§ 10. Торможение двигателем и движение накатом

Торможение-автомобиля двигателем и движение нака­том в ходе ДТП редко встречаются в виде самостоя­тельных режимов движения. Гораздо чаще они либо пред­шествуют экстренному торможению, либо следуют за ним.

В первом случае водитель, сознавая возможность возникновения опасной обстановки (например, видя пешехода, стоящего на краю проезжей части), отпускает педаль управления дроссельной заслонкой или выключает передачу и применяет торможение, когда опасная обста­новка уже возникла (пешеход начал движение по проез­жей части). Во втором случае водитель отпускает тормозную педаль, хотя автомобиль еще не остановил­ся (например, в момент наезда на пешехода, велосипе­диста), после чего автомобиль до остановки движется накатом.

Динамичность автомобиля при этих режимах движения лучше всего исследовать путем следственного экспери­мента и в месте ДТП. Результаты такого экспери­мента менее точны, чем при применении тормозной систе­мы, так как на автомобиль при торможении двигате­лем и движении накатом действуют разные силы пример­но одного порядка. Изменение хотя бы одной из них, не учтенное при эксперименте, может привести к сущест­венным изменениям конечных данных. Так, изменение температуры масла в коробке передач изменяет силу сопротивления трансмиссии, а изменение силы и направле­ния ветра приводит к изменению силы сопротивления воздуха. Поэтому, например, длина пути автомобиля в неизменном интервале скоростей при повторных заез­дах может оказаться различной. Для определения наибо­лее вероятного значения измеряемого параметра нужно стремиться к тому, чтобы состояние всех агрегатов автомобиля (а не только тормозной системы) как можно ближе соответствовало их состоянию во время ДТП. Для уменьшения разброса измеряемых параметров нужно повторять эксперимент 6—7 раз и осреднять результаты.

Для расчета движения автомобиля накатом (с отклю­ченным двигателем) используем уравнение силового ба­ланса

Ри=Рд+Рв+Рхх, (3.1.)

где Ри —приведенная сила инерции автомобиля, Н;РдиPa — силы сопротивления дороги и воздуха соответственно, Н, Рхх — сила сопротивления трансмиссии при холостом ходе (без нагрузки), приведенная к ведущим колесам, Н.

Рассмотрим эти силы. Сила инерции автомобиля

(3.2)

где G —фактический вес автомобиля, Н; δ_вр— коэффициент учета вращающихся масс; j_н— замедление автомобиля при движении накатом, м/с²;g —ускорение силы тяжести;g= 9,81м/с².

Значение δ_врвычисляют по эмпирической формуле:

(3.3)

где и_к — передаточное число коробки передач;G_a— полный вес автомобиля, Н.

При движении накатом и_к =0и δ_вр= 1+ 0, 03G_a/G. Сила сопротивления дороги

(3.4)

где f —коэффициент сопротивления качению; α_д— угол про­дольного наклона дороги. При движении на подъеме его считают положительным, при движении на спуске — отрица­тельным; Ψ_д—коэффициент сопротивления дороги;Ψ_д= fcosa_д,a+sinoα_д.

Сила сопротивления воздуха

(3.5)

где W_в —фактор обтекаемости автомобиля, Нс²/м².

Силу сопротивления трансмиссии при движении нака­том (при холостом ходе) определяют по эмпирической формуле

(3.6)

Из выражений (3.1)—(3.6) получаем мгновенное зна­чение замедления при текущем значении скорости

(3.7)

где Ψ_дв— коэффициент суммарного сопротивления движению.

Коэффициент

(3.7а)

Задавшись несколькими значениями скорости, вычис­ляют мгновенные значения замедлений и после опреде­ления среднего замедления в каждом интервале скорости (например, от v_aдоv_н):

(3.8)

определяют расстояние, пройденное автомобилем, при из­менении скорости в том же интервале

(3.9)

Суммируя значения ▲S, строят кривуюS=S(v_a)-Поль­зуясь ею, можно определить значения пути в любом интервале изменения скорости. Например, при изменении скорости отv₁доv₂длина пути равнаS₁(рис. 3.1). Можно также, зная длину пути и начальную (или конечную) скорость, определить конечную (или началь­ную) скорость. Так, при начальной скоростиv₃и длине путиS₂, пройденного автомобилем в процессе наката, конечная скорость равнаv₄.

Время движения автомобиля определяют также графоаналитически, вычисляя в каждом интервале изме­нения скорости приращение времени

(З.10)

После этого, суммируя отдельные значения ▲t, строят кривую времени как функции скорости. По кривой определяют значения времени для известного перепада скорости.

Рассчитывая движение автомобиля при торможении его двигателем, используют тормозную характеристику двигателя: зависимость момента сопротивления двигате­ля (тормозного момента) M_двот частоты вращения коленчатого вала ω_е(рис. 3.2).

Тормозные характерис­тики, снимаемые предприятиями-изготовителями при стен­довых испытаниях двигателя, характеризуют сопротивление двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке и выключенном зажигании. При торможении автомобиля двигателем в эксплуатационных условиях зажигание, как правило, не выключено, а дроссельная заслонка прикрыта. В результате энергия, необходимая для преодоления внутреннего трения в двигателе, меньше, чем определяемая при стендовых испытаниях.

Рис. 3 1 Определение параметров движения автомобиля.

Рис. 3 2 Тормозная характеристика двигателя.

При отсутствии экспериментальной тормозной харак­теристики можно применить эмпирическую формулу, дающую удовлетворительные результаты в диапазоне частоты вращения коленчатого вала 100...400 рад/с:

где а, и b- эмпирические коэффициенты,v_л -рабочийобъем двигателя , л.

Для карбюраторных двигателей а =0, 035...0, 045 и Ь=2...4; для дизелей а=0, 06...0, 08 и b=2, 5...4, 5.

Для перехода от частоты вращения коленчатого вала к скорости автомобиля используют формулу

где г —радиус ведущих колес, м,u_тр— передаточное число трансмиссии.

Тормозная сила двигателя, приведенная к окружнос­ти ведущих колес автомобиля,

где М_три Р_тр— момент и сила трения трансмиссии, приве­денные к ведущим колесам соответственно.

Значения М_три Р_тропределяют экспериментально. Если опытные данные отсутствуют, то можно и в этом случае использовать эмпирическую зависимость:

где η_н— коэффициент влияния нагрузки.

Коэффицинент

где k, l, т —соответственно числа пар конических шестерен, пар цилиндрических шестерен и карданных шарниров, передаю­щих нагрузку при торможении двигателем.

Зная отдельные силы, можно определить мгновенное замедление автомобиля j _тдпри данном значении скорости:

(3.11)

Скорость, время и путь автомобиля в этом случае рассчитывают так же, как и для случая движения авто­мобиля накатом, т. е. определяют вначале мгновенные, а затем средние значения замедлений и по формулам (3.9) и (3.10) находят приращения пути и времени. После этого строят кривые S=S(v_a)иt=t(v_a),по которым определяют искомые параметры (см. рис. 3: Р.

Описанный метод определения S и tбазируется на известных положениях теории автомобиля и дает воз­можность вычислить параметры с любой желаемой точ­ностью. Но применение метода осложнено необходи­мостью повторять вычисления и строить кривые пути и времени.

В процессе ДТП торможение двигателем или движение накатом продолжаются, как правило, недолго, и перепад скорости обычно невелик. В этих случаях можно счи­тать движение автомобиля равнозамедленным и в форму­лы (3.5) и (3.6) подставлять среднее значение скорости без вычерчивания графиков.

Подставив в приведенные выше формулы значения известных параметров автомобиля и дороги, находят значения сил Р_тд,P_д.и Р_вкак функции средней скоростиVсp.Затем, используя формулу (3.7) или (3.11), определяют замедление, так же как функциюv_cp. Зависи­мости между начальной(v_а),конечной (v_н) и средней (v_cp) скоростями движения следующие:

(3.12а)

(3.126)

(3.12в)

Конечная скорость автомобиля может быть определена, если после торможения автомобиля двигателем или наката произошло торможение тормозной системой. Начальная скорость может быть определена, если интенсивное тормо­жение было прекращено, после чего автомобиль переме­щался накатом или с торможением его двигателем.

В зависимости от того, какая из скоростей (v_аилиv_н)известна по обстоятельствам рассматриваемого ДТП, применяют одну из формул (3.12).

/.Известныv_аи v_н.Значения сил сопротивления движению и среднего замедления находят непосредствен­но, после чего определение пути и времени движения не представляет трудностей—уравнения (3.9) и (3.10).

2. Известны длина пути S и конечная скорость движе­нияv_нпри торможении двигателем или при движении накатом.Из уравнений (3.9) и (3.12 б): 0, 5Sj_cp=(v_ср—v_н)v_ср.

В результате подстановки в последнюю формулу получаем численного значения v_н получаем квадратное уравнение с одним неизвестным -v _ср . Решив его по формуле (3.12,6), определяем начальную скоростьv_a.

3. Известна длина пути S и начальная скорость авто­мобиля перед торможением двигателем или движением накатом.Из формул (3.9) и (3.12 в) получаем: 0, 5Sj_ср=(v_а — v_ср)v_ср.

Подставив в последнюю формулу значение v_aсогласно выражению (3.11), получаем квадратное уравнение с од­ним неизвестным —v_cр. Решив его, находимv_нпо формуле (3.12 в).

Время движения автомобиля в рассматриваемом интервале скоростей можно определить по формуле

t=S/v_cp ИЛИ t=(vа—v_н )/j _ср.

Расчеты можно еще упростить, если есть основания предполагать, что скорость автомобиля в процессе его движения уменьшилась незначительно (на 1—2 м/с). На

ровной горизонтальной дороге при эксплуатационных режимах движения такому перепаду скоростей соответ­ствует перемещение автомобиля на 30—50 м. Тогда в выражение для сил сопротивления движению вместо сред­ней скорости можно подставить значение конечной или начальной скорости в зависимости от того, какая из них известна.

Замена истинного мгновенного значения скорости в выражении (3.9) постоянным не приводит к большим ошибкам, так как от скорости зависят лишь относитель­но малые силы Р_в и P_тp.Наибольшее влияние на замедление оказывает сила сопротивления дороги, которая приf=constи α_д=constостается также неизменной После определения замедления в процессе торможения или наката вычисление начальной (или конечной) скорос­ти не представляет затруднений.

Если известна начальная скорость v_а, то конечная скорость. Если же известна конечная скорость, то начальная скорость.

Описанные упрощенные способы снижают трудоем­кость работы эксперта, не внося большой погрешности, что позволяет использовать их в экспертной практике.