CC BY
9
Научная статья УДК 629.3.017
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-1-114-124 EDN: SOGIJI
МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ТРЕНИЯ НЕКОТОРЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ТОРМОЗНЫХ КОЛОДОК
Н. В. Хольшев*, А. Ю. Конев, С. М. Ведищев, А. В. Прохоров
Тамбовский государственный технический университет
г. Тамбов, Россия xhb@live.ru, https://orcid.org/ 0000-0002-8468-6593, konev.a1998@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3723-1120, serg666_65@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-3759-9809, prohorov.av@mail.tstu.ru, https://orcid.org/0000-0002-0635-6193
ответственный автор
АННОТАЦИЯ
Введение. Безопасность дорожного движения во многом определяется техническим состоянием транспортного средства, а особенно системы управления. К ним относится и тормозная система. Для повышения ее эффективности сейчас широко применяются различные вспомогательные электронные системы. Эти системы осуществляют управление автомобилем через колесные тормозные механизмы. Составляющим элементом колесного тормозного механизма фрикционного типа являются тормозные колодки. От их качества зависит эффективность работы тормозной системы автомобиля вне зависимости от наличия вспомогательных электронных систем. Применение тормозных колодок с большим разбросом значений коэффициентов трения может оказать существенное влияние на эффективность торможения. Материалы и методы. Для проведения экспериментальных исследований была разработана методика их проведения и обработки экспериментальных данных, а также изготовлена лабораторная установка. В качестве приборной составляющей стенда для преобразования механических перемещений в электронный сигнал использовали аналого-цифровой преобразователь ArduinoUno R3.
Результаты. В соответствии с предложенной методикой были выполнены испытания четырех пар тормозных колодок. В результате обработки экспериментальных данных установлено, что разность значений коэффициентов трения тормозных колодок может вызвать различие в величине тормозных сил на колесах от 8 до 19%.
Обсуждение и заключение. Разность коэффициентов трения тормозных колодок оказывает существенное влияние на величину тормозных сил и устойчивость автомобиля при торможении. Одной из причин этого может являться низкое качество материала колодок или нарушение условий эксплуатации. Предложенная усовершенствованная методика определения коэффициентов трения скольжения позволяет получать более точные значения за счет применения аналого-цифрового преобразователя, уменьшая влияние точности измерительных инструментов и человеческого фактора на результат измерения.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА; тормозной механизм, тормозные колодки, коэффициент трения, курсовая устойчивость, тормозная сила, автомобиль
БЛАГОДАРНОСТИ: коллектив авторов выражает благодарность рецензентам, работавшим над данной статьей, за ценные замечания по доработке статьи.
Статья поступила в редакцию 04.10.2022; одобрена после рецензирования 31.10.2022; принята к публикации 20.02.2023.
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах и методах. Конфликт интересов отсутствует.
Для цитирования: Хольшев Н. В., Конев А. Ю., Ведищев С. М. Прохоров А. В. Методика и результаты экспериментального определения коэффициентов трения некоторых автомобильных тормозных колодок // Вестник СибАДИ. 2023. Т. 20, № 1 (89). С. 114-124. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-1-114-124
© Хольшев Н. В., Конев А. Ю., Ведищев С. М., Прохоров А. В., 2023
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
Я Check for updates
Origin article
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-1-114-124 EDN: SOGIJI
METHOD AND RESULTS OF EXPERIMENTAL DETERMINATION OF FRICTION COEFFICIENTS OF SOME AUTOMOBILE BRAKE SHOE
Nikolai V. Holshev, Andrei Y. Konev, Sergei M. Vedishchev, Aleksei V. Prokhorov
Tambov State Technical University Tambov, Russia
xhb@live.ru, https://orcid.org/0000-0002-8468-6593, konev.a1998@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-3723-1120, serg666_65@mail.ru, https://orcid.org/0000-0002-3759-9809, prohorov.av@mail.tstu.ru, https://orcid.org/0000-0002-0635-6193
Corresponding author
ABSTRACT
Introduction. Road safety is largely determined by the technical condition of the vehicle, and especially control systems. The braking system is one of them. To improve its efficiency, various assistive electronic systems are now widely used. These systems control the vehicle through wheel braking mechanisms. Brake pads are a constituent element of a friction-type wheel brake mechanism. The efficiency of the vehicle braking system depends on its quality, regardless of the presence of auxiliary electronic systems. The use of brake pads with a wide spread of friction coefficients can have a significant impact on braking performance.
Materials and methods. To conduct experimental studies, a methodology for conducting them and processing experimental data was developed, as well as a laboratory setup was made. Arduino Uno R3 analog-to-digital converter was used as an instrumental component of the stand for converting mechanical movements into an electronic signal.
Results. In accordance with the proposed methodology, four pairs of brake pads were tested. As a result of processing the experimental data, it was found that the difference in the values of the friction coefficients of the brake pads can cause a difference in the magnitude of the braking forces on the wheels from 8 to 19%. Discussion and conclusions. The difference in the coefficients of friction of the brake pads has a significant impact on the magnitude of the braking forces and the stability of the vehicle during braking. One of the reasons for this may be the poor quality of the pad material or a violation of operating conditions. The proposed improved technique for determining the coefficients of sliding friction makes it possible to obtain more accurate values through the use of an analog-to-digital converter, reducing the influence of the accuracy of measuring instruments and the human factor.
KEYWORDS: brake mechanism, brake pads, coefficient of friction, directional stability, braking force, car
ACKNOWLEDGMENTS: the team of the authors is grateful to the reviewers who worked on this article for their insightful comments on the revision of the article.
The article was submitted 04.10.2022; approved after reviewing 31.10.2022; accepted for publication 20.02.2023.
The authors have read and approved the final manuscript.
Financial transparency: the authors have no financial interest in the presented materials or methods. There is no conflict of interest.
For citation. Holshev N. V., Konev A. Yu., Vedishchev S. M., Method and results of experimental determination of friction coefficients of some automobile brake shoe. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2023; 20 (1): 114-124. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-1-114-124
© Holshev N. V., Konev A. Y., Vedishchev S. M., Prokhorov A. V., 2023
Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.
ВВЕДЕНИЕ
Автомобиль состоит из множества деталей, механизмов, агрегатов и систем, различно влияющих на безопасность дорожного движения. К системам, критически влияющим на устойчивость автомобиля, относится и тормозная система. Надежная и эффективная ее работа обеспечивает устойчивость автомобиля при всех режимах торможения, исключая выход его из коридора движения и уменьшая вероятность ДТП [1]. Многие научные исследования направлены на повышение устойчивости транспортного средства при торможении [2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]. Основным направлением повышения эффективности процесса торможения автомобиля без выхода его из коридора движения является применение различных вспомогательных электронных систем [16, 17]. Наиболее распространенной из таких систем является антиблокировочная система ABS (anti-lockbrakingsystem), которая исключает блокировку колес при торможении, не допуская их проскальзывание, причем выполняет это в автоматическом режиме, избавляя водителя от необходимости осуществлять прерывистое торможение [12]. Ее применение позволяет сохранить управляемость автомобиля при торможении, снижая влияние на эффективность торможения опыта водителя [18]. Развитием данной системы стало внедрение дополнительно к ней системы распределения тормозных усилий EBD (Electronic Brakeforce Distribution). Данная система позволяет исключить блокировку колес путем перераспределения тормозных сил между колесами. Совершенствование антиблокировочной системы ведется постоянно, совершенствуется алгоритм работы системы, изменяется ее компонентный состав [12, 19 20, 21, 22, 23]. Это позволяет подстроить ее под новые требования к безопасности и конструкции транспортных средств. На базе антиблокировочной системы разработана система курсовой устойчивости ESP (Electronic Stability Program), обеспечивающая устойчивое движение автомобиля за счет подтормаживания нужного колеса. С появлением электропривода и гибридного привода стали исследоваться и внедряться принципы и технологии рекуперативного торможения, которое не исключает необходимость применения классических фрикционных тормозных механизмов на транспортных средствах, особенно для экстренного торможения [12].
Применение электронных систем облегчает управление автомобилем, повышает его устойчивость и управляемость, но снижает общую надежность транспортного средства в целом и тормозной системы в частности, снижая ее ресурс [24], увеличивает стоимость приобретения, обслуживания и ремонта автомобиля. Кроме того, они вызывают излишнюю уверенность в своих возможностях у водителя, ведущую к более агрессивному стилю вождения и повышению вероятности возникновения дорожно-транспортных происшествий [24].
Каким бы ни был совершенным электронный «помощник», встроенный в тормозную систему автомобиля, он будет малоэффективен при низкой надежности и эффективности работы тормозного механизма. Наибольшее распространение сейчас имеют тормозные механизмы фрикционного типа, создающие тормозной момент за счет прижатия тормозных накладок к поверхности тормозного диска или барабана. Если величины коэффициентов трения в тормозных механизмах разных колес автомобиля будут существенно отличаться, то это приведет к возникновению поворачивающего момента [6] и выходу транспортного средства из коридора движения. В случае если на автомобиле ABS работает в штатном режиме, она исправит данную ситуацию, не допустив блокировку колеса с наиболее высоким тормозным моментом. Величина тормозного момента на колесе для дискового тормозного механизма линейно (для барабанного почти линейно) зависит от значения коэффициента трения между тормозной колодкой и тормозным диском. Величина данного коэффициента трения зависит в основном от свойств и состояния тормозной накладки. Известно, что даже в пределах одного уровня трения колодки могут иметь существенную разницу значений коэффициента трения. Неравномерность значений коэффициентов трения может быть вызвана плохой приработкой колодок, их замасливанием, воздействием воды, нестабильностью значений коэффициентов трения накладок при нагреве, заеданием механических частей тормозных механизмов, низким качеством материала накладок, применением фальсифицированной продукции. Это фактически означает постоянное «вмешательство» в процесс торможения электронных «помощников», что негативно сказывается на ресурсе элементов тормозной системы [24].
Вопросам изучения влияния разности тормозных сил по бортам нвтомобиля на его устойчивость при торможение поилящен ряд работ12 [4, 6, 7, 13, 25, 2Н]. Наибосее полно результаты исследований по данной темабез ке изложены в монографииА. А. Синевт [13]. Представленные в ней данные неазывают на то, что разность коэффициинзоз врения тор. мозных накладок разных парти й может привести к неравномерности тормозных сил по бортам автомобиля до 44% (на момент издания монографии, 2002 год). Воздействие эксплуатационных факторов на тормозные ениладке дополнительно может привестик нзбненомер-ности тормозных сил дло сигкиво1х еиаоео-билей от 44-55% [13]. Более ниеых далных о разности значений коэффо-^еинтоитр^не!^?! современных тормозных колодок, вознигающеб при производстве и их эксплуатецие, пия6к-тературном поиске среди теыкебых истоени-ков найдено не было. Между тем требования к качеству и долговечности тоамозных надоюи док с годами возрастают, нсеже составы, применяемые при ехпроинводетвеи Поэтому одной из задач п|нсдодимых иогие-дований стало эксперименталенае оприралев ние ориентировочной разно(СТ1^ коэффициентов трения применяемых в настоящее время тормозных колодок, причем с минимальными финансовыми затратами на подготовку ипро-ведение экспериментов.
С учетом задачи и условий проведения исследований (применение минимального количества измерительного оборудования, снижение влияния человеческого факоора ори проведении измерений, минимаодные финансовые затраты при удовлатое|эательнрй тучности) был произведен аналчз еущесоодющох методов определения коэффиречьта т|сапиа скольжения. В настоящее ооиоа оуач^едтто^а несколько таких способов, отшчающохсч рте-пенью точности и сложномтье ооч^:х^^тФЮге оборудования3 [27]. Наиболее досаудпыма и простыми являются три медода.
Первый- «движение тела по горизонтальной поверхности»3. Его суть наноючаечоо е плеппрнаентальном огрочлеении мысиыаль-силы F, кетп»«« ппыбходине н рилыжмнь к е«усч«из в ест ноймассыль. роя ейваомсрного а^<а п«->емнщсннв по горинлитал ьнойповерх-ности.Вспнчина ко эффициентн ти«сне в этом сжт«се можнон ы»ь найденан о форс^оп
Ml =-
F mg
(1)
где я -ускорениесвободного падения, м/с2.
Как видно из формулы (1), при этом методе необходимо производить с достаточной точностью измерение двух физических величин - массы и силы, следовательно, нужно иметь для этих целей соответствующее оборудование высокой точности, кроме того, чем больше применяется измерительного оборудования, каждое из которых имеет некоторую погрешность, тем выше будет итоговая погрешность измерения.
Вторым методом определения коэффициента трения скольжения является метод «наклонной плоскости»3. Его суть заключается в определении минимального угла наклона а некоторой опорной площадки, при котором тело, расположенное на ней, будет под дей-ствиемсилы тяжостп урскддьаывадес нне.Х этам ыч^аое раэффтцтедт ¡федор Нуде °овед
Ml = tga .
(2)
Из выражения (2) видно, что при таком методе нужно измерить только одну физическую величину, но точность измерения будет во многом зависеть от того, каким образом будет сопределяться угол наклона опорной площадки. Самым доступным средством измерения угла является транспортир, но точность измерений будет с минимальной ошибкой в ±0,5°, а фактически еще больше из-за человеческого фактора.
1 Тарасов Ю.В. Улучшение эксплуатационных свойств легковых автомобилей соверше нствованием методики выбо -ра тормозных колодок: дис. ... канд. техн. наук: 05.22.02. Харьков, 2007. 168 с.
2 Конев А. Ю., Хольшев Н. В. Влияние фрикционных свойств тормозных колодок на устойчивость автомобиля при торможении // Современная наука: Теория, метоютлогая, прариика: еасер.1\/ ауeытccцтcкчт нож нвуч.дгэф. кнюф. (Тамбов, 20--апреля 2022 г.) Тамбов, Х022. С.1Ы6-1УЫ.
3 Лабораторная работа М-19. Оп.г.пленсе кнэффи цигтвoв сисы тряоия скольжения [Элeктгтгиыйчecятc]. иаэ:
https://f¡le.meo.tpu.ш/VLabs/PHYSICS_mechan¡cПм01/ГaПB/theoд,pdfГдyтя с^Чон^^к^я: ПДГС.2ПТ20
Третий метод определения величины коэффициента тренияназывается«методрейсши-ныт4 . Ыуи (^пр^и^э^е^с^ь^к^ктш эсе«^1^14Ийст« еееття данным способом используют линейку, перемещающуюся вдоль направляющей и расположенную под некоторым углом к ней. Брусок из твследуемого митеритла непосовдсттее-но кс^е^еетзируе^т елизейкой ипеееонецаетвц ыдоль и^а^€!тии движеети линетки но сттцльтсо с кеыетние
еинтеамасс бруска, находят величину зоэсТЫсЦсонти нфеноя мотец лтз^теТ и Ястокем «оо теттк1^енавмг^(^рсман^^нси синейкны Егтзначеант равно оектшснию рис-стоония, кеикоеск ройдет иинир м^с^ст Kееcке вдоль ыоиейки (рокотокикр /о)« велнтти^ «еа> пеедикстоце (цееозоянте /2), проведениого к линеТое тзсез кичaлнкоипoлoжeниe иото|^<а мкнн Иоосм до пверсeзз«иn епт^от^с^Лс, оееал-лeлнниа лсоейке, прюходящйм ниеез нлтетпо-ложение «ентрн (тост ^«^с^г^^
И =
(3)
Данный способ также не требует специализированного оборудования, но требует нахождения центра масс и устойчивого положения исследуемого бруска, что в случае с тормозными колодками затруднительно и приведет к снижению точности определения коэффици-ентатрения скольжения.
С учетом проведенного анализа методов определения коэффициентов трения скольжения и учетом возможностей имеющегося оборудования, финансовых возможностей в качестве базового для проведения исследова-« ний был выбран метод «наклонной плоскости» как наиболее просто реализуемый. Для повышения его точности и уменьшения влияния человеческого фактора при считывании данных было решено автоматизировать данный процесс.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В соответствии с выбранным методом определения коэффициента трения скольжения для проведения поисковых экспериментов была изготовлена лабораторная установка, представленная на рисунке. Она состоит из основания 1, к которому через опоры 2 подвижно присоединен вал 3, жестко
соединенный с поворотной платформой 4, с закрепленным на ней при помощи зажимов 5 абразивным материалом (на фото - шлифовальная сетка). Применение данных зажимов позволяет удерживать сетку неподвижно относительно поворотной площадки с усилием более 45Н (данная величина определялась экспериментально), что значительно больше силы от воздействия тормозной колодки. Поворот платформы 4 осуществляется при помощи вала 6 вращением ручки 7. Для определения угла поворота платформы 4 с валом 3 жестко связана ручка потенциометра 8, который через уголок 9 закреплен к основанию 1. Для считывания текущих значений сопротивления к потенциометру через три провода 10 подсоединена плата ArduinoUno R3 11 [28], которая в свою очередь подключается к персональному компьютеру через USB разъем 12 и в которую загружен скетч AnalogReadSerial. Каждому значению сопротивления потенциометра будет соответствовать условное число, изменяющееся от нуля до 1023 [28]. Просмотр этих чисел в реальном времени осуществляется через монитор порта, который открывает-сячерезприложение Arduino.
Центральный разъем потенциометра 8 присоединен через желтый провод к аналоговому входу «А0» платы ArduinoUno R3, а белый и синий провода к разъемам GND и «питание 5В» соответственно. Для тарировки значений использовался оптический дальномер «SW-S50» 13 функцией измерения углов с точностью до десятых долей градуса.
Тарировка осуществлялась следующим образом. Включался дальномер 13 (см. рисунок) и устанавливался подошвой на поворотную платформу 4. Затем для удобства вычислений вращением вала 6 через рукоять 7 выставлялся целый угол поворота платформы через показания дальномера. Этому значению соответствовало некоторое значение на мониторе порта. Оно записывалось. Затем осуществлялся подъем платформы на 10°, и снова записывалось значение с монитора порта. Для повышения точности тарировка производилась с пятикратной повторностью. За результат было взято среднее значение. После обработки данных было установлено, что повороту платформы 4 на 1° соответствует изменение показаний на мониторе порта в 4,9 единицы.
1
2
4 Лабораторная работа М-19. Определение коэффициентов силы трения скольжения [Электронный ресурс]. URL: https://file.ineo.tpu.ru/VLabs/PHYSICS_mechanics_01/Lab2/theory.pdf (дата обращения: 25.10.2022).
© 2004-2023 Вестник СибАДИ Том 20, № 1. 2023
The Russian Automobile Vol. 20, No. 1. 2023
and Highway Industry Journal
Рисунок - Лабораторная установка для определения
коэффициента
тррния ссолнжения автомобооьиых юормокныя кооодас яоооноок: соотаоаоно авто^мс.
Fig ore - La/moa toiy со00 ftcs eimiorncH/H/Tcy fte со'р ррсНуен сояН/р/еоО сО итtomatiVe окнИс еоОн Ыоигое: сслрИес) Ь> toe ao^is
Опоедслание соефСоцнояеан томисс aooj/OKTHirri кц(э|омокоырс келодос осощеся-^^ялок1г cjh ^дснныкооо образеэ b<oei. |ои(^эоооо0. Потсносозот1 нодолючался санои имата ArCuinoUBO ОЯ/О р ньрюанальном0 кРмпнютaоy. Загоожалоснприлояксноа Дпошпо о t^TPfaei/saoir б юoбитд|Э пс5н"ь^: Парод облоаом ядп^f.т¡^ни1|í кoлoхoа on 0)HO"io ралотня с яТеаниЕ яоР стсое яу-теsirocî^c^j^b^^oi^ перемещитс0 то ниИ ta нооболнп шигк ^илисм. ШвиФоволсяяо спеоа моняласп посла свпытпнай Ka>ciooi^ слсюбки. Зтпользо-валоео оетка о зопием Ne "1 TtPH. Зар1ия1 oодосeп pioom ооргканятн 0 oc^ilJH(Eîr;T^.n^:nHic^ 01гуааонта тоакфоооры 4> до (кax иоаа оерлщля она ноН рот ло--ко сл не coaоaтияывapa а оирок^- Поооле эяо-|"0н р^сгоолотситв колодс3 соыом с фоее в^рох-нос зacтиiolCEl 3. онвипленнс) вр-ащно ^опик о ноесзез еpscлть 7 тлтто1оес|гоиоолея нрxюпл пл^т^орюен! до тех ооо, нокакололоо не cэpкелpнolаocе ы нес. Дл4 данна гоитсожсп ия пнотг тc|оtO|U.aLHl прео-
изводилась фиксация значения монитора порта. Опыты повторялись с каждой колодкой по пять раз.
Экспериментальные значения коэффициентов трения для 1-й колодки определялись по формуле
R - Rт nc,Mg(oCx - ' max
k
) i
(4)
к-е o70x он^еноен/нанси ica нюсс оотaоиаoвoo-нооа озла , оуомумно R7ax - значениесопротив-ленис паяенциомотра) саисвуриссoющoо oomax, -еласоы1а абнмнcы; я3 - нанспоггооименя^леное знсксение oауаaяаяса ион ieot"îlпоина моыора для
Со0 COЛOCCH|аCбOИHЫР k и Ты-бИОО
latcг-яыс0 C0яффяцяуня| солоо-сст^с уаловныя едина- соиоюянвоенна пауэптясжэтaе|nсихоп доооохся яоэ o-i1ll||/1 финне наносное мялееСя1) мг-Ы| 0<co едЛрод-!
л м
(R01Гl ы0CC
OOmax K(0mio
TOO
адог ооспт^о _ зноная не мон смсро него те |эю|зо соян нооо угла, ^fBio|!^HL',KeiP>i; RCo л спаченсе ctonпэятао-ления яо|еенцивмеи1оа, оиояоояаипсющаа оп7т> рслоЕ^на.^ аmпппо(г>о
Раочет фактической разницы коэффоциен-еа о ореноя .соннях еомодак ос\и и^ест слео ля по форменго
о я aE0ci^jni^"OH Jc^коаы^наоно^нио^^.
о-7
пит
Дпп мяо' - дЛ
ар mc а
в относительнаяхед иницаХ7 ВС :
ьо^е мШО
(о-1 о-сП
ОДб' н/с fO . )
(6)
Д7)
глф^ 4/- - абсолютное отклонение коэффициента '''трения 1-й колодки относительно ]-й;
4/ -абсолютное отк.по1-1ея^1те коэффициента
трения ¡-й солодки отоосегелтно ]-й; -экспериментальное значение коэффициента трения 1-й колодки, имеющей больший коэффициент трения; е0^ - экспериментальное значение коэффициента трения ]-й колодки, имеющейменьшийкоэффициенттрения.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Исследования производились на четырех парах колодок. Первые две пары колодок использовались на передних тормозных механизмах автомобиля ВАЗ-21043, причем обе пары достигли предельного износа. Третья пара колодок и четвертая использовались на передних тормозных механизмах ВАЗ-2109 и имеют допустимый износ накладок. Результаты экспериментов приведены в таблице 1.
Из таблицы 1 видно, что результаты повторных опытов в одной серии отличаются больше для колодок, достигших предельного
износа - разброс значений от 8 до 10 условных единиц, что может говорить о нестабильности значений коэффициента трения для изношенных колодок. Для колодок третьей и четвертой пар, имеющих допустимый износ, разброс составил от 4 до 5 условных единиц, что может косвенно говорить о большей стабильности значений коэффициента трения. Также следует отметить, что разность средних значений для каждой пары колодок варьируется в пределах от 10 до 15 условных единиц. Большие значения характерны для четвертой пары колодок. Результаты обработки экспериментальных данных приведены в таблице 2.
Таблица 1 Результаты экспериментов
Источник: составлено авторами.
Table 1
Experimental results
Source: compiled by the authors.
Номер замера Первая пара колодок Вторая пара колодок Третья пара колодок Четвертая пара колодок
1-я колодка 2-я колодка 1-я колодка 2-я колодка 1-я колодка 2-я колодка 1-я колодка 2-я колодка
1 917 936 944 928 942 930 970 957
2 927 931 938 926 938 933 968 955
3 924 933 939 925 942 931 968 955
4 917 927 938 930 937 931 972 957
5 923 932 935 933 937 929 973 953
Средние значения 921,6 931,8 938,8 928,4 939,2 930,8 970,2 955,4
Таблица 2
Результаты обработки экспериментальных данных
Источник: составлено авторами.
Table 2
Results of experimental data processing
Source: compiled by the authors.
Номер замера Первая пара колодок Вторая пара колодок Третья пара колодок Четвертая пара колодок
1-я колодка 2-я колодка 1-я колодка 2-я колодка 1-я колодка 2-я колодка 1-я колодка 2-я колодка
Угол поворота платформы, ° а 28,87 26,80 25,37 27,49 25,28 27,00 18,96 21,98
Значение коэффициента трения, М 0,55 0,505 0,47 0,52 0,47 0,51 0,34 0,40
Абсолютная разность коэффициентов трения 0,045 0,05 0,04 0,06
Относительная разность коэффициентов трения, % 8,53 10,10 8,16 16,21
Относительная разность тормозных сил, % 7,86 11,24 8,89 19,35
Из таблицы 2 видно, что абсолютная разность значений коэффициентов трения находится в интервале от 0,04 до 0,06, а относительная - от 8,16 до 16,21%. С учетом линейной зависимости тормозной силы от величины коэффициента трения в дисковом тормознам механизме можно считоть, что и ее величина Нучет измосяться в эмих пределем Нот Н,0У до Т,ТН роноЗ, тоьдевая нефевнемеин иехнн оее еа ввиелии. Дев номее с дв1c;виееl^/lт чиччзевыми меланиззаме относеиальнао раз-нн^сот сил снаио чыо допускзхыоя дт
ЧО% у вытиаляется по форетс^е^5[С]:
8 = 100
PT пр. PT лев.
P
T max
(8)
гди Рт пр. ,РТ лев. - тормозные силы на правом и левом колесах проверяемой оси АТС, Н; ор^х - наибольшая из указанных тормозных сил,Н.
Расчеты, выполненные по формуле (8) и приведенные в таблице 2, показывают, что по- с лученные отклонения укладываются в двадцатипроцентный допуск. Но на все остальные факторы, влияющие на равномерность тормозных сил, в таком случае остается около 10%, а для четвертой пары колодок всего 1%. Это ведет к увеличению числа срабатываний вспомогательных электронных систем, а если они отсутствуют или неисправны, то растет и вероятность возникновения заноса при тормо-женииисозданииаварийнойситуации.
ОБСУЖДЕНИЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
еиые Обработка результатов испытаний показы-о вает, что относительная разность тормозных сил из-за различия коэффициентов трения, по результатам экспериментальных исследований, для испытываемых колодок находится в интервале от 8 до 19%. Это значительно снижает допуск на остальные параметры, негативно влияющие на значения тормозных сил, а значит и на устойчивость автомобиля при торможении. Предложенная усовершенствованная методика определения коэффициентов трения скольжения, предусматривающая применение аналогово-цифрового преобразователя, позволяет с большей точностью производить измерения за счет уменьшения влияния человеческого фактора и точности измерительного оборудования.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Хольшев Н. В., Коновалов Д. Н., Лавренчен-ко А. А. Уточненная методика расчета курсовых углов автомобиля в конце торможения // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2021. № 2. С. 86-95.
2. Балакина Е. В., Сергиенко И. В. Методика выбора размеров колёс на разных осях автомобиля с АБС по критерию улучшения траекторной устойчивости при торможении // Автомобильная промыш-ленность.2022.№1.С.12-15.
3. Литвинов А. С. Управляемость и устойчивость автомобиля: монография. М.: Машиностроение. 1971.416 с.
4. Ревин А. А., Комаров Д. Ю. Неравномерность действия тормозных механизмов и ее влияние на рабочий процесс тормозной системы автомобиля с АБС // Автомобильная промышленность. 2009. № 12.С. 19-20.
5. Быков В. В. Экспериментальные исследования устойчивости автомобиля категории М1 при неравномерном действии тормозных сил // Вести автомобильно-дорожного института. 2019. № 4 (31). С.11-20.
6. Подригало М. А., Холодов М. П. Влияние распределения тормозных сил между осями на устойчивость колесных машин при заносе // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета.2011.№29. С. 11-17.
7. Подригало М. А. Волков В. Л., Доброгорс-кий М. В. Оценка устойчивости автомобиля при опережающем блокировании задних колёс в процессе торможения // Автомобиле- и тракторостроение. ВестникНТУ«ХПИ».2004.№2. С.101-109.
8. Подригало М.А.,КарпенкоВ. А. Неравномерность вертикальных реакций на колёсах автомобиля и его устойчивость при торможении // Автомо-бильнаяпромышленность. 2001.№2.С.19-21
9. Подригало М. А., Туренко А. И. Оценка устойчивости автомобиля при действии возмущений в процессе служебных торможений // Вестник ХНА-ДУ. 2015. № 69. С. 40-44.
10. Schick B., Bunz D. Fahrzeug-Gierstabilitätb eimKurvenbremsenaushohenGeschwindigkeiten// AutomobiltechnischeZeitschrift. 2004.Vol.106.Iss. 11. P. 988-994.
11. Pacejka H.B., Tyre and Vehicle Dynamics. Burlington:Butterworth-Heinemann. 2006. P. 657.
12. Andrew Day. Braking of Road Vehicles. Butterworth-Heinemann. 2014.P. 488https://doi. org/10.1016/C2011-0-07386-6.
13. Ревин А. А. Теория эксплуатационных свойств автомобилей и автопоездов с АБС в режиме торможения: монография. Волгоград: ВолгГТУ, 2002. 372 с.
14. Балакина Е. В., Зотов Н. М., Федин А. П. Особенности компьютерного моделирования в реальном времени процесса торможения авто-
5 Организациягосударственногоучетаиинструментальныйконтрольтехническогосостоянияавтомобилей: методи-ческиеуказания/Е. Ю.Носов,Е.А.Лысенко [идр.].Омск:Изд-воОмГТУ, 2012. 66 с.
мобильного колеса. Мехатроника, автоматизация, управление. 2015;16(3):174-182. https://doi. org/10.17587/mau.16.174-182.
15. Федотов А. И. Влияние работы ABS на тормозную эффективность и устойчивость автомобиля // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 8(79). С. 130-133.
16. Иванов А. М., Кристальный С. Р., Попов Н. В. Системы автоматического экстренного торможения: монография. М.: МАДИ, 2018. 180 с.
17. Реализация интеллектуальных функций в электронно-пневматическом тормозном управлении транспортных средств: монография / А. Н. Ту-ренко, В. И. Клименко, В. А. Богомолов [и др.]. Харьков: ХНАДУ.2015. 450 с.
18. Khorasani-Zavareh D., Shoar S., Saadat S. Antilock braking system effectiveness in prevention of road traffic crashes in Iran// BMC public health. May 2013. Vol. 13(1).: 1-6.: htpps:// doi.org/ 10.1186/14712458-13-439
19. Soni A., Jitendra Dr. Anti-Lock Braking System// International Journal of Innovative Research in Engineering & Management. February 2022. Vol.9, Iss. 1: 248-252.: htpps:// doi.org/ 10.55524/ ijirem.2022.9.1.48
20. Beles H., Rus A., Dragomir G., Mitran T., Trusca D., Tolea B. Researches Regarding the Continuous Improvement of the ABS (Anti-Lock Braking System) Operation for the Passenger Cars// 26th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation. January 2016.: 196-205.: htpps:// doi. org/ 10.2507/26th.daaam.proceedings.027
21. Жилейкин М. М., Чугунов Д. С. Алгоритм работы антиблокировочной системы для двухосных автомобилей с одной ведущей осью с адаптивным перераспределением тормозных усилий// Известия МГТУ «МАМИ». 2021. Том 15, № 2. С. 93 - 100.: https://doi.org/10.31992/2074-0530-2021-48-2-93-100.
22. Горшков Ю. Г, Калугин А. А., Старуно-ва И. Н., Житейко И. С. Антиблокировочная тормозная система колесных машин с пневматическими тормозными устройствами // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2014. № 4 (114). С. 133-138.
23. Ashraf Sh., Sharkawy Abdel-Nasser, Moaaz Ah., Ghazaly N. A. Comparative Study of Different Control Methods for Anti-Lock Braking System (ABS)// SVU-International Journal of Engineering Sciences and Applications. June 2021. Vol.2 (1).: 27-34.: htpps:// doi.org/10.21608/svusrc.2021.65855.1007
24. Ревин А. А., Полуэктов М. В., Радчен-ко М. Г. АБС и ресурс элементов тормозной системы // Автомобильная промышленность. 2009. № 10. С. 39-40.
25. Подригало М. А., Тарасов Ю. В. Методика рационального выбора фрикционных пар передних и задних тормозов автомобилей по температурным характеристикам // Автомобильный транспорт. 2004. № 15. С.13-17.
26. Ревин А. А., Комаров Д. Ю., Дедов С. С. Влияние на рабочий процесс тормозной системы легкового автомобиля с АБС явления снижения
коэффициента трения пары «тормозная колодка -тормозной диск» // Автотранспортное предприятие. 2008. № 4. С. 49-51.
27. Определение коэффициента трения скольжения методом гармонических колебаний / Н. К. Корнеева, Л. Н. Пичугова, Е. В. Глушкова [и др.] // Энергетические установки и технологии. 2021. Т. 7, № 2. С. 124-129.
28. Хольшев Н. В., Коновалов Д. Н., Прохоров А. В., Минаев П. С. Лабораторный стенд для диагностирования шин автомобилей. Вестник СибАДИ. 2021;18(6):734-745. https://doi. org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-734-745
REFERENCES
1. Hol'shev N. V., Konovalov D. N., Lavrenchen-ko A. A. Utochnennaya metodika rascheta kursovyh uglov avtomobilya v konce tormozheniya [Refined method for calculating vehicle heading angles at the end of braking]. Intellekt. Innovacii. Investicii. 2021; 2: 86 - 95 (In Russ.)
2. Balakina E. V., Sergienko I. V. Metodika vybora razmerov kolyos na raznyh osyah avtomobilya s ABS po kriteriyu uluchsheniya traektornoj ustojchivosti pri tormozhenii [A method for selecting wheel sizes on different axles of a car with ABS according to the criterion for improving trajectory stability during braking]. Avto-mobil'naya promyshlennost'. 2022;1: 12-15 (In Russ.)
3. Litvinov A. S. Upravlyaemost'i ustojchivost'avtomobilya [Handling and stability of the car]. Moscow: Engineering, 1971: 416 p. (In Russ.)
4. Revin A. A., Komarov D. YU. Neravnomernost' dejstviya tormoznyh mekhanizmov i ee vliyanie na rab-ochij process tormoznoj sistemy avtomobilya s ABS [Uneven action of brake mechanisms and its influence on the working process of the brake system of a car with ABS. Avtomobil'naya promyshlennost'. 2009; 12: 19-20. (In Russ.)
5. Bykov V. V. Eksperimental'nye issledovaniya ustojchivosti avtomobilya kategorii M1 pri neravnomer-nom dejstvii tormoznyh sil [Experimental studies of the stability of a car of category M1 with uneven action of braking forces]. Vesti avtomobil'no-dorozhnogo institu-ta. 2019; 4 (31): 11-20. (In Russ.)
6. Podrigalo M. A., Holodov M. P. Vliyanie raspre-deleniya tormoznyh sil mezhdu osyami na ustojchivost' kolesnyh mashin pri zanose [Influence of the distribution of braking forces between the axles on the stability of wheeled vehicles during skidding]. Uchenye zapiski Krymskogo inzhenerno-pedagogicheskogo universite-ta. 2011; 29: 11-17. (In Russ.)
7. Podrigalo M. A. Volkov V. L., Dobrogorskij M. V. Ocenka ustojchivosti avtomobilya pri operezhay-ushchem blokirovanii zadnih kolyos v processe tormozheniya [Evaluation of vehicle stability with advanced blocking of the rear wheels during braking]. Avtomobile i traktorostroenie. Vestnik NTU «HPI». 2004; 2: 101-109. (In Russ.)
8. Podrigalo M. A., Karpenko V. A. Neravnomernost' vertikal'nyh reakcij na kolyosah avtomobilya i ego ustojchivost' pri tormozhenii [Uneven vertical reactions on the wheels of the car and its stability during brak-
ing]. Avtomobil'naya promyshlennost'. 2001; 2: 19-21 (In Russ.)
9. Podrigalo M. A., Turenko A. I. Ocenka ustojchi-vosti avtomobilya pri dejstvii vozmushchenij v processe sluzhebnyh tormozhenij [Assessment of vehicle stability under the action of disturbances in the process of service braking]. Vestnik HNADU. 2015; 69: 40-44 (In Russ.)
10. Schick B., Bunz D. Fahrzeug-Gierstabilität beim Kurvenbremsen aus hohen Geschwindigkeiten. Automobiltechnische Zeitschrift. 2004; Vol. 106. Iss. 11: 988-994.
11. Pacejka H. B., Tyre and Vehicle Dynamics. Burlington: Butterworth-Heinemann. 2006: 657.
12. Andrew Day. Braking of Road Vehicles. Butterworth-Heinemann. 2014: 488. https://doi.org/10.1016/ C2011-0-07386-6.
13. Revin A. A. Teoriya ekspluatacionnyh svo-jstv avtomobilej i avtopoezdov s ABS v rezhime tor-mozheniya [Theory of operational properties of automobiles and road trains with ABS in braking mode]. Volgograd: VolgGTU, 2002: 372. (In Russ.)
14. Balakina E. V., Zotov N. M., Fedin A. P. Oso-bennosti komp'yuternogo modelirovaniya v real'nom vremeni processa tormozheniya avtomobil'nogo kolesa [Features of computer simulation in real time of the braking process of an automobile wheel]. Mekhatroni-ka, avtomatizaciya, upravlenie. 2015; 16 (3) :174-182. https://doi.org/10.17587/mau.16.174-182 (In Russ.)
15. Fedotov A. I. Vliyanie raboty ABS na tormoznuyu effektivnost' i ustojchivost' avtomobilya [Influence of ABS operation on braking efficiency and vehicle stability]. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnich-eskogo universiteta. 2013; 8(79); 130-133. (In Russ.)
16. Ivanov A. M., Kristal'nyj S. R., Popov N. V. Sistemy avtomaticheskogo ekstrennogo tormozheniya [Systems of automatic emergency braking]. Moscow: MADI, 2018: 180. (In Russ.)
17. Turenko A. N., Klimenko V. I., Bogomolov V. A. Realizaciya intellektual'nyh funkcij v elektron-no-pnevmaticheskom tormoznom upravlenii transport-nyh sredstv [Implementation of intellectual functions in the electronic-pneumatic brake control of vehicles] Har'kov: HNADU. 2015. 450. (In Russ.)
18. Khorasani-Zavareh D., Shoar S., Saadat S. Antilock braking system effectiveness in prevention of road traffic crashes in Iran. BMC public health. May 2013. Vol. 13(1): 1-6.: htpps:// doi.org/ 10.1186/14712458-13-439.
19. Soni A., Jitendra Dr. Anti-Lock Braking System// International Journal of Innovative Research in Engineering & Management. February 2022. Vol. 9, Iss. 1: 248-252: htpps:// doi.org/ 10.55524/ijirem.2022.9.1.48.
20. Beles H., Rus A., Dragomir G., Mitran T., Trus-ca D., Tolea B. Researches Regarding the Continuous Improvement of the ABS (Anti-Lock Braking System) Operation for the Passenger Cars. 26th DAAAM International Symposium on Intelligent Manufacturing and Automation. January 2016.: 196-205.: htpps:// doi.org/ 10.2507/26th.daaam.proceedings.027.
21. ZHilejkin M. M., CHugunov D. S. Algoritm raboty antiblokirovochnoj sistemy dlya dvuhosnyh avtomobilej s odnoj vedushchej os'yu s adaptivnym pereraspre-
deleniem tormoznyh usilij [Algorithm of operation of the anti-lock braking system for two-axle vehicles with one driving axle with adaptive redistribution of braking forces]. Izvestiya MGTU "MAMI". 2021. Vol. 15, № 2: 93 - 100: https://doi.org/10.31992/2074-0530-2021-48-2-93-100 (In Russ.)
22. Gorshkov YU. G., Kalugin A. A., Starunova I. N., ZHitejko I. S. Antiblokirovochnaya tormoznaya sistema kolesnyh mashin s pnevmaticheskimi tormoznymi ustrojstvami [Anti-lock braking system of wheeled vehicles with pneumatic brakes]. Vestnik Altajskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2014; 4 (114): 133-138 (In Russ.)
23. Ashraf Sh., Sharkawy Abdel-Nasser, Moaaz Ah., Ghazaly N. A. Comparative Study of Different Control Methods for Anti-Lock Braking System (ABS). SVU-In-ternational Journal of Engineering Sciences and Applications. June 2021. Vol.2 (1): 27-34.: htpps:// doi. org/10.21608/svusrc.2021.65855.1007 (in English)
24. Revin A. A., Poluektov M. V., Radchenko M. G. ABS i resurs elementov tormoznoj sistemy [ABS and the resource of the elements of the brake system]. Avtomobil'naya promyshlennost'. 2009; 10: 39-40. (In Russ)
25. Podrigalo M. A., Tarasov YU. V. Metodika racio-nal'nogo vybora frikcionnyh par perednih i zadnih tor-mozov avtomobilej po temperaturnym harakteristikam [The method of rational choice of friction pairs of front and rear brakes of cars according to temperature characteristics] Avtomobil'nyj transport. 2004; 15: 13-17 (In Russ.)
26. Revin A. A., Komarov D. YU., Dedov S. S. Vliyanie na rabochij process tormoznoj sistemy legkovo-go avtomobilya s ABS yavleniya snizheniya koefficien-ta treniya pary "tormoznaya kolodka - tormoznoj disk" [Influence on the working process of the brake system of a passenger car with ABS of the phenomenon of reducing the coefficient of friction of the pair "brake pad - brake disc"] Avtotransportnoe predpriyatie. 2008; 4: 49-51. (In Russ.)
27. Korneeva N. K., Pichugova L. N., Glushkova E. V. Opredelenie koefficienta treniya skol'zheniya metodom garmonicheskih kolebanij. [Determination of the coefficient of sliding friction by the method of harmonic oscillations] Energeticheskie ustanovki i tekhnologii. 2021; T. 7. № 2: 124-129. (In Russ.)
28. Holshev N. V., Konovalov D. N., Prokhorov A. V., Minaev P. S. Laboratory stand for car tire diagnostics. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2021;18 (6):734-745. (In Russ.) https://doi. org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-734-745
ВКЛАД СОАВТОРОВ
Хольшев Н. В. Разработка методики экспериментальных исследований и проведение экспериментальных исследований.
Конев А. Ю. Изготовление лабораторной установки и проведение экспериментальных исследований.
Ведищев С. М. Обработка экспериментальных данных.
Прохоров А. В. Обработка экспериментальных данных.
AUTHOR CONTRIBUTION STATEMENT
Nikolai V. Holshev Development of experimental research methods and experimental research.
Andrei Y. Konev Laboratory production and pilot studies.
Sergei M. Vedishchev Processing experimental data.
Alexei V. Prokhorov Processing experimental data.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Хольшев Николай Васильевич - канд. техн. наук, доц., доц. кафедры «Техника и технологии автомобильного транспорта», SPIN-код: 99728543.
Конев Андрей Юрьевич - аспирант кафедры «Агроинженерия».
Ведищев Сергей Михайлович - д-р техн. наук, проф., зав. кафедры «Агроинженерия», SPIN-код: 3019-6079.
Прохоров Алексей Владимирович - канд. техн. наук, доц., доц. кафедры «Агроинженерия», SPIN-код: 7624-6841.
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Nikolai V. Holshev - Cand. of Sci., Associate Professor of the Engineering and Motor Transport Department Technology, SPIN-код: 9972-8543.
Andrei Y. Konev - Graduate student of the Agroengineering Department.
Sergei M. Vedishchev - Dr. of Sci., Professor, Head department of the Agroengineering Department, SPIN-код: 3019-6079.
Alexei V. Prokhorov - Cand. of Sci., Associate Professor of the Agroengineering Department, SPIN-код: 7624-6841.
