4.9. Совершенствование системы управления и подвески, повышение устойчивости автомобиля Введение

Обычная реакция водителей, которые попадают в неожиданную и опасную ситуацию, - это нажать на тормоза, вывернуть руль или сделать то и другое вместе. Быстрые повороты руля иногда могут быть необходимы для того, чтобы избежать ДТП (Allen, 1987). Но наряду с этим это может привести к тому, что водитель потеряет контроль над транспортным средством, результатом чего будет ДТП. При маневрировании в критической ситуации характеристики автомобиля могут быть совершенно иными, чем в обычных условиях движения. Высокие качества управляемости и амортизации в соединении с высокой устойчивостью позволяют выполнять все обычные маневры и в дополнение к этому практически неизбежные "критические маневры" без утраты контроля над транспортным средством.

В официальной статистике ДТП Норвегии не регистрируется, какие маневры водитель совершил в момент, предшествующий ДТП. Не регистрируется также, сколько ДТП приводит к опрокидыванию автомобиля. В США случай опрокидывания регистрируется. В 1994 году доля ДТП с опрокидыванием составляла 2,2% из всех ДТП с материальным ущербом, 3,8% из всех ДТП с травматизмом и 11,0% из всех ДТП с гибелью людей (US Department of Transportation, National Highway Traffic Safety Administration, 1995). Эти цифры показывают, что опрокидывание повышает степень тяжести происшествия. Опрокидывание увеличивает вероятность выброса пассажира или водителя из автомобиля и повреждения, вызванные столкновением с элементами интерьера салона автомобиля, например с потолком, который вжимается вовнутрь.

Имеются исследования, в которых попытались выяснить связь технического состояния автомобиля, в первую очередь, его управляемости (системы управления), с относительным риском аварийности. В США обнаружили, что 21% автомобилей-участников ДТП имело дефекты или неисправности системы управления. Риск аварийности удваивается у тех автомобилей, которые имеют неисправные системы управления по сравнению с автомобилями с исправным управлением (Jones og Stein, 1989).

Управляемость, амортизация и устойчивость должны позволять водителю выполнение всех наиболее часто используемых маневров, а также все маневры в критических ситуациях, которые могут быть предвидены, без того, чтобы автомобиль вышел из-под контроля водителя. Управление, амортизация и устойчивость как в отдельности, так и в сочетании должны быть выполнены таким образом, чтобы вероятность ДТП как следствия конструктивных недостатков, износа, плохой компоновки и/или поведения водителя за рулем была бы сведена до минимально низкого уровня.

Описание мероприятий

Требования к осям, рессорам и амортизаторам устанавливаются органами власти. В настоящем разделе рассматривается влияние на ДТП следующих характеристик, связанных с управляемостью, амортизацией и устойчивостью автомобиля:

• холостой ход и люфт руля;

• все четыре колеса управляемые;

• люфт в подвеске;

• соотношение между центром тяжести и шириной колеи автомобиля (индекс устойчивости);

• переборки против ударов от всплеска жидкости в автоцистернах.

Влияние на аварийность

Влияние на снижение количества ДТП тех мероприятий, которые перечислены ниже, не подтверждено результатами какихлибо исследований. Относительный риск частично известен, но он не подтвержден данными исследований. Факторы, которые влияют на уровень риска, также хорошо известны. Только в исключительных случаях отдельные факторы были предметом экспериментальных исследований.

Управляемость автомобиля

Управляемость автомобиля определяется, в частности, конструкцией, центром тяжести, степенью устойчивости, шириной колеи, распределением веса и амортизацией транспортного средства. Общим и важным фактором является соотношение между центром тяжести (высота) и шириной колеи (ширина) и влияние этого соотношения на устойчивость и тем самым на управляемость. Узкая колея и высокий центр тяжести делают автомобиль неустойчивым и трудным для управления, особенно в критической ситуации (Allen, 1987; Robertson og Kelley, 1989; Harwin og Brewer, 1991; Whitfield og Jones, 1995). Заднее расположение двигателя приводит к смещению центра тяжести назад и повышает опасность неуправляемости автомобиля на высокой скорости. Эту проблему можно уменьшить путем повышения давления в шинах задних колес. Подобная проблема может возникнуть, если автомобиль имеет переднее расположение двигателя, но багажное отделение перегружено.

Особые условия движения могут привести к тому, что автомобиль теряет сцепление с дорогой и управляемость, и устойчивость снижаются. Это происходит на скользкой дороге при повороте, прежде, чем автомобиль принимает угол бокового увода. Особенно опасной станет ситуация тогда, когда задняя часть автомобиля скользит сильнее, чем передняя, в результате чего автомобиль вынужден начать вращающееся движение. При всех скоростях сцепление задних колес с дорогой должно быть лучше, чем передних (Strandberg, 1989). Поэтому представляется опасным ездить на шинах с более глубоким рисунком протектора спереди чем сзади. В такой ситуации на влажном дорожном покрытии может произойти явление аквапланирования автомобиля.

Проверка на испытательных полигонах показала, что риск потерять контроль над управлением легкового автомобиля с такими конструктивными недостатками как большой свободный ход руля и люфт в амортизаторах был не так уж велик. Водители автомобилей с большим свободным ходом руля компенсировали в большинстве случаев этот недостаток (Arnberg og Odsell, 1978). Способность избежать столкновения с препятствием на проезжей части была, наоборот, наиболее высокой, когда холостой ход в руле отсутствовал. Определенный люфт руля существует всегда как следствие износа, но слишком большой люфт руля весьма опасен. Здесь следует напомнить, что отмеченный в исследовании люфт был не больше, чем этого можно было ожидать в качестве результата износа от эксплуатации автомобиля. Количество водителей-испытателей в этом исследовании было невелико и поэтому его нельзя считать представительным для всех водителей.

Американское исследование показало, что большегрузные транспортные средства с дефектами системы управления имеют двойной риск аварийности по сравнению с подобными транспортными средствами с полностью исправным рулевым управлением (доверительный интервал 1,2-3,4) (Jones og Stein, 1989). У транспортных средств, которые были отстранены от движения из-за значительных дефектов рулевого управления, риск аварийности был 1,9-кратным по сравнению с теми автомобилями, у которых рулевое управление было в порядке.

Когда автомобиль поворачивает, его задние колеса движутся по более крутой траектории, чем передние. В этом случае автомобиль занимает дополнительную площадь, и эта потребность в площади увеличивается при увеличении расстояния между осями. Потребность в площади может быть снижена за счет снижения расстояния между осями и улучшения подвески. Потребность в площади для плечевых трейлеров и прицепов может быть снижена за счет применения управляемых задних осей. Но, с другой стороны, управляемая задняя ось оказывает на устойчивость отрицательное влияние. В Норвегии большегрузные грузовые автомобили с максимальным допускаемым грузом могут использоваться только на тех дорогах, где условия управления позволяют свободное маневрирование без управляемой задней оси. Неровное дорожное покрытие влияет на управляемость автомобиля, особенно на кривых в плане (Magnusson og Arnberg, 1977). На исключительно неровной дороге управляемость может стать нулевой. В такой ситуации свойства автомобиля, в частности, состояние амортизаторов, имеют особенно большое значение.

Имеется одно немецкое исследование о возможном влиянии четырех ведущих колес (Gies, 1991). Считается, что четыре управляемых колеса дают большую устойчивость при резком повороте автомобиля. Одновременно существует риск, что система четырех управляемых колес дает водителю ложное субъективное впечатление о безопасности, что может привести к повышению его риска аварийности.

Подвеска/амортизация

Исследования в связи с люфтом в подвеске легковых автомобилей показали, что это обстоятельство не оказывает на водителя существенного влияния (Arnberg og Odsell, 1978). В ходе исследований этот люфт не был большим, чем тот, которого можно было ожидать вследствие обычного износа при эксплуатации. Тормозные свойства , а также способность автомобиля воспринимать боковые силы, зависят от сцепления между шинами колес и дорожным покрытием. С точки зрения безопасности дорожного движения важно, чтобы на неровной дороге сцепление было максимальным (Bunis и другие, 1978). Исследование, имитирующее работу подвески и амортизационные свойства прицепа, показало, что их невозможно определить по отдельности. Ведь сцепление шин колес прицепа с дорожным покрытием зависит от комбинация подвески и амортизации. Относительно мягкая подвеска дает лучшее сцепные качества и позволяет более "мягкую" езду на неровной дороге, чем жесткая подвеска. В США в 1980-е годы велась оживленная дискуссия об опрокидываемости/устойчивости автомобиля модели Jeep CJ. Риск опрокидывания этой модели был относительно высокий - автомобиль опрокидывался в 12-20 раз чаще, чем средний показатель для всего автомобильного парка (Robertson, 1989). Несмотря на это, производитель продолжал развивать модели, в которых центр тяжести находился высоко по отношению к ширине колеи. Разработка более совершенной системы подвески, видимо, рассматривается как возможное объяснение тому, что не найдено идеального соотношения между центром тяжести и шириной колеи, а также устойчивости к опрокидыванию.

Устойчивость

Статистика о ДТП показывает, что одни типы автомобилей более подвержены опрокидыванию, чем другие (Robertson og Kelley, 1989; Whitfield og Jones, 1995). Проблемы устойчивости наиболее важны для тяжелых транспортных средств, особенно когда последствия ДТП с опрокидыванием могут быть гораздо более тяжелыми, чем при опрокидывании легкового автомобиля. В английском исследовании, в ходе которого проводились эксперименты по крупномасштабным ДТП с опрокидыванием, было показано, что плечевые трайлеры с грузом и центром тяжести на высоте 2,5 м над уровнем дорожного покрытия могут опрокидываться при скорости всего 24 км/ч на повороте с радиусом 20 м (Kemp и другие, 1978). В этом исследовании сделан вывод о том, что сопротивление плечевого трайлера опрокидыванию можно увеличить за счет:

• обеспечения стабильности груза;

• снижения уровня центра тяжести в загруженном тягаче;

• уменьшения зазоров / повышения жесткости при новых разработках конструкции навесного соединения;

• установки более менее жестких амортизаторов в подвеске тягача,

• применения системы раннего предупреждения водителей об опасности опрокидывания.

Автопоезд с полуприцепом, как правило, имеет более высокий центр тяжести чем легковой автомобиль и, следовательно, он более подвержен опрокидыванию. Центр тяжести может перемещаться в нежелательном направлении в результате неправильного размещения груза или пассажиров, когда транспортное средство предназначено для перевозки пассажиров. Перемещение центра тяжести груза может привести к неустойчивости автомобиля и его опрокидыванию.

Перемещение центра тяжести груза вперед в автопоезде также может повысить устойчивость. Давление на ось должно быть меньше сзади, но при этом следует избегать того, чтобы автопоезд с полностью загруженным тягачом буксировал за собой пустой тягач, или наоборот. А в остальном, следует предъявлять более жесткие требования к устойчивости прицепа, чем тягача в автопоезде, например, при маневре объезда препятствия (Strandberg, 1978). Водитель не может согласовывать управление всем автопоездом с динамическими свойствами прицепа. Водитель обладает ограниченными возможностями узнать чтолибо о движениях прицепа и понять благодаря этому, какие маневры являются недопустимыми при соответствующей нагрузке (Strandberg, 1978).

Если дело специально касается автоцистерн, то устойчивость на случай опрокидывания зависит прежде всего от формы цистерны, степени заполнения, силы удара при всплеске жидкости в цистерне и интенсивности работы рулем. При 100-процентном заполнении существует лишь небольшая разница в пределе опрокидывания между цистернами с круглой, эллипсоидной и сверхэллипсоидной формой (Strandberg, 1978). В этом шведском исследовании боковой устойчивости на экспериментальных цистернах эллипсоидная форма цистерны с тремя переборками против ударов от всплесков жидкости оказалась наиболее устойчивой против опрокидывания даже при изменении частоты работы рулем. Это положение действительно также при 50-процентном и 75-процентном заполнении цистерны. При наличии вертикальных поперечных переборок резонанс движения жидкости смещается в сторону более высоких частот, хотя вполне вероятно, что в реальном дорожном движении это происходит гораздо реже (Lindstrom, 1977). При большем количестве переборок достигается более высокая частота резонанса.

Другая группа автомобилей, которая является весьма подверженной опрокидыванию, - это легкие джипы и подобные им автомобили универсального назначения, а также небольшие пикапы. Эти транспортные средства нередко имеют высокий центр тяжести по отношению к ширине колеи (Whitfield og Jones, 1995). Сопоставление риска опрокидывания между легковыми автомобилями и специальными моделями автомобилей компании Ford Bronco (1974-87 гг.) показало, что относительный риск опрокидывания для последних - 6-11-кратный по сравнению с первыми (Robertson, 1989). Джипы моделей Jeep CJ-5 (1963-1987 гг.) и Jeep CJ-7 (1976-86 гг.) имели 20 и 12-кратный риск опрокидывания. Особый момент опасности заключается в том, что пассажиры сидят выше, чем центр тяжести автомобиля. Риск опрокидывания обычного легкового автомобиля относительно низок благодаря тому, что пассажиры сидят на уровне центра тяжести автомобиля или ниже него.

При изучении риска опрокидывания некоторых моделей автомобилей был сделан вывод о существовании тесной зависимости между риском опрокидывания и соотношением ширины колеи и центра тяжести. Широкие и низкие автомобили имеют низкий риск опрокидывания, зато узкие и высокие автомобили имеют высокий риск (Robertson, 1989; Robertson og Kelly, 1989; Harwin og Brewer, 1991; Whitfield og Jones, 1995). На точную форму этой зависимости влияет ряд особенностей, в частности, система подвески, расстояние между осями (длина автомобиля), масса и соотношение веса пассажиров к весу автомобиля. Зависимость весьма устойчивая. Согласно исследований (Robertson, 1989) она дает основание для разработки требований для устойчивости транспортных средств. Имеется тесная зависимость также между расстоянием между осями и риском опрокидывания (Harwin og Brewer, 1990; 1991). Значение устойчивости, которое нередко применяется, - соотношение между половиной ширины колеи машины и высотой центра тяжести от земли. Анализ регрессии показывает, что существует прямая зависимость между этим соотношением и ДТП с опрокидыванием автомобиля (Harwin og Brewer, 1990). Значение соотношения, равное 1, дает наиболее высокое число ДТП, но количество ДТП приближается к нулю, когда соотношение приближается к 1,5-1,6. Все названные выше исследования были сделаны в США, можно предположить, что аналогичная зависимость существует и для европейских и американских автомобилей.

Влияние на пропускную способность дорог Большегрузные автомобили с плохими амортизационными свойствами могут сильно повредить дорожные покрытия (Magnusson и другие, 1984). Транспортное средство вызывает минимальную нагрузку на проезжую часть дороги тогда, когда оно имеет правильно отрегулированную подвеску и амортизаторы и минимальное демпфирование сцепления шин колес с дорожным покрытием. Шины должны иметь низкую вертикальную жесткость и низкое давление на контактную поверхность между колесом и дорожным покрытием. Давление на дорогу уменьшается при большом расстоянии между осями и отдельно подвешенных колесах вместо жестких осей. Было показано, что воздушные амортизаторы является более "щадящими" для кузова автомобиля и пассажиров, чем традиционная система подвески с плоскими рессорами, но это не обязательно означает снижение воздействия на дорожную одежду (Transportforskningkomissionen, 1984). Решающими являются не типы подвески, а амортизационные способности этих подвесок.

Разрушение дорожной одежды может привести к снижению пропускной способности дороги и к потребности в проведении текущего ремонта дорожного покрытия, во время которого снижается скорость движения.

Остается открытым вопрос о том, могут ли улучшенные системы управления, амортизации и устойчивости привести к изменению поведения участников дорожного движения таким образом, что они будут способствовать повышению уровня безопасности, который обеспечивается данными мерами по отдельности и в совокупности (Elvik, 1988). Известно, что водители могут "компенсировать" холостой ход рулевого управления и люфт подвески, будучи более осторожными при движении (Arnberg og Odsell, 1987).

Влияние на окружающую среду Возможным косвенным влиянием повышенной устойчивости транспортных средств на окружающую среду является, например, снижение количества ДТП с участием автоцистерн с потенциально высокой тяжестью последствий для людей и природы в связи с типом груза и его утечкой. Это могут быть выбросы бензина, нефти, пропана, хлора, других химикалий с возможностью пожара, взрыва или загрязнения окружающей среды.

Затраты

Не найдено количественных данных о стоимости улучшения управляемости автомобиля, его устойчивости и улучшения подвески.

Эффект от средств, вложенных на реализацию мероприятий В связи с анализом причин снижения аварийности в США было предположено, что улучшение управляемости, амортизации и устойчивости на одну десятую часть позволило сократить количество ДТП с опрокидыванием автомобиля со смертельным исходом примерно в 9 случаях из 100000 зарегистрированных автомобилей (Robertson, 1989). Расходы, связанные с подобным улучшением, однако, неизвестны. Поэтому невозможно рассчитать эффект от вложенных на мероприятия средств. По отдельным мероприятиям также не имеется информации, позволяющей определить их эффективность.