Franarea automobilului

Franarea automobilului

Franarea este procesul prin care se reduce partial sau total viteza automobilului. De capacitatea de franare a automobilului depinde in mare masura posibilitatea utilizarii integrale a vitezei si acceleratiei acestuia, elemente ce detremina viteza medie de exploatare.

In timpul franarii energia cinetica acumulata de automobil se consuma. O parte se pierde la invingerea rezistentelor la rulare si rezistentei aerului, care totdeauna se opun miscarii automobilului, iar restul se transforma in caldura prin frecare in frane.

1. Forta de franare si repartitia ei pe punti

Efortul de franare se realizeaza la rotile automobilului ca rezultat al actiunii momentelor de franare M_f, care se opun rotirii acestora. Odata cu momentul de franare asupra rotii franate actioneaza si un moment de rezistenta la rulare M_r si un moment de inertie al rotii M_i asa cum arata in schema din figura 3.18.

Forta tangentiala care ia nastere in timpul franarii este data de expresia:

; (3.44)

Cand franarea este insotita de blocarea rotii, momentul de rezistenta la rulare M_r si momentul de inertie M_i sunt nule iar relatia (3.44) devine:

; (3.45)

Aceasta forta tangentiala, la incarcarea rotii cu sarcina verticala G_R, determina o reactiune tangentiala X_f care se numeste forta de franare. Valoarea maxima a acestei forte este limitata de conditiile de aderenta dintre rotile franate si suprefata de rulare, lucru care ne permite sa scriem:

; (3.46)

unde Z_f este suma reactiunilor normale la rotile franate.

Pentru un automobil, forta de franare maxima totala, este suma dintre forta de franare maxima la puntea din fata X_{f1 max} si forta de franare maxima la puntea de spate X_{f2 max}:

; (3.47)

Avand in vedere relatia (3.46) putem scrie ca:

si (3.48)

Raportul dintre fortele de frinare maxime la cele dou punti va fi:

(3.49)

Relatia de mai sus indica faptul ca fortele maxime de frinare trebuie determinate nu dupa repartizarea statica a greutatii pe punti ci prin luarea in considerare a schmbarii dinamice a reactiunilor normale in timpul frinarii.

Cresterea momentului de frinare Mf determina o crestere a patinarii rotii pe suprafata drumului care la valorl de 20- 30 % asigura aderentei valoara maxima. Dac patinarea creste peste valorile prezentate, aderenta se micsoreaza mai ales pe drumurile cu suprafete umede si murdare.

La cresterea exagerata a momentului de frinare se produce blooarea rotii si deci roata va aluneca fra rulare. Energia pierduta in frine devine nula si aproape intreaga energie pierduta de automobil se elimina prin suprafata de contact a pneurilor cu calea de rulare. Daca frinarea are loc pe o suprafat uscata la ridicarea brusca a temperaturii in punctele de contact particule de guma se rup din pneu si ramin pe suprafata drumului sub forma de urme negre fapt care reduce eficienta frinarii, determina deraparea rotilor si accentueaza uzura pneurilor.

Parametrii capacitatii de frinare

Aprecierea si compararea capacitatii de frinare a automobilelor se face cu ajutorul deceleratie maxime absolute af sau relative af rel , a timpului de frinare s a spatiului minim de frinare Sf min , in functie de viteza. Acesti parametrii pot f determinati in intervalul a dou viteze din care poate fi zero (cazul frinarii totale).

Daca frinarea se face cu ambreiajul decuplat, ecuatia generala de care a automobllului se scrie:

(3.50)

unde af - este deceleratia absolut a automobilului;

' - coeficientul maselor de rotatie in timpul frinarii cu motorul decuplat;

Xf - forta de frinare;

∑f - suma fortelor de rezistenta la inaintarea automobilului care nu depind de caracterul miscarii.

Pentru aprecierea cantitativa a capacitatii de frinare, se utilizeaza uneori deceleratia relativa, oare reprezinta raportul dintre aceeleratia absoluta a automobilului af si acceleratia gravitationala g :

Intrucit si se poate scrie:

(3.52)

sau

(3.53)

Daca se considera ca =1, ca franarea incepe la o viteza nu prea mare la care rezistenta aerului poate fi neglijata (F=0), ca drumul pe care se face franarea este orizontal (α =0) si franarea are loc pe toate rotiile (Z_f = G_a), ecuatua de miscare pentru acest regim devine:

(3.54)

Daca franarea are loc cu blocarea rotiilor, coeficientul de rezistenta la rulare se poate neglija si relatia 3.54 devine:

(3.55)

Aceasta relatie ne permite ca prin integrarea ei intre limitele V₁ si V₂ sa determinam timpul minim de franare in intervalul de viteze considerat dupa cum urmeaza:

Relatia (3.55) se poate scrie si sub formele:

sau (3.56)

de unde:

(3.57)

Daca franarea are loc pana la oprirea totala a automobilului timpul minim de franare devine:

(3.58)

Totusi trebuie precizat ca pentru caracterizarea capacitatii de franare a unui automobil se utilizeaza mai des spatiul minim de franare care se determina dupa cum urmeaza.

Plecand de la observatia ca deceleratia automobilului poate fi scrisa si sub forma:

(3.59)

ecuatia (3.55) devine:

(3.60)

de unde:

(3.61)

Integrand expresia de mai sus intre limitele V₁, viteza la care incepe franarea, si V₂, viteza la care se termina franarea, se obtine spatiul minim de franare in intervalul considerat astfel:

(3.62)

sau:

(3.63)

Prin luarea in considerare a urmatoaralor ipoteze δ^' = 1, frinarea are loc pe toate rotile (Z_f = G_a cos α) la o viteza mica cind rezistenta aerului se poate neglija, (F_a = 0), cu relatia (3.62) se obtine:

(3.64)

Daca frinarea are loc pe drum orizontal(α

(3.65)

Cand are loc frinarea cu blocarea rotilor spatiul minim de frinare se obtine cu relatia

(3.66)

In figura 3.19 se prezinta diagrama frinarii automobilului, care reprezinta variatia vitezei V_a, a fortei de franara F_f a fortei pe pedala de frina Q_p si a deceleratiei absolute a_f in functie de timp.

Din aceasta diagrama se observa ca procesul de franare poate fi impartit in patru etape ce le desfasoara in timpii t₀, t₁, t₂ si t₃.

Intervalul t₀ este timpul de reactie a conducatorului masurat din momentul sesizarii necesitatii frinarii pina la inceperea cursei utile a pedalei de frina; timpul t₁ reprezinta timpul total de intrare in actiune a sistemului de frinara si se compune din timpi t₁^', care reprezinta timpul din momentul inceperii cursei active a pedalei de frina pina la atingerea valorii nominale a fortei pe pedala de frina si t₁^", care reprezinta timpul in care are loc cresterea fortei de frinare de la zero la valoarea maxima. In timpul t₂ are loc frinarea propriu-zisa cind forta de frinare se mentine la o valoare constanta corespunzatoare fortei dezvoltate asupra

pedalei de frina.

Intervalul t₃ reprezinta timpul de la slabirea pedalei pina la anularea fortei de frin, care nu influenteaza marimea spatiului de frinare.

Spatiul minim de frinare determinat cu una din relatlile prezentate anterior reprezinta spatiul parcurs de automobil in timpul t₂. Rezulta ca pe linga spatiul minim de frinare apare si un spatiu suplimentar de frinare S_s, parcurs de automobil in timpul intirzierilor t₀ si t₁, respectiv:

(3.67)

Suma acelor spatii formeaza spatiul de orpire al automobilului:

(3.68) In multe probleme de analiza a accidentelor de circulatie intereseaza determinarea vitezei pe care trebuie s-o aiba un automobil pentru a putea opri pe un anumit spatiu. Daca se considera relatia (3.68) o ecuatie de gradul al doilea in V, prin rezolvarea acesteia se obtine valoarea vitezei maxime corespunzatoare spatiului de oprire S_opr:

(3.69)

In expresia (3.69) timpul se introduce in secunde, spatiul de oprire in m si rezulta viteza in km/h.

In urma incercarilor efectuate pentru stabilirea marimilor timpilor de reactie si de intirziere a actionarii frinelor s-au obtinut rezultatele prezentate in tabelul nr. 3.3.

Tabelul 3.3.

La alegerea timpulul de reactie t₀ al oonducatorului se are in vedere faptul ca limita inferioara se adopta pentru un conduoator tinar, odihnt, iar limita superioara pentru cel in virsta sau la o stare de oboseala accentuata. Pentru timpul t₁^' limita inferioara se alege pentru cazul frinelor bine reglate, la care cursa libera a pedalei nu depaseste 2o % din cursa totala, iar limita superioara se adopta la frine cu reglaje acceptabile. Limita inferioara a timpului t₁^" se refera la sistemele de frinare cu actionare hidraulica iar cea superioara 1a cele cu actionare pneumatica. Pentru siguranta circulatiei, in unele tari se prescriu valorile minime obligatorii pentru efcacitatea frinarii, exprimate in lungimea maxima a spatiului de frinare si valoarea minima a deceleratlei, valori ce trebuiesc mentionate in cursul exploatarii automobilelor.