Способы торможения. Потребность в торможении транспортного средства может возникнуть: при необходимости снизить скорость движения пли остановить автомобиль; при ограничении чрезмерного повышения скорости на крутых спусках; при удержании машины в неподвижном положении на стоянках.
Способность к принудительному снижению скорости и быстрой остановке — важнейшее динамическое свойство машины, влияющее на ее эксплуатационные показатели и имеющее большое значение для безопасности движения. Снижению скорости препятствует накопленная машиной при движении кинетическая энергия, которую нужно погасить. С этой целью создают дополнительные искусственные сопротивления движению.
Основной источник дополнительных сопротивлений движению— система тормозов, посредством которой создаются моменты трения, препятствующие вращению колес. В качестве тормозного средства используют также двигатель, который в этом случае не отъединен от трансмиссии и приводится во вращение от колес. Наряду с искусственно создаваемыми сопротивлениями на машину при торможении действуют еще сопротивления дороги и воздуха, которые тоже влияют на замедление движения.
В соответствии с этим различают следующие способы торможения одиночного автомобиля или трактора: с отъединенным двигателем; непосредственно двигателем. Режимы торможения делят на две категории: 1) экстренные, соответствующие максимально возможной интенсивности торможения (5... 10% общего числа торможений); 2) служебные или частичные. Интенсивность служебного торможения всегда меньше максимально возможного.
Уравнение движения при торможении может быть получено из дифференциального уравнения движения. При этом касательную силу тяги Як следует заменить тормозной силой Рт, взяв ее со знаком минус, так как она направлена против движения. Тогда
/т = -dv/dt = g (Рт+2Яс)/(бвРС), (82)
где /т — замедление (отрицательное ускорение) движения.
Измерителями тормозных свойств принимают следующие показатели-
максимальное значение замедления /Ттах, которое может быть достигнуто при торможении в заданных условиях;
минимальный путь торможения STmin, проходимый машиной от начала торможения до того момента, когда ее скорость снизится до заданного значения;
минимальное время торможения 7min, требуемое для прохождения ПУТИ 5Т min.
Торможение с отъединенным двигателем применяют наиболее часто. В рассматриваемом случае сцепление выключается и двигатель, будучи отъединенным от остальных вращающихся масс машины, не влияет на процесс торможения. При этом тормозная сила
Ят = 2Мгт/гк,
где 2Мгт — сумма моментов трения на всех колесных тормозах.
Дифференциальное уравнение движения машины при торможении с отъединенным двигателем принимает следующий вид:
/т = -dvjdi=g (2М, T/rK+2Pc)/(6BPG).
Входящий в эту формулу коэффициент бВр должен учитывать только влияние масс колес (движущихся деталей гусеничных движителей) и деталей трансмиссии, которые вращаются вместе с ними при выключенном сцеплении.
Замедление /т будет максимальным, а путь и время торможения соответственно минимальными, если тормозное усилие имеет максимальное значение Рт max. Для исправных тормозов значение максимального тормозного усилия ограничено сцеплением колес с дорогой, т. е.
где феи — максимальный, одинаковый для всех колес коэффициент сцепления с дорогой; y, — суммарная нормальная реакция дороги на тормозимые колеса, Н.
Согласно опытным данным, коэффициент <рСц сцепления достигает при торможении наибольшего значения, когда колеса начинают заметно проскальзывать, но не доведены до «юза», т. е. еще не прекратили вращаться. Поэтому применяемое иногда торможение колес до «юза» снижает максимальную тормозную силу, которую они способны развить. Оно приводит также к повышенному нагреванию и изнашиванию шин, усиливает опасность заноса машины. Поэтому такое торможение вредно; тормозить колеса можно, только доводя их до грани, близкой к полному скольжению, и то лишь в аварийных случаях, когда возникает угроза безопасности движения.
Субъективная оценка процесса торможения, замедленная реакция водителя на быстро изменяющиеся ситуации и отсутствие контроля за значением тормозного усилия на колесах в боль: шинстве случаев не позволяют избежать отмеченных негативных явлений при торможении и наиболее эффективно использовать тормозные свойства автомобиля. Поэтому необходима автоматизация процесса торможения. На основе использования микропроцессорных средств и мини-ЭВМ создают устройства, автоматически управляющие работой тормозов, так называемые локальные системы автоматизации тормозных систем. Они обеспечивают оптимизацию тормозной силы применительно к конкретным условиям торможения, предотвращают занос и блокировку тормозимых колес.
Подставим в уравнение (83) вместо силы 2М„/гк ее максимальное значение, полученное по формуле (84). Сопротивлением воздуха при интенсивном торможении можно пренебречь вследствие быстрого снижения скорости движения. Сопротивление качению входит в состав тормозного усилия. Таким образом, из всех сил сопротивления движению, входящих в 2ЯС, остается только сопротивление Gsina подъема. С учетом этого получаем следующее выражение максимального замедления при торможении с отъединенным двигателем:
/т max = g (<Pcu*VG ± sin a)/6BP. 
Знак плюс соответствует движению машины в гору, что7помогает торможению: чем больше угол подъема, тем интенсивнее замедляется движение машины. Движение под уклон с отрицательным углом а препятствует торможению.
Если тормоза установлены на всех колесах, как это обычно делают на современных автомобилях, то реакция Ут=* Gcosa, а максимальное замедление
/т шах = ё (Фсц cos а ± sin а)/баР.
На горизонтальной дороге
/ттах = £Фс|Дф-
Чем лучше дорога, тем больше может быть замедление машины при торможении. На твердых сухих дорогах максимальное замедление на горизонтальных участках может достигать 7... 8 м/с2. Дождь, грязь, гололедица, снег и другие факторы, отрицательно влияющие на сцепление шин с дорогой, резко снижают интенсивность торможения.
Как указывалось ранее, максимальное замедление машины при торможении следует применять лишь в аварийных ситуациях. Аварийное торможение встречается редко и составляет лишь 5...10% общего числа торможений. Обычное, так называемое служебное торможение происходит со значительно меньшей интенсивностью. Результаты наблюдений показали, что опытные водители замедляют движение перед плановыми остановками с интенсивностью 1.5...2 м/с2.
Из измерителей тормозных свойств машины наибольший интерес представляет минимальный путь торможения, так как, начиная тормозить, водитель ориентируется на расстояние, отделяющее его от места предполагаемой остановки.
Длина тормозного пути может быть определена из условия, что работа, совершаемая машиной за время торможения, должна быть равна кинетической энергии, потерянной ею за это время. Так как тормозной путь будет минимальным при наиболее интенсивном торможении, т. е. когда тормозная сила имеет максимальное значение /\тах, то указанное условие можно записать следующим уравнением:
(^т шах ± О sin a) 5Т mln = 6BPG (vx* -v2*)/(2g),
где Vi и V2 — скорости автомобиля, м/с, соответственно в начале н конце торможения.
Принимая в этом уравнении Ят тах=фсцУт, получаем минимальный путь, м, торможения
ST mm = М W-vf)№g (ФоЛ ± О sin о)]. (86)
Согласно уравнению (85), ^(фсцУт/б^зтсО/бвр^/т max. После соответствующей замены формула (86) примет вид
$тт1п = (012-022)/(2/ттах). 
Если торможение происходит с замедлением /т<С/ттах, то путь 5Т>S, mln, т. е.
ST = (^-t;2V(2/T).
Если торможение осуществляется на горизонтальной дороге (а*=0)|С замедлением /ттахв£фсц/6Вр до полной остановки машины (>i>2=0), то минимальный тормозной путь
ST ,Шп = Mi2/(2gq>ca) = 0,051 б^/фсд- (87)
Согласно выражению (84), максимальные тормозные усилия соответственно на передних и задних колесах
= Фсц1^п» Рт2 = Фсц2^к>
где феш и фсЦ2 — коэффициенты сцепления передних и задних колес; Уп и )к — соответственно нормальные реакции дороги на передние и задние колеса, Н.
Таким образом, тормозные усилия пропорциональны нормальным реакциям дороги на колеса. При замедленном движении, когда а = 0, Pw=0, Ркр—0 и M;sO,
YK = [G(L-a)-Gjth^lg]!L.
В этом случае параллельно плоскости движения на автомобиль действуют только сила инерции Pjr = GjT/g и тормозная сила PTmax=<fcuG. Из суммы проекций сил на горизонтальную ось PTmiX = PiT=(fc^G, или
Рп.'Рт* = YJYK = (а+ФсцЛц.т)/[(^ -о) -ФсцЛц.т],
т. е. распределение максимальных тормозных сил на передние и задние колеса определяется положением центра тяжести машины: продольной а и вертикальной /гц.т координатами, а также коэффициентом <рсц сцепления колес с дорогой.

На рисунке 73, а и 6 показаны зависимости минимального тормозного пути от начальной скорости движения при различных значениях /т и фСц. /
Из полученных формул и рисунка 73 следует, что на значение минимального тормозного пути существенно влияет скорость движения в начальный момент торможения — чем она выше, тем больше минимальный тормозной путь. Длина минимального тормозного пути увеличивается также с ухудшением дорожных условий. Наконец, чем меньше интенсивность торможения, т. е. чем меньше замедление, тем больше длина тормозного пути. С учетом этого при движении в различных дорожных условиях необходимо соблюдать соответствующую дистанцию безопасности движения, чтобы при торможении движущегося впереди транспортного средства избежать столкновения.
Согласно ГОСТ 25478—82, при торможении со скорости 11,1 м/с по горизонтальной дороге с твердым покрытием тормозной путь 5Т не должен превышать: 16,2 м — для легковых автомобилей; 23 м — для грузовых автомобилей с грузом; 25 м — для автопоездов с грузом. При этом замедление /т должно составлять соответственно 5,2; 4 и 4 м/с2. Следовательно, минимальная дистанция безопасности между двумя автомобилями должна быть 16...25 м. При скорости движения 20...25 м/с ди­станция безопасности должна быть увеличена до 60...80 м.
При выводе формулы (87) не было учтено, что от момента времени, когда водитель заметит препятствие и в его сознании возникнет сигнал о необходимости торможения, от начала срабатывания тормозов до полного торможения проходит некоторое время, в течение которого машина продолжает движение с прежней скоростью. Первый этап называется временем t\ реакции водителя (время U колеблется в пределах 0,3... 1 с), а второй—временем Г2 срабатывания тормозной системы. В среднем для исправного гидравлического привода можно принимать /2=0,4...0,6 с, для пневматического привода — 0,6...1 с, а при торможении автопоезда с пневматическим приводом — до 2 с.
Кроме того, не учтен ряд эксплуатационных факторов, снижающих эффективность торможения. В частности, было принято, что тормозные усилия на передних и задних колесах одновременно достигают максимальных значений по условиям сцепления с дорогой. Это возможно только в том случае, если суммарная тормозная сила распределяется между передними и задними колесами пропорционально силам сцепления этих колес с дорогой. Между тем из-за перераспределения весовых нагрузок между передними и задними колесами при торможении и из-за других причин соотношения между силами их сцепления могут изменяться в значительных пределах. В то же время существующие конструкции тормозных механизмов распределяют тормозные усилия между передними и задними колесами в определенной пропорции независимо от изменяющихся внешних условий.
Поэтому оптимальные соотношения между тормозными усилиями передних и задних колес могут быть достигнуты только в каких-то отдельных случаях. В остальных случаях максимально возможные по сцеплению тормозные усилия будут только на колесах одной из осей (либо передней, либо задней) при недоиспользовании сил сцепления колес другой оси.
Оптимальных соотношений между тормозными усилиями передние и задних колес можно достичь в случае автоматизации работы тормозов, т. е. воздействия на них с помощью микро-лроцессоров и ЭВМ.
Эффективность действия тормозов может быть также снижена из-за их загрязненности, изношенности и неправильной регулировки. Техническое состояние тормозной системы может быть учтено коэффициентом k3 снижения эффективности торможения, показывающим, во сколько раз действительное максимальное замедление автомобиля меньше теоретически возможного на данной дороге. При расчетах можно принимать k3= 1,2 для легковых и k9=\,4 для грузовых автомобилей.
В связи с указанными обстоятельствами полный (остановочный) путь So, м, необходимый для остановки машины, больше минимального расчетного тормозного пути 5Тшсп. Для определения полного остановочного пути машины на горизонтальной дороге можно использовать следующую формулу профессора Д. П. Великанова (в системе СИ):
Установленные ГОСТ 25478—82 нормативы, учитывая влияние различных конструктивных и эксплуатационных факторов,, приняты разными для легковых и грузовых автомобилей и автопоездов на их базе.
Действующие в нашей стране «Единые требования к конструкции тракторов и сельскохозяйственных машин по безопасности и гигиене труда» предусматривают, что длина остановочного пути при торможении на сухой бетонированной горизонтальной дороге со скорости 6...8 м/с для новых колесных тракторов весом до 40 кН должна быть в пределах 6...11 м, для тракторов весом 40...60 кН—6,5...11,5 м. В процессе эксплуатации допускается увеличение тормозных путей на 20%.
Существенное значение имеет также такой измеритель тормозных качеств, как минимальное время торможения Ттщ. При его определении следует учитывать, что машина при торможении движется равномерно замедленно, поскольку сопротивление движению в это время приблизительно постоянно. В соответствии с этим средняя скорость при торможении vcp—0,b{vi-\-V2)y а минимальное время эффективного торможения (без учета подготовительных этапов)
7*mm = STmln/0,5(t,1H-t;2). (89)
Из всего изложенного следует, что существенное значение для повышения эффективности торможения имеют следующие конструктивные и эксплуатационные факторы: уменьшение времени реакции водителя и времени срабатывания тормозной системы; /одновременное торможение всех / колес и оптимальное распределение между ними тормозных усилий, предотвращение блокировки колес; содержание тормозной системы в исправном техническом состоянии и пра­вильное ее регулирование; автоматизации процесса торможения с использованием микропроцессорных средств и мини-ЭВМ. Торможение двигателем — в этом случае сцепление не выключают. Карбюраторный двигатель работает на режиме холостого хода с включенным зажиганием, а дизель — с минимальной по­дачей топлива, достаточной для того, чтобы он не заглох.
Двигатель, включенный в тормозную систему машины, создает на ведущих колесах два противоположно направленных момента: тормозной момент М'Г1, вызываемый сопротивлениями, действующими в двигателе, и ведущий момент M'j, создаваемый касательными силами инерции, возникающими в результате снижения скорости движения тормозимых масс двигателя. Первый из них способствует торможению машины, а второй — препятствует. Использование двигателя для торможения может дать эффект только при условии, что
Мп' > М/. (90)
Тормозной момент
MrT' = M,AivVfr\TPi (61)
тде Мга—тормозной момент на коленчатом валу двигателя.
Зависимость тормозного момента МГд от частоты па вращения коленчатого вала двигателя показана на рисунке 74.
Из характеристики видно, что тормозной момент двигателя изменяется в широких пределах, уменьшаясь по мере убывания скорости движения автомобиля и соответствующего снижения частоты вращения коленчатого вала.
Инерционный момент M'j, возникающий на ведущих колесах машины,
М/«/д(Лод/Л)/тРЯтр,
«где /д — приведенный к коленчатому валу момент инерции движущихся масс двигателя и ведущих деталей сцепления, dca^dt — угловое замедление коленчатого вала.
Между угловым замедлением коленчатого вала двигателя dtojdt и линейным замедлением машины /т существует следующая зависимость:
d%/dt = jriTP/rK.
Тогда инерционный момент
М/^/ЛрЧЛ- (92>
Подставляя в неравенство (90) вместо М'т1 и M'j значения, из уравнений (91) и (92), получаем следующее условие приг менимости метода торможения двигателем:
откуда
/т<Мгдгк/(/д1трт1тР2). (93)>
Если замедление превышает указанные пределы, то торможение двигателем нецелесообразно и может привести только вред. Максимальное значение замедления, при превышении которого двигатель должен быть обязательно отключен, зависит-главным образом от тормозного момента двигателя и от приведенного момента инерции его движущих масс. Чем меньше тормозной момент Мгд и больше момент инерции /д, тем ниже зна­чение замедления, допустимое при торможении двигателем..
Для повышения эффективности этого способа торможения в-, двигателях, устанавливаемых на тяжелых грузовых автомобилях, которые работают в горных условиях, должны быть клапаны для дросселирования выпуска газов или другие приспо. собления, повышающие тормозной момент.
Торможение двигателем целесообразно применять в тех слу-, чаях, когда при торможении необходимо сохранить или несколько замедлить скорость движения. Двигатель эффективно используют при кратковременных служебных торможениях, характерных для городских условий эксплуатации и для притормаживания машины, движущейся под уклон. На длинных крутых спусках двигатель применяют в качестве дополнительного тормоз­ного средства, в результате чего уменьшаются температура нагрева и износ тормозов.
Тормозной момент, создаваемый двигателем, равномерно рас­пределяется дифференциалом между правыми и левыми колесами. Это снижает общую возможную неравномерность распределения тормозных усилий между колесами и уменьшает вероятность блокировки одного из колес. Последнее обстоятельство. способствует повышению устойчивости машины против заноса, в особенности на мокрых и скользких дорогах.
При наличии гидромеханической трансмиссии торможение двигателем применять нельзя, поскольку гидротрансформатор способен передавать крутящий момент только в одном направлении: от насоса к турбине, т. е. от двигателя к ведущим колесам. В этом случае в качестве тормоза может быть использован гидротрансформатор, если он оснащен теми или иными при­способлениями, создающими дополнительные сопротивления потоку жидкости внутри меридионального сечения рабочей полости.
Торможение автомобильного или тракторного поезда можно рассматривать как суммарное торможение отдельных шарнирно соединенных повозок, каждая из которых получает соответственные замедления. При этом, кроме обеспечения рассмотренных выше тормозных свойств, необходимо согласовать действие тормозов тягача и прицепов, чтобы предотвратить набегание прицепов на тягач и одного прицепа на другой.
Добиться абсолютной синхронности работы тормозов тягача и прицепов при любых условиях движения поезда возможно лишь в случае применения микропроцессорной техники и автоматизации процесса торможения. При этом водителю достаточно только нажать на педаль. В процессе торможения необходимо, чтобы прицепы начинали тормозиться несколько раньше и оттормаживались позже тягача, причем у задних прицепов эта разница должна быть больше, чем у прицепов, расположен­ных ближе к тягачу. Важно так распределить тормозные силы между тягачом и прицепами, чтобы поезд при торможении был несколько растянут, благодаря чему он становится менее чувствительным к действию боковых сил и более устойчиво сохраняет заданное направление движения.
Усилие сжатия в сцепке способствует при соответствующих внешних воздействиях отклонениям тягача и прицепа от их нормальных траекторий, в результате чего происходит так называемое складывание поезда со всеми вытекающими отсюда опасными последствиями. Поэтому при анализе тормозных свойств поезда в качестве дополнительного фактора учитывают усилие в сцепке.
Рассмотрим взаимодействие звеньев автотракторного поезда при торможении (рис. 75). С учетом принципа освобождаемо-сти от связей (по В. В. Гуськову) система дифференциальных уравнений движения примет вид
^/T.n=-/>T-Qcu; <94)
т1ф!т.п= Р np~f"Qcu.»
где т н т„р — масса автомобиля и прицепа; /т.п — замедление (интенсивность торможения) поезда; РТ и Р„р — суммарные тормозные силы автомобиля и прицепа; Qcu — усилие в сцепке.
Так как парциальные замедления автомобиля и прицепа соответственно ут = Рт/т и /т. np=Pnp/ttinp. то систему уравнений (94) можно записать следующим образом:
'Я/т.п-'-'П/т — ^пр/т.п= *Япр/т.пр"Г"Фсц'
Исключив из этой системы уравнений /т.п, найдем усилие в •сцепке
<?сц= (/т.пр—/т) mmnP/(m-f mup). (95)
Следовательно, усилие в сцепке qCu=0 лри /т=/т.пр«=/тп, т. е. при одинаковой интенсивности торможения автомобиля (трактора) и прицепа. Если /т</т.пР, то усилие в сцепке растягивающее, так как в этом случае QCu>0.
Как видно из выражения (95), усилие в сцепке зависит от разницы парциальных замедлений и соотношения масс прицепа и автомобиля (трактора).
Обозначим m/mnp через Хс, тогда выражение (95), примет вид
Qcu= О'т.пр—/т) V"/0 +*с).
Таким образом, с увеличением отношения массы автомобиля к массе прицепа усилие в сцепке при одной и той же разнице парциальных замедлений увеличивается, приближаясь к значению <2сцтах£Ё.(/т.пр—/т)т.
Рассмотрим изменение реакций на колесах автотракторного поезда при установившемся режиме торможения. В этом случае уравнения равновесия для автомобиля и прицепа (см. рис. 75) имеют следующий вид:
Yn (L-a)-yKa-QCud-(PT<3-bPT.n) к.т = 0; \
^пр.п'~^пР.з'в(^пр.п"Т"Р пр.з) ftnp~r~QcuC== ^ду^
Япр.п~Ь^пр.з=в^'пр* J
Решая системы уравнений (96) и (97), найдем
y„«lC(L-a)-P^r-Qc«d]^; /ооч
^ор.о=(сп^+Япр^р-Рсц^)/(20; 1 }
Rn9^{0apl-PnPhnp-\-QCilc)f(2l), \ где Р? = Рт.з -|- Рт.п» ^пР — Рпр.з 4" ''пр.п*
Из системы уравнений (98) видно, что усилие в сцепке так влияет на перераспределение нормальных реакций на колесах при торможении, что их изменение отличается от изменения реакций при торможении одиночной машины.
Если все колеса автомобиля (трактора) и прицепа оснащены тормозами, то максимально возможные парциальные за медления автомобиля (трактора) и прицепа равны, т. е. /т=/т.пр = «=/ф, где /ф — замедление, которое достигается при полном использовании сцепных качеств.

В этом случае при полном использовании сцепного веса в процессе торможения усилие QcU=0, и система уравнений (98) распадается на четыре независимых уравнения. Подставляя в каждое уравнение вместо суммарной тормозной силы ее максимальное значение Л-max — (jpcuG или /Ynpmax —<PcuGnp. найдем реакции на колесах автопоезда
Yn - [G (а+ФсД.т))/1; YK = [G (L-a-^Ji^yLl
^0р.п = [Сир(/+ФсцА„р)да);
япр.з = 1спр(*-фсЛр))/(20. Максимально возможные тормозные силы на каждой оси
^т.п = 0 {а+фсцЛц.т) tpcjL;
P™=G{L—а—фсД.т)фСц/£; т,
Р пр.п = бпр ('+ФсцЧ)Фсц/(20; v 7 Лч>.з = £пР ('—фсЛр) фсц/(20-
Из уравнений (99) видно, что максимально возможные тормозные силы являются нелинейными функциями коэффициента Фсц сцепления, причем данные функции различаются между собой. Вследствие этого при любом значении фсц практически невозможно достичь максимального использования сцепного веса без блокировки колес. С этой целью устанавливают автоматические устройства (мини-ЭВМ), корректирующие распределение тормозных сил в зависимости от условий сцепления с дорогой.