В автомобиле у нас есть только две активные системы безопасности: это тормозная система и рулевое управление. Поэтому так важно понимать, что такое торможение.
Тормозная сила (FB = Breakforce) необходима для снижения скорости автотранспортного средства, и она направлена против направления движения.
Единицей измерения тормозной силы является Н (Ньютон). Это величина маленькая, около 0,1 килограмм-силы (обозначается кгс или кГ), поэтому мы, чтобы работать с нашими тормозными силами, будем оперировать килоньютонами
F= 1000H = 1 кН (или kN)
1 кН соответствует силе тяжести тела массой 100 кг, вернее эта сила будем равна 0,981 кН, потому что присутствующее в формуле ускорение свободного падения равно 9,81 м/с2. На практике для простоты его значение часто округляют до 10 м/с2.
Правильным вариантом торможения мы считаем создание на колесе некоего усилия, которое позволит перевести кинетическую энергию движения автомобиля в потенциальную, в качестве которой в данном случае выступает энергия тепловая. Все что мы создаем на колесе при торможении должно уйти наружу в виде теплоты рассеивания. По-другому никуда энергия не исчезает.
Теперь вспомним следующее из школьной физики:
Чтобы сдвинуть расположенный на поверхности предмет, нам нужно в общем случае преодолеть силу. Когда предмет неподвижен (скорость предмета равна нулю), в пятне контакта предмета с опорной поверхностью действует сила трения покоя (или сила трения сцепления). Значит для того, чтобы столкнуть предмет с места нам нужно преодолеть силу трения покоя (или сцепления).
Сила сцепления FH (haftkraft, static friction force)
(F тр. покоя сила трения покоя)
Если мы предмет начал движение, то действующая в пятне контакта сила будет называться силой трения. Для поддержания равномерного движения тела нам нужно преодолеть эту силу.
Сила трения скольжения FR (reibungskraft, force of sliding friction)
(F тр.скольжения сила трения скольжения) (процесс скольжения)
Для приведения предмета в движение требуется большее усилие, чем для того, чтобы сохранять его движение.
Вспомним, что сила трения пропорциональна массе тела и зависит от характеристик трущихся поверхностей.
F тр = µ* Fw,
где: µ - коэффициент трения.
Возвращаясь к описанным выше состояниям предмета на поверхности (состоянию покоя и состоянию движения), мы можем определить действующие на предмет силы трения
FH (F тр. покоя )=µH*Fw > FR (F тр.скольжения)=µR*Fw,
где: µH –коэффициент сцепления (коэффициент трения покоя) ,
µR – коэффициент трения (скольжения).
То есть сила трения покоя (сцепления) всегда больше силы трения скольжения.
Здесь необходимо сделать очень важный с точки зрения безопасности движения вывод: сила трения, определяющая как мы ранее установили, эффективность торможения, зависит только от силы тяжести и от коэффициента трения!
Что же действует на автомобиль при его торможении или разгоне?
И то как мы разгоняемся и то как мы тормозим зависит только от двух параметров: от силы тяжести приходящейся на колесо и от коэффициента сцепления с опорной поверхностью (дорогой).
На рисунке показана условная схема автомобиля, двигающегося вперед без торможения;
FWH - нагрузка на заднюю ось (hinterachse),
FWV - нагрузка на переднюю ось (vorderachse).
Силы трения, действующие на каждое колесо, зависят, с одной стороны, от доли силы тяжести автомобиля, приходящейся на данное колесо (в самом простом варианте это осевая нагрузка, распределенная на каждое колесо оси), и, с другой стороны, от коэффициентов трения и/или сцепления между колесом и поверхностью.
Различные нагрузки на ось и различные свойства взаимодействующего с колесом покрытия влияют на изменение сил трения и сцепления.
Что такое эффективное торможение?
Хорошую динамику торможения автомобиль будет показывать только в том случае, если сила трения, возникающая в колесном тормозном механизме, не будет превышать силу трения в пятне контакта между колесом и опорной поверхностью. Если сила трения, развиваемая в колесном тормозном механизме, меньше чем сила трения в пятне контакта, тогда все хорошо, колесо «цепляется» за дорогу, и вся тормозная сила, вырабатываемая в колесном механизме, расходуется на то, чтобы снизить скорость и остановить транспортное средство.
Это происходит в идеальном случае – когда колесо катится с небольшим сцеплением по опорной поверхности и не скользит по ней.
Скольжение колеса появляется всегда в том случае, когда тормозная сила в колесном тормозном механизме больше силы сцепления в пятне контакта колеса с опорной поверхностью.
Вообще, следует отметить, что оптимальное торможение будет в том случае, если в колесном тормозном механизме действуют силы трения скольжения (колесо не блокируется!), а в пятне контакта колеса с опорной поверхность – силы трения покоя (сцепления) – колесо не скользит.
На этой схеме показано колесо, которое останавливается под действием тормозной силы в колесном тормозном механизме FB,R, которая меньше чем сила трения (сцепления) в пятне контакта колеса с опорной поверхностью. В результате проскальзывания колеса по опорной поверхности нет, достигается максимальная эффективность торможения.
При блокировке колеса действует только слабая сила трения скольжения, и дальнейшее нажатие на педаль тормоза (то есть попытка увеличить тормозную силу в колесном механизме) уже не дает эффекта. Движение в таком случае становится мало- или полностью неконтролируемым. То есть, как только мы давим на тормоз с превышением силы трения в пятне контакта – происходит срыв колеса на юз. Срыв на юз передних колес означает, что машину будет водить, а срыв на юз задних колес – это неуправляемый занос.
На этой схеме показано колесо, которое останавливается под действием тормозной силы в колесном тормозном механизме FB,R, превышающей величину силы трения в пятне контакта колеса с опорной поверхностью. В результате колесо скользит по опорной поверхности, тормозная силы в пятне контакта становится меньше (помните – сила трения скольжения меньше силы трения покоя!). В результате эффективность торможения снижается!
Именно для предотвращения такой ситуации – срыву колеса на юз – предназначены различные виды антиблокировочных систем автомобиля. Их задача – не допустить перевода силы трения покоя в силу трения скольжения.
