами, является основной причиной короткого тормозного пути. Если тормозные суппорты прикладывают к тормозным дискам слишком большое усилие, это приведет к тому, что шины превысят свой предел трения, и колеса заблокируются.

Тип и состояние дороги, а также температура и степень влажности влияют на степень трения дороги. Консистенция резины шины, рисунок протектора и давление накачки влияют на коэффициент трения шины.

Начальная скорость

Чем быстрее вы едете, тем дольше вы останавливаетесь, и это не линейная зависимость. Чем выше скорость, тем экспоненциально длиннее тормозной путь

Градиент

Градиент влияет на тормозной путь под действием силы тяжести. Если автомобиль движется в гору, гравитационные силы, действующие против движения автомобиля, заставят его остановиться быстрее; если он движется под гору, гравитация пытается удержать автомобиль в движении, что увеличивает тормозной путь.

Буксировка

Когда автомобиль тормозит при буксировке прицепа, прицеп толкает автомобиль вперед, если у прицепа нет собственных тормозов.

Типовой суммарный тормозной путь

Мы уже знаем, что на это влияет огромное количество факторов, но давайте предположим, что автомобиль средних размеров с хорошими шинами движется по сухой дороге:

\[\ начало {выровнено} h_1 &= {0,31\rm\ м} & \ell_1 &= {0,98\rm\ м} \\ h_2 &= {0,29\rm\ м} & \ell_2 &= {1,41\rm\ м} \\ h_3 &= {0,79\rm\ м} & \ell_3 &= {1,41\rm\ м} \\ & & \ell_4 &= {0.80\rm\ м} \конец{выровнено}\]

Скорость	Расстояние реакции	Тормозной путь	Общий тормозной путь
40 км/ч	17м	9м	26м
50 км/ч	21м	14м	35 м
60 км/ч	25 м	20 м	45 м
70 км/ч	29м	27 м	56 м
80 км/ч	33 м	36 м	69м
90 км/ч	38 м	45 м	83м
100 км/ч	42м	56 м	98м
110 км/ч	46 м	67м	113м

А теперь если взять ту же машину на мокрой дороге:

Скорость	Расстояние реакции	Тормозной путь	Общий тормозной путь
40 км/ч	17м	13 м	30м
50 км/ч	21м	20 м	41м
60 км/ч	25 м	29м	54 м
70 км/ч	29м	40 м	69м
80 км/ч	33 м	52 м	85 м
90 км/ч	38 м	65 м	103м
100 км/ч	42м	80м	122 м
110 км/ч	46 м	97м	143м

Приведенные выше данные взяты из Департамента транспорта и магистральных дорог правительства Квинсленда, поскольку Транспортное агентство Новой Зеландии не предоставляет точных данных.

Тем не менее, мы посетили демонстрацию торможения с использованием нового универсала Ford Fiesta на автостоянке стадиона Trusts в Хендерсоне. Положение конусов показывает точку остановки носа автомобиля на разных скоростях. Это меньше приведенных цифр, но машина была совершенно новая на новых шинах и является достаточно легкой машиной.

Автомобиль остановился меньше своей длины на скорости 30 км/ч, примерно на своей длине на скорости 40 км/ч, удвоил свою длину на скорости 50 км/ч и утроил свою длину на скорости 60 км/ч.

Расчеты

Если вышеизложенное не объяснило это достаточно хорошо, возможно, поможет чистая физика.

 

Даррен Коттингем

Даррен написал более 3000 статей о вождении и транспортных средствах, а также почти 500 обзоров автомобилей и многочисленные курсы вождения.

Метки: тормоза, торможение, тормозной путь, скорость, тормозной путь | Опубликовано в Советы, Автомобиль, Тяжелый автомобиль, Мотоцикл

машиностроение — Какую тормозную силу генерируют автомобили?

спросил 4 года 8 месяцев назад

Изменено 4 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 2к раз

$\begingroup$

Я пытался найти фактические данные о тормозной способности автомобилей (чтобы определить такие вещи, как время остановки). Насколько я понимаю, это происходит из двух частей: максимальное усилие, которое тормоза могут приложить к шинам, и максимальное усилие, которое шины могут приложить к дороге.

Я хотел бы найти цифры для конкретных автомобилей (или тормозных систем, или шин), но меня бы устраивали любые цифры для реальных автомобилей в разумных условиях. Математические задачи такого рода легко найти в Интернете, но я не ожидаю, что их рисунки будут иметь много общего с реальным миром.

Если бы кто-нибудь мог указать мне правильное направление (технические паспорта автомобилей, сторонние испытания, правительственные постановления и т. д.), я был бы очень признателен.

• машиностроение
• автомобилестроение
• энергетика

$\endgroup$

11

$\begingroup$

Чтобы уточнить мой комментарий; явно создаваемая тормозная сила определяется тем, насколько сильно вы нажимаете на педаль тормоза. Требуемое усилие для блокировки колес (при отключенной АБС) зависит от силы сцепления шины с дорогой. Допустим, наша шина имеет постоянный коэффициент трения, равный 1. Это упрощенная ситуация, когда сила сцепления с шиной равна силе, действующей на шину от веса автомобиля.

Это позволяет вам замедляться (или ускоряться) с максимальной скоростью 1G или 9,81 м/с2 до того, как ваши шины начнут скользить. Это означает, что вы остановитесь за 2,83 секунды при скорости 100 км/ч. Из этого рисунка видно, что время разгона до 100 км/ч у большинства суперкаров ограничено шинами. Они используют как можно более широкие шины на ведущих колесах, чтобы максимизировать сцепление с дорогой. Нагрев шин и снижение давления в них, а также скользкая поверхность на сухом горячем асфальте еще больше увеличивают их сцепление с дорогой. Но он не позволяет вам разогнаться до 2G или что-то в этом роде.

На самом деле коэффициент трения не близок к константе и намного сложнее. На самом деле ваши шины всегда проскальзывают, это основная причина их износа. Ухудшается в поворотах, разгоне, торможении и т.д., но всегда присутствует в определенном количестве.

Также резко снижается сцепление с дорогой, когда колесо начинает проскальзывать на определенную величину. Я считаю, что обычно это было 20% или около того. В этой точке у вас есть только кинетическое трение, которое всегда ниже статического трения. Вот почему работает ABS, она постоянно восстанавливает статическое трение, кратковременно отпуская тормоза. Я надеюсь, что это поможет вам лучше понять, как и почему работают шины.

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Тормозные системы в автомобилях могут быть оценены с точки зрения мощности торможения в лошадиных силах, которая представляет собой чистую силу трения, действующую на тормозной диск или барабан, умноженную на скорость вращения диска или барабана в точке контакта этой силы. При таком описании автомобильные тормоза могут рассеивать сотни лошадиных сил при резкой остановке.

Я не знаю, существуют ли какие-либо обязательные стандарты торможения, основанные на номинальной тормозной мощности, но с практической точки зрения тормоза в автомобиле можно считать адекватными, если они способны блокировать колеса на любой скорости движения автомобиля. (при отсутствии какой-либо системы АБС) с помощью мышечных сил водителя. Это гарантировало бы, что тормозная система может оказывать оптимальное тормозное усилие, определяемое как создаваемое непосредственно перед тем, как трение качения уступает место трению скольжения.

$\endgroup$

5

Твой ответ

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя адрес электронной почты и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Обязательно, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

Использование теста сила-скорость для определения оптимальной силы торможения в спринтерском упражнении на велоэргометре с фрикционной нагрузкой

. 1996;74(5):420-7.

дои: 10.1007/BF02337722.

М Т Линосье ¹ , Д. Дормуа, Р. Фуке, А. Гейссан, С. Дени

принадлежность

• ¹ Laboratoire de Physiologie, GIP Exercise, Факультет медицины Сент-Этьен, Франция.

• PMID: 8954289
• DOI: 10.1007/BF02337722

MT Linossier et al. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1996.

. 1996;74(5):420-7.

дои: 10. 1007/BF02337722.

Авторы

М Т Линосье ¹ , Д. Дормуа, Р. Фуке, А. Гейссан, С. Дени

принадлежность

• ¹ Laboratoire de Physiologie, GIP Exercise, Факультет медицины Сент-Этьен, Франция.

• PMID: 8954289
• DOI: 10.1007/BF02337722

Абстрактный

Группа из 15 нетренированных мужчин крутила педали на велоэргометре с фрикционной нагрузкой как можно быстрее в течение 5-7 с, чтобы достичь максимальной скорости (vmax) при различных тормозных усилиях (FB). Мощность усреднялась во время полного оборота кривошипа путем прибавления мощности, рассеиваемой против FB, к мощности, необходимой для ускорения маховика. Для каждого спринта были определены пиковая выходная мощность (Wpeak), выходная мощность, достигнутая при vmax (Wvmax), рассчитанная как произведение vmax и FB, и работа, выполненная для достижения vmax, выраженная в средней выходной мощности (Wvmax). Были исследованы взаимосвязи между этими параметрами и ФБ. Биопсия латеральной широкой мышцы бедра и томоденситометрические рентгенограммы обоих бедер были взяты в покое для определения метаболических и морфометрических свойств мышц. Значение Wpeak было одинаковым для всех ФБ. Поэтому среднее значение определяли как скорректированную максимальную мощность (Wmax). Это значение было на 11% выше, чем максимальная выходная мощность без поправки на ускорение. В то время как определение Wmax не требовало высоких нагрузок, самое высокое значение Wvmax (Wmax) было получено при большой нагрузке, о чем свидетельствует параболическая зависимость Wvmax-FB. Для каждого испытуемого тормозная сила (FB,Wmax), дающая Wmax, была определена как оптимальная. FB,Wmax, равный 0,844 (SD 0,108) Н·кг-1 массы тела, был связан с площадью мышц бедра (r = 0,78, P <0,05). Максимальная скорость (vm, Wmax), достигаемая против этой силы, по-видимому, больше связана с внутренними свойствами волокна (% площади быстро сокращающихся волокон b и активность аденилаткиназы). Таким образом, исходя из определения Wmax, предполагается, что можно предсказать условия для оптимальных упражнений на велоэргометре.

Похожие статьи

• Производительность и характеристики волокон скелетных мышц человека во время короткой спринтерской тренировки и разтренировки на велоэргометре.

  Линосье М.Т., Дормуа Д., Гейссан А., Денис С. Линоссье М.Т. и соавт. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1997;75(6):491-8. doi: 10.1007/s004210050194. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1997. PMID: 9202944

• Оптимальная скорость для максимальной выработки мощности при неизокинетической езде на велосипеде зависит от состава мышечных волокон.

  Hautier CA, Linossier MT, Belli A, Lacour JR, Arsac LM. Hautier CA, et al. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1996;74(1-2):114-8. дои: 10.1007/BF00376503. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1996. PMID: 8891509 Клиническое испытание.

• Выходная мощность и мощность определяются по силам трения педалей и маховика во время кратковременной максимальной нагрузки на велоэргометре.

  Хиби Н., Фуджинага Х., Исии К. Хиби Н. и др. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1996;74(5):435-42. дои: 10.1007/BF02337724. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1996. PMID: 8954291

• Мощность, мышечная работа и внешние силы в езде на велосипеде.

  де Гроот Г., Велберген Э., Клийсен Л., Кларийс Дж., Кабри Дж. , Антонис Дж. де Гроот Г. и соавт. Эргономика. 1994 янв; 37(1):31-42. дои: 10.1080/00140139408963620. Эргономика. 1994. PMID: 8112280 Обзор.

• Мышечная механика: адаптация с упражнениями-тренировками.

  Фиттс Р.Х., Видрик Дж.Дж. Фиттс Р.Х. и соавт. Exerc Sport Sci Rev. 1996; 24:427-73. Exerc Sport Sci Rev. 1996. PMID: 8744258 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Максимальная мышечная сила: уроки спринтерской езды на велосипеде.

  Дуглас Дж., Росс А., Мартин Дж.С. Дуглас Дж. и др. Открытый мед. спорт. 2021 15 июля; 7 (1): 48. doi: 10.1186/s40798-021-00341-7. Открытый мед. спорт. 2021. PMID: 34268627 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Методы профилирования мощность-сила-скорость во время спринтерского бега: описательный обзор.

  Кросс М.Р., Бругелли М., Самозино П., Морин Д.Б. Кросс М.Р. и др. Спорт Мед. 2017 июль; 47 (7): 1255-1269. doi: 10.1007/s40279-016-0653-3. Спорт Мед. 2017. PMID: 27896682 Обзор.

• Различия скоростно-силовых характеристик верхних и нижних конечностей боксеров-мужчин, не участвующих в соревнованиях.

  Джовани Д., Николаидис П.Т. Джовани Д. и др. Int J Exerc Sci. 2012 15 апреля; 5(2):106-113. Электронная коллекция 2012. Int J Exerc Sci. 2012. PMID: 27182379 Бесплатная статья ЧВК.

• Надежность скоростно-силовых тестов при езде на велосипеде и проворачивании коленчатого вала у мужчин и женщин.

  Джаафар Х., Аттиогбе Э., Руис М., Вандевалле Х., Дрисс Т. Джафар Х. и др. Биомед Рез Инт. 2015;2015:954780. Дои: 10.1155/2015/954780. Epub 2015 11 октября. Биомед Рез Инт. 2015. PMID: 26539544 Бесплатная статья ЧВК.

• Измерение максимальной (анаэробной) выходной мощности на велоэргометре: критический обзор.

  Дрисс Т., Вандевалле Х. Дрисс Т. и др. Биомед Рез Инт. 2013;2013:589361. дои: 10.1155/2013/589361. Epub 2013 29 августа. Биомед Рез Инт. 2013. PMID: 24073413 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

использованная литература

1. 1. Int J Sports Med. 1991 Февраль;12(1):17-20 — пабмед
2. 1. J Гистохим Цитохим. 1970 сент.; 18(9):670-2 — пабмед
3. 1. Int J Sports Med. 1994 апр; 15 (3): 116-21 — пабмед
4. 1. Eur J Appl Physiol Occup Physiol. 1983;51(3):409-17 — пабмед
5. 1. J Appl Physiol Respir Environ Exerc Physiol. 1983 июль; 55 (1 часть 1): 218-24 — пабмед

термины MeSH

Физика остановки автомобиля

Тормозной путь

Вопрос: если автомобилю, движущемуся со скоростью 20 миль в час (миль в час), требуется 20 футов, чтобы остановиться, какое расстояние требуется для скорости 40 миль в час?

1. 10 футов.
2. 20 футов.
3. 40 футов.
4. 80 футов. 92 \end{уравнение} Где:
   • $E_k$ = Кинетическая энергия, джоули
   • $m$ = Масса, кг
   • $v$ = скорость, м/с

Оказывается, тормозной путь автомобиля пропорционален его кинетической энергии. 2} {b} \end{уравнение} Где:

• $d$ = Общий тормозной путь (реакция + торможение), м.
• $v$ = скорость автомобиля, км/ч.
• $r$ = Время реакции водителя, сек.
• $b$ = коэффициент коэффициента торможения.

Заметки:

• Левая часть уравнения ($r v \frac{10}{36}$) преобразует время реакции водителя в расстояние, пройденное за это время.
92}{b}$) вычисляет тормозной путь, применяя коэффициент коэффициента торможения ($b$) к квадрату скорости автомобиля. Предполагая, что дорожное покрытие сухое, ровное, типичное значение $b$ будет равно 170, но это эмпирический коэффициент — он получен из полевых измерений.
• Это уравнение можно переписать для неметрических единиц измерения, но проще и надежнее преобразовать его аргументы и результаты в/из метрических единиц:
  • Чтобы преобразовать входную скорость из миль в час (MPH) в KPH, умножьте на 1,6092}{b}$).

  Таблицы тормозного пути

  Вот таблицы типичных значений, полученных с помощью приведенного выше уравнения, которые полностью соответствуют данным, опубликованным организациями общественной безопасности.

  • Метрические единицы: (км/ч, метры):

  • Имперские единицы (MPH, футы):

  В этих таблицах предполагается сухое ровное дорожное покрытие и время реакции водителя 1,5 секунды. Оказывается, в широких пределах и из-за физики трения шин размер шин и их нагрузка (от массы транспортного средства) существенно не меняют результат для большинства транспортных средств (подробности ниже в разделе «Распространенные заблуждения»). ), поэтому приведенные выше таблицы обеспечивают достаточно точные прогнозы тормозного пути, но приведенное ранее уравнение является более гибким и полезным, чем эти таблицы.

  Калькулятор

  Этот калькулятор предоставляет результаты для введенной пользователем скорости, времени реакции водителя и коэффициентов торможения. Выберите единицы ввода и вывода и введите значения в этих единицах.

  Записи
  Скорость:		км/ч	миль в час
  Время реакции:		Секунды
  Коэффициент торможения:		Эмпирический
  Результаты
  Расстояние реакции:		Метры	Ноги
  Тормозной путь:
  Реакция+тормозной путь:

  Распространенные заблуждения

  Масса автомобиля

  При фиксированном размере шин и в разумных пределах увеличение массы автомобиля не должно увеличивать его тормозной путь. Причина в том, что шины более тяжелого автомобиля воздействуют на дорогу с большей силой — эффективность торможения определяется сочетанием площади поверхности и силы. Повышенная инерция более тяжелого транспортного средства уравновешивается его повышенной поверхностной силой.

  Площадь поверхности шины

  На первый взгляд может показаться, что увеличение размера и площади контакта шины с дорогой должно улучшить ее тормозные характеристики — в конце концов, с дорогой соприкасается больше резины. Но, как оказалось, для данной массы автомобиля каждый квадратный метр поверхности большей шины давит на дорогу с меньшей силой, и (как объяснялось выше) эффективность торможения является результатом комбинации площади поверхности и силы. Вот почему мы не видим гигантских шин на автомобилях водителей, заботящихся о безопасности — это просто не работает.

  Двигаясь в другом направлении, если мы сделаем шины слишком маленькими, энергия торможения расплавит их поверхности, что снизит их эффективность. Кроме того, маленькие шины имеют тенденцию к более быстрому износу при нормальной эксплуатации, поэтому существует более низкий практический предел размера шин.

  Тормозной путь грузовика

  Операторы большегрузных автомобилей часто утверждают, что у большого грузовика должен быть больший тормозной путь, потому что для остановки большей массы требуется большее расстояние. Это неверно, и я собираюсь доказать это ниже. Как только вы прочтете доказательство, вы поймете, что аргумент о тормозном пути большого грузовика не имеет смысла. Вот так:

  Представьте себе внедорожник весом четыре тонны с четырьмя шинами. Его тормозной путь можно точно предсказать, используя приведенное ранее уравнение тормозного пути.
  Сравните внедорожник с большим грузовиком, который весит 20 тонн и имеет 20 шин. Сможет ли этот большой тяжелый грузовик — в пять раз массивнее внедорожника — остановиться на том же расстоянии? Да, должно быть так — читаем дальше.
  А теперь представьте пять четырехтонных внедорожников, едущих близко друг к другу, почти соприкасаясь. Если они все одновременно задействуют тормоза, каждый внедорожник остановится на том же расстоянии, что и при разделении * .
  Теперь представьте, что пять внедорожников соединены между собой металлическими стержнями, так что они становятся одним транспортным средством — транспортным средством, которое весит 20 тонн и имеет 20 шин. Что изменилось? Каждый водитель применяет свои тормоза одинаково, поэтому объединенная группа внедорожников останавливается на том же расстоянии, что и отдельные внедорожники, когда они разделены. Соединение пяти отдельных четырехтонных внедорожников стало транспортным средством, которое весит 20 тонн, имеет 20 шин и останавливается на том же расстоянии, что и один внедорожник . К.Э.Д. *

  Это правда, что в современной реальности большие грузовики требуют большего тормозного пути, чем маленькие автомобили, но причина этого в экономике, а не в физике. В принципе, большие грузовики можно было бы спроектировать так, чтобы они останавливались на том же расстоянии, что и маленькие автомобили, если бы мы хотели заплатить за инженерные усовершенствования.

  Заключение

  Вот основные выводы этой статьи:

  • Тормозной путь автомобиля увеличивается пропорционально квадрату его скорости (без учета времени реакции). В два раза быстрее, в четыре раза больше тормозного пути.
  • Тяжелые автомобили с надлежащими тормозами должны останавливаться на том же расстоянии, что и легковые автомобили , потому что шины большегрузного автомобиля либо более многочисленны, либо с большей силой прижимаются к дороге.

  Обычно незнание физики и математики только неудобно, но при проблемах с остановкой автомобиля это может привести к гибели.

  Обратная связь с читателем

  Тормозной путь для грузовиков | Тормозной путь автомобиля в неблагоприятных условиях | Тормозной путь на склоне | Тормозной путь без тормозов | Пологий рельеф, мокрый асфальт, листья на дороге — Помогите! | Тормозной путь тягача с прицепом

  Тормозной путь для грузовиков

  Спасибо за ваше объяснение характеристик торможения автомобиля. Было интересно читать. Однако хочу опровергнуть ваше утверждение, что «большие грузовики» останавливаются на том же расстоянии, что и внедорожник. Я с нетерпением жду опровержения, которое понимает и признает лежащую в основе физику. Ваше сравнение: (Сравните внедорожник с большим грузовиком, который весит 20 тонн и имеет 20 шин. Может ли этот большой, тяжелый грузовик — в пять раз массивнее внедорожника — остановиться на том же расстоянии? Да, так и должно быть — читайте дальше .)

  Американский коммерческий грузовой автомобиль (также известный как тягач с прицепом) — это транспортное средство с комбинированной максимальной полной массой 80 000 фунтов. Обычно они загружаются до полной массы 50 000–70 000 фунтов. Существуют специальные разрешения, которые можно получить для превышения этого веса с немодифицированным оборудованием. Вес грузовика и прицепа может значительно различаться. Тормозные системы обычно настраиваются так, чтобы они были наиболее эффективными при среднем значении. Кроме того, в своем утверждении вы указываете, что у коммерческого грузовика 20 шин на земле. На самом деле, у большинства их всего 18. Да, и каждая из этих 18 шин давит на тротуар с пропорционально большей силой, чем одна с 20 шинами, поэтому, если у грузовика адекватные тормоза, тормозной путь такой же. Если грузовик загружен легким или пустым, грузовик будет склонен к более легкому разрыву сцепления с дорогой и вызовет остановку на большом расстоянии. Подождите… так вы говорите, что если грузовик слегка загружен, ему требуется больше тормозного пути, а не меньше? Наверняка вы видите противоречие в своем утверждении — что если грузовик тяжело нагружен, ему нужно больше пути для остановки, а если он мало нагружен, то ему также требуется больше времени для остановки? Если грузовик загружен тяжелее, чем установленный уровень, для рассеяния большей энергии потребуется больше времени. Нет, более высокая кинетическая энергия рассеивается на том же расстоянии, потому что давление шин на асфальт пропорционально больше — по пути грузовика выделяется больше тепла, но тормозной путь тот же. Все дело в физике — если тормозная система правильно спроектирована и шины не плавятся при больших нагрузках, то тормозной путь на сухом ровном асфальте одинаков. В своей статье я подчеркиваю это с некоторым количеством внедорожников N, но если вы предпочитаете, я могу добавить внедорожники, чтобы они были равны массе любого мыслимого грузовика с любым количеством колес.

  Вот вывод: если увеличить массу автомобиля с тем же количеством шин, каждая шина давит на дорогу с большей силой, поэтому тормозной путь остается прежним. Если вы уменьшите массу автомобиля, шины будут давить с меньшей силой, поэтому тормозной путь останется прежним. Чтобы узнать о лежащих в основе физике и математике, см. мой справочный список внизу этого сообщения. Таким образом, сравнения транспортных средств — это не яблоки с яблоками. Если бы вы поняли ключевые моменты моей статьи, вы бы поняли, что для правильно спроектированных тормозов, шин соответствующего размера и одинаковой поверхности всем транспортным средствам требуется одинаковый тормозной путь. По сути, ваши 5 внедорожников буксируют один дополнительный внедорожник без пары колес и пытаются остановиться на том же расстоянии. Подумайте о том, что вы говорите. Если я удвою количество внедорожников в моем примере, тормозной путь останется прежним. Если вместо этого я нагружу каждый внедорожник большей массой, их шины будут давить на тротуар с большей силой, поэтому они остановятся на одном и том же расстоянии.

  Ссылка: Зависит ли тормозной путь автомобиля от веса автомобиля? (ResearchGate)

  Цитата: «Приведенное выше уравнение показывает, что тормозной путь не зависит от массы автомобиля».

  Ссылка: Тормозной путь для автомобилей (HyperPhysics)

  Цитата: «Обратите внимание, что это [уравнение] подразумевает, что тормозной путь не зависит от массы автомобиля».

  И так далее, сотни ссылок. Ты же не думаешь, что я это выдумал? Это было бы невероятно безответственно, и я мог бы нести ответственность за последствия.

  Надеюсь, это поможет, и спасибо, что написали.

  Тормозной путь автомобиля в неблагоприятных условиях

  Спасибо за такое четкое объяснение тормозного пути. Это определенно информирует мое письмо.

  Известны ли общие дополнительные факторы, которые могут быть учтены в случае дождя или снега во время вождения? Конечно, существует большое количество переменных, которые не могут быть легко сведены в таблицы вне условий тестирования. Я пытаюсь выяснить, есть ли общее правило, которое можно было бы предложить об остановке в определенных условиях.

  Пример. Если среднему автомобилю требуется примерно 200 футов для остановки на чистом, ровном, сухом асфальте с использованием средней тормозной силы, можем ли мы установить следствие, которое в целом описывает тормозной путь для других условий, таких как «Из-за переменных XYZ, вождение во влажных условиях требуется в 1,8 раза больше тормозного пути, чем в сухих»?

  Надежно это сделать нельзя. Рассмотрим переменные:

  • Пресловутая комбинация гравийной поверхности и антиблокировочной системы тормозов, последняя из которых будет скользить по гравию и почти не будет прикладывать тормозного усилия, ошибочно посчитав, что сцепление с дорогой потеряно. Это сочетание факторов нужно испытать, чтобы поверить.
  • Дождь первого сезона на асфальте, покрытом масляными отложениями прошлого сезона.
  • Новый снег поверх слоя старого снега. Когда это происходит на крутой местности, это приводит к сходу лавин. Когда это происходит на дорогах, возникает ложное чувство безопасности, потому что верхний слой снега выглядит свежим и податливым, но под ним скрывается скользкая поверхность.
  • Черный лед, очень опасный и часто появляющийся, когда температура воздуха намного выше точки замерзания, потому что тротуар излучает свое тепло прямо в космос, не обращая внимания на температуру промежуточного воздуха (в физике излучение намного эффективнее конвекции).
  • Неровные поверхности с пятнами воды и эффектом аквапланирования.

  Нет, эти и другие условия означают, что нельзя с уверенностью сказать, каким будет тормозной путь на любой другой поверхности, кроме сухого ровного покрытия.

  Тормозной путь на склоне

  Спасибо за информацию о механике тормозного пути для среднего автомобиля на «ровной» поверхности, сухом покрытии, шинах среднего состояния и т.д. Но… как изменится математика/физика, если поверхность не ровная, а имеет склон? Скажем 10%. Масса автомобиля не изменилась. А силы трения? Во-первых, для наклона s , выраженное в процентах, угол в градусах равен tan ^-1 ( s / 100), поэтому для наклона 10% это 5,71 градуса — назовем это θ.

  Вертикальная составляющая массы (которая давит на шины и дорожное покрытие) в среднем составляет м cos(θ) ( м = масса транспортного средства), поэтому для случая уклона 10 % эффективная масса трения составляет 99,5% массы уровня. Но инерционная масса транспортного средства (препятствующая изменению скорости) остается неизменной. Поэтому у нас уже есть фактор в вертикальном измерении, который работает против эффективного стопа.

  К этому добавляется эффект наклона. Сила, пропорциональная м sin(θ), добавляется к силам, действующим на автомобиль и его шины, или вычитается из них. Для 5,71 градуса это примерно равно 0,1 м . Таким образом, для направления вниз эффективный тормозной путь только за счет этого фактора увеличивается на 10%. Подчеркну, что этот фактор нельзя оценить независимо от предшествующего фактора («вертикальной составляющей»), который приводит к уменьшению эффективной тормозной массы автомобиля, но без изменения его инерционной массы.

  Более формально, для промежуточных углов между 0 и 90 градусами математика становится очень сложной, поскольку она также зависит от поведения подвески автомобиля и его центра масс. Приведенные выше уравнения применимы только — и только приблизительно — для углов, близких к нулю.

  Все вышеизложенное становится практически неработоспособным, если мы попытаемся рассчитать конкретное воздействие на четыре отдельные шины для автомобиля с высоким центром масс (шины, расположенные ближе к центру масс, получают большую нагрузку, шины, расположенные дальше от центра масс, получают меньше). Дойдя до крайности, если транспортное средство находится в свободном падении (в вакууме), вымышленных сил нет, поэтому в этот момент оно полностью исключается из уравнения, верно? Да. В этот момент это классический объект, падающий по баллистической траектории, без тормозной силы. Интересно, что в среде с меньшим гравитационным ускорением, такой как Луна, массы могут быть легче подняты против силы тяжести, но они имеют одинаковую инерцию, поэтому для перемещения объекта (приложения ускорения) на ровной поверхности без трения требуется такое же количество силы. как на земле. Астронавтам Аполлона оказалось на удивление трудно приспособиться к гораздо меньшей гравитационной массе, но той же инерционной массе — некоторые просто падали. Так как же меняется физика при наклоне в 10%? Как указано выше. В общем, простого ответа нет. После вычисления вышеприведенного тестового примера я бы не стал делать окончательное заявление об этом. Рассмотрим транспортное средство с тяжелым верхом или транспортное средство, которое наклонено в сторону, а также движется вверх или вниз по склону — это помешало бы любой реалистичной предварительной оценке тормозного пути.

  Тормозной путь без тормозов

  При скорости 300 миль в час, сколько времени потребуется, чтобы остановиться без тормозов? Я подумываю построить 1/4-мильную полосу сопротивления, которая может безопасно выдерживать любую скорость, поэтому я пытаюсь вычислить без тормозов расстояние, которое потребуется, чтобы остановиться на скорости 300 миль в час. Без тормозов? Вы упустили важную информацию. Если я представлю идеальную машину с нейтральной коробкой передач, идеальными подшипниками и гоночной трассой на Луне (или где-либо еще без сопротивления воздуха), машина будет никогда не останавливайся . Это , а не , jamais, noch nie, numquam . Это будет продолжаться вечно.

  Вы должны понимать, что у движущегося автомобиля есть кинетическая энергия, и чтобы автомобиль замедлился, эта энергия должна быть преобразована в другую форму. Сопротивление ветру — один из источников рассеивания энергии, тормоза — другой. Добавьте несовершенные подшипники, сопротивление качению шин и некоторые другие.

  Но, не зная, будет ли рассеиваться энергия движения автомобиля, невозможно дать оценку. Без какой-либо потери энергии первый закон Ньютона гласит: «Объект будет оставаться в покое или в равномерном прямолинейном движении, если на него не воздействует внешняя сила». Спасибо любезно. Пожалуйста.

  Наклонная местность, мокрый асфальт, листья на дороге — Помогите!

  Мне нужна твоя помощь. При уклоне 3 1/2% и скорости 40 миль в час, какой тормозной путь будет у 4000-фунтового автомобиля на асфальтированной дороге и в сухую погоду, В сырую погоду И с мокрыми листьями. При тех же параметрах 3 1/2% уклона на спуске со скоростью 40 миль в час, какой будет аналогичный тормозной путь перед 18-колесным транспортным средством весом 70 000 фунтов. Предполагая, что все тормоза работают правильно, все шины имеют соответствующий протектор. На эти вопросы нельзя ответить с какой-либо достоверностью. Слишком много независимых факторов. Ни одному профессионалу не придет в голову присвоить твердое число проблеме с таким количеством смешанных факторов. Но вот несколько общих принципов:

  • Первый пункт: Масса транспортного средства не должна иметь значения, равно как и количество колес и шин, при условии, что транспортное средство сконструировано правильно, поэтому шины и тормоза не расплавятся и не сгорят под нагрузкой.

    Чтобы понять, почему, представьте себе пять одинаковых автомобилей весом 7 тонн (14 000 фунтов) каждый с четырьмя шинами. Проверьте их независимый тормозной путь — сделайте заметки.

    Теперь представьте, что все пять транспортных средств движутся близко друг к другу с одинаковой скоростью на демонстрации, и все они одновременно останавливаются. Это даст тот же тормозной путь, что и при независимой остановке транспортных средств.

    Теперь — прочитайте внимательно — представьте, что пять транспортных средств соединены друг с другом жесткими стальными стержнями, поэтому они движутся как единое целое. Проверьте их тормозной путь. Это будет так же, как если бы транспортные средства не были соединены вместе, но, соединив их, вы собрали транспортное средство, которое весит 35 тонн (70 000 фунтов), имеет 20 шин, но которое останавливается в то же время и на том же расстоянии, что и когда они были разделены .

    Вывод из этого мысленного эксперимента должен заключаться в том, что размер и масса транспортного средства не имеют значения , только чтобы у него были адекватные тормоза и шины.

  • Второй пункт: если вы сравниваете два транспортных средства одинаковой массы, но у одного из них меньше или меньше шин, чем у другого, это также не имеет значения. Причина в том, что автомобиль с меньшим количеством шин прижимает эти шины к дороге с большей силой, а трение при торможении пропорционально силе, умноженной на площадь — больше сила, меньше площадь.

  Таким образом, мы можем утверждать два момента: (1) размер и масса автомобиля не имеют значения, и (2) количество колес/шин не имеет значения (при условии, что шины не плавятся под нагрузкой).

  Что касается наклонной местности, мокрого асфальта, листьев на дороге, то Вашей постановки задачи недостаточно, чтобы сделать достоверный вывод. Даже состояние сухого наклонного дорожного покрытия осложняется тем, что два автомобиля с разными центрами масс будут иметь разный тормозной путь, потому что наклонная поверхность по-разному помещает центр масс над шинами, и чем больше уклон, тем больше разница. . Таким образом, невозможно предсказать результат с какой-либо достоверностью.

  Внимательный исследователь спросил бы: «Какие листья? С какого дерева? Источает ли дерево масло из своих листьев? Может ли один лист когда-либо быть поверх другого листа? И сколько воды — влажные условия, условия замерзания , условия аквапланирования?» Этот гипотетический исследователь в конце концов сказал бы: «Невозможно сказать, каким будет тормозной путь , если мы не измерим его ».

  Таблицы тормозного пути транспортных средств работают только для сухого, ровного дорожного покрытия и механически исправных транспортных средств, и даже в этом случае существуют искажающие факторы, такие как температура.

  Поскольку это выглядит как домашнее задание, я настоятельно рекомендую вам просто сказать, что для надежного ответа недостаточно информации. Если выяснится, что ваш инструктор ожидает определенного тормозного пути при указанных условиях, я предлагаю вам сменить инструктора. Большое спасибо. Добро пожаловать.

  Тормозной путь тягача с прицепом

  Ваше объяснение тормозного пути интересно. У меня есть несколько замечаний. Тракторные прицепы (полуприцепы) ДЕЙСТВИТЕЛЬНО требуют больше времени для остановки, чем ваш пример с 5 внедорожниками. Вы сравниваете яблоки с апельсинами. Если вы хотите провести точное сравнение, вам нужно будет сравнить внедорожник, буксирующий прицеп, с полуприцепом. Нет, вы хотели бы сравнить два внедорожника подряд, но я уже освещал этот случай. Но если обратиться непосредственно к вашему примеру, представьте себе трактор и прицеп, следующие друг за другом, не прикрепленные. Прицеп волшебным образом разгоняется до высокой скорости, затем активируется его антиблокировочная система. Влияет ли отрицательно на тормозной путь тот факт, что впереди нет трактора? Нет, если торможение выполнено должным образом, без шансов на складной нож.

  Это означает, что между тягачом и прицепом не может, да и не должно быть продольной силы. Если бы это было не так, они бы либо развалились, либо сложились. В правильно сконструированной машине прицеп никогда не должен толкать трактор, потому что это может привести к складному ножу. Причина, по которой внедорожники / автомобили останавливаются быстрее, заключается в переносе веса на передние колеса, которые переносят вес на передние колеса, увеличивая сцепление этих шин. Это верно для любого автомобиля с любым количеством колес. Это неверно — и не может быть правдой — для прицепа за тягачом по очевидным соображениям безопасности. Трейлер не может прижиматься к трактору, это было бы очень опасно. Прицеп позади полуприцепа не передает никакого веса на передние колеса, чтобы увеличить торможение, фактически прицеп пытается продолжать движение по прямой линии (Ньютон; движущееся тело имеет тенденцию оставаться в движении).