Приветствую Вас Гость | RSS

Понедельник, 18.06.2018, 19:48

Меню сайта
Вход на сайт
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • База знаний uCoz
  • Статистика

    Онлайн всего: 1
    Гостей: 1
    Пользователей: 0

    Активная безопасность автомобиля


     

    Активная безопасность, составляющая конструктивной безо­пасности автомобиля, является комплексным эксплутационным свойством, непосредственно связанным с эффективным использо­ванием ТС по назначению - перевозке грузов и пассажиров. Пре­имущества перевозок автотранспортом: сокращение времени дос­тавки - требует возможности движения ТС большой грузоподъем­ности (пассажировместимости) с высокой скоростью; возможности осуществления периодических остановок и маневрирования; дви­жение в любое время суток.

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

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

    Эксплуатационные свойства, характеризующие возможность эффективного использования конструкции ТС и его систем: двига­теля, тормозного управления, рулевого управления, колес и шин, подробно изучаются в курсе «Теория автомобиля и автомобильно­го двигателя», грузоподъемность и пассажировместимость - в кур­сах «Грузовые автомобильные перевозки» и «Пассажирские авто­мобильные перевозки», кабины и оборудование рабочего места во­дителя - в курсе «Безопасность жизнедеятельности». Ниже рассматриваются параметры конструкции автомобиля - габариты, масса, а также тяговая динамичность автомобиля, формирующиеся потребностями общества в эффективной провозке пассажиров и
    грузов. Эти параметры являются условием и основой дифференци­рованных требований активной безопасности для отдельных групп АТС (категорий).

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

    При движении автомобиль подвергается воздействию 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. п. Вследствие этого даже на строго прямолинейных участках дороги автомобиль находится под углом к оси дороги, и размер полосы, потребной для его движения - ди­намический коридор, превышает его габаритную ширину.

    Ширина динамического коридора зависит от габаритных раз­меров автомобиля и его скорости. На рис. 2.1 приведены экспери­ментальные зависимости поперечного смещения центра тяжести автомобилей ус от их скорости и.

    Из графиков следует, что, чем меньше ширина полосы движе­ния на дороге и чем больше габаритные размеры ТС, тем ниже должна быть скорость движения.

     

    Рис. 2.1. Поперечное смещение центра тяжести автомобилей в зависимости от скорости:

    1 - ЗИЛ 43141; 2 - ГАЗ 3309; 3 - ГАЗ 3110; 4- ВАЗ 2110

     

     

    Рис. 2.2. Динамический коридор при повороте автомобиля

     

    Для автопоездов шири­на динамического корридора с увеличением скорос­ти возрастает быстрее, чем для одиночного автомоби­ля, вследствие угловых ко­лебаний («виляния») прице­пов или полуприцепов в горизонтальной плоскости. При определенной скорос­ти «виляния» прицепа ста­новятся настолько больши­ми, что водитель не может   устранить их поворотом рулевого колеса и должен снизить скорость.

     

    Поэтому в конструкции силовой установки тягачей предусмотрены устрой­ства, ограничивающие скорость движения.

     

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

    Более весомо влияние геометрических параметров АТС при криволинейном движении. Хотя при крутых поворотах скорости автомобиля обычно невелики и случайные возмущения незначи­тельны, ширина динамического коридора может быть достаточно большой, рис. 2.2.

    Ширину динамического коридора при повороте можно опреде­лить по формулам:

    для одиночного автомобиля

     

    (2.2)

     

          где

          Rн и Rв - соответственно наружный и внутренний габаритные радиусы поворота автомобиля;

          L' = L + С - расстояние от заднего моста до передней части авто­мобиля (L - база автомобиля, С - передний свес); для автопоезда

     

     

    (2.3)

     

          где

          R0 - радиус кривизны круговой траектории, по которой дви­жется середина заднего моста тягача;

          Bа,L и С-соответственно, габаритные ширина, база и передний свес тягача;

          Ск - сдвиг заднего моста прицепа относительно моста тягача.

     

    При движении автомобиля, когда его передние колеса повер­нуты на максимальный угол, ширина динамического коридора примерно в 1,5 раза больше его габаритной ширины, а у городских автобусов категории М3 примерно в 2 раза.

    ГОСТ Р 41.36-99 (Правила №36 ЕЭК ООН) регламентирует маневренность автобусов вместимостью более 22 пассажиров. При движении ТС на повороте вправо или влево оно должно полностью вписываться по наиболее выступающей точке в круг радиусом по­ворота 12,5 м. Если наиболее выступающие точки ТС находятся в пределах круга поворота с радиусом 12,5 м, то в таком случае ТС должно вписываться на повороте вправо или влево в полосу дви­жения R„ - RB = 7,2 м, рис. 2.3. Максимальный вылет крайней точки U при повороте указывается на задней части кузова автобуса.

     

    Рис. 2.3. Схема маневренности автобуса: а - жесткое ТС; б - сочлененное ТС

     

    Ширина динамического коридора автопоезда зависит от числа прицепных звеньев, их базы и длины дышла, поэтому значительно больше, чем у одиночного автомобиля с той же габаритной ши­риной. Так, например, для грузового автомобиля с прицепом при = 6 м и С, = 1 м максимальная ширина коридора может дости­гать 6 м, т. е. более, чем вдвое превосходит габаритную ширину тя­гача. Большая ширина полосы движения, занимаемой автопоезда­ми, наряду с их неудовлетворительной динамичностью является одной из причин обозначения автопоездов по требованиям безо­пасности специальными опознавательными знаками: спереди - «Автопоезд», сзади - «Длинномерное транспортное средство».

    Для улучшения маневренности и уменьшения ширины дина­мического коридора в составе автопоездов применяют прицепы с управляемыми передними колесами, в ходовой части автобусов особо большой вместимости устанавливают заднюю подруливаю­щую ось.

    Габаритная высота Н„ имеет значение при проезде автомоби­лей под путепроводами и проводами контактной сети. ТС (напри­мер, двухэтажные троллейбусы или автобусы, полуприцепы- панелевозы или автомобили-фургоны) с высоко расположенным центром тяжести испытывают значительные угловые колебания в поперечной плоскости. При движении по неровной дороге они мо­гут верхним углом задеть за,столб или мачту. Максимально допус­тимая габаритная высота ТС составляет 3,8 м.

    Габариты ТС (длина, ширина и высота) и минимальный радиус поворота указываются изготовителем в Руководстве по эксплуата­ции ТС.

    Масса автомобиля. Массовая характеристика ТС включает в себя массу автомобиля в снаряженном состоянии, его полную мас­су, сухую и максимальную.

    Снаряженная (собственная) масса - это масса полностью за­правленного автомобиля с запасным колесом, инструментом и во­дителем.

    Полная масса - включает в себя снаряженную массу и расчет­ную номинальную массу груза или пассажиров, установленную предприятием-изготовителем в качестве максимально допустимой.

    Сухая масса - это масса незаправленного автомобиля без инст­румента и запасного колеса.

    Максимальная масса представляет собой сумму нагрузок на оси ТС, ограничивается предельно допустимой нагрузкой на ось и не должна превышать разрешенную нагрузку на ось для дорог оп­ределенной категории.

    Масса ТС кроме непосредственного влияния на активную безопасность ТС, также косвенно воздействует на техническое со­стояние дорожного покрытия. Многократное динамическое воздей­ствие ТС на дорогу приводит к накоплению пластических дефор­маций в дорожной одежде, нарушению внутренних связей между ее слоями и, как следствие, к снижению сроков службы покрытия. Покрытие длительное время выдерживает движение автомобилей, не разрушаясь, только в том случае, если оно рассчитано с учетом величины возможных нагрузок и частоты их приложения.

    Во всех, странах строго соблюдают ограничение осевых нагру­зок и полных масс ТС. По дорогам с усовершенствованным капи­тальным покрытием могут двигаться ТС с предельной осевой на­грузкой 100 кН, а при двух спаренных мостах - 180 кН. На дорогах любых типов, соответственно, 60 кН и 110 кН. Максимальная мас­са и нагрузка на оси обязательно указывается изготовителем в Ру­ководстве по эксплуатации ТС и вносится в регистрационные до­кументы.

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

    При оценке активной безопасности ТС в движении рассматри­вают следующие показатели тяговой динамичности: максимальную скорость итя„ и ускорение j^, минимальные время tp и путь разго­на Sv на горизонтальной доро­ге с твердым покрытием хоро­шего качества при прямоли­нейном движении автомобиля. Особенности же криволиней­ного движения исследуют при изучении устойчивости и уп­равляемости автомобиля.

    Силы и моменты, действу­ющие в общем случае на авто­мобиль, который разгоняется, показаны на рис. 2.4.рис. 2.4. Силы, действующие на автомобиль при разгоне

     

    Рис. 2.4. Силы, действующие на автомобиль при разгоне

     

    Из теории автомобиля известно уравнение движения автомо­биля, связывающее эти силы:

     

           (2.4)

    где

    РТ  - сила тяги на ведущих колесах автомобиля;

          РИ  - приведенная сила инерции автомобиля;

          РД = РК + РП   -  сила сопротивления дороги (РК  - сила сопротивления качению, РП - сила сопротивления подъему);

          РВ  -  сила сопротивления воздуха.

     

    Сила тяги РТ представляет собой отношение момента МТ на по­луосях к радиусу r ведущих колес при равномерном движении ав­томобиля

     

        (2.5)

    где

    Ме - эффективный крутящий момент двигателя, Н м;

    uтр  -  передаточное число трансмиссии;

    ηтр  -  КПД трансмиссии.

     

    Величины r приведены в технических характеристиках шин. При их отсутствии величину r рекомендуется определять по при­ближенному соотношению:

     

          где 

          D0- диаметр обода колеса, м;

          Вш - высота профиля шины, м;

          λш - коэффициент радиальной деформации шины, равный 0,10-0,16 для стандартных и широкопрофильных шин.

     

    Силу сопротивления дороги Рд определяют по формуле:

     

           (2.6)

    где 

    Ма - масса автомобиля, кг;

           g - ускорение свободного падения, м/с2;

           f - коэффициент сопротивления качению;

     - коэффициент сопротивления дороги Ѱд,

          где

          αд  - угол продольного уклона дороги. На подъемах угол αд считают положительным, на спусках - от­рицательным. На дорогах с твердым покрытием угол αд не превыша­ет 4-5°, и без большой ошибки можно написать:

     

     

    При приближенных расчетах коэффициент f часто считают по­стоянным, равным его среднему значению. На дорогах с асфальто­вым и цементобетонным покрытием, находящемся в отличном со­стоянии,  f  =  0,012-0,018, а в удовлетворительном состоянии  f  =  0,018-0,020.

     

    Силой сопротивления воздуха Рв называют равнодействующую элементарных сил, распределенных по всей поверхности автомо­биля. Точку приложения этой силы называют метацентром авто­мобиля. Сила сопротивления воздуха может быть определена по формуле

     

          (2.7)

    где

    КВ - коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтека­емости), зависящий от формы и качества отделки поверхно­сти автомобиля, Н с2;

                 FB - лобовая площадь автомобиля, м2;

                 WB - фактор обтекаемости, Н с22.

     

    Коэффициент КВ численно равен силе сопротивления воздуха, создаваемой 1 м2 лобовой площади автомобиля при движении со скоростью 1 м/с2. Лобовой площадью FВ автомобиля называют пло­щадь его проекции на плоскость, перпендикулярную к продольной оси автомобиля. Средние значения лобовой площади и коэффици­ентов обтекаемости приводятся в технической литературе.

     

    Приведенная сила инерции РИ учитывает инерцию поступа­тельно движущихся и вращающихся масс автомобиля:

     

       (2.8)

    где

    Ма - масса автомобиля, кг;

                  j - ускорение автомобиля, м/с2;

                 δвр - коэффициент учета вращающихся масс, равный

     

    JТ - момент инерции маховика и связанных с ним деталей дви­гателя и сцепления, кг м2;

                 JК - суммарный момент инерции всех колес автомобиля, кг м2.

     

    Энергия, затрачиваемая на разгон вращающихся деталей дви­гателя, на прямой передаче в 2 - 3 раза, а на низших передачах - в 8 - 10 раз больше энергии, расходуемой на разгон колес.

     

    Максимальные скорость и ускорение автомобиля можно опре­делять двумя способами: аналитическим и графоаналитическим, в основу которых положено уравнение тягового баланса.

     

    Преобразовав уравнение (2.4) относительно искомых величин в выражение вида

     

     

    и, учитывая, что при максимальной скорости ускорение j = 0, получим расчетные зави­симости для скорости и ускорения:

     

     и

     

    где Ас, Вс, Сс и Dc - коэффициенты, значе­ния которых зависят от максимальной мощности автомобиля, соот­ветствующей угловой скорости коленчатого вала, конструкции двигателя, КПД трансмиссии, приведенной массы автомобиля, ко­эффициента сопротивления дороги.

     

    При графоаналитических расчетах в координатах Р и v строят кривую силы тяги при движении на высшей передаче, рис. 2.5, а. В нижней части наносят кривую силы сопротивления дороги РД, и вверх от нее откладывают значения силы сопротивления воз­духа РВ. Для построения графиков используют три - четыре расчет­ные точки.

     

    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 РД + 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 αд) или для раз­гона автомобиля. Максимальную скорость v max находят по абс­циссе точки пересечения кривых РТ и РД + РВ, так как при этом за­пас силы тяги, а следовательно, и ускорение равны нулю.

     

    При графоаналитическом определении jmах задаются несколь­кими значениями скорости и рассчитывают величины ускорения при работе двигателя с полной нагрузкой. Построив по точкам в координатах осях v - j кривую ускорений, проводят касательную к ней, параллельную оси v, как показано на рис. 2.5, б. .Ордината точки касания определяет величину ускорения, максимально воз­можного на данной дороге.

     

     

    . 2.5. Схемы графоаналитических способов определения v max (а) и jmах (б)

     

    Максимальная скорость автомобиля является показателем его предельных возможностей. В практике дорожного движения эту скорость автомобили развивают довольно редко. Водители стре­мятся вести автомобиль со скоростью несколько меньшей, чем максимально возможная. Это, с одной стороны, объясняется на­пряженным режимом работы агрегатов автомобиля, возникновени­ем неприятных вибраций и шума, перегревом двигателя. С другой стороны, водитель, управляя быстро движущимся автомобилем, испытывает большую психофизиологическую нагрузку, так как при этом резко возрастает объем воспринимаемой и перерабаты­ваемой им информации, увеличивается число рабочих движений. Кроме того, дорожные условия редко сохраняются постоянными на большом протяжении автомагистрали, что вынуждает водителя корректировать скорость движения автомобиля.

     

    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) jmах, достигая предельных значений лишь в осо­бых случаях: например, при динамическом преодолении крутого подъема, в процессе обгона или при выходе из сложной дорожной ситуации путем обгона.

     

    Обгон представляет собой сложный и опасный маневр, связан­ный с выездом на соседнюю полосу движения с высокой скоростью и требующий свободного пространства перед обгоняющим авто­мобилем.

     

    Чем больше скорость и выше плотность транспортного потока, тем больше вероятность ДТП при обгоне и выше степень тяжести ДТП. Так, при скорости транспортного потока около 11 м/с коли­чество аварий при обгоне, при которых люди получают травмы, со­ставляет 14 %. При скорости потока, равной 33 м/с, количество та­ких аварии возросло до 65 %.

     

    Обгон может совершаться с постоянной и с возрастающей ско­ростью. Несмотря на то, что требования безопасности во втором случае выше, основные этапы обгона одинаковы, и могут быть рас­смотрены на одном примере, рис. 2.6.

     

    Обгон с постоянной скоростью характерен для свободного, не­стесненного движения автомобиля в загородных условиях. Тогда водитель обгоняющего автомобиля имеет впереди себя достаточ­ное пространство для предварительного разгона до большей скоро­сти v1,. Эта скорость должна быть больше скорости v 2 обгоняемо­го автомобиля.

     

     

     

    Рис. 2.6. Схема и график обгона

     

    Путь обгона So6 и время обгона tо6, необходимые в этом случае для безопасного обгона, определяют по формулам:

     

    (2.9)

          где

          D1 и D2 — дистанции безопасности между обгоняющим и обго­няемым автомобилями в начале и конце обгона, м;

          L1 и L2 — габаритные длины автомобилей, м;

          v1, и v2  — скорости обгоняющего и обгоняемого автомобилей, м/с.

     

    Первая дистанция безопасности может быть представлена в виде функции скорости обгоняющего автомобиля

     

     

    и вторая - в виде функции скорости обгоняемого автомобиля

     

          где

          аоб  и  bоб  -  эмпирические коэффициенты, зави­сящие от типа обгоняемого автомобиля (табл. 2.1).

     

    Таблица 2.1. Значения коэффициентов ао6 и bо6

     

    Автомобили

    аоб

    bоб

    Легковой

    0,33

    0,26

    Грузовой средней грузоподъемности

    0,53

    0,48

    Грузовой большой грузоподъемности, автобус и автопоезд

    0,75

    0,67

     

    Зная путь обгона S0б и скорость встречного автомобиля v3, можно определить минимальное расстояние Sсв, которое должно быть свободным перед обгоняющим автомобилем в начале обгона:

     

     (2.10)

     

    Положения обгоняющего, обгоняемого и встречного автомо­билей в начальный момент времени отмечены в нижней части схе­мы соответственно цифрами 1', 2' и 3'. Движение всех трех автомо­билей считаем равномерным, и соответствующие зависимости S = S (t) представляют собой прямые линии I, II и III. Котангенсы углов α1 α2 и α3 наклона этих прямых пропорциональны скоростям v1, v2 и v3 автомобилей.

    В начале обгона расстояние между передними частями обго­няющего и обгоняемого автомобилей равно D1 + L2. Точка А пере­сечения прямых I и II характеризует момент обгона, в который оба автомобиля поравнялись (время после чего обгоняющий авто­мобиль начинает выходить вперед. Находим на графике две точки С и В на линиях I и II, расстояние между которыми по горизонтали было бы равно сумме D2 + L1 . Тогда абсцисса точки С определит путь обгона, а ордината - время обгона.

    Путь и время, необходимые для безопасного обгона, резко воз­растают при увеличении скорости обгоняемого автомобиля. При v1 = 30 м/с, v2 = v3 = 10 м/с, L1 = L2 = 5 м для безопасного обгона необходимы расстояние примерно 500 м и время около 17 с. При повышении скорости v2 до 20 м/с путь обгона возрастает до 1260 м, а время до 95 с. Таким образом, если водитель обгоняемого авто­мобиля повысит скорость, не желая уступить дорогу, это резко увеличит время и путь обгона, и может привести к аварии. Поэтому правила дорожного движения запрещают водителю обгоняемого автомобиля препятствовать завершению обгона.

    Обгоны с постоянной скоростью возможны на дорогах с про­езжей частью шириной более 7-8 м и интенсивностью движения в обоих направлениях менее 40-60 автомобилей в час, т. е. с интер­валом движения около 1 мин. Значительно сложнее и опаснее об­гонять при большей интенсивности движения. Так, если интенсив­ность превышает 150-160 автомобилей в час, то они движутся сплошным потоком. В этих условиях быстроходный автомобиль, догнав медленно движущийся автомобиль, уменьшает скорость и некоторое время движется позади него с той же скоростью. При появлении перед обгоняемым автомобилем достаточного свобод­ного расстояния водитель начинает обгон, сочетая его с разгоном.

    Результаты расчетов времени и пути обгона для ВАЗ 2101 по­казали, что при скорости обгоняемого автомобиля 10-12 м/с и при отсутствии встречных автомобилей необходимо свободное рас­стояние не менее 250-300 м. Если автомобиль будет двигаться по левой стороне дороги, где возможно появление встречных транс­портных средств, то безопасное расстояние увеличивается от 450 до 500 м. Согласно СНиП при движении автомобиля с расчетной скоростью 33,3 м/с расстояние видимости поверхности дороги должно быть не менее 175 м, а расстояние видимости встречного автомобиля не менее 350 м.

    Эти данные показывают, что даже на дорогах высших катего­рий обгон, сочетаемый с разгоном, практически трудно осущест­вим даже при относительно небольшой скорости обгоняемого ав­томобиля, так как гарантированные расстояния видимости меньше безопасных путей обгона. На дорогах же низших категорий, имеющих небольшую ширину проезжей части, где выезд автомо­билей на левую сторону наиболее вероятен, нормируемые расстоя­ния видимости допускают обгоны лишь весьма тихоходных транс­портных средств, движущихся со скоростью 7-8 м/с. При недоста­точных расстояниях видимости водители вынуждены сокращать дистанции безопасности в начале и, в особенности, в конце обгона, что часто приводит к нарушению требований безопасности. Чрез­мерное приближение к переднему автомобилю может быть причи­ной аварии в случае неожиданного его торможения. Уменьшение второй дистанции безопасности и «срезание угла», иногда практи­куемое водителями в конце обгона, также опасны, так как при ошибке в расчете происходит столкновение автомобилей.

    В случае обгона, сочетаемого с разгоном, большое значение имеет приемистость автомобиля. Чем больше максимальное уско­рение автомобиля, тем быстрее будет закончен обгон. Так, если принять D1 = D2 = 30 м и L1 = L2 = 5 м, то при j = 0,2 м/с2 для обго­на автомобиля, двигающегося со скоростью 10 м/с, необходимы время не менее 27 с и расстояние около 335 м. При увеличении ус­корения до 0,4 м/с2 время обгона уменьшается до 19 с, а путь обго­на - до 260 м.

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

     

    Яндекс.Метрика