 |
Активная безопасность транспортных средств
|
|
|
|
Активная безопасность - свойства транспортного средства предотвращать ДТП и снижать вероятность его возникновения. Активная безопасность проявляется в период, соответствующий начальной фазе ДТП, когда водитель в состоянии изменить характер движения транспортного средства.
Активная безопасность определяет комплекс конструктивных мероприятий, таких как:
обеспечение хорошей управляемости и устойчивости автомобиля, эффективного и стабильного замедления его при резком торможении, наличие хороших динамических качеств, долговечности узлов и деталей, эргономических качеств рабочего места водителя и мест пассажиров (хорошая обзорность с места водителя, вентиляция, уровень вибрации и шума) и т.д.
Тягово-скоростные свойства. Для транспортных средств тягово-скоростные свойства определяются параметрами двигателя и трансмиссии, массой и расположением центра масс, аэродинамическими параметрами и характеризуются следующими показателями:
• максимальная скорость движения по прямому горизонтальному участку дороги с твердым покрытием в сухом состоянии;
• время достижения заданной скорости движения;
• скоростная характеристика разгона на каждой передаче;
• максимальный подъем, преодолеваемый транспортным средством при движении с постоянной скоростью на низкой передаче;
• длина пути движения транспортного средства по инерции до полной остановки.
Тягово-скоростные свойства оказывают решающее влияние на такой сложный и опасный маневр, как обгон.
Заложенные в конструкции автомобилей большие динамические возможности, с одной стороны, противоречат требованиям правил дорожного движения о допустимых максимальных скоростях 60 и 90 км/ч соответственно в населенных пунктах и вне их, с другой - обеспечивают эффективное маневрирование автомобиля с улучшенной динамикой и позволяют предотвратить случаи возникновения ДТП на дороге.
|
|
|
Совершенствования конструкции автомобиля с целью улучшения его тяговой динамики возможны путем уменьшения массы автомобиля за счет применения легких сплавов и пластмасс, повышения удельной мощности на 1 л рабочего объема двигателя, уменьшения габаритных размеров, повышения качества обработки деталей трансмиссии и подбором надлежащих сортов масел. Для улучшения аэродинамических характеристик автомобилей выступающие части делают минимальных размеров, придают автомобилю более совершенную форму.
Тормозные свойства. Необходимая эффективность тормозных систем обеспечивается следующими требованиями:
• минимальная длина тормозного пути;
• наименьшее время срабатывания тормозов;
• одновременное начало торможения колес по мостам автомобиля;
• высокая эффективность торможения во всех условиях эксплуатации и при разных нагрузках (в пределах допустимой);
• сохранение устойчивости и управляемости при экстренном торможении;
• сохранение эффективности тормозной системы во влажном или нагретом состоянии;
• высокая надежность (эффективность действия тормозной системы должна быть постоянной в течение всего срока службы, а вероятность отказа - минимальной);
• необходимая интенсивность торможения при незначительных усилиях на педали тормоза.
Различают служебное и экстренное торможение.
Служебным называют торможение, заранее предусмотренное водителем с целью планируемой остановки или снижения скорости. В таких случаях торможение производится плавно, торможению содействуют сопротивление деформации пневматических колес, инерция вращающихся масс автомобиля, в том числе возможно использование сопротивления, создаваемого двигателем.
|
|
|
Экстренное торможение выполняется с целью остановки для предотвращения наезда на неожиданно появившееся препятствие. Экстренное торможение характеризуют остановочным и тормозным путем.
Остановочный путь - расстояние, которое проходит транспортное средство с момента обнаружения водителем опасности до момента полной остановки:
S o = S р + S cp + S н + S т,
где S р, S ср, S н - путь, проходимый транспортным средством соответственно за время реакции водителя, срабатывания тормозной системы, нарастания замедления; S т - путь торможения.
Значения составляющих остановочного пути определяются по формулам:
S p= t p υ a; S cp = t cp υ a; S cp = 0,5tн υ a; S т = 
/ (2gφ),
где t p - время реакции водителя, с (зависит от его возраста, квалификации, состояния здоровья и других факторов, изменяется в достаточно широких пределах от 0,2 до 2,5 с, в среднем для расчета может быть принято t p = 0,6...0,8 с); υ a - скорость автомобиля, м/с; t cp - время срабатывания тормозного привода, с (зависит главным образом от типа привода и его технического состояния, в среднем для гидравлического привода t cp = 0,05...0,15 с, для пневматического привода t cp = 0,2...0,4.с); t н -время нарастания замедления, с (зависит от типа тормозного привода, состояния дорожного покрытия, массы автомобиля, в среднем для сухого твердого покрытия может быть принято t н = 0,4...0,6 с); g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; φ - коэффициент сцепления шин с дорогой (зависит от состояния шин и дорожного покрытия).
Тормозной путь - часть остановочного пути, т.е. расстояние, проходимое транспортным средством от начала до конца торможения:
S торм = S сp + S н + S т.
Правила дорожного движения регламентируют тормозной путь и максимальное замедление автомобилей (для легковых автомобилей максимальное замедление автомобилей 6,8 м/с2, тормозной путь 12,2 м при скорости 40 км/ч и 38 м - при скорости 80 км/ч).
Согласно международным и отечественным требованиям в конструкции автомобиля должны быть предусмотрены рабочая, запасная, стояночная и вспомогательная тормозные системы. Рабочая тормозная система является основной и предназначена для регулирования скорости автомобиля в любых условиях движения. Запасная система используется в случае отказа рабочей системы, а стояночная удерживает неподвижный автомобиль на месте. Вспомогательная тормозная система нужна для поддержания скорости автомобиля постоянной в течение длительного времени. Часто на автомобилях в качестве запасной системы используется один из контуров рабочих тормозов, а в качестве вспомогательной - двигатель. Для безопасности автомобиля наибольшее значение имеет рабочая тормозная система.
|
|
|
Для обеспечения безопасности автомобиля тормозная система должна удовлетворять следующим требованиям:
• время срабатывания тормозной системы должно быть минимальным, а замедление автомобиля - максимальным при всех условиях эксплуатации;
• тормозные силы на колесах должны нарастать плавно;
• работа тормозной системы не должна вызывать потери устойчивости автомобиля;
• усилия, необходимые для приведения тормозной системы в действие и перемещения рабочих органов управления (педали, рычаги), не должны превышать физических возможностей водителя.
Для улучшения тормозных свойств и активной безопасности автомобиля применяют регуляторы, обеспечивающие более полное использование сцепления с дорогой каждым колесом. Это достигается перераспределением тормозных усилий на колесах за счет изменения усилий в тормозных механизмах в зависимости от скольжения колес.
Для уменьшения времени срабатывания и увеличения тормозного момента на автомобилях применяют усилители тормозов, автоматическую регулировку зазоров между тормозными накладками и диском (в дисковых тормозах) и между накладками и барабаном (в барабанных тормозах), а также антиблокировочные системы, позволяющие увеличить тормозную силу на колесах за счет предотвращения полной блокировки колес при торможении.
В большинстве легковых автомобилей в настоящее время применяют передние дисковые и задние барабанные тормоза в силу большей эффективности дисковых тормозов и увеличения опорных реакций на передних колесах при торможении.
Надежность шин является важным элементом активной безопасности. Основным требованием к использованию шин является остаточная высота рисунка протектора, которая должна быть не менее:
|
|
|
1,6 мм - для легковых автомобилей;
1 мм - для грузовых автомобилей;
2 мм - для автобусов.
Для прицепов и полуприцепов нормы остаточной высоты рисунка протектора шин устанавливаются аналогично нормам для шин тягачей.
Безопасность автомобиля достигается также информированностью водителя о состоянии тормозной системы автомобиля. На комбинации приборов в поле зрения водителя располагаются сигнальные устройства, информирующие о состоянии тормозной системы. Примером может служить контрольная лампа уровня тормозной жидкости. На контрольную лампу могут быть выведены также сигналы от индикаторов износа тормозных накладок. Сигнальное устройство (световое и (или) звуковое) информирует водителя о неисправности тормозов и способствует предотвращению ДТП.
Устойчивость. Способность противостоять заносу (скольжению) и опрокидыванию называется устойчивостью транспортного средства.
Критерием оценки продольной устойчивости служит максимальный уклон подъема, преодолеваемый с постоянной скоростью без пробуксовывания ведущих колес.
Критический угол подъема зависит от вида транспортного средства и значения коэффициента сцепления φ; например, для автопоездов при φ = 0,3 критический угол не превышает 4...6°.
Критериями поперечной устойчивости являются максимально возможные скорости движения по окружности и углы поперечного уклона дороги (косогора). Поперечная устойчивость оценивается:
критической скоростью движения на кривой в плане, соответствующей началу заноса или скольжения транспортного средства;
критической скоростью движения на кривой в плане, соответствующей началу опрокидывания;
критическим углом косогора, при котором возникает поперечное скольжение транспортного средства;
критическим углом косогора, соответствующим началу опрокидывания транспортного средства.
Критическое значение угла косогора по условиям опрокидывания транспортного средства для легковых автомобилей составляет 40...50°, для грузовых - 30...40°, для автобусов - 25...30°.
Критические (максимальные) скорости по условию опрокидывания (υ опр) и заноса (υ зан) определяются по формулам:
где k д - коэффициент, учитывающий поперечный крен кузова вследствие деформации подвески, k д = 0,85...0,95; g - ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с2; b - ширина колеи автомобиля, м; R п - радиус поворота, м; h ц - высота центра масс автомобиля, м; φ - коэффициент сцепления шин с дорогой.
|
|
|
Потеря устойчивости автомобилем может быть вызвана неправильными режимами управления (торможение, разгон, резкий поворот рулевого колеса), а также неправильным выбором скорости движения (без учета состояния дорожного покрытия и влияния окружающей среды).
Конструктивно улучшить устойчивость автомобиля можно путем оптимального выбора геометрии подвески колес, применением широкопрофильных шин, равномерным распределением массы автомобиля по осям. Применение передних ведущих колес также позволяет повысить устойчивость автомобиля.
Для примера рассмотрим поведение переднеприводного автомобиля при заносе ведущей оси. Очевидно, что ось автомобиля, нагруженная тяговым усилием, проявляет склонность к заносу больше, чем ненагруженная.
Если под действием поперечного возмущения передняя ось автомобиля смещается вправо со скоростью 
(рис. 6.2, а), скорость передней оси 
будет равна сумме векторов 
, где 
= 
- скорость прямолинейного движения автомобиля до заноса.
Автомобиль начнет поворачиваться по часовой стрелке вокруг точки О1, лежащей на продолжении задней оси автомобиля и называемой мгновенным полюсом поворота.
Вследствие этого появляется возникновение центробежной силы 
, продольная доставляющая 
которой складывается с вектором силы тяги 
и никакого влияния на дальнейшее поведение автомобиля практически не оказывает. Поперечная составляющая центробежной силы 
создает вращающий момент относительно мгновенного полюса поворота О1, направленный против часовой стрелки, т.е. против направления вращения автомобиля. Таким образом, у переднеприводного автомобиля центробежная сила, возникающая при заносе, стабилизирует автомобиль, т. е. противодействует заносу.
Поведение заднеприводного автомобиля при заносе ведущей оси принципиально отличается от рассмотренного выше.
Если под действием поперечного возмущения задняя ось автомобиля смещается влево со скоростью (рис. 6.2, б), ее скорость 
будет также равна сумме векторов и автомобиль начнет поворачиваться по часовой стрелке вокруг мгновенного полюса поворота О2.
Однако в этом случае возникающая центробежная сила 
«помогает» заносу, так как составляющая создает вращающий момент относительно мгновенного полюса поворота О2, направленный по часовой стрелке, т.е. в направлении вращения автомобиля, что ухудшает его курсовую устойчивость по сравнению с переднеприводным автомобилем.
Управляемость. Способность изменять направление движения в соответствии с воздействием водителя на рулевое управление при наименьших затратах механической и физической энергии называется управляемостью транспортного средства. Управляемость транспортного средства подразумевает выполнение следующих требований:
• качение управляемых колес автомобиля при криволинейном движении должно происходить без бокового скольжения;
• углы поворотов управляемых колес должны иметь необходимое соотношение;
• должна быть обеспечена стабилизация управляемых колес;
• должны быть исключены произвольные колебания управляемых колес;
• углы увода передней и задней осей должны иметь определенное соотношение.
Один из наиболее важных компонентов управляемости - чувствительность автомобиля к повороту руля, которая характеризует степень изменения траектории движения автомобиля
Рис. 6.2. Схема сил, действующих при заносе переднеприводного (а)
и заднеприводного (б) автомобиля:
- вектор силы тяги автомобиля; , - соответственно продольная и поперечная составляющая центробежной силы ; , - соответственно продольная и поперечная составляющая скорости осей; , - скорость соответственно передней и задней оси автомобиля; О1, О2 - полюсы поворота автомобиля; - скорость прямолинейного движения автомобиля до заноса
при определенном повороте руля и зависит от передаточного отношения рулевого управления, кинематики и жесткости подвески, колес, параметров шин.
На управляемость автомобиля, прежде всего, влияет техническое состояние ходовой части и органов управления.
С точки зрения компоновочной схемы предпочтительнее являются переднеприводные автомобили, однако на скользкой дороге большая устойчивость характерна для заднеприводных автомобилей.
Маневренность. Способность изменять направление движения в горизонтальной плоскости на минимальной площади называется
Рис. 6.3. Показатели маневренности одиночного автомобиля (а),
тягача с прицепом (б), тягача с полуприцепом (в):
R в - радиус поворота внутреннего колеса; R н - радиус поворота наружного колеса; В а - ширина одиночного автомобиля; В н - ширина коридора движения; В п - ширина прицепа; параметры без штриха относятся к одиночному автомобилю, со штрихом - к тягачу с прицепом, с двойным штрихом - к тягачу с полуприцепом
маневренностью транспортного средства. Показателями маневренности (рис. 6.3) являются ширина коридора движения на повороте В н и минимальный радиус поворота наружного управляемого колеса R н. Увеличение длины транспортного средства приводит к снижению его маневренности и ухудшению характеристик транспортного потока.
Ширина транспортного средства определяет коридор движения, т.е. ширину полосы проезжей части, необходимой транспортному средству при движении по условиям безопасности (рис. 6.4). Увеличение занимаемого коридора движения объясняется отклонением транспортных средств от прямолинейного движения с увеличением скорости.
Рис. 6.4. Коридор движения на однополосной (а) и двухполосной (б) дороге:
В а - статическая ширина автомобиля; В д - динамическая ширина автомобиля; В к - коридор движения; С - зазоры безопасности; - направление движения автомобиля
Рис. 6.5. Зависимость ширины коридора В к движения от скорости движения транспортных средств:
1 - грузовые автомобили; 2 - легковые автомобили; ширина автомобиля В а = 2,5 м;
ширина полосы движения В п.д = 3,75 м
Чем выше скорость, тем больше занимаемый коридор В к движения (рис. 6.5) и тем, следовательно, шире требуется полоса движения транспортному средству по условиям безопасности движения:
В к = В а +3,6 Кυn + С,
где В а - ширина автомобиля (транспортного средства); К - эмпирический коэффициент,
К = 0,01...0,05;
n - показатель степени, принимаемый равным или меньше единицы в зависимости от типа транспортного средства;
С - зазор безопасности, принимаемый 0,3...1 м в зависимости от типа транспортного средства.
Коридор движения автопоезда при достижении сравнительно высокой скорости движения (40 км/ч и более) в результате поперечных колебаний прицепа в горизонтальной плоскости может достигнуть значения, угрожающего безопасности движения. Причем опасность возникает не только для других участников движения, но и для самого автопоезда в результате потери устойчивости прицепа, ухудшения управляемости всего автопоезда.
Кроме того, эти колебания вызывают значительные нагрузки на элементы автопоезда, особенно на тягово-сцепное устройство, что может привести к его поломке. Повышение критической скорости по условиям устойчивости автопоезда достигается увеличением базы прицепа (полуприцепа) и смещением центра тяжести к сцепному устройству.
Информативность. Важную роль в обеспечении активной безопасности играет информативность транспортного средства как свойство транспортного средства, позволяющее обеспечивать участников движения необходимой информацией. Различают внешнюю и внутреннюю информативность (рис. 6.6). Внешняя информативность - обеспечение водителя внешней информацией. Внутренняя информативность - обеспечение водителя информацией о состоянии транспортного средства.
Информативность может быть визуальной, звуковой и тактильной.
Внешняя визуальная информативность транспортного средства включает в себя:
пассивную информативность, определяемую как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию без затрат энергии.
Рис. 6.6. Схема информативности транспортного средства
К ним относятся форма, размеры, цвет кузова и световозвращающие устройства;
активную информативность, определяемую как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию с определенными энергетическими затратами. К ним относятся системы освещения, световая и звуковая сигнализации.
Обязательным элементом автономной системы освещения транспортных средств являются головные фары, обеспечивающие дальнее и ближнее освещение. Минимальный комплект приборов световой сигнализация современных транспортных средств включает в себя:
сигнал торможения;
габаритные огни (передние и задние);
указатели поворотов (передние и задние);
фонарь освещения номерного знака;
знак автопоезда.
Дополнительно на транспортном средстве могут устанавливаться широкоугольные противотуманные фары, фары-прожекторы, фары заднего хода.
Основные параметры внешней световой сигнализации (цвет, размеры, сила света, режим работы), их число и расположение, углы видимости регламентируются стандартами, в которых определены требования к обеспечению надежного восприятия передаваемой информации; необходимо исключение ослепления и дискомфортности зрительного восприятия.
Основным показателем эффективности системы освещения транспортного средства является безопасная скорость движения, 
которая определяется по формуле, получаемой из условия равенства необходимой дальности видимости и остановочного пути:
где υ б - безопасная скорость движения по условиям видимости, м/с; Т = t р + t ср + t д - суммарное время реакции водителя и срабатывания тормозов, с; t р - время реакции водителя, с; t ср - время срабатывания тормозного привода, с; t д - дополнительное время реакции, необходимое для восприятия препятствия в темное время суток, с; S e - дальность видимости препятствий, м; j - установившееся замедление, м/с2.
Дальность видимости S e зависит от расстояния освещения S осв:
S e = S осв – μυа,
где μ - эмпирический коэффициент, зависящий от динамики восприятия освещаемых объектов в поле зрения; υа - скорость движения транспортного средства, м/с.
Поправка μυа учитывает тот факт, что с увеличением скорости движения транспортного средства сокращается расстояние, на котором объект может быть обнаружен, так как в динамических условиях восприятия обнаружение объекта требует большей его освещенности.
Критерием безопасности может служить коэффициент видимости k вид, представляющий собой отношение величин дальности видимости S e и остановочного пути So, или коэффициент опасности движения k о.д -величина, обратная коэффициенту видимости:
k вид = S e/ S o; k о.д = 1/ k вид = S о/ S e.
Зависимости k вид и k о.д от скорости движения транспортного средства для различных значений S e представлены на рис. 6.7.
Коэффициент опасности движения k о.д при скорости движения, близкой к нулю, отличен от нуля (соответственно k вид ≠ ∞), так как остановочный путь So включает в себя время реакции водителя и время срабатывания тормозного привода и нулю равен быть не может.
При скорости движения υ = 0 коэффициенты теряют смысл, так как движение отсутствует.
Существуют исследования влияния на безопасность движения окраски транспортного средства, которая должна обеспечивать световой и цветовой контраст с дорожным покрытием.
Особенности цвета транспортного средства следующие:
• красный - кажется, что транспортное средство движется быстрее и находится на более близком расстоянии, чем на самом деле. Пешеходы стараются держаться дальше от транспортных средств красного цвета;
Рис. 6.7. Зависимость коэффициентов видимости k вид и опасности движения k о.д от скорости:
Se1, S e2, S e3 - различные значения дальности видимости
• зеленый - пожилые люди не осознают опасности перехода дороги перед приближающимися транспортными средствами зеленого цвета;
• белый - безопаснее, чем другие, но зимой белый цвет транспортного средства менее заметен, чем другие цвета;
• серый - особенно опасен на обочине без сигнальных огней в сумерки и темное время суток. Пожилые люди испытывают затруднения по определению расстояния до транспортных средств темных или серых оттенков;
• желтый - наиболее безопасен, поскольку заметен на всех фонах (снежный, грунтовая дорога, асфальтобетонное покрытие).
Цвета с большим коэффициентом отражения (яркие), а также многоцветовая гамма при кратковременном наблюдении возбуждающе действуют на водителя, что способствует выделению транспортных средств в транспортном потоке.
При длительном наблюдении такие цвета оказывают утомляющее действие. Таким образом, красный и желтый цвета и их оттенки следует применять для окраски небольших по размеру транспортных средств. Грузовые автомобили, автобусы необходимо окрашивать в холодные цвета (зеленый, голубой, синий и их оттенки). Это снимает напряжение зрения и уменьшает утомляемость водителей встречных транспортных средств.
Большое значение в безопасности дорожного движения имеет обзорность с места водителя. Обзорность определяется размерами окон, расположением водителя (т.е. высотой положения глаз водителя относительно поверхности дороги), расположением стоек кабины, формой и высотой капота, расположением и размерами стеклоочистителей, устройств обдува и обогрева лобового стекла, числом и размерами зеркал заднего вида.
С 1 января 2000 г. введен в действие ГОСТ Р 51266 - 99 «Автомобильные транспортные средства. Обзорность с места водителя. Технические требования. Методы испытаний», гармонизированный с соответствующими директивами Европейского союза.
Настоящий стандарт распространяется на автомобильные транспортные средства категорий Ml, M2, М3, N1, N2, N3, в том числе троллейбусы, и устанавливает технические требования и методы испытаний в отношении передней обзорности с места водителя.
Стандарт не распространяется на транспортные средства, оборудованные кузовами (кабинами), производство которых начато до 1 января 1977 г.
Рабочее место водителя. Рациональная организация рабочего места водителя имеет большое значение для безопасности дорожного движения, повышения производительности труда, сохранения здоровья водителя.
Обитаемость - характеристики среды, определяющие уровень комфорта (микроклимат, загазованность, эргономические свойства, шум и вибрации, плавность хода) и эстетические качества рабочего места водителя.
Микроклимат определяется температурой, влажностью и скоростью воздуха. Приемлемыми температурами являются значения 17...24 °С, оптимальными - 20...22 °С.
Температурное воздействие на организм (прежде всего, интенсивность теплообмена) существенно зависит от влажности и скорости воздуха. Допустимая относительная влажность воздуха составляет 30...70 %.
Влияние микроклимата на состояние водителя представлено в табл. 6.1.
Рекомендуемая скорость воздуха в салоне транспортного средства примерно 1 м/с.
Считается, что вентиляция кабины грузового автомобиля должна обеспечивать при закрытых окнах не менее чем 20-кратный воздухообмен. При этом подача свежего воздуха в кабину или салон в зимний период должна составлять 0,5...0,8 м3/мин, в летний - 1...2,4 м3/мин.
Важным фактором, влияющим на безопасность дорожного движения, является чистота воздуха в кабине (салоне) транспортного средства (табл. 6.2).
Шум оказывает вредное воздействие на органы слуха, кору головного мозга: снижается внимание, увеличивается время реакции, затрудняется восприятие сигналов других транспортных средств, слуховой контроль работы агрегатов своего автомобиля.
Уровень шума до 70...75 дБ считается нормальными условиями, уровень 80...85 дБ является уже вредным. Болевые ощущения возникают при уровне шума 130 дБ и выше.
Действие шума определяется не только его интенсивностью, но и частотой. Среднечастотные шумы (350...800 Гц) и высокочастотные (свыше 800 Гц) более вредны, чем низкочастотные (200... 300 Гц).
Таблица 6.1
|
|
|
