Наличие механической связи между колесами и осями в трансмиссии полноприводных автомобилей оказывает значительное влияние на перераспределение тормозных усилий по колесам автомобилей при их торможении. Все полученные результаты в ранее проведенных исследованиях [1-3] относились в основном к автомобилям с обычными симметричными межколесными дифференциалами (МКД), для которых отношение крутящих моментов на полуосях практически всегда равно единице. При неравномерном распределении касательных, в том числе и тормозных реакций по колесам того или иного моста, угловая скорость этих колес может быть различна. В мостах с МКД повышенного трения моменты на полуосях более медленно и более быстро вращающихся колес неодинаковы и находятся в определенном отношении, равном коэффициенту блокировки дифференциала. В мостах, где в качестве МКД установлены муфты свободного хода (МСХ), момент на полуоси «забегающих» колес равен нулю.
Таким образом, тип МКД оказывает влияние на перераспределение по осям и колесам тормозных сил. Влияние это проявляется только при наличии на автомобиле осей с одним тормозящим колесом (полуактивных) или при существенной разнице в тормозных моментах на тормозных механизмах колес одной оси, а также при различных условиях реализации на них тормозных сил.
На тормозящем колесе любой полуактивной оси из-за действия тормозного усилия увеличивается радиус качения и уменьшается угловая скорость вращения. Это же происходит на колесах активных осей (оба колеса тормозящие), а вследствие связи колес через трансмиссию и на колесах пассивных осей (оба колеса нетормозящие). В случае установки на автомобиле МСХ, нетормозящие колеса полуактивных осей, отключаясь от трансмиссии, сохраняют постоянный, меньший радиус качения и вращаются с несколько большей угловой скоростью. Поэтому при равномерно распределенной вертикальной нагрузке тормозные реакции на всех колесах активных и пассивных осей, а также на тормозящих колесах полуактивных осей одинаковы. На нетормозящих колесах полуактивных осей тормозные или тяговые реакции отсутствуют.
Все колеса активных и пассивных осей, а также тормозящие колеса полуактивных осей теряют сцепление с опорной поверхностью и блокируются одновременно. Нетормозящие колеса полуактивных осей при этом продолжают вращаться в свободном режиме. Если пренебречь инерцией колес и валов трансмиссии в их вращательном движении, то распределение моментов по валам и колесам описывается следующими уравнениями:
МхА = МхТПА = МхП = Мх; (1)
МхНПА = 0; (2)
МврА = МврТПА; (3)
Мх + МврА + Мб = 0; (4)
Мх + МврП = 0; (5)
mМврА + 2(n – m + y)МврП = 0, (6)
где МхА, МхП, МхТПА – соответственно моменты, образованные касательными реакциями на колесах активных, пассивных осей и на тормозящих колесах полуактивных осей, кН?м; МврА, МврП, МврТПА – соответственно вращающие моменты на колесах активных, пассивных осей и на тормозящих колесах полуактивных осей, подводимые от трансмиссии, кН?м; Мб – момент, создаваемый тормозным механизмом, кН?м; n – общее число осей на автомобиле; m и y – соответственно общее число тормозящих колес и число активных осей на автомобиле.
Основные зависимости, вытекающие из уравнений (1)–(6) и описывающие процесс торможения автомобиля с МКД типа МСХ и равномерно распределенной вертикальной нагрузкой выглядят следующим образом:
текущие значения:
; (7)
МхНПА = 0; (8)
; (9)
, (10)
где B – ширина колеи автомобиля, м; Мразв – разворачивающий момент, создаваемый одной полуактивной осью, кН?м; rкo – радиус качения колес в свободном режиме, м;
значения в конце развития тормозного цикла:
МхА = МхТПА = МхП = ?Rzкrкo; (11)
МхНПА = 0; (12)
; (13)
, (14)
где j – коэффициент сцепления колес с опорной поверхностью; Rzк – вертикальная реакция на колесе, кН.
Как видно из выражений (7–14), разворачивающий момент, создаваемый одной полуактивной осью с МСХ в конце развития тормозного процесса (после блокирования всех тормозящих колес и колес пассивной оси) такой же, как и при дифференциальной трансмиссии [3]. Однако если на автомобиле есть пассивные оси, такое значение этого момента достигается при больших значениях Мб, то есть при полных торможениях и спустя большее время после начала торможения (при меньшей скорости движения автомобиля).
Трансмиссии полноприводных автомобилей рассчитываются обычно из условий реализации на колесах всего запаса сцепления с сухими асфальтобетонными дорогами (j » 0,65). Поэтому перегрузка трансмиссии при обычных значениях Мбmax ≤ ?Rzкrкo невозможна при любом числе тормозящих колес.
При m/n > 1 перегрузка трансмиссии невозможна независимо от значений Мбmax по условиям сцепления колес с опорной поверхностью. В случае m/n < 1 для исключения возможности перегрузки трансмиссии при полном торможении на сухих бетонных и асфальтированных дорогах в соответствии с (7–14) необходимо ограничение величины Мбmax (рис. 1).
Рис. 1. Ограничение Мбmax, необходимое для исключения перегрузки трансмиссии при установке МКД типа МСХ: А – зона максимально допустимых значений Мбmax
Из рис. 1 видно, что установка на автомобилях МКД типа МСХ влияет только на верхнюю границу зоны наибольших допустимых значений Мбmax: при m/n < 1/2 эта граница несколько выше, чем при обычных МКД, а при m ≥ n ограничения вообще не нужны при любом j.
В случае установки на оси МКД типа МСХ при разблокированных межколесных дифференциалах торможение автомобиля происходит также, как при полностью дифференциальной трансмиссии.