Тормозной путь

Физическая концепция, связанная с автомобилями

Тормозной путь автомобиля

  Время реакции Расстояние - (3/4) секунды

  Тормозной путь легкового автомобиля

  Тормозной путь тяжелого грузовика

Тормозной путь относится к расстоянию, которое транспортное средство проедет от точки, когда его тормоза полностью задействованы, до момента, когда оно полностью остановится. На него в первую очередь влияют первоначальная скорость транспортного средства и коэффициент трения между шинами и поверхностью дороги , ^{[Примечание 1] и в незначительной степени} сопротивление качению шин и аэродинамическое сопротивление транспортного средства . Тип используемой тормозной системы влияет только на грузовики и транспортные средства большой массы, которые не могут обеспечить достаточное усилие, чтобы соответствовать статической силе трения. ^{[1] [Примечание 2]}

Тормозной путь является одним из двух основных компонентов общего тормозного пути . Другой компонент — это расстояние реакции, которое является произведением скорости и времени восприятия-реакции водителя/ездока. Время восприятия-реакции 1,5 секунды, ^{[2] [3] [4]} и коэффициент кинетического трения 0,7 являются стандартными для определения голой базовой линии для реконструкции аварии и судебного уведомления ; ^[5] большинство людей могут остановиться немного раньше в идеальных условиях.

Тормозной путь не следует путать с расстоянием видимости при остановке . Последнее представляет собой стандарт видимости на дороге , который обеспечивает водителям, движущимся со скоростью, не превышающей расчетную, гарантированное расстояние впереди (ACDA) ^[6] , которое превышает расстояние с коэффициентом безопасности , которое потребовалось бы слегка или почти неосторожному водителю для остановки в наихудшем вероятном сценарии: обычно скользкие условия ( замедление 0,35 g ^{[7] [Примечание 3]} ) и медленно реагирующий водитель (2,5 секунды). ^{[8] [9]} Поскольку расстояние видимости при остановке намного превышает фактическое расстояние остановки в большинстве условий, в остальном способный водитель, который использует полное расстояние видимости при остановке, что приводит к травме, может проявить небрежность , не остановившись раньше.

Вывод

Уравнение энергии

Теоретический тормозной путь можно найти, определив работу, необходимую для рассеивания кинетической энергии транспортного средства . ^[10]

Кинетическая энергия E определяется по формуле:

${\displaystyle E={\frac {1}{2}}mv^{2}}$,

где m — масса транспортного средства, v — скорость в начале торможения.

Работа W, совершаемая при торможении, определяется по формуле:

${\displaystyle W=\mu mgd}$,

где μ — коэффициент трения между поверхностью дороги и шинами, g — ускорение свободного падения на Земле , а d — пройденное расстояние.

Тормозной путь (который обычно измеряется как длина заноса) при начальной скорости движения v затем определяется путем подстановки W = E , из чего следует, что

${\displaystyle d={\frac {v^{2}}{2\mu g}}}$.

Максимальная скорость при имеющемся тормозном пути d определяется по формуле:

${\displaystyle v={\sqrt {2\mu gd}}}$.

Закон Ньютона и уравнение движения

Из второго закона Ньютона :

${\displaystyle F=ma}$

Для ровной поверхности сила трения , возникающая в результате коэффициента трения, равна: ${\displaystyle \mu }$

${\displaystyle F_{frict}=-\mu mg}$

Приравнивая эти два значения, получаем замедление :

${\displaystyle a=-\mu g}$

Форма формул для постоянного ускорения имеет вид: ${\displaystyle d_{f}(d_{i},v_{i},v_{f})}$

${\displaystyle d_{f}=d_{i}+{\frac {v_{f}^{2}-v_{i}^{2}}{2a}}}$

Подставив и установив в уравнение, получим тормозной путь: ${\displaystyle d_{i},v_{f}=0}$ ${\displaystyle a}$

${\displaystyle d_{f}={\frac {-v_{i}^{2}}{2a}}={\frac {v_{i}^{2}}{2\mu g}}}$

Общий тормозной путь

Таблицы скорости и тормозного пути ^[5]
Допустимо при исправных шинах и чистом, сухом и ровном дорожном покрытии.

Общий тормозной путь представляет собой сумму расстояния восприятия-реакции и тормозного пути.

${\displaystyle D_{total}=D_{p-r}+D_{braking}=vt_{p-r}+{\frac {v^{2}}{2\mu g}}}$

Общее базовое значение используется в таблицах тормозного пути. Эти значения включают в себя возможности подавляющего большинства водителей в нормальных дорожных условиях. ^[2] Однако внимательный и внимательный водитель может иметь время восприятия-реакции значительно ниже 1 секунды, ^[11] а современный автомобиль с компьютеризированными антипробуксовочными тормозами может иметь коэффициент трения 0,9 — или даже намного больше 1,0 с липкими шинами. ^{[12] [13] [14] [15] [16]} ${\displaystyle t_{p-r}=1.5s,\mu =0.7}$

Эксперты исторически использовали время реакции 0,75 секунды, но теперь включают восприятие, что приводит к среднему времени восприятия-реакции: 1 секунда для населения в качестве среднего; иногда правило двух секунд для имитации пожилых или неофитов; ^{[Примечание 4]} или даже время реакции 2,5 секунды — специально для очень пожилых, ослабленных, пьяных или отвлеченных водителей. ^[12] Коэффициент трения может быть 0,25 или ниже на мокром или замерзшем асфальте, а противоскользящие тормоза и сезонные шины могут в некоторой степени компенсировать ошибку водителя и условия. ^{[15] [17] [Примечание 5]} В правовом контексте консервативные значения, предполагающие большие минимальные тормозные пути, часто используются, чтобы быть уверенными в том, что они превышают соответствующее юридическое бремя доказывания , с осторожностью, чтобы не зайти так далеко, чтобы потворствовать халатности. Таким образом, выбранное время реакции может быть связано с соответствующим процентилем населения бремени; Обычно время реакции в 1 секунду скорее вероятно, чем нет , 1,5 секунды — ясно и убедительно , а 2,5 секунды — вне разумных сомнений . Тот же принцип применим к значениям коэффициента трения.

Фактический общий тормозной путь

Фактический общий тормозной путь может отличаться от базового значения, когда состояние дороги или шин существенно отличается от базового состояния, или когда когнитивная функция водителя выше или ниже. Чтобы определить фактический общий тормозной путь, обычно эмпирически получают коэффициент трения между материалом шины ^[18] и точным участком дороги при тех же дорожных условиях и температуре. Они также измеряют восприятие и время реакции человека. Водитель, у которого врожденные рефлексы, и, следовательно, тормозной путь, которые намного ниже пределов безопасности, предусмотренных в конструкции дороги или ожидаемых другими пользователями , может быть небезопасен для вождения. ^{[19] [20] [21] Большинство старых дорог} не были спроектированы с учетом несовершенного водителя и часто использовали несуществующий стандарт времени реакции в 3/4 секунды. Недавно были внесены изменения в дорожные стандарты, чтобы сделать современные дороги более доступными для все более стареющего населения водителей. ^[22]

Для резиновых шин на автомобилях коэффициент трения ( μ ) уменьшается с увеличением массы автомобиля. Кроме того, μ зависит от того, заблокированы ли колеса или катятся во время торможения, а также от нескольких других параметров, таких как температура резины (увеличивается во время торможения) и скорость. ^[23]

Практические правила

В стране, где не используется метрическая система мер , тормозной путь в футах при скорости в милях в час можно приблизительно рассчитать следующим образом:

1. Возьмите первую цифру скорости и возведите ее в квадрат. Добавьте к результату ноль, затем разделите на 2.
2. суммируем предыдущий результат с удвоенной скоростью.

Пример: скорость = 50 миль в час. Тормозной путь = 5 в квадрате = 25, добавить ноль = 250, разделить на 2 = 125, сумма 2*50 = 225 футов (точное значение можно рассчитать с помощью формулы, приведенной под диаграммой справа).

В Германии правилом для определения тормозного пути в городе при хороших условиях является правило 1 секунды, то есть расстояние, пройденное за 1 секунду, должно быть не более расстояния до впереди идущего автомобиля. При скорости 50 км/ч это соответствует примерно 15 м. Для более высоких скоростей до примерно 100 км/ч за пределами населенных пунктов применяется аналогично определенное правило 2 секунд, которое для 100 км/ч соответствует примерно 50 м. Для скоростей порядка 100 км/ч также существует более или менее эквивалентное правило, согласно которому тормозной путь равен скорости, деленной на 2 км/ч, называемое правилом halber tacho ( половина спидометра ), например, для 100 км/ч тормозной путь должен быть около 50 м. Кроме того, немецкие автошколы учат своих учеников, что общий тормозной путь обычно составляет:

${\displaystyle (Speed\div 10)\times 3+(Speed\div 10)^{2}}$

В Великобритании типичные общие тормозные пути (расстояние мышления плюс тормозной путь), используемые в Правилах дорожного движения, указаны в Правиле 126 следующим образом: ^[24]

• 20 миль/ч: 40 футов (12 метров)
• 30 миль/ч: 75 футов (23 метра)
• 40 миль/ч: 118 футов (36 метров)
• 50 миль/ч: 175 футов (53 метра)
• 60 миль/ч: 240 футов (73 метра)
• 70 миль/ч: 315 футов (96 метров)

Смотрите также

• Гарантированное свободное расстояние впереди
• Тормоз
• Каденсное торможение
• Расстояние, пройденное после
• След скольжения
• Расстояние видимости остановки
• Пороговое торможение
• Показатели транспортного средства
• Реконструкция дорожно-транспортного происшествия

Примечания

1. показателем износа протектора шины по следующей формуле: См. HPwizard на тему трения в шинах ${\displaystyle \mu ={\frac {2.25}{TW^{0.15}}}}$
2. Коэффициент трения — это отношение силы, необходимой для перемещения одного тела по горизонтали над другим с постоянной скоростью, к весу тела. Для 10-тонного грузовика сила, необходимая для блокировки тормозов, может составлять 7 тонн, что является достаточной силой для разрушения самого тормозного механизма. Хотя некоторые типы тормозов на легких транспортных средствах более склонны к снижению эффективности торможения после длительного использования или быстрее восстанавливаются после погружения в воду, все они должны быть способны блокировать колеса.
3. В ЗЕЛЕНОЙ КНИГЕ 2001 ГОДА пересмотрена часть уравнения тормозного пути, которая теперь основана на замедлении (a), а не на коэффициенте трения (f) по рекомендации отчета NCHRP 400.
4. Исследование, проведенное Советом по транспортным исследованиям в 1998 году, показало, что большинство людей могут заметить и отреагировать на непредвиденную ситуацию на дороге за 2 секунды или меньше.
5. По мере увеличения скорости тормозной путь изначально намного меньше расстояния восприятия-реакции, но позже он равен, а затем быстро превышает его после 30 миль в час в течение 1 секунды pt times (46 миль в час в течение 1,5 секунды pt times): таким образом . Решая для v, . Это связано с квадратичной природой увеличения кинетической энергии по сравнению с линейным эффектом постоянного времени pr. ${\displaystyle D_{p-r}=D_{braking}}$ ${\displaystyle vt_{p-r}={\frac {v^{2}}{2\mu g}}}$ ${\displaystyle v=2\mu gt_{p-r}}$

Ссылки

1. Фрике, Л. (1990). «Реконструкция дорожно-транспортного происшествия: Том 2 Руководства по расследованию дорожно-транспортных происшествий». Институт дорожного движения, Северо-Западный университет. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
2. Taoka, George T. (март 1989). «Время реакции тормозов невнимательных водителей». Журнал ITE . 59 (3): 19–21. ISSN  0162-8178.
3. Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) использует среднее время реакции в 1,5 секунды.
4. Группа по расследованию аварий Университета Содружества Вирджинии обычно использует 1,5 секунды для расчета времени восприятия-реакции.
5. "Таблицы скорости и тормозного пути". Штат Вирджиния.
6. Правило ACDA или «гарантированное свободное расстояние впереди» требует от водителя сохранять контроль над своим транспортным средством, чтобы он мог остановиться на расстоянии, на котором он может четко видеть дорогу.
7. Национальная программа совместных исследований автомагистралей (1997). Отчет NCHRP 400: Определение расстояния видимости при остановке (PDF) . Исследовательский совет по транспорту (издательство National Academy Press). стр. I-13. ISBN 0-309-06073-7.
8. Американская ассоциация государственных служащих автомагистралей и транспорта (1994) Политика геометрического проектирования автомагистралей и улиц (глава 3)
9. Руководство по проектированию автомагистралей. Том 6-е изд. Департамент транспорта Калифорнии. 2012. С. 200. См. главу 200 о дальности видимости при остановке и главу 405.1 о дальности видимости.
10. Реконструкция дорожно-транспортного происшествия, том 2, Линн Б. Фрике
11. Роберт Дж. Косински (сентябрь 2012 г.). «Обзор литературы по времени реакции». Университет Клемсона. Архивировано из оригинала 2013-10-10.
12. Исследование полезности и точности таблицы скорости и тормозного пути Архивировано 27 сентября 2012 г. на Wayback Machine
13. Коэффициенты трения и сопротивления качению шин
14. ДИАГРАММА GG: липкие шины превышают 1,0
15. JY Wong (1993). Теория наземных транспортных средств. Том 2-е изд. John Wiley & Sons. стр. 26. ISBN 9780470170380.
16. Robert Bosch GmbH (1996). Автомобильный справочник. Том 4-е изд. Bentley Publishers. стр. 335. ISBN 9780837603339.
17. Коэффициенты трения для некоторых распространенных материалов и комбинаций материалов и справочные таблицы — Коэффициент трения Архивировано 08.03.2009 на Wayback Machine
18. Результаты испытаний шин
19. Предупреждающие знаки и понимание того, когда следует прекратить вождение Архивировано 27.05.2008 на Wayback Machine
20. Джевас, С.; Ян, Дж. Х. (2001). «Влияние старения на когнитивные функции: предварительный количественный обзор». Research Quarterly for Exercise and Sport . 72 : A-49. Время простой реакции сокращается с младенчества до конца 20-х годов, затем медленно увеличивается до 50-60-х годов, а затем удлиняется быстрее по мере приближения 70-летнего возраста и старше.
21. Der, G.; Deary, IJ (2006). «Возрастные и половые различия во времени реакции во взрослом возрасте: результаты исследования здоровья и образа жизни в Соединенном Королевстве». Психология и старение . 21 (1): 62–73. doi :10.1037/0882-7974.21.1.62. PMID  16594792.
22. "Справочник по проектированию автомагистралей для пожилых водителей и пешеходов". Номер публикации: FHWA-RD-01-103. Май 2001 г.
23. Томита, Хисао. "Коэффициенты трения шин и дорожного покрытия" (PDF) . Центр технической информации обороны . Лаборатория гражданского строительства ВМС. Архивировано из оригинала (PDF) 14 июня 2015 г. . Получено 12 июня 2015 г. .
24. "Типичный тормозной путь" (PDF) .

Дальнейшее чтение

• Б. Финберг (2010). «Судебное уведомление о времени реакции водителей и тормозном пути транспортных средств, движущихся с разной скоростью». American Law Reports — Annotated, 2nd Series . Vol. 84. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. стр. 979.
• E. Campion (2008). «Допустимость в качестве доказательства в деле о халатности водителя автомобиля диаграмм, показывающих тормозной путь, время реакции и т. д.». American Law Reports — Annotated, 3rd Series . Vol. 9. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. стр. 976.
• CC Marvel (2012). «Допустимость экспериментальных доказательств, тестов на занос или тому подобного, касающихся скорости или управления автотранспортным средством». American Law Reports — Annotated, 2nd Series . Vol. 78. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. стр. 218.
• Джерри Э. Бокс (2009). «Мнение свидетеля относительно скорости транспортного средства на основе следов заноса и других фактов». American Law Reports — Annotated, 3rd Series . Vol. 29. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. стр. 248.
• Уэйд Р. Хабиб (2008). «Халатность водителя транспортного средства в отношении своевременного применения надлежащих тормозов». American Law Reports — Annotated, 2nd Series . Vol. 72. The Lawyers Co-operative Publishing Company; Bancroft-Whitney; West Group Annotation Company. стр. 6.

Внешние ссылки

• Калькулятор тормозного пути автомобиля
• Калькулятор тормозного пути
• Таблицы скорости и тормозного пути
• Wikibooks: Расстояние видимости
• Правила дорожного движения (на английском языке)