«В. А. МОЛОДЦОВ БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по ...»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Тамбовский государственный технический университет»

В. А. МОЛОДЦОВ

БЕЗОПАСНОСТЬ

ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области

транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Технология транспортных процессов» (профили подготовки:

«Организация и безопасность движения», «Расследование и экспертиза дорожно-транспортных происшествий») Тамбов • Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ» • УДК 653.13 (075.8) ББК О311-082.05я М Р еце нз е нты:

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Организация перевозок и безопасность движения» ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

В. П. Белокуров Заместитель начальника Управления транспорта Тамбовской области, заслуженный работник транспорта России И. П. Медведев Молодцов, В. А.

М75 Безопасность транспортных средств : учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Технология транспортных процессов» (профили подготовки : «Организация и безопасность движения», «Расследование и экспертиза дорожно-транспортных происшествий») / В. А. Молодцов. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2013. – 236 с. – 500 экз. – ISBN 978-5-8265-1222-7.

Рассмотрены теоретические аспекты безопасности транспортных средств, даны определения понятиям активной, пассивной, послеаварийной и экологической безопасности. Приведены требования к уровню конструктивной и эксплуатационной безопасности транспортных средств в сфере обеспечения безопасности дорожного движения. Подготовлено в соответствии с Федеральным образовательным стандартом 190700.62 «Технология транспортных средств».

Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров «Технология транспортных процессов»

(профили подготовки «Организация и безопасность движения», «Расследование и экспертиза дорожно-транспортных происшествий»).

УДК 653.13 (075.8) ББК О311-082.05я © Федеральное государственное бюджетное ISBN 978-5-8265-1222- образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ»),

ВВЕДЕНИЕ

Транспорт – одна из ключевых отраслей рыночной экономики.

В современный период глобализации дальнейшее развитие экономики немыслимо без чёткого и своевременного транспортного обеспечения по всей цепи снабжения – производство–сбыт. От надёжности работы транспорта во многом зависит трудовой ритм предприятий промышленности, строительства, сельского хозяйства и т.д.

Автомобильный транспорт является составной частью единой транспортной системы нашей страны, который обеспечивает комплексные перевозки во взаимодействии с другими видами транспорта, являясь концевым звеном подвоза в цепи доставки грузов, либо промежуточным звеном, связывающим другие виды транспорта.

Ежегодно парк автомобилей и объём перевозок грузов и пассажиров автомобильным транспортом увеличиваются значительно быстрее, чем на других видах транспорта.

Возрастающая интенсивность эксплуатации автотранспортных средств и существенный рост их числа сопровождается всё большим масштабом негативных воздействий.

К числу наиболее отрицательных факторов, обусловленных автомобилизацией, относятся дорожно-транспортные происшествия (ДТП), их последствия, характеризующиеся ранениями и гибелью людей, материальным ущербом от повреждения транспортных средств, грузов и т.п., а также отрицательное влияние на окружающую среду, вызывающее неизбежное ухудшение экологической обстановки.

Несмотря на осуществляемые мероприятия по повышению безопасности дорожного движения наибольший резонанс имеют ДТП, связанные с травмированием и гибелью людей.

Ежедневно в Российской Федерации погибает до 100 человек и 600 получают ранения разной степени. Социально-экономический ущерб от ДТП в России составляет 2,5 – 3,5% от ВВП. Следовательно, решение проблемы повышения безопасности дорожного движения является одной из кардинальных проблем автомобилизации.

На безопасность дорожного движения оказывает влияние большое количество факторов. Основными факторами являются: водитель, автомобиль, дорога, среда, которые рассматриваются как элементы единой системы «ВАДС».

Обеспечить безопасность дорожного движения в системе ВАДС – значит добиться минимально возможного числа ДТП и числа пострадавших в условиях автомобилизации: роста числа автомобилей и увеличения скоростей движения.

Определённое влияние на безопасность движения оказывают условия дорожного движения, повышается аварийность, возрастает число столкновений транспортных средств и наездов на пешеходов, увеличиваются загрязнение воздуха и уровень шума.

Конечной целью обеспечения безопасности дорожного движения является создание высокоэффективных транспортных средств на основе рационального использования возможностей человека и технических средств с минимальным негативным воздействием последних.

Большую роль в обеспечении безопасности дорожного движения играет безопасность транспортных средств. Требования к уровню конструктивной и эксплуатационной безопасности транспортных средств постоянно повышаются. Можно с уверенностью сказать, что многие жизни пострадавших при ДТП в России можно было бы спасти при обеспечении более высокого уровня активной, пассивной и послеаварийной безопасности конструкций автомобилей.

Автомобильная промышленность выпускает транспортные средства, в основном отвечающие современным требованиям, однако условия эксплуатации настолько сложны и разнообразны, что нельзя установить предел совершенства конструкции, которую можно было бы признать эталоном по всем параметрам. Особенно это справедливо по отношению к безопасности автомобиля, который представляет собой потенциальный источник повышенной опасности для людей.

Эта опасность чрезвычайно возросла на сегодняшний день, когда вследствие безудержного роста мощности двигателя и скоростей движения автомобилей, безопасность движения превратилась в социальную проблему первостепенной важности.

Учитывая многолетний положительный опыт многих экономически развитых стран мира в области безопасности дорожного движения, в том числе с помощью разработки и совершенствования систем безопасности автомобилей, можно с уверенностью предположить, что перспективы развития отечественного автомобилестроения также связаны с применением на практике опыта передовых автомобильных держав в области безопасности транспортных средств (БТС).

Можно выделить основные направления работ по улучшению безопасности движения:

– повышение квалификации водителей, разработка и внедрение навигационных систем, помогающих выбрать наилучший маршрут движения;

– разработка и совершенствование систем информационного обеспечения водителя, систем предупреждения различного рода опасностей, а также рекомендаций о необходимых действиях в сложившейся дорожной ситуации;

– разработка и внедрение современных систем БТС, позволяющих обеспечить высочайший уровень показателей движения автомобиля (устойчивости, управляемости, тормозной динамики и т.д.), а также уменьшить тяжесть последствий ДТП как фактора, повышающего общий уровень безопасности движения.

Учитывая актуальность проблем, связанных с безопасностью дорожного движения, а именно с конструктивной и эксплуатационной безопасностью автомобиля, основной целью учебного пособия является подготовка инженерных кадров транспортно-дорожного комплекса в сфере управления и безопасности на транспорте.

В целях улучшения уровня теоретических знаний студентов в сфере безопасности транспортных средств в данной работе большое внимание уделяется теоретическим подходам.

Данное учебное пособие разработано в соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом по направлению 190700.62 «Технология транспортных процессов» и рабочей программой учебной дисциплины «Безопасность транспортных средств».

Оно рекомендуется для изучения дисциплин «Безопасность транспортных средств», «Экологическая безопасность на транспорте», вариативной части профессионального цикла рабочего учебного плана ФГБОУ ВПО «ТГТУ», соответствующих направлению подготовки бакалавров 190700.62 «Технология транспортных процессов» с профилями подготовки «Организация и безопасность движения», «Организация перевозок и управление на транспорте», «Расследование и экспертиза дорожно-транспортных происшествий».

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АВТОМОБИЛИЗАЦИИ

С ПРИРОДОЙ И ОБЩЕСТВОМ

1.1. ВОЗДЕЙСТВИЕ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА ЖИЗНЬ,

ЗДОРОВЬЕ ГРАЖДАН И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Взаимодействие «автомобилизированного» общества с окружающей средой происходит в рамках автотранспортного комплекса (АПК).

Автотранспортный комплекс – сложившаяся динамическая система, включающая в качестве функциональных элементов автотранспортные средства (АТС), стационарные объекты (предприятия), необходимые для их эксплуатации, дорожно-транспортную сеть с соответствующим обустройством, участников движения.

Известно, что транспорт, включая автотранспорт, является неотъемлемой частью экономики любой страны, и он является объективной необходимостью для обеспечения её развития.

Автомобильный транспорт занимает важное место в единой транспортной сети любого государства, в том числе и России. Он перевозит более 80% грузов и выполняет половину пассажирооборота.

Это обусловлено его большой манёвренностью и оперативностью управления перевозкой пассажиров, грузов и т.д.

Эти преимущества обеспечили широкое применение автомобильного транспорта во всём мире и неуклонный рост численности подвижного состава.

В настоящее время в мире насчитывается порядка 500 млн. автомобилей, из них 78 – 80% легковых; 20 – 22% – грузовых; 0,5 – 1,0% автобусов.

К 2020 – 2025 гг. общее количество АТС в России по прогнозам учёных и специалистов достигнет 45 – 50 млн. единиц (табл. 1.1). Увеличение числа индивидуальных владельцев автомобилей и возрастание удельного веса автомобильных перевозок в общей структуре перевозок грузов и пассажиров подтверждает социально-экономические преимущества автомобильного транспорта.

1.1. Показатели перспективного развития автопарка России Уровень автомобилизации, авт./1000 человек Однако при таком значительном увеличении масштабов и росте темпов автомобилизации возникает ряд серьёзных проблем, связанных с вредными для окружающей среды и общества последствиями, которые сопровождают этот процесс.

Многогранность автомобилизации как сложной социальнотехнико-экономической системы определяет многосторонность её взаимных связей с окружающей средой. Подход современной науки к общим проблемам отношений человека и природы позволил классифицировать эти связи по двум основным направлениям: позитивные и отрицательные (рис. 1.1).

Развитие экономики и контактов между странами и людьми Стимулирование научноИстощение природных ресурсов технического прогресса, появление новых областей знаний и рабочих мест Своевременная и безопасная доставка грузов и пассажиров до пункта назначения Достижение чувства свободы, с функционированием удобства для индивида Широкие возможности для проживания и восстановления работоспособности индивидов Повышение доступности различных социальных бытовых услуг Рис. 1.1. Взаимодействие автотранспорта, общества и окружающей среды В настоящее время большую актуальность приобрела задача рационального использования природных ресурсов, особенно энергетических. Эта задача является частью глобальных проблем рационального природопользования и охраны окружающей среды. Такое положение в полной мере относится к автомобильному транспорту и автомобильной промышленности, входящим в число самых крупных потребителей различного сырья и материалов.

Современные транспортные средства стали мощным потребителем энергии. Этим во многом объясняются высокие темпы использования энергоресурсов, в балансе потребления которых ведущую роль занимают нефть и нефтепродукты. В странах Западной Европы на автомобильный транспорт расходуется около 30% нефтепродуктов, в США и Канаде – 52 – 55%, в Японии – более 20%. На автомобильном транспорте самые высокие удельные затраты топлива на единицу транспортной работы среди всех видов транспорта. Основная особенность в потреблении топливно-энергетических ресурсов по сравнению с другими материалами заключается в том, что оно в значительной степени определяется не только конструкцией автомобилей, но и условиями эксплуатации.

Конструкция автомобиля сказывается не только на его эксплуатационных свойствах, но и на количестве материалов, необходимых для изготовления, и изъятых из природы. На производство автомобилей в США расходуется около 20% стали, 7% меди, 13% никеля, 35% цинка, 50% свинца и натурального каучука. Сокращение запасов этих материалов с учётом ограниченности и невозобновляемости ресурсов вызывает обоснованную озабоченность в отношении их использования и сохранения для мирового сообщества.

Применение автомобиля как массового транспортного средства требует развития сети автомобильных дорог и строительства различных транспортных сооружений, под которые приходится отводить значительные площади, нередко в ущерб другим видам человеческой деятельности. На 1 км автомобильных дорог, в зависимости от их категории и ценности земельных угодий, приходится отводить 2 – 7 га территории. Дополнительные потери земельных угодий связаны также с усилением водной и ветровой эрозий в районе транспортной коммуникации, созданием условий, для геодинамических процессов. Строительство дороги нередко приводит к существенному изменению мощности и уровня подпочвенных вод.

Автомобилизация является мощным потребителем трудовых ресурсов. Профессия водителя автомобиля стала одной из самых массовых. Снижение трудоёмкости транспортной работы будет иметь всё большее значение при оценке эффективности функционирования транспортной системы.

Воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду сопровождается не только потреблением природных ресурсов, но и загрязнением окружающей среды. С экологических позиций загрязнение среды обитания представляет комплекс помех в экологических системах. Если уровень помех превышает возможность организма к адаптации, то это приводит к его гибели или угнетению. Возникновение помех в экологических системах может быть связано с внесением различных отходов (ингредиентное загрязнение), непроизводительными потерями энергии (параметрическое загрязнение), необратимыми изменениями естественных экологических систем (экологическое загрязнение).

Объектами ингредиентного загрязнения являются атмосфера, гидросфера и литосфера, т.е. важнейшие компоненты, составляющие среду обитания человека. Человек разомкнул круговорот веществ в природе и создал искусственные линейные цепи событий. Одну из таких цепей легко проследить на примере использования топлива на автомобильном транспорте. Нефть добывают из недр земли, перерабатывают в топливо, которое сжигают в цилиндрах двигателя. При этом образуются отходы (отработавшие газы), загрязняющие атмосферный воздух, воду и почву. Таких цепей при эксплуатации автомобилей множество. Среди ингредиентов загрязнения присутствуют сотни веществ и химических соединений, нередко очень опасных для живых организмов, в твёрдом, жидком и газообразном состоянии. Наиболее массовые из них – токсичные и нетоксичные компоненты отработавших газов (ОГ), нефтепродукты, пыль, содержащая органические и неорганические вещества, хлориды, отходы при производстве и эксплуатации автомобилей. При этом вредное воздействие увеличивается с ростом объёма движения, вредные компоненты постоянно накапливаются в окружающей среде.

При сгорании топлива в цилиндрах двигателя только часть химической энергии переходит в полезную механическую работу. Остальная энергия теряется. У лучших образцов автомобильных двигателей эти потери составляют более 55%. Часть передаваемой от двигателя к ведущим колесам энергии затрачивается на преодоление потерь в трансмиссии и сопротивления движению. Основная доля неиспользованной энергии переходит в тепло, остальная – в другие виды параметрического загрязнения.

Развитие автомобилизации ведёт к значительному преобразованию естественных экологических систем. При широком использовании автомобилей всё возрастающее число людей получают доступ к ранее закрытым для них природным комплексам, нагрузка на которые нередко превышает их рекреационные способности. В результате нарушаются привычные связи в экологических системах, сокращается количество мест, пригодных для обитания животных, снижается продуктивность системы. Под колёсами автомобилей гибнет много живых существ. В США за год число позвоночных животных, уничтоженных на дорогах, составляет около 365 млн. Дороги с интенсивным движением перерезали пути миграции животных, затруднили связи между природными комплексами. В нашей стране пока эта проблема в силу определённых причин стоит не так остро, как в США или Западной Европе, но тем не менее она уже существует в пригородной зоне ряда крупных городов и её дальнейшее обострение неизбежно.

Последствия интенсивного развития автомобилизации усугубляются социальной стороной вопроса. Глубокое проникновение автомобиля во все сферы человеческой деятельности несёт с собой не только позитивные сдвиги в образе жизни, оборотной стороной является снижение двигательной активности человека с одновременным нарастанием нервного напряжения. Как известно, сочетание гиподинамии и постоянно повышенного нервного тонуса ведёт к возникновению сердечно-сосудистых, нервных и других заболеваний. Всё это непосредственно относится к труду водителя. В последние годы резко возросло число различных заболеваний среди жителей крупных городов, связанных с загрязнением городской среды.

Одной из самых серьёзных социально-экономических проблем автомобилизации остаётся безопасность движения. В дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) в мире ежегодно погибают около 1 млн. человек, примерно 25 млн. человек получают различные травмы.

Европейцев погибает ежегодно 45 тыс. и 1,5 млн получают ранения. Ежедневно на дорогах России погибает до 100 человек, около 600 человек получают травмы различной тяжести. В результате ДТП в Российской Федерации ежегодно погибают и получают ранения свыше 250 тыс. человек. На дорогах за последние 7 лет погибло 7900 детей в возрасте до 16 лет, были травмированы более 166 тыс.

детей.

Демографический ущерб от ДТП и их последствий за 2004 – 2010 гг.

составил 506 246 человек, что в 2,3 раза больше, чем например, численность российского населения, занятого в сельском хозяйстве.

Дорожно-транспортным происшествием называют событие, возникшее в процессе движения по дороге транспортного средства и с его участием, при котором погибли или ранены люди, повреждены транспортные средства, сооружения, грузы либо причинён иной материальный ущерб.

Причиной ДТП часто является несоответствие одного из элементов системы «водитель–автомобиль–дорога–среда» («ВАДС») остальным составляющим.

Из четырёх элементов системы «водитель–автомобиль–дорога– среда» наибольшей потенциальной опасностью обладает АТС. Созданный для передвижения с большой скоростью автомобиль именно в силу своей подвижности, возможности быстро изменять положение на дороге и относительно других объектов, как движущихся, так и неподвижных, представляет собой источник повышенной опасности.

В первое десятилетие XXI в. в России риск попасть в ДТП был в 5 – 7 раз выше, чем в любой Европейской стране. В общем травматизме по транспортному комплексу России число пострадавших на автомобильном транспорте составило 99%, материальный ущерб составил 2,4 – 3,0% ВВП страны.

Размер социально-экономического ущерба от ДТП и их последствий за 2004 – 2010 гг. оценивается в 7326,3 млрд. р., что можно сопоставить с расходами консолидированного бюджета Российской Федерации в 2011 г. на финансирование социальной политики (7453,3 млрд. р.).

Несмотря на то, что в 2010 г. социально-экономический ущерб от ДТП и их последствий снизился до уровня в 867,7 млрд. р., тем не менее его годовой размер всё равно существенен и примерно равен расходам консолидированного бюджета Российской Федерации в 2011 г. на денежное довольствие военнослужащих и сотрудников правоохранительных органов (837,8 млрд. р.) или двукратным доходам от использования в 2010 г. имущества, находящегося в государственной и муниципальной собственности (424,8 млрд. р.).

Самой многочисленной и уязвимой группой участников дорожного движения являются пешеходы. За 10 лет, начиная с 2001 г., численность погибших пешеходов увеличилась на треть. В каждом десятом происшествии страдают дети.

Поэтому обеспечение безопасности на автомобильном транспорте Российской Федерации всегда является серьёзной социально-экономической проблемой, решение которой относится к наиболее приоритетным задачам и одной из актуальных задач развития страны.

В Концепции Федеральной целевой программы «Повышение безопасности дорожного движения на 2013 – 2020 гг.» одной из заявленных целей государственной политики в сфере развития транспорта является создание условий для повышения конкурентоспособности экономики и качества жизни населения, включая повышение комплексной безопасности и устойчивости транспортной системы.

Цели повышения уровня безопасности транспортной системы, сокращения темпов роста количества ДТП, а также снижение тяжести их последствий, числа пострадавших и погибших в них, обозначены и в Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 г., утверждённой распоряжением Правительства Российской Федерации от 22 ноября 2008 г. № 1734-р. Задачи указанной Стратегии предлагают стратегические ориентиры в решении проблем безопасности всей транспортной системы России, в то время как Программа направлена на решение на тактическом уровне одной из задач указанной Стратегии – повышение безопасности дорожного движения.

Таким образом, задачи сохранения жизни и здоровья участников дорожного движения (за счёт повышения дисциплины на дорогах, качества дорожной инфраструктуры, организации дорожного движения, повышения качества и оперативности медицинской помощи пострадавшим и др.) и, как следствие, сокращения демографического и социально-экономического ущерба от ДТП и их последствий согласуются с приоритетными задачами социально-экономического развития Российской Федерации в долгосрочной и среднесрочной перспективе и направлены на обеспечение:

– снижения темпов убыли населения Российской Федерации, создания условий для роста его численности;

– целевого увеличения к 2020 г. валового внутреннего продукта;

– высоких стандартов благосостояния граждан России.

1.2. КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

Требования к подвижному составу, отдельным системам и устройствам сформулированы в государственных (ГОСТ) и отраслевых (ОСТ) стандартах, а также отраслевых нормативах (ОН). Эти нормативные документы систематически пересматриваются и дополняются, что позволяет непрерывно повышать конструктивную безопасность автомобиля.

При разработке национальных нормативных документов учитывается практический опыт международных организаций в регламентации мероприятий по конструктивной безопасности автомобилей.

В рамках Комитета по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии Организации Объединённых Наций (ЕЭК ООН) 1958 г. в Женеве с участием СССР было подписано соглашение о принятии единообразных условий о возможном признании официальных предписаний международных стандартов.

Согласно Сводной резолюции о конструкции транспортных средств (СР.З), принятой Комитетом по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭК ООН) [документы TRANS/WP29/78/Rev.l/Amend.2 и TRANS/WP29/78/ Rev.l/Amend. дополнения к Приложению 7 Сводной резолюции о конструкции транспортных средств СР.З], АТС для целей безопасности классифицируют: по конструктивным признакам (количество колёс, полная масса, наличие двигателя), по социальной значимости (для перевозки грузов, для перевозки пассажиров). С 01.01.2004 г. в Российской Федерации введён в действие ГОСТ Р 52051–2003, гармонизированный с Приложением 7 Сводной резолюции о конструкции транспортных средств и Директивой ЕС 2002/24, в котором международная классификация принята в качестве национальной для оценки соответствия АТС требованиям безопасности.

Эта классификация позволяет сопоставлять предписанные международными и национальными стандартами нормативные показатели безопасности составных частей АТС, находящихся в эксплуатации.

Как показали экспериментальные исследования уровня технического состояния в эксплуатации, АТС, входящие в одну классификационную категорию, обладают достаточно близкими показателями безопасности.

Согласно принятой КВТ ЕЭК ООН классификации АТС делятся на категории, обозначаемые соответственно прописными буквами латинского алфавита: L, М, N, О, Т, G. Разделение АТС внутри категории на классы обозначается арабскими цифрами с нижним индексом, например: М1, N2, О3, или Т (без указания индекса) или M1G (для транспортных средств повышенной проходимости). Классификация по ГОСТ Р 52051–2003 категории L, М, N, О приведена в табл. 1.2.

Категория L – механические транспортные средства, имеющие не более четырёх колёс. На них распространяются Правила ЕЭК ООН № 3, 6, 7, 9, 16, 19, 22, 24, 28, 39, 40, 41, 43, 47, 50, 53, 56, 57, 60, 62, 63, 69, 72, 74, 75, 76, 78, 81, 82, 84, 88, 90, 92, 112, 113.

Категория М – механические транспортные средства, имеющие не менее четырёх колёс и используемые для перевозки пассажиров.

На них распространяются следующие Правила ЕЭК ООН№ 1–2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 42, 43, 44, 45, 46, 48, 49, 51, 52, 54, 55, 59, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 77, 79, 80, 83, 84, 85, 87, 89, 90, 91, 94, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 103, 104, 107, 108, 109, 110, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119, 121, 122, 123, 124, 125, 126.

Транспортные средства категории М2, предназначенные для перевозки пассажиров, имеющие, кроме места водителя, более восьми мест для сидения и максимальную массу не более 5 т, подразделяются на два класса:

класс А – транспортные средства, предназначенные для перевозки стоящих пассажиров; транспортные средства этого класса оборудуются местами для сидения, но в основном в них предусматриваются места для стоящих пассажиров;

1.2. Классификация автотранспортных средств Свыше 12,0 как эквивалент груза Класс В – транспортные средства, не предназначенные для перевозки стоящих пассажиров; транспортные средства этого класса не могут перевозить стоящих пассажиров.

Транспортные средства категории М3, предназначенные для перевозки пассажиров, имеющие, кроме места водителя, более восьми мест для сидения и максимальную массу более 5 т, подразделяются на три класса:

класс I – транспортные средства, в конструкции которых предусмотрены места для перевозки стоящих пассажиров так, чтобы пассажиры могли постоянно передвигаться по салону;

класс II – транспортные средства, которые сконструированы главным образом для перевозки сидящих, и в которых может предусматриваться перевозка стоящих пассажиров, находящихся в проходах и/или местах, не выходящих за пределы пространства, отведённого для двух сдвоенных сидений;

класс III – транспортные средства, сконструированные исключительно для перевозки сидящих пассажиров.

Категория N – механические транспортные средства, имеющие не менее четырёх колёс, и предназначенные для перевозки грузов. На них распространяются следующие Правила ЕЭК ООН: 1–2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 23, 24, 25, 27, 28, 29, 31, 34, 37, 38, 39, 43, 45, 46, 48, 49, 51, 54, 55, 58, 59, 61, 65, 67, 68, 69, 70, 73, 77, 79, 83, 84, 85, 87, 89, 90, 91, 93, 95, 97, 98, 99, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 108, 109, ПО, 111, 112, ИЗ, 114, 115, 116, 117, 119, 121, 122, 123.

категория О – немеханические колёсные транспортные средства:

прицепы и полуприцепы. На них распространяются следующие Правила ЕЭК ООН: 3, 4, 6, 7, 10, 13, 23, 27, 30, 34, 37, 38, 43, 48, 54, 55, 58, 65, 70, 73, 77, 79, 90, 91, 102, 104, 105, 108, 109, 111, 117, 122.

Одна или более осей полуприцепа может быть ведущей с приводом от буксирующего транспортного средства (тягача):

полный прицеп – буксируемое АТС, оборудованное по меньшей мере двумя осями и буксирным (тягово-сцепным) устройством, которое может перемещаться вертикально по отношению к прицепу и служит для поворота передней(их) оси(ей), но не передаёт какой-либо значительной статической нагрузки на буксирующее транспортное средство (тягач);

прицеп с центральной осью – буксируемое АТС, оборудованное тягово-сцепным устройством, которое не может двигаться относительно тягача в вертикальной плоскости. Ось(и) смещена(ы) относительно центра масс при полной загрузке прицепа таким образом, что только незначительная статическая вертикальная загрузка, не превышающая 10% массы прицепа или 10 кН (меньшего из указанных значений), передаётся тягачу.

Разработанные предписания по каждой категории ТС систематически перерабатываются, дополняются и уточняются. Упраздняются устаревшие нормативы и вводятся новые, более строгие требования, расширяется номенклатура видов испытаний автомобилей, в частности: антиблокировочных систем, ударно-прочностных свойств кабин и кузова, систем индивидуальной защиты водителя и пассажиров.

При этом используются критерии биомеханической выносливости человека к ударным нагрузкам. Рассматриваются пути повышения внешней безопасности автомобилей при наездах на пешеходов и других незащищённых участников движения. Большое внимание уделяется экологической безопасности. ЕЭК ООН предполагает принять новые и ужесточить действующие Правила, нормирующие содержание токсичных компонентов в отработавших газах, уровни шума и радиопомех.

В перспективе намечена разработка предписаний по снижению расхода топлива транспортными средствами всех категорий, продлению срока службы подвижного состава, рациональному расходу невозобновляемых природных ресурсов (в первую очередь жидкого топлива).

1.3. КОНСТРУКТИВНАЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ

БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

В действующем с 2002 г. Федеральном законе «О техническом регулировании» № 184-ФЗ введено законодательно понятие безопасности продукции, процессов производства, перевозок и т.д. как состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда, в частности, жизни и здоровью граждан, имуществу, окружающей среде. Величину риска принято оценивать вероятностью (или частотой) воздействия фактора риска, рассматриваемого как случайное событие.

Конструктивная безопасность (безопасность конструкции АТС) обеспечивается как при проектировании и создании новых моделей АТС, так и при производстве АТС. Перед началом проектирования изучаются имеющиеся законодательные акты (законы, ведомственные постановления, ПДД, требования к дорогам, топливам, системы сертификации и т. д.). Затем определяется объём нормативов, которым должна соответствовать разработанная модель. Основные нормативные документы:

– Правила ЕЭК ООН (они являются базой ГОСТов);

– стандарты ISO (Международной организации по стандартизации);

– директивы ЕС (Европейского сообщества);

– ГОСТы, ОСТы, РД;

– национальные стандарты стран-импортёров;

– фирменные нормативы.

Минимальным объёмом нормативов является перечень требований, которым должна соответствовать конструкция при сертификации автомобиля. Сертификация – комплекс мероприятий по подтверждению соответствия конструкции автомобиля установленным в Российской Федерации нормативным предписанием в соответствии с «Системой сертификации механических транспортных средств и прицепов»

(ГОСТ Р), который регулярно пересматривается (раз в несколько лет).

Перед началом производства АТС предприятие-изготовитель должно получить сертификат, который является одним из основных документов при регистрации каждого автомобиля в органах ГИБДД.

При производстве АТС контроль осуществляется за счёт функционирования на заводе-изготовителе системы качества и проведения представителями органа по сертификации регулярных инспекций уровня обеспечения качества выпускаемой сертифицированной продукции на заводе.

Конструктивная безопасность автомобиля является сложным свойством. Учитывая разнообразие источников возникновения факторов риска причинения вреда, конструктивную безопасность принято в принципе, разделять на активную, пассивную, послеаварийную и экологическую (рис. 1.2). Повышение уровня активной и пассивной безопасности ТС, прежде всего, за счёт усиления требований к разработке и установке на ТС конструктивных элементов, обеспечивающих защиту жизни и здоровья участников дорожного движения, предусмотрено Федеральной целевой программой «Повышение безопасности дорожного движения в 2013 – 2020 гг.».

Активная безопасность автомобиля – свойство автомобиля, позволяющее водителю предотвращать ДТП (снижать вероятность риска возникновения ДТП). Уровень активной безопасности (АБ) автомобиля проявляется в нештатной ситуации, когда водитель в состоянии изменить характер движения.

Пассивная безопасность автомобиля – свойство автомобиля предотвращать и снижать тяжесть причинения вреда жизни и здоровью участникам движения (уменьшать вероятность риска травмирования, гибели, потери имущества) при ДТП. Различают внутреннюю пассивную безопасность, снижающую травматизм пассажиров и водителя, обеспечивающую сохранность груза и внешнюю пассивную безопасность, которая уменьшает вероятность нанесения вреда другим участникам движения. Уровень пассивной безопасности (УПБ) автомобиля можно характеризовать ударно-прочностными Рис. 1.2. Структура безопасности транспортных средств свойствами и возгораемостью (внутренняя ПБ), а безопасность элементов обустройства дорог (внешняя ПБ) – ударно-прочностными свойствами.

Эффективность ПБ во многом зависит от наличия удерживающих средств: специальных и квазизащитных.

Специальные – средства, установленные для повышения эффективности связи водителя, пассажира или груза с автомобилем (ремни безопасности, пневматические защитные устройства, экраны или спецкрепления для защиты от перемещений при ударе груза).

Квазизащитные – это средства, основное функциональное назначение которых не связано с обеспечением ПБ. Они размещены в зоне возможного удара человека (элементы управления и интерьера) и в зонах возможного перемещения грузов (задняя стенка кабины, элементы крепления сиденья).

Послеаварийная безопасность автомобиля – свойство автомобиля снижать тяжесть последствий ДТП в конечной фазе и после ДТП.

К послеаварийной безопасности (ПаБ) относятся:

– пожаробезопасность – показатель, характеризующий величину, обратную вероятности риска причинения вреда при возгорании автомобиля. Показатель определяется как конструкцией автомобиля, так и наличием средств пожаротушения;

– герметичность – показатель, характеризующий величину, обратную вероятности риска проникновения воды в салон, кабину, фургон при погружении автомобиля в воду или затоплении;

– эвакоприспособленность – показатель, характеризующий возможность быстрой эвакуации пострадавших и оказания первичной медицинской помощи. Показатель определяется как конструкцией замков, дверей, так и наличием запасных выходов, аварийной сигнализации, медицинской аптечки.

В большинстве случаев провести чёткую границу между требованиями ПБ и ПаБ не всегда возможно. Так, например, замки автомобильных дверей должны выдерживать большие перегрузки, не открываясь, чтобы предотвратить выпадение пассажиров при ДТП (ПБ). Вместе с тем, они не должны заклиниваться и препятствовать эвакуации пострадавших из автомобиля (ПаБ). В этом случае послеаварийную безопасность следует рассматривать в составе пассивной безопасности ТС.

Экологическая безопасность автомобиля – это свойство автомобиля, позволяющее уменьшить риск причинения вреда участникам движения и окружающей среде в условиях эксплуатации. Под экологической безопасностью (ЭБ) автомобиля мы будем понимать комплекс конструктивных свойств, минимизирующих объёмы выбросов вредных веществ с отработавшими газами и мелкодисперсными частицами, уменьшающих уровни шума и вибрации, снижающих отходы при ТО и Р в процессе эксплуатации автомобиля.

Экологическая безопасность автомобиля, как и любой другой промышленной продукции, в соответствии с международными и национальными требованиями (ГОСТ Р ISO 14040–14043), должна оцениваться в течение всего жизненного цикла. Данный подход принят как наиболее адекватный для оценки эффективности конструкционных, технологических и эксплуатационных мероприятий и реализуется практически на всех автомобильных фирмах мира.

Рассмотренные виды конструктивной безопасности автомобиля взаимосвязаны, влияют один на другой, как в плане повышения уровня вида безопасности, так и его возможного снижения при удовлетворении приоритетных требований.

Наиболее чётко взаимосвязь и взаимовлияние видов конструктивной безопасности проявляется при ДТП. В каждом ДТП условно можно выделить три фазы: начальную, кульминационную и конечную.

Продолжительность ДТП составляет от долей секунд до нескольких минут, и все три фазы неразрывно связаны между собой.

Начальная фаза ДТП характеризуется условиями движения автомобилей и других участников движения перед их взаимодействием с объектами соударения. Включает нештатную и аварийную ситуации.

Под нештатной ситуацией (обстановкой) принимают такую дорожную ситуацию (обстановку), при которой участники движения могут принять меры по предотвращению ДТП. Если эти меры не приняты или оказались неэффективными, то обстановка переходит в аварийную.

Аварийной ситуацией называют такую дорожную ситуацию, при которой участники движения не располагают технической возможностью предотвратить ДТП.

Кульминационная фаза ДТП характеризуется взаимодействием автомобиля с объектом соударения.

Конечная фаза следует за кульминационной, и её окончание совпадает с прекращением динамического и любого другого воздействия (например, пожара) на автомобиль.

Требования ЭБ автомобиля должны обеспечиваться во всех фазах ДТП. Розлив ГСМ – характерное проявление снижения ЭБ автомобиля при ДТП.

Взаимосвязь различных видов безопасности и противоречивость требований, предъявляемых к конструкции автомобиля, вынуждают конструкторов и эксплуатационников принимать компромиссные решения. При этом неизбежно ухудшаются одни свойства, менее существенные для автомобиля данного типа, и улучшаются другие, имеющие большее значение.

Эксплуатационная безопасность АТС Возможность эффективного использования автомобиля по назначению определяют по его эксплуатационным свойствам. Согласно классификации, предложенной академиком Е.А. Чудаковым, к эксплуатационным свойствам автомобиля относятся: динамичность, топливная экономичность, устойчивость, проходимость, плавность, надёжность, вместимость и т.д.

Последствия количественного роста подвижного состава, увеличения скоростного режима и плотности движения транспортных средств создали объективную потребность системного изучения факторов, влияющих на безопасность и эксплуатационные свойства автомобилей в составе двух компонентов – конструктивной и эксплуатационной безопасности транспортных средств.

Как и другие эксплуатационные свойства, безопасность, является функцией общих параметров автомобиля, выходных характеристик агрегатов и их технического состояния.

По статистике значительное число ДТП с тяжёлыми последствиями связано с неудовлетворительным техническим состоянием транспортных средств. Ройтман Б.А. приводит данные Института общественной безопасности США: неисправности автомобиля стали причиной 4–5% происшествий (с вероятностью 100%), 9 – 13% происшествий (с вероятностью не менее 80%), 15 – 25% происшествий (с вероятностью менее 80%). По данным НИЦ ГИБДД МВД России аварийность из-за неудовлетворительного технического состояния автомобилей в Российской Федерации доля происшествий может достигать до 15%. Для этой группы характерны ДТП из-за неисправности тормозных систем (40 – 50%), внешних световых приборов и устройств обзорности дороги (25 – 30%) и состояния шин (5 – 10%). Основными положениями по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанностям должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения установлен перечень неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств.

Проблема содержания автомобилей в исправном состоянии, с точки зрения обеспечения безопасности дорожного движения и окружающей среды, поставлена в развитых странах в ряд важных государственных задач. Снижение количества участвующих в движении неисправных автомобилей – это постоянное требование и для настоящего дня.

Обеспечение безопасности при эксплуатации АТС (эксплуатационная безопасность) на первом этапе осуществляется при допуске к эксплуатации (регистрации АТС в органах ГИБДД), когда проверяется наличие сертификата, а также может ограничиваться допуск к эксплуатации автомобилей с большим сроком эксплуатации (5 или 10 лет); автомобилей, не предназначенных для правостороннего движения и т. д.

Система поддержания безопасного технического состояния АТС осуществляется эксплуатирующей организацией (или собственником).

1.4. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ, РЕГЛАМЕНТИРУЮЩИЕ

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Сертификация автотранспортных средств В развитых странах требования к безопасности АТС установлены законодательными актами. В Российской Федерации такими документами являются: федеральный закон от 10.12.1995 г. № 196-ФЗ «О безопасности дорожного движения» и федеральный закон от 10.01.2003 г.

№ 7-ФЗ «Об охране окружающей среды» [1].

С целью разрешения реализации в России АТС, соответствующих установленным требованиям безопасности для жизни, здоровья или имущества граждан и охраны окружающей среды, проводятся их испытания и проверки производства в рамках обязательной сертификации. Правила и порядок обязательной сертификации по требованиям безопасности регламентируются федеральным законом от 27.12.2003 г.

№ 184-ФЗ «О техническом регулировании». Для сертификации автомобилей, составных частей и оборудования, запасных частей и принадлежностей создана Система механических транспортных средств и прицепов. Система распространяется на автобусы, троллейбусы, электромобили, мотоциклы, мопеды, прицепной состав, их составные части и предметы оборудования, запасные части и принадлежности на территории Российской Федерации.

В Системе учтены положения Руководства ИСО/МЭК 7, 16, 23, 28, 40, 48, 53, 56, европейских стандартов EN 45011, EN 45012, а также МС ИСО серии 9000. Система учитывает обязательства и требования, вытекающие из присоединения Российской Федерации к Женевскому Соглашению 1958 г., к Глобальному соглашению 1998 г., Соглашению о периодических технических осмотрах 1997 г., а также к Венской конвенции о дорожном движении 1968 г.

Основополагающим документом Системы являются Правила по проведению работ в Системе сертификации механических транспортных средств и прицепов, утверждённые 09.10.1996 г. Госстандартом России. Правила содержат:

– порядок сертификации транспортных средств, составных частей и предметов оборудования;

– порядок сертификации запасных частей и принадлежностей к механическим транспортным средствам и прицепам.

В Системе соответствие автомобилей установленным требованиям нормативных документов подтверждается посредством выдачи «Одобрения типа транспортного средства». По отдельным свойствам, а также на составные части и предметы оборудования, запчасти и принадлежности оформляется «Сертификат соответствия».

Дополнительно к ранее действующим отраслевым и государственным стандартам нормативные документы с техническими требованиями безопасности автомобилей согласно международным обязательствам России приняты и введены в действие с 1999 г. Постановлением Госстандарта России в качестве национальных стандартов системы ГОСТ Р группы 41.

Стандарты содержат обязательные требования для автомобилей, идентичные по тексту Правилам ЕЭК ООН. При отсутствии Правил ЕЭК ООН или при наличии национальных нормативных документов с дополнительными требованиями безопасности ТС, проверки в Системе проводятся также и по национальным нормативным документам.

Проверка соответствия конкретного типа автомобиля требованиям безопасности в общем случае предусматривает следующие работы:

– определение путём проведения испытаний соответствия образца требованиям безопасности, установленным нормативными документами;

– проверку производства автомобилей на наличие условий, обеспечивающих стабильный уровень характеристик и показателей безопасности, подтверждаемых испытаниями;

– выдачу «Одобрения типа транспортного средства»;

– инспекционный контроль соответствия выпускаемых автомобилей требованиям безопасности.

При выдаче «Одобрения типа транспортного средства» признаются результаты проверок соответствия автомобилей требованиям безопасности в других региональных или национальных системах, действующих в рамках Женевского Соглашения 1958 г., о присоединении к которому заявлено Российской Федерацией.

В «Одобрении типа транспортного средства» приводятся описания типа транспортного средства, типа двигателя, основных систем, обеспечивающих требования безопасности, масса и габаритные размеры.

В приложении даётся перечень официальных сообщений о проведённых испытаниях и проверках транспортного средства. Номер «Одобрения типа транспортного средства» приводится в паспорте транспортного средства и информационной табличке на кузове автомобиля.

Контроль соответствия АТС требованиям эксплуатационной безопасности проводится при техническим осмотре автомобилей.

Нормативным документом, на соответствие которому проводится проверка технического состояния АТС, является ГОСТ Р 51709–2001.

АКТИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

2.1. АКТИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ – ФУНКЦИЯ СОВОКУПНОСТИ

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ

Активная безопасность является одной из составляющих конструктивной безопасности автомобиля. Активная безопасность – свойство транспортных средств, снижающее вероятность ДТП (предотвращающее его возникновение).

Активная безопасность проявляется в период, соответствующий начальной фазе ДТП, когда в дорожно-транспортной ситуации (ДТС) водитель в состоянии изменить характер движения автомобиля.

Активная безопасность автотранспортных средств (АТС) зависит от габаритных весовых параметров, тяговой и тормозной динамичности, устойчивости и управляемости. Можно отметить, что это совсем не полный перечень свойств, влияющих на активную безопасность транспортных средств (см. рис. 1.1).

Большое значение для оценки активной безопасности автомобиля имеет его информативность, под которой понимают свойство транспортного средства обеспечить участников движения необходимой информацией.

Косвенное влияние на активную безопасность оказывают надёжность и эргономичность автомобиля параметры дороги, с которыми, как правило, согласовываются компоновочные, весовые и другие параметры автомобиля. Измерители отмеченных выше свойств автомобиля служат для оценки конструкции автомобиля и её соответствия условиям эксплуатации, и в достаточной мере удовлетворяют требованиям автомобильного транспорта.

2.2. КОМПОНОВОЧНЫЕ ПАРАМЕТРЫ АВТОМОБИЛЯ

2.2.1. Габаритные параметры автомобиля Для обеспечения безопасности дорожного движения все транспортные средства, допускаемые к эксплуатации на дорогах общего пользования, должны удовлетворять требованиям, ограничивающим их размеры и массу. Такие требования во всех странах устанавливаются в законодательном порядке.

Параметры транспортного средства определяются его габаритными размерами (длиной, высотой, шириной) и массой. Эти параметры не остаются постоянными в процессе движения, что связано с динамикой перемещения отдельных точек транспортного средства в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Максимальные значения длины, высоты и ширины транспортного средства регламентированы соответствующими документами и составляют: 20; 3,8; 2,5 м.

Длина и взаиморасположение отдельных внешних точек транспортного средства определяют его профильную проходимость и манёвренность.

Профильная проходимость характеризует способность транспортного средства преодолевать неровности пути, препятствия и вписывается в дорожные габариты. Оценочными параметрами профильной проходимости являются: дорожный просвет hпр, передний и задний lп и lз свесы, углы переднего и заднего свеса пр и пр, радиус продольной пр и поперечной проходимости (рис. 2.1). Кроме того, для автопоездов оценочными параметрами являются углы гибкости в вертикальной и горизонтальной плоскостях, т.е. максимальные углы возможного отклонения осей сцепного и тягового устройства (рис. 2.2).

Рис. 2.1. Геометрические показатели проходимости автомобиля Рис. 2.2. Углы гибкости автопоезда в вертикальной и Рис. 2.3. Динамический коридор движения автомобиля при повороте Манёвренность транспортного средства характеризует его способность изменять направление движения в горизонтальной плоскости на минимальной площади.

Ширина транспортного средства определяет коридор движения, т.е. ширину полосы проезжей части, необходимой транспортному средству при движении по условиям безопасности, который называется динамическим коридором. Увеличение занимаемого коридора движения объясняется отклонением транспортных средств от прямолинейного движения с увеличением скорости (рис. 2.3).

Чем выше скорость, тем больше занимаемый динамический коридор Вк движения и тем, следовательно, шире полоса движения требуется транспортному средству с позиций безопасности движения:

где K – эмпирический коэффициент, принимаемый равным 0,01…0,05;

n – показатель степени, принимаемый равным или меньше единицы в зависимости от типа транспортного средства; С – зазор безопасности, принимаемый 0,3…1,0 м в зависимости от типа транспортного средства.

Коридор движения автопоезда при достижении сравнительно высокой скорости (40 км/ч и более) в результате поперечных колебаний прицепа в горизонтальной плоскости может достигнуть значения, угрожающего безопасности движения. Причём опасность возникает не только для других участников движения, но и для 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.

Полоса движения автопоезда на повороте имеет сложную конфигурацию (рис. 2.4). С внешней по отношению к центру поворота стороны она ограничена траекторией края переднего крыла или бампера тягача, а с внутренней стороны – задним углом прицепа.

Рис. 2.4. Динамический коридор автопоезда при круговом движении:

Lа – длина автомобиля; L – база автомобиля; Вз – ширина колеи задних колёс автомобиля; Ва – ширина автомобиля; lшк – расстояние между шкворнями поворотных цапф; lшк-к – расстояние от оси шкворня до средней продольной вертикальной плоскости колеса; Lк – расстояние от задней оси автомобиля до буксирного крюка; Lд. пр. – длина дышла прицепа; Lпр – база прицепа;

Впр – ширина прицепа; Rвт – радиус поворота по внешней крайней точке автомобиля; Rвн – радиус поворота внутреннего заднего колеса автомобиля;

R0 – радиус поворота средней точки заднего моста автомобиля;

Rвн.пр – радиус поворота внутреннего заднего колеса прицепа;

Определение формирующих факторов динамического коридора производится по приведённым ниже формулам.

Радиус поворота середины заднего моста Радиус поворота внутреннего заднего колеса Радиус поворота внешней крайней точки автомобиля где Вз – колея задних колёс автомобиля, м; Ва – ширина автомобиля, м;

L – база автомобиля, м; – приведённый угол поворота управляемых колёс, равный = н, н – угол поворота наружного колеса, град; в – угол поворота внутреннего колеса, град; Lа – длина автомобиля, м; Lс – длина заднего свиса (расстояние от задней оси до буксирного крюка).

Тогда динамический габарит автомобиля (Вк) может быть определён по формуле Радиус поворота по внешнему переднему колесу автомобиля где lшк – расстояние между поворотными шкворнями передней оси автомобиля, м; lшк-к – расстояние от поворотного шкворня до средней продольной (вертикальной) плоскости колеса, м.

Динамический коридор автомобильного поезда шире полосы одиночного автомобиля при этом же радиусе поворота, так как она зависит не только от тягача, но и от базы прицепа, длины дышла и величины заднего свиса (расстояния от задней оси до крюка). Она определяется основной траекторией автопоезда и сдвигом траекторий прицепов к центру поворота, описываемых серединами их задних осей.

Предельный сдвиг траекторий прицепов достигается при установлении кругового движения автопоезда.

Сдвиг траекторий прицепов при неустановившемся движении на повороте всегда меньше предельного сдвига и аналитическим путём точно не определяется. В связи с этим не представляется возможным аналитически точно определить динамический коридор автопоезда.

Практически установлено, что для автопоезда при радиусе поворота 6,4 м и едином режиме поступательной скорости движения и угловой скорости поворота управляемых колёс сдвиг траектории задней оси второго прицепа составит при повороте на 45° – 0,9 м, на 90° – 1,4 м и на 180° – 1,8 м. При увеличении угловой скорости поворота управляемых колёс (быстрый поворот рулевого колеса) и остальных неизменных условиях величина сдвига траекторий увеличивается, и при повороте на 90° составляет 1,9 м вместо 1,4 по предыдущим условиям. Поэтому ширину динамического коридора автопоезда при неустановившемся криволинейном движении определяют приближёнными расчётами, базирующимися на предложении, что любой поворот автопоезда является установившимся круговым, который даёт наибольшую полоску, по которой надо рассчитывать возможность безопасного проезда (рис. 2.5).

Радиус поворота внутреннего заднего колеса двухосного прицепа автопоезда из одного прицепа определяется по формуле где lк – расстояние от середины задней оси автомобиля-тягача до буксирного крюка (длина заднего свиса сцепного устройства).

Рис. 2.5. Фактический и круговой динамический коридор движения автомобиля-тягача с полуприцепом I – траектория (основная) середины заднего ведущего моста тягача;

II – траектория середины задней оси полуприцепа; ПО – продольная ось автомобиля-тягача; С – центр поворота Радиус поворота внутреннего заднего колеса полуприцепа где lк.п – расстояние от середины задней оси автомобиля-тягача до места крепления полуприцепа, м; Lпп – база полуприцепа, м; Впп – колея полуприцепа, м.

Радиус поворота внутреннего заднего колеса прицепа-роспуска где lд.р – длины дышла роспуска, м; Впр.р – колея роспуска, м; R0 – радиус поворота средней задней оси автомобиля-тягача, м.

Динамический коридор одиночного автомобиля по внешнему переднему колесу определяется Динамический коридор автопоезда определяется как разность радиуса поворота крайней наружной точки автомобиля Rн.т и радиусов поворотов внутренних колёс автоприцепов Rвн.пр. Их расчётная формула будет иметь вид Ширина динамического коридора автопоезда зависит от базы и длины дышла, поэтому значительно больше, чем у одиночного автомобиля с той же габаритной шириной. Так, например, для грузового автомобиля с прицепом при R0 = 6 м и Ск = 1 м максимальная ширина коридора может достигать 6 м, т.е. более чем вдвое превосходит габаритную ширину тягача. Большая ширина полосы движения, занимаемой автопоездами, наряду с их неудовлетворительной динамичностью является одной из причин обозначения автопоездов по требованиям безопасности специальными опознавательными знаками: спереди – «Автопоезд», сзади – «Длинномерное транспортное средство».

Для улучшения манёвренности и уменьшения ширины динамического коридора в составе автопоездов применяют прицепы с управляемыми передними колёсами, в ходовой части автобусов особо большой вместимости устанавливают заднюю подруливающую ось.

Габаритная высота На имеет значение при проезде автомобилей под путепроводами и проводами контактной сети. Транспортные средства (например, двухэтажные троллейбусы или автобусы, полуприцепы-панелевозы или автомобили-фургоны) с высоко расположенным центром тяжести испытывают значительные угловые колебания в поперечной плоскости. При движении по неровной дороге они могут верхним углом задеть за столб или мачту. Максимально допустимая габаритная высота транспортного средства составляет 3,8 м.

Габариты транспортного средства (длина, ширина и высота) и минимальный радиус поворота указываются изготовителем в Руководстве по эксплуатации ТС.

2.2.2. Весовые параметры транспортного средства Масса автомобиля Массовая характеристика транспортных средств включает в себя массу автомобиля в снаряжённом состоянии, его полную массу, сухую и максимальную.

Снаряжённая (собственная) масса – это масса полностью заправленного автомобиля с запасным колесом, инструментом и водителем.

Полная масса – включает в себя снаряжённую массу и расчётную номинальную массу груза или пассажиров, установленную предприятием-изготовителем в качестве максимально допустимой.

Сухая масса – это масса незаправленного автомобиля без инструмента и запасного колеса.

Максимальная масса представляет собой сумму нагрузок на оси ТС, ограничивается предельно допустимой нагрузкой на ось и не должна превышать разрешённую нагрузку на ось для дорог определённой категории.

Масса транспортного средства, кроме непосредственного влияния на активную безопасность ТС, также косвенно воздействует на техническое состояние дорожного покрытия. Многократное динамическое воздействие ТС на дорогу приводит к накоплению пластических деформаций в дорожной одежде, нарушению внутренних связей между её слоями и, как следствие, к снижению сроков службы покрытия. Покрытие длительное время выдерживает движение автомобилей, не разрушаясь только в том случае, если оно рассчитано с учётом величины возможных нагрузок и частоты их приложения.

Масса транспортного средства для безопасности движения имеет косвенное значение. Её влияние в основном сказывается на сроках службы дорожного покрытия. Срок службы покрытия значительно увеличивается, если при организации автомобильных перевозок учитывать прочность дорожной одежды.

Покрытие, имеющее достаточный запас прочности, при расчёте на однократное воздействие нагрузки разрушается при её многократном приложении.

Чем больше масса транспортного средства, тем больше динамические нагрузки на дорогу, тем меньше срок службы покрытия. Поэтому, несмотря на очевидные преимущества применения подвижного состава большой массы, во всех странах строго соблюдается ограничение осевых нагрузок и полных масс транспортных средств.

По дорогам с усовершенствованным капитальным покрытием могут двигаться транспортные средства с предельной осевой нагрузкой 100 кН, а при двух спаренных мостах – 180 кН. На дорогах любых типов, соответственно, 60кН и 110 кН. Максимальная масса и нагрузка на оси обязательно указывается изготовителем в Руководстве по эксплуатации транспортного средства и вносится в регистрационные документы.

Центр тяжести и нагрузка, приходящаяся на оси транспортного средства Нагрузки, воспринимаемые дорогой от колёс автомобиля, стоящего неподвижно на горизонтальной площадке (рис. 2.6), или равные им по абсолютной величине нормальные реакции дороги на колёса находим из условий равновесия автомобиля в вертикальной плоскости:

Здесь a и b – отрезки, определяющие положение центра тяжести автомобиля в продольной плоскости.

Очевидно, G1 + G2 = Ga. Практически величины G1 и G2 находятся путём взвешивания отдельно передней и задней частей автомобиля.

По известным значениям G1 и G2 легко определить из выражений (2.11) и (2.12) величины a и b:

где L – определяемая непосредственным замером база автомобиля.

При движении автомобиля возникают дополнительные силы и моменты, различные в разных условиях движения (подъём, ускорение и т.д.), которые меняют указанное распределение нагрузок.

Высота центра тяжести автомобиля hg, входящая в приведённые выше уравнения, может быть определена экспериментально следующим образом.

Установив автомобиль на платформу весов одной стороной (например, правыми колёсами) и определив таким образом вес, приходящийся на эти колёса (Gп), можно найти положение центра тяжести автомобиля в поперечной плоскости где В – колея автомобиля;

Если затем приподнять одну сторону так, чтобы автомобиль наклонился на некоторый угол, то показания весов изменятся. Обозначая вес, приходящийся на правую сторону, в этом случае через Gп, из условий равновесия будем иметь Следовательно, Gп B cos = Ga (c cos + hg sin ), откуда В тех случаях, когда разница между колеёй передних и задних колёс автомобиля значительна, путём последовательного взвешивания можно найти высоту центра тяжести, приходящейся на каждую из двух осей, а затем найти высоту центра тяжести всего автомобиля.

Отмечая величины, относящиеся к передней и задней осям, соответственно индексами 1 и 2, и координируя положение центра тяжести всего автомобиля и его продольной плоскости отрезками а и b, методом, принятым для нахождения центра тяжести, после преобразований находим Так как из условия геометрического подобия с1b + с2а = с (а + b), то при В1 = В2 = В (2.13) будет совпадать с (2.12).

Перед взвешиванием необходимо:

– заклинить рессоры, чтобы при наклоне автомобиля не происходило перекоса рамы с кузовом относительно осей;

– возможно сильнее накачать шины, чтобы уменьшить их боковую деформацию или, если возможно, снять шипы совсем, подложив под ободы деревянные башмаки.

Для исключения влияния боковых сил колёса должны опираться на платформу не непосредственно, а через шарики, причём между шариками, лежащими на платформе, и колёсами помещаются достаточно жёсткие стальные пластины.

Указанные предосторожности не нужны, если высоту центра тяжести находить не при боковом наклоне автомобиля, а при подъёме его передка, с одновременным замером на весах изменения нагрузки на задние колёса (рис. 2.7) Рис. 2.7. Центр тяжести автомобиля при подъёме передней оси Сумма моментов всех сил относительно оси, соединяющей точки опоры передних колёс, откуда высота центра тяжести равна или, так как Ga = Ga, после преобразований имеем где G2 – нагрузка, приходящаяся на задние колёса при подъёме передка; – угол наклона автомобиля в продольной плоскости.

Недостатком этого метода является то, что для получения точных результатов подъём передка должен быть весьма значительным, так как в противном случае обычно применяемые платформенные весы не могут уловить изменения нагрузки на задние колёса.

2.3. ТЯГОВАЯ ДИНАМИЧНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

2.3.1. Приемистость как показатель тяговой динамичности Тяговая динамичность – свойство автомобиля, характеризующее баланс между силами, движущими автомобиль, и силами сопротивления движения.

Тяговая динамичность автомобиля как показатель приемистости автомобиля, где в качестве измерителей характеризуется способность автомобиля к разгону, ускорению, времени разгона в заданном интервале скоростей.

Приемистость – это способность автомобиля к наращиванию скорости на горизонтальной дороге при полном использовании мощности двигателя.

Тяговая динамичность автомобиля имеет первостепенное значение для повышения его производительности и снижения затрат на перевозки. Чем динамичнее автомобиль, тем быстрее он перевозит грузы и пассажиров, тем меньше он тратит времени на передвижение, тем выше его средняя скорость. Условия движения автомобиля непрерывно меняются, что приводит к изменению его скорости.

Для безопасности движения необходимо, чтобы скорость в любой момент точно соответствовала дорожным условиям и психофизиологическим возможностям водителя.

2.3.2. Силы, действующие на автомобиль Законы движения автомобиля могут быть математически выражены, если известны внешние силы, действующие на него в процессе движения. Эти силы могут быть подразделены на две группы: силы движущие и силы сопротивления.

Для движения автомобиля необходимо, чтобы движущая тяговая сила на колёсах была равна сумме всех сил сопротивления движению (рис. 2.8) где Рк – тяговая сила, подводимая от двигателя через трансмиссию к колёсам; Рi – сила сопротивления подъёму; Рf – сила сопротивления качению; Рw – сила сопротивления воздуха; Рj – сила сопротивления разгону (при равномерном движении эта сила отсутствует).

Это равенство (2.15) называется тяговым балансом.

Рассмотрим все члены тягового баланса.

Тяговая сила. Крутящий момент Мд, развиваемый двигателем, передаётся к ведущим колёсам через трансмиссию (Н·м), при этом в коробке передач, раздаточной коробке и главной передаче момент изменяется пропорционально передаточным числам i этих агрегатов. Одновременно часть момента теряется на трение во всех механизмах трансмиссии. Таким образом, к ведущим колёсам подводится момент где iк, iр.к, i0 – передаточные числа коробки передач, раздаточной коробки и главной передачи; т – коэффициент полезного действия трансмиссии (в зависимости от конструкции колёс принимается 0,8...0,95).

Рис. 2.8. Силы, действующие на автомобиль при движении Зная момент Мк, можно найти значение тяговой силы на ведущих колёсах где r – динамический радиус ведущих колёс (расстояние от центра колеса до опорной поверхности).

Величину определяют по приближённому соотношению r = 0,5 Dо + + Вш (1 – ш), где Dо – диаметр обода колеса, м; Вш – высота профиля шины; ш – коэффициент радиальной деформации шины, равный 0,10...0,16 для стандартных широкоформатных шин.

Механическая трансмиссия благодаря жёсткой кинематической связи вала двигателя с ведущими колёсами обеспечивает постоянную зависимость между оборотами вала двигателя nд и скоростью машины Vа Для каждой передачи в коробке передач скорость автомобиля связана с числом оборотов вала двигателя, поэтому с учётом передаточных чисел агрегатов трансмиссии получим Таким образом, каждому режиму работы двигателя при заданной величине подачи топлива и заданном числе оборотов nд, а также при известном передаточном числе трансмиссии соответствует определённое значение силы тяги Рк и скорость движения Vа.

Изменение значений силы тяги Рк при полной подаче топлива, в зависимости от скорости движения Vа, выражается графиком (рис. 2.9), называемым тяговой характеристикой автомобиля.

Величина тяги на колёсах увеличивается с увеличением подводимого момента, но ограничивается сцеплением колёс с дорогой. Предельное значение силы тяги, которую можно реализовать по сцепным свойствам колеса с дорогой, называется силой тяги по сцеплению, эта сила пропорциональна силе, прижимающей ведущие колёса к дороге, и коэффициенту сцепления колёс с дорогой где – коэффициент сцепления; R – сумма нормальных реакций, действующих между ведущими колёсами и дорогой (сила, прижимающая ведущие колёса к дороге).

Рис. 2.9. Тяговая характеристика автомобиля с четырёхступенчатой коробкой передач Если не все колёса ведущие, то суммарная нормальная реакция равна той части веса, которая приходится на ведущие колёса; если все колёса ведущие, то эта реакция на горизонтальной дороге равна полному весу автомобиля. Следовательно, если все колёса ведущие, предельная величина тяги значительно увеличивается.

Коэффициент сцепления зависит в основном от свойств полотна дороги и в некоторой степени от формы протектора шины и давления воздуха в них.

В таблице 2.1 приведены коэффициенты сцепления для различных дорожно-грунтовых условий при использовании шин с универсальным рисунком протектора.

Сила сопротивления подъёму. При движении на подъёме составляющая веса автомобиля создаёт силу сопротивления подъёму (рис. 2.6), величина которой может быть определена из формулы где Gа – полный вес автомобиля; – угол подъёма, град.

2.1 Коэффициенты сцепления колеса с дорогой Если принять, что максимальный подъём, преодолеваемый автомобилем, составляет 30°, то сила сопротивления подъёму в этих условиях равна половине веса автомобиля.

При движении под уклон сила Рi направлена в сторону движения, а поэтому является движущей силой.

Сила сопротивления качению. Сопротивление качению возникает главным образом вследствие потерь на деформацию шины и деформацию опорной поверхности дороги.

Сила сопротивления качению пропорциональна нагрузке на колёса и коэффициенту сопротивления качению. Величина этой силы равна:

– для горизонтальной дороги – для движения на подъёме где f – коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению зависит от качества дороги и от параметров шины (число слоёв корда, внутреннее давление воздуха). Однако при приближённых расчётах принимают во внимание его зависимость от качества дороги (табл. 2.2).

Сила сопротивления воздуха. При движении автомобиля затрачивается энергия на перемещение воздушных масс, окружающих машину, образование вихрей и трение частиц воздуха о поверхность автомобиля.

Сила сопротивления воздуха определяется по формуле где k – коэффициент обтекаемости, зависящий в основном от формы корпуса, Н·с2/м4; F – площадь лобового сопротивления, м2; Vа – скорость автомобиля, км/ч.

2.2. Зависимость коэффициента сопротивления качению Характеристика дороги Грунтовые дороги (в зависимости от 0,025...0, состояния) Песок (в зависимости от влажности) 0,10...0, Коэффициент 13 в знаменателе формулы введён для перевода размерности скорости в м/с.

Сопротивление воздуха растёт пропорционально квадрату скорости движения и поэтому особенно существенно сказывается при расчётах для больших скоростей (свыше 50 км/ч).

Сила сопротивления разгону. Для разгона автомобиля необходимо к его массе приложить силу, пропорциональную ускорению.

Согласно второму закону Ньютона где Pj – сила сопротивления разгону, Н; mа – масса автомобиля, кг (mа = Ga/g); jа – ускорение автомобиля, м/с2; g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2.

Так как при разгоне получает ускорение не только поступательно движущаяся масса автомобиля, но и её вращающиеся детали (маховик, детали трансмиссии, колёса), то в расчётах условно увеличивают массу автомобиля, умножая её на коэффициент учёта вращающихся масс. Коэффициент зависит от включённой в коробке передач передачи. Для прямой передачи = 1,04...1,08. На низших передачах данный коэффициент для автомобилей равен 2,5...3,5 и более.

Таким образом, На график тяговой характеристики для решения некоторых практических задач можно нанести силы сопротивления подъёму, сопротивления качению, сопротивления воздуха и сопротивления разгону.

Силы сопротивления подъёму и качению, поскольку они не зависят от скорости движения автомобиля, на графике изображаются прямыми линиями, параллельными оси абсцисс; сила сопротивления воздуха, зависящая от скорости движения машины, – параболой. Наибольшая сила сопротивления разгону, которая может быть преодолена при разгоне автомобиля, на графике представлена отрезком ординаты между кривой тяговой характеристики и кривой суммы сил сопротивления движению Pi + Pj + Pw.

Совокупность кривых тяговой характеристики и всех сил сопротивлений называется диаграммой тягового баланса (рис. 2.10) автомобиля.

Пользуясь этой диаграммой, можно решить ряд задач движения автомобиля: например, определить максимальную скорость движения Va max при заданных силах сопротивления движению.

Рис. 2.10. Диаграмма тягового баланса автомобиля (на одной из передач) 2.3.3. Динамическая характеристика автомобиля Тяговая диаграмма автомобиля показывает, что при движении автомобиля сумма сил сопротивления движению может изменяться в весьма широких пределах.

При движении с небольшой постоянной скоростью по хорошей горизонтальной дороге сумма сил сопротивления движению составляет по величине 2,5...3% веса автомобиля, а при движении на подъёме, особенно при трогании с места и разгоне, эта сумма может достигать 70...80% веса автомобиля. Изменение величины тягового усилия в таких широких пределах возможно только благодаря введению в трансмиссию агрегатов с переменным передаточным числом (коробки передач, раздаточной коробки). Наличие таких механизмов позволяет сочетать работу двигателя на сравнительно экономичных режимах с возможностью преодоления автомобилем повышенных сопротивлений и изменения скоростей движения в широких пределах.

Для облегчения расчётов с помощью диаграммы тягового баланса, последнюю удобнее строить таким образом, чтобы получить непосредственно значения Рк – Рw, т.е. значения величин так называемой избыточной тяги – тяги на колёсах Рк за вычетом тяги, потребной на преодоление сопротивления воздуха Рw. Тогда, изменяя величины сопротивлений качений или подъёму в соответствии с заданными, можно найти отдельные интересующие нас величины.

Отношение избыточной тяги к весу автомобиля называется «динамическим фактором»:

Величина динамического фактора у автомобилей высокой проходимости на низшей передаче должна быть не ниже 0,7...0,8. Для современных автомобилей максимальное значение динамического фактора близко к единице.

Динамический фактор является безразмерной величиной, которая позволяет сравнивать между собой различные автомобили по тяговым качествам независимо от их веса.

Зависимость динамического фактора на различных передачах в коробке передач от скорости движения называется динамической характеристикой автомобиля (рис. 2.11). Использование динамической характеристики позволяет решать практические задачи по оценке показателей тягово-скоростных качеств автомобилей.

Тягово-скоростные качества в обобщённом виде характеризуются возможной наибольшей средней скоростью движения автомобиля.

Однако непосредственный расчёт средней скорости без громоздких вычислений произведён быть не может и тягово-скоростные качества характеризуют такими частными показателями, как максимальная скорость движения, максимальное преодолеваемое сопротивление и показателями разгона (ускорение, путь и время разгона). Все эти показатели могут быть определены из динамической характеристики.

Рис. 2.11. Динамическая характеристика автомобиля с четырёхступенчатой коробкой передач Для решения указанных задач динамический фактор, пользуясь выражениями, полученными выше, запишем в виде где – суммарный коэффициент сопротивления дороги.

где i – подъём, выраженный в сотых долях.

Для определения максимальной скорости при движении по дороге, характеризуемой коэффициентом 1, проводим на динамической характеристике прямую, параллельную оси абсцисс, таким образом, чтобы эта прямая отсекла на оси ординат отрезок D = 1 (рис. 2.11).

Поскольку при движении с максимальной скоростью jа = 0, то абсцисса точки пересечения этой прямой с графиком динамической характеристики определяет максимальную скорость Va max.

Ускорение, развиваемое автомобилем при работе двигателя с полной подачей топлива и заданном сопротивлении дороги 1, можно найти, умножив величину отрезка ординаты между прямой D = 1 и кривой динамической характеристики на g/.

Если на графике провести прямую D = f1, то отрезок ординаты между этой прямой и кривой динамической характеристики определяет подъём, который может преодолеть автомобиль на заданных передаче и скорости (при jа = 0) Величина ускорения, которую может развить автомобиль при заданных условиях движения, в значительной мере характеризует тяговые качества автомобиля: чем больше ускорение автомобиля, тем выше средняя скорость движения, а следовательно, и тяговые качества автомобиля.

Ускорение автомобиля может быть определено по формуле Как видим, ускорение автомобиля пропорционально разности (D – ). Ускорение автомобиля на определённой скорости будет тем больше, чем больше величина динамического фактора и чем меньше коэффициент суммарного сопротивления дороги. На величину ускорения в значительной мере влияет величина коэффициента учёта вращающихся масс автомобиля. При увеличении этого коэффициента ускорение автомобиля снижается.

Таким образом, по динамической характеристике автомобиля и величине сопротивлений дороги можно определить ускорение автомобиля для любой заданной скорости.

Понятие о разгоне автомобиля включает и вопросы трогания автомобиля с места. Соответствующие параметры, характеризующие трогание, в значительной степени зависят от рабочего процесса механизма сцепления.

Параметры трогания с места автопоезда, между тягачом и прицепом которого имеется упругая связь, зависят также от характеристики указанной упругой связи. В этом случае трогание с места тягача и прицепа осуществляются по времени раздельно; часть кинетической энергии тягача воспринимается упругим элементом сцепки и затем используется для трогания с места прицепа.

Если графически выразить ускорение автомобиля в зависимости от скорости, то получим кривую, подобную приведённой на рис. 2.12.

Общий характер кривых здесь подобен характеру кривых динамической характеристики, однако взаимное расположение кривых, соответствующих отдельным передачам, будет несколько иным, так как при переключении передач изменяется величина коэффициента учёта вращающихся масс, от которой зависит ускорение. Для ряда автомобилей, в частности, грузовых, снабжённых четырёхступенчатыми коробками Рис. 2.12. Зависимость ускорения автомобиля от скорости Рис. 2.13. Зависимость ускорения автомобиля от скорости передач, кривые ускорений приобретают в отдельных случаях несколько иной вид (рис. 2.13): кривая, соответствующая первой передаче, располагается ниже кривой, соответствующей второй передаче.

Объясняется это тем, что благодаря большому передаточному числу коробки передач, на первой передаче коэффициент может получить весьма большое значение и резко снизить таким образом величину ускорения автомобиля.

При нахождении величины ускорения указанным выше способом следует иметь в виду, что в этом случае неизбежна некоторая неточность. Величина динамического фактора подсчитывается на основании результатов испытаний двигателя или целого автомобиля на установившихся режимах. При разгоне, когда режим двигателя будет неустановившимся, мощность, развиваемая двигателем, и его вращающий момент будут ниже, чем на установившемся режиме. Это объясняется ухудшением наполнения двигателя, обеднением рабочей смеси (что не компенсируется в достаточной мере впрыском дополнительной дозы горючего при помощи насоса-ускорителя, имеющегося на большинстве карбюраторов), нарушением теплового режима двигателя, отставанием работы автомата опережения зажигания и рядом других второстепенных причин.

Так же как и величина динамического фактора, величина ускорения может ограничиваться сцеплением между ведущими колёсами автомобиля и дорогой. Обозначая максимальную по условиям сцепления ведущих колёс с дорогой величину ускорения через j, получим Так как максимальные ускорения возможны только на низких передачах при соответственно малых скоростях, сопротивлением воздуха можно пренебречь. Тогда где u – удельная сила по сцеплению колеса с дорогой.

Для автомобиля со всеми ведущими колёсами Величина ускорения автомобиля, полностью характеризуя способность автомобиля к быстрому разгону, в то же время не даёт достаточно наглядного представления о приемистости автомобиля. Чтобы выявить приемистость автомобиля в наиболее наглядной форме и дать возможность сравнивать различные автомобили по этому показателю, в теории автомобиля рассматриваются ещё два понятия: время и путь разгона. Время разгона, выражаемое обычно в секундах, представляет собой то время, в течение которого автомобиль увеличивает скорость движения в заданных пределах; путь разгона, выражаемый обычно в метрах, соответственно представляет тот путь, который проходит автомобиль при увеличении скорости в заданных пределах.

Для нахождения времени р и пути разгона Sp могут быть применены несколько графоаналитических методов. Наиболее известны методы Е. А. Чудакова, Г. В. Зимелева и Н. А. Яковлева.

Последний состоит в том, что расчётный интервал скоростей разбивают на мелкие участки, для каждого из которых считают j = jср = 0,5( j1 + j2 ), где j1 и j2 – ускорение в начале и конце участка (рис. 2.13).

Для каждого участка можно записать где V1 и V2 – скорости соответственно в начале и конце участка; t – время, за которое скорость увеличивается от V1 до V2.

Определяя из равенства (2.35) t, получим Полное время разгона р в интервале скоростей от начальной V до конечной Vn равно сумме t1 + t2 + … + tn.

Путь за время t при равноускоренном движении на каждом участке Подставив t из формулы (2.36), получим где Vср = 0,5 (V1 + V2) – средняя скорость на интервале.

Полный путь разгона от скорости V1 до скорости Vn Принимая на каждом участке j = const, мы допускаем погрешность, которая будет тем меньше, чем меньше V = V2 – V1.

Этим методом можно пользоваться для подсчёта р и Sp как на одной, так и на нескольких передачах с переходом от любой низшей передачи к любой высшей. В последнем случае необходимо знать, при каких скоростях происходят переключения. В условиях эксплуатации эти скорости определяет водитель. При экспериментальном определении скоростной характеристики разгон – выбег передачи, переключают при V = 0,105nN rк / iт, где iт – передаточное число трансмиссии.

Время и путь разгона получаются минимальными, если переключение происходит при скоростях, соответствующих взаимному пересечению кривых j = f (V). Если при наличии ограничителя (регулятора) в пределах ограничиваемых им частот такое пересечение невозможно, то переключение должно происходить при скоростях, соответствующих nN.

Во время переключения передача мощности к колёсам прекращается, скорость автомобиля снижается. Время п переключения зависит как от конструктивных особенностей автомобиля, так и от квалификации водителя. Высококвалифицированный водитель тратит на переключение при карбюраторном двигателе 1…2 с. Дизель имеет большой момент инерции маховика и деталей коробки передач, поэтому п увеличивается приблизительно в 1,5–2 раза.

Значение падения скорости Vn за время переключения передачи зависит от типа дороги, скорости движения автомобиля и параметров обтекаемости. Определить Vn можно из уравнения силового баланса, считая, что за время переключения Рк = 0. Потери в трансмиссии определяются силой Ртр сопротивления трансмиссии, а вр = 1 + в2 1,04, поскольку вращающиеся детали двигателя и маховик отключены.

Так как движение замедленное, то уравнение силового баланса можно записать так:

Разделив обе части на 1,04ma и подставив j = dV/dt, получим При небольших скоростях можно пренебрегать Ртр0 и вторым членом, тогда Vn = –9,43п. Пусть Sп за время переключения можно определить приближённо Sп = Vпп (где Vп – скорость, достигнутая к началу переключения).

Обобщённый показатель тягово-скоростных свойств Таким показателем является средняя скорость Vср движения автомобиля, определённая в заданных дорожных условиях: на типовом участке дороги при определённом ездовом цикле или маршруте и т.п.

К примеру, скоростная характеристика на дороге с переменным продольным профилем считается типичной для обобщённой оценки тягово-скоростных свойств автомобилей, эксплуатирующихся на дорогах магистрально-холмистого типа.

Скоростная характеристика циклического движения представляет собой зависимость Vср от конечной скорости разгона и установившегося движения на прямой горизонтальной дороге с усовершенствованным покрытием и заданными расстояниями между остановками. Она может быть использована для обобщённой оценки скоростных свойств автомобилей, эксплуатирующихся в городских, пригородных или соответствующих условиях с частыми остановками.

Различают ещё две средних скорости. Эксплуатационная скорость движения учитывает общее время tобщ, затраченное на маршруте, включая время простоев на погрузке и разгрузке, посадке и высадке пассажиров и др., Техническая скорость движения Vт определяется временем непрерывного движения, суммируемым только со временем ситуационных остановок (у светофора).

Скорости Vср, Vэ и Vт в разной степени зависят от тяговоскоростных свойств, в наибольшей степени с ними связана скорость Vср, в наименьшей – скорость Vэ.

Существует несколько методов расчётного определения скорости Vср, простейший основывается на эмпирической связи скоростей Vср и Vmax:

где kV – коэффициент, зависящий от конкретных условий движения и типа автомобиля или автопоезда. Так, например, для автопоездов в магистрально-холмистых условиях kV = 0,645…0,76.

Средняя скорость движения, а следовательно, и коэффициент kV в городских условиях существенно ниже, чем на магистралях, что объясняется влиянием транспортных потоков и ситуационных факторов (остановки у светофоров, снижение скорости движения на перекрёстках и т.п.), ограничением скорости движения (Vmax доп = 60 км/ч).

В горных условиях скорость Vср снижается главным образом в результате сложности макропрофиля (продольного и в плане).

Более точным методом определения скорости Vср на заданном маршруте является графоаналитический, предложенный Г.В. Зимелевым: маршрут разделяют на последовательные участки длиной S1; S2;

S3; …, Si и уклонами i1; i2; i3; …, ii, строят график (рис. 2.14), в первом квадранте которого наносится динамическая характеристика, во втором – диаграмма, состоящая из прямоугольников с основаниями, равными длинам участков Si маршрута, и высотами, равными коэффициентам каждого участка. Далее построением (рис. 2.14 показано стрелками) определяют скорости V1; V2; V3; …, Vi на соответствующих участках и по известным Si и Vi рассчитывают время движения на каждом участке:

Рис. 2.14. График для расчёта средней скорости движения Более совершенным является метод расчёта скорости Vср по двум характеристикам: динамической и вероятностной. Последнюю необходимо иметь в виде интегральной кривой распределения коэффициента, построенной по статистическим данным конкретных дорожных условий, в которых предполагается эксплуатация.

Тяговая динамичность автомобиля в целом влияет на безопасность движения, а показатель параметров «время» и «путь разгона»

характеризует возможность автомобиля преодолеть сложившиеся дорожные ситуации, прибегая к манёвру – обгону.

Обгон представляет собой сложный и опасный манёвр, вызванный желанием водителя двигаться без потерь времени. Обгон связан с выездом на сторону проезжей части встречного направления и требует свободного пространства перед обгоняющим автомобилем. Трудность правильного выполнения обгона в сочетании с высокой скоростью требует от водителя безошибочного расчёта и точных действий по управлению автомобилем. Малейшая неосмотрительность при обгоне может привести к тяжёлым последствиям. Чем больше скорость транспортного потока, тем больше вероятность ДТП при обгоне.

Чем больше скорость и выше плотность транспортного потока, тем больше вероятность ДТП при обгоне и выше степень тяжести ДТП. Так, при скорости транспортного потока около 11 м/с количество аварий при обгоне, при которых люди получают травмы, составляет 14%.

При скорости потока, равной 33 м/с, количество таких аварии возрастает до 65% [1].

Обгон может совершаться с постоянной и с возрастающей скоростью. Несмотря на то, что требования безопасности во втором случае выше, основные этапы обгона одинаковы и могут быть рассмотрены на примере рис. 2.15.

Обгон с постоянной скоростью характерен для свободного, нестеснённого движения автомобиля в загородных условиях. Тогда водитель обгоняющего автомобиля имеет впереди себя достаточное пространство для предварительного разгона до большей скорости V1. Эта скорость должна быть больше скорости V2 обгоняемого автомобиля.

Путь обгона Sоб и время обгона tоб, необходимые в этом случае для безопасного обгона, определяют по формулам:

где D1 и D2 – дистанции безопасности между обгоняющим и обгоняемым автомобилями в начале и конце обгона, м; L1 и L2 – габаритные длины автомобилей, м; V1 и V2 – скорости обгоняющего и обгоняемого автомобилей, м/с.

Первая дистанция безопасности может быть представлена в виде функции скорости обгоняющего автомобиля D1 = aобV12 + 4,0, вторая – в виде функции скорости обгоняемого автомобиля D2 = bобV22 + 4,0, где aоб и bоб – эмпирические коэффициенты, зависящие от типа обгоняемого автомобиля (табл. 2.3).

2.3. Значения коэффициентов аобг и bобг Зная путь обгона Sоб и скорость встречного автомобиля V3, можно определить минимальное расстояние Sсв, которое должно быть свободным перед обгоняющим автомобилем в начале обгона:

Положения обгоняющего, обгоняемого и встречного автомобилей в начальный момент времени отмечены в нижней части схемы соответственно цифрами 1', 2' и 3'. Движение всех трёх автомобилей считаем равномерным, и соответствующие зависимости S = S(t) представляют собой прямые линии I, II и III. Котангенсы углов 1, 2 и 3 наклона этих прямых пропорциональны скоростям V1, V2 и V3 автомобилей.

В начале обгона расстояние между передними частями обгоняющего и обгоняемого автомобилей равно D1 + L2. Точка A пересечения прямых I и II характеризует момент обгона, в который оба автомобиля поравнялись (время tA), после чего обгоняющий автомобиль начинает выходить вперёд. Находим на графике две точки С и В на линиях I и II, расстояние между которыми по горизонтали было бы равно сумме D2 + L1. Тогда абсцисса точки С определит путь обгона, а ордината – время обгона.

Путь и время, необходимые для безопасного обгона, резко возрастают при увеличении скорости обгоняемого автомобиля. При V1 = 30 м/с, V2 = V3 = 10 м/с, L1 = L2 = 5 м для безопасного обгона необходимы расстояние примерно 500 м и время около 17 с. При повышении скорости V2 до 20 м/с путь обгона возрастает до 1260 м, а время до 95 с. Таким образом, если водитель обгоняемого автомобиля повысит скорость, не желая уступить дорогу, это резко увеличит время и путь обгона, и может привести к аварии. Поэтому правила дорожного движения запрещают водителю обгоняемого автомобиля препятствовать завершению обгона.

Обгоны с постоянной скоростью возможны на дорогах с проезжей частью шириной более 7...8 м и интенсивностью движения в обоих направлениях менее 40 – 60 автомобилей в час, т.е. с интервалом движения около 1 мин. Значительно сложнее и опаснее обгонять при большей интенсивности движения. Так, если интенсивность превышает 150 – 160 автомобилей в час, то они движутся сплошным потоком.

В этих условиях быстроходный автомобиль, догнав медленно движущийся автомобиль, уменьшает скорость и некоторое время движется позади него с той же скоростью. При появлении перед обгоняемым автомобилем достаточного свободного расстояния водитель начинает обгон, сочетая его с разгоном.

Результаты расчётов времени и пути обгона для ВАЗ-2101 показали, что при скорости обгоняемого автомобиля 10...12 м/с и при отсутствии встречных автомобилей необходимо свободное расстояние не менее 250...300 м. Если автомобиль будет двигаться по левой стороне дороги, где возможно появление встречных транспортных средств, то безопасное расстояние увеличивается от 450 до 500 м.

Согласно СНиП при движении автомобиля с расчётной скоростью 33,3 м/с расстояние видимости поверхности дороги должно быть не менее 175 м, а расстояние видимости встречного автомобиля не менее 350 м.

Эти данные показывают, что даже на дорогах высших категорий обгон, сочетаемый с разгоном, практически трудно осуществим даже при относительно небольшой скорости обгоняемого автомобиля, так как гарантированные расстояния видимости меньше безопасных путей обгона. На дорогах же низших категорий, имеющих небольшую ширину проезжей части, где выезд автомобилей на левую сторону наиболее вероятен, нормируемые расстояния видимости допускают обгоны лишь весьма тихоходных транспортных средств, движущихся со скоростью 7...8 м/с. При недостаточных расстояниях видимости водители вынуждены сокращать дистанции безопасности в начале и, в особенности, в конце обгона, что часто приводит к нарушению требований безопасности. Чрезмерное приближение к переднему автомобилю может быть причиной аварии в случае неожиданного его торможения. Уменьшение второй дистанции безопасности и «срезание угла», иногда практикуемое водителями в конце обгона, также опасны, так как при ошибке в расчёте происходит столкновение автомобилей.