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 тяжести, аэродинамическими качествами 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 из передач;

• максимальный подъем, преодолеваемый при движении с постоянной скоростью на низкой передаче;

• длина пути движения 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 ПДД о допустимых максимальных скоростях 60 и 90 км/ч 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 транспортных средств обеспечивается следующими требованиями:

• минимальная длина тормозного пути;

• наименьшее время срабатывания тормозной системы;

• 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 транспортного средства 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 транспортного средства 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:

где S_p, S _ср, S_H — путь, проходимый транспортным средством соответственно за время реакции водителя, срабатывания тормозной системы, нарастания замедления; S_T — путь торможения.

Значения слагаемых S_o определяются по формулам

где t_p — время реакции водителя (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 0,6...0,8 с); v_a — скорость автомобиля, м/с; t_cp — время срабатывания тормозного привода (зависит главным образом от типа привода и его технического состояния, в среднем для гидравлического привода составляет 0,05... 0,15 с, для пневматического привода — 0,2...0,4 с); t_H — время нарастания замедления (зависит от типа тормозного привода, состояния дорожного покрытия, массы автомобиля, в среднем для сухого твердого покрытия может быть принято 0,4...0,6 с); g — ускорение свободного падения, g = 9,8 м/с²; Ф — коэффициент сцепления шин с дорогой (зависит от состояния шин и дорожного покрытия).

Тормозной путь — часть остановочного пути, расстояние, проходимое транспортным средством от начала до конца торможения:

Правила дорожного движения регламентируют тормозной путь и максимальное замедление автомобилей (для легковых автомобилей максимальное замедление равно 6,8 м/с², тормозной путь равен 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 тормозная система используется в случае отказа рабочей системы, а стояночная удерживает неподвижный автомобиль на месте. Вспомогательная тормозная система нужна для поддержания скорости движения автомобиля постоянной в течение длительного времени. Часто на автомобилях в качестве запасной тормозной системы используют один из контуров рабочих тормозов, а во 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 устанавливают аналогично нормам для шин тягачей.

Безопасность автомобиля достигается также информированностью водителя о состоянии тормозной системы автомобиля. На панели приборов в поле зрения водителя располагают 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 сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающим скольжение или опрокидывание, 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 ср, например для автопоездов при ф = 0,3 критический угол подъема 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 составляет для легковых автомобилей 40...50°, для грузовых — 30...40°, для автобусов — 25...30°.

Критические (максимальные) скорости движения по условию опрокидывания (v_onp) и заноса (v_зан) определяют по формулам

где к_Д — коэффициент, учитывающий поперечный крен кузова вследствие деформации подвески, к_а = 0,85...0,95; g — ускорение свободного падения, g - 9,8 м/с²; Ъ — ширина колеи автомобиля, м; R_n — радиус поворота, м; /г_ц — высота центра масс автомобиля, м; ф — 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 воздействием поперечного возмущения передняя ось автомобиля смещается вправо со скоростью v_y (рис. 9.6, а), скорость передней оси v_{ будет равна сумме векторов v_x+v_y, где v_x = v — скорость прямолинейного движения автомобиля до заноса. Автомобиль начнет поворачиваться по часовой стрелке вокруг точки О\, лежащей на продолжении задней оси автомобиля и называемой мгновенным полюсом поворота. Вследствие этого появляется возникновение центробежной силы С, продольная составляющая С_х которой складывается с вектором силы тяги Р и никакого влияния на дальнейшее поведение автомобиля практически не оказывает. Поперечная составляющая центробежной силы С_у 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 v_y (рис. 9.6, б), ее скорость v₂ будет также равна сумме векторов v_x + v_y и автомобиль начнет поворачиваться по часовой стрелке вокруг мгновенного полюса поворота О₂. Однако в этом случае возникающая центробежная сила С = С_х + С_у «помогает» заносу, так как составляющая С_у 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 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 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 предпочтительными являются переднеприводные автомобили, однако на скользкой дороге большая устойчивость характерна для заднеприводных автомобилей.

Информативность. Важную роль в обеспечении активной безопасности играет информативность транспортного средства как свойство транспортного средства, позволяющее обеспечивать участников дорожного движения необходимой информацией. Различают внешнюю и внутреннюю информативность.

Внешняя информативность — обеспечение водителя внешней информацией (пространственное положение и состояние дороги в поле зрения водителя, транспортные ситуации в потоке), обеспечение информацией других участников дорожного движения об изменениях траектории и скорости движения транспортного средства, его габаритах и т.д. Внешняя информативность определяется системой освещения, световой и звуковой сигнальными системами (активная информативность), обзорностью (условия видимости из кабины), формой, размерами и окраской кузова, наличием катафотирующих (светоотражающих) устройств (пассивная информативность).

Внутренняя информативность — обеспечение водителя информацией о состоянии транспортного средства.

Обязательным элементом автономной системы освещения транспортных средств являются головные фары, обеспечивающие дальнее и ближнее освещение. Минимальный комплект приборов световой сигнализации 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 приборов 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, исключению ослепления и дискомфортности зрительного восприятия.

Существуют исследования влияния на БДД окраски автомобиля, которая должна обеспечивать световой и цветовой контраст с дорожным покрытием. Цвета с большим коэффициентом отражения (яркие), а также многоцветовая гамма при кратковременном наблюдении возбуждающе действуют на водителя, что способствует выделению автомобиля в транспортном потоке. При длительном наблюдении такие цвета оказывают резко утомляющее действие. Поэтому красный и желтый цвета и их оттенки следует применять для окраски небольших по размеру автомобилей. Грузовые автомобили, автобусы необходимо окрашивать в так называемые холодные цвета (зеленый, голубой, синий и их оттенки). Это снимает напряжение зрения и уменьшает утомляемость водителей встречных транспортных средств.

Большое значение для БДД имеет обзорность с места водителя. Обзорность определяется размерами окон, расположением водителя (т.е. высотой положения глаз водителя относительно поверх-

ности дороги), расположением стоек кабины, формой и высотой капота, расположением и размерами стеклоочистителей, устройств обдува и обогрева ветрового стекла, числом и размерами зеркал заднего вида.

Рабочее место водителя. Рациональная организация рабочего места водителя имеет большое значение для БДД, 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 значениями температуры являются 17...24°С, а оптимальными — 2О...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. 9.16.

Рекомендуемая скорость воздуха в салоне автомобиля примерно 1 м/с. Считается, что вентиляция кабины грузового автомобиля должна обеспечивать при закрытых окнах не менее чем двадцатикратный воздухообмен. При этом подача свежего воздуха в кабину или салон в зимний период должна составлять 0,5...0,8 м³/мин, а летом I... 2,4 M³/MHH.

Важным фактором, влияющим на БДД, является чистота воздуха в кабине (салоне) автомобиля (табл. 9.17).

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 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. Среднечастот-ные шумы (350...800 Гц) и высокочастотные (свыше 800 Гц) более вредны, чем низкочастотные (200...300 Гц). Длительное воздействие громких высокочастотных шумов вызывает головные боли. Нормы предельного уровня шума в кабине составляют от 75 до 85 дБ в зависимости от типа транспортного средства.

Источниками вибраций и колебаний являются работающие двигатель и агрегаты транспортного средства, неровности дороги. Вибрации и колебания характеризуются частотой и амплитудой, скоростью и ускорением колебательного движения. Чем больше частота вибраций, тем меньше может быть допустимая амплитуда колебаний. Собственные частоты колебаний частей человеческого тела составляют 4---5 Гц для области таза, 4...8 Гц для области брюшной полости, до 30 Гц для области головы. Собственная частота колебаний всего тела составляет примерно 5 Гц. Если при

движении автомобиль испытывает колебания, кратные частоте колебаний тела человека или его частей, возможны резонансные колебания, что резко повышает утомляемость водителя, так как вызывает общее напряжение тела и увеличивает расход энергии.

Эргономические свойства — показатели, характеризующие соответствие размера, формы сидений и органов управления транспортным средством антропометрическим параметрам.

Управление автомобилем требует высококоординированных действий и движений, быстроты и точности двигательных реакций. Длительное пребывание в условиях ограниченной подвижности, однообразие рабочей позы и движений вызывают нарушение координации. Требуется обеспечение условий, соответствующих физиологическим возможностям человека.

Компоновка кресла водителя должна способствовать удобной посадке водителя (прежде всего правильное положение позвоночника), обеспечивающей наименьшие физические затраты и состояние постоянной готовности в течение длительного времени. Это достигается определенным соотношением размеров элементов сиденья, возможностью регулировки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, изменением наклона спинки сиденья, амортизирующими устройствами и материалами сиденья.

При разработке конструктивных решений органов управления автомобилем (расположение, форма, размеры и т.д.) учитывают их функциональное назначение, значимость, частоту пользования, очередность пользования. Кроме того, конструкции органов управления должны обеспечивать:

экономию движений (число движений и траектории должны быть минимальны);

простоту и законченность движений (последнее предполагает, что окончание предыдущего движения должно быть удобным для начала следующего);

размещение в оптимальной зоне досягаемости рук и ног водителя;

равномерное распределение нагрузки на руки и ноги.