Активная безопасность автомобиля

Активная безопасность, составляющая конструктивной безопасности автомобиля, является комплексным эксплуатационным свойством, непосредственно связанным с эффективным использованием ТС по назначению - перевозке грузов и пассажиров.

Активную безопасность АТС определяют: информационная обеспеченность, тормозные свойства, тягово-скоростные свойства, управляемость, устойчивость.

Косвенное влияние на активную безопасность оказывают: надежность и эргономичность автомобиля, параметры дороги, с которыми должны согласовываться компоновочные, весовые и другие параметры автомобиля.

Параметры конструкции автомобиля - габариты, масса, а также тяговая динамичность автомобиля, формируются потребностями общества в эффективной провозке пассажиров и грузов.

Эти параметры являются условием и основой дифференцированных требований активной безопасности для отдельных групп АТС.

Габариты автомобиля - наибольшие размеры внешних очертаний ТС. Это - длина La, ширина Ва, высота На. Габариты автомобиля, а также база L и масса Ма автомобилей определяют физические характеристики транспортного потока и имеют большое значение для безопасности движения. Требования, ограничивающие размеры и массу ТС, во всех странах устанавливаются в законодательном порядке.

Ширина динамического коридора зависит от габаритных размеров автомобиля и его скорости.

Массовая характеристика ТС включает в себя массу автомобиля в снаряженном состоянии, его полную массу, сухую и максимальную. Масса ТС кроме непосредственного влияния на активную безопасность ТС, также косвенно воздействует на техническое состояние дорожного покрытия.

Во всех странах строго соблюдают ограничение осевых нагрузок и полных масс ТС.

Для автопоездов ширина динамического коридора с увеличением скорости возрастает быстрее, чем для одиночного автомобиля, вследствие угловых колебаний прицепов и полуприцепов в горизонтальной плоскости.

В расчетах ширину динамического коридора ТС рекомендуется принимать: легковые автомобили 2,8-3,1 м; среднетоннажные грузовые автомобили, автобусы и троллейбусы 3,5-4,3 м; крупногабаритные грузовые автомобили, автобусы большой вместимости и автопоезда 3,7-4,5 м. Минимальные значения характеризуют ширину коридора при скоростях до 11 м/с, максимальные значения - при скоростях до 30 м/с [8].

Более весомо влияние геометрических параметров АТС при криволинейном движении.

Ширину динамического коридора при повороте одиночного автомобиля можно определить по формуле

BK = RH-R„ (10.1)

где RH и 7?в - соответственно наружный и внутренний габаритные радиусы поворота автомобиля.

Постановлением от 10 сентября 2009 г. № 720 в соответствии с Федеральным законом "О техническом регулировании" Правительство Российской Федерации постановляет утвердить технический регламент о безопасности колесных транспортных средств. Решением комиссии таможенного союза от 9 декабря 2011 года № 877 утвержден технический регламент таможенного союза (ТР ТС 018/2011) «О безопасности колесных транспортных средств».

Технический регламент таможенного союза устанавливает требования к колесным транспортным средствам, независимо от места их изготовления, при выпуске в обращение и нахождении в эксплуатации на единой 415

таможенной территории, в целях защиты жизни и здоровья человека, имущества, охраны окружающей среды и предупреждения действий, вводящих в заблуждение потребителей.

К объектам технического регулирования, на которые распространяется действие настоящего технического регламента, относятся:

  • - колесные транспортные средства категорий L, М, N и О, предназначенные для эксплуатации на автомобильных дорогах общего пользования (далее - транспортные средства), а также шасси транспортных средств;
  • - компоненты транспортных средств, оказывающие влияние на безопасность транспортных средств.

Дорожно-транспортным является происшествие, возникшее с участием хотя бы одного находящегося в дорожном движении механического транспортного средства, повлекшее за собой гибель или ранение людей, повреждение транспортных средств, сооружений, грузов или иной материальный ущерб.

Несмотря на то, что обстоятельства, при которых возникают ДТП, весьма разнообразны, их анализ позволяет выявить некоторые сходные черты. Это дало возможность разработать классификацию происшествий, что имеет значение для всестороннего изучения причин их возникновения и разработки мероприятий по предупреждению. Кроме того, классификация ДТП приводит к единообразию учета и возможности проведения анализа на его основе. Различают следующие виды дорожно-транспортных происшествий:

  • - столкновение - движущиеся механические транспортные средства столкнулись между собой или с подвижным составом железных дорог;
  • - опрокидывание - механическое транспортное средство потеряло устойчивость и опрокинулось. К этому виду происшествий не относятся опрокидывания, вызванные столкновением механических транспортных средств или наездом на неподвижные предметы;
  • - наезд на препятствие - механическое транспортное средство наехало или ударилось о неподвижный предмет (опора моста, столб, дерево, ограждение и т.п.);
  • - наезд на пешехода - механическое транспортное средство наехало на человека или он сам натолкнулся на движущееся механическое транспортное средство, получив травму;
  • - наезд на велосипедиста - механическое транспортное средство наехало на человека, передвигающегося на велосипеде (без подвесного двигателя), или он сам натолкнулся на движущееся механическое транспортное средство, получив травму;
  • - наезд на стоящее транспортное средство - механическое транспортное средство наехало или ударилось о стоящее механическое транспортное средство;
  • - наезд на гужевой транспорт - механическое транспортное средство наехало на упряжных, вьючных, верховых животных либо на повозки, транспортируемые этими животными;
  • - наезд на животных - механическое транспортное средство наехало на диких или домашних животных (исключая упряжных, вьючных, верховых);
  • - прочие происшествия - происшествия, не относящиеся к перечисленным выше видам. К ним относятся сходы трамваев с рельсов (не вызвавшие столкновения или опрокидывания), падение перевозимого груза на людей и др.

По материалам мировой статистики распределение причин ДТП примерно следующее:

  • - из-за неправильных действий водителя 60-70 %;
  • - из-за неудовлетворительного состояния дороги или несоответствия дорожных условий характеру движения 20-30 %;
  • - из-за технических неисправностей автомобиля 10-20 % [8].

Автомобиль должен быть безопасным в любых условиях. Требования конструктивной безопасности должны быть сохранены в течение всего срока его службы. Каждый водитель должен уметь критически оценивать эти свойства и принимать меры к их сохранению.

Безотказность узлов, агрегатов и систем автомобиля является определяющим фактором активной безопасности. Особенно высокие требования предъявляются к надежности элементов, связанных с осуществлением маневра: тормозной системе, рулевому управлению, подвеске, двигателю, трансмиссии и так далее. Повышение безотказности достигается совершенствованием конструкции, применением новых технологий и материалов.

Возможность предотвращения ДТП чаще всего связана с интенсивным торможением, поэтому необходимо, чтобы тормозные свойства автомобиля обеспечивали его эффективное замедление в любых дорожных ситуациях. Для выполнения этого условия сила, развиваемая тормозным механизмом, не должна превышать силы сцепления с дорогой, зависящей от весовой нагрузки на колесо и состояния дорожного покрытия. На современных автомобилях используется антиблокировочная система (АБС), корректирующая силу торможения каждого колеса и предотвращающая их скольжение.

Тяговые свойства автомобиля определяют его способность интенсивно увеличивать скорость движения. От этих свойств во многом зависит уверенность водителя при обгоне, проезде перекрестков. Особенно важное значение тяговая динамика имеет для выхода из аварийных ситуаций, когда тормозить уже поздно, маневрировать не позволяют сложные условия, а избежать ДТП можно, только опередив события.

Как и в случае с тормозными силами, сила тяги на колесе не должна быть больше силы сцепления с дорогой, в противном случае колесо начнет пробуксовывать. Предотвращает это противобуксовочная система (ПБС).

Устойчивость - способность автомобиля сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающих его занос и опрокидывание в различных дорожных условиях при высоких скоростях.

Управляемость - способность автомобиля двигаться в направлении, заданном водителем. Одной из характеристик управляемости является поворачиваемость - свойство автомобиля изменять направление движения при неподвижном рулевом колесе. В зависимости от изменения радиуса поворота под воздействием боковых сил (центробежной силы на повороте, силы ветра и т.д.)

Современный автомобиль должен соответствовать основным эргономическим свойствам: форме и размерам человеческого тела; силовым, двигательным возможностям человека, особенностям органов чувств водителя.

К эргономическим свойствам относятся: информативность автомобиля; обитаемость транспортного средства; микроклимат.

Обитаемость - совокупность факторов, характеризующих условия жизнедеятельности человека, обеспечивающих надежность деятельности и сохранение здоровья в любой открытой или замкнутой экологической системе. По отношению к водителю это определение также можно считать справедливым, так как для него салон (кабина) служит иногда не только рабочим местом, но и местом обитания (междугородние и международные грузовые и пассажирские маршруты). Показателями обитаемости являются: микроклимат, эргономические свойства, шум и вибрация, загазованность и плавность хода.

Взаиморасположение и конструкция органов управления обеспечивают необходимые действия водителя с заданной точностью в пределах допустимого времени, а также формирование ощущения на кожной поверхности при действии механических стимулов (прикосновения, давления, вибрации). При управлении транспортным средством эти стимулы формируются органами управления: рулевым колесом, педалями тормоза, сцепления, управлением подачей топлива, рычагом коробки передач, ручками, тумблерами и др.

Для снижения вероятности ошибок, возникших в процессе управления транспортным средством, при проектировании органов управления (ОУ) следует использовать следующие принципы:

  • - функциональность (ОУ, выполняющие близкие функции, следует располагать близко друг от друга);
  • - значимость (наиболее важные ОУ необходимо располагать в местах, наиболее удобных для пользования);
  • - очередность пользования (ОУ должны располагаться в последовательности их пользования);
  • - частота пользования (ОУ, чаще используемые, располагаются в зоне наибольшей доступности).

Цветовая гамма внутри салона автомобиля также оказывает определенное влияние на психику водителя, что естественно, сказывается на уровне его работоспособности и безопасности движения.

Требования к тормозным свойствам транспортных средств категорий М, N, О регламентируются Правилами № 13, 13-Н, 90 ЕЭК ООН.

Современные автомобили снабжаются четырьмя тормозными системами: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной. Рабочая тормозная система является основной. Она предназначена для регулирования скорости автомобиля в любых условиях движения. Запасная система используется в случае отказа рабочей системы, а стояночная удерживает неподвижный автомобиль на месте. Вспомогательная тормозная система нужна для поддержания скорости автомобиля постоянной в течение длительного времени.

Для обеспечения безопасности автомобиля тормозная система должна удовлетворять следующим требованиям:

  • 1. Время срабатывания системы должно быть минимальным, а замедление автомобиля - максимальным во всех условиях эксплуатации.
  • 2. Тормозные силы на колесах должны нарастать плавно, в системе не должно быть заеданий и заклиниваний.
  • 3. Работа тормозной системы не должна вызывать потери устойчивости автомобиля.
  • 4. Стабильность тормозных свойств должна сохраняться при неоднократном торможении, а эффективность действия системы должна быть постоянной в течение всего срока службы автомобиля.
  • 5. Надежность всех элементов системы должна быть обеспечена на протяжении гарантированного ресурса, а также должна быть предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы.
  • 6. Тормозной привод должен обеспечивать силовое следящее действие, т.е. пропорциональность между усилием на педали и замедлением автомобиля.
  • 7. Усилия, необходимые для приведения системы в действие и перемещения рабочих органов управления, не должны превышать нормированных величин, обусловленных физическими возможностями водителя [Технический регламент ТС ТР № 018, 2011].

Полностью удовлетворить все эти требования довольно трудно, хотя работа над совершенствованием конструкций тормозных механизмов и тормозного привода ведется постоянно.

Оценку тормозных свойств автомобиля проводят экспериментальными методами: дорожные испытания новых автомобилей; дорожные испытания автомобилей, находящихся в эксплуатации; стендовые испытания автомобилей, а также расчетно-аналитическими методами.

Показателями соответствия рабочей тормозной системы требованиям безопасности являются показатели эффективности торможения и устойчивости АТС при торможении.

Оценочными показателями эффективности рабочей и запасной тормозных систем являются установившееся замедление jyCT, соответствующее движению автомобиля при постоянном усилии воздействия на тормозную педаль в условиях, оговоренных ГОСТ, и минимальный тормозной путь STop - расстояние, проходимое автомобилем от момента нажатия на педаль тормоза до остановки транспортного средства.

Для автопоездов дополнительный оценочный показатель - время срабатывания /ср: время от момента нажатия на тормозную педаль до достижения ууст. При стендовых испытаниях оценочными показателями являются суммарная тормозная сила SProp и время срабатывания /ср, а также общая удельная тормозная сила ут = LPTOp/Ga и коэффициент осевой неравномерности тормозных СИЛ кн= Л ор л - Лорпр/(Лорл + Рторпр).

Оценочным показателем стояночной тормозной системы является сила ЕРтор при тестированных условиях, вспомогательной тормозной системы -установившаяся скорость на спуске с указанными в техническом регламенте параметрами. Нормативные значения оценочных показателей для автотранспортных средств, принимаемых к производству, назначают из условий соответствия их параметрам лучших моделей с учетом перспектив развития в зависимости от категорий автотранспортных средств.

Для рабочей тормозной системы новых автомобилей всех категорий нормативные значения STop и ууст устанавливаются соответственно двум типам испытаний. Испытания типа 0 - холодные тормоза и типа I - разогретые тормоза по специальной методике.

Для АТС категории М2, М2, N3, О4 и автопоездов, у которых тягачами являются автомобили категорий N2 и У3, предусмотрены дополнительные испытания типа II - торможение после движения на продолжительных спусках.

Нормативные значения 5тор и/уст для запасной тормозной системы новых автомобилей, а также рабочей и запасной систем автомобилей, находящихся в эксплуатации, соответствуют испытаниям типа 0. Усилия на тормозной педали при всех видах испытаний не должны превышать 490 Н для новых автотранспортных средств категорий М и находящихся в эксплуатации категорий М, М2, Л73и 687 Н для остальных категорий. Усилие на тормозном рычаге 392 Н.

Замедление при торможении определим из уравнения

^вр 7з К*1 3" R-x2 4” Л,

  • (10.2)
  • (10.3)
  • (10.4)

откуда

. _ Rxl + Rx2 + Рв Ша ^вр При экстренном торможении замедление

3<Рх •

Путь, проходимый автомобилем от момента обнаружения водителем препятствия, до полной остановки транспортного средства называется остановочным,

, ч 0,5 v п

•So = г7д(^р-Ь^з-1_ 0,5t н) Н ——— , (10.5)

д^х

где v д - допустимая по тормозным свойствам скорость автомобиля, м/с; tp -время реакции водителя; t3 - время запаздывания тормозной системы; ttl -время нарастания тормозных сил.

Тормозным называется путь, проходимый автомобилем за время полного торможения, в течение которого замедление имеет максимальное значение . ч 0,5v н

(10.6)

STvh( + 0,5tH) H--,

gx где v н - начальная скорость движения автомобиля, м/с.

Время торможения определяется по формуле vH — VK VH-VK VH — VK і 1 гі 14 гі К

(Ю.7)

Top ” gx ~ 3,6gx где v K - значение скорости в конце торможения.

Оптимальное распределение тормозных сил между мостами двухосного автомобиля при одинаковом определяет равенство

Р торі _ RZ1

(10.8)

Р тор2 Rz2

При торможении под действием силы инерции передний мост нагружается моментом силы инерции приложенной к центру тяжести, а задний разгружается. Соответственно, нормальные реакции и Rz2 будут изменяться. Эти изменения учитываются коэффициентами /ирі и тР2 изменения реакций, которые определяются по формулам

<іМ*Ц

^2 xh „

mpi =

(Ю.9)

mp2 = l-^. (10.10)

Координаты /і, І2 и йц меняются с изменением нагрузки на автомобиль, следовательно, оптимальное соответствие тормозных сил также должно быть переменным. Принято характеризовать рабочую тормозную систему коэффициентом распределения тормозной силы ---?тор!--- Р Д-Р гторі ' г тор2

(10.11)

При одновременной блокировке колес

R _ l2 + oh ц Лт“ L где 0 - расчетный коэффициент сцепления.

(10.12)

Для приближения результатов расчета к экспериментальным данным вводят коэффициент эффективности торможения Кэ, который учитывает степень использования теоретически возможной эффективности тормозной системы.

Повышение максимальных и средних скоростей движения, а также увеличение плотности транспортных потоков - основная причина установления жестких требований к эффективности и надежности тормозных систем автомобилей.

Надежность работы тормозной системы значительно повышается при использовании раздельного - двухконтурного привода. Наиболее перспективно применение антиблокировочных систем, автоматически устраняющих блокирование затормаживаемых колес.

Для облегчения труда водителя и повышения эффективности тормозной системы применяют усилители тормозного привода. Однако при работе с усилителем тормозного привода резко увеличиваются силы в тормозной системе и возрастает температура на поверхностях фрикционных накладок, что приводит к падению коэффициента трения, увеличению деформации тормозных барабанов и дисков и, как следствие, к уменьшению тормозного момента. Кроме того, усилитель, действующий на все колеса, может вызвать разгрузку задних колес, а при особенно резком торможении - их блокировку. Поэтому в конструкции тормозного управления применяют автоматические клапаны - регуляторы, снижающие давление в тормозном приводе задних колес при уменьшении вертикальной нагрузки.

Техническое состояние элементов тормозного управления автомобиля изменяется в процессе эксплуатации. Ухудшение тормозной динамичности может быть вызвано увеличением зазора между фрикционными накладками и поверхностью тормозного барабана или диска, наличием масла и воды на их поверхностях, попаданием воздуха в гидравлический привод, недостаточным давлением в системе.

У автомобилей с пневмоприводом тормозных механизмов неисправный компрессор может быть причиной недостаточного давления и, как следствие, увеличения времени tc и пути 5Т.

Некоторые дефекты составных частей тормозной системы не влияют непосредственно на показатели тормозной динамичности, но сказываются на работоспособности узлов и деталей, уменьшая надежность тормозной системы.

Обязательными требованиями безопасности к деталям тормозных систем являются:

  • - недопустимость подтекания тормозной жидкости, нарушения герметичности трубопроводов или соединений в гидравлическом тормозном приводе;
  • - перегибы, видимые места перетирания, коррозия, механические повреждения тормозных трубопроводов;
  • - наличие деталей с трещинами или остаточной деформацией в тормозном приводе.

Изменение технического состояния деталей и узлов тормозного управления автомобиля при сохранении требований к эффективности торможения обусловливает необходимость жесткого соблюдения водителями и лицами, ответственными за безопасность эксплуатации, требований изготовителя ТС к периодичности и объему операций ТО.

Антиблокировочная система тормозов (ABS) - это часто недооцениваемый и недопонимаемый элемент активной безопасности автомобиля. ABS помогает остановиться быстрее и не потерять управление автомобилем, особенно на скользких поверхностях.

В случае экстренной остановки ABS работает по-другому нежели обычные тормоза. С обычными тормозами внезапная остановка часто приводит к блокировке колес, что вызывает занос. Антиблокировочная система тормозов определяет, когда колесо заблокировано и отпускает его, управляя тормозами в 10 раз быстрее, чем это может сделать водитель.

При срабатывании ABS раздается характерный звук и ощущается вибрация на педали тормоза. Для эффективного использования ABS следует изменить технику торможения. Не нужно отпускать и снова нажимать педаль тормоза, поскольку это отключает систему ABS. В случае экстренного торможения следует один раз нажать на педаль и аккуратно удерживать ее до остановки автомобиля.

Тяговая динамичность - свойство автомобиля, характеризующее связь между силами, движущими автомобиль, и силами сопротивления движению. Тяговая динамичность автомобиля определяет его производительность и уровень затрат на перевозки. Чем динамичнее автомобиль, тем выше его средняя скорость. Однако необходимо, чтобы скорость в любой момент точно соответствовала дорожным условиям и психофизиологическим возможностям водителя. Поэтому правилами дорожного движения вводится ограничение максимальной скорости как для всех ТС, так и для отдельных категорий автомобилей.

При оценке активной безопасности ТС в движении рассматривают следующие показатели тяговой динамичности: максимальную скорость vmax и ускорение jmax, минимальные время Zp и путь разгона Sp на горизонтальной дороге с твердым покрытием хорошего качества при прямолинейном движении автомобиля.

Тягово-скоростные свойства транспортного средства определяются характеристиками двигателя и трансмиссии, массой (значением и расположением центра массы), аэродинамическими характеристиками, размерами колес, сопротивлением качению. Максимальная скорость автомобиля является показателем его предельных возможностей. В практике дорожного движения эту скорость автомобили развивают довольно редко. При разгоне с максимальным ускорением возникают большие инерционные нагрузки, неприятно действующие на пассажиров и водителя. Поэтому в обычных условиях движения ускорение не превышает (0,5-0,8) jmax, достигая предельных значений лишь в особых случаях, например: при динамическом преодолении крутого подъема, в процессе обгона или при выходе из сложной дорожной ситуации.

Снижение показателей тяговой динамичности автомобиля по мере увеличения срока его работы и ухудшения технического состояния проявляется в уменьшении максимальных скорости и ускорения, а также в снижении интенсивности разгона. Ухудшение тяговой динамичности изношенного автомобиля отрицательно сказывается на его безопасности.

Силы и моменты, действующие в общем случае на автомобиль, который разгоняется, показаны на рис. 10.2. Из теории автомобиля известно уравнение движения автомобиля, связывающее эти силы,

Рткп-Ри-Рв = 0, (10.13)

где Рт - сила тяги на ведущих колесах автомобиля; Ри - приведенная сила инерции автомобиля; Рк - сила сопротивления качению, Рп - сила сопротивления подъему; Рв - сила сопротивления воздуха.

Сила тяги

Мт

Рт = — > (10.14)

г к

где Мт- тяговый момент на полуосях, Нм; гк - радиус ведущих колес, м.

Сила сопротивления качению может быть определена из выражения

Рк = fGacosa , (10.15)

где/- коэффициент сопротивления качению; Ga - вес автомобиля, Н; а - угол наклона дороги.

Сила инерции поступательного движения автомобиля выражается через величину его ускорения

Ри=т/5вр, (10.16)

где j - ускорение автомобиля, м/с2; m - полная масса автомобиля, т; <5вр -коэффициент учета вращающихся масс.

Равнодействующую Рв называют полной аэродинамической силой и определяют по формуле

Р. = кМ> ± vB)2, (10.17)

где кв - коэффициент обтекаемости; F - площадь лобового сопротивления, м2; v - скорость автомобиля, м/с; v в - скорость ветра, м/с (знак «+» соответствует встречному ветру, знак «-» - попутному).

Динамической характеристикой автомобиля является зависимость динамического фактора по тяге от скорости на различных передачах. Динамическим фактором по тяге называется отношение разности тяговой силы и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля (рис. 10.3, а).

(10.18)

Динамическим фактором по сцеплению называется отношение разности силы сцепления и силы сопротивления воздуха к весу автомобиля:

Р — Р

Всц= Сцс в. (10.19)

Обгон представляет собой сложный и опасный маневр, связанный с выездом на соседнюю полосу движения с высокой скоростью и требующий свободного пространства перед обгоняющим автомобилем. Чем больше скорость и выше плотность транспортного потока, тем больше вероятность ДТП при обгоне и выше степень тяжести ДТП. Обгон может совершаться с постоянной и с возрастающей скоростью.

Обгон с постоянной скоростью характерен для свободного, нестесненного движения автомобиля в загородных условиях. Тогда водитель обгоняющего автомобиля имеет впереди себя достаточное пространство для предварительного разгона до большей скорости, которая должна быть больше скорости обгоняемого автомобиля.

Основными показателями безопасного обгона являются его путь и время ?об, определяемые по формулам

*об -

Bi + В2 + Ai + L2 --------“-----

V1 - V2

(10.20)

Z?i + Z?2 + L1 + L2

(10.21)

^06

V1-v2

где D и ?>2 - дистанция безопасности между обгоняющим и обгоняемым автомобилями в начале и конце обгона, м; L и ?2 - габаритная длина автомобилей, м; Vi и v2 - скорость обгоняющего и обгоняемого автомобилей, м/с.

Путь и время, необходимые для безопасного обгона, резко возрастают при увеличении скорости обгоняемого автомобиля. В случае обгона, сочетаемого с разгоном, большое значение имеет приемистость автомобиля. Чем больше максимальное ускорение автомобиля, тем быстрее будет закончен обгон.

Наиболее безопасен обгон легковым автомобилем тихоходного транспортного средства, например грузового автомобиля. Напротив, обгоны легковых автомобилей, предпринимаемые водителями грузовых автомобилей и даже автопоездов, весьма опасны и нередко заканчиваются трагически. Для снижения вероятности ДТП наиболее часто вводят запрещения обгонов для грузовых автомобилей.

Постоянно увеличивающаяся энергоемкость автомобилей, повышение числа экстренных торможений из-за роста интенсивности и плотности транспортных потоков выдвинули на первое место два основных направления развития конструкции тормозных систем, которые остаются приоритетными:

  • - совершенствование процесса взаимодействия поверхностей трения и отвода тепла колесных тормозных механизмов;
  • - совершенствование процесса управления и максимального использования сцепления шин с дорогой.

Тяговую динамичность автомобиля можно улучшить, повышая качество обработки деталей трансмиссии и подбирая надлежащие сорта масел, что приводит к увеличению ее КПД. Для улучшения обтекаемости автомобилей выступающие части делают минимальных размеров. У грузовых автомобилей применяют специальные щитки (обтекатели), уменьшающие завихрение воздуха и силу сопротивления воздуха.

Развитие и совершенствование автомобильных двигателей происходит в направлении повышения литровой мощности, уменьшения габаритных размеров и массы, увеличения долговечности и снижения расхода топлива.

Тяговая динамичность автомобиля может быть значительно улучшена путем применения бесступенчатой трансмиссии (гидро- или электромеханической). Бесступенчатая трансмиссия обеспечивает легкое управление автомобилем, плавный разгон, уменьшает динамические нагрузки и вибрации.

Устойчивость автомобиля непосредственно связана с безопасностью дорожного движения (БДД). Управляя неустойчивым автомобилем, водитель вынужден внимательно следить за дорожной обстановкой и постоянно корректировать движение автомобиля, чтобы он не выехал за пределы полосы движения. Длительное управление таким автомобилем приводит к нервному перенапряжению водителя и быстрому утомлению, что повышает риск совершения ДТП.

Нарушение устойчивости при прямолинейном движении автомобиля происходит под действием возмущающих сил: поперечной составляющей веса, бокового ветра, ударов колес о неровности дороги, а также различных по величине продольных сил, приложенных к колесам правой и левой сторон автомобиля. При криволинейном движении автомобиля к этим силам добавляется центробежная сила.

Устойчивость автомобиля против опрокидывания возрастает с увеличением колеи В автомобиля и радиуса R поворота, а также при снижении центра тяжести и уменьшении угла косогора. Отношение B/2h& называют коэффициентом поперечной устойчивости г|поп, его значения приводятся в технической литературе.

Для повышения устойчивости автомобиля на дорогах с поворотами устраивают виражи. Профиль виража имеет поперечный уклон, направленный к центру закругления. Виражи являются обязательным элементами дорог скоростного движения.

В качестве основных угловых параметров при изучении устойчивости ТС обычно принимаются следующие:

  • -угол и угловая скорость продольного опрокидывания ТС;
  • -угол и угловая скорость крена ТС (угол и угловая скорость поперечного опрокидывания);
  • -угол и угловая скорость поворота ТС.

Таким образом, следует различать устойчивость по опрокидыванию (продольную и поперечную) и по направлению движения (курсовая устойчивость). Также часто выделяют устойчивость по боковому смещению (боковая устойчивость).

Часть из тех параметров движения, которые характеризуют устойчивость автомобиля, являются управляемыми (угол и угловая скорость поворота, траектория направляющей точки), а часть - неуправляемыми (углы и угловые скорости поперечного и продольного опрокидывания).

Характеристиками продольной устойчивости служат: максимальная величина подъема атах, которую автомобиль с прицепом может преодолеть при установившейся скорости движения без опрокидывания; максимальная (критическая) величина угла подъема ябук, преодолеваемого автомобилем без буксования ведущих колес.

Опрокидывание автомобиля через заднюю ось может произойти при преодолении максимального подъема из-за действия составляющей силы веса Рп, силы инерции Ри и при движении с максимальной скоростью из-за силы сопротивления воздуха Рв.

При движении автомобиля с прицепом на максимальный подъем формула имеет вид

ь-(і+^)а

tgOmax =---- Спр ---. (10-22)

“I” Q ' ^пр

где f - коэффициент сопротивления качению; GnP - вес прицепа, Н; Апр -высота сцепного устройства, м; b - расстояние от задней оси до центра тяжести, м; Ац - высота центра тяжести.

При движении по хорошей дороге (/"~ 0) без прицепа b

tgamax = Т~ ? (10.23)

/2ц

Выражение для определения «бук, при котором возможно равномерное движение автопоезда без буксования ведущих колес тягача, имеет вид 6а х

^ук = (г и---- ? (10-24)

Ga(L - /іц х) 4- Gnp(L - /іпр <Рх)

Для одиночного автомобиля (типа2><1) Спр = 0 и абук будет, естественно, больше, чем у автопоезда. Для автомобиля со всеми ведущими мостами

tg®6yK фх-

Для того чтобы буксование автомобиля со всеми ведущими колесами началось до его опрокидывания, необходимо соблюдение следующего неравенства: tga6yK tga,„ax или ф < b/hw

Поперечная устойчивость - это способность автомобиля двигаться по дорогам различного качества без опрокидывания и бокового скольжения относительно боковых правых и левых колес.

Максимальный угол поперечной устойчивости по опрокидыванию определяется выражением

В tg/?onP = 2T' (10-25)

где В - колея автомобиля.

До опрокидывания может начаться скольжение автомобиля под уклон tg/^СКОЛ = Фу > (10.26)

где фу - коэффициент сцепления в поперечном направлении.

Когда фу< B/2hn, скольжение колес автомобиля начинается раньше его опрокидывания.

Показателями поперечной устойчивости автомобиля при криволинейном движении являются максимально возможные скорости движения по дуге окружности и угол поперечного уклона дороги (косогора).

Максимально допустимый (критический) угол косогора, по которому автомобиль может двигаться без опрокидывания, _ °’55 § R ~ v2 hu Wonp-hug/? + 0.55 v2

(10.27)

Скорость, с которой автомобиль может двигаться криволинейно по косогору (по виражу) без опрокидывания,

tg^ + їГ

(10.28)

^опр =

ЛцгЯ---

ЦО / о

Устойчивость автомобиля против опрокидывания возрастает с увеличением колеи В автомобиля и радиуса R, а также при снижении центра тяжести и уменьшении угла косогора.

Максимальный (критический) угол косогора дороги, по которому автомобиль может двигаться без поперечного скольжения,

= yygfi-v2

  • (10.29)
  • 8Д“ gK + ^yv2'

Скорость, при которой автомобиль начнет скользить в бок при движении на вираже,

' D tg/? +

(10.30)

^ск =

gRr^’

Чтобы увеличить поперечную устойчивость автомобиля при высоких скоростях движения в реальных дорожных условиях, закругления на автомагистралях выполняют с большими радиусами, порядка 300-1000 м, а полотну дороги придают на закруглениях поперечный уклон, направленный к центру закругления; уклон /3 = 8^-12°.

Курсовой устойчивостью автомобиля называют его свойство двигаться без корректирующих воздействий со стороны водителя, т.е. при неизменном положении рулевого колеса. Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью произвольно меняет направление движения, создавая угрозу другим транспортным средствам и пешеходам.

Часто предпосылкой потери устойчивости является скорость автомобиля, не соответствующая дорожным условиям. Скорость, максимально допустимая при прямолинейном движении автомобиля без пробуксовки ведущих колес, определяется следующим выражением

^бук —

а(Рх г ? ^вр Л ------— - f - sin ад--j , Ь-фхЬц g /

(10.31)

где (Ов - угловая скорость, рад/с; а - расстояние от передней оси до центра тяжести, м; фх - коэффициент сцепления; L - база автомобиля, м; Лц - высота центра тяжести автомобиля, м; f- коэффициент сопротивления качению; ад -угол уклона дороги; 5вр - коэффициент учета вращающихся масс; g -ускорение свободного падения, м/с2; j - ускорение автомобиля, м/с2.

Для разных АТС испытания регламентируются различным образом. Так, при испытаниях «стабилизация» автомобили категории Ml разгоняют до установившейся скорости 50 км/ч, автомобили и автопоезда остальных категорий - до 40 км/ч в движении по окружности радиусом 50 м.

Испытания усилий на рулевом колесе проводятся на неподвижном автомобиле и в движении со скоростью 10±2 км/ч с поворотом руля из нейтрального положения (при положении управляемых колес, соответствующем прямолинейному поступательному движению) вправо до упора и затем влево до упора.

Испытания «прямая» дают оценку курсовой устойчивости и выполняются в движении по размеченному коридору длиной 400 м со скоростью не менее 80 км/ч для автомобилей категорий Ml, М2, N1, N2 и 60 км/ч для остальных категорий.

Испытания «переставка» определяются длиной пути Sn (во время которого вращается рулевое колесо) на размеченном участке в средней части трассы испытаний.

Испытания «поворот» с радиусом 35 м выполняются на специально размеченной трассе с изменяемой от заезда к заезду скоростью в момент пересечения границы между участком разгона и кольцевым участком.

Испытания «рывок руля» проводятся с предварительным разгоном на прямолинейном участке АТС категорий Ml, М2, N1, N2 до скорости 80 ± 3 км/ч, а категорий М3, N3, LI - L5 - до 60 ± 3 км/ч [Технический регламент ТС ТР № 018, 2011].

Управляемостью называют способность автомобиля устойчиво сохранять заданное направление движения и вместе с тем быстро изменять его при воздействии водителя на рулевое управление.

Управляемость обеспечивается соответствующими элементами конструкции автомобиля: углами установки управляемых колес, определенным соотношением углов поворота правого и левого колес, правильным соотношением давления в шинах передних и задних колес.

От технического состояния автомобиля в большой мере зависит его управляемость. На нее отрицательно влияют неправильная установка управляемых колес, увеличенные зазоры в рулевом механизме и приводе, перекосы осей и ведущего моста, слишком низкое или высокое давление в шинах. Биение колес на большой скорости может вызвать их виляние, что также ухудшает управляемость.

Устойчивость и управляемость ТС обеспечивают безопасность движения. На устойчивость и управляемость во многом влияет техническое состояние узлов, деталей и сопряжений рулевого управления (РУ). При изнашивании деталей РУ (рулевого механизма, шаровых шарниров тяг, шкворней и их втулок) увеличивается свободный ход рулевого колеса, возможны кратковременные заклинивания в сопряжениях деталей. При изгибе тяг уменьшается их длина и изменяется максимальный угол поворота колес. При дефектах в РУ движение ТС становится трудно контролируемым, резко возрастает частота поворотов рулевого колеса, необходимых для сохранения выбранного направления движения, вследствие чего повышается вероятность ДТП.

Ведущие автопроизводители постоянно работают над повышением устойчивости и управляемости автомобиля, совершенствуя конструкцию РУ.

Основные исследования направлены на разработку активных систем, которые адаптируют передаточное отношение рулевого механизма согласно скорости движения автомобиля. Это позволяет повысить безопасность ТС, обеспечивая высокую чувствительность рулевого механизма при парковке на малой скорости и плавное изменение направления движения при высоких скоростях.

Одна из таких систем - AFS (Active Front Steering). Она разработана компанией BMW совместно с фирмой «Bosch». Преимуществами системы AFS, повышающими безопасность автомобиля, является уменьшение амплитуды вращения рулевого колеса при коррекции заноса, частичное выполнение функции системы стабилизации тормозного управления при ее отключении и автоматический поворот колес в нужном направлении при уводе на вираже. Дальнейшее развитие систем активного рулевого управления предполагает создание систем, осуществляющих навигационное управление автомобилем через спутник.

Изменение положения продольной оси автомобиля на плоскости дороги с помощью изменения положения управляемых колес называется поворотом автомобиля. Свойство автомобиля изменять направление движения по заданной траектории при воздействии на органы управления называется поворачиваемостью.

Траекторное отклонение - это отклонение вектора скорости от направления траектории движения.

Курсовое отклонение - это отклонение продольной оси автомобиля от направления траектории движения.

Способность автомобиля совершать повороты характеризуется поворотливостью. Хорошая поворотливость возможна при выполнении следующих условий:

  • -управляемые колеса катятся без бокового скольжения;
  • -рулевой привод обеспечивает правильное соотношение углов поворота управляемых колес;
  • -компоновка автомобиля, подвеска и шины обеспечивают оптимальное соотношение между углами увода передних и задних колес;
  • -конструкция рулевого управления позволяет судить о силах, действующих со стороны дороги на управляемые колеса.

Угол увода, обусловленный действием на колесо боковой силы, определяется по формуле

Зув=^. (10.32)

Кув

где Ру - боковая сила, Н; Агув- коэффициент сопротивления уводу, рад/Н.

Средний радиус поворота автомобиля на горизонтальной дороге, определяется по формуле

L

fi = tg(e-81) + tgS/ (10'33)

где 0 - угол поворота колес.

Критическая скорость автомобиля по управляемости l/ср2 - /2

(10.34)

= —fjgLcosQ.

Критическая скорость автомобиля по боковому уводу колес

(10.35)

^ув2 ^ув!

Колеса автомобиля и непосредственно шины осуществляют связь автомобиля с дорогой. Шина, находясь в постоянном взаимодействии с полотном дороги, является основным элементом колеса и имеет особое значение для безопасности движения.

Техническое состояние шин в процессе эксплуатации интенсивно изменяется. Износ протектора является основным видом разрушения шины. Уменьшение остаточной высоты протектора предоставляет опасность как из-за увеличения вероятности повреждения шины острыми предметами, так и ухудшения сцепных свойств.

Предельные значения остаточной высоты протектора и допустимые отклонения давления в шинах нормируются по требованиям безопасности отдельно по категориям ТС. Согласно техническому регламенту таможенного союза ТР ТС 018/2011 «О безопасности колесных транспортных средств», высота рисунка протектора шин должна быть не менее:

  • -для легковых автомобилей и прицепов к ним - 1,6 мм;
  • -грузовых автомобилей и прицепов (полуприцепов) - 1,0 мм;
  • -автобусов - 2,0 мм.

Шины разного конструктивного исполнения и различного рисунка протектора, а также восстановленные неодинаково ведут себя при маневре.

Детали колеса изготовлены с определенными допусками и поэтому в общем случае колесо несимметрично и неуравновешено. В целом различают статическую, моментную, динамическую и комбинированную неуравновешенность (дисбаланс).

Одним из важных требований безопасности к колесам является прочность дисков и надежность их крепления на ступицах. Недопустимым по требованиям безопасности является:

  • -отсутствие хотя бы одного болта или гайки крепления дисков и ободьев колес, а также ослабление их затяжки;
  • -наличие трещин на дисках и ободьях колес, следов их устранения сваркой;
  • -видимые нарушения формы и размеров крепежных отверстий в дисках колес.

Активную безопасность автомобиля при эксплуатации в зимних условиях городских магистралей значительно повышают ошипованные шины. Увеличение выдвижения шипа на 0,1 мм снижает тормозной путь до 3 %.

Эффективные пути обеспечения сцепных свойств шин, как в продольном, так и в поперечном направлениях, повышения надежности и долговечности известны - это совершенствование конструкции шины, создание новых составов резины и рисунков протектора.

Основной причиной ДТП является недостаточная надежность действий человека (водителя), выполняющего функции управляющего звена системы, поэтому важнейшим элементом активной безопасности является информационное обеспечение автомобиля, т.е. свойство автомобиля обеспечивать участников движения информацией, необходимой для безопасного функционирования системы «человек - автомобиль - дорога -среда». Информационное обеспечение является одним из эксплуатационных свойств автомобиля, определяющих его безопасность.

Информативность автомобиля может быть визуальной, звуковой и тактильной. Внешней визуальной информативностью обладают кузов автомобиля, система внешних световых приборов, специальные знаки, светоотражающая маркировка.

Важным средством внешней информативности ТС является звуковая сигнализация. Звуковые сигнализаторы на автомобилях специальных служб являются обязательными по требованиям безопасности и используются для привлечения внимания участников движения к необходимости осуществить установленные Правилами дорожного движения действия.

Тактильная информативность - свойство объекта формировать ощущения на кожной поверхности при действии механических стимулов (давление, вибрация). При управлении транспортным средством эти стимулы формируются органами управления: рулевым колесом, педалями, рычагом коробки передач, ручками, кнопками. Органы управления передают информацию водителю либо постоянно (рулевое колесо), либо периодически (педаль тормоза, переключатель указателей поворотов).

Органы управления могут быть оценены значимостью тех задач, которые они решают в процессе движения, т.е. тем, в какой мере водитель способен продолжать безопасно управлять транспортным средством в случае выхода из строя данного органа управления. Основную часть внешней визуальной информации в любое время суток водитель получает за счет работы внешних световых приборов ТС.

Важнейшие параметры движения, определяющие безопасность движения - скорость и остановочный путь ТС, связаны с дальностью видимости объектов на дороге.

Внешние световые приборы воспроизводят значительный набор сигналов для идентификации ТС и возможных дорожных ситуаций. Комплект внешних светосигнальных приборов обеспечивает возможность общения с максимально возможным числом участников дорожного движения при их произвольном расположении в пределах визуального контакта на данном участке дороги.

Конструкция внешних световых приборов совершенствуется. Однако при создании новых образцов приборов перед разработчиками стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей. Элементы контроля, внутренней сигнализации и обеспечения обзорности с места водителя относятся к устройствам внутренней визуальной информативности ТС.

Большое значение для повышения надежности считывания показаний приборов имеет освещение щитка приборов, которое должно удовлетворять двум требованиям:

  • -равная читаемость показаний приборов и индикаторов в любое время суток;
  • -яркость освещения шкал приборов и индикаторов, которая не должна вызывать повышения уровня световой адаптации и ослепления водителя.

В качестве обязательных для пассажирских транспортных средств установлены требования к работоспособности приборов внутреннего освещения салона автобуса и сигнализации, работы привода управления дверями.

Для целей безопасности введено понятие нормативного поля обзора с места водителя. По требованиям безопасности не допускается наличие дополнительных предметов или покрытий, ограничивающих обзорность с места водителя (за исключением зеркал заднего вида, деталей стеклоочистителей, наружных и нанесенных или встроенных в стекла радиоантенн, нагревательных элементов устройств размораживания и осушения ветрового стекла).

Находящиеся в эксплуатации на территории Российской Федерации и зарегистрированные в установленном порядке автомобили подлежат государственному техническому осмотру, организация и проведение которого возложена на органы ГИБДД.

Техническое состояние и оборудование ТС, участвующих в дорожном движении, должны обеспечивать требования безопасности. Эксплуатация ТС при наличии у них технических неисправностей, создающих угрозу безопасности, запрещена. Обязанность по поддержанию эксплуатирующихся на дорогах в России ТС в технически исправном состоянии возлагается на юридических и физических лиц: владельцев, лиц, эксплуатирующих ТС, или осуществляющих деятельность, связанную с эксплуатацией ТС.

Проверка соответствия технического состояния и оборудования эксплуатирующихся ТС требованиям нормативных правовых актов, правил, стандартов и технических норм в области обеспечения безопасности дорожного движения, а также технических нормативов выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух является одной из основных задач государственного технического осмотра.

Сроки государственного технического осмотра установлены с учетом категории ТС и времени нахождения их в эксплуатации.

Требования безопасности к техническому состоянию эксплуатирующихся ТС установлены в техническом регламенте таможенного союза (ТР ТС 018/2011). В соответствии с техническим регламентом проверке подлежат: тормозное управление, рулевое управление, внешние световые приборы, стеклоочистители и стеклоомыватели; шины и колеса; двигатель и его системы; прочие элементы конструкции - средства, обеспечивающие обзорность, звуковую и визуальную информативность, замки дверей и седельно-сцепного устройства, моменты затяжки болтовых соединений, деформации и соответствие конструкций элементов рамы и кузова, деталей подвески и тягово-сцепных устройств, ремней безопасности, медицинской аптечки и огнетушителей (на наличие и пригодность).

Проверка технического состояния производится по следующим показателям:

  • - рабочая тормозная система - по эффективности торможения и устойчивости АТС при торможении, а запасная, стояночная и вспомогательная тормозные системы - по эффективности торможения;
  • - рулевое управление - на работоспособность его составных частей: усилителя рулевого управления и соединений его гидросистемы, деталей и шарнирных узлов рулевого привода, и соответствие суммарного люфта установленным предельным значениям;
  • - внешние световые приборы - на наличие, работоспособность, соответствие мест установки, регулировки направления и силы света;
  • - стеклоочистители и стеклоомыватели - на работоспособность;
  • - шины и колеса - на наличие внешних повреждений, соответствия креплений и остаточной высоты протектора нормам;
  • - двигатель и его системы - на герметичность, содержание СО, СН и CN в отработавших газах, уровень шума отработавших газов;
  • - прочие элементы конструкции ТС - на наличие, соответствие конструкции, функционирование, светопропускание, прочность, герметичность.

Контроль эффективности и устойчивости рабочей тормозной системы АТС, контроль эффективности запасной, стояночной и вспомогательной тормозных систем может проводиться на стендах или в дорожных условиях.

Работоспособность и плавность изменения усилий рулевого управления, суммарный люфт, наличие негерметичности, недопустимые зазоры и ослабление резьбовых соединений выявляют на неподвижном АТС при работающем и выключенном двигателе внешним осмотром и измерениями.

Требования к внешним световым приборам определяют на специальной площадке с матовым экраном или на специальном приборе.

Требования по работоспособности к стеклоочистителям и стеклоомывателям определяют на минимально устойчивой частоте вращения коленчатого вала на холостом ходе двигателя при включенных фарах дальнего света.

Эффективность и безопасность работы двигателя и его систем определяют внешним осмотром, измерениями концентраций СО, CH, CN и дымности на минимальной и повышенной частоте вращения коленчатого вала на неподвижном АТС, измерениями уровня шума отработавших газов на специальной площадке с фоновым уровнем шума, не превышающим более чем на 10 дБ(А) измеряемый.

Требования к шинам и колесам, прочим элементам конструкции определяются внешним осмотром, простукиванием и измерениями.

Выводы

  • 1. В арсенале активной безопасности автомобиля существует много противоаварийных систем. Среди них есть старые и современные электронные системы.
  • 2. Антиблокировочная система тормозов (ABS), система курсовой устойчивости (ESC), система ночного видения и автоматический круиз-контроль - эти технологии, которые помогают водителю на дороге сегодня.
  • 3. Технологии обеспечения безопасности дорожного движения требуют постоянного внимания и дальнейшего совершенствования.
  • 4. Шины - самый важный элемент безопасности современного автомобиля. Качество шин также заметно сказывается на управляемости машин.
  • 5. Traction Control - это ценная опция, которая улучшает торможение и устойчивость при поворотах на скользкой дороге, используя комбинацию электроники, контроль трансмиссии и ABS.
  • 6. Некоторые системы автоматически уменьшают обороты двигателя и включают тормоза на определенных колесах при нажатии на газ и торможении. BMW, «Cadillac», «Mercedes-Benz» и многие другие производители предлагают новую систему стабилизационного контроля на моделях высокого и среднего ценового уровня. Такая система помогает стабилизировать автомобиль, когда он начинает выходить из-под контроля водителя.
  • 7. Современные электронные системы, такие как: ABS или ABS с TRACS (Система контроля пробуксовки колес), STC (Система устойчивости и контроля пробуксовки колес) или DSTC (Система динамической устойчивости и контроля пробуксовки колес), повышают активную безопасность автомобиля.

Контрольные вопросы

  • 1. От чего зависит и какими свойствами определяется активная безопасность автомобиля?
  • 2. Какие технические устройства применяются для повышения эффективности торможения и надежности тормозных систем?
  • 3. Как рулевое управление обеспечивает активную управляемость и устойчивость движения ТС?
  • 4. Значение информативности ТС для динамического функционирования системы «водитель - автомобиль - дорога - среда».
  • 5. В чем заключаются государственный контроль обеспечения безопасности ТС, установленный в России?
  • 6. Каким требованиям безопасности должны соответствовать ТС?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >