Системы поддержания динамической устойчивости транспортного средства ABS, TRC и VSC

передаваемая через сцепление с покрышками:
Fmax < μl .m.g*. k (N)
k = Вес автомобиля, приходящийся на используемые шины Общий вес автомобиля
F = m.a → a = F → m
amax = μl . g ≈ μl . 10

TRC

ABS

Ускорение

Замедление

Физический предел Fmax= μ.m.g*

F = m.a

F = m.a

Область
устойчивости

*g = 9,81 м/с2

** Бывшие в употреблении
покрышки:
Торможение: 4
Тяговое усилие: 2 - 4

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

сила, передаваемая через сцепление с покрышками:
Fmax = μs .m.g

TRC

ABS

VSC

VSC

Ускорение

Замедление

Поворот

F = m.a

F = m.a

Fc = m . v2/r

Поворот

Область
устойчивости

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

vmax = ? (см. следующий слайд)

Физический предел Fmax= μ.m.g*

m . v²/r
→ v² = Fc . r m
F = μ .m.g
V2 = μ .m.g . r m
Максимальная скорость автомобиля:
→ vmax = µs .g. r

Fc

r

m

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

:СКОЛЬЖЕНИЕ

10 - 30% → Fb = max.

Зона противодействию
блокированию (ABS)

Коэффициент трения при торможении μb

Коэффициент скольжения (%)

0

20

40

60

80

100

Сухой бетон

Влажный асфальт

Лёд

10

30

Неустойчивое
движение

μmax

μsl

Устойчивое
движение

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Рыхлый снег

Скольжение =

Vавтомобиля - Vколеса

Vавтомобиля

Х 100%

разрушение/износ
Сцепление:
Трение, которое создаётся между резиной и поверхностью дороги при движении автомобиля, является результатом:
Профиля поверхности
Свойства материалов
Контактного давления
Большая нагрузка увеличивает площадь контакта

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Сцепление

Разрушение/износ

Поверхность
дороги

Скольжение резины

Небольшая
вертикальная нагрузка

Резина

Поверхность дороги

Большая
вертикальная нагрузка

Резина

Поверхность дороги

v

Большая нагрузка увеличивает площадь контакта

Деформация
(гистерезис)

v

разрушение/износ
Гистерезис:
Потеря энергии из-за деформации шины во время движения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Сцепление

Разрушение/износ

Поверхность дороги

Скольжение резины

v

Большая
Вертикальная нагрузка

Резина

Механическое заклинивание участков резины
(деформирование резины)
Разность давлений на сторонах клиньев

Поверхность дороги

v

Деформация
(гистерезис)

v

разрушение/износ
Разрушение и износ
Резина создаёт тяговое усилие за счёт разрушения и износа материала

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Сцепление

Разрушение/износ

Поверхность дороги

Скольжение резины

v

Деформация
(гистерезис)

v

и износ Fwear
Суммарное трение Ftotal
Ftotal = Fad + Fdef + Fwear

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Сцепление

Разрушение/износ

Поверхность дороги

Скольжение резины

v

Деформация
(гистерезис)

v

μb
Коэффициент сцепления при ускорении μd
Трение резины имеет 2 главные составляющие:
Сцепление:
Результат межмолекулярного сцепления деформированной резины с поверхностью дороги
Зависит от скорости в м/с между шиной и поверхностью дороги
Максимальное значение достигается при скорости 0,05 м/с
Уменьшается при более высокой скорости
Гистерезис
Результат внутреннего демпфирования при вязкоупругой деформации резины
Работа деформации > работа восстановления формы → Работа → тепловая энергия
Растёт с увеличением скольжения (скорость скольжения)

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Продольное скольжение (%)

Коэффициент продольного трения μ

0

0

20

40

60

80

100

μ max

-20-40%

μsl

Трение
качения

Трение
скольжения

Сцепление

Гистерезис

Критическое значение скольжения

1,0

0,5

сцепления приходится основной вклад в создание тягового усилия шины, но для этого необходим тесный контакт между поверхностями трения
Трение сцепления резко уменьшается при наличии прослойки (смазки) между поверхностями трения (пыль, вода, лёд…). → При наличии прослойки между поверхностями трения (пыль, вода, лёд…) на первый план выходит трение деформации.
Вязкоупругость:
Гистерезис ≅ потери энергии:
Деформированная резина полностью свою форму восстановить не может.

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Вертикальная нагрузка

Скользящая резина

Низкий гистерезис

Поверхность дороги

Вертикальная нагрузка

Скользящая резина

Высокий гистерезис

Поверхность дороги

скорости скольжения 0,05 м/с
Уменьшается при более высокой скорости скольжения
Гистерезис:
Увеличивается с увеличением* скорости скольжения
Гистерезис + Сцепление:
Уменьшается с увеличением* скорости скольжения

Коэффициент продольного трения μ

Скорость скольжения, м/с

Сухо

Влажно

Сухо

Сухо

1,0

0,5

: Сцепление (сухо)

: Гистерезис (сухо)

: Сцепление + гистерезис (сухо)

10

20

30

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

0,05

0

* Примечание:
Скорость скольжения (м/с) увеличивается, когда увеличивается скольжение (%)
Скорость скольжения (м/с) увеличивается с ростом скорости автомобиля (м/с) для одного и того же скольжения (%)

: Сцепление + гистерезис (влажно)

ABS
Коэффициент трения при ускорении μd → TRC
Для замедления (ABS) и для ускорения (TRC):
При скольжении 20%: значение μ
максимально
При скольжении 100%: значение μ на
20-40% меньше

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Коэффициент продольного скольжения (%)

Коэффициент продольного трения μ

0

0

20

40

60

80

100

μ max

-20-40%

μsl

Трение
качения

Трение
скольжения

Сцепление

Гистерезис

Критическое
значение
скольжения

1,0

0,5

= max. → Fs = max.
Скольжение* = 100% → μs = 0 → Fs = 0
*Продольное скольжение

Коэффициент поперечного сцепления μs Коэффициент продольного сцепления при торможении μb

0

20

40

60

80

100

Зона противодействия
блокированию (ABS)

Лёд

Сухой бетон

Влажный асфальт

Продольное скольжение (%)

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

поверхностью дороги
В пределах круга = сцепление
Радиус
= Сила сцепления
Окружность = Fmax
Коэффициент трения:
μmax при скольжении 20%
Максимальная сила сцепления:
Fmax= μ.m.g

Намечаемое
направление
движения

Fs (боковая сила)

Fr результирующий вектор силы

Fb (тормозная
сила)

Fmax= μ.m.g

Предел
сцепления
с дорогой

Максимальная сила тяги или торможения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

«круг» становится эллипсом

Fmax = μ.m.g

Максимальная боковая сила

Fb (тормозная
сила)

Предел
сцепления
с дорогой

Максимальная сила тяги или торможения

Fs (боковая
сила)

Намечаемое
направление
движения

Fr результирующий
вектор силы

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

сила Fd (N)

Угол увода δ (°)

1000

2000

3000

3000

2000

1000

1

2

3

4

5

6

7

0

1

2

3

5

7

10

Скольжение при торможении λ (%)

Продольная сила (N)

2300

Поперечная сила Fs (N)

1000

2000

3000

1851

Fr Результирующая
сила

Fs

δ

Fb

Угол
увода

Поворот
налево

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Дано:
m = 1500 кг
µ = 0,2
v = 40 км/ч (11,11 м/с)
r = 100 м
Fb = 2300 Н
Вопрос: Чему равен угол увода δ ?

Скольжение =

V автом. – V колеса

V автом.

t = v/a
→ sb = v2 2 a
Скорость x 2 → Тормозной путь x 4 (x 22)
*33 м/с ≈ 120 км/ч
30 м/с ≈ 110 км/ч
15 м/с ≈ 55 км/ч

0

40

80

100

120

140

20

60

160

180

200

Тормозной путь sb (м)

Начальная скорость v0 (м/с)

10

20

Замедление a (м/с2)

33*

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

ситуации до начала воздействия на педаль тормоза) (от 0,5 - 0,8 с - до 2 с) + Продолжительность отклика (От начала воздействия на педаль тормоза до появления определённого давления в рабочем цилиндре, либо до полного проявления эффекта торможения)
Продолжительность отклика
= Начальный период отклика (От начала воздействия на педаль тормоза до появления тормозной силы) (0,1 - 0,3 с) (Свободный ход педали) + Продолжительность роста давления в тормозной системе (От начала появления тормозной силы до появления определённого давления в рабочем цилиндре)
Примечание: Продолжительность отклика включает в себя продолжительность включения тормозной системы (нажатие педали тормоза) (от нажатия педали тормоза до максимального давления на педаль тормоза)
Путь задержки торможения sr:
sr = v0 . tr

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

Главный
тормозной
цилиндр

Рабочий
тормозной
цилиндр

→

→

→ Путь задержки торможения Х 2
Задержка tr = +/- 1 s
→ Путь задержки торможения : sr = v0 . 1
→ Суммарный тормозной путь:
s = sr + sb
*33 м/с ≈ 120 км/ч
30 м/с ≈ 110 км/ч
15 м/с ≈ 55 км/ч

0

40

80

100

120

140

20

60

160

180

Тормозной путь sb (м)

3

Замедление a (м/с2)

2

1

4

5

6

7

112,5

33*

20

40

60

80

30

Период задержки
торможения tr (с)

Путь задержки
торможения sr (м)

Введение в системы поддержания динамической устойчивости

28,1

0% H2O Влажная при 3% H2O
Жидкость DOT 4 (гликолевая основа)
Castrol LMA DOT4 230 155
ATE super blue racing 280 200
ATE type 2000 280 200
Motul racing 600 307 216
Castrol SRF 310 270
DOT 5.1 (гликолевая основа) 307 185

DOT 5 (силиконовая основа !!!) 265 185 НЕ применяется компанией TOYOTA!!!

DOT 4 (2 year)

DOT 5.1 (4 year)

Введение в системы поддержания динамической устойчивости