Научная статья на тему 'Сравнение процесса торможения автомобильного колеса в зависимости от способа постановки его на опорные ролики диагностического стенда'

Сравнение процесса торможения автомобильного колеса в зависимости от способа постановки его на опорные ролики диагностического стенда Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
296
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
iPolytech Journal
ВАК
Область наук
Ключевые слова
ДЛИНА ПЯТНА КОНТАКТА ШИНЫ С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ / НОРМАЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ / ПРОДОЛЬНАЯ КАСАТЕЛЬНАЯ РЕАКЦИЯ / КОЭФФИЦИЕНТ СЦЕПЛЕНИЯ / ПРОСКАЛЬЗЫВАНИЕ КОЛЕСА / ОПОРНЫЕ РОЛИКИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО СТЕНДА / ЭЛАСТИЧНАЯ ШИНА / LENGTH OF A TIRE CONTACT PATCH ON THE SUPPORTING SURFACE / NORMAL REACTION / LONGITUDINAL TANGENTIAL REACTION / COEFFICIENT OF ADHESION / WHEEL SLIDING / SUPPORT ROLLERS OF A TEST BENCH / ELASTIC TIRE

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Яньков Олег Сергеевич

ЦЕЛЬ. Изучить взаимодействие тормозящего автомобильного колеса с эластичной шиной как при постановке его на два кинематически жестко связанных опорных ролика диагностического стенда, так и в случае, когда торможение шины происходит на одинарном переднем и одинарном заднем опорных роликах. МЕТОДЫ. Для сравнения процесса торможения колеса с эластичной шиной, установленного как на два опорных ролика, так и на одинарные ролики, использовался стенд, специально разработанный в научно-исследовательской лаборатории компьютерной диагностики автомобилей кафедры автомобильного транспорта ИРНИТУ. РЕЗУЛЬТАТЫ. Торможение колеса, установленного на два кинематически жестко связанных ролика, сопровождается увеличением длины пятна контакта lД, нормальной RZ и продольной касательной RX реакций на заднем опорном ролике. Максимальная разность в значениях длины пятна контакта составляет ΔlД = 14,79 мм. Максимальная разность в значениях продольной касательной реакции составляет ΔRXN = 1352,49 Н, нормальной реакции ΔRZN= 1446,21 Н. При торможении колеса на одинарных опорных роликах наблюдается увеличение длины пятна контакта lД, нормальной RZ и продольной касательной RX реакций на переднем опорном ролике. Наибольшая разность длины пятна контакта составляет ΔlД = 25,6 мм. Максимальная разность в значениях продольной касательной реакции составляет ΔRXN = 1488,6 Н, нормальной ΔRZN = 2808,2 Н. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При торможении колеса на двух кинематически жестко связанных опорных роликах взаимодействие шины будет больше с задним роликом. Большее взаимодействие колеса с передним роликом будет осуществляться в случае, когда торможение колеса происходит на одинарных опорных роликах.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Яньков Олег Сергеевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

COMPARISON OF WHEEL BRAKING PROCESS DEPENDING ON THE MODE OF WHEEL SETTING ON TEST BENCH SUPPORT ROLLERS

The PURPOSE of the paper is to study the interaction of a vehicle braking wheel with an elastic tire when it is positioned on two kinematically rigidly connected support rollers of a test bench as well as in the case when tire braking takes place on a single front and single rear support rollers. METHODS. In order to compare the process of braking a wheel with an elastic tire positioned either on two support rollers or on single rollers a special test bench designed in the Research Laboratory of Vehicle Computer-aided Diagnosis of the Department of Road transport of INRTU was used. RESULTS. Braking of the wheel positioned on two kinematically rigidly connected rollers is accompanied by an increase of a contact patch length lD, normal RZ and longitudinal tangential reactions RX on a rear roller. The maximum difference in the values of the contact patch length is ΔlD = 14.79 mm. The maximum difference in the values of the longitudinal tangential reaction is ΔRXN = 1352.49N, of the normal reaction ΔRZN = 1446.21N. Wheel braking on single support rollers increases the contact patch length lD, normal RZ and longitudinal tangential reactions RX on the front support roller. The largest difference between the values of the contact patch length is ΔlD = 25.6 mm. The maximum difference in the values of longitudinal tangential reaction is ΔRXN = 1488.6 N, normal ΔRZN = 2808.2N. CONCLUSION. When braking a wheel on two kinematically rigidly connected support rollers the tire interacts more with a rear roller. Greater wheel interaction with the front roller takes place when wheel braking is carried out on single support rollers.

Текст научной работы на тему «Сравнение процесса торможения автомобильного колеса в зависимости от способа постановки его на опорные ролики диагностического стенда»

Оригинальная статья / Original article УДК 629.113.001

DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-208-219

СРАВНЕНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СПОСОБА ПОСТАНОВКИ ЕГО НА ОПОРНЫЕ РОЛИКИ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО СТЕНДА

© О.С. Яньков1

Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Изучить взаимодействие тормозящего автомобильного колеса с эластичной шиной как при постановке его на два кинематически жестко связанных опорных ролика диагностического стенда, так и в случае, когда торможение шины происходит на одинарном переднем и одинарном заднем опорных роликах. МЕТОДЫ. Для сравнения процесса торможения колеса с эластичной шиной, установленного как на два опорных ролика, так и на одинарные ролики, использовался стенд, специально разработанный в научно-исследовательской лаборатории компьютерной диагностики автомобилей кафедры автомобильного транспорта ИРНИТУ. РЕЗУЛЬТАТЫ. Торможение колеса, установленного на два кинематически жестко связанных ролика, сопровождается увеличением длины пятна контакта Д, нормальной RZ и продольной касательной RX реакций на заднем опорном ролике. Максимальная разность в значениях длины пятна контакта составляет АД = 14,79 мм. Максимальная разность в значениях продольной касательной реакции составляет ARXN = 1352,49 Н, нормальной реакции - ARZN = 1446,21 Н. При торможении колеса на одинарных опорных роликах наблюдается увеличение длины пятна контакта Д, нормальной RZ и продольной касательной RX реакций на переднем опорном ролике. Наибольшая разность длины пятна контакта составляет АД = 25,6 мм. Максимальная разность в значениях продольной касательной реакции составляет ARXN = 1488,6 Н, нормальной - ARZN = 2808,2 Н. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При торможении колеса на двух кинематически жестко связанных опорных роликах взаимодействие шины будет больше с задним роликом. Большее взаимодействие колеса с передним роликом будет осуществляться в случае, когда торможение колеса происходит на одинарных опорных роликах.

Ключевые слова: длина пятна контакта шины с опорной поверхностью, нормальная реакция, продольная касательная реакция, коэффициент сцепления, проскальзывание колеса, опорные ролики диагностического стенда, эластичная шина.

Формат цитирования: Яньков О.С. Сравнение процесса торможения автомобильного колеса в зависимости от способа постановки его на опорные ролики диагностического стенда // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 2. С. 208-219. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-208-219

COMPARISON OF WHEEL BRAKING PROCESS DEPENDING ON THE MODE OF WHEEL SETTING ON TEST BENCH SUPPORT ROLLERS O.S. Yankov

Irkutsk National Research Technical University,

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.

ABSTRACT. The PURPOSE of the paper is to study the interaction of a vehicle braking wheel with an elastic tire when it is positioned on two kinematically rigidly connected support rollers of a test bench as well as in the case when tire braking takes place on a single front and single rear support rollers. METHODS. In order to compare the process of braking a wheel with an elastic tire positioned either on two support rollers or on single rollers a special test bench designed in the Research Laboratory of Vehicle Computer-aided Diagnosis of the Department of Road transport of INRTU was used. RESULTS. Braking of the wheel positioned on two kinematically rigidly connected rollers is accompanied by an increase of a contact patch length lD, normal RZ and longitudinal tangential reactions RX on a rear roller. The maximum difference in the values of the contact patch length is AlD = 14.79 mm. The maximum difference in the values of the longitudinal tangential reaction is ARXN = 1352.49N, of the normal reaction - ARZN = 1446.21N. Wheel braking on single support rollers increases the contact patch length lD, normal RZ and longitudinal tangential reactions RX on the front support roller. The largest difference between the values of the contact patch length is AlD = 25.6 mm. The maximum difference in the values of longitudinal tangential reaction is ARXN = 1488.6 N, normal - ARZN = 2808.2N. CONCLUSION. When braking a wheel on two kinematically rigidly connected support rollers the tire interacts more with a rear roller. Greater wheel interaction with the front roller takes place when wheel braking is carried out on single support rollers. Keywords: length of a tire contact patch on the supporting surface, normal reaction, longitudinal tangential reaction, coefficient of adhesion, wheel sliding, support rollers of a test bench, elastic tire

1

Яньков Олег Сергеевич, аспирант, e-mail: 066813@mail.ru Oleg S. Yankov, Postgraduate, e-mail: 066813@mail.ru

For citation: Yankov O.S. Comparison of wheel braking process depending on the mode of wheel setting on test bench support rollers. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no 2, pp. 208-219. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-2-208-219

Введение

Наиболее распространенным и эффективным средством контроля систем активной безопасности автомобилей является метод диагностирования на стендах с опорными роликами.2,3 Диагностика автомобиля в стендовых условиях сопровождается созданием тестовых воздействий, вследствие чего системы автомобиля функционируют на характерных режимах. При этом происходит замер диагностических параметров, связанных с параметрами технического состояния [1]. Процесс взаимодействия шины с двумя опорными роликами сопровождается очень сложными явлениями, такими как продольное смещение колеса относительно опорных роликов, проскальзывание шины относительно цилиндрических поверхностей [2]. Результаты диагностирования тормозной системы зависят от давления воздуха в шине, радиуса качения колеса, формы и геометрических параметров пятна контакта эластичной шины с опорной поверхностью, материала поверхности опорных роликов, а также межосевого расстояния опорных роликов. Однако, кроме всего вышеперечисленного, немаловажным фактором является смещение колеса автомобиля относительно оси симметрии опорных роликов, поскольку при торможении автомобиля на роликах стенда при его диагностировании возникающие касательные силы стремятся сместить ко-

лесо в сторону заднего опорного ролика [3]. При этом нарушается точное позиционирование колеса, и, как правило, всего автомобиля на диагностическом стенде, поэтому процесс торможения реализуется большей частью на заднем ролике, что значительно влияет на результаты диагностирования [3, 4]. Таким образом, изучение взаимодействия шины с опорными роликами стенда при изменении положения колеса в горизонтальной плоскости относительно оси симметрии опорных роликов является актуальным.

Группой ученых кафедры автомобильного транспорта ИРНИТУ была выдвинута гипотеза о том, что при возникновении смещения колеса происходит неравное распределение касательных реакций между передним и задним роликом. Ранее проведенные экспериментальные и аналитические исследования [4] позволили сделать предположение о том, что при смещении колеса в сторону заднего ролика происходит увеличение касательной силы на переднем ролике [4] и снижение этой реакции на заднем ролике. В связи с этим для проверки предложенной гипотезы были проведены экспериментальные исследования, в которых учитывалось изменение положения тормозящего автомобильного колеса с эластичной шиной относительно оси симметрии опорных роликов.

Условия проведения эксперимента

Экспериментальное исследование проводилось на специально разработанном стенде в научно-исследовательской лабо-

ратории компьютерной диагностики автомобилей кафедры автомобильного транспорта ИРНИТУ. Стенд позволяет имитиро-

Федотов А.И., Технология и организация диагностики при сервисном сопровождении: учебник. М.: Издательский центр «Академия», 2015, 352 с.

Fedotov A.I. Technology and organization of diagnostics under service support]: Textbook. Moscow, Publishing Center "Akademiya" Publ., 2015, 352 p.

3Федотов А.И. Диагностика автомобиля: учебник. Иркутск, 2012. 476 с. Fedotov A.I. Vehicle Diagnostics: the textbook. Irkutsk, 2012, 476 p.

вать как качение в ведомом режиме, так и торможение автомобильного колеса, установленного на опорные ролики с возможностью установившегося дискретного изменения величины проскальзывания колеса относительно опорных роликов, а также величины нормальной нагрузки, приложенной к колесу. Конструкция стенда дает возможность изменять межосевое расстояние между роликами и высоту подъема заднего опорного ролика.

Измерительная система комплекса позволяет получать информацию о возникающих в пятнах контакта шины с поверх-

ностями опорных роликов нормальных и продольных касательных реакциях, о частоте вращения опорных роликов и колеса, а также рассчитывать суммарную тормозную силу. Оборудование дает возможность получать стационарные характеристики шин легковых автомобилей [5].

Экспериментальное исследование проводили с шинами марки Amtel Planet легкового автомобиля размером 175/70 R13 82H. Давление воздуха в шине составляло 2,1 кПа. Износ шины - 5%. Нормальная нагрузка, приложенная к колесу, составляла GK = 3750 Н.

Методика проведения экспериментального исследования

схемой, показанной на рис. 1.

Постановка колеса на опорные ролики осуществлялась в соответствии со

Рис. 1. Процесс торможения колеса на двух кинематически связанных друг с другом опорных роликах

диагностического стенда: 1 - колесо с испытуемой шиной; 2 - ось симметрии опорных роликов; 3 - передний опорный ролик; 4 - задний опорный ролик: a - величина смещения колеса относительно оси симметрии опорных роликов; шк - угловая частота вращения колеса; шР - угловая частота вращения опорных роликов; GK - нагрузка, приложенная к колесу; FT - суммарная тормозная сила;

rK0 - свободный радиус колеса; rKF - радиус качения колеса относительно переднего ролика; rKT - радиус качения колеса относительно заднего ролика; RZF - нормальная реакция на переднем ролике; RXF - касательная реакция на переднем ролике; RZT - нормальная реакция на заднем ролике; RXT - касательная реакция на заднем ролике; aW - межосевое расстояние между опорными роликами Fig. 1. Wheel braking on two kinematically connected support rollers of a test bench: 1 - wheel with the tested tire; 2 - a symmetry axis of support rollers; 3 - front support roller; 4 - rear support roller: a - value of the wheel offset from the symmetry axis of support rollers; uK - angular wheel speed; wP - angular roller speed; GK - load applied to the wheel; FT - total braking force; rK0 - wheel free radius; rKF - wheel rolling radius relative to the front roller; RKT - wheel rolling radius relative to the rear roller; RZF - normal reaction on the front roller; RXF -tangential reaction on the front roller; RZT - normal reaction on the rear roller; RXT - tangential reaction on the rear roller; aW - center distance between the support rollers

При торможении колеса с эластичной шиной на двух роликах стенда возникает разница в значениях величины длины пятна контакта 1д шины на переднем и на заднем опорных роликах. Объясняется это тем, что даже при первоначальной установке колеса без смещения относительно оси симметрии опорных роликов (а = 0) под действием тормозных сил происходит изменение формы ленты беговой дорожки эластичной шины. При этом беговая дорожка шины прижимается к поверхности заднего ролика сильнее. Длина пятна контакта 1дз с ним увеличивается. Одновременно уменьшается длина пятна контакта шины 1дп с передним роликом (рис. 2).

Максимальная разность между длиной пятна контакта ДП шины с передним опорным роликом и 1дз с задним опорным роликом составляет АД = 14,79 мм при величине проскальзывания в = 0,14, что в процентном соотношении составляет 26,65%.

Длина пятна контакта в очень значительной степени влияет на величину нормальной и продольной Нх касательных реакций.

Нормальная реакция рассчитывается по формуле

Я2 =\'оД Щ, ■ Л; (1)

касательная реакция - по выражению

кх =ЯД ^ ■ (2)

где АНц и АНх! - элементарные (распределенные по длине пятна контакта) нормальные и продольные касательные реакции; 1д - длина пятна контакта шины с цилиндрическими опорными роликами.

Элементарные нормальные и продольные касательные АНх реакции рассчитываются на основании сигналов, полученных при помощи тензодатчиков, встроенных в опорные ролики стенда [7, 8]. Для их обработки были использованы полученные в процессе тарировки систем измерения следующие линейные функции:

Щ = Лг •иг + Вг; (3)

АЯХ = Лх - их +Вх, (4)

50

I 45

Я "S

— <4-

SS «

я а

S3 t

40

rf a о

и 35

tu JJ

« о i

i Ъ 30 —- a

F4 о J

25

■ I —* - 1

1 /^ш ■

1 r~ * <

♦ " " - 4- ♦ -—¿f-

0,0 Îi2 0,4 0,6

Проскальзывание, S Slipping, S

0,8

1,0

Рис. 2. Изменение длин пятен контакта 1Д шины в зависимости от величины проскальзывания S при торможении шины на двух опорных роликах: 1 - длина ДП пятна контакта шины с передним

опорным роликом; 2 - длина ДЗ пятна контакта шины с задним опорным роликом Fig. 2. Changes of tire contact patch lengths lD depending on the slip S when braking tires on two support rollers: 1 - tire contact patch length lDP in the contact with the front support roller; 2 - tire contact patch length

lDZ in the contact with the rear support roller

где Ах и Бх - коэффициенты для расчета элементарной нормальной реакции Ах и Бх - коэффициенты для расчета элементарной нормальной реакции АНХ1, иг - уро-

вень сигнала от системы измерения нормальной реакции АНц, В; их - уровень сигнала от системы измерения продольной касательной реакции АНх,, В.

Результаты и их обсуждение

После обработки результатов экспериментальных исследований процесса торможения колеса с эластичной шиной на двух опорных роликах стенда были получе-

ны зависимости нормальных и продольных касательных которые представлены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Изменение продольной касательной реакции RX в зависимости от величины проскальзывания S при торможении шины на двух опорных роликах: 1 - продольная касательная реакция RXF на переднем опорном ролике; 2 - продольная касательная реакция RXT на заднем опорном ролике Fig. 3. Changes of the longitudinal tangential reaction RX depending on the value of slip S when braking a tire on two support rollers: 1 - longitudinal tangential reaction RXF on the front support roller; 2 - longitudinal tangential reaction RXT on the rear support roller

3000 - 2500

p? z

I $ 2000

с. л

1500

J 1000

500

■ 1

и ■ " ■ " ■

♦ * \j_

0,0 0,2 0,4 0,6

Проскальзывание. S Slipping, S

0,8

1,0

Рис. 4. Изменение нормальной реакции Rz в зависимости от величины проскальзывания S при торможении шины на двух опорных роликах: 1 - нормальная реакция RZF на переднем опорном ролике; 2 - нормальная реакция RZT на заднем опорном ролике Fig. 4. Changes of the normal reaction Rz, depending on the value of slip S under tire braking on two support rollers: 1 - normal reaction RZF on the front support roller; 2 - normal reaction RZT on the rear support rollers

Полученные зависимости нормальных и продольных касательных Нх реакций на шине тормозящего колеса, графики которых представлены на рис. 3 и 4, позволяют сделать следующие выводы:

- по мере увеличения проскальзывания в происходит нарастание нормальной и продольной касательных Нх реакций на заднем опорном ролике при одновременном падении этих реакций на переднем ролике;

- максимальная разность в значениях продольной касательной реакции составляет АНХы = 1352,49 Н при проскальзывании в = 1, что составляет 50,02%. Максимальная разность в значениях нормальной реакции составляет АНгы = 1446,21 Н при проскальзывании в = 1, что составляет 53,94%.

Одним из результатов экспериментального исследования является получение зависимости реализованного коэффициента сцепления ф от проскальзывания в. Величина реализованного коэффициента сцепления ф определялась по формуле

<Р =

Rx

(5)

Несмотря на большой (~ 50%) разброс значений величин нормальной и продольной касательной Нх реакций, разница в значениях коэффициента сцепления ф в процентном соотношении составляет 10,79%. Наибольшая разность в значениях между коэффициентом сцепления фП на переднем опорном ролике и коэффициентом сцепления фЗ на заднем опорном ролике достигает Аф = 0,12. Незначительность разности в значениях коэффициентов сцепления на роликах объясняется тем, что нарастание и снижение как нормальных, так и продольных касательных реакций на обоих роликах происходит пропорционально.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Таким образом, в процессе торможения автомобильного колеса на двух синхронно вращающихся опорных роликах происходит смещение протекторной ленты шины в сторону заднего ролика. При этом на заднем опорном ролике наблюдается увеличение как нормальных так и продольных касательных Нх реакций, а также увеличение длины пятна контакта Д. На переднем же опорном ролике происходит уменьшение значений всех этих параметров.

Рис. 5. Зависимость реализованного коэффициента сцепления ф от величины проскальзывания S при торможении шины на двух опорных роликах: 1 - коэффициент сцепления фП эластичной шины с передним опорным роликом; 2 - коэффициент сцепления фЗ эластичной шины

с задним опорным роликом Fig. 5. Dependence of the implemented coefficient of adhesion ф on the value of slip S when braking tire on two support rollers: 1 - coefficient of adhesion фP of an elastic tire with the front support roller; 2 - coefficient of adhesion ф2 of an elastic tire with the rear support roller

Полученные в результате экспериментального исследования данные противоречат общепринятым знаниям о взаимодействии эластичной шины автомобильного колеса с опорными роликами диагностического стенда. Как показывают предыдущие исследования, при торможении автомобильного колеса на опорных роликах реализованная касательная сила возрастает на переднем опорном ролике, что полностью противоречит результатам эксперимента [6].

Исследования, проводившиеся ранее [4], были поставлены следующим образом. С целью выявления распределения сил на опорных роликах в процессе торможения колеса производилась имитация процесса торможения колеса индивидуально на переднем опорном ролике (рис. 6), а также индивидуально на заднем

ролике (рис. 7). Расстояние между осью вращения колеса и осью вращения ролика (расстояние эр на рис. 6 и расстояние эт на рис. 7) составляло половину межосевого расстояния между опорными роликами (расстояние а^ на рис. 1). При этом положение испытуемого колеса относительно опорного ролика соответствовало тому положению, которое занимает колесо при постановке его на два опорных ролика.

Для устранения возникшего противоречия и внесения ясности в вопрос о причинах различия результатов двух исследований авторами данной статьи были проведены дополнительные эксперименты, в которых испытуемая шина взаимодействовала с одним из опорных роликов в соответствии со схемами, приведенными на рис. 6 и рис. 7.

Рис. 6. Процесс торможения колеса индивидуально на переднем опорном ролике: 1 - колесо с испытуемой шиной; 2 - передний опорный ролик; aF - расстояние между осью вращения переднего

опорного ролика и осью вращения колеса; шк - угловая частота вращения колеса; ш - угловая частота вращения опорных роликов; GK - нагрузка, приложенная к колесу; FT - суммарная тормозная сила; rK0 - свободный радиус колеса; rKF - радиус качения колеса относительно переднего ролика; Rzf - нормальная реакция на переднем ролике; RXF - касательная реакция на переднем ролике Fig. 6. Wheel braking process specifically on the front support roller: 1 - wheel with the tested tire; 2 - front support roller: aF - distance between the front support roller rotation axis and the wheel rotation axis; шк - angular wheel speed; шР - angular speed of support rollers; GK - load applied to the wheel; FT - total braking force; rK0 - free radius of the wheel; rKF - wheel rolling radius relative to the front roller; RZF - normal reaction on the front roller; RXF - tangential reaction on the front roller

Рис. 7. Процесс торможения колеса на заднем опорном ролике: 1 - колесо с испытуемой шиной; 2 - задний опорный ролик: aT - расстояние между осью вращения заднего опорного ролика и осью вращения колеса; шк - угловая частота вращения колеса; шР - угловая частота вращения опорных роликов; GK - нагрузка, приложенная к колесу; FT - суммарная тормозная сила; rK0 - свободный радиус колеса; rKT - радиус качения колеса относительно заднего ролика; RZT - нормальная реакция на заднем

ролике; RXT - касательная реакция на заднем ролике Fig. 7. The process of braking the wheel on the rear support roller: 1 - wheel with the tested tire; 2 - rear support roller: aT - distance between the rear support roller rotation axis and the wheel rotation axis; шк - angular

wheel speed; - angular speed of support rollers; GK - load applied to the wheel; FT - total braking force; rK0 - free radius of the wheel; rKT - rolling radius of the wheel relative to the rear roller; RZT - normal reaction on

the rear roller; RXT - tangential reaction on the rear roller

Экспериментальное исследование процесса торможения эластичной шины было выполнено отдельно на переднем и отдельно на заднем опорных роликах стенда. Оно проводилось с той же шиной марки Amtel Planet размером 175/70 R13 82H. Давление воздуха в шине - 2,1 кПа. Износ шины - 5%. Нормальная нагрузка, приложенная к колесу, составляет GK = 3750 Н.

На рис. 8, 9, 10 и 11 показаны результаты экспериментальных исследований процесса торможения шины на одиночном переднем и одиночном заднем роликах. Для наглядности полученные экспериментальные зависимости одноименных реакций представлены на графиках совместно.

Как видно из рис. 8, в процессе торможения колеса на одиночном переднем опорном ролике длина ДП пятна контакта шины с этим роликом больше, чем длина

1дЗ пятна контакта шины при торможении колеса на одиночном заднем опорном ролике. Наибольшая разность между длиной 1дП пятна контакта шины с передним опорным роликом и длиной 1дЗ пятна контакта шины с задним опорным роликом составляет А1д = 25,6 мм (35,5%) при величине проскальзывания Э = 0,17.

При нулевом проскальзывании (Э = 0) разница между длинами пятен контакта составляет АД = 2 мм (3,77%). Этот факт говорит о том, что при увеличении проскальзывания Э под действием увеличивающегося тормозного момента и нагрузки на пятно контакта активного ролика происходит смещение протекторной ленты шины в сторону действия касательных реакций, т.е. в сторону переднего опорного ролика. В результате пятно контакта шины с этим роликом становится больше.

Рис. 8. Изменение длины пятна контакта Д в зависимости от величины проскальзывания S при торможении шины на одиночном переднем и одиночном заднем опорных роликах отдельно друг от друга: 1 - длина ДП пятна контакта шины с передним опорным роликом; 2 - длина ДЗ пятна

контакта шины с задним опорным роликом Fig. 8. Changes in the contact patch length lD depending on the value of slip S under tire braking on a single front and single rear support rollers separately from each other: 1 - tire contact patch length lDP in the contact with the front support roller; 2 - tire contact patch length lDZ in the contact with the rear support roller

я

M

4500 4000 3500

z

Й 3000 M

I 2500 tj

Ï 2000

я un

Я

и H

1500

100 0

500

-500

4

- ► ♦ -^

/

/ _ —_ i-■ 1 L ■

1 i ■ Л ■ ■ 11

If ? \l

/

if

f

ко 0 J Д о ,4 0 ,6 0 ,8 1, i

Проскальзывание. S Slipping, S

Рис. 9. Изменение продольной касательной реакции RX в зависимости от величины проскальзывания S при торможении шины на одиночном переднем и одиночном заднем опорных роликах отдельно друг от друга: 1 - продольная касательная реакция RXF на переднем опорном ролике; 2 - продольная касательная реакция RXT на заднем опорном ролике Fig. 9. Changes of the longitudinal tangential reaction RX depending on the value of slip S under tire braking on a single front and single rear support rollers separately from each other: 1 - longitudinal tangential reaction RXF on the front support roller; 2 - longitudinal tangential reaction RXT on the rear support roller

На рис. 9 и 10 показаны зависимости продольной касательной Нх и нормальной реакций, которые по своей форме похожи на форму графиков зависимости длины 1д пятна контакта шины (рис. 8). Максимальная разность между продольной касательной реакцией на переднем опорном ролике и продольной касательной ре-

акцией Нхт на заднем опорном ролике составляет АНШ = 1488,6 Н (34,9%) при проскальзывании Э = 0,17. Максимальная разность между нормальной реакцией на переднем опорном ролике и нормальной реакцией Нгт на заднем опорном ролике составляет АНгы = 2808,2 Н (49,4%) при проскальзывании Э = 0,31.

Рис. 10. Изменение нормальной реакции RZ в зависимости от величины проскальзывания S при торможении шины на одиночном переднем и одиночном заднем опорных роликах отдельно друг от друга: 1 - нормальная реакция RZP на переднем опорном ролике; 2 - нормальная реакция RZT

на заднем опорном ролике Fig. 10. Changes of the normal reaction RZ depending on the value of slip S under tire braking on a single front and single rear support rollers separately from each other: 1 - normal reaction RZP on the front support roller;

2 - normal reaction RZT on the rear support roller

Э-

= Э-

± a

z .s

G и

2 Ф

I =S

s «

Е °

S а

Е- <ч

s I

-9- S3

4 £

£ U

5

0,8 0,6 0,4 0,2

/ ■ \l

/V 1 -—.—«

*

M

/

/

0,0 0,2 0,4 0,6

Проскальзывание, S Slipping, S

0,8

1,0

Рис. 11. Зависимость реализованного коэффициента сцепления ф от величины проскальзывания S при торможении шины на одиночном переднем и одиночном заднем опорных роликах отдельно друг от друга: 1 - коэффициент сцепления фП эластичной шины с передним опорным роликом; 2 - коэффициент сцепления фЗ эластичной шины с задним опорным роликом Fig. 11. Dependence of the implemented coefficient of adhesion ф on the value of slip S under tire braking on a single front and single rear support rollers separately from each other: 1 - coefficient of adhesion фР of an elastic tire with the front support roller; 2 - coefficient of adhesion фZ of elastic tire with the rear support roller

Из графика (рис. 11) видно, что максимальное значение коэффициента сцепления шины на переднем ролике составляет фП = 0,79, а на заднем - фЗ = 1,03 при проскальзывании в = 0,59. Максимальная разность между коэффициентом сцепления

фП эластичной шины с передним опорным роликом и коэффициентом сцепления фЗ эластичной шины с задним опорным роликом составляет Аф = 0,31 (29,75%) при проскальзывании в = 0,41.

Заключение

Увеличение нормальных и продольных Нхр касательных реакций, а также длины пятна контакта 1дП при торможении колеса на одиночном переднем опорном ролике (рис. 6) объясняется тем, что при увеличении тормозного момента и величины проскальзывания в действующая продольная касательная реакция Нхр догружает пятно контакта, увеличивая нормальную реакцию Происходит увеличение длины 1дП пятна контакта шины с передним роликом (рис. 8), что повышает реализованную нормальную Нгр (рис. 10) и продольную касательную Нхр (рис. 9) реакции.

Процесс торможения колеса на одиночном заднем опорном ролике (рис. 7) протекает несколько иначе. Действующая продольная касательная реакция Нхт разгружает пятно контакта, уменьшая нормальную реакцию При этом нормальная деформация шины, следовательно, и длина 1дз ее пятна контакта с опорным роликом (рис. 8) уменьшаются. Уменьшение длины пятна контакта 1дЗ влечет снижение продольной касательной (рис. 9)

реакции.

Из-за отсутствия равенства в значениях реализованной нормальной и продольной касательной Нх реакций на роли-

ках появляется разность в полученных коэффициентах сцепления фП и фЗ (рис. 11).

Таким образом, гипотеза о том, что в процессе торможения автомобильного колеса на роликовом стенде шина сильнее прижимается к переднему ролику и меньше к заднему, справедлива лишь для частного случая, когда колесо осуществляет торможение только на одиночном опорном ролике (не связанном кинематически с соседним опорным роликом). При этом нормальные и продольные касательные Нх реакции, а также длина пятна контакта 1д на переднем ролике имеют более высокие значения, чем на заднем опорном ролике.

В случае, когда колесо осуществляет торможение на двух кинематически жестко связанных друг с другом опорных роликах стенда (рис. 1), процессы формирования нормальных и продольных касательных Нх реакций, а также длины пятен контакта 1д на переднем и заднем роликах принципиально меняются. Появляется циркуляция мощности в замкнутом контуре - «передний опорный ролик - шина - задний опорный ролик». Анализ этих процессов требует дальнейшего исследования и будет представлен в следующей статье.

Библиографический список

1. Федотов А.И., Портнягин Е.М. К вопросу о тестовых воздействиях на объект диагностирования // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. № 5 (52). С. 95-100.

2. Федотов А.И., Бойко А.В., Луан Ле. В. Анализ механики взаимодействия эластичной шины с цилиндрической опорной поверхностью бегового барабана диагностического стенда // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2014. № 1. (35). С. 34-37.

3. Федотов А.И., Доморозов А.Н. Причины погреш-

ностей измерения силовых параметров автомобиля при его диагностировании на роликовых стендах // Автомобильная промышленность. 2009. № 10. С. 37-38.

4. Бойко А.В., Яньков О.С., Марков А.С. Стенд для исследования процесса взаимодействия эластичной шины с опорными поверхностями // Автомобиль для Сибири и Крайнего Севера. Конструкция, эксплуатация, экономика: материалы 90-й Международной научно-технической конференции (Иркутск, 9-10 апреля 2015 г.). Иркутск, 2015. С. 115-124.

5. Федотов А.И., Бойко А.В., Халезов В.П. Комплекс для исследования взаимодействия в пятне контакта шины с поверхностью бегового барабана и дороги // Проблемы диагностики и эксплуатации

автомобильного транспорта: материалы III Международной научно-практической конференции (г. Иркутск, 31 мая - 2 июня 2011 г.). Иркутск, 2011. С. 218-223.

References

1. Fedotov A.I., Portnyagin E.M. K voprosu o tes-tovykh vozdeistviyakh na ob"ekt diagno-stirovaniya [On the test effects on the object of diagnosis]. Vestnik Ir-kutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universi-teta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2011, no. 5 (52), pp. 95-100.

2. Fedotov A.I., Boiko A.V., Luan Le. V. Analiz mek-haniki vzaimodeistviya elastichnoi shiny s tsilindricheskoi opornoi poverkhnost'yu begovogo bara-bana diagnosticheskogo stenda [Analysis of the mechanical interaction between elastic tires with the cylindrical surface of the shassis dynamometer tests bench]. Vestnik Sibirskoi gosudarstvennoi avtomobil'no-dorozhnoi akademii [Bulletin of the Siberian State Automobile and Highway Academy]. 2014, no. 1 (35), pp. 34-37 p.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Fedotov A.I., Domorozov A.N. Prichiny pogresh-nostei izmereniya silovykh parametrov avtomobilya pri ego diagnostirovanii na rolikovykh stendakh [Causes of errors in measurement of vehicle power parameters under its diagnostics on roller test benches]. Avtomo-bil'naya promyshlennost' [Automotive industry]. 2009, no. 10, pp. 37-38.

Критерии авторства

Яньков О.С. подготовил статью и несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.

4. Boiko A.V., Yankov O.S., Markov A.S. Stend dlya issledovaniya protsessa vzaimodeistviya elastichnoi shiny s opornymi poverkhnostyami [A test bench for the research of elastic tire interaction with bearing surfaces]. Materialy 90-i Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii "Avtomobil' dlya Sibiri i Krainego Severa. Konstruktsiya, ekspluatatsiya, ekonomika" [Proceedings of the 90th International Scientific and Technical Conference "Vehicles for Siberia and the Far North. Design, operation, economy"]. Irkutsk, 2015, pp. 115-124.

5. Fedotov A.I., Boiko A.V., Khalezov V.P. Kompleks dlya issledovaniya vzaimodeistviya v pyatne kontakta shiny s poverkhnost'yu begovogo barabana i dorogi [A complex to study the interaction in the tire contact patch with the chassis dynamometer and road surface]. Materialy III Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii "Problemy diagnostiki i ekspluatatsii avtomo-bil'nogo transporta" [Proceedings of III International Scientific and Practical Conference "Problems of diagnosis and operation of road transport"]. Irkutsk, 2011, pp. 218-223.

Authorship criteria

Yankov O.S. prepared the article for publication and bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The author declares that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.

Статья поступила 28.11.2016 г. The article was received 28 November 2016

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.