Тема 2. Активная безопасность автомобиля

2.1. Факторы, влияющие на активную безопасность атс

Основная масса транспортных потоков составляют автомобили (около 80-85%). Соответственно в среднем из общего числа ДТП происшествия с автомобилями составляет 80-85 %, с тракторами и самоходными механизмами – 10-15%, с мотоциклами – 2-3%, с трамваями и троллейбусами – 1-2%. Поэтому безопасность транспортных средств изучают в первую очередь применительно к автомобилю.

Как известно, к эксплуатационным свойствам автомобиля относятся динамичность, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, проходимость, плавность хода, надежность, вместимость или грузоподъемность и др. Особое эксплуатационное свойство автомобиля является конструктивная безопасность, которое зависит от указанных свойств и требующее новые конструктивные решения.

Как было указано выше, конструктивная безопасность АТС включает в себя: активную, пассивную, послеаварийную и экологическую.

Активная безопасность автомобиля зависит от его габаритных и массовых параметров, тяговой и тормозной динамичности, устойчивости, управляемости, информативности.

Возможность реализации эксплуатационных свойств, заложенных в конструкцию автомобиля, зависит от оборудования рабочего места водителя, от его соответствия требованиям эргономики, а также от дорожных условий и окружающей среды. Соответственно, предложенная классификация является условным. Очевидно, что автомобиль должен быть безопасным в любое время эксплуатации и в любых дорожных ситуациях независимо от срока его эксплуатации.

2.2. Компоновочные параметры автомобиля, их влияние на безопасность

Для обеспечения безопасности дорожного движения все транспортные средства должны удовлетворять требованиям, ограничивающим их размеры и массу. Такие требования во всех странах устанавливаются в законодательном порядке, поскольку геометрические параметры (габаритная длина L_a, ширина В_а, база L автомобиля) имеет огромное значение для формирования транспортного потока и для его безопасности.

Как известно, ширина динамического коридора В_а зависит от размеров и скорости движения автомобиля. Часто для определения динамического коридора (м) на прямолинейном участке используют эмпирические формулы следующего типа (формула профессора Д.П.Великанова):

(2.1)

Здесь коэффициент 0,015 отражает психофизическое состояние водителя.

Строительные нормы и правила (СНиП) предусматривает для дорог интенсивного движения выше 3000 автомобилей в сутки ширину полосы движения 3,75. На основании наблюдений установлена примерная безопасная ширина дорог для АТС различных видов:

- легковые автомобили 2,8-3,1 м;

- грузовые автомобили 3,5-4,2 м;

- крупногабаритные грузовые

автомобили и троллейбусы 3,7-4,5 м.

Для автопоездов ширина динамического коридора возрастает с увеличением скорости значительно быстрее вследствие угловых колебаний прицепов и полуприцепов (виляние).

Еще более заметно влияние геометрических параметров автомобиля на безопасность при поворотах и на криволинейных участках дороги. Ширину динамического коридора при этом можно определить по формуле

(2.2)

где R_н и R_в – соответственно наружный и внутренний габаритные радиусы поворота автомобиля (рис.); L^’ – расстояние от заднего моста до передней части L^’=l+C (L – база, С – передний свес).

Уширение дороги на кривых участках, рекомендуемое СниП, находится в пределах 0,2 (при R_н=550-700 м) до 1,5 (при R_н=15 м).

Учитывая большое влияние геометрических параметров АТС на безопасность движения, рекомендуются следующие их максимально доступные значения (м):

1. Габаритная ширина В_а - 2,5

2. Габаритная длина:

- одиночного автомобиля 12 (L_a+C_п+С_з)

- тягача с прицепом или полуприцепом 20

- тягача с несколькими прицепами 24.

Например, у КамАЗа-5320: L_a =7,14; В_а=2,5; Н_а=3,37; L= 3,85; L^’=5,12; R_н=9,3; В_д(В_к) =4,5 м (для крутого поворота).

Рис.2.1.Динамический коридор на прямолинейном участке дороги:

а – поворот одиночного автомобиля; б – поворот автопоезда;

Полоса движения автопоезда на повороте имеет сложную конфигурацию (рис.). С внешней стороны она ограничена траекторией края переднего крыла или бампера тягача, а с внутренней стороны – задним углом прицепа. Ширина динамического коридора при входе в поворот и при выходе из него примерно равна габаритной ширине автопоезда и достигает максимального значения приблизительно в середине:

(2.3)

где R₀ – радиус кривизны круговой траектории, по которой движется середина заднего моста тягача; В_а, L,C – ширина, база и передний свес соответственно; С_к – сдвиг заднего моста прицепа относительно моста тягача.

Для первого прицепа С_к0,71,0 м при движении автопоезда по минимальной дуге, для второго 1,42,0 м. Соответственно, ширина динамического коридора автопоезда значительно больше, чем грузовика. Так, для грузового автомобиля с прицепом при R₀=6 м и С_к=1 В_д(max) 6 м. Поэтому при наличии автопоездов скорость транспортного потока снижается.

Для улучшения маневренности автопоезда и уменьшения В_д перспективны прицепы с управляемым передними колесами, что позволит следовать прицепу по колее тягача.

Весовые (массовые) параметры

Масса АТС для безопасности движения имеет косвенное значение, ее влияние в основывается на сроках службы дорожного покрытия. Однако, при фронтальных столкновениях или при других видах ДТП масса может играть определенную роль, т.к. кинематическая энергия удара пропорциональна массе.

Тяговая динамичность автомобиля

Как известно, тяговая динамичность имеет первостепенное значение для эффективной эксплуатации автомобилей. Для безопасности движения необходимо, чтобы скорость в любой момент точно соответствовала дорожным условиям и возможностям водителя. Это существенно зависит от тяговой динамичности.

При оценке тяговой динамичности автомобиля используют такие измерители, как скорость, ускорение, время и путь разгона или наката, от которых зависит и безопасность АТС.

Из теории автомобиля известно уравнение автомобиля, связывающие силы, действующие на него при разгоне на подъем (рис.)

(2.4)

где Р_Т – сила тяги на ведущих колесах автомобиля; Р_И – приведенная сила инерции автомобиля; Р_Д=Р_К+Р_П – сила сопротивления дороги (Р_К – сопротивление дороги качению колес, Р_П - сила сопротивления подъему); Р_в – сила сопротивления воздуха.

Рис. 2.2. Силы, действующие на автомобиль при разгоне на подъеме.

Сила тяги Р_Т представляет собой отношение момента на полуосях ведущих колес при равномерном движении к радиусу колеса r _k

(2.5)

где r_k=r₀, r₀ – свободный радиус колеса,  - коэффициент деформации шин (для шин низкого давления 5 атм, 0,930,935); i_ТР и _ТР – передаточное число и КПД трансмиссии (_ТР 0,880,92 для легковых, _ТР=0,80,9 для грузовых).

Эффективный крутящий момент М_е двигателя, работающего с полной нагрузкой, определяют графо-аналитическими методами и вычисляют по эмпирическим формулам следующего вида

(2.6)

где N_emax –максимальная мощность двигателя; _N – угловая скорость коленчатого вала при N_emax; а,в,у – эмпирические коэффициенты (для четырехтактных карбюраторных двигателей а=в=с=1, для четырехтактных дизелей – а=0,53; в=1,56; с=1,09).

Поскольку скорость автомобиля связана с угловой скоростью  коленчатого вала следующим выражением

(2.7)

то

, (2.8)

где v_N –скорость автомобиля, соответствующая максимальной мощности двигателя (м/с).

Например, у автомобиля ВАЗ 2103 а КамАЗ 5320 .

Сила сопротивления дороги

(2.9)

где G- вес автомобиля, н; f- коэффициент сопротивления качению;  - угол продольного уклона дороги (на подъем  считается положительным, а на спусках отрицательным, знак «минус» в формуле).

Коэффициент сопротивления качению f зависит главным образом от типа и состояния шин и дороги, а также от скорости движения автомобиля. Он может быть рассчитан приближенно по эмпирической формуле

(2.10)

где - коэффициент сопротивления качению при малых скоростях движения; - эмпирический коэффициент равный в среднем 1400-1600. Для дорог с твердым покрытием а f при км/ч равен 0,012-0,018; для сухой укатанной грунтовой дороги f=0,03-0,05.

Давление в шинах также влияет на f - при снижении давления f увеличивается.

Как известно, выражение (fcos+sin) называют коэффициентом сопротивления дороги _п . Тогда

. (2.11)

Силой сопротивления воздуха называют равнодействующую элементарных сил, распределенных по всей поверхности автомобиля, а точкой ее приложения называют метацентром.

Сила сопротивления воздуха

(2.12)

где К_в – коэффициент сопротивления воздуха или обтекаемости, ; F_в – лобовая площадь автомобиля, м²; W_B – фактор обтекаемости.

Коэффициент К_в численно равен силе сопротивления воздуха, создаваемой 1 м² лобовой площади автомобиля при его движении со скоростью 1 м/с. У легковых автомобилей коэффициент обтекаемости К_в 0,20-0,35 , F_в= 1,6-2,8 м², у грузовых - К_в 0,6-0,7 , F_в= 3,0-5,0 м².

Приведенная сила инерции Р_и пропорциональна массе автомобиля и ускорению j

, (2.13)

где М_а – масса автомобиля с нагрузкой; - коэффициент учета вращающихся масс,

(2.14)

где J_M-момент инерции маховика и деталей двигателя, связанные с ним, кгм²; J_k –суммарный момент инерции всех колес, кгм².

Для случая движения автомобиля с отсоединенным от трансмиссии двигателем (при накате) коэффициент учета вращающихся масс определяют по формуле

. (2.15)