Винахід відноситься до випробувальної техніці і, зокрема, до визначення коефіцієнта зчеплення транспортного засобу з дорожнім покриттям. Метод полягає у вимірюванні параметрів дорожнього покриття безпосередньо на транспортному засобі з урахуванням його параметрів. При цьому одночасно вимірюються три величини: нормальна навантаження від коліс на дорожнє покриття, сумарна сила на важелі тяги рульового управління, що виникає при русі коліс під кутом до напрямку руху транспортного засобу і кут сходження коліс керованих коліс, за допомогою яких розраховується коефіцієнт зчеплення. Технічний результат полягає в зменшенні трудомісткості процесу вимірювань, можливості обліку характеристик дорожнього покриття і стану шин конкретного автомобіля. 3 мул.
Малюнки до патенту РФ 2498271
Винахід може бути використано для визначення коефіцієнта зчеплення транспортного засобу з дорожнім покриттям. Винахід може бути реалізовано в портативних пристроях оперативної оцінки зчіпних якостей доріг.
Зчіпні якості дорожніх покриттів оцінюють за допомогою портативних і динамометричних приладів. В даний час зчіпні якості дорожніх покриттів регламентуються державним стандартом ГОСТ 30413-96, званим "Метод визначення коефіцієнта зчеплення колеса автомобіля з дорожнім покриттям". Суть методу зводиться до того, що коефіцієнт поздовжнього зчеплення, який визначається як "відношення максимального дотичного зусилля, що діє уздовж дороги, на площу контакту зблокованого колеса з дорожнім покриттям до нормальної реакції в площі контакту колеса з покриттям", знаходять при використанні автомобільної динамометричної установки типу ПКРС -2, що складається з автомобіля і причіпного одноколісного приладу, обладнаного датчиками рівності і коефіцієнта зчеплення, системами зволоження покриття і управління та регістра ції. Іншими словами, для визначення коефіцієнта зчеплення знаходять силу тертя ковзання зблокованого колеса по покриттю і співвідносять її з нормальною реакцією, що, в кінцевому підсумку, дає значення коефіцієнта тертя ковзання колеса по покриттю. При цьому, зазначений вище ГОСТ встановлює ряд параметричних обмежень. Зокрема, нормальне навантаження на колесо повинна бути в межах 3,0 ± 0,03 кН, що відповідає питомому тиску близько 50 Н / см 2. швидкість руху - 60 км / ч. Названі параметри є не єдиними в Гості, але найбільш впливають на значення коефіцієнта зчеплення. До них слід віднести і вимога зволоження поверхні покриття з нормою - 1,0-0,2 л / м 2.
Портативні пристрої оцінки зчіпних якостей доріг су твердим покриттям реалізують спосіб визначення коефіцієнта ковзання в якості коефіцієнта зчеплення. Цей спосіб полягає в навантаженні гумового імітатора шини вертикальної силою і примусове переміщення останнього під дією горизонтальної сили, що є наслідком динамічного, ударної дії на імітатор (пристрої маятникового і ударного типу). У процесі ковзання (гальмування) імітатора під дією сили тертя останню співвідносять з вертикальною силою і таким чином дають оцінку зчіпних якостей дороги з твердим покриттям. При цьому обов'язковою умовою є сталість вертикальної сили, що дає можливість порівняно оцінювати зчеплення різних покриттів за рахунок зміни сили тертя, що виникає при ковзанні імітатора [1].
Недоліками динамометричних візків і портативних приладів є те, що вимірювання виконуються тільки на окремих, малих по довжині ділянках дорожнього покриття, значення коефіцієнта зчеплення коліс з дорожнім покриттям не враховують реальний стан покриття в момент руху, значення коефіцієнта зчеплення коліс з дорожнім покриттям повністю недоступні водієві автомобіля , що рухається по дорозі.
Відомі способи визначення коефіцієнта зчеплення дорожнього покриття з пневматичної автомобільної шиною з використанням пристроїв, обладнаних автомобільної шиною. При цьому вимірюється поздовжня сила F ковзає по покриттю колеса і нормальне навантаження на це колесо Q, а коефіцієнт зчеплення обчислюється за формулою: = F / Q (3, 4).
Недоліки цього способу полягають в тому, що він вимагає застосування пневматичної шини, фізичні параметри якої важко контролювати, крім того, він не дозволяє визначити коефіцієнт зчеплення на обмеженою (локальної) площі покриття, і крім цього при виконанні вимірювань потрібне обов'язкове зволоження покриття і дотримання певної швидкості руху вимірювального колеса, а також вказаний спосіб не дозволяє врахувати вплив геометричних характеристиках дотичних поверхонь: покриття дороги і шини.
Мета винаходу полягає в створенні такого способу визначення коефіцієнта зчеплення, який дозволив би уникнути застосування спеціальної шини або імітаторів шини, необхідності зволожувати покриття при вимірюванні, зменшити трудомісткість процесу вимірювань, а також врахувати геометричні характеристики поверхні покриття дороги, малюнок і стан шини встановленої на конкретному автомобілі.
Аналогів запропонованого способу ні в Росії, ні за кордоном знайдено не було.
Зазначена мета досягається тим, що при використанні даного способу визначення коефіцієнта зчеплення дорожнього покриття полягає в вимірі параметрів дорожнього покриття і обчисленні коефіцієнта зчеплення відрізняється тим, що одночасно вимірюються три величини: N - нормальна навантаження від коліс на дорожнє покриття; Ртяг - сумарна сила на важелі тяги рульового управління, що виникає при русі коліс під кутом до напрямку руху транспортного засобу і - кут сходження коліс керованих коліс, при цьому коефіцієнт зчеплення розраховується за формулою.
Величина бічної сили, що виникає при русі коліс під кутом до напрямку руху, залежить від нормального навантаження, кута сходження коліс, і коефіцієнта зчеплення в режимі ковзання. Таким чином, при закріпленні на одному рівні силового фактора і кута установки коліс для конкретної шини в поточному її стані, величина бічної сили залежить тільки від коефіцієнта зчеплення колеса з дорожнім покриттям.
Ця реєструє і показує система вимірювання трьох величин повинна бути встановлена безпосередньо на автомобілі і повинна дозволяти оцінювати зчіпну силу коліс з урахуванням всього різноманіття факторів, що її визначають, як з боку автомобіля, так і дороги.
На рис.1 дано схематичне зображення коліс по відношенню до поздовжнього важеля, на рис.2 - схематичне розкладання сил, рис.3 - схематичне зображення сил діючих на колесо.
Для визначення коефіцієнта зчеплення необхідно визначити дві величини: бічне дотичне зусилля на контакті ковзаючого контакту колеса - # 208; # 225; і нормальну реакцію - N в площі контакту.
При прямолінійному русі нормальна реакція N в площі контакту дорівнює за величиною нормальному навантаженні від колеса 1 на дорогу.
Керовані колеса 1 автомобіля, з метою підвищення керованості автомобіля, мають позитивне сходження, яке регулюється зміною довжини поздовжнього важеля 2 (рис.1).
Величина сходження коліс оцінюється в кутовій мірі. Позначимо цей кут - (рис.2). При русі колеса 1, встановленого під кутом у напрямку руху повну силу зчеплення можна розкласти на дві: проекцію сили на напрямок руху і проекцію на напрямок перпендикулярний напрямку руху (рис.2).
Коефіцієнт має фізичний зміст коефіцієнта зчеплення при повному ковзанні.
Для визначення величини бічної сили Рб розглянемо систему сил, що діють на колесо 1 і елементи рульового управління, в даному випадку поздовжнього важеля 2 і поперечного важеля 3 (рис.3).
З умови рівноваги (сума моментів сил щодо осі повороту колеса 1 дорівнює нулю) отримуємо
де Ртяг - сила, що виникає в тязі рульового управління;
кpm - коефіцієнт, що враховує особливості конструкції рульового управління конкретної марки автомобіля;
b - довжина поперечного важеля 3 рульового управління (елемент рульової трапеції).
Величину «а» можна наближено визначити за формулою [4] a = f · r. де f - коефіцієнт опору коченню; r # 228; - динамічний радіус колеса 1, наближено рівний статичному радіусу r # 241; # 242; шини).
Точне значення коефіцієнта визначаються при тарировке системи вимірювання на еталонному покритті.
Коефіцієнт зчеплення пропонується розраховувати за формулою. в якій використовуються три вимірювані величини: N - нормальна навантаження від колеса на дорожнє покриття; Ртяг - сумарна сила на важелі тяги рульового управління, що виникає при русі коліс під кутом до напрямку руху транспортного засобу і - кут сходження коліс керованих коліс.
Пропонований спосіб має наступні переваги в порівнянні з усіма методами, застосовуваними в даний час:
- для вимірювання використовується елементи конструкції транспортного засобу (керовані колеса і важелі рульового управління);
- дозволяє врахувати індивідуальні характеристики шини (тип, конструкцію каркаса, вид і стан протектора, температуру в зоні взаємодії);
- дозволяє врахувати як гістерезисних, так адгезионную складові зчеплення колеса з покриттям;
- дозволяє визначати коефіцієнт зчеплення безпосередньо по траєкторії руху коліс транспортного засобу;
- дозволяє врахувати вплив швидкості руху на величину коефіцієнта зчеплення.
Пропонований метод технічно реалізуємо, так як бічна сила, що виникає при русі колеса, сприймається тягою (тягами) важеля рульового управління транспортного засобу, на якій (яких) вона і може бути зареєстрована. Навантаження на колесо N і кут сходження коліс також можуть бути зареєстровані.
1. В.В. Сільянов, Транспортно-експлуатаційні якості автомобільних доріг. - М. Транспорт, 1984, с.287.
2. Авт. свідоцтво СРСР N159323, кл. G01N 19/02, 1963 р
4. Автомобіль: Теорія експлуатаційних властивостей. / А.С. Литвинов, Я.С. Фаборін - М. Машинобудування, 1989. - 240 с.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Спосіб визначення коефіцієнта зчеплення поверхні дорожнього покриття, що полягає у вимірюванні параметрів дорожнього покриття і обчисленні коефіцієнта зчеплення, що відрізняється тим, що одночасно вимірюються три величини: N - нормальна навантаження від коліс на дорожнє покриття; Ртяг - сумарна сила на важелі тяги рульового управління, що виникає при русі коліс під кутом до напрямку руху транспортного засобу, і - кут сходження коліс керованих коліс, при цьому коефіцієнт зчеплення розраховується за формулою де кpm - коефіцієнт, що враховує особливості конструкції рульового управління конкретної марки автомобіля .