Системы поддержания динамической устойчивости транспортного средства ABS, TRC и VSC

1. Знакомство с системами поддержания динамической устойчивости транспортного средства ABS, TRC и VSC

HT1720 & HT1722
Департамент образования
Сентябрь 2008
Поворот
Поворот
Ускорение
TRC
VSC
VSC
ABS
Замедление

2. Ускорение / замедление

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Ускорение / замедление
• Сила торможения / сила тяги:
Ускорение
F = m.a
F = m.a
• Физический предел:
Максимальная сила,
передаваемая через сцепление с
покрышками:
TRC
Fmax < l .m.g*. k (N)
Область
устойчивости
k = Вес автомобиля, приходящийся на используемые шины
Общий вес автомобиля
ABS
*g = 9,81 м/с2
** Бывшие в употреблении
покрышки:
• Торможение: 4
• Тяговое усилие: 2 - 4
date 22/03/2019 - page 2
F = m.a a = F
m
Физический предел
F = m.a
Замедление
Fmax= .m.g*
amax = l . g l . 10

3. Поворот

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Поворот
• При повороте возникает
центробежная сила Fc:
Ускорение
Fc = m . v²/r
F = m.a
• Физический предел:
TRC
Поворот
Поворот
VSC
Область
устойчивости
ABS
VSC
Fc = m . v2/r
Физический предел
Fmax= .m.g*
F = m.a
Замедление
date 22/03/2019 - page 3
Максимальная сила,
передаваемая через сцепление с
покрышками:
Fmax = s .m.g
vmax = ? (см. следующий слайд)

4. Поворот

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Поворот
• При повороте возникает
центробежная сила Fc:
если Fmax < Fc
:СКОЛЬЖЕНИЕ
Fc = m . v²/r
Fc . r
v² = m
m
r
Fc
F = .m.g
V2
=
.m.g . r
m
• Максимальная скорость
автомобиля:
vmax = µs .g. r
date 22/03/2019 - page 4

5. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент трения при торможении b
Коэффициент продольного трения
Зона противодействию
блокированию (ABS)
• Тормозное усилие, скольжение
при торможении:
Неустойчивое
движение
Устойчивое
движение
max
Сухой бетон
Fb= b.m.g
sl
Влажный асфальт
Скольжение = 10 - 30%
Fb = max.
Скольжение =
Рыхлый снег
Лёд
0
10 20 30
40
60
80
Коэффициент скольжения (%)
date 22/03/2019 - page 5
100
Vавтомобиля - Vколеса Х 100%
Vавтомобиля

6. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Скольжение резины
v
v
• Трение резины имеет три составляющие:
- Сцепление, гистерезис и
разрушение/износ
Поверхность
дороги
Сцепление:
› Трение, которое создаётся между
резиной и поверхностью дороги при
движении автомобиля, является
результатом:
Сцепление
• Профиля поверхности
Деформация
(гистерезис)
Небольшая
вертикальная нагрузка
Резина
• Свойства материалов
Большая
вертикальная нагрузка
Резина
Разрушение/износ
Поверхность дороги Поверхность дороги
Большая нагрузка увеличивает площадь контакта
date 22/03/2019 - page 6
• Контактного давления
- Большая нагрузка
увеличивает площадь
контакта

7. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Скольжение резины
v
Поверхность
дороги
v
• Трение резины имеет три
составляющие:
- Сцепление, гистерезис и
разрушение/износ
Гистерезис:
› Потеря энергии из-за деформации
шины во время движения
Сцепление
Большая
Вертикальная нагрузка
v
Деформация
(гистерезис)
Резина
Поверхность дороги
Механическое заклинивание участков резины
(деформирование резины)
Разность давлений на сторонах клиньев
date 22/03/2019 - page 7
Разрушение/износ

8. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Скольжение резины
v
v
Поверхность
дороги
• Трение резины имеет три
составляющие:
- Сцепление, гистерезис и
разрушение/износ
Разрушение и износ
› Резина создаёт тяговое усилие за
счёт разрушения и износа
материала
Сцепление
Деформация
(гистерезис)
Разрушение/износ
date 22/03/2019 - page 8

9. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Скольжение
резины
v
v
Поверхность
дороги
• Трение резины имеет три
составляющие:
- Сцепление Fad
- Гистерезис Fdef
- Разрушение и износ Fwear
Сцепление
Суммарное трение Ftotal
Ftotal = Fad + Fdef + Fwear
Деформация
(гистерезис)
Разрушение/износ
date 22/03/2019 - page 9

10. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Коэффициент сцепления при торможении b
Коэффициент сцепления при ускорении d
max
1,0
-20-40%
Критическое значение
скольжения
Коэффициент продольного трения
• Коэффициент продольного трения :
0,5
sl
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
Трение
Трение
качения
скольжения
Сцепление
Гистерезис
0
0
date 22/03/2019 - page 10
20
40
60
80
100
Продольное скольжение (%)
– Гистерезис
Результат внутреннего демпфирования при
вязкоупругой деформации резины
Работа деформации > работа восстановления
формы
Работа тепловая энергия
• Растёт с увеличением скольжения
(скорость скольжения)

11. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Вертикальная нагрузка
• Трение деформации и вязкоупругость
- Трение деформации:
Скользящая резина
Поверхность дороги
Низкий гистерезис
Вертикальная нагрузка
Скользящая резина
› На трение 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:
Поверхность дороги
Высокий гистерезис
date 22/03/2019 - page 11
• Деформированная резина полностью свою форму
восстановить не может.

12. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
Коэффициент продольного трения
• Коэффициент продольного трения :
• Сцепление:
: Сцепление (сухо)
: Гистерезис (сухо)
- Максимальное значение достигается при
скорости скольжения 0,05 м/с
: Сцепление + гистерезис (сухо)
: Сцепление + гистерезис (влажно)
1,0
- Уменьшается при более высокой скорости
скольжения
Сухо
0,5
Сухо
– Гистерезис + Сцепление:
• Уменьшается с увеличением* скорости
скольжения
Влажно
Сухо
0
0,05
date 22/03/2019 - page 12
10
– Гистерезис:
• Увеличивается с увеличением* скорости
скольжения
20
30
Скорость скольжения, м/с
* 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 (%)

13. Коэффициент продольного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент продольного трения
max
1,0
- Коэффициент трения при торможении b
ABS
-20-40%
скольжения
0,5
значение
sl
Критическое
Коэффициент продольного трения
• Коэффициент продольного трения :
- Коэффициент трения при ускорении d
TRC
Для замедления (ABS) и для ускорения (TRC):
• При скольжении 20%: значение
максимально
Трение
Трение
качения
скольжения
• При скольжении 100%: значение на
20-40% меньше
Сцепление
Гистерезис
0
0
20
40
60
80
100
Коэффициент продольного скольжения (%)
date 22/03/2019 - page 13

14. Коэффициент поперечного трения

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Коэффициент поперечного сцепления s
Коэффициент продольного сцепления при торможении b
Коэффициент поперечного трения
Зона противодействия
блокированию (ABS)
• Боковая сила:
Fs= s.m.g
Скольжение* = 0%
s = max.
Fs = max.
Влажный асфальт
Скольжение* = 100%
s = 0
Fs = 0
Лёд
*Продольное скольжение
Сухой бетон
0
date 22/03/2019 - page 14
20
40
60
80
100
Продольное скольжение (%)

15. Тяговый круг

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Тяговый круг
• Силы тяги или торможения/трение
Контактный круг
Намечаемое
Контакт шины с поверхностью
дороги
В пределах круга = сцепление
направление
движения
Радиус
Предел
сцепления
с дорогой
= Сила сцепления
Окружность = Fmax
Fs (боковая сила)
date 22/03/2019 - page 15
- Максимальная сила сцепления:
Fmax= .m.g
сила)
Fb (тормозная
Максимальная
сила тяги или
торможения
Fmax= .m.g
- Коэффициент трения:
max при скольжении 20%
Fr
результирующий
вектор силы

16. Тяговый круг

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Тяговый круг
• Fs max, Fb max & Fd max
Намечаемое
направление
движения
Предел
сцепления
с дорогой
• Имеют различное значение:
Fmax =
.m.g
• Тяговый «круг»
становится эллипсом
Fs (боковая
сила)
Fb (тормозная
Максимальная
сила тяги или
торможения
сила)
Fr
результирующий
Максимальная
боковая сила
date 22/03/2019 - page 16
вектор силы

17. Тяговый круг

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Тяговая сила Fd (N)
3000
Вопрос:
1000
Практический пример
использования тягового круга
(эллипса):
Поворот
налево
3 4 56 7
Угол
увода
Fb
3000
2
1
1851
2000
0
Fs
1
2
Чему равен угол увода ?
2000
2300
3000
Тормозная сила Fb (Н)
date 22/03/2019 - page 17
Угол увода (°)
1000
1000
Дано:
m = 1500 кг
µ = 0,2
v = 40 км/ч (11,11 м/с)
r = 100 м
Fb = 2300 Н
Продольная сила (N)
2000
Поперечная сила Fs (N)
Тяговый круг
3
5
7
10
Fr
Результирующая
сила
Скольжение при торможении (%)
Скольжение =
V автом. – V колеса
V автом.

18. Торможение

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Торможение
• Тормозной путь sb:
Начальная скорость v0 (м/с)
Замедление a (м/с2)
7 6
5
4
33*
30
20
3
a = v/t t = v/a
2
2
sb = v
2a
1
Скорость x 2
Тормозной путь x 4
(x 22)
15
10
28,1
112,5
*33 м/с 120 км/ч
0
20
40 60
80 100 120 140 160 180 200
Тормозной путь sb (м)
date 22/03/2019 - page 18
s = v.t / 2
30 м/с 110 км/ч
15 м/с 55 км/ч

19. Торможение

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Торможение
Рабочий
тормозной
цилиндр
• Период задержки торможения tr (+/- 1 с)
= Продолжительность реакции
(От оценки 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)
→
Главный
тормозной
цилиндр
→
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
date 22/03/2019 - page 19

20. Торможение

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Торможение
• Путь задержки торможения sr:
Период задержки
торможения tr (с)
2,5 2
Замедление a (м/с2)
1,5 1 0,5
7 6
5
4
33*
30
sr = v0 . tr
3
Скорость x 2
Путь задержки торможения Х 2
2
Задержка tr = +/- 1 s
1
15
Путь задержки торможения
:
sr = v0 . 1
Суммарный тормозной путь:
30 15
80
60
40
20
Путь задержки
торможения sr (м)
date 22/03/2019 - page 20
112,5
28,1
0
20
40 60
80 100 120 140 160 180
Тормозной путь sb (м)
s = sr + sb
*33 м/с 120 км/ч
30 м/с 110 км/ч
15 м/с 55 км/ч

21. Тормозные жидкости (классификация Министерства транспорта США (DOT))

Введение в системы поддержания динамической устойчивости
Тормозные жидкости (классификация
Министерства транспорта США (DOT))
Точка кипения (°C)
Сухая при 0% H2O
Влажная при 3% H2O
230
155
280
200
280
200
• Жидкость DOT 4 (гликолевая основа)
-
Castrol LMA DOT4
-
ATE super blue racing
-
ATE type 2000
-
Motul racing 600
307
216
-
Castrol SRF
310
270
307
185
265
185
DOT 4
(2 year)
• DOT 5.1 (гликолевая основа)
DOT 5.1
(4 year)
• DOT 5 (силиконовая основа !!!)
НЕ применяется компанией TOYOTA!!!
date 22/03/2019 - page 21

22. Thank you