close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

200.Безопасность транспортных средств (тексты лекций)

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет
имени Г.Ф. Морозова»
Ю.В. Струков, В.А. Зеликов, Р.А. Сподарев
БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Тексты лекций
Воронеж 2016
2
УДК 656.13
Струков, Ю.В. Безопасность транспортных средств [Электронный ресурс]: тексты лекций для студентов по направлению подготовки 23.03.01 – Технология
транспортных процессов / Ю.В. Струков, В.А. Зеликов, Р.А. Сподарев; М-во
образования и науки РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2016. – ЭБС
ВГЛТУ
3
Оглавление
Лекция №1
1. Эксплуатационные свойства автомобиля………………..……………………..5
2. Компоновочные и весовые параметры автомобиля…………………..……….8
Лекция №2
1. Элементы тяговой динамичности автомобиля……………………………….12
2. Скорость и ускорение автомобиля……………………………………………14
Лекция №3
1. Завершенный обгон транспортного средства………………………..……….15
2. Незавершенный обгон транспортного средства……………………………...19
Лекция №4
1. Значение тормозной динамичности для БДД……………………………….…21
2. Измерители и показатели тормозной динамичности………………………...22
3. Тормозная диаграмма……………………………………….………………….25
Лекция №5
1. Нормативы тормозной динамичности автомобилей………………….……….27
2. Пути повышения тормозной динамичности…………………….…………….29
Лекция №6
1. Курсовая устойчивость………………………………………………………….32
2. Поперечная устойчивость……………………………………..……………….34
Лекция №7
1. Устойчивость переднего и заднего мостов……………….……………………38
2. Продольная устойчивость……..……………………………………………….40
Лекция №8
1. Управляемость автомобиля……………………………………….…………….41
2. Плавность хода автомобиля……………………………………………………43
Лекция №9
1. Виды информативности автомобиля…………………………………..………..45
2. Внешняя визуальная информативность автомобиля………………….……48
Лекция №10
1. Внутренняя визуальная информативность автомобиля………….……….54
2. Звуковая информативность автомобиля …………………….…………..62
4
Лекция №11
1. Рабочее место водителя……………………………...…………………………64
2. Сиденье……………………………………………………………………….…65
3. Органы управления……………………………………………………..………68
Лекция №12
1. Требования к элементам системы обеспечения пассивной безопасности...70
2. Поглощение энергии и сохранение жизненного пространства элементами
кузова при ударе………………………………………………..………………72
3. Защита от травмирования рулевым колесом…………………………………73
Лекция №13
1. Ограничение перемещения людей…………………………………………….75
2. Устранение травмоопасности деталей салона……………………………...…81
Лекция №14
1. Обеспечение послеаварийной безопасности ТС………………………….….84
2. Требования к устройствам обеспечения послеаварийной безопасности……85
Лекция №15
1. Влияние автомобилизации на окружающую среду….…….………..………88
2. Токсичность отработавших газов…………………………………………….…..91
3. Методы уменьшения загрязнения окружающей среды автомобилями……92
Библиографический список………………………………………………………94
5
Лекция №1
1. Эксплуатационные свойства автомобиля.
2. Компоновочные и весовые параметры автомобиля.
Эксплуатационные свойства автомобиля
Для современных автомобильных дорог характерно наличие большого
количества разнообразных транспортных средств, движущихся одновременно и
образующих единый транспортный поток. Параметры движения этого потока
зависят от его состава, т. е. от соотношения в нем транспортных средств различного типа.
Состав транспортного потока может быть различным. В городских условиях он состоит из легковых и грузовых автомобилей, автобусов, троллейбусов,
трамваев, мотоциклов и автопоездов. На загородных дорогах трамваи и троллейбусы отсутствуют, число мотоциклов и автобусов уменьшается, зато могут
двигаться тракторы, тракторные поезда, а также различного рода сельскохозяйственные и строительные самоходные машины и механизмы (грейдеры, бульдозеры, краны и т. д.).
Наблюдения за транспортными потоками показывают, что основную их
массу составляют автомобили, на долю которых приходится, как правило, до
75 – 80 % всех транспортных средств. Соответственно высока и доля участия
автомобиля в дорожно-транспортных происшествиях. В среднем из общего
числа происшествий происшествия с автомобилями составляют 80 – 85 %, с
тракторами и самоходными механизмами 10 – 15 %, с мотоциклами 2 – 3 %, с
трамваями и троллейбусами 1– 2 %. Таким образом, автомобиль является основным элементом транспортного потока и от его безопасности во многом зависит безопасность дорожного движения в целом. Поэтому безопасность
транспортных средств изучают сейчас в первую очередь применительно к автомобилю. У других транспортных средств рассматриваются лишь специфические особенности, влияющие на безопасность.
Возможность эффективного использования автомобиля в определенных
условиях и соответствие его конструкции требованиям эксплуатации определяют по его эксплуатационным свойствам. Для оценки отдельных эксплуатационных свойств служит система измерителей и показателей.
6
Измеритель – это параметр, характеризующий эксплуатационное свойство
автомобиля. Например, измерителями динамичности автомобиля служат скорость
и ускорение. Измеритель характеризует эксплуатационное свойство с качественной стороны; иногда для полной оценки свойства необходимо несколько
измерителей.
Показатель – это число, характеризующее величину измерителя, его количественное значение. Показатель позволяет оцепить эксплуатационное свойство автомобиля при определенных условиях работы. Обычно показатель используют
для установления граничных возможностей автомобиля в конкретных условиях
эксплуатации. Так, одним из показателей тяговой динамичности автомобиля является максимальная скорость, развиваемая им на горизонтальном участке дороги
с хорошим покрытием.
Качеством автомобиля, как любого вида продукции, называют совокупность
свойств, обусловливающих его пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с его назначением.
Согласно классификации, к эксплуатационным свойствам автомобиля относятся динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость,
проходимость, плавность хода, надежность, вместимость и др. Измерители этих
свойств долгое время успешно применялись для оценки конструкции автомобиля
и ее соответствия условиям эксплуатации, однако в настоящее время они уже не
удовлетворяют в полной мере требованиям автомобильного транспорта.
Количественный рост автомобильного парка, увеличение скорости и плотности движения привели к резкому росту аварийности, борьба с которой во всем
мире стала первостепенной задачей. В процессе изучения причин аварийности и
поисков путей ее уменьшения стала очевидной необходимость комплексного изучения всех факторов, влияющих на безопасность автомобилей. С этой целью было введено понятие о конструктивной безопасности автомобиля, как об особом его
эксплуатационном свойстве. Такое понятие дает возможность всесторонне изучить
преимущества и недостатки принятых конструктивно-технологических решений.
Конструктивная безопасность является одним из обобщающих свойств автомобиля. Для количественной его характеристики применяют как показатели
других эксплуатационных свойств (минимальный тормозной путь, максимальное
замедление, критические скорости по условиям заноса и опрокидывания и т. п.),
так и новые показатели, специфические только для отдельных аспектов безопас-
7
ности. Как и другие эксплуатационные свойства, безопасность является функцией общих параметров автомобиля, выходных характеристик агрегатов и их
технического состояния.
Активная безопасность автомобиля зависит от его габаритных и весовых
параметров, тяговой и тормозной динамичности, устойчивости и управляемости.
Большое значение для активной безопасности автомобиля имеет его информативность, под которой понимают свойство автомобиля обеспечивать необходимой информацией водителя и других участников движения. Водитель в зависимости от конструкции автомобиля получает информацию об окружающей обстановке, характере его движения, режиме работы агрегатов и систем. Другие участники движения благодаря информативности автомобиля имеют возможность
определить его тип, скорость и направление движения и прогнозировать на ближайшее будущее расположение его на дороге и расстояние до других транспортных средств.
Возможность реализации эксплуатационных свойств, заложенных в конструкцию автомобиля, зависит от оборудования рабочего места водителя, от его соответствия требованиям эргономики. Отличительной чертой конструктивной
безопасности автомобиля является необходимость сохранения всех ее показателей
на допустимом уровне в течение всего срока службы автомобиля. Можно примириться с некоторым ухудшением топливной экономичности или комфортабельности автомобиля в процессе его эксплуатации, но этого нельзя сделать в
отношении безопасности.
Автомобиль должен быть безопасным в любое время, при любой погоде, в
любых дорожных ситуациях. Выполнить такое требование чрезвычайно трудно,
так как безопасность автомобиля зависит от многих причин. Каждый работник автомобильного транспорта должен уметь, хотя бы приблизительно, оценивать конструктивную безопасность автомобиля, знать конструктивные возможности автомобилей основных марок и моделей и определять причины, способствующие
ухудшению их безопасности.
8
Компоновочные и весовые параметры автомобиля
Для обеспечения безопасности дорожного движения все транспортные
средства, допускаемые к эксплуатации на дорогах общего пользования, должны
удовлетворять требованиям, ограничивающим их размеры и массу. Такие требования во всех странах устанавливаются в законодательном порядке,
Геометрические параметры (габаритные длина La и ширина Ва, база L) автомобиля имеют большое значение для формирования транспортного потока по ширине и длине, а также для его безопасности. При движении автомобиль подвергается воздействию различных случайных возмущений, стремящихся изменить характер движения. К таким возмущениям относятся удары колес о неровности покрытия, изменение поперечного уклона дороги, боковой ветер, случайный поворот передних колес и т. д. В результате этих возмущений автомобиль отклоняется от принятого направления движения, и водитель вынужден поворачивать рулевое колесо, возвращая автомобиль в исходное положение. Вследствие этого даже на строго прямолинейных участках дороги автомобиль движется не прямолинейно, а по кривым больших радиусов. При этом значительную часть времени он
находится под углом к оси дороги, и размер полосы, потребной для его движения,
– динамический коридор, превышает его габаритную ширину.
Ширина динамического коридора зависит от размеров автомобиля и его
скорости. На рис. 1 показан автомобиль, передние колеса которого в результате
случайного толчка повернулись на некоторый угол (положение I). За время реакции водителя автомобиль, двигаясь криволинейно, переместится в положение II.
После этого водитель, вращая рулевое колесо, сначала вернет передние колеса в
центральное положение (положение III), а затем, повернув их в обратном направлении (положение IV), установит автомобиль параллельно прежнему направлению движения (положение V).
Ширина динамического коридора увеличивается по мере роста скорости автомобиля. Одновременно возрастает вероятность столкновения с попутными и
встречными автомобилями и наезда на окружающие объекты.
9
Рис. 1. Динамический коридор на прямолинейном участке дороги
Строительные нормы и правила (СНиП) на проектирование дорог предусматривают для дорог с интенсивностью движения свыше 3000 автомобилей в
сутки ширину полосы движения 3,75 м, а для дорог с меньшей интенсивностью
3,0 – 3,5 м. Эти размеры не всегда обеспечивают безопасный разъезд автомобилей, поэтому водитель, чтобы избежать столкновения, вынужден снижать скорость. Чем меньше ширина полосы движения на дороге и чем больше габаритные
размеры автомобиля, тем более жесткие требования предъявляются к водителю,
тем больше его нервное напряжение при управлении автомобилем.
На рис. 1 показана минимальная ширина динамического коридора Вк, определенная лишь из геометрических соображений. Для безопасного разъезда автомобилей размер Вк необходимо увеличить, так как между автомобилями должен
быть создан боковой интервал безопасности. Величина этого интервала зависит
как от психофизиологических особенностей водителя и его опыта, так и от скорости транспортных средств.
На основании наблюдений за большим числом автомобилей установлена
примерная ширина полосы движения для транспортных средств различных видов, м:
Легковые автомобили………………………………………………2,8 – 3,1
Грузовые автомобили и автобусы………………………………….3,5 – 4,3
Крупногабаритные грузовые автомобили и троллейбусы………..3,7 – 4,5
10
Примечание. Минимальные значения характеризуют ширину полосы, по
которой транспортные средства движутся со скоростью 11 м/с, максимальные
значения – то же, со скоростью 33 м/с.
В технической литературе опубликованы также эмпирические зависимости
между габаритной шириной автомобиля Ва, скоростью его движения V и шириной
динамического коридора Вк.
Одна из этих зависимостей имеет следующий вид:
Вк = 0,054 υ+ Ва+0,3,
(1)
где V – скорость движения, м/с;
Ва – габаритная ширина автомобиля, м.
Ширина динамического коридора, необходимая для безопасного движения
автомобилей с высокими скоростями, иногда значительно превышает ширину полосы движения, установленную СНиП. Следует учитывать, что расширение проезжей части дороги требует значительной затраты труда, времени и средств, поскольку стоимость дорожной одежды составляет 65 – 75 % общей стоимости дороги. На узких дорогах водители вынуждены вести автомобиль с меньшей скоростью, чем позволяют его технические возможности. Водители, не соразмерившие
скорость движения с габаритными размерами управляемого автомобиля и дорожными условиями, могут стать участниками дорожно-транспортного происшествия.
Для автопоездов ширина динамического коридора с увеличением скорости
возрастает быстрее, чем для одиночного автомобиля, вследствие угловых колебаний прицепов или полуприцепов в горизонтальной плоскости (виляния). При определенной скорости размахи прицепов становятся настолько большими, что водитель не может устранить их поворотом рулевого колеса и вынужден уменьшать
скорость.
Более заметно влияние геометрических параметров автомобиля на безопасность при криволинейном движении. Хотя при крутых поворотах скорости автомобиля обычно невелики и случайные возмущения незначительны, ширина динамического коридора может быть достаточно большой.
Динамический коридор на криволинейном участке автомобильной дороги
представлен на рис. 2.
11
L´
L
c
Ba
Rн
Bк
Rв
Рис. 2. Динамический коридор на криволинейном участке дороги
При криволинейном движении ширина динамического коридора в соответствии со схемой (рис. 2) будет определятся из выражения
Вк  Rн  Rв  Rн  Rн2  ( L)2  Ва ,
(2)
где Rн и Rв – соответственно, наружный и внутренний габаритные радиусы поворота автомобиля;
L – база автомобиля;
L΄= L + с, с – передний свес автомобиля.
В соответствии с вышеприведенным выражением при малых значениях L΄
ширина динамического коридора незначительно отличается от габаритной ширины, то есть, Вк ≈ Ва.
При L΄≈ RH ширина Вк значительно превышает Ва, что вынуждает строителей расширять полосы движения на криволинейных участках дороги.
Учитывая этот фактор, рекомендуются следующие максимально допустимые значения геометрических параметров ТС в м:
– Габаритная ширина – 2,5;
– Габаритная длина:
- одиночного автомобиля – 12;
- тягача с прицепом или полуприцепом – 20;
- тягача с несколькими прицепами – 24.
Габаритная высота На имеет значение при проезде автомобилей под путепроводами и проводами контактной сети. Чрезмерно высокие ТС (например,
двухэтажный автобус, панелевоз или автомобили-фургоны) с высоко располо-
12
женным центром тяжести испытывают значительные угловые колебания в поперечной плоскости, вследствие чего возможно задевание конструкции за столб
или мачту, кроме того, такие ТС более склонны к опрокидыванию. Максимально допустимая габаритная высота ТС составляет 3,8 м.
К безусловным параметрам конструктивной безопасности относится также масса автомобиля. Чем больше масса автомобиля, тем труднее им управлять. Происходит увеличение параметров разгона и торможения, возрастает силовая нагрузка на оси ТС, разрушающая дорожное покрытие. Поэтому, несмотря на очевидные преимущества применения подвижного состава большой грузоподъемности, во всех странах строго соблюдают ограничение осевых нагрузок и полных масс ТС.
Предельная осевая нагрузка на дорогах с усовершенствованным покрытием составляет 100 кН, а на дорогах других типов – 60 кН. Для спаренных
мостов эти нагрузки равны 180 кН и 110 кН, соответственно.
Лекция №2
1. Элементы тяговой динамичности автомобиля.
2. Скорость и ускорение автомобиля.
Элементы тяговой динамичности автомобиля
Силы, действующие на автомобиль, который разгоняется на подъеме, показаны на рис. 3.
Рис. 3. Силы, действующие на автомобиль при разгоне на подъеме
13
Уравнение движения автомобиля представлено соотношением
PТ+Pu+Pд+Pв=0,
(3)
где PТ – тяговая сила на ведущих колесах;
Pu – приведенная сила инерции;
Pд = Pк+Pn – сила сопротивления дороги (Pк – сила сопротивления качанию,
Pn – сила сопротивления подъему);
PВ – сила сопротивления воздуха.
Сила тяги – отношение момента Мт на полуосях к радиусу ведущих колес
при равномерном движении автомобиля
PT = Мт/rк = Ме iтр ηтр/r,
(4)
где Ме – эффективный крутящий момент двигателя;
iтр и ηтр – передаточное число и КПД трансмиссии.
Крутящий момент Ме = f(n) вычисляется по известным эмпирическим выражениям.
Сила сопротивления дороги
Pд = mg (f cos α + sin α),
(5)
где m – масса автомобиля;
g – ускорение свободного падения;
f – коэффициент сопротивления качению;
α – угол продольного уклона дороги.
На дорогах с твердым покрытием и небольшим продольным уклоном выражение (5) представляют в упрощенном варианте
Pд = mg (f + sin α).
(6)
Выражение (f cos α + sin α) называют коэффициентом сопротивления дороги.
Тогда выражение (5) принимает следующий вид
Pд = mgψ,
(7)
где ψ – коэффициент сопротивления дороги.
Сила сопротивления воздуха
Pв  K в Sва2  Wва2 ,
где Кв – коэффициент обтекаемости;
Sв – лобовая площадь автомобиля;
Wв – фактор обтекаемости.
(8)
14
Приведенная сила инерции автомобиля пропорциональна его массе и ускорению
Pи  mδвр j,
(9)
где δ вр – коэффициент учета вращающихся масс, определяемый по эмпирическому выражению;
m – масса автомобиля;
j – ускорение автомобиля.
Скорость и ускорение автомобиля
Максимальную скорость и ускорение автомобиля можно определить графоаналитическим методом.
На рис. 4. представлены параметры тяговой динамичности автомобиля.
а) график для определения максимальной скорости методом силового баланса;
б) изменение ускорения автомобиля при движении с включѐнной высшей передачей
Рис. 4. Параметры тяговой динамичности автомобиля
Определение максимальной скорости графоаналитическим методом. Кривая суммарного сопротивления Рд + Рв определяет силу тяги, необходимую для
движения автомобиля по данной дороге с v – const. Если кривая силы тяги Рт
проходит выше кривой Рл + Рв, то отрезки Р3, заключенные между этими
кривыми, представляют собой нереализованную часть (запас) силы тяги. Запас силы тяги можно использовать для преодоления повышенного сопротивления дороги (увеличение f или д) или для разгона автомобиля. Максималь-
15
ную скорость Vmах находят по абсциссе точки пересечения кривых Рт и
Рп +
Рв так как при этом запас силы тяги, а следовательно, и ускорение равны нулю.
Определение максимального ускорения графоаналитическим методом. При
графоаналитическом определении jmax задаются несколькими значениями
скорости и рассчитывают величины ускорения при работе двигателя с
полной нагрузкой. Построив по точкам в координатах v – j кривую ускорений, проводят касательную к ней, параллельную оси абсцисс, как п оказано на рис. 4. Ордината точки касания определяет величину ускорения,
максимально возможного на данной дороге.
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.
Лекция №3
1. Завершенный обгон транспортного средства.
2. Незавершенный обгон транспортного средства.
Завершенный обгон транспортного средства
Обгон – сложный и опасный маневр, вызванный желанием водителя сократить время в пути. Обгон связан с выездом на соседнюю полосу движения и требует значительного свободного пространства перед обгоняющим автомобилем.
Обгон колонны ТС еще более опасен.
Малейшая неосмотрительность при обгоне может привести к тяжким последствиям, причем, чем выше скорость движения транспортного потока, тем
больше вероятность ДТП при обгоне.
Маневр обгона делится на три фазы: отклонение обгоняющего автомобиля
влево и выезд на соседнюю полосу движения; движение слева от обгоняемого автомобиля и впереди него; возвращение обгоняющего автомобиля на свою полосу
движения.
16
В последующих расчетах время, затраченное на поперечное перемещение
обгоняющего автомобиля, связанное с изменением полосы движения, не учитывается.
Схема обгона при постоянной скорости движения ТС приведена на рис. 5.
3
1
2
D
1
2
S2
L2
Sоб
Sсв
1
D
L1
S3
2
1 – обгоняющий автомобиль; 2 – обгоняемый автомобиль;
3 – встречный автомобиль
Рис. 5. Схема завершенного обгона
Пусть скорость обгоняющего автомобиля будет υ1, а обгоняемого υ2. Понятно, что υ1 > υ2.
Согласно схеме (рис. 5.) путь обгона
Sоб  D1  D2  S2  L1  L2 ,
(10)
с другой стороны
Sоб  S1  1  tоб .
(11)
На схеме и в формуле (10) D1 и D2 – дистанции безопасности между обгоняющим и обгоняемым автомобилями в начале и конце обгона, a L1 и L2 – габаритная длина автомобилей.
Путь, который преодолеет обгоняемый автомобиль,
S2  2tоб .
(12)
Путь и продолжительность обгона в значительной степени определяются
скоростью обгоняющего автомобиля. Чем динамичнее автомобиль, тем меньше
значения Sоб и tоб, тем быстрее автомобиль вернется на свою полосу движения,
обеспечив необходимую безопасность.
17
Многочисленные наблюдения показали, что при свободном движении
скорости обгоняющих автомобилей достаточно высоки, но не достигают предельных значений и обычно составляют 80 – 90 % максимально возможной
скорости.
Величины дистанций безопасности в большей степени зависят от дорожных условий, типа автомобиля, опыта и квалификации водителя. В некоторых
случаях для расчетов это время принимают в интервале 2 – 5 секунд.
Наименьшие дистанции безопасности выдерживают при следовании легкового автомобиля за легковым, а максимальные – при движении грузового автомобиля за легковым.
Первая дистанция безопасности может быть представлена в виде функции скорости обгоняющего автомобиля
D1  aоб12  4.0.
(13)
Вторая дистанция безопасности может быть представлена в виде функции
скорости обгоняемого автомобиля
(14)
D2  bоб 22  4.0,
где aоб и bоб – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа обгоняемого автомобиля, их значения приведены в таблице 1.
Таблица 1
Тип обгоняемого автомобиля
aоб
bоб
Легковой
0,33
0,26
Грузовой средней грузоподъемности
0,53
0,48
Грузовой большой грузоподъемности, автопоезд
0,76
0,67
Так как коэффициенты D2 < D1, то водитель в стремлении быстрого возврата на свою полосу движения иногда «срезает угол».
Кроме того, скорость обгоняющего автомобиля больше скорости обгоняемого автомобиля, поэтому если в момент завершения обгона дистанция между автомобилями и окажется короче допустимой, то она очень быстро увеличится.
Для анализа процесса обгона пользуются схемой (рис. 6), связывающей
все параметры обгона.
18
При равномерном движении всех участников движения (автомобили 1, 2
и 3) их движение можно описать графиком в координатах S – t в форме прямых
линий, соответственно I, II, и III.
t
t
t
II
I
С
tоб
А
tA
О
1'
α1
α3
3
α2
1
2'
2
S
3'
1
Рис. 6. Характеристика обгона при равномерном движении автомобиля
Котангенсы углов наклона прямых α1, α2 и α3 пропорциональны скоростям
движения ТС
ctg α 
S
 .
t
(15)
Точка А пересечения прямых I и II соответствует моменту обгона, когда
обгоняющий автомобиль поравнялся с обгоняемым. Точка С пересечения прямых I и III характеризует момент встречи обгоняющего и встречного автомобилей. В этом случае минимальное свободное расстояние от момента начала обгона до встречного автомобиля будет равно
Sсв  ( D1  D2  L1  L2 )(1  3 ) /(1  2 ).
(16)
Таким образом, чем выше скорость обгоняющего автомобиля υ1, тем
меньше значения Sоб, tоб и Scв, необходимые для безопасного обгона. Поэтому
наиболее безопасен обгон легковым автомобилем тихоходного транспорта.
Обгон с постоянной скоростью движения возможен на дорогах с шириной проезжей части 7 – 8 м и более, а также интенсивностью движения менее
40 – 60 автомобилей в час. При интенсивности 150 – 160 автомобилей в час ТС
движутся сплошным потоком. Обгоняющий автомобиль вначале уменьшает
19
скорость до уровня скорости потока, а затем, выбрав момент, совершает обгон с
ускорением. Время разгона можно определить из общего выражения
j  d / dt ,
(17)
откуда
dt  d / j.
(18)
Незавершенный обгон транспортного средства
В практике часто встречаются случаи, когда водителю, начавшему обгон,
не удается его закончить. Причина может заключаться либо во внезапном появлении препятствия, либо в неверном первоначальном расчете. Убедившись в
невозможности закончить обгон, водитель вынужден уменьшить скорость и
возвратиться в прежнее положение. Такой обгон называют незавершенным
(рис. 7).
Рис. 7. Незавершенный обгон
В начале незавершенного обгона (время t /) обгоняющий автомобиль, двигаясь со скоростью V1, выезжает на соседнюю полосу движения. Решив отказаться от обгона, водитель снижает скорость автомобиля до минимально устойчивой скорости V1/. Учитывая наличие опасности для движения, водитель тормозит обычно с максимальной интенсивностью (время t //). Затем, ведя автомобиль с минимально устойчивой скоростью, водитель пропускает вперед обгоняемый автомобиль и возвращается на прежнюю полосу (время t ///). Возмож-
20
ность выполнения такого маневра зависит как от тяговой, так и от тормозной
динамичности автомобиля.
Определим время и путь незавершенного обгона.
Перемещение обгоняющего автомобиля на первом этапе обгона
(19)
S1  V1t  ,
где t  – время первого этапа, с.
Перемещение обгоняемого автомобиля за время первого этапа
S 2  V2 t  .
(20)
Время первого этапа
t 
D1  L2  e
,
V1  V2 
(21)
где D1 – дистанция безопасности, м;
e – расстояние между передними частями обгоняющего и обгоняемого ав-
томобилей в момент окончания первого этапа, м.
Время второго этапа
t  
V1  V1
jз
,
(22)
где V1 – минимально устойчивая скорость 3 – 5 м/с;
2
j з – замедление, м/с .
Перемещение обгоняющего автомобиля в течение второго этапа обгона
S1  V1t   0.5 j з t  .
2
(23)
Время третьего этапа обгона
t  
S1  L2  D2  S 2  e
.
V2  V1
(24)
Путь обгоняющего автомобиля за время третьего этапа
S1 
S1  L2  D2  S 2  e
V1 .
V2  V1
(25)
Зная продолжительность каждого этапа и перемещения обгоняющего автомобиля, можно найти и полный путь незавершенного обгона
(26)
S Н .О  S1  S1  S1 .
Соответственно, время незавершенного обгона
t Н .О  t   t   t  .
(27)
21
Лекция №4
1. Значение тормозной динамичности для БДД.
2. Измерители и показатели тормозной динамичности.
3. Тормозная диаграмма.
Значение тормозной динамичности для БДД
Значение тормозной динамики автомобиля в обеспечении безопасности
движения чрезвычайно велико, для чего любое ТС оборудуется специальной
системой, обеспечивающей снижение скорости движения, удержание автомобиля на месте при стоянке, а также предохранение от нежелательного ускорения при спуске. Все это обеспечивают тормозные системы четырех видов: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной.
Рабочая система является основной. Она предназначена для регулирования скорости движения автомобиля в любых условиях. Запасная система используется при отказе основной системы. Стояночная тормозная система удерживает неподвижный автомобиль на месте, а вспомогательная нужна для поддержания постоянной скорости в течение длительного времени. На легковых
автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности в качестве запасной тормозной системы часто используют стояночную, а во вспомогательной системе – двигатель. На грузовых автомобилях большой грузоподъемности и автобусах большой вместимости применяют четыре раздельные
тормозные системы.
Наибольшее значение для безопасности автомобиля имеет рабочая тормозная система. Рабочая система применяется для плавного снижения скорости
с замедлением 2,5 - 3,0 м/с2 (так называемое служебное торможение) или резкого уменьшения скорости с максимально возможным для данных дорожных условий замедлением до 8 - 9 м/с2 (экстренное или аварийное торможение).
Для обеспечения безопасности автомобиля тормозная система должна
удовлетворять следующим требованиям:
– время срабатывания системы должно быть минимальным, а замедление
– максимальным во всех условиях эксплуатации;
– все колеса автомобиля должны затормаживаться одновременно и с одинаковой интенсивностью;
22
– тормозные силы на колесах должны нарастать плавно, без рывков, заеданий и заклиниваний;
– эффективность действия системы должна быть постоянной в течение
всего срока службы автомобиля, а вероятность отказов минимальной;
– работа тормозной системы не должна вызывать потери устойчивости
автомобиля;
– усилия, необходимые для приведения системы в действие и перемещения рабочих органов управления (педали, рычаги), не должны превышать физических возможностей водителя.
Измерители и показатели тормозной динамичности
Измерителями тормозной динамичности являются: замедление, продолжительность (время) и путь торможения, а также суммарная тормозная сила.
С точки зрения чисто энергетической торможение – это процесс перехода
кинетической энергии движения автомобиля в работу трения между фрикционными накладками колодок и тормозных барабанов (дисков), а также между шинами и дорогой.
Понятно, что тепло, выделяющееся в результате трения, рассеивается,
вызывая невосполнимые потери энергии.
Величина тормозного момента на колесах зависит от конструкции привода и давления в системе p
M тор  γ T p,
(28)
где γT – коэффициент пропорциональности.
Для определения факторов, влияющих на процесс торможения, рассмотрим силы и моменты, действующие на колесо автомобиля (рис. 8.).
r
Mтор
Fx
Mи
Z
X
a
Рис. 8. Схема сил и моментов на колесе автомобиля при торможении
23
Напомним, что Fz и Fx, – соответственно вертикальная и горизонтальная
силы, передаваемые от автомобиля на ось колеса, Мтор и Ми – тормозной и
инерционный моменты, a Z и Х – соответствующие реакции дороги.
Из условий равновесия системы сил и моментов можно получить
Z  Fz , X  Fx ,
M и  M тор  Z a  X r  0,
откуда
X   Fтор  Yε.
(29)
В соответствии с (29) понятно, что касательные реакции растут с увеличением тормозной силы (тормозного момента), однако это может продолжаться
лишь до момента, пока по абсолютной величине X не достигнет своего максимального значения – силы сцепления шин с дорогой
X  Fсц  Z
(30)
(по направлению X – величина отрицательная), где φ – коэффициент сцепления.
В противном случае колеса блокируются, скользят по дороге, не вращаясь, наступает так называемый «юз» колес.
До блокировки колеса между тормозными накладками и барабанами
(дисками) действует сила трения скольжения, а в зоне контакта шины с дорогой
– сила трения покоя. После блокировки картина меняется на обратную. В этом
случае затраты энергии в тормозных элементах прекращаются, а все тепло, эквивалентное кинетической энергии автомобиля, выделяется при контакте шин с
дорогой. Это приводит к повышению температуры шин, размягчению резины и
уменьшению коэффициента сцепления с дорогой. В связи с этим наибольшая
эффективность торможения достигается при качении колеса на пределе блокировки.
Для определения показателей тормозной динамичности автомобиля используем известное нам уравнение силового баланса

X1  X 2  Fи  Fп  Fв  0,
(31)
где приведенная сила инерции автомобиля может быть определена по нижеследующей формуле
Fи   mδвр j,
(32)
24
где Fп и Fв – сила сопротивления подъему и сила сопротивления воздуха соответственно.
Подставляя в (31) составляющие по (29), имеем
 Fтор  (( I1  I 2 ) / r 2 ) j  mgf  mδвр j  Fп  F в 0,
(33)
где
Fтор  Fтор1  Fтор2 ,
( Z1  Z 2 ) f  mgf .
Группируя члены, содержащие ускорение j, поставив задачу определения
замедления автомобиля jз = -j, обозначив
m(δвр  ( I1  I 2 ) / mr 2 )  δн ,
имеем
jз  ( Fтор  mgf  Fп  Fв ) / mδн ,
или
jз  ( Fтор  Fк  Fп  Fв ) / mδн .
(34)
Полученное уравнение описывает движение автомобиля при торможении
с отключенным двигателем без скольжения шин по дороге. Из него видно, что
замедление увеличивается по мере роста тормозных сил и сил сопротивлений.
Замедление уменьшается при увеличении массы автомобиля и моментов инерции вращающихся масс.
Максимальное значение замедления ограничивается сцеплением колес с
дорогой по условию (30), когда
X1  X 2  Z  mg.
В этом случае уравнение (31) принимает вид
 mg  mδвр jз  Fп  Fв  0,
откуда
jз  (mg  Fп  Fв ) / mδвр .
(35)
При экстренном торможении mgφ=Fтор значительно дольше составляющих Fп и Fв и, если принять, что δвр≈1, то
25
jз  g.
(36)
Вследствие влияния многочисленных дополнительных факторов (неодновременность действия тормозов по различным колесам, различие в вертикальной составляющей сил по осям автомобиля и других) формула (36) дает несколько завышенный результат по сравнению с экспериментальными исследованиями.
По Д.П. Великанову рекомендуется коррекция выражения (36) введением
коэффициента эффективности торможения Кэ
jз  g / К э .
(37)
Для легковых автомобилей Кэ = 1,2, а для грузовых и автобусов Кэ = 1,31,4. При торможении на влажных и скользких дорогах сила сцепления на всех
колесах достигается практически одновременно, поэтому при φ ≤ 0,4 необходимо принимать Кэ =1.
Тормозная диаграмма
Процесс торможения во времени описывается зависимостями aT = f(t) и v =
f(t). Эти зависимости называют тормозной диаграммой.
Тормозная диаграмма представлена на рис. 9.
Рис. 9. Тормозная диаграмма автомобиля
26
Начало координат t = 0 соответствует моменту возникновения ситуации,
вынуждающей водителя тормозить. Общее время процесса торможения включает следующие составляющие:
– время реакции водителя tp = tpl +tp2, где tpl – время психической реакции
водителя (оценка обстановки и принятие решения о необходимости торможения); tР2 – время физической реакции водителя (перенос ноги с педали акселератора на педаль тормоза);
– время срабатывания тормозного привода tcp =tз+tн, где tз – время запаздывания тормозного привода (выбор свободного хода в системе привода тормозных механизмов). Это время, зависящее от конструкции и технического состояния тормозного привода, колеблется в среднем от 0,2 … 0,3 с (гидравлический привод) до 0,6 … 0,8 с (пневматический привод). При экстренном торможении t3 не должно превышать 0,2 с.
tH – время нарастания замедления (зависит от интенсивности нажатия на
педаль тормоза, от типа и конструктивного исполнения тормозной системы)
находится в пределах 0,4 … 0,6 с. При экстренном торможении не должно
превышать tн – 0,4 с.
– время торможения с установившимся замедлением tyCT;
– время оттормаживания tOT.
Время растормаживания – это отрезок времени с начала падения замедления транспортного средства до момента, когда оно становится равным нулю.
Для АТС с гидравлическим приводом тормозов величина принимается равной
0.3 с, а для АТС с пневматическим приводом – 0.1 с.
Время реакции водителя зависит от его индивидуальных особенностей,
физического состояния и квалификации.
Тормозной путь. Различают тормозной путь автомобиля Sт и остановочный
путь SOCT . Тормозной путь автомобиля складывается из пути, проходимого автомобилем за время запаздывания тормозного привода, время нарастания замедления tн и время торможения с установившимся замедлением tyCT
ST = S3 + SH + SyCT.
(38)
Остановочным путем называют весь путь, проходимый автомобилем
от момента обнаружения препятствия до полной остановки автомобиля. Для его
определения к ST необходимо добавить путь Sp, проходимый автомобилем за
время реакции водителя tp
27
SOCT = ST + Sp .
(39)
Значение времени установившегося замедления определяется по формуле
t уст 
VK э
.
3.6 g
(40)
С учетом коэффициента Кэ формулы для замедления и остановочного пути приобретают следующий вид
j уст 
g
Kэ ;
K эV 2
SО  t Р  t з  0.5t Н V 
g .
(41)
(42)
Лекция №5
1. Нормативы тормозной динамичности автомобилей.
2. Пути повышения тормозной динамичности.
Нормативы тормозной динамичности автомобилей
В соответствии с ГОСТ 25478-91 «Автотранспортные средства. Требования к техническому состоянию по условиям безопасности движения. Методы
проверки» проводятся дорожные испытания с целью определения эффективности тормозной системы.
Испытания проводятся на горизонтальном участке дороги с ровным, сухим и чистым цементно- или асфальтобетонном покрытии при скорости с начала торможения 40 км/ч – для автомобилей, автобусов и автопоездов и 30 км/ч –
для мотоциклов и мопедов. Транспортные средства испытывают в снаряженном
состоянии с водителем путем однократного воздействия на орган управления
рабочей тормозной системы. Нормативные значения тормозного пути и установившегося замедления приведены в нижеследующей табл. 2. Значения тормозного пути и установившегося замедления, приведенные в скобках, распространяются на транспортные средства, произведенные до 1984 года.
Автомобили, у которых эксплуатационные свойства по тормозной динамичности не удовлетворяют требованиям вышеприведенной таблицы, к эксплуатации не допускаются.
28
Транспортное средство
-
Тормозной
путь, м,
не более
Таблица 2
Установившееся
замедление, м/с2, не
менее
Одиночные транспортные средства:
легковые автомобили и их модификация для перевозки грузов;
12,2 (14,5)
6,8 (6,1)
автобусы с разрешенной максимальной массой до 5 т;
13,6 (18,7)
6,8 (5,5)
то же, свыше 5 т;
16,8 (19,9)
5,7 (5,0)
грузовые автомобили с разрешен15,1 (19)
5,7 (5,4)
ной максимальной массой до 3,5 т;
17,3 (18,4)
5,7 (5,7)
то же, от 3,5 до 12 т;
16,0 (17,7)
6,2 (6,1)
то же, свыше 12 т;
двухколесные мотоциклы и мопе7,5 (7,5)
5,5 (5,5)
ды;
8,2 (8,2)
5,0 (5,0)
мотоциклы с боковым прицепом.
Автопоезда с тягачами в виде
легковых автомобилей и их модификаций для перевозки грузов;
13,6 (14,5)
5,9 (6,1)
автобусов с разрешенной макси15,2 (18,7)
5,7 (5,5)
мальной массой до 5 т;
18,4 (19,9)
5,5 (5,0)
то же, свыше 5 т;
грузовых автомобили с разрешен17,7 (22,7)
4,6 (4,7)
ной максимальной массой до 3,5 т;
18,8 (22,1)
5,5 (4,9)
то же, от 3,5 до 12 т;
18,4 (21,9)
5,5 (5,0)
то же, свыше 12 т.
Кроме того, автомобили не подлежат эксплуатации при наличии нижеприведенных дефектов:
– нарушена герметичность гидравлического тормозного привода;
– нарушение герметичности пневматического и пневмогидравлического
тормозных приводов вызывает падение давления воздуха при неработающем
двигателе более чем на 0,05 МПа (0,5 атм) за 15 мин после полного приведения
их в действие;
29
– не действует манометр пневматического или пневмогидравлического
приводов;
– стояночная тормозная система не обеспечивает неподвижное состояние
транспортных средств с полной нагрузкой на уклоне до 16 % включительно, по
легковым автомобилям и автобусам эта норма составляет 23 %, а по грузовым
автомобилям и автопоездам – 31 %.
Пути повышения тормозной динамичности
Для повышения тормозной динамичности и активной безопасности автомобиля применяют регуляторы, обеспечивающие более полное использование
сцепления колес с дорогой каждым колесом и антиблокировочные системы
(АБС), предотвращающие «юз». Для уменьшения времени tпр устанавливаются
быстродействующие тормозные приводы, а для увеличения тормозного момента - усилители. Наиболее эффективными в любом случае являются АБС, появившиеся впервые в 1954 году.
В АБС любого типа используется зависимость коэффициента сцепления
, от степени проскальзывания колеса , определяемой по соотношению
  (vк   к r )vк ,
(43)
где к и к – линейная скорость центра и угловая скорость вращения колеса соответственно;
r – радиус колеса.
Если к=кr, то имеет место чистое качение, при этом =0 проскальзывания нет.
Если к>кr, то колесо катится с проскальзыванием (ведомый и тормозной режимы), 0 << 1.
Если к = 0, то =1, и колесо двигается не вращаясь, что соответствует
режиму «юза». При к<кr колесо катится с пробуксовкой (активный режим) и
<0. При уменьшении скорости до нуля колесо вращается, но автомобиль остается на месте -.
Экспериментальная зависимость  ()показана на рис. 10.
В ведомом режиме (участок ОА) колесо нагружено силами сопротивления движению и касательная реакция невелика. Соответственно малы касательная деформация шины φ и λ. При введении в действие тормозного момента ка-
30
сательная реакция дороги возрастает, коэффициент сцепления увеличивается
по АВ, достигая φmax, а степень проскальзывания – граничного значения λгр. В
этот момент эффективность действия тормозов – наивысшая.

В
max
ю
С
А
гр
0
1

Рис. 10. Зависимость коэффициента сцепления от степени проскальзывания
При дальнейшем увеличении тормозного момента по дороге начинает
скользить почти вся зона контакта, возникает трение скольжения, а касательная
реакция уменьшается, в результате чего в некоторой точке С наступает процесс
λ = 1. По времени этот процесс занимает меньше 1с, величина φ ю меньше φmax
при движении по сухому покрытию на 10 – 15 %, по мокрому – на 20 – 30 %.
Основное назначение АБС – создание режима торможения в зоне точки В
(рис. 10). Для решения этой задачи рассмотрим силовое взаимодействие колеса
с дорогой.
a)
M
б)
Mтор
А
Mи
С
Mтор
D
G
Z
X
F
Mи
E Mx
гр
1
Рис. 11. Силовое взаимодействие колеса с дорогой при проскальзывании
31
При воздействии тормозного момента на колесо Мтор его угловая скорость
уменьшается, вызывая появление инерционного момента Ми (рис. 11, а).
Величина его
M и  I к Ек ,
(44)
где Iк и Ек – момент инерции и угловое замедление колеса.
Момент касательной реакции дороги
М x  Xr  Zr  M и  М тор .
(45)
Если приближенно считать величины Z и r постоянными, то момент Mx
прямо пропорционален φ, то есть кривая Мх=f(λ) будет аналогична φ(λ) (рис.
10) с максимумом при λ=λгр . В то же время момент Mx в любой точке графика
(по абсолютной величине) является разностью тормозного Mтор и инерционного Ми моментов. При =1, как известно, возникает недопустимый «юз» колес.
Во избежание этого АБС срабатывает в некоторой точке С, в результате чего
тормозной момент принудительно снижается до уровня точки Е и поддерживается на постоянном уровне EF.
Уменьшение Mтор вызывает снижение углового замедления, которое в
точке D снижается до нуля, а затем становится отрицательным, что означает
разгон автомобиля. В точке F тормозной момент начинает увеличиваться, доводя режим движения колеса до равномерного вращения (точка G), и до исходного значения Mтор (точка А), после чего цикл работы повторяется.
Таким образом, при работе АБС тормозной момент изменяется по контуру ACDEFGA, в результате чего значения коэффициента проскальзывания
близки к гр, а значения  – к max. В современных системах колебания  относительно гр не превышают 0,05–0,10, а коэффициент сцепления близок к максимальному с точностью до 1 %. Частота колебаний по заданной схеме составляет 2–10 Гц.
В АБС используют механические и электронные датчики в комплексе с
модуляторами давления в тормозной системе. Определенно, что при движении
автомобиля, оборудованного АБС, по сухой дороге с твердым покрытием тормозной путь уменьшается на 10–15 %, а по дороге с мокрым покрытием – на 25
– 30 %.
32
Лекция №6
1. Курсовая устойчивость.
2. Поперечная устойчивость.
Курсовая устойчивость
Причинами нарушения курсовой устойчивости являются возмущающие
силы от действия следующих факторов:
– поперечной составляющей силы собственного веса автомобиля;
– бокового ветра;
– ударов колѐс о неровности дороги;
– неоднородность продольных сил с правой и левой стороны.
При криволинейном движении к ним добавляются центробежные силы.
Одной из предпосылок потери устойчивости является скорость автомобиля, не соответствующая дорожным условиям, когда тяговая сила FТ приближается по величине к силе сцепления колес с дорогой Fсц .
Тяговая сила при движении на подъем с ускорением
FТ  mg ( f  i  δвр j / g )  Wвva2 /13 .
(46)
Для определения величины силы сцепления Fсц рассмотрим распределение нагрузки на колеса автомобиля (рис. 12).
C
hC
Z1
FG
а
Z2
в
L
Рис. 12. Распределение весовой нагрузки автомобиля по осям
На схеме точкой С обозначен центр массы автомобиля, hc – высота центра масс, а и в – расстояние от осей автомобиля до центра масс, L – база автомобиля.
При заднем приводе
33
Fсц  Z 2 . .
(47)
В статистическом состоянии реакции дороги Z1 и Z 2 определяется из рассмотрения условий равновесия системы сил, представленной рис. 12
F
z
M
 0 : Z1  Z 2  FG  mg ,
C
(48)
( Fi )  0 : Z1a  Z 2b  0.
Таким образом, после некоторых преобразований имеем
Z1  mgb / L,
Z 2  mga /(a  b)  mga / L.
(49)
При движении автомобиля происходит известное перераспределение нагрузки по осям вследствие общего продольного наклона (дифферент), действие
инерционной нагрузки и сопротивление воздуха. Учет такого факта проводится
путем введения коэффициента изменения реакций по осям mp1 и mp2 и
Z1  mp1mgb / L,
Z 2  mp2 mga / L.
(50)
Причем для условий разгона автомобиля mp1=0,65–0,70, а mp2=1,20–1,35.
Следовательно, для ведущих колес в условиях разгона сила сцепления
Fсц  mp2 mga / L .
(51)
Приравнивая правые части выражений (46) и (51) и разрешая их относительно a, получаем выражение для скорости, максимально допустимой при
прямолинейном движении без пробуксовки ведущих колес (км/ч)
vбук  13mg (mp2 a / L  f  i  вр j / g ) / Wв .
(52)
Из которого понятно, что бук уменьшается при уменьшении коэффициента
сцепления , а также при увеличении ускорения j.
Движение автомобиля со скоростью, близкой к бук, является одной из
предпосылок заноса.
Новые (экспериментальные) автомобили обязательно испытывают на
курсовую устойчивость по отраслевым номам.
34
Поперечная устойчивость
Причиной потери поперечной устойчивости автомобиля являются центробежные силы, возникающие при криволинейном его движении.
Рассмотрим схему поворота автомобиля в плане (рис. 13).
На участке 1 - 2 автомобиль движется прямолинейно. От точки 2 до точки
3 водитель поворачивает рулевое колесо, автомобиль движется по кривой
уменьшающегося радиуса. На участке 3 - 4 положение на угол  остается постоянным, автомобиль движется по дуге окружности. Участок 4 - 5 - возврат
рулевого колеса в исходное состояние, участок 5 - 6 - прямолинейное движение в новом направлении.
Мгновенный центр скоростей (центр поворота) автомобиля располагается
в точке пересечения перпендикуляров к векторам скоростей средних точек мостов. При отсутствии увода и скольжения колес по вертикали (на схеме) точка О
лежит на продолжении оси задних колес. Расстояние от точки О до середины
заднего моста
R  L / tg  L /  .
(53)
Центробежную силу Fсц, приложенную в центре масс автомобиля (точка
С), можно разложить на две составляющие Fx и Fy, причем с точки зрения безопасности основное значение имеет сила Fy, стремящаяся вызвать занос или опрокидывание автомобиля.
При равномерном движении по дуге
Fy  mjцс ,
(54)
где центростремительное ускорение
jцс  v2 / R  va2 /(13R) ,
(55)
то есть
Fy  mva2 /(13R) .
(56)
35
L
Fy
1
2
Fц
C
3
Fx
4
5
6
Рис. 13. Схема поворота автомобиля
Fу
FG
hc
Fу

Fуcos
FGcos
FG
Рис. 14. Движение автомобиля на вираже
36
В центре масс (точка С) действуют две силы: сила собственного веса автомобиля FG и центробежная Fy. Разложив каждую из них на две - параллельно
и перпендикулярно плоскости дорожного полотна, получаем
– суммарную силу, опрокидывающую автомобиль (или вызывающую занос)
Fy cos   FG sin  ,
– суммарную силу, прижимающую автомобиль к дорожному полотну
FG cos   Fy sin  .
Таким образом, сила поперечного сцепления
Fсц  ( FG cos   Fy sin ) y
(  y – коэффициент поперечного сцепления), а условием отсутствия заноса будет неравенство
Fy cos   FG sin   Fсц  ( FG cos   Fy sin ) y ,
или
mva2 /(13R) cos   mg sin   (mg cos   mva2 /(13R)sin ) y .
После некоторых преобразований получаем
va2 /(13R)  gtg  ( g  va2 /(13R)tg) y
(57)
В предельном случае из выражения (57) можно получить значение максимальной скорости автомобиля при отсутствии бокового скольжения
vск  13Rg ( y  tg) /(1   ytg) .
(58)
При движении по дороге без поперечного уклона (  = 0)
vск  13Rg  y .
(59)
Из выражения (58) можно найти максимальный (критический) угол косогора дороги, по которому автомобиль может двигаться без поперечного скольжения
tgск  (13Rg y  va2 ) /(13Rg  va2 y ).
(60)
При движении по прямолинейному участку
tgск   y .
(61)
37
Для повышения безопасности при скоростных магистралях выполняются
виражи, имеющие поперечный уклон, направленный к центру закругления. При
левом повороте автомобиля поперечные силы Fycos и Fysin, складываясь, могут вызвать его опрокидывание.
Уравнение моментов сил относительно оси, проходящей через контакты
шин внешних колес, имеет вид
( Fy cos   FG sin )hц  ( FG cos   Fy sin ) B / 2 .
Подставив сюда значение силы Fy из (56) и проведя необходимые преобразования, получим максимально возможное значение скорости, которую может иметь автомобиль без угрозы опрокидывания:
vаопр  13Rg (0,5B  hцtg) /(hц  0,5tg) .
(62)
При движении по горизонтальному участку (  =0)
vаопр  6,5RgB / hц
(63)
Из (62) можно определить величину максимально допустимого (критического) угла косогора, по которому автомобиль может двигаться без опрокидывания
tgопр  6,5RgB  va2 hц /(13Rhц g  0,5va2 B) .
(64)
Как видно, устойчивость автомобиля возрастает с увеличением колеи В и
радиуса R, а также при снижении центра тяжести и уменьшении угла косогора.
Отношение В/2hц называют коэффициентом поперечной устойчивости,
величина его колеблется от 0,7 (грузовые автомобили) до 1,4 (легковые высокоскоростные).
В вышеприведенных выводах предполагалось, что автомобиль представляет собой абсолютно жесткое тело. В действительности это не так, имеются
подрессорные и неподрессорные массы, связанные друг с другом упругой подвеской. В результате этого центр масс имеет тенденцию к смещению, в частности, при поперечных крепах кузова. Это приводит к фактическому уменьшению
скорости опрокидывания по сравнению с расчетной на 10-15 %.
38
Лекция №7
1. Устойчивость переднего и заднего мостов.
2. Продольная устойчивость.
Устойчивость переднего и заднего мостов
При определении скорости бокового скольжения ск предполагалось, что
оба моста скользят в поперечном направлении одновременно. На практике в
начальный период наблюдается занос одного из мостов.
Как известно, для качения колеса без поперечного и продольного проскальзывания необходимо соблюдать условие
Fсц  Z   X 2  Y 2 ,
(65)
где X ,Y и Z – касательная, поперечная и нормальная реакция дороги.
Из исходного выражения (65) можно найти
  ( X / Z )2  (Y / Z )2  X 2  (Y / Z )2 ,
(66)
где X – удельная касательная реакция, равная для ведущего колеса FT / Z , а для
тормозного Fтор / Z ; для ведомого колеса X=f. Приравнивая Y к ранее найденному значению Fy по формуле (56), имеем в предельном случае
2  X 2  (mva2 /(13RZ )).
(67)
Без учета динамических нагрузок, Z  mg , тогда максимальная скорость,
при которой автомобиль будет двигаться без скольжения
  13Rg 2  X 2 .
vск
(68)
Скорость vск меньше vск , для случая равномерного движения автомобиля
и разгона, примерно на 10 – 20 %. При интенсивном торможении   , скорость vск  0 , и даже небольшое отклонение от прямолинейного движения может
привести к заносу.
По аналогии с (68) можно записать формулы, отражающие критические
скорости переднего и заднего мостов
vск1  13mp1Rg 2  X 12 ,
vск2  13mp2 Rg   X ,
2
2
2
(69)
39
где mp1 и mp2 – коэффициенты изменения вертикальных реакций при неравномерном движении (разгон, торможение).
Для двухосных автомобилей при разгоне mp1 = 0,8 - 0,9, mp2 = 1,05 - 1,10, а
при торможении mp1 = 1,2 - 1,3, а =0,7 - 0,8.
В заднеприводных автомобилях в активном режиме
X 1  X 2 ,
при тормо-
жении колеса заднего моста разгружаются, то есть mp1 > mp2 , поэтому в обоих
случаях vск1  vск2 , то есть наиболее вероятен занос заднего моста.
Рассмотрим движение автомобиля по дуге радиусом R (рис. 15).
V2
Vy2
V

R
R1
О1
О
Рис. 15. Схема заноса автомобиля при повороте
В критическом режиме появление составляющей скорости v y 2 приводит к
тому, что задний мост начинает перемещаться по направлению вектора v2 , a радиус поворота уменьшается до R1 . Уменьшение радиуса поворота приводит к
увеличению центробежной силы, что в свою очередь приведет к дальнейшему
уменьшению радиуса. Такой режим движения автомобиля называется заносом.
Занос чрезвычайно опасен своей быстротечностью и тем, что автомобиль может выйти из полосы своего движения или опрокинуться.
Для того чтобы прервать начавшийся занос, нужно прекратить торможение или уменьшить подачу топлива, уменьшив тем самым величину X. Кроме
того, нужно повернуть передние колеса в сторону скольжения заднего моста.
Это действие приводит к увеличению радиуса поворота и уменьшению центробежной силы.
40
Продольная устойчивость
Характерный пример утраты продольной устойчивости - сползание автомобиля назад на подъеме вследствие буксования ведущих колес.
Рассмотрим условия продольной устойчивости автопоезда (рис. 16.)
L
t
t  (v ) / L  tdt  v t 2 / 2 L
Z2
  (v ) / L  tdt  v t 2 / 2 L
0
hц
0
t
  (v ) / L  tdt  v t 2 / 2 L
0
A
h
t
X
a
 t(v ) / L  tdt  v t 2 / 2 L
  (v ) / L  tdt  F
vGt 2 / 2 L t
t
0
0
  (v ) / L tdt 
(vv)t/2L/ 2tdt
L  v t 2 / 2 L
  (v ) / L  tdt  v t2 / 2 L
t
0
0
0
Рис. 16. Схема движения автопоезда на подъеме
Из уравнений равновесия системы
 F  0 : F sin   F sin   X  0
 M  0 : ( F sin )h  Z L  ( F sin )h
пр
G
x
A
G
пр
G
2
2
ц
G
 ( FG cos )  0.
При движении автопоезда на грани буксования, когда X 2  Z2 , можно
найти, что
Z2 
(mпр  m) g sin 
tg  бук 

,
ma
.
mпр ( Z  h)  m( Z  hц )
Из последнего выражения видно, что критический угол, при котором наступает буксование, в первую очередь определяется коэффициентом сцепления
 и относительной массой тягача m и прицепа mпр . На дорогах с обледененным
покрытием буксование может наступить уже при α=2-30, то есть на относительно пологих подъемах.
Для одиночного автомобиля с задним приводом
а
tg бук 
.
(70)
Z  hц 
41
Для автомобиля со всеми ведущими
X  mg cos , и можно убедиться, что
колесами
tgбук   .
сила сцепления
(71)
Такие автомобили могут преодолевать крутые подъемы без потери продольной устойчивости даже на мокром и скользком покрытии ( бук  17  190 ).
Лекция №8
1. Управляемость автомобиля.
2. Плавность хода автомобиля.
Управляемость автомобиля
При повороте рулевого колеса водителем задается новое направление
движения автомобиля. При плохой управляемости действительное направление
движения не совпадает с желательным, требуются дополнительные воздействия
со стороны водителя. Это приводит к «рысканью» транспортного средства по
дороге, увеличению динамического коридора и утомляемости водителя.
При особо неблагоприятных условиях плохая управляемость может быть
причиной столкновения автомобилей, наезда на пешехода или выезда за пределы проезжей части.
Подавляющее большинство опасных дорожных ситуаций (80 - 85 %) ликвидируется путем поворота рулевого колеса и изменения направления движения.
Возможны два варианта выполнения маневра. Первый - отвод автомобиля
под углом к препятствию, второй - выезд в соседний ряд (рис. 17).
Рассмотрим первый вариант проекции траектории движения автомобиля
на ось х
Sa  Sp  L  Spy  xM  L cos  M  (0,5Ba  )sin  M ,
проекция траектории движения автомобиля на ось y
yM 
Ba
 L sin  M  Bпр  (0,5Ba  ) cos  M .
2
В предложенных соотношениях L – расстояние от заднего моста до передней части автомобиля; S p – путь, пройденный автомобилем за время реак-
42
ции водителя; Spy – путь, пройденный автомобилем за время срабатывания рулевого управления; xM – горизонтальная проекция траектории маневра;  M –
угол поворота автомобиля в конце маневра;  – интервал между автомобилем
и препятствием; Bпр – ширина препятствия.
Приняв приближенно sin  M   M и cos  M  1 , получим условие осуществления безопасного маневра
xM  Sa  Sp  Spy  (0,5Ba  ) M ,
(72)
yM  Bпр    L M .
Sa
Sp
Spy
(0.5Ba+)sinM
L`cosM
Xm
Z`
X
dS

I
II
III
IV
R
M
d
y

0.5Ba
Рис. 17. Маневр автомобиля при неограниченной ширине дороги
Для определения параметров криволинейного движения рассмотрим элемент маневра в положении автомобиля IV (рис. 17). Текущий курсовой угол в
этом положении –  , после поворота автомобиля на бесконечно малый угол d 
средина заднего моста опишет дугу dS, причем dS  Rd  . При движении с постоянной скоростью dS  v / dt , таким образом,
d   dS / R  vdt / R,
а с учетом ранее найденного соотношения R  L / ,
d   vdt / L.
(73)
Закон изменения угла  по времени зависит от водителя. Пусть угловая
скорость   const и в первой фазе поворота угол  изменяется прямо пропорционально времени
43
  t ,
тогда с учетом (73)
.
t
.
  (v ) / L  tdt  v  t 2 / 2 L
(74)
0
можно утверждать, что курсовой угол изменяется пропорционально квадрату
времени.
Текущие приращения координат положения автомобиля на повороте будут
dx  dS cos ,
dy  dS sin ,
а с учетом того, что величина  обычно не превышает 10 - 12°
dx  dS  vdt ,
dy  dSγ  vdt.
Следовательно, текущие координаты будут
t
x   vdt  vt ,
0
t
y  v  dt  v t / 6 L.
2
(75)
3
0
Угловая скорость  ограничена психофизиологическими возможностями
водителя и находится в пределах 0,15 - 0,30 рад/с. С другой стороны, скорость
 не может быть особенно большой из соображений безопасности. Выполняя
маневр, водитель должен избегать заноса или опрокидывания.
Понятно, что приведенные расчетные формулы не учитывают целого ряда конструктивных и эксплуатационных факторов и могут использоваться, в
основном, для сравнительных расчетов.
Плавность хода автомобиля
Плавность хода – свойство автомобиля двигаться по неровным дорогам
без больших колебаний подрессорных масс. Источник колебаний – неровности
дорожного покрытия.
Динамические нагрузки, сопровождающие колебания, могут привести к
ускоренному износу деталей и их поломкам. При колебаниях увеличивается
44
сопротивление движению, повышается расход топлива, снижается производительность подвижного состава, так как водитель вынужден уменьшать скорость.
Ухудшение безопасности движения при больших колебаниях связано с
утомляемостью водителя и возможностью отрыва колес от дороги.
Любое колебание характеризуется амплитудой, частотой, скоростью и
ускорением. Наибольшее применение в оценке плавности хода получила частота колебаний. Организм человека привык к вертикальным перемещениям при
спокойной ходьбе и хорошо приспособлен к частотам 1,7-2,5 Гц. Длительные
вынужденные колебания с частотой 3-5 Гц и значительной амплитудой могут
вызвать морскую болезнь. При частоте 5-11 Гц наблюдаются расстройства, вызванные возбуждением вестибулярного аппарата, а также резонансные колебания отдельных органов (желудка, кишечника, печени) и тела в целом. Колебания с частотой 11-45 Гц вызывают тошноту и рвоту, ухудшение зрения. Сильные колебания с частотой более 45 Гц могут привести к серьезному заболеванию – вибрационной болезни. Все колебания и вибрации, прежде всего, воспринимаются позвоночником человека, в связи с чем одним из основных профессиональных заболеваний водителя является остеохондроз.
Длительные колебания при езде отражаются на психофизиологической
деятельности водителя, приводя к утомляемости, снижению работоспособности, потере бдительности в опасных ситуациях. Для защиты водителя и пассажиров от вредных колебаний улучшают характеристику сидений по их жесткости: в легковых автомобилях 80-120 Н/см, а в грузовых – 150-200 Н/см.
Частота собственных колебаний пассажира на сиденье должна быть в
пределах 2-3 Гц, а в особо комфортабельных автомобилях - 1,0- 1,5 Гц.
45
Лекция №9
1. Виды информативности автомобиля.
2. Внешняя визуальная информативность автомобиля.
Виды информативности автомобиля
Действия водителя неразрывно связаны с процессами приема и переработки
информации, которую он получает с помощью анализаторов (зрительного, слухового и др.) от внешних раздражителей. Водитель принимает конкретные решения
и управляет автомобилем на основе полученной и переработанной им информации.
Однако в определенных условиях он не успевает переработать необходимую
ему информацию, пропускает ее или принимает решение слишком поздно, в
результате чего возникает дорожно-транспортное происшествие. Такой же
результат возможен, когда в поле зрения водителя отсутствует достаточное
количество информации, требуемой по условиям сложившейся дорожнотранспортной ситуации. Следовательно, безопасность движения во многом
зависит от количества и качества воспринимаемой водителем информации.
Информативность – это свойство автомобиля обеспечивать участников
движения информацией, необходимой для динамического функционирования
системы водитель – автомобиль – дорога. Информативность является одним
из эксплуатационных свойств автомобиля, определяющих его безопасность.
Водителя можно рассматривать как составную часть системы ВАД
(рис. 18).
Информация поступает к водителю с помощью сигналов. Такими сигналами являются всевозможные физические процессы, движущиеся объекты
(предметы), разнообразные звуковые источники, напряжение мышц и т. д., т. е.
сигналы, возникающие при нормальном протекании какого-либо процесса, или
сигналы, специально предназначенные для сообщения человеку информации. В
первом случае сигналы называются – естественными, во втором – искусственными. Искусственные сигналы (в виде звуковых и световых сигнализаторов,
указателей и стрелок измерительных приборов и т. д.) используются в тех случаях,
когда естественные сигналы трудно воспринимаемы (например, когда процессы, о
которых человек должен получать информацию, происходят в герметически закрытых агрегатах автомобиля, на больших расстояниях и т. д.).
46
Рис. 18. Система водитель – автомобиль – дорога (окружающая среда)
Сигналы, необходимые водителю для ориентации при выполнении работы,
поступают к нему через органы чувств, которые реагируют на физические и химические изменения, происходящие в окружающей среде и в его организме (воздействие света, звука, прикосновение, запах, изменение температуры и т. п.). Эти
изменения воздействуют в качестве «стимулов» на органы чувств и вызывают в
нервной системе человека сложные физиологические процессы, которые отражаются в его сознании в форме ощущений – зрительных, слуховых, осязания и др.
Для водителя автомобиля наиболее важными являются зрительные ощущения,
так как зрительный анализатор поставляет ему более 90 % всей информации, необходимой для управления автомобилем.
Чтобы правильно ориентироваться в окружающей обстановке (что является непременным условием всякого трудового процесса), водитель должен воспринимать приходящие сигналы и понимать их значение. Восприятие сигналов зави-
47
сит от свойств каждого сигнала, его характеристик. Наиболее важными свойствами сигналов, которыми человек руководствуется при работе, являются вероятность
появления, длительность, сила. Для визуальных сигналов, которые преобладают в
системе ВАД, большое значение имеют размер, цвет, форма, положение и перемещение.
Все участники дорожного движения условно могут быть разбиты на две
группы: водители-операторы и другие (внешние) участники движения (пешеходы,
водители других транспортных средств, регулировщики). В процессе дорожного
движения водитель выступает в двух качествах одновременно: водителяоператора и внешнего участника движения, и должен реагировать на информацию,
исходящую как от управляемого им автомобиля – внутренняя информативность,
так и от других транспортных средств – внешняя информативность.
На рис. 19 приведена структурная классификация информативности автомобиля.
Рис. 19. Классификация информативности
48
Информативность автомобиля может быть визуальной (форма и размеры автомобиля, цвет кузова, система автономного освещения, светосигнальное оборудование, элементы щитка приборов, параметры обзорности), звуковой (звуковые
сигнализаторы, несущая волна, шум двигателя, трансмиссии и т. д.), тактильной
(реакция органов управления на действие водителя).
Взаимодействие факторов, определяющих условия движения, и элементов информативности автомобиля может создать неопределенность в оценке режима его движения, состояния или местонахождения, что в свою очередь может
привести к дорожно-транспортному происшествию. В связи с этим необходима
разработка оптимальных для различных транспортных средств рекомендаций и
нормативов по всем элементам информативности, которые отвечали бы условиям безопасности движения во всех возможных дорожно-транспортных ситуациях
и удовлетворяли условиям эксплуатации.
Ввиду того что водитель свыше 90 % всей информации получает с помощью зрительного анализатора, зрение становится почти единственным каналом,
по которому к водителю поступают сведения об окружающей обстановке во время движения. В связи с этим большую роль для обеспечения безопасности движения играет визуальная информативность автомобиля, т. е. свойство транспортного средства выдавать визуальную информацию о его местоположении на
дороге, состоянии и режиме движения. Визуальная информативность делится
на внешнюю и внутреннюю информативность.
Внешняя визуальная информативность автомобиля
Внешней визуальной информативностью обладают кузов автомобиля,
световозвращатели, система автономного освещения и система внешней световой сигнализации.
Кузов автомобиля. Окраска автомобиля должна обеспечивать световой и
цветовой контраст с дорожным покрытием. Если автобусы, большегрузные автомобили и автопоезда информируют других участников движения о своем
присутствии и маневрах прежде всего габаритами и формой, то для автомобилей малых размеров важна окраска.
Автомобили, окрашенные в яркие и светлые тона, реже попадают в
аварии, чем автомобили, имеющие защитную окраску – черную, серую или
коричневую. Особенно велика вероятность столкновения с такими автомо-
49
билями (на современных скоростных магистралях) в условиях ограниченной видимости: в тумане, в сумерках или во время дождя. Лучшие цвета, в
которые следует окрашивать автомобили, – это оранжевый, желтый, красный и белый.
В темное время суток особенно хорошо видны поверхности, на которые нанесены краски с включением шаровой катадиоптрической оптики
или металлических световозвращающих частиц. Значительно увеличивается
дальность обнаружения автомобиля в свете фар (до 100 м) при наличии на
кузове световозвращающих участков, создаваемых путем нанесения специальных красок на задний борт (снаружи и изнутри), задние бамперы, номерные знаки.
Всякий цвет на фоне дополнительного цвета воспринимается более насыщенным и ярким. Это явление используется при окраске автомобилей оперативных служб, которые окрашивают в два цвета. При этом один из них относится к группе цветов, отличающихся наибольшей дальностью видимости.
К цветографической отделке внешней поверхности автомобиля предъявляются два требования:
1) сигнальность, т. е. выделение автомобиля из транспортного потока;
2) опознаваемость, т. е. обозначение при помощи цвета и маркировки
назначения автомобиля.
Цвета высокой чистоты с большими коэффициентами отражения (яркие), а также многоцветовая гамма при кратковременном наблюдении действуют возбуждающе на водителя, что способствует выделению автомобиля в
транспортном потоке. При длительном наблюдении такие цвета оказывают
резко утомляющее действие. Таким образом, красный и желтый цвета и их
основные оттенки следует применять для окраски небольших по размеру
автомобилей. Грузовые автомобили, автопоезда и автобусы необходимо
окрашивать в так называемые холодные цвета (зеленый, голубой, синий и
их оттенки) или темные цвета. Это снижает напряжение зрения и уменьшает
утомляемость водителей встречных автомобилей. С этой же целью следует окрашивать в темные цвета с малым коэффициентом отражения части автомобилей, находящиеся постоянно в поле зрения водителя (капот, задняя часть кузова).
50
Световозвращатели. В темное время суток подвижной состав автомобильного транспорта может находиться на проезжей части улиц или д орог или в непосредственной близости от них (остановка или стоянка у тротуара, на обочине, на кромке проезжей части). Наличие препятствия, каким является автомобиль, стоящий на проезжей части и не обозначенный
средствами активной световой сигнализации, представляет значительную
опасность для всех участников движения в ночное время.
Видимость дороги и объектов на ней зависит от структуры, цвета и
отражающей способности их поверхности. Все объекты (кроме источников
излучения) обладают разной степенью отражения и делятся на объекты с
диффузным, зеркальным, смешанным и световозврашающим отражением (рис. 20).
а – диффузное; б – зеркальное; в – смешанное; г – световозвращающее
Рис. 20. Виды отражения
При наиболее распространенном – диффузном отражении световые
лучи рассеиваются по всем направлениям (рис. 20, а), и водитель видит ночью слабый световой сигнал, отраженный от препятствия.
51
При зеркальном отражении световые лучи, падающие на поверхность,
отражаются под углом, равным углу падения (рис. 20, б). Для водителя световые лучи, зеркально отраженные от гладкой поверхности, например
мокрой дороги или льда, представляют собой слепящий источник.
Большинство поверхностей отражают свет и диффузно и зеркально,
т. е. обладают смешанным отражением (рис. 20, в).
Световозвращающее отражение характеризуется тем, что свет возвращается обратно к источнику излучения по направлениям, близким к направлению его падения (рис. 20, г). Устройства из искусственных световозвращающих материалов, обладая исключительно высокой отражающей способностью, надежно работают в различных погодных условиях, не ослепляя
водителя.
Наиболее эффективным и экономичным средством увеличения информативности автомобилей на дороге в темное время суток является оснащение их специальными световозврящающими знаками, размещенными по контуру или спереди, сзади и сбоку корпуса автомобиля. Световозвращающие опознавательные знаки – это устройства световой сигнализации, состоящие из оптически плотных прозрачных катодиоптров. На рис. 21 изображены различные световозвращатели.
а – простейший; б – пленочный закрытый; в – плоскопризменный;
1 – шаропая линза; 2 – слой порошкообразного алюминия; 3 – защитная пленка;
4 – связывающий слой; 5 – фольга; 6 – слой клея; 7 – бумажное основание
Рис. 21. Конструкции различных световозвращателей
52
На рис. 21, а показан наиболее простой световозвращатель, представляющий собой гибкую эластичную пленку толщиной 0,2 мм с микроскопическими (диаметром 20 – 50 мкм) стеклянными шаровыми линзами 1, размещенными в слое 2 порошкообразного алюминия.
На рис. 21, б изображен более качественный тип световозвращателя, изготовленного из более современного материала с гладкой защитной пленкой 3
предохраняющей поверхность от воздействия внешней среды, связывающего
слоя 4, металлической фольги 5, клеевого елея 6 и плотного бумажного
основания 7. Эффект световозвращателя проявляется при падении светового
пучка от фар автомобиля на поверхность световозвращателя, расположенного
на другом автомобиле. Диапазон углов падения света на отражающую поверхность находится в пределах 5 – 175°. После преломления сферическими
поверхностями микро шаров световой пучок отражается под углом 180°, направляясь к источнику излучения. Благодаря незначительным углам расхождения пучков, возвращаемых к источнику света, отраженный свет легко
воспринимается водителем.
Плоскопризменные световозвращатели (рис. 21, в), изготовляемые
обычно из полимеров, имеют плоскопризменную оптическую систему выполненную с высокой точностью расположения трех взаимно перпендикулярных отражающих граней. Эти световозвращатели эффективны при сравнительно небольших углах падения света на поверхность (до углов ±35), однако дальность видимости их в свете фар составляет около 600 м, что на порядок выше дальности видимых шаровых световозвращателей.
Световозвращатели предназначены для обозначения габаритов автомобилей
в темное время суток путем отражения света, излучаемого источником, находящимся вне этого транспортного средства.
Для автомобиля обязательно наличие двух задних красных светоотражающих приспособлений не треугольной формы. У транспортных средств
длиной выше 8 м, а также у прицепов и полуприцепов на боковых поверхностях
устанавливаются дополнительно по два световозвращателя оранжевого цвета.
Прицепы и полуприцепы, кроме задних и боковых световозвращателей, должны
иметь спереди два световозвращателя белого цвета. Расположение световозвращателей на автопоезде показано на рис. 22.
53
1 – опозновательные огни автопоезда; передние световозвращатели;
3 – задние световозвращатели; 4 – боковые световозвращатели
Рис. 22. Размещение и углы видимости световозвращателей и опознавательных
огней автопоезда
Cветовозвращатели в зависимости от своих фотометрических характеристик и области применения делятся на три категории: I категория – для автомобилей; II категория – для медленно движущихся транспортных средств;
I I I категория – для прицепных транспортных средств. Световозвращатели I
и II категорий могут иметь любую форму (не похожую на буквы) и должны
54
вписываться в окружность диаметром 200 мм; световозвращатели I I I категории имеют треугольную форму.
Все автомобильные световозвращатели, отвечающие требованиям ЕЭК
ООН, являются плоскопризменными. Шаровые световозвращающие пленки
и краски применяются для нестандартизованной пока отделки экстерьера автомобилей, для их номерных знаков, а также для дорожных знаков и указателей.
Система пассивной световой сигнализации автомобиля должна отвечать
ГОСТ.
Совершенствование световозвращающих систем возможно в следующих
направлениях:
– увеличение площадей существующих световозвращателей, что позволит превратить их из точечных источников в светящиеся сигналы определенной формы;
– введение индикаторов расстояний, видимых днем и ночью, сигнализирующих ведомым автомобилям о расстоянии до лидера при движении в потоке;
– более широкое использование на транспортных средствах световозвращающих пленок.
Лекция №10
1. Внутренняя визуальная информативность автомобиля.
2. Звуковая информативность автомобиля .
Внутренняя визуальная информативность автомобиля
К устройствам внутренней визуальной информативности относятся панель
приборов и устройства, улучшающие обзорность автомобиля. Ранее, до появления
понятия информативность, эти устройства относили к элементам рабочего места
водителя.
Панель приборов. В процессе движения водителю необходима информация о
состоянии систем и агрегатов управляемого им автомобиля. Эта информация
должна поступать к водителю в компактной закодированной форме в виде по-
55
казаний приборов и индикаторов из внутреннего сенсорного поля, т. е. со щитка
приборов.
Панель приборов, как средство отображения информации, в наибольшей
степени определяет внутреннюю визуальную информативность автомобиля. Панель приборов состоит из различных информационных индикаторов, которые
должны снабжать водителя информацией о состоянии систем и агрегатов, о течении процессов в них, о скорости движения автомобиля в форме, пригодной для
восприятия. Данные устройства отображения необходимо конструировать с учетом законов, управляющих восприятием, т. е. должно обеспечиваться быстрое
прочтение и безошибочное (однозначнное) понимание водителем визуальной
информации, которая выносится на панель приборов.
Показания контрольно-измерительных приборов и сигнализаторов приборной панели автомобиля несут достаточно разнообразную информацию, которую
по важности содержания можно разделить на информацию:
– о состоянии систем автомобиля, непосредственно обеспечивающих безопасность движения;
– о характеристике движения автомобиля в пространстве (скорость, уменьшение критического интервала при движении в потоке);
– об эксплуатационном состоянии систем и агрегатов;
– прочие сведения.
По смыслу информацию делят на информацию:
– о возникновении явления, его продолжительности или окончании;
– о тенденции развития процесса;
– о текущем состоянии объекта.
Схема на рис. 23 отражает наиболее распространенные виды информации,
которую может получить водитель от контрольных приборов и сигнализаторов.
Современные требования к контрольным приборам распространяются на все
приборы вновь проектируемых автомобилей. Эти требования регламентируют
размещение панели приборов в кабине автомобиля, номенклатуру контрольноизмерительных приборов и сигнализаторов, а также принципы размещения контрольно-измерительных приборов и сигнализаторов на панели приборов.
Основное требование к компоновке панели приборов – сокращение времени
восприятия водителем показаний приборов и сигнализаторов при условии получения информации в достаточном объеме.
56
Рис. 23. Классификация визуальной информации, передаваемой водителю
При проектировании приборного комплекса для рабочего места водителя
следует, прежде всего, определить содержание и форму подачи зрительной информации с помощью средств отображения.
Все приборы и сигнализаторы на панели приборов необходимо размещать по функциональным зонам. Однако для сокращения времени задержки
взгляда водителя внутри автомобиля при проектировании панели приборов
следует учитывать также частоту обращения водителя к приборам. Чем ближе панель приборов располагается к нижней границе обзорности дороги
перед автомобилем, тем на меньший угол будет отклоняться направление
взгляда водителя при его переносе внутрь автомобиля и, следовательно,
для этого потребуется меньше времени.
Водителю необходимо время как для опознавания вида отображающего
устройства, так и для прочтения его показаний. Установлено, что скорость
считывания показаний приборов зависит от формы шкалы. Формы шкал в
порядке убывания скорости считывания с них показаний располагаются следующим образом: круглые и полукруглые шкалы, узкие горизонтальная и
вертикальная шкалы. На точность и скорость считывания влияют размер
шкалы, расстояние до глаз, интервал между отметками, В шкальных прибо-
57
рах стрелки должны быть заметными, так как водитель прежде всего должен
обнаружить стрелку, а затем прочитать цифру, которую она указывает.
Шкалы индикаторов на одной панели должны быть однотипными с
одинаковым направлением отсчета. Подвижная стрелка должна быть хорошо
освещена, при движении она не должна затемнять шкалу.
Большое значение для повышения надежности считывания показаний
приборов имеет освещение щитка приборов, которое должно удовлетворять
двум противоречивым требованиям. С одной стороны, необходимо обеспечить одинаковую читаемость показаний приборов и индикаторов в любое
время суток, с другой – яркость освещения шкал приборов и индикаторов не
должна вызывать повышения уровня световой адаптации и ослепления водителя.
Скорость чтения показателей контрольно-измерительных приборов
зависит от разрешающей способности глаза человека – от остроты зрения,
угловых размеров и положения объекта в поле зрения, уровня освещенности
и контраста между фоном и объектом, от возраста водителя и других факторов. Так, например, наибольшая острота зрения достигается при различении
белого пятна на черном фоне. С уменьшением угла зрения, контрастности или
яркости фона ясность восприятия объекта наблюдения снижается.
Точность чтения и время, затрачиваемое водителем на наблюдение за показаниями контрольно-измерительных приборов, зависят также от скорости процесса адаптации глаз, которая определяется, прежде всего, степенью освещения
наблюдаемых объектов.
К контрольным и сигнальным сигнализаторам предъявляются практически
те же два противоречивых требования, что и к освещению щитка приборов. Они
должны быть хорошо различимы и практически немедленно обращать на себя
внимание. В то же время они не должны менять уровня световой адаптации водителя и не ослеплять его.
Современный автомобиль снабжен большим количеством органов
управления и сигнализаторов, номенклатура которых зависит от типа и назначения автомобиля. Для улучшения внутренней информативности автомобиля большое значение имеет не только унификация расположения органов
управления и сигнализаторов, но и унификация условных обозначений на
них.
58
Обзорность автомобиля. Одной из важнейших эксплуатационных характеристик автомобиля в отношении безопасности движения является обзорность с рабочего места водителя, так как в современном автомобиле практически единственным сенсорным информатором водителя об окружающей его
дорожной обстановке является зрение.
Ровная поверхность дорожного покрытия и улучшенная геометрия дороги,
усовершенствование системы подвески автомобиля и управления им практически
уничтожили ощущение вибрации и центробежных сил, благодаря которым водитель мог определять скорость и направление движения. Современные системы
вентиляции и кондиционирования воздуха позволяют двигаться с закрытыми стеклами, в результате чего практически исчез источник слуховых ощущений. Таким
образом, чем более комфортабелен автомобиль, тем больше водитель зависит от
одного органа чувств – зрения вместо большого сенсорного комплекса.
Рассматривая систему водитель – автомобиль – дорога как контур управления, в котором управляющим звеном является водитель (рис. 24), можно показать,
что обзорность является характеристикой всей системы в целом. Она является
конструкционно-информационным фильтром, через который к водителю поступает практически вся внешняя информация, необходимая для управления автомобилем.
Рис. 24. Система водитель – автомобиль – дорога как контур управления
59
Под обзорностью автомобиля понимают его конструктивное свойство, определяющее объективную возможность для водителя беспрепятственно видеть
путь движения и объекты, которые могут помешать безопасному движению. Она
определяется в первую очередь такими факторами, как размеры окон, ширина и
расположение стоек кузова, место размещения водителя относительно окон, размеры зон, очищаемых стеклоочистителями, конструкция омывателей, система
обогрева и обдува стекол, а также расположением, числом и размером зеркал заднего обзора.
При проектировании новых кузовов и кабин или исследовании существующих моделей автомобиля обзорность можно определить на основании
анализа ряда параметров, которые в своей совокупности характеризуют обзорность с количественной и качественной сторон. В зависимости от степени влияния на условия получения зрительной информации водителем при
управлении автомобилем параметры обзорности можно разделить на основные и дополнительные.
Основными являются те параметры обзорности автомобиля, которые
характеризуют условия восприятия водителем важных объектов дорожной обстановки, обычно расположенных в направлении движения автомобиля.
Дополнительными называют параметры обзорности, характеризующие условия восприятия водителем объектов, расположение которых не совпадает с направлением основного движения автомобиля и которые являются обычно дополнительными источниками информации об окружающей среде движения (дороге).
В качестве критериев оценки обзорности используются различные условные показатели, зависящие в основном от способа определения обзорности; эти
показатели не всегда сопоставимы. Можно выделить четыре основные группы
критериев оценки обзорности (рис. 25).
1. Геометрические размеры оконных проемов и очищаемых зон
стекла, т. е. угловые размеры конструктивных элементов остекления кабины, а
также углы обзорности с места водителя, величина которых определяется расположением непрозрачных элементов кабины относительно основных пространственных плоскостей, проведенных через точку расположения глаз водителя.
2. Геометрические размеры «слепых» зон на горизонтальной площадке.
3. Геометрические размеры и площади «слепых» зон, когда автомо-
60
биль стоит на горизонтальной площадке (оцениваются баллами).
4. Эталонный контур, в основу построения которого положена панорама, видимая водителем через переднее стекло автомобиля при движении по прямому горизонтальному участку улицы или дороги.
Рис. 25. Критерии оценки обзорности автомобилей
Рекомендуемые параметры обзорности автомобиля определяют исходя
из анализа расположения различных объектов дорожной обстановки, которые необходимо видеть водителю для безопасного управления автомобилем
в диапазоне скоростей 5,5 – 41 м/с.
При определении оптимальных углов обзорности вверх учитывается,
что она должна обеспечивать водителю видимость светофоров, знаков и других дорожных сигналов, установленных над проезжей частью дороги. Минимально необходимый угол обзора вверх должен быть таким, чтобы водитель мог увидеть предупреждающий сигнал светофора на таком расстоянии
от места остановки, которое позволяло бы водителю принять решение и
достаточно плавно остановить автомобиль.
Максимальная высота верхней кромки переднего окна, ограничивающая верхний предел обзорности, обусловливается двумя требованиями.
Во-первых, водитель должен видеть светофор, подвешенный на высоте 5 м
над серединой проезжей части дороги, когда автомобиль стоит у линии
«Стоп» на расстоянии 12 м от светофора. Во-вторых, переднее окно не
должно быть слишком высоким, так как в противном случае водитель бу-
61
дет страдать от избытка яркого света и тепловых лучей, что наблюдается
при верхнем угле обзорности свыше 30°.
Вертикальные углы обзорности имеют критическое значение также
при движении автомобиля по дороге с криволинейным профилем в вертикальной плоскости. Требование, предъявляемое к обзорности автомобиля в
подобной ситуации, заключается в обеспечении достаточной для безопасной
остановки дистанции видимости до внезапно появляющегося неподвижного
объекта.
Обзорность непосредственно перед автомобилем, т. е. нижний угол
обзорности, определяется длиной и высотой капота, а также нижней кромкой переднего окна. Кроме того, она зависит от расположения глаз водителя
над дорогой. При движении автомобиля с высокой скоростью по автомагистрали с хорошим покрытием обзорность непосредственно перед автомобилем не играет существенной роли. Однако эта обзорность необходима в
следующих ситуациях: при трогании автомобиля с места, чтобы избежать
наезда на препятствия, случайно появившиеся перед автомобилем; при маневрировании в стесненных условиях: на стоянках, в пунктах погрузочнораз-грузочных работ и т. д.; при движении по дороге с покрытием, находящимся в неудовлетворительном состоянии, когда водитель вынужден
следить за поверхностью дороги непосредственно перед автомобилем; при
движении в плотном транспортном потоке, когда водителю необходимо постоянно следить за сигнальными фонарями впереди идущих автомобилей,
которые могут располагаться на высоте 0,4 – 0,7 м в зависимости от типа
транспортного средства.
Оптимальные углы обзорности автомобиля в горизонтальной плоскости должны быть такими, чтобы водитель мог видеть объекты при выполнении маневров в плане (при движении автомобиля по криволинейным участкам дорог, при проезде различных перекрестков и пересечений), а также
светофоры, дорожные знаки, указатели и другие объекты, расположенные
по сторонам дороги. Обзорность в плане определяется прежде всего шириной переднего окна, шириной и расположением передних боковых стоек кабины (кузова). Например, при угловом размере передней боковой стойки кабины, равном 5°, водитель не видит пешехода уже на расстоянии 6,1 м, а
автомобиль средних размеров – на расстоянии 45,8 м. Вследствие этого ме-
62
сто для стоек и форму их поперечного сечения выбирают с учетом бинокулярности зрения человека.
Большое значение для обеспечения хорошей обзорности, независимо от
метеорологического состояния окружающей среды имеют стеклоочистители,
а также система обмыва и обогрева стекол. Основное требование, предъявляемое к стеклоочистителям – это очистка как можно большей части площади лобового стекла и хорошее качество очистки за каждый ход щеток. Система обдува и обогрева стекол должна устранять запотевание и обмерзание
лобового стекла при низкой температуре наружного воздуха.
В процессе движения водителю часто приходится оценивать дорожную
обстановку позади автомобиля, особенно при смене полос движения и совершении обгонов. Для этой цели служат зеркала заднего обзора, обзорность
через которые зависит от формы отражающей поверхности (выпуклая или
плоская), размеров зеркала и места его размещения относительно глаз водителя; обзорность через внутреннее зеркало зависит также от обзорности через заднее окно автомобиля.
Звуковая информативность автомобиля
При движении автомобиля на орган слуха водителя воздействуют разнообразные звуки, которые можно разделить на две группы: случайные звуки, отвлекающие водителя от управления автомобилем (шумы); звуки, необходимые водителю, несущие информацию об окружающей обстановке,
состоянии агрегатов и механизмов автомобиля и т.п.
Основными источниками шума, отвлекающими водителя и оказывающими отрицательное влияние на его организм, являются: двигатель,
трансмиссия, ходовая часть, шины, подвеска и кузов. Шум проникает внутрь
автомобиля через окна, стены, пол, а также распространяется по металлическим конструкциям. Под влиянием такого шума снижается устойчивость
ясного видения, ослабляется сумеречное зрение, нарушается деятельность
вестибулярного аппарата и наступает преждевременная усталость. Особенно это относится к водителям большегрузных автомобилей, в кабине которых интенсивность звука достигает значительной величины и может превысить допустимый предел шума.
63
Кроме того, суммарный уровень шума, относящегося к первой группе
и ухудшающего состояние водителя, уменьшает информативность звуковых
сигналов, к которым относятся сигналы автомобилей, регулировщиков, а
также источники внутренней сигнализации. Эти сигналы становятся плохо
различимыми на общем фоне, так как интенсивность их звука должна быть
на 10 дБ выше уровня шума в кабине водителя. Таким образом, снижение
звукового фона занимает важное место в общей проблеме повышения звуковой информативности автомобиля.
Борьба с проникновением шума в кабину ведется как с помощью конструктивных усовершенствований, так и путем тщательного подбора конструкционных материалов и применения звукопоглощающих прокладок. Важнейшее значение приобретает уплотнение педалей и рычагов управления,
проходящих через пол кабины, а также звукоизоляция двигателя.
Однако нельзя полностью изолировать водителя от звуков, возникающих вне кабины, так как он должен воспринимать работу двигателя и
систем своего автомобиля и другие внешние сигналы, необходимые для ориентировки и наиболее полной оценки дорожной обстановки.
Звуковые сигнализаторы. В настоящее время нет международных документов, унифицирующих состав и характеристики (силу звука, прерывность,
тембр) звуковых сигнализаторов, и на большинстве современных автомобилей они отсутствуют. Однако звуковые сигналы должны использоваться как
для передачи водителю простейшей информации, так и в качестве предупредительных сигналов в том случае, если необходимо непроизвольное
(принудительное) привлечение внимания водителя. В особо опасных случаях
должно быть предусмотрено дублирование аварийного светового сигнала
прерывистым звуковым. К таким сигналам можно отнести сигналы о недостаточном уровне жидкости в тормозной системе и давлении воздуха в шинах, а также о давлении в пневмоприводе тормозной системы.
Кроме того, звуковой сигнализатор можно использовать в радиолокационных системах, определяющих дистанцию между двумя автомобилями.
Применение звуковых сигнализаторов позволяет разгрузить зрительный
анализатор водителя, что приобретает особое значение по мере увеличения
числа приборов внутренней визуальной информативности автомобиля и
увеличения интенсивности, плотности и рядности движения.
64
Лекция №11
1. Рабочее место водителя.
2. Сиденье.
3. Органы управления.
Рабочее место водителя
Рабочее место водителя автомобиля характеризуется размерами кабины,
удобством доступа к органам управления, положением сиденья, расположением по
отношению к нему органов управления и эргономическими параметрами среды в
кабине (шум, вибрации, микроклимат, загрязнение воздуха токсическими веществами).
Рациональная организация рабочего места имеет большое значение для
безопасности движения, повышения производительности труда и сохранения здоровья водителя. Она заключается в оснащении, оборудовании и планировке рабочего места в соответствии с психофизиологическими и антропометрическими
характеристиками человека. Вследствие этого рабочее место водителя может
быть в различной степени удобным для управления автомобилем и по-разному
влиять на работоспособность и утомляемость водителя и точность управления
автомобилем.
В современных автомобилях применяется много устройств, улучшающих
условия работы водителя. Исследователи-эксплуатационники и конструкторы
продолжают изыскания по совершенствованию рабочего места водителя, в том
числе по совершенствованию требований к параметрам рабочего места водителя.
Эксплуатационное свойство, характеризующее рабочее место водителя
(пассажира) автомобиля, называют обитаемостью или комфортностью автомобиля. Под обитаемостью понимают приспособленность рабочего места водителя
(пассажира) к психофизиологическим и антропометрическим особенностям человека. Обитаемость относится к одному из свойств, характеризующих эксплуатационное качество автомобиля – его безопасность.
Обитаемость автомобиля оценивается параметрами, которые могут быть
сгруппированы следующим образом: параметры, характеризующее сиденье; параметры, характеризующие органы управления; параметры, характеризующие
физико-химические условия рабочего места.
65
Сиденье
Сиденье состоит из остова, подушки, спинки и амортизирующего устройства. Эти основные узлы могут быть изготовлены как отдельно, так и совместно.
Остов сиденья представляет собой жесткий каркас, прикрепленный к полу
кабины, на котором устанавливаются подушка и спинка. На остове расположены
различные регулировочные и стопорные устройства, обеспечивающие удобную
посадку водителя и регулирование положения сиденья относительно органов
управления.
Конструкция сиденья. Подушка и спинка сиденья состоят из каркаса, упругого элемента, набивки и обивки. Конструкция спинки обычно проще, чем конструкция подушки, так как на нее действуют меньшие нагрузки. Толщину спинки
стремятся сделать как можно меньше, чтобы не сокращать полезную площадь кабины. Спинки сидений автомобилей выполняют откидными.
Посадка водителя считается удобной, если части его тела образуют углы,
исключающие излишнее мышечное напряжение, благоприятствующие выполнению движений и обеспечивающие возможность управлять автомобилем с минимальной затратой физической энергии. При этом части тела человека должны находиться под оптимальными углами одна к другой (рис. 26), что определяется конструкцией и взаиморасположением элементов сиденья.
1 – 15-20°; 2 – 85-100°; 3 – 95-120°; 4 – 65-95°; 5 – 15-35°; 6 – 80-110°; 7 – 170-190°
Рис. 26. Оптимальные углы между звеньями манекена имитирующего водителя
66
Посадка в зависимости от положения сиденья и органов управления в
кабине предопределяет величину мышечного усилия водителя. Для уменьшения его утомления посадка должна быть такой, чтобы спина была выпрямлена,
а не откинута назад и не согнута вперед. Это достигается при положении
спинки сиденья, близком к вертикальному, с небольшим отклонением назад.
При такой посадке центр тяжести корпуса водителя и точка вращения тазобедренного сустава располагаются на одной вертикали, вследствие чего водитель не тратит мускульных усилий для сохранения равновесия.
Правильная посадка водителя зависит также от расположения органов
управления по отношению к сиденью. Ноги водителя должны легко доставать
до педалей, а руки, лежащие на рулевом колесе, быть слегка согнуты в локтях,
что позволяет ему сидеть естественно, не испытывая утомления при длительной поездке и затрачивая минимальные усилия при воздействии на рулевое
колесо, педали и рычаги управления.
Если сиденье водителя расположено далеко от педалей, то он должен
подтягиваться к ним, что вызывает напряжение мышц. При очень высоком
сиденье водитель горбится и наклоняет голову, это вызывает быстрое утомление мышц плечевого пояса, сжатие органов брюшной полости и легких, затруднение дыхания и утомление глаз. Если сиденье выдвинуто вперед, водителю приходится сгибать ноги, что затрудняет управление как педалями, так
и рулевым колесом. При низкой посадке водитель, чтобы следить за дорогой,
вынужден поднимать подбородок, напрягать мышцы шеи и спины.
Конфигурация сиденья должна учитывать особенности анатомического строения спины человека – естественный S-образный изгиб позвоночника,
сохраняющийся в положении стоя и изменяющийся в положении сидя, особенно при прямой посадке. Оптимальное положение поясничного изгиба обеспечивается при некотором увеличении наклона спины назад и наличии опоры
в области поясницы. Центральная точка опоры туловища в положении сидя
должна приходиться на область между вторым и четвертым позвонками.
Давление на сиденье зависит от площади и жесткости опорной поверхности и от углов наклона подушки и спинки. Упругие подушка и спинка сиденья
позволяют снизить удельную нагрузку на тело водителя от его собственного
веса. Таз водителя должен иметь некоторую свободу перемещения для смены
положения и не быть сдавленным, чтобы часть веса тела не передавалась на
67
суставы берцовых костей, что вынуждает их «скатываться» внутрь сиденья.
Подушка сиденья должна быть упругой, давление на поверхность сиденья
не должно распределяться равномерно. Для снижения давления опорную поверхность выполняют рельефной, соответствующей форме тела водителя.
Характер давления на сиденье определяют простым способом – по отпечаткам на специальной химически обработанной бумаге.
Удобство посадки и управления автомобилем. Удобство посадки и
управляющих движений водителя в значительной степени зависит от расстояния между сиденьем и органами управления, измеряемого от поверхности деформированного сиденья. Это расстояние определяет усилия, которые
водитель должен прилагать к рулевому колесу, рычагам и педалям. Так как
размеры частей тела у разных людей колеблются в широких пределах, подушку и спинку сиденья делают регулируемыми как по высоте, так и в продольном направлении.
Удобство посадки и управления автомобилем определяется планировочными размерами кабины, габаритными и посадочными размерами сиденья, а также физико-механическими характеристиками его элементов.
К планировочным, габаритным и посадочным размерам относятся размеры, определяющие пространственное положение сиденья относительно органов
управления, длина, ширина и глубина подушки, высота спинки, угол ее наклона,
высота и наклон подушки по отношению к полу кабины. От ширины подушки
зависит некоторая свобода смены положения частей тела; от ее глубины –
свобода движения коленного сустава; от высоты подушки над уровнем пола – положение глаз относительно окон и зеркал, а также свободный вход в кабину и выход из нее; от наклона подушки – уверенная посадка водителя, исключающая
сползание его с сиденья; от высоты спинки – достаточная опора туловища и свобода движения плечевого сустава; от опоры для головы – предохранение шейных позвонков от травм; от наклона спинки – расположение на одной вертикали
центра тяжести корпуса тела и точки вращения тазобедренного сустава, что снижает утомляемость мышц водителя.
Амортизационные качества сиденья определяются статической и динамической характеристиками. Для получения статической характеристики,
сиденье нагружают с помощью пуансона, повторяющего форму тела человека, а затем строят зависимость осадка сиденья – нагрузка. Нагрузка ограничи-
68
вается 850 – 1000 Н для подушки и 290 – 600 Н для спинки. Статическая характеристика определяет жесткость сидений и имеет различный характер
для металлических (линейная зависимость) и неметаллических (нелинейная
зависимость) упругих элементов.
Динамическая характеристика сиденья определяется следующими параметрами: временем затухания импульса нагрузки, частотой колебаний сиденья, декрементом затухания и коэффициентом поглощения. Динамическая
характеристика записывается самописцами при приложении к подушке или
спинке, установленных на испытательном стенде, определенного импульса
силы. Желаемые характеристики сидений достигаются путем подбора упругих элементов необходимой жесткости, применением торсионов, пружин, диафрагм и т.п., а также включением в конструкцию амортизирующих устройств.
Обивка сиденья. Поверхность (обивка) сиденья также в значительной
степени определяет удобство посадки водителя. Обивка сиденья должна быть
плотной и шероховатой, обладать достаточной прочностью, придавать подушке соответствующий внешний вид. При гладкой обивке водитель скользит по сиденью. Постоянное перемещение тела требует дополнительного
усилия для удержания его в нужном положении и излишне утомляет водителя. Обивка, имеющая чрезмерно большой коэффициент сцепления, вызывает утомление мышц спины. Материалом для обивки служат плотные шерстяные и полушерстяные ткани, кожа, кожзаменители и пластические материалы. В последнее время широкое распространение получили обивки из
кожзаменителя и пластических материалов, хотя они имеют недостаточную
воздухопаропроницаемость. Обивка сиденья должна сохранять эластичность, не должна быть липкой и скользкой.
Органы управления
Органы управления автомобиля по своему функциональному назначению делятся на две группы. К первой группе относятся органы, с помощью которых изменяются направление и скорость движения автомобиля:
рулевое колесо, рычаг переключения передач, педаль сцепления, педаль
управления дроссельной заслонкой или подачей топлива, тормозная педаль
и рукоятка стояночного тормоза. Вторая группа включает органы управления вспомогательными устройствами: кнопку или педаль включения старте-
69
ра, включатель зажигания, ручной или ножной переключатель света, кнопку электрического сигнала, рычаг включения указателей поворота, органы,
управляющие стеклоочистителем, отопителем, вентиляцией, кондиционером,
освещением и др. На автомобилях высокой проходимости, кроме того, имеются рычаг переключения раздаточной коробки и рычаг включения переднего моста. Специальные автомобили оборудуются органами для управления
дополнительными специальными механизмами.
В зависимости от частоты пользования органы управления можно разделить на постоянные и эпизодические. Рулевое колесо и педаль управления
дроссельной заслонкой или педаль подачи топлива относятся к постоянным органам управления, а педаль сцепления, тормозная педаль, рычаг переключения передач, переключатель света, рычаг или кнопка переключателя
указателей поворота, кнопка управления звуковым сигналом и рычаг ручного тормоза – к эпизодическим.
Органы управления могут быть ручными или ножными. Параметры
органов управления автомобиля должны соответствовать психофизиологическим и анатомическим возможностям водителя и отвечать эстетическим требованиям. При этом нужно учитывать и принцип встречной адаптации, т. е. оптимально возможного приспособления человека к автомобилю.
К конструкции органов управления предъявляются следующие требования:
– высокий уровень автоматизации управления автомобилем;
– малые время и усилия, необходимые для выполнения рабочих движений;
– удобная траектория движения рук и органов управления;
– травмобезопасная конструкция органов управления;
– обеспечение информативности и удобная форма рукояток;
– соответствие эстетическим требованиям.
Выполнение указанных выше требований достигается путем автоматизации
переключения передач, совмещения нескольких операций в одном органе управления, применения гидравлических и пневматических приводов, размещения органов управления в оптимальных зонах рабочих движений водителя, применения
тактильно-гностических и гигиенических форм рукояток.
70
Лекция №12
1. Требования к элементам системы обеспечения пассивной безопасности.
2. Поглощение энергии и сохранение жизненного пространства элементами кузова при ударе.
3. Защита от травмирования рулевым колесом.
Требования к элементам системы обеспечения пассивной безопасности
Основные функциональные требования к элементам системы обеспечения ПБ включают в себя три основные составляющие.
1. Требования к автотранспортным средствам: ударно-прочностные
свойства передней части автомобиля должны быть такими, чтобы возникающие
при столкновениях перегрузки салона автомобиля были по возможности минимальными, а деформации (перемещение) кузова (кабины) и его элементов не
распространялись в пределы жизненного пространства; ударно-прочностные
свойства верхней части кузова (кабины) автотранспортного средства должны
обеспечивать сохранение жизненного пространства в процессе опрокидывания;
компоновка кузова (кабины) должна обеспечивать минимальные свободные перемещения человека относительно квазизащитных удерживающих средств; в
автотранспортных средствах должны использоваться специальные защитные
удерживающие средства, эффективные при всех видах ДТП. Они могут устанавливаться в автотранспортных средствах в случае соответствия последних
предыдущим требованиям о сохранении жизненного пространства при опрокидывании; конструкция элементов фиксации дверей (дверные замки, петли и
др.), аварийных выходов, ветровых стекол и мест их установки должна по возможности исключать их самооткрывание в процессе ДТП для предотвращения
выбрасывания человека из автотранспортного средства; конструкция бензобака
и бензопроводов, а также ударно-прочностные свойства автомобиля в зоне расположения бензобаков должны исключать вероятность возникновения деформаций и течи топлива при столкновениях.
2. Требования к удерживающим средствам: ударно-прочностные свойства специальных защитных и квазизащитных удерживающих средств должны
быть такими, чтобы перегрузки, возникающие при контакте с ними человека,
71
были максимальными, но не превышали допустимых пределов выносливости
контактируемых частей тела человека при максимально возможной скорости
движения автомобиля в момент столкновения; конструкции специальных защитных и квазизащитных удерживающих средств должны обеспечивать минимальные свободные перемещения человека при столкновениях; конструкции
элементов интерьера кузова (кабины) и органов управления автотранспортного
средства, расположенных в зоне возможного удара при опрокидываниях и
столкновениях, должны исключать возможность образования в процессе ДТП
острых выступающих частей, при контакте с которыми могут возникнуть трамо-опасные локальные перегрузки отдельных частей тела человека; сиденья
должны быть оборудованы подголовниками и выполнять роль квазизащитных
удерживающих средств для сидящих и находящихся сзади пассажиров с учетом
действия перегрузок по направлению «грудь - спина», предохранять человека
от вероятности соударения с элементами интерьера и не перемещаться при ударе в зону размещения и перемещения сзади сидящего пассажира.
3. Требования к объектам соударения: ударно-прочностные свойства стационарных и подвижных объектов возможного соударения с автотранспортными средствами должны быть такими, чтобы перегрузки, возникающие при соударении с ними, были по возможности минимальными; геометрические параметры и форма объектов возможного соударения не должны способствовать
нарушению жизненного пространства в автотранспортных средствах при
столкновении; при наличии откосов большой крутизны и протяженности на
придорожной полосе в зонах возможного опрокидывания автомобилей необходимо применять специальные ограждения дорог, предотвращающие опрокидывание автотранспортных средств; в зонах возможного опрокидывания на дорожном полотне и в придорожной полосе не должно быть недеформируемых
неровностей и объектов инженерного обустройства дорог, способствующих
возникновению локальных перегрузок кабины при опрокидывании автотранспортных средств. Внедрение мероприятий по повышению безопасности конструкций автотранспортных средств должно проводиться с целью снижения в
первую очередь вероятности получения водителями и пассажирами травм при
наиболее частых видах ДТП, результаты исследований биомеханики и механизмов травмирования человека при ДТП должны рассматриваться как исходные (базовые) при разработке расчетных и экспериментальных методов иссле-
72
дований и при оптимизации характеристик элементов системы обеспечения
пассивной безопасности.
Поглощение энергии и сохранение жизненного пространства элементами
кузова при ударе
Для выполнения требований пассивной безопасности кузов автомобиля
кроме энергопоглощающей функции должен обеспечивать вокруг человека
жизненное пространство, перемещение внутри которого не должно приводить к
смертельным травмам. Для снижения инерционных нагрузок увеличивают
продолжительность деформации деталей и создают защитную зону вокруг водителя и пассажиров путем устройства жесткого каркаса в сочетании с легко
сминающимися при ударах передней и задней частями кузова (рис. 27).
Рис. 27. Схема деформации и основные сечения кузова ВАЗ-2101
73
Кузов большинства современных автомобилей цельнометаллический несущего типа. Каркас кузова представляет собой жесткую сварную конструкцию. Передняя часть каркаса кузова усилена подмоторной рамой лонжеронного
типа.
Для увеличения жесткости кузова в его силовую схему могут быть включены продольные и поперечные брусья, лонжероны и другие профильные элементы, имеющие коробчатое сечение для уменьшения его общей массы и при
высоких нагрузках деформирующиеся. У автомобилей рамной конструкции с
этой целью ослабляют лонжероны и поперечины, уменьшая их сечение, предусматривая отверстия в слабонагруженных местах или применяя хрупкие материалы, например алюминиевые трубы и брусья, которые должны разрушаться
при ударе.
Защита от травмирования рулевым колесом
При встречных столкновениях картер рулевого механизма, установленный на лонжероне рамы, смещается назад, приближаясь к водителю. У
автомобилей с передним расположением рулевой трапеции это смещение настолько велико, что водитель, не пристегнутый ремнями безопасности, может
получить травму уже при первичном ударе. Во время вторичного удара тело
водителя деформирует рулевое колесо и входит в контакт с его ступицей и рулевым валом. В результате водитель получает тяжелые травмы лица, груди,
брюшной полости, а иногда и сердца.
Уменьшение жесткости рулевого колеса за счет увеличения размера ступицы, снабжения энергопоглощающим элементом (мягкой накладкой, упругими спицами, гофрированным элементом), оказались малоэффективными с
ростом скоростей автомобилей и быстрым распространением ремней безопасности.
В настоящее время является обязательным требованием к рулевому
управлению исключение возможности проникновения внутрь салона. Конструкции безопасных рулевых управлений весьма разнообразны, рис. 28. Чтобы
уменьшить возможность проникновения рулевого колеса внутрь салона, применяют рулевые валы с карданными шарнирами, отклоняющиеся при ударах вверх
или в сторону (рис. 28, а).
74
а – отклоняющаяся в сторону; б – с упругими пластинами;
в – с перфорированным защитным элементом; г – со стальными шариками
Рис. 28. Безопасные рулевые колонки
Для поглощения кинетической энергии нижней части вала, связанного с
рулевым механизмом, в рулевой вал, рулевую колонку или в обе эти детали
встраивают специальные защитные элементы, разрушающиеся или деформирующиеся под действием больших нагрузок. У некоторых автомобилей защитный элемент имеет форму перфорированной трубы с ромбовидными отверстиями, расположенную в средней части вала (рис. 28, в). Иногда рулевую
колонку делают телескопической (рис. 28, г). Между внутренней и наружной
трубами располагают несколько кольцевых поясов закаленных стальных шариков. При продольном перемещении труб шарики вдавливаются в их стенки. В
последнее время деформируемый элемент делают в виде пластин, приваренных к внутренним концам частей рулевого вала (рис. 28, б).
75
Лекция №13
1. Ограничение перемещения людей.
2. Устранение травмоопасности деталей салона.
Ограничение перемещения людей
Наиболее простым и вместе с тем эффективным средством, ограничивающим перемещение людей внутри автомобиля при авариях, являются
ремни безопасности. Имеется большое количество разнообразных конструкций
ремней. Наибольшее распространение получили комбинированные диагонально-поясные ремни, крепящиеся к кузову автомобиля в трех точках, рис. 29.
1 - пряжка замка; 2 - замок; 3 - кнопка замка; 4 - крепление ремня
Рис. 29. Диагонально-поясной ремень безопасности
Верхние отверстия крепления располагаются на средних стойках, нижние
- на внутренних сторонах дверных порогов, третьи точки крепления (разъемные) - на кронштейнах с обеих сторон кузовного туннеля нижней части кузова.
На грузовых и задних сиденьях легковых автомобилях применяют ремни безо-
76
пасности с двумя точками крепления, состоящие из двух лямок. На гоночных и
спортивных автомобилях используют ремни с четырьмя - шестью точками креплений и соответственно с тремя - пятью лямками.
Согласно ГОСТ Р41.16-2001 расстояние между точками крепления поясного ремня должно быть не менее 0,35 м. Верхняя точка крепления плечевого
ремня должна находиться позади точки опоры водителя на сиденье и выше нее.
Необходимо, чтобы точки крепления поясного ремня выдерживали усилие не менее 22,7 кН, а плечевого ремня - не менее 22,9 кН. Замки ремня
должны открываться одной рукой. Минимальная поверхность кнопки замка
4,5 см2, минимальная ширина 10 мм. Ширина лямки ремня должна быть не менее 51 мм под нагрузкой 10 кН; лямка не должна скручиваться под нагрузкой.
Лямки пристегнутого ремня должны проходить по осям человеческого скелета
и не передавать усилий на органы, не защищенные грудной клеткой. Кроме того, лямки не должны создавать местных высоких давлений и не должны контактировать с болезненными и легко ранимыми частями тела. Расположение
ремня должно по возможности уменьшать взаимное перемещение (изгиб и поворот) отдельных частей тела, приводящее к дополнительным нагрузкам.
Комплектация автомобиля ремнями безопасности является обязательным
требованием пассивной безопасности. Согласно ГОСТ Р 51709-2001, с изм.
№ 1 АТС должны быть оснащены ремнями безопасности согласно требованиям
эксплуатационных документов.
Не допускается эксплуатация ремней безопасности со следующими дефектами: надрыв на лямке, видимый невооруженным глазом; замок не фиксирует «язык» лямки или не выбрасывает его после нажатия на кнопку замыкающего устройства; лямка не вытягивается или не втягивается во втягивающее устройство (катушку); при резком вытягивании лямки ремня не обеспечивается
прекращение (блокирование) ее вытягивания из втягивающего устройства (катушки), оборудованного механизмом двойной блокировки лямки.
Чтобы увеличить вероятность использования ремней безопасности при
движении автомобиля, применяют системы, сигнализирующие и препятствующие пуску двигателя, если ремень не пристегнут.
Составной частью ремня является инерционная катушка, на которую намотана свободная часть ремня. Катушка, как правило, снабжается ограничителем усилия для уменьшения давления на грудную клетку при столкновениях.
77
При плавных перемещениях тела человека ремень разматывается, не мешая
движению. При больших ускорениях (обычно около 0,4-0,5 g) катушка предварительно натягивает, затем блокирует ремень. При усилиях, превышающих 5,5
кН, торсион ограничителя скручивается, и натяжение ремня ослабевает.
Устройство катушки с механическим преднатяжителем приведено на
рис. 30.
1 - маятник; 2 - маховик; 3 - шарик; 4 и б - подвижная и неподвижная части храповика;
5 - пружина; 7 - корпус; 8 - ось; 9 - возвратная пружина
Рис. 30. Инерционная катушка ремня безопасности
В неподвижном корпусе 7 катушки вращается торсион 8, одним концом
соединенный с возвратной пружиной 9, а другим - с подвижной частью 4 храповика, маховиком 2 и маятником 1. Неподвижная часть 6 храповика закреплена на корпусе 7. На торце подвижной части храповика выфрезерованы три профильные канавки, в которых расположены стальные шарики 3. При плавных
движениях тела человека вытягиванию ремня препятствует только сила возвратной пружины 9, так как части 4 и 6 храповика раздвинуты пружиной 5 и шарики находятся в глубокой части канавок. В случае выдергивания ремня с большой скоростью маховик 2 вследствие инерции начинает вращаться позднее
храповика. Шарики выкатываются в мелкую часть канавок и, преодолевая сопротивление пружины 5, перемещают подвижную часть храповика до зацепления ее с неподвижной частью. Маятник обеспечивает функции преднатяжителя
78
ремня при больших замедлениях автомобиля. Нижняя часть маятника перемещается вперед, а верхняя соединяет части 4 и 6 храповика. В современных устройствах инерционных катушек преднатяжение ремня осуществляется подрывом пиропатрона по сигналу электронного блока управления системы пассивной безопасности автомобиля.
В дополнении к действию ремней безопасности конструкторы разрабатывают устройства, ограничивающие перемещение людей только при аварии и не
стесняющие их движения во время нормального движения. К ним относятся,
системы подушек безопасности (рис. 31).
1 – подушка безопасности водителя; 2 – контактный диск;
3 – подушка безопасности пассажира; 4 – электронный блок управления; 5 – боковая подушка безопасности; 6 – датчик бокового удара; 7 – преднатяжитель ремня безопасности
Рис. 31. Система пассивной безопасности автомобиля Hyundai Getz
79
Система подушек безопасности с целью снижения опасности и тяжести
травм водителя и пассажира при определенных видах лобового и бокового ударов умеренной и большой силы обеспечивает срабатывание и наполнение передних и боковых подушек безопасности, а также приводит в действие преднатяжители ремней безопасности.
В состав системы подушек безопасности входят датчики, сигнализирующие о начале удара, измеряющие или деформацию деталей, или замедление автомобиля. Для надежности часто устанавливают датчики на передней части автомобиля и внутри кузова. Сигнал датчика через 0,005-0,01 с
после удара поступает в электронный блок управления, который обрабатывает
сигнал и, согласно программе, воспламеняет детонатор генератора газа.
Генератором газа могут служить баллоны со сжатым до 200-250 МПа
азотом ила аргоном, либо пиропатроны с запасом твердого топлива. Детонатор,
взрываясь, разрушает металлическую перегородку в баллоне или поджигает
пиропатрон. На это затрачивается еще 0,005-0,015 с, после чего газ с большой
скоростью устремляется в надувные мешки. Иногда применяют один баллон
со сжатым газом в сочетании с одним или двумя пиропатронами. Надувные
мешки изготовлены из тонкой (толщиной 0,3-0,4 мм) резины или нейлона и в
сложенном виде размещены в ступице рулевого колеса, крышке вещевого ящика пассажира и спинках передних сидений.
Надуваясь, мешки через 0,015-0,020 с заполняют пространство перед и
сбоку от водителя и пассажира, предохраняя их от ударов. Чтобы избежать отбрасывания водителя (пассажира) назад и сохранить видимость дороги после
контакта надувного мешка с человеком, газ из надувных мешков выходит через
специальные калиброванные отверстия в течение 0,4-0,5 с.
Подушки безопасности не стесняют человека и срабатывают независимо
от его действий. При встречных и боковых ударах они хорошо предохраняют
не только голову, но и верхнюю часть тела. Недостатком, подушек, является
значительный шум при их наполнении. Уровень этого шума на небольших автомобилях не удалось сделать ниже 165 дБ, т. е. ниже уровня, при котором могут повреждаться барабанные перепонки уха. Подушки плохо защищают человека, оказавшегося в «нестандартном» положении перед ударом, не пристегнутого ремнями безопасности, и, как правило, не срабатывают при ударе снизу
и опрокидывании автомобиля.
80
По требованиям безопасности установка надувных защитных систем, не
предусмотренных эксплуатационной документацией АТС, не допускается.
Проверка работоспособности подушек, длительное время хранившихся в автомобиле без употребления, разрешается только специально подготовленному
персоналу.
При попутных столкновениях часто страдают пассажиры переднего автомобиля. От резкого толчка голова под действием силы инерции откидывается
назад и может произойти повреждение позвоночника. Для защиты пассажиров в
этом случае на спинку сиденья устанавливают подголовники с мягкой обивкой.
Подголовники должны выдерживать нагрузку до 90 Н. При этом задняя точка
головы не должна смещаться назад на расстояние более 10 см. При воздействии
замедления не менее 8 g подголовник должен ограничивать отклонение головы
назад относительно линии торса на угол не более 45°.
Особое значение для автобусов имеют требования пассивной безопасности к сиденьям и спинкам сидений.
Крепление сидений должно выдерживать нагрузку, равную 20-кратному
весу сиденья и приложенную параллельно продольной оси автомобиля. Спинка
сиденья должна выдерживать приложенную к верхней ее поперечине нагрузку,
действующую горизонтально по направлению от передней части автомобиля к
задней и эквивалентную моменту 54 кНм.
Система перемещения и регулировки сиденья должна иметь автоматическую блокировку, выдерживающую продольную перегрузку до 20 g. Необходимо, чтобы блокировочное устройство выдерживало силу, которая приложена
к центру тяжести спинки и которая в 20 раз больше веса спинки и направлена
вперед параллельно продольной оси автомобиля.
Во время испытаний замедление модели головы человека при ударе о
спинку переднего сиденья не должно превышать 80 g в течение 0,003 с.
Подлокотники сидений изготовляют из энергопоглощающих материалов,
которые должны прогибаться не менее, чем на 5 см, не соприкасаясь с жесткими деталями, находящимися под ними.
Согласно требованиям ГОСТ Р 51709-2001 механизмы регулировки и
фиксирующие устройства сидений водителя и пассажиров должны быть работоспособны. Для обеспечения безопасной перевозки младенцев и малолетних
детей в обязательном порядке применяют специальное удерживающее уст-
81
ройство (детское сиденье), устанавливаемое на заднее сиденье. Детское сиденье
должно соответствовать росту и весу ребенка. Установка детского сиденья
осуществляется согласно инструкции изготовителя кресла и Руководству по
эксплуатации ТС.
Разработки сидений, повышающих пассивную безопасность ТС, продолжаются. Особенно важно это для автобусов вследствие большого количества людей, одновременно подвергающихся травмированию. В основу разработок положены условия: первое - водитель закреплен ремнями за сиденье, второе - сиденье в передней части имеет шарнир (салазки), которые обеспечивают
возможность поворота сиденья вперед или назад; третье - задняя часть кресла
через энергопоглощающее устройство соединена с усиленным днищем кузова
автобуса. При больших замедлениях ТС сиденье с пассажиром под действием
инерционных нагрузок поворачивается, кинетическая энергия гасится амортизатором.
У грузовых автомобилей и автопоездов с седельным тягачом большую
опасность представляет груз, плохо закрепленный на платформе. При встречных столкновениях и наездах автомобилей на неподвижное препятствие незакрепленный должным образом груз, перемещаясь вперед почти с той же скоростью, с какой двигался автомобиль перед ударом, ударяется о передний борт
платформы, деформирует его, а затем сминает заднюю стенку кабины. Жизненное пространство внутри кабины может резко сократиться и увеличить вероятность травмирования водителя и пассажира.
Разработчики повышают пассивную безопасность грузового автомобиля,
увеличивая расстояния между кабиной и платформой, устанавливая энергопоглощающие передние бамперы, уменьшающие скорость автомобиля в начале
удара, а также амортизирующие устройства, между передним бортом грузовой
платформы и грузом. Для удержания груза в багажниках легковых автомобилей
и в кузовах-фургонах применяют капроновые сетки.
Устранение травмоопасности деталей салона
Детали автомобиля, ограничивающие жизненное пространство, должны
быть без острых граней и углов, выступающие части (кнопки, выключатели,
ручки) должны быть утоплены и покрыты мягкой обивкой.
82
Рычаги, переключатели и кнопки, расположенные на панели приборов в
зоне возможного удара о них водителя и пассажиров и выступающие над поверхностью панели на 3,0-9,5 мм, должны иметь головку площадью не менее
200 мм2 с радиусом закругления краев не менее 2,5 мм. Детали, выступающие
над панелью более на 9,5 мм, должны под действием горизонтального усилия 390 Н, направленного вперед, утапливаться (так, чтобы высота части детали, выступающей над панелью, была не более 9,5 мм), отсоединяться или обламываться.
Большое количество травм и смертельных исходов во время ДТП связано
с ветровым стеклом. Стекла должны быть упругими и амортизировать при ударе, чтобы исключить повреждения костей черепа. При разбивании стекол они не
должны образовывать осколков с острыми углами и гранями, которые могут
причинить порезы.
В настоящее время применяют стекла двух видов: однослойные (закаленные) и трехслойные (триплекс).
Однослойные стекла имеют толщину около 4 мм. Разрушаясь, закаленое
стекло распадается на мелкие кусочки с неострыми краями. Закалка стекла повышает его прочность, но создает внутренние остаточные напряжения, вследствие чего стекло даже при небольшом повреждении покрывается сеткой трещин,
становясь непрозрачным. Чем толще стекло, тем хуже видимость, что особенно
опасно при движении автомобиля с большой скоростью. Для устранения этого
недостатка применяют стекла, закаленные не по всей площади, а лишь в нескольких местах. Однако при местной закалке стекла недостаточно прочными
оказываются его незакаленные участки.
Наружную поверхность ветрового стекла покрывают пленкой окислов
металла или хлористых веществ. По пленке, содержащей металлы, можно пропустить электрический ток для обогрева стекла в морозную погоду.
При ударе снаружи, например, камнем, вылетевшим из-под колеса переднего автомобиля, однослойное стекло разбивается взрывообразно, камень может
попасть в салон.
Трехслойные стекла состоят из двух слоев стекла толщиной 2-3 мм,
склеенных вместе прослойкой из прозрачного пластика, например поливинилбутирола толщиной 0,4-0,85 мм. При ударах трещины на этих стеклах распространяются только в радиальных направлениях, и поврежденное стекло не те-
83
ряет прозрачности. Кроме того, стекло не выпадает из стоек кузова, так как его
удерживает упругая прослойка. Вместе с тем трехслойные стекла тверже однослойных и меньше поглощают кинетическую энергию удара. Поэтому удары
головой о трехслойное стекло часто приводят к сотрясениям мозга и повреждениям костей черепа. Разбиваясь, трехслойные стекла образуют осколки с острыми режущими кромками, которые могут причинить глубокие порезы.
Трехслойные ветровые стекла на 3-5 кг тяжелее однослойных и соответственно дороже. Большое значение для безопасности людей имеет толщина
промежуточного слоя стекла.
Целесообразно сочетать положительные свойства закаленных и трехслойных стекол, уменьшая толщину наружных слоев и химически обрабатывая
их для повышения поверхностной прочности. Применяют стекла с более толстым наружным слоем. При ударе головой о такое стекло вначале нарушается его внешний слой, а тонкий внутренний слой продолжает изгибаться, поглощая энергию удара. Полимерная прослойка растягивается, также смягчая
силу удара.
Для повышения безопасности ветровых стекол их устанавливают на упругой прокладке. Благодаря непрочному креплению стекло при наезде автомобиля на препятствие или при столкновении вылетает из оконного проема еще
до того, как к нему приблизится голова человека. Однако чтобы гарантировать
безопасность водителя и пассажира, приходится ослаблять посадку уплотнителя, вследствие этого стекло часто вылетает из проема при резком торможении
автомобиля или при движении по неровной дороге, когда не было угрозы травмирования пассажира и водителя. Люди, не закрепленные ремнями безопасности, могут быть выброшены при столкновении автомобилей через проем, не
защищенный стеклом. Кроме того, ослабленная посадка стекла облегчает проникновение злоумышленников внутрь автомобиля.
Требования безопасности к стеклам дверей значительно мягче, чем к ветровым стеклам. Эти стекла не должны давать при разрушениях осколков с острыми углами и режущими кромками.
84
Лекция №14
1. Обеспечение послеаварийной безопасности ТС.
2. Требования к устройствам обеспечения послеаварийной безопасности.
Обеспечение послеаварийной безопасности ТС
Анализ эффективности функционирования системы обеспечения безопасности дорожного движения показывает, что ДТП являются неизбежными
спутниками автомобилизации. Последнее время наблюдаются качественные
изменения ДТП. Например, рост городских и междугородных пассажирских
перевозок коммерческим транспортом привел к значительному увеличению
числа аварий с автобусами, в том числе с пассажирскими транспортными средствами малой вместимости (микроавтобусами). По данным исследований в
первое пятилетие XXI столетия среднегодовой прирост ДТП с участием автобусов на 50 % превышал общий рост ДТП. Исключительная опасность аварий с
автобусами состоит в том, что количество пострадавших в них может составлять десятки человек. Более 3/4 таких аварий происходит на загородных дорогах, где ограничены возможности скорой медицинской помощи, пожарной
службы обеспечить пострадавшим экстренные и массовые спасательные мероприятия.
Увеличение скоростей и интенсивности движения ТС на автомагистралях, появление на дорогах большого числа большегрузных автопоездов также
повысило вероятность катастрофических последствий при ДТП для людей и
перевозимых грузов.
Полностью исключить участников дорожного движения из процесса грузовых и пассажирских перевозок невозможно, но можно снизить тяжесть травм,
уменьшить вероятность смертельных исходов после ДТП.
Эта задача должна обеспечиваться обязательными элементами, средствами послеаварийной безопасности автомобиля, составной части его конструктивной безопасности. Послеаварийная безопасность автомобиля – это свойство
автомобиля снижать тяжесть последствий ДТП в конечной фазе и после ДТП.
Послеаварийная безопасность автомобиля должна снижать вероятность увеличения тяжести последствий ДТП после столкновений, опрокидываний автомобилей, возгорания и погружения в воду.
85
Эвакоприспособленность и пожаробезопасность – характеристики послеаварийной безопасности автомобиля. Послеаварийная безопасность характеризуется временем ликвидации последствий ДТП. Анализ ДТП показывает,
что наиболее часто после аварии изменяются внутренние размеры салона,
уменьшаются проходы, блокируются двери. Возможность быстрой эвакуации
пострадавших из поврежденного ТС обеспечивается эвакоприспособленностъю
автомобиля. Тесно связана с эвакоприспобленностью пожаробезопасность ТС.
После ДТП в результате повреждений элементов топливной системы автомобиля и соприкосновения паров топлива с нагретым деталями автомобиля
или возникшей электрической искрой может начаться пожар. Водитель и пассажиры, которые не в состоянии быстро покинуть поврежденный автомобиль,
подвергаются серьезной опасности. Пребывание в горящем автомобиле более
1,5 мин является для человека, практически, смертельным.
Нередки случаи выпадения людей из кабины, салонов при высоких скоростях столкновений (наездов) и опрокидываний ТС вследствие разрушения
креплений ветрового и боковых стекол, открывания дверей.
Герметичность кузова ТС является важным элементом послеаварийной
безопасности при попадании автомобиля после ДТП в водоем. При быстром
погружении водитель и пассажиры теряют чувство самообладания, им необходимо время для осмысления возникшей ситуации и принятия мер для того, чтобы покинуть затонувший автомобиль (автобус). Погружение автомобиля длится
от 4 до 8 мин. При глубине 1,5 м давление воды составляет 1 Н/см2, что при
площади двери 1 м2 будет равно 10 кН.
Требования к устройствам обеспечения послеаварийной безопасности
Наличие и сохранение после ДТП в работоспособном состоянии выходов
соответствующей пропускной способности в конструкции ТС - необходимое
условие эвакуации пассажиров при ДТП.
Необходимым и важным условием послеаварийной безопасности является быстрая эвакуация людей из поврежденного автомобиля. Причинами, затрудняющими эвакуацию, могут быть: изменение размеров проходов к выходам, их недоступность; недостаточный угол открытия дверей из-за ограничивающих устройств; заклинивание дверей из-за изменения геометрии проемов,
повреждений замков и деформации петель. В этих условиях важнейшим свой-
86
ством ТС становится соответствие пропускной способности выходов числу
пассажиров.
Поэтому для обеспечения эвакуации пассажиров из автобусов в обязательном порядке предусматривают запасные выходы. В качестве запасных выходов в автобусе устраивают запасные двери, запасные окна и аварийные люки.
Требования к общей конструкции, минимальному числу и размерам запасных выходов регламентированы национальными и международными стандартами. Так, в отношении запасных дверей, окон и аварийных люков, эти требования следующие:
запасные двери, окна и аварийные люки должны открываться изнутри и
снаружи, запасное окно должно иметь легко разбиваемое безопасное стекло;
запасные двери и окна должны навешиваться снаружи и открываться наружу, аварийный люк должен иметь возможность сниматься как изнутри, так и
снаружи;
каждый запасной выход и приборы управления им должны обозначаться
соответствующими надписями снаружи и внутри ТС.
В частности, ГОСТ Р 41.36-99, являющийся идентичным текстом Правил
№ 36 ЕЭК ООН, устанавливает требования к минимальным размерам и числу
запасных выходов для пассажирских транспортных средств (автобусов) вместимостью более 22 стоящих или сидящих пассажиров.
Аварийные люки обязательны на крыше междугородних и туристских автобусов. Ими могут оборудоваться и городские автобусы. Минимальное число
люков в автобусе определяется числом пассажиров: 1 люк при пассажировместимости не более 50 и 2 люка при большем числе. Аварийные люки должны
устраиваться в средней части крыши, когда имеются два люка, расстояние между ними должно быть не менее 2 м.
Также в национальных и международных стандартах пассажирских
транспортных средств установлены требования к размерам и наклону проходов,
размерам свободного пространства для сидящих пассажиров, доступу к запасным дверям и окнам, к аварийному люку.
Общие требования к пожарной безопасности автомобиля регламентированы ГОСТ Р 41.34-99 (Правила № 34 ЕЭК ООН), специальные - стандартами,
содержащими специфические требования к категориям ТС.
87
Согласно требованиям этих нормативных документов топливные системы
автомобилей должны иметь такую противоударную стойкость, чтобы при
встречном столкновении ТС со скоростью 13 м/с или наезде сзади со скоростью
9 м/с утечка топлива из топливной системы, или накопление каплеобразованной смеси при баке, наполненном на 90 %, не превышала 28 г/мин. Такая смесь
возгорается при 1,4-6,0 % содержания топлива в воздухе.
Элементы системы питания должны надлежащим образом защищаться
частями шасси или кузова от соприкосновения с возможными препятствиями
на дороге. Система питания должна противостоять коррозии как снаружи, так и
изнутри. В отделениях, предназначенных для пассажиров и водителя, не должно размещаться никаких приборов топливной системы. Любое избыточное давление или давление в системе, превышающее рабочее, должно автоматически
снижаться с помощью выпускных вентилей, предохранительных клапанов, которые необходимо конструировать так, чтобы полностью исключить опасность
возникновения пожара.
Топливный бак нужно изготавливать из огнеупорных коррозионностойких металлических материалов или пластмасс, и он не должен располагаться в салоне или составлять какую-либо из его перегородок. Для отделения
салона от топливного бака должна предусматриваться перегородка, которая
выдерживает в течение 2 минут воздействие открытого пламени, если она помещена горизонтально в 20 см над уровнем горящего бензина. Топливный бак
должен быть прочно укреплен и установлен так, чтобы обеспечивался вывод из
транспортного средства на землю топлива, которое может вытечь из бака, заливной горловины и его соединений.
Ни одна из частей топливного бака не должна выступать за пределы габаритной ширины кузова и находиться ближе 60 см от передней части ТС и ближе 30 см от задней.
Топливный бак и связанное с ним вспомогательное оборудование не
должны накапливать статический заряд электричества. Заливная горловина не
должна находиться ни в салоне, ни в багажнике, ни в моторном отсеке. Если
она расположена на боковой стороне, то пробка в закрытом состоянии не должна выступать.
ГОСТ Р 41.11-99 (Правила №11 ЕЭК ООН) установлены минимальные
эксплуатационные требования безопасности к замкам и петлям боковых дверей.
88
При действии продольных нагрузок замок и фиксатор автомобильной
двери должны выдерживать предельную нагрузку 11,34 кН в положении полного запирания и 4,53 кН - в положении неполного запирания. При действии поперечных нагрузок замок и фиксатор должны выдерживать предельную нагрузку 9,07 кН в положении полного запирания и 4,53 кН - в положении неполного
запирания. Автомобильный дверной замок в полном комплекте (замок, защелка, наружная дверная ручка, барабан замка с прорезью для ключа и все тяги)
должен оставаться в положении полного запирания при действии на него инерционной нагрузки в любом направлении при ускорении 30 g.
Лекция №15
1. Влияние автомобилизации на окружающую среду.
2. Токсичность отработавших газов.
3. Методы уменьшения загрязнения окружающей среды автомобилями.
Влияние автомобилизации на окружающую среду
В настоящее время в связи с научно-технической революцией в сферу материального производства включается все большее количество природных ресурсов, поэтому увеличивается объем вредных отходов предприятий, технических сооружений и транспортных средств.
Ярким примером неблагоприятного влияния на окружающую среду может
служить автомобилизация.
Автомобили оказывают вредное воздействие на окружающую среду и человека, так как в отработавших газах содержатся опасные для здоровья компоненты, при движении автомобилей возникает шум. Кроме того, при дорожнотранспортных происшествиях наносится материальный ущерб (уничтожение и повреждение грузов, транспортных средств и сооружений) и возможны гибель и ранение людей. При этом степень вредного воздействия увеличивается с ростом интенсивности движения. Это связано со спецификой обменных процессов в окружающей среде, что вызывает постоянное накопление в ней вредных компонентов.
89
При использовании автомобиля как массового транспортного средства необходимо развитие сети автомобильных дорог, под строительство которых приходится отводить значительные площади.
Автомобильные дороги с интенсивным движением создают «разделяющий
эффект», затрудняя связи между объектами и участками живой природы, расположенными по разные стороны дороги. Дорожное строительство нарушает экологическое равновесие в природе вследствие изменения существующего ландшафта;
усиления водной и ветровой эрозии; развития геодинамических процессов, например оползней и обвалов; загрязнения окружающей местности, поверхностных и грунтовых вод материалами и веществами, применяемыми при эксплуатации автомобилей и дороги; неблагоприятного воздействия на существующий
растительный и животный мир.
При широком использовании автомобилей все возрастающее количество
людей посещает ранее недоступные для них природные комплексы, что приводит к
загрязнению отходами территорий, прилегающих к автомобильным дорогам, и
других мест.
Учитывая значение и актуальность вопросов защиты окружающей среды,
в нашей стране экологические проблемы рассматриваются как составная часть
общегосударственной политики.
Основными мероприятиями по предотвращению и уменьшению вредного
воздействия автомобилей на окружающую среду следует считать:
1) разработку таких конструкций автомобилей, которые меньше
загрязняли бы атмосферный воздух токсичными компонентами от
работавших газов и создавали бы шум более низкого уровня;
2) совершенствование методов ремонта, обслуживания и эксплуатации автомобилей с целью снижения концентрации токсичных компонентов в отработавших газах и уровня шума, производимого автомобилями;
3) соблюдение при проектировании и строительстве автомобильных
дорог таких требований, как вписывание дороги в ландшафт;
рациональное сочетание элементов плана и продольного профиля,
обеспечивающее постоянство скорости движения автомобиля; защита поверхностных и грунтовых вод от загрязнения; борьба с водной
и ветровой эрозией; предотвращение оползней и обвалов; сохранение животного и растительного мира; сокращение площадей, отводимых под
90
строительство;
защита
зданий
и
сооружений
вблизи
дороги от вибраций,
возникающих
при движении
автомобилей;
борьба с транспортным шумом и загрязнением воздуха; применение
методов и технологии
строительства,
приносящих
наименьший
ущерб окружающей среде;
4) использование средств и методов организации и регулирования
движения, обеспечивающих оптимальные режимы движения и характеристики транспортных потоков, сокращение остановок у светофоров, числа
переключения передач и времени работы двигателей на неустановившихся
режимах.
Ниже изложены основные положения, касающиеся безвредности автомобиля и методов ее повышения, снижения токсичности отработавших газов
и шума (автомобиля).
На рис. 32 приведена схема зависимости безвредности автомобиля от
элементов его конструкции.
Рис. 32. Схема зависимости безвредности автомобиля от элементов его
конструкции
91
Токсичность отработавших газов
Токсичные компоненты и их влияние на человека и окружающую среду.
Загрязнение атмосферы вредными веществами связано с работой промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий, а также
транспортных средств, на которых в качестве силовых установок используются тепловые двигатели.
Характер загрязнения атмосферы, общее количество и состав выбрасываемых вредных веществ, их распределение в атмосфере и методы их
обезвреживания в значительной степени зависят от места расположения и
характера рабочего цикла источников. Источники выбросов делятся на стационарные и передвижные. В наиболее моторизованных странах мира около
50 % общей массы выбросов приходится на долю передвижных источников.
При этом основная масса выбросов от передвижных источников в этих
странах приходится на долю автомобилей.
К основным вредным компонентам отработавших газов автомобилей
относятся окись углерода СО, углеводороды СН х, окислы азота NOX, твердые частицы (сажа) и в меньшей степени окислы серы SO х .
Окись углерода – химически инертный газ, обладающий способностью
легко смешиваться с окружающим воздухом. Окись углерода – сильное
токсичное вещество. Гемоглобин крови в 200 раз лучше усваивает СО, чем
кислород, это приводит к появлению в крови человека большой концентрации
карбоксигемоглобина, которая у людей с больным сердцем может вызвать инфаркт миокарда. В городах стран с большим автомобильным парком автомобили
являются основным источником загрязнения воздуха окисью углерода.
Окислы азота вступают в реакцию с окружающим воздухом, образуя
двуокись азота NO2, которая вместе с углеводородами СН образует фотохимический смог. Эти соединения токсичны, они воздействуют на бронхи и
легкие, вызывая ряд необратимых изменений.
Углеводороды также участвуют в создании фотохимического смога.
Наиболее опасным из ароматических углеводородов является бензпирен-3, 4, обладающий канцерогенными свойствами. Автомобили в городах являются главным источником образования ароматических углеводородов, особенно автомобили с дизелями.
92
Соли свинца, являющиеся сильно действующими токсичными веществами, содержатся в отработавших газах бензиновых двигателей, особенно
двигателей, работающих на бензине с антидетонационными присадками.
Отрицательное воздействие автомобиля на окружающую среду заключается не только в выделении токсичных веществ, но и в сжигании кислорода, так как для сгорания нефтепродуктов необходим кислород (ориентировочно 3,3 т кислорода на 1 т нефтепродуктов).
Кроме воздействия на человека, загрязнение воздуха наносит вред
сельскому хозяйству, многим материалам и изделиям.
Методы уменьшения загрязнения окружающей среды
автомобилями
Объем выбросов и степень их токсичности зависят от очень многих
факторов как конструктивного, так и организационно-технического характера (градостроения, организации движения, технической эксплуатации автомобилей и др.), а также погодно-климатических условий и режимов работы автомобиля.
Методы уменьшения загрязнения атмосферы отработавшими газами
двигателей внутреннего сгорания можно разделить на две группы: методы
снижения токсичности выбросов; методы уменьшения объемов выбросов.
Методы, применяемые для снижения токсичности, можно разделить на
четыре основные группы: изменение конструкции, рабочего процесса, технологии производства и специального регулирования двигателей внутрен него
сгорания и их систем; применение другого вида топлива или изменение физико-химических свойств топлива; очистка выбросов от токсичных компонентов с помощью дополнительных устройств; замена традиционных двигателей новыми малотоксичными силовыми установками.
Методы первой группы включают многочисленные мероприятия по
улучшению смесеобразования и обеднения смеси, дозирования и распределения ее по цилиндрам (электронные и электромеханические системы впрыска
топлива, модифицированные быстропрогреваемые впускные клапаны, гермостатирование воздуха, гомогенизация смеси).
С помощью специальных регулировок (состава смеси, частоты вращения холостого хода, угла опережения зажигания и времени перекрытия
93
клапанов) можно уменьшить содержание токсичных компонентов в отработавших газах.
Вторая группа методов имеет два основных направления: применение присадок к топливам, снижающих выброс свинца, серы, канцерогенных веществ, сажи и твердых частиц; перевод двигателей на другие виды топлива (пропанбутан, природный газ, водород).
Третья группа методов – очистка выбросов от токсичных компонентов, производимая с помощью нейтрализаторов различных типов и очистителей, устанавливаемых на автомобили. Эти методы получили широкое распространение в ряде стран.
Нейтрализаторы производят физико-химическую очистку выбросов (термические, каталитические, жидкостные, механические, улавливающие испарения
топлива и картерных газов, комбинированные), а очистители осуществляют очистку воздуха на входе в двигатель и отработавших газов при выходе их из двигателя.
Следует отметить, что применение инерционных и электрических двигателей, а также двигателей, работающих на водородном топливе, потребует создания
дополнительных энергетических установок (для производства электричества и
разложения водорода). Эти дополнительные энергетические установки также в основном работают на традиционных видах топлива, при сгорании которых образуются токсичные выбросы.
Необходимо учитывать, что применение комплекса устройств, снижающих
токсичность, значительно удорожает автомобиль (до 25 %).
Уменьшение объемов выбросов может быть достигнуто соответствующей
организацией транспортных потоков и оптимизацией их характеристик; рациональной организацией доставки пассажиров в городах и изменением типажа
городского транспорта; формированием пассажиропотоков; целесообразной
транспортной планировкой городов.
94
Библиографический список
1. Яхьяев, Н.Я. Безопасность транспортных средств [Текст]: учебник для
высш. учеб. заведений / Н.Я. Яхьяев. – М.: Издательский цент «Академия», 2011.
– 432 с.
2. Гудков, В.А. Безопасность транспортных средств (автомобили) [Текст]:
учеб. пособие для вузов / В.А. Гудков, Ю.А. Комаров, А.И. Рябчинский, В.Н.
Федотов. – М.: Горячая линия – Телеком, 2010. – 431 с.
3. Рябчинский, А.И. Регламентация активной и пассивной безопасности
автотранспортных средств [Текст]: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / А.И. Рябчинский, Б.В. Кисуленко, Т.Э. Морозова. – М.: Издательский цент
«Академия», 2006. – 432 с.
95
Юрий Вячеславович Струков
Владимир Анатольевич Зеликов
Руслан Александрович Сподарев
БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫВХ СРЕДСТВ
Тексты лекций
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
197
Размер файла
1 545 Кб
Теги
лекция, безопасности, средств, 200, текст, транспортной
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа