§ 9. Плавность хода автомобиля

1. Значение плавности хода автомобиля для безопасности движения

Плавностью хода называют свойство автомобиля двигаться по неровным дорогам без больших колебаний подрессоренных масо (кузова). Основным источником колебаний являются неровности до­рожного покрытия. Динамические нагрузки, сопровождающие ко­лебания, приводят к поломкам деталей автомобиля и ускоренному изнашиванию трущихся поверхостей. При колебаниях повышается сопротивление движению, вследствие увеличения потерь энергии на трение в элементах ходовой части автомобиля возрастает рас­ход топлива. На неровных дорогах водитель вынужден снижать скорость, вследствие чего падает производительность подвижного состава.

Ухудшение безопасности движения при больших колебаниях автомобиля связано с повышенным утомлением водителя и возмож­ностью отрыва колес от дороги.

Колебания характеризуются амплитудой, частотой, скоростью, ускорением. Наибольшее применение для оценки плавности хода получили частота собственных колебаний и ускорение, которые уда­лось непосредственно связать с ощущениями человека. Организм человека привык к вертикальным перемещениям при спокойной ходьбе и хорошо приспособлен к частотам 1,7—2,5 Гц. Длительные вынужденные колебания с частотой до 3—5 Гц и значительной ам­плитудой могут вызвать морскую болезнь вследствие периодическо­го смещения крови в сосудах. При частоте 5—11 Гц наблюдаются расстройства, вызванные возбуждением вестибулярного аппарата, а также резонансными колебаниями отдельных органов (желудка, кишечника, печени) и тела в целом. Колебания с частотой 11—45 Гц вызывают тошноту, рвоту. Ухудшается зрение в связи с колеба­нием глазных яблок. Сильные колебания с частотой свыше 45 Гц мо­гут привести к серьезному заболеванию — вибрационной болезни. Вибрационная чувствительность человека находится в пределах 15—1500 Гц. При колебаниях с низкой частотой (15—18 Гц) орга­низм различает отдельные циклы. Колебания с более высокой часто­той (вибрации) воспринимаются слитно.

Ускорения вызывают кратковременные увеличения нагрузок и раздражения вестибулярного аппарата, работа которого связана с многими функциями организма. Пороговые значения линейных ус­корений, воспринимаемые вестибулярным аппаратом, невелики (около 0,1 м/с²) и в несколько раз меньше фактических, испытывае­мых людьми при движении автомобиля.

Восприятие колебаний сопровождается напряжением мышц тор­са. У сидящего человека колебания передаются на позвоночник, вызывая его деформацию. Для водителей, имеющих большой стаж работы на автомобиле, характерны пояснично-седалищные боли (ишиас). Так, у водителей грузовых автомобилей, работавших в средних дорожных условиях, ишиас наблюдался в 3 раза чаще, а у работавших в плохих дорожных условиях, в 5 раз чаще, чем у во­дителей легковых автомобилей. Колебания вредно отзываются и на внутренних органах человека, не имеющих твердой опоры и подвер­женных перемещениям при толчках.

Для психофизиол6гическб1Гдеятельности водителя, управляюще­го автомобилем, характерны повышенные требования к оператив­ному мышлению, постоянная готовность к экстренным действиям, высокая персональная ответственность. Длительные колебания даже небольшой интенсивности приводят к снижению работоспособности — утомлению. Под влиянием утомления уменьшается прежде все­го готовность водителя к немедленному экстренному действию — бдительность. Утомленный водитель, наблюдая дорожную ситуацию, представляет ее себе упрощенно, упускает существенные детали. Прогнозирует развитие дорожной ситуации водитель также упрощен­но, уменьшая число ожидаемых событий. Если на дороге сложит­ся ситуация, не предусмотренная водителем, возможно происшест­вие. При утомлении ухудшается и моторная деятельность водите­

ля, его движения становятся медленными, вялыми, возрастает число ошибочных и пропущенных действий. Согласно международ­ному стандарту, регламентирующему оценку воздействия вибрации самоходных машин, средств транспорта и оборудования на челове­ка, установлены предельные значения среднего квадратического ускорений. Эти значения нормированы в зависимости от направ­ления и продолжительности действия ускорений для трех ступеней: предела воздействия, порога снижения производительности труда, порога снижения комфорта.

				1/
//			У/ Л1мин
У/			16 "25мин
/ i		о
/		^ 8ч

0,63

I 0,25

Рис. 34. Зависимости ускорений

§ 0,10

£ |

1,6 4,0 10,0 25,0 Частота воздействия о)

1,6 w 10,0 25,0 Гц Частота воздействия■

от частоты и продолжительности стоия:

S)

воздеи-

а — вертикальные ускорения; б — горизонтальные ускорения

На рис. 34 показаны кривые ускорений, соответствующие поро­гу снижения производительности труда при различной частоте и продолжительности воздействия (от 1 мин до 8 ч). Для определения предела воздействия указанные значения увеличивают вдвое, а для определения нижней границы комфорта уменьшают в 3,15 раза. На­иболее чувствительны для человека частоты в диапазоне 4—8 Гц, при которых ощущения соответствуют ускорениям. Такие же ощу­щения для других частот соответствуют большим ускорениям при меньшей продолжительности колебаний.

Для защиты водителя и пассажиров от вредных воздействий коле­баний улучшают характеристику сидений. Сиденье делают отдель­ным от спинки. Подушки сидений обычно имеют жесткость 80—120 Н/см у легковых автомобилей и 150—200 Н/см у грузовых автомоби­лей и автобусов. В целях поглощения вибраций, шума и уменьше­ния давления тела человека на подушку в верхней ее части устраи­вают матрац из ваты, губчатой резины, поролона. Для гашения ко­лебаний человека на подушке в сплошном (фанерном) днище си­денья делают небольшие отверстия. Воздух, проходя через отверс­

тия при перемещениях человекя, создает дополнительное сопротив­ление, что позволяет быстрее гасить колебания.

Частота собственных колебаний пассажира на сиденье находит­ся в пределах 2,0—3,0 Гц, а при особенно комфортабельных сидень­ях снижается до 1,0—1,5 Гц. При мягкой подвеске автомобиля сиденья делают сравнительно жесткими. У автомобилей с жесткой подвеской, напротив, применяют мягкие сиденья.

2. ОТРЫВ КОЛЕС ОТ ДОРОГИ

Воздействие дороги на автомобиль зависит от формы неровнос­тей, их размеров и чередования. В зависимости от длины различают импульсные неровности (длиной до 0,3 м), выбоины (длиной 0,3— 6,0 м), ухабы (длиной 6—25 м) и уклоны (длиной более 25 м) В зависимости от высоты не­ровности делят на шерохова­тости (высота до 1 см), впади­ны и выступы (высота до 30 см) и препятствия-выбоины (глубже 30 см), канавы, рвы, пороги.

Распределение неровно­стей по дороге, их форма и размеры носят случайный ха­рактер, вследствие этого и колебания автомобиля носят такой же характер. Однако среди хаотически распределенных не­ровностей часто удается выделить участки с периодически повторя­ющимися неровностями — волнами. На асфальтобетонном покры­тии размеры волн зависят от интенсивности движения и состава тран­спортного потока. Для городских дорог длина волны составляет 3— 5 м, для загородных достигает 8 м. На дорогах с интенсивным дви­жением волны могут образоваться через 1—2 года после укладки по­крытия. При движении автомобиля по таким участкам возможно совпадение частот собственных и вынужденных колебаний—резо­нанс и, как следствие, отрыв колеса от дороги.

Рис. 35. Наезд колеса на неровность:

а) 6)

а — при небольшой скорости; б — при боль­шой скорости

Колеса могут оторваться от дороги также при проезде автомоби­лем единичной неровности (рис. 35). В момент отрыва жесткого ко­леса от горизонтальной поверхности на него в месте контакта с не­ровностью действует реакция дороги R_n, проходящая через центр колеса. Эту силу можно представить в виде равнодействующей двух сил: касательной силы R_x и вертикальной R_z. Касательная реакция является результатом воздействия на неровность силы тяги ведущих колес и горизонтальной силы инерции, возникающей вследствие за­медления автомобиля. При наезде автомобиля с небольшой скоро­стью на неровность силы инерции невелики и вертикальная состав­ляющая R_z незначительна. При наезде автомобиля с большой ско­

ростью на неровность замедления достигают больших значений и вертикальная реакция превосходит силу тяжести, приходящуюся на передний мост. Колесо отрывается от дороги, а большие продоль­ные силы создают момент, вызывающий «клевок» автомобиля вперед. В результате «клевка» пассажиры наклоняются вперед и при отсут­ствии ремней безопасности могут удариться о ветровое стекло, щи­ток приборов и другие детали.

Удары о неровности смягчаются благодаря шинам, которые обла­дают способностью поглощать при деформации колебания, вызван­ные мелкими неровностями, сглаживать толчки от выступов. Поэто­му неровности дорог, длина которых меньше длины зоны контакта шины, а высота меньше ее статического прогиба, практически не влияют на колебания автомобиля.

При ударе колеса о неровность на него помимо вертикальной и касательной сил действуют также большие поперечные нагрузки. Поэтому при отрыве обоих передних колес от дороги они одновре­менно могут повернуться на некоторый угол незаметно для водите­ля; когда затем автомобиль опустится, то передние колеса будут катиться под некоторым углом к прежнему неправлению. При боль­шой скорости автомобиля через короткий промежуток времени воз­можен выход его за пределы дороги и, как следствие, тяжелая ава­рия.