Придание автомобилю информативных свойств, которые обеспечивали бы уменьшение вероятности ДТП
Содержание
Обозначения и сокращения......................................................................................3
Введение………………………...........………………………………...…….……..4
1 Информативность автомобиля…………...................................…………....6
1.1 Виды информативности автомобиля….........................................................6
1.2 Внешняя визуальная информативность автомобиля……….......…….……8
1.3 Внутренняя визуальная информативность автомобиля……................…...18
1.4 Звуковая информативность автомобиля………..........................………......22
2 Организация рабочего места водителя....................................…...………...24
2.1 Общая характеристика......................................................………...………...24
2.2 Сиденье.............................................................................................................24
2.3 Расположение органов управления и приборов…..........................…….....30
2.4 Обзорность с места водителя ..............................................................…......34
3 Взаимодействие автомобиля с дорогой ……………………..……………..38
3.1 Характеристики поверхности дороги и движение автомобилей………....38
3.2 Состояние покрытия и условия движения автомобилей………………….45
3.3 Порядок оценки и определения геометрических элементов дорог ……...54
4 Физико-химические условия на рабочем месте водителя…………….......57
5 Методы уменьшения загрязнения окружающей среды автомобилями.....65
6 Экономическая оценка эффективности установки на автомобиль
травмобезопасного рулевого колеса и энергопоглощающей рулевой колонки…………………...........................…………………….…………………...69
Заключение……………………………………………………………………….....71
Список используемой литературы...........................................................................72
Обозначения и сокращения
ВАД – система «Водитель — автомобиль — дорога»
ВАДС – система «Водитель — автомобиль — дорога — среда»
ДТП – дорожно-транспортное происшествие
КПП – коробка перемены передач
НИИАТ – Государственный научно-исследовательский институт автомобильного транспорта
НИЦИАМТ – научно-исследовательский центр испытаний автомототехники
Введение
Число аварий на автомобильном транспорте непрерывно увеличивается, и за последние годы оно стало особенно велико. Для иллюстрации этого положения приведем некоторые статистические данные:
1) число людей, погибающих в мире от автомобильных катастроф, давно превысило уровень смертности от всех инфекционных болезней, вместе взятых;
2) в США число людей, погибших на автомобильных дорогах от аварий в несколько раз больше числа человеческих жертв за все войны (около 600 тыс.), которые эта страна вела за время своего существования;
3) как свидетельствует статистика ДТП, около 60% пострадавших составляют водители и пассажиры транспортных средств [1, 2, 3].
Причиной дорожно-транспортного происшествия часто является несоответствие одного из элементов системы водитель — автомобиль — дорога — среда (ВАДС) остальным элементам. Многие происшествия возникают вследствие того, что требования дорожной обстановки выше возможностей человеческого организма или конструкции транспортного средства. Органы чувств человека надежно работают лишь в сравнительно узких диапазонах нагрузок. Величины нагрузок, действующих на водителя в сложной дорожной обстановке, часто выходят за пределы этих диапазонов, что осложняет работу водителя и создает предпосылки для опасных ситуаций. Воздействие на водителя дополнительных нагрузок, вызванных недостатками конструкции автомобиля или его неудовлетворительным техническим состоянием, может резко ухудшить качество вождения, а в особенно неблагоприятных случаях привести к аварии. Напротив, удачная конструкция автомобиля, компенсирующая психофизиологические недостатки человека, может способствовать повышению безопасности дорожного движения [4, 5, 6].
Цель: На основе исследований системы «водитель-автомобиль и ее элементов, необходимо придать автомобилю информативные свойства, которые обеспечивали бы уменьшение вероятности ДТП.
Задачи: Ввиду того, что основной причиной дорожно-транспортных происшествий (ДТП) является недостаточная надежность действий человека (водителя), выполняющего функции управляющего звена системы и неоптимальные по ряду параметров свойства управляемого звена этой системы — автомобиля, требуется глубокое изучение вопросов надежности работы подсистемы «Водитель — автомобиль» системы ВАДС, путем передачи части задач водителя автоматическим системам, за счет поддержания необходимых комфортных условий в салоне и оснащения автомобиля достаточным количеством систем бортовой диагностики [4, 5, 6].
Актуальность: Одними из направлений совершенствования эксплуатационных свойств автомобиля с целью предупреждения ДТП и исключения или хотя бы снижения тяжести травм при ДТП являются передача части задач водителя по управлению автомобилем автоматическим системам, улучшение условий обитания в кабине автомобиля, придание элементам салона оптимальных форм и свойств, исключающих травмы водителя и пассажира при авариях [7, 8, 9].
1 Информативность автомобиля
- Виды информативности автомобиля
Аварийность на дорогах, особенно в последние десятилетия, связана с ошибками водителей, вызванными увеличением объема информации, получаемой при управлении автомобилем. В связи с этим крайне важно разгрузить внимание водителя, направленное на операции по управлению автомобилем. Это можно достигнуть только согласованием реакций автомобиля с психофизиологическими возможностями водителя, оптимальной организацией рабочего места с учетом антропометрических показателей и мощности мускульной системы, что возможно только на основе изучения системы водитель — автомобиль [10, 11, 12].
Большое значение для активной безопасности автомобиля имеет его информативность, под которой понимают свойство автомобиля обеспечивать необходимой информацией водителя и других участников движения. Водитель в зависимости от конструкции автомобиля получает информацию об окружающей обстановке, характере его движения, режиме работы агрегатов и систем. Другие участники движения благодаря информативности автомобиля имеют возможность определить его тип, скорость и направление движения и прогнозировать на ближайшее будущее расположение его на дороге и расстояние до других транспортных средств [13, 14, 15].
Действия водителя неразрывно связаны с процессами приема и переработки информации, которую он получает с помощью анализаторов (зрительного, слухового и др.) от внешних раздражителей. Водитель принимает конкретные решения и управляет автомобилем на основе полученной и переработанной им информации. Однако в определенных условиях он не успевает переработать необходимую ему информацию, пропускает ее или принимает решение слишком поздно, в результате чего возникает дорожно-транспортное происшествие. Такой же результат возможен, когда в поле зрения водителя отсутствует достаточное количество информации, требуемой по условиям сложившейся дорожно-транспортной ситуации. Следовательно, безопасность движения во многом зависит от количества и качества воспринимаемой водителем информации [16, 17, 18].
Водителя можно рассматривать как составную часть системы ВАДС. Информация поступает к водителю с помощью сигналов. Такими сигналами являются всевозможные физические процессы, движущиеся объекты (предметы), разнообразные сигналы и источники, напряжение мышц и т. д., т. е. сигналы, возникающие при нормальном протекании какого-либо процесса, или сигналы, специально предназначенные для сообщения человеку информации. В первом случае сигналы называются естественными, во втором — искусственными. Искусственные сигналы (в виде звуковых и световых сигнализаторов, указателей и стрелок измерительных приборов и т. д.) используются в тех случаях, когда естественные сигналы трудно воспринимаемы (например, когда процессы, о которых человек должен получать информацию, происходят в герметически закрытых агрегатах автомобиля, на больших расстояниях и т. д.).
Сигналы, необходимые водителю для ориентации при выполнении работы, поступают к нему через органы чувств, которые реагируют на физические и химические изменения, происходящие в окружающей среде и в его организме (воздействие света, звука, прикосновение, запах, изменение температуры и т. п.). Эти изменения воздействуют в качестве «стимулов» на органы чувств и вызывают в нервной системе человека сложные физиологические процессы, которые отражаются в его сознании в форме ощущений — зрительных, слуховых, осязания и др. Для водителя автомобиля наиболее важными являются зрительные ощущения, так как зрительный анализатор поставляет ему более 90% всей информации, необходимой для управления автомобилем [19, 20, 21].
Чтобы правильно ориентироваться в окружающей обстановке (что является непременным условием всякого трудового процесса), водитель должен воспринимать приходящие сигналы и понимать их значение. Восприятие сигналов зависит от свойств каждого сигнала, его характеристик. Наиболее важными свойствами сигналов, которыми человек руководствуется при работе, являются вероятность появления, длительность, сила. Для визуальных сигналов, которые преобладают в системе ВАДС, большое значение имеют размер, цвет, форма. Положение и перемещение.
Все участники дорожного движения условно могут быть разбиты на две группы: водители-операторы и другие (внешние) участники движения (пешеходы, водители других транспортных средств, регулировщики). В процессе дорожного движения водитель выступает в двух качествах одновременно: водителя-оператора и внешнего участника движения, и должен реагировать на информацию, исходящую как от управляемого им автомобиля — внутренняя информативность, так и от других транспортных средств — внешняя информативность.
Информативность автомобиля может быть визуальной (форма и размеры автомобиля, цвет кузова, система автономного освещения, светосигнальное оборудование, элементы щитка приборов, параметры обзорности), звуковой (звуковые сигнализаторы, несущая волна, шум двигателя, трансмиссии и т. д.), тактильной (реакция органов управления на действие водителя).
Взаимодействие факторов, определяющих условия движения, и элементов информативности автомобиля может создать неопределенность в оценке режима его движения, состояния или местонахождения, что в свою очередь может привести к дорожно-транспортному происшествию. В связи с этим необходима разработка оптимальных для различных транспортных средств рекомендаций и нормативов по всем элементам информативности, которые отвечали бы условиям безопасности движения во всех возможных дорожно-транспортных ситуациях и удовлетворяли условиям эксплуатации, характерным для СНГ.
Ввиду того что водитель свыше 90% всей информации получает с помощью зрительного анализатора, зрение становится почти единственным каналом, по которому к водителю поступают сведения об окружающей обстановке во время движения. В связи с этим большую роль для обеспечения безопасности движения играет визуальная информативность автомобиля, т. е. свойство транспортного средства выдавать визуальную информацию о его местоположении на дороге, состоянии и режиме движения.
Визуальная информативность делится на внешнюю и внутреннюю.
- Внешняя визуальная информативность автомобиля
Внешней визуальной информативностью обладают кузов автомобиля, световозвращатели, система автономного освещения и система внешней световой сигнализации.
Кузов автомобиля. Окраска автомобиля должна обеспечивать световой и цветовой контраст с дорожным покрытием. Если автобусы, большегрузные автомобили и автопоезда информируют других участников движения о своем присутствии и маневрах прежде всего габаритами и формой, то для автомобилей малых размеров важна окраска.
Автомобили. Окрашенные в яркие и светлые тона, реже попадают в аварии, чем автомобили, имеющие защитную окраску — черную, серую или коричневую. Особенно велика вероятность столкновения с такими автомобилями (на современных скоростных магистралях) в условиях ограниченной видимости: в тумане, в сумерках или во время дождя. Лучшие цвета, в которые следует окрашивать автомобили, — это оранжевый, желтый, красный и белый.
В темное время суток особенно хорошо видны поверхности, на которые нанесены краски с включением шаровидной катодиоптрической оптики или металлических световозвращающих частиц. Значительно увеличивается дальность обнаружения автомобиля в свете фар (до 100 м) при наличии на кузове световозвращающих участков, создаваемых путем нанесения специальных красок на задний борт (снаружи и изнутри), задние бамперы, номерные знаки.
Всякий цвет на фоне дополнительного цвета воспринимается более насыщенным и ярким. Это явление используется при окраске автомобилей оперативных служб, которые окрашивают в два цвета. При этом один из них относится к группе цветов, отличающихся наибольшей дальностью видимости. К цветографической отделке внешней поверхности автомобиля предъявляются два требования:
1) сигнальность, т. е. выделение автомобиля из транспортного потока;
2) опознаваемость, т. е. обозначение при помощи цвета и маркировки назначения автомобиля.
Цвета высокой чистоты с большими коэффициентами отражения (яркие), а также многоцветовая гамма при кратковременном наблюдении действуют возбуждающе на водителя, что способствует выделению автомобиля в транспортном потоке. При длительном наблюдении такие цвета оказывают резко утомляющее действие. Таким образом, красный и желтый цвета и их основные оттенки следует применять для окраски небольших по размеру автомобилей. Грузовые автомобили, автопоезда и автобусы необходимо окрашивать в так называемые холодные цвета (зеленый, голубой, синий и их оттенки) или темные цвета. Это снижает напряжение зрения и уменьшает утомляемость водителей встречных автомобилей. С этой же целью следует окрашивать в темные цвета с малым коэффициентом отражения части автомобилей, находящиеся постоянно в поле зрения водителя (капот, задняя часть кузова).
Световозвращатели. В темное время суток подвижной состав автомобильного транспорта может находиться на проезжей части улиц или дорог или в непосредственной близости от них (остановка или стоянка у тротуара, на обочине, на кромке проезжей части). Наличие препятствия, каким является автомобиль, стоящий на проезжей части и не обозначенный средствами активной световой сигнализации, представляет значительную опасность для всех участников движения в ночное время.
Видимость дороги и объектов на ней зависит от структуры, цвета и отражающей способности их поверхности. Все объекты (кроме источников излучения) обладают разной степенью отражения и делятся на объекты с диффузным, зеркальным, смешанным и световозвращающим отражением (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 Виды отражения:
а — диффузное; б — зеркальное; в — смешанное; г — световозвращающее
При наиболее распространенном — диффузном отражении световые лучи рассеиваются по всем направлениям, и водитель видит ночью слабый световой сигнал, отраженный от препятствия.
При зеркальном отражении световые лучи, падающие на поверхность, отражаютяс под углом, равным углу падения. Для водителя световые лучи, зеркально отраженные от гладкой поверхности, например мокрой дороги или льда, представляют собой слепящий источник.
Большинство поверхностей отражают свет и диффузно и зеркально, т. е. обладают смешанным отражением.
Световозвращающее отражение характеризуется тем, что свет возвращается обратно к источнику излучения по направлениям, близким к направлению его падения. Устройства из искусственных световозвращающих материалов, обладая исключительно высокой отражающей способностью, надежно работают в различных погодных условиях, не ослепляя водителя.
Наиболее эффективным и экономичным средством увеличения информативности автомобилей на дороге в темное время суток является освещение их специальными световозвращающими знаками, размещенными по контуру или спереди, сзади и сбоку корпуса автомобиля. Световозвращающие опознавательные знаки — это устройства световой сигнализации, состоящие из оптически плотных прозрачных катодиоптров. На рисунке 1.2 изображены различные световозвращатели.
Рисунок 1.2 Конструкции различных световозвращателей
а — простейший; б — пленочный закрытый; в — плоскопризменный; 1 — шаровая линза; 2 — слой порошкообразного алюминия; 3 — защитная пленка; 4 — связывающий слой; 5 — фольга; 6 — слой клея; 7 — бумажное основание
Световозвращатели согласно рекомендации ISO-R-303 предназначены для обозначения габаритов автомобилей в темное время суток путем отражения света, излучаемого источником, находящегося вне этого транспортного средства.
Для автомобиля обязательно наличие двух задних красных светоотражающих приспособлений нетреугольной формы. У транспортных средств длиной выше 8 м, а также у прицепов и полуприцепов на боковых поверхностях устанавливаются дополнительно по два световозвращателя оранжевого цвета. Прицепы и полуприцепы, кроме задних и боковых световозвращателей, должны иметь спереди два световозвращателя белого цвета.
Система автономного освещения автомобиля. В темное время при слабом освещении дорог и неумелом пользовании светом фар значительно усложняется работа водителя. Многообразие типов фар, отсутствие единства в требованиях к светораспределению, несогласованность рекомендаций по комплектованию автомобилей фарами и их использованию в зависимости от типа и назначения автомобиля и эксплуатационных условий — все это отрицательно сказывается на безопасности движения. Расположение световозвращателей на автопоезде показано на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 Размещение и углы видимости световозвращателей и опознавательных огней автопоезда:
1 — опознавательные огни автопоезда; 2 — передние световозвращатели; 3 — задние световозвращатели; 4 — боковые световозвращатели
При описании системы ВАДС следует различать физиологическую и геометрическую видимость (дальность и углы видимости).
Физиологическая видимость дороги и объектов характеризует зрительный процесс водителя и возможность зрительного обнаружения объекта. Она зависит от яркостей фона Lф и объекта Lоб, угловых размеров объекта и оценивается величиной яркостного контраста (с учетом углового размера объекта)
K=(Lоб-Lф)/Lф. (1.1)
Чем выше значение K, тем виднее объект на фоне дороги, тем больше вероятность распознавания его водителем. Поэтому видимость принято определять отношением фактического контраста Kф, к его пороговому значению Kпор
V= Kф/Kпор. (1.2)
Пороговое значение контраста связано с пороговыми значениями параметров объекта и яркостью фона следующим соотношением:
Kпор=1/(bL),
где Lф — яркость фона (адаптации), кд/м; a и b — постоянные коэффициенты, величина которых зависит от углового размера объекта и яркости фона.
Таким образом, видимость объектов в общем случае при неограниченном времени наблюдения определяется контрастом объекта с фоном, угловым размером объекта и уровнем яркости адаптации.
При автомобильном освещении (даже в условиях свободного движения) работа зрительного анализатора водителя может осложняться из-за неравномерного распределения яркости в поле зрения, динамичности движения автомобиля, дорожных и метеорологических условий, влияющих на прозрачность атмосферы и лобового стекла. Вследствие этого, а также из-за ограниченного времени опознавания вместо порогового значения контраста следует принимать его критическое значение Kкр (значительно превышающее пороговое). Условие видимости в этом случае характеризуется следующим соотношением:
Kф Kкр. (1.4)
В условиях стесненного и сложного движения автомобилей (при встречном разъезде) видимость в значительной степени определяется также слепящим действием фар встречных автомобилей. В этом случае количественной мерой ослепления является коэффициент ослепленности, который принято определять отношением разностей пороговых яркостей при наличии и отсутствии слепящих источников:
c=Lс /L, (1.5)
где Lс – разность пороговых яркостей при наличии слепящих источников;
L — то же, при отсутствии слепящих источников.
Ослепление отсутствует при c=1. Если c>1, то слепящий источник оказывает определенное слепящее действие, повышающееся с увеличением Lс. При освещении дороги фарами выражение (1.5) имеет вид
c=1+(0,57 cL /L)(Ei/), (1.6)
где cL — коэффициент, зависящий от яркости Lф фона (адаптации), кд/м
n — число фар на встречном автомобиле;
Eзрi — освещенность зрачков водителя, создаваемая фарой встречного автомобиля, лк;
i — угол действия слепящего источника, отсчитываемый от оси движения встречного автомобиля, град;
m — показатель степени, зависящий от величины (m=2 при 1,5 и m=3,5 при <1,5).
Дальность видимости объектов на дороге (геометрическая видимость) служит основной характеристикой условий видимости, так как с ней связаны важнейшие параметры движения — скорость и остановочный путь автомобиля.
Дальность видимости объектов на дороге можно определить как расстояние, на котором видимость V 1, т. е.
KфKкр. (1.7)
Безопасность движения автомобиля по условиям дальности видимости объектов на дороге определяется величиной остановочного пути автомобиля, вычисляемого по формуле
Sо=vtсум+ v2/(2gx)Kэ + v, (1.8)
где v — скорость движения автомобиля, м/с;
tсум= tр+ tпр+0,5tу (tр — время реакции водителя, с; tпр — время срабатывания тормозного привода; tпр=0,2 и 0,6 с соответственно для гидропривода и пневмопривода одиночных автомобилей и tпр=2 с для пневмоприводов автопоездов; tу — время нарастания замедления, с);
x — коэффициент сцепления;
Kэ — коэффициент эффективности торможения;
— эмпирический коэффициент, учитывающий увеличение времени реакции водителя ночью при повышении скорости движения; принимается равным 0.5 с целью получения запаса надежности по остановочному пути.
При движении автомобиля, особенно в темное время суток водителю необходима видимость не только в пределах угла острого зрения, но и в пределах так называемых информативных зон.
Информативными зонами видимости водителя назхываются зоны, в пределах которых ему необходимо получать исчерпывающую зрительную информацию об окружающей обстановке (направлении дороги; расположении основных геометрических элементов и элементов обустройства дорорги, регулирующих дорожное движение; препятствиях в виде пешеходов и других участников движения; разрушениях, выбоинах и случайных предметах на проезжей части). Перечисленные источники информации обычно находятся на некотором расстоянии от оси зрения водителя, поэтому обеспечение физиологической и геометрической видимости необходимо не только по оптической оси, но и в пределах необходимых для водителя углов видимости.
Для создания необходимых условий видимости дороги автомобиль достаточно оборудовать фарами четырех типов; ближнего света, дальнего света, широкоугольно-противотуманного света, скоростного света (прожекторы дальнего действия).
К фарам при оборудовании ими автомобиля предъявляются требования, приведенные ниже.
Фары ближнего света предназначены для освещения дороги впереди автомобиля при нормальной прозрачности атмосферы с минимально возможным ослеплением водителей других транспортных средств при встречном разъезде и при движении за автомобилем-лидером (ослепление возможно через зеркало заднего обзора).
Фары должны быть расположены спереди, на равном расстоянии от плоскости симметрии автомобиля, на одинаковой высоте и в одной плоскости, перпендикулярной к его продольной оси (рисунок 1.4) Цвет фар должен быть белым или желтым, но обязательно одинаковым.
Рисунок 1.4 Размещение одинакового комплекта световых приборов на передней и задней частях автомобиля:
БС — фары ближнего света; ДС — фары дальнего света; 1 — световозвращатели; 2 — указатели поворота; 3 — габаритные огни; 4 — сигналы торможения; 5 — фонарь освещения номерного знака
Фарами дальнего света пользуются для освещения дороги впереди автомобиля в свободном режиме движения (отсутствуют встречные транспортные средства) при нормальной прозрачности атмосферы. Автомобиль должен иметь не менее двух фар дальнего света, расположенных спереди на равном расстоянии от плоскости симметрии, на одинаковой высоте и в одной плоскости (см. рисунок 1.4). Они могут быть белого или желтого цвета.
Фары широкоугольно-противотуманного света предназначены для улучшения освещения дороги при движении автомобиля по горизонтальным участкам дорог с закруглениями малых радиусов, проезде пересечений, перекрестков и во всех случаях пониженной прозрачности атмосферы (туман, дождь, снегопад и т. д.); их светораспределение в наибольшей степени соответствует условиям городского движения.
Цвет противотуманных фар должен быть белым или желтым, но обязательно одинаковым для обеих фар, установленных на автомобиле. Установка противотуманных фар на автомобиль не обязательна.
Применение фар-прожекторов дальнего действия (скоростного света) на автомобиле целесообразно лишь при высокой скорости на прямых участках при малоинтенсивном движении, а также при предъявлению к автомобилю требований повышенной безопасности. Их расположение, цвет и светораспределение пока не оговариваются международными документами.
Скоростной свет. Дополнительные фары-прожекторы устанавливают на автомобили, водителям которых. Исходя из особых требований безопасности движения (пригородные, междугородные и международные автобусы), высокой эффективности использования транспортного средства (автопоезда, совершающие междугородные и международные перевозки) или высокой скорости (легковые автомобили высокого класса), необходимо создать очень хорошие условия видимости дороги и объектов на ней. Видимость в этом случае должна приближаться к дневной, т. е. должна быть обеспечена большая дальность видимости (не менее 200 м). значительный угол обзора в горизонтальной плоскости (не менее 30) и удовлетворительная неравномерность распределения яркости дорожного покрытия в центральном поле зрения (не более 1:3).
Оптический элемент фары-прожектора имеет светооптическую схему, принципиально подобную схеме дальнего света. Он состоит из параболического отражателя, однонитевой лампы накаливания повышенной мощности (до 300 Вт) и рассеивателя с несложным набором микроэлементов. Все лучи, исходящие от тела накала, отражаются параллельно оптической оси и образуют узкий световой поток значительной силы света. Проходя через микороэлементы рассеивателя, световой поток несколько рассеивается в горизонтальной плоскости.
Суммарная сила света всех фар дальнего и скоростного света не должна превышать 150000 кд.
Фары с галогенными лампами. Основной отличительной чертой галогенных ламп является наличие паров галогена в колбе лампы. Пары галогена, вступая в реакцию с вольфрамом, осажденным на стенках лампы, образуют неустойчивое при высоких температурах соединение. Около нити накала (область высоких температур) происходит распад соединения галогена с металлом, и последний осаждается на теле накала, что приводит к его восстановлению.
По сравнению с обычными галогенные лампы имеют следующие преимущества: меньшая скорость испарения вольфрама с тела накала и больший срок службы; отсутствует осаждение вольфрама на стенках колбы, что приводит к постоянству светового потока; повышенная яркость тела накала; при одинаковом сроке галогенные лампы могут работать при температуре тела накала, которая на 30% выше, чем в обычных лампах.
Фары с галогенными лампами целесообразно устанавливать на международные автобусы и автомобили-тягачи, используемые для междугородных и международных перевозок.
Система внешней световой сигнализации автомобиля. Сигнальные фонари. Передаваемая с помощью светосигнальных приборов информация должна отвечать следующим требованиям: надежно восприниматься в любое время суток и при любых метеорологических условиях; быть понятной для всех участников движения, включая и пешеходов; полностью исключать двойственное толкование; быть надежной.
В настоящее время установился минимальный комплект обязательных для каждого транспортного средства светосигнальных приборов: указатели поворотов, сигнал торможения, габаритные огни, фонарь освещения номерного знака.
Число, расположение, цвет и видимость сигналов регламентируются международным документом – ISO-R-303. Световые и цветовые характеристики, нормы и методы испытаний сигнальных огней регламентируется Правилами №4, 6, 7, 27, 38 ЕЭК ООН.
Кроме перечисленных выше обязательных сигналов, существуют дополнительные световые сигналы и фонари, применяемые в некоторых странах: сигнал, обозначающий увеличение габарита автомобиля при открывании двери; световой сигнал. Указывающий на внезапно возникшее аварийное состояние автомобиля (одновременное мигание всех четырех указателей поворота); стояночные световые сигналы; фонари заднего хода; фонари, обозначающие автопоезд; противотуманные задние фонари.
Фонари (фары) заднего хода (2 шт.) устанавливают на задней части автомобиля симметрично его продольной плоскости. Они имеют бесцветный рассеиватель и служат для предупреждения других участников движения о перемещении автомобиля назад. Кроме того, эти фонари освещают водителю некоторое пространство позади автомобиля (не менее 5 м). поэтому правильнее их назвать фарами заднего хода.
Стояночные огни (передние и задние) обычно располагают на передней или задней стойке кузова и конструктивно часто выполняют в одном фонаре. Их функция — обозначать автомобиль, находящийся на стоянке, все стальные огни которого выключены. Передние стояночные огни должны быть белого цвета, задние — красного.
Световой указатель автопоезда выполняют в виде трех фонарей с рассеивателями оранжевого цвета или в виде треугольника оранжевого цвета. Он предназначается для установки его на крыше автомобиля как опознавательный сигнал наличия у автомобиля прицепа при движении в темное время суток, во время тумана и в других случаях малой прозрачности атмосферы.
Сигнал опасного состояния автомобиля включается в том случае, когда автомобиль из-за технической неисправности или болезненного состояния водителя представляет собой опасность для других участников движения (отказ рулевого управления, неисправность тормозной системы и пр.).
Пути совершенствования сигнальных фонарей. Для наилучшего восприятия каждый из сигналов должен отличаться от других, по крайней мере, двумя признаками из следующих трех: расположением фонарей (на расстоянии не менее 10 см один от другого); цветом; яркостью светящейся поверхности (для близко расположенных фонарей соотношение яркостей должно быть не менее 5:1).
Кроме перечисленных, можно назвать еще ряд признаков. Определяющих совершенство фонарей; компактность; раздельность световых камер (при использовании общего корпуса для сигнального устройства); положение указателей поворота (как можно ближе к боковому габариту автомобиля); раздельное расположение камер габаритных огней и сигнала торможения; расстояние между габаритными огнями (как можно больше); высота расположения сигналов торможения и указателей поворотов (как можно выше).
Для повышения информативности современных систем сигнальных фонарей следует обратить внимание на рациональное (по видимости в многорядном транспортном потоке) расположение сигнальных фонарей; установление оптимального состава сигнальных приборов; совершенствование конструкции фонарей в отношении восприятия их водителями в различных дорожно-метеорологических условиях.
Существующее (низкое) расположение приборов внешней сигнализации автомобиля не вполне отвечает современным требованиям в связи со значительным увеличением плотности и интенсивности транспортных потоков. Водитель видит только сигналы соседних транспортных средств, так как световые приборы автомобилей, движущихся вдали, закрыты от него корпусами соседних транспортных средств. Это затрудняет водителю прогнозирование изменений в транспортном потоке, когда возмущения потока возникают на периферии.
Продолжается изучение целесообразности введения на автомобилях систем торможения с переменной яркостью (или меняющимися цветами, изменяющейся частотой мигания), характеризующей вид и интенсивность торможения: равномерное движение, торможение двигателем, экстренное торможение. Кроме того, исследуется целесообразность применения сигнальных фонарей с автоматической регулировкой силы света в зависимости от наружной освещенности, что позволит создать наилучшие условия для восприятия светового сигнала в различных условиях. Дебатируется вопрос о замене габаритных огней белого и красного цвета синими или зелеными огнями.
1.3 Внутренняя визуальная информативность автомобиля
К устройствам внутренней визуальной информативности относятся панель приборов и устройства, улучшающие обзорность автомобиля.
Панель приборов. Панель приборов, как средство отображения информации, в наибольшей степени определяет внутреннюю визуальную информативность автомобиля. Панель приборов состоит из различных информационных индикаторов, которые должны снабжать водителя информацией о состоянии систем и агрегатов, о течении процессов в них, о скорости движения автомобиля в форме, пригодной для восприятия. Данные устройства отображения необходимо конструировать с учетом законов, управляющих восприятием, т. е. должно обеспечиваться быстрое прочтение и безошибочное (однозначное) понимание водителем визуальной информации, которое выносится на панель приборов.
Показания контрольно-измерительных приборов и сигнализаторов приборной панели автомобиля несут достаточно разнообразную информацию, которую по важности содержания можно разделить на информацию:
1) о состоянии систем автомобиля, непосредственно обеспечивающих безопасность движения;
2) о характеристике движения автомобиля в пространстве (скорость, уменьшение критического интервала при движении в потоке);
3) об эксплуатационном состоянии систем и агрегатов;
4) прочие сведения.
Схема на рисунке 1.5 отражает наиболее распространенные виды информации, которую может получить водитель от контрольных приборов и сигнализаторов.
Рисунок 1.5 Классификация визуальной информации, передаваемой водителю с панели приборов
Основное требование к компоновке панели приборов — сокращение времени восприятия водителем показаний приборов и сигнализаторов при условии получения информации в достаточном объеме. При проектировании приборного комплекса для рабочего места водителя следует прежде всего определить содержание и форму подачи зрительной информации с помощью средств отображения.
Освещение щитка приборов должно удовлетворять двум противоречивым требованиям. С одной стороны, необходимо обеспечить одинаковую читаемость показаний приборов и индикаторов в любое время суток, с другой — яркость освещения шкал приборов и индикаторов не должна вызывать повышения уровня световой адаптации и ослепления водителя.
Скорость чтения показателей контрольно-измерительных приборов зависит от разрешающей способности глаза человека — от остроты зрения. Угловых размеров и положения объекта в поле зрения, уровня освещенности и контраста между фоном и объектом, от возраста водителя и других факторов. Так, например, наибольшая острота зрения достигается при различении белого пятна на черном фоне. С уменьшением угла зрения, контрастности и яркости фона ясность восприятия объекта наблюдения снижается.
Для подсвета шкал приборов используют заливающий, флюоресцирующий и электролюминесцентный свет или индивидуальные для каждого прибора светопроводы.
Световые сигнализаторы должны быть хотя бы двухрежимными; лучше многорежимными (в зависимости от освещенности дороги). Размеры сигнализаторов следует выбирать с учетом достижения четкости различения символа, нанесенного на светофильтр сигнализатора. Цвет светофильтра имеет значение независимо от эстетических соображений. Как видно из рисунка 1.6, для сигнализаторов может быть выбран различный цвет. Видимую часть спектра составляют волны длиной 380...708 нм (1нм=10-9 м), т. е. от фиолетового до темно-красного цвета. Максимум кривой спектроальной чувствительности глаза характеризуется длиной волн около 550 мм в области зеленого цвета. Чувствительность глаза к красному цвету составляет менее 0,1 чувствительности к зеленому цвету. Это положение имеет значение для выбора мощности ламп накаливания, применяемых для сигнализаторов, в зависимости от цвета устанавливаемого светофильтра.
В настоящее время в СНГ установлено обязательное число сигнализаторов приборной панели грузовых автомобилей и рекомендации по цвету, которые могут быть распространены на автомобили всех типов:
1) мигающая контрольная лампа указателя поворота — зеленого цвета;
2) сигнализатор включения ближнего света и габаритных огней — зеленого цвета;
3) сигнализатор включения дальнего света — синего цвета;
4) указатель включения стояночной тормозной системы — красного цвета;
5) сигнализатор снижения давления в шинах прицепногоустройства — красного цвета;
6) контрольные лампы — красного цвета, которые должны сигнализировать о давлении в пневмоприводе тормозной системы, давлении масла в двигателе и температуре воды в системе охлаждения
Рисунок 1.6 Зависимость чувствительности глаз от длины световой волны
Обзорность автомобиля. Рассматривая систему водитель — автомобиль — дорога как контур управления, в котором управляющим звеном является водитель (рисунок 1.7) можно показать, что обзорность является характеристикой всей системы в целом. Она является конструкционно-информационным фильтром, через который к водителю поступает практически вся внешняя информация, необходимая для управления автомобилем.
Рисунок 1.7 Система водитель — автомобиль — дорога как контур управления
Под обзорностью автомобиля понимают его конструктивное свойство, определяющее объективную возможность для водителя беспрепятственно видеть путь движения и объекты, которые могут помешать безопасному движению. Она определяется в первую очередь такими факторами, как размеры окон, ширина и расположение стоек кузова, место размещения водителя относительно окон, размеры зон, очищаемых стеклоочистителями, конструкция омывателей, система обогрева и обдува стекол, а также расположением, числом и размером зеркал заднего обзора.
В качестве критериев оценки обзорности используются различные условные показатели. Зависящие в основном от способа определения обзорности; эти показатели не всегда сопоставимы. Можно выделить четыре основные группы критериев оценки обзорности (рисунок 1.8).
1. Геометрические размеры оконных проемов и очищаемых зон стекла. т. е. угловые размеры конструктивных элементов остекленения кабины, а также углы обзорности с места водителя, величина которых определяется расположением непрозрачных элементов кабины относительно основных пространственных плоскостей, проведенных через точку расположения глаз водителя.
2. Геометрические размеры «слепых» зон на горизонтальной площадке.
3. Геометрические размеры и площади «слепых» зон, когда автомобиль стоит на горизонтальной площадке (оценивается баллами).
4. Эталонный контур, в основу построения которого положена понорама, видимая водителем через переднее стекло автомобиля при движении по прямому горизонтальному участку улицы или дороги.
Рекомендуемые параметры обзорности автомобиля определяют исходя из анализа расположения различных объектов дорожной обстановки, которые необходимо видеть водителю для безопасного управления автомобилем в диапазоне скоростей 5,5...41 м/с.
При определении оптимальных углов обзорности вверх учитывается, что она должна обеспечивать водителю видимость светофоров, знаков и других дорожных сигналов, установленных над проезжей частью дороги. Минимально необходимый угол обзора вверх должен быть таким, чтобы водитель мог увидеть предупреждающий сигнал светофора на таком расстоянии от места установки, которое позволяло бы водителю принять решение и достаточно плавно остановить автомобиль.
Максимальная высота верхней кромки переднего окна, ограничивающего верхний предел обзорности, обусловливается двумя требованиями. Во-первых, водитель должен видеть светофор, подвешенный на высоте 5 м над серединой проезжей части дороги, когда автомобиль стоит у линии «Стоп» на расстоянии 12 м от светофора. Во-вторых, переднее окно не должно быть слишком высоким, так как в противном случае водитель будет страдать от избытка яркого света и тепловых лучей, что наблюдается при верхнем угле обзорности свыше 30.
Вертикальные углы обзорности имеют критическое значение также при движении автомобиля по дороге с криволинейным профилем в вертикальной плоскости. Требование, предъявляемое к обзорности автомобиля в подобной ситуации, заключается в обеспечении достаточной для безопасной остановки дистанции видимости до внезапно появляющегося неподвижного объекта.
Оптимальные углы обзорности автомобиля в горизонтальной плоскости должны быть такими, чтобы водитель мог видеть объекты при выполнении маневров в плане (при движении автомобиля по криволинейным участкам дорог, при проезде различных перекрестков и пересечений), а также светофоры, дорожные знаки, указатели и другие объекты. Расположенные по сторонам дороги. Обзорность в плане определяется прежде всего шириной переднего окна, шириной и расположением передних боковых стоек кабины (кузова). Например, при угловом размере передней боковой стойки кабины, равном 5, водитель не видит пешехода уже на расстоянии 6,1 м, а автомобиль средних размеров — на расстоянии 45,8 м. Вследствие этого место для стоек и форму их поперечного сечения выбирают с учетом бинокулярности зрения человека.
1.4 Звуковая информативность автомобиля
При движении автомобиля на орган слуха водителя воздействуют разнообразные звуки, которые можно разделить на две группы: случайные звуки, отвлекающие водителя от управления автомобилем (шумы); звуки, необходимые водителю, несущие информацию об окружающей обстановке, состоянии агрегатов и механизмов автомобиля и т. п.
Основными источниками шума, отвлекающими водителя и оказывающими отрицательное влияние на его организм, являются: двигатель, трансмиссия, ходовая часть, шины, подвеска и кузов. Шум проникает внутрь автомобиля через окна, стены, пол, а также распространяется по металлическим конструкциям. Под влиянием такого шума снижается устойчивость ясного видения, ослабляется сумеречное зрение, нарушается деятельность вестибулярного аппарата и наступает преждевременная усталость. Особенно это относится к водителям большегрузных автомобилей, в кабине которых интенсивность звука достигает значительной величины и может превысить допустимый предел шума.
Кроме того, суммарный уровень шума, относящегося к первой группе и ухудшающего состояние водителя, уменьшает информативность звуковых сигналов, к которым относятся сигналы автомобилей, регулировщиков, а также источники внутренней сигнализации.
Эти сигналы становятся плохо различимыми на общем фоне, так как интенсивность их звука должна быть на 10 дБ выше уровня шума в кабине водителя. Таким образом, снижение звукового фона занимает важное место в общей проблеме повышения звуковой информативности автомобиля.
Борьба с проникновением шума в кабину ведется как с помощью конструктивных усовершенствований, так и путем тщательного подбора конструкционных материалов и применения звукопоглощающих прокладок. Важнейшее значение приобретает уплотнение педалей и рычагов управления, проходящих через пол кабины, а также звукоизоляция двигателя.
Звуковые сигнализаторы. В настоящее время нет международных документов, унифицирующих состав и характеристики (силу звука, прерывность, тембр) звуковых сигнализаторов, и на большинстве современных автомобилей они отсутствуют. Однако звуковые сигналы должны использоваться как для передачи водителю простейшей информации, так и в качестве предупредительных сигналов в том случае, если необходимо непроизвольное (принудительное) привлечение мания водителя. В особо опасных случаях должно быть предусмотрено дублирование аварийного светового сигнала прерывистым звуковым. К таким сигналам можно отнести сигналы о недостаточном уровне жидкости в тормозной системе и давлении воздуха в шинах, а также о давлении в пневмоприводе тормозной системы.
Кроме того, звуковой сигнализатор (со световым дублированием на щитке приборов) можно использовать в радиолокационных системах, определяющих дистанцию между двумя автомобилями.
Применение звуковых сигнализаторов позволяет разгрузить зрительный анализатор водителя, что приобретает особое значение по мере увеличения числа приборов внутренней визуальной информативности автомобиля и увеличения интенсивности, плотности и рядности движения.
2 Организация рабочего места водителя
2.1 Общая характеристика
Рабочее место водителя характеризуется размерами кабины, удобством доступа к органам управления, положением сиденья, расположением по отношению к нему органов управления и эргономическими параметрами среды в кабине (шум, вибрация, микроклимат, загрязнение воздуха токсическими веществами) [19,20].
Рациональная организация рабочего места имеет большое значение для безопасности движения, повышения производительности труда и сохранения здоровья водителя. Она заключается в оснащении, оборудовании и планировке рабочего места в соответствии с психофизиологическими и антропологическими характеристиками человека, вследствие этого рабочее место водителя может быть в различной степени удобным для управления автомобилем и по-разному влиять на работоспособность и утомляемость водителя и точность управления автомобилем.
В современных автомобилях применяется много устройств, улучшающих условия работы водителя. Исследователи-эксплуатационники и конструкторы продолжают изыскания по совершенствованию рабочего места водителя, в том числе по совершенствованию требований к параметрам рабочего места водителя.
Эксплуатационное свойство, характеризующее рабочее место водителя (пассажира) автомобиля, называют обитаемостью или комфортностью автомобиля. Под обитаемостью понимают приспособленность рабочего места водителя (пассажира) к психофизиологическим и антропометрическим особенностям человека. Обитаемость относится к одному из свойств, характеризующих эксплуатационное качество автомобиля – его безопасность.
Обитаемость автомобиля оценивается параметрами, которые могут быть сгруппированы следующим образом: параметры, характеризующее сиденье; параметры, характеризующие органы управления; параметры, характеризующие физико-химические условия рабочего места.
2.2 Сиденье
Сиденье состоит из остова, подушки, спинки и амортизирующего устройства. Эти основные узлы могут быть изготовлены как отдельно, так и совместно.
Остов сиденья представляет собой жесткий каркас, прикрепленный к полу кабины, на котором устанавливаются подушка и спинка. На остове расположены различные регулировочные и стопорные устройства, обеспечивающие удобную посадку водителя и регулирование положения сиденья относительно органов управления.
Конструкция сиденья. Подушка и спинка сиденья состоят из каркаса, упругого элемента, набивки и обивки. Конструкция спинки обычно проще, чем конструкция подушки, так как на нее действуют меньшие нагрузки. Толщину спинки стремятся сделать как можно меньше, чтобы не сокращать полезную площадь кабины. Спинки сидений многих автомобилей выполняют откидными.
Посадка водителя считается удобной, если части его тела образуют углы, исключающие излишнее мышечное напряжение, благоприятствующие выполнению движений и обеспечивающие возможность управлять автомобилем с минимальной затратой физической энергии. При этом части тела человека должны находиться под оптимальными углами одна к другой (рисунок 2.1), что определяется конструкцией и взаиморасположением элементов сиденья.
Посадка в зависимости от положения сиденья и органов управления в кабине предопределяет величину мышечного усилия водителя. Для уменьшения его утомления посадка должна быть такой, чтобы спина была выпрямлена, а не откинута назад и не согнута вперед. Это достигается при положении спинки сиденья, близком к вертикальному, с небольшим отклонением назад.
При такой посадке центр тяжести корпуса водителя и точка вращения тазобедренного сустава располагаются на одной вертикали, вследствие чего водитель не тратит мускульных усилий для сохранения равновесия.
Правильная посадка водителя зависит также от расположения органов управления по отношению к сиденью. Ноги водителя должны легко доставать до педалей, а руки, лежащие на рулевом колесе, быть слегка согнуты в локтях, что позволяет ему сидеть естественно, не испытывая утомления при длительной поездке; и затрачивая минимальные усилия при воздействии на рулевое колесо, педали и рычаги управления.
Если сиденье водителя расположено далеко от педалей, то он должен подтягиваться к ним, что вызывает напряжение мышц. При очень высоком сиденье водитель горбится и наклоняет голову, это вызывает быстрое утомление мышц плечевого пояса, сжатие органов брюшной полости и легких, затруднение дыхания и утомление глаз. Если сиденье выдвинуто вперёд, водителю приходится сгибать ноги, что затрудняет управление, как педалями, так и рулевым колесом. При низкой посадке водитель, чтобы следить за дорогой, вынужден поднимать подбородок, напрягать мышцы шеи и спины.
Конфигурация сиденья должна учитывать особенности анатомического строения спины человека – естественный S-образный изгиб позвоночника, сохраняющийся в положении стоя и изменяющийся в положении сидя, особенно при прямой посадке. Оптимальное положение поясничного изгиба обеспечивается при некотором увеличении наклона спины назад и наличии опоры в области поясницы. Центральная точка опоры туловища в положении сидя должна, приходится на область между вторым и четвертым позвонками.
Рисунок 2.1 Оптимальные углы между звеньями манекена, имитирующего водителя:
1 — 15...25; 2 — 85...100; 3 — 95...120; 4 — 65...95; 5 — 15...35; 6 — 80...110; 7 — 170...190
Давление на сиденье зависит от площади и жесткости опорной поверхности и от углов наклона подушки и спинки. Упругие подушка и спинка сиденья позволяют снизить удельную нагрузку на тело водителя от его собственного веса. Таз водителя должен иметь некоторую свободу перемещения для смены положения и не быть сдавленным, чтобы часть веса тела не передавалась на суставы берцовых костей, что вынуждает их «скатываться» внутрь сиденья. Подушка сиденья должна быть упругой, давление на поверхность сиденья не должно распределяться равномерно. Для снижения давления опорную поверхность выполняют рельефной, соответствующей форме тела водителя.
Характер давления на сиденье определяют простым способом — по отпечаткам на специальной химически обработанной бумаге.
Удобство посадки и управления автомобилем. Удобство посадки и управляющих движений водителя в значительной степени зависит от расстояния между сиденьем и органами управления, измеряемого от поверхности деформированного сиденья. Это расстояние определяет усилия, которые водитель должен прилагать к рулевому колесу, рычагам и педалям. Так как размеры частей тела у разных людей колеблются в широких пределах, подушку и спинку сиденья делают регулируемыми как по высоте, так и в продольном направлении.
Удобство посадки и управления автомобилем определяется планировочными размерами кабины, габаритными и посадочными размерами сиденья, а также физико-механическими характеристиками его элементов. К планировочным, габаритным и посадочным размерам относятся размеры, определяющие пространственное положение сиденья относительно органов управления, длина, ширина и глубина подушки, высота спинки, угол ее наклона, высота и наклон подушки по отношению к полу кабины. От ширины подушки зависит некоторая свобода смены положения частей тела; от ее глубины – свобода движения коленного сустава; от высоты подушки над уровнем пола, – положение глаз относительно окон и зеркал, а также свободный вход в кабину и выход из нее; от наклона подушки – уверенная посадка водителя, исключающая сползание его с сиденья; от высоты спинки – достаточная опора туловища и свобода движения плечевого сустава; от опоры для головы – предохранение шейных позвонков от травм; от наклона спинки – расположение на одной вертикали центра тяжести корпуса тела и точки вращения тазобедренного сустава, что снижает утомляемость мышц водителя, а также сокращает длину кабины. Значения перечисленных параметров приведены в таблице 2.1.
Воздействие ускорений. При изменении скорости и направления движения автомобиля возникают ускорения в первом случае в прямолинейном направлении, во втором – центростремительные. При движении по неровной дороге появляются ускорения в вертикальном направлении. Ускорения, возникающие при разгоне, торможении, повороте и движении автомобиля по неровной дороге, сравнительно невелики. Их величина определяется следующими значениями (в м/c2):
При разгоне………………………………………………………....2—5
При торможении……………………………………………………6—7
При движении по горизонтальной кривой………………………..2—7
При движении по неровной дороге……………………………..…1—3,5
Эти ускорения находятся в пределах величин, легко переносимых человеком. Водитель и пассажиры выдерживают перегрузку 10…15 м/с2 при неоднократно следующих один за другим разгонах, торможении и повороте без каких-либо серьезных последствий. Однако незначительные по величине, но действующие в течение длительного времени ускорения вызывают раздражение вестибулярного аппарата, что обычно снижает работоспособность водителя.
Колебания и вибрации. Колебания возникают вследствие воздействия сил инерции, вызываемых ускорениями и замедлениями движения автомобиля. Кроме того, водитель воспринимает колебания и вибрации кабины, передающиеся от эластичных шин, подвески, пружин сиденья и т. п. Колебания и ускорения возбуждают нервную систему водителя, вызывают головную боль, снижают остроту зрения, повышают утомляемость, ухудшают психофизиологическую и рефлекторную деятельность.
Организм весьма восприимчив к толчкам и вибрациям, когда человек сидит, и особенно при большом наклоне туловища, так как в этих случаях не используется естественная амортизация ног. Человеческий организм особенно восприимчив к частотам, близким 4…5 и 30 Гц, так как они являются резонансными при колебании отдельных частей тела человека (область таза 4…6 Гц; брюшная полость 4…8 Гц; голова относительно плеч 30 Гц).
Таблица 2.1
Планировочные размеры рабочего места водителя.
|
Параметры
|
ГАЗ – 4331
|
ГАЗ – 66
|
ЗИЛ - 4331
|
МАЗ - 5336
|
МАЗ – 503Б
|
ЗАЗ-968
|
ВАЗ - 2106
|
Москвич- 2140
|
ГАЗ - 31105
|
ЛАЗ-695М
|
ЛИАЗ - 677
|
|
Расстояние подушки до пола к плоскости оси сиденья, мм
|
3366
|
3355
|
4410
|
4440
|
4495
|
2290
|
3300
|
2260
|
3300
|
4450
|
4490
|
|
Ширина подушки сиденья, мм
|
11390
(об щее)
|
4465
|
5550
|
4490
|
4485
|
5500
|
5560
|
5540
|
5576
|
-
|
4486
|
|
Угол наклона подушки,
|
8
|
9
|
17
|
5
|
5
|
12
|
11
|
10
|
15
|
4
|
7
|
|
Угол между подушкой и
спинкой, э
|
100
|
96
|
84
|
101
|
98
|
100
|
98
|
105
|
-
|
97
|
96
|
|
Расстояние от спинки до тормозной педали и педали сцепления, мм
|
905
|
860
|
-
|
922
|
927
|
-
|
-
|
-
|
914
|
915
|
-
|
|
Глубина сиденья, мм
|
460
|
420
|
500
|
400
|
380
|
430
|
470
|
430
|
480
|
-
|
440
|
|
Расстояние от подушки до потолка, мм
|
990
|
980
|
960
|
1055
|
1030
|
935
|
-
|
-
|
950
|
-
|
-
|
|
Расстояние от спинки до рулевой колонки, мм
|
360
|
375
|
360
|
350
|
382
|
370
|
-
|
-
|
415
|
435
|
-
|
|
Расстояние от подушки до рулевой колонки, мм
|
175
|
235
|
125
|
270
|
195
|
195
|
-
|
-
|
165
|
230
|
-
|
Колебания, воздействующие на водителя, и последствия от них зависят от типа и режима движения автомобиля, вида покрытия и состояния дороги, по которой происходит движение (таблица 2.2).
Наиболее характерными являются колебания работающего двигателя (75…100 Гц), пола (10…30 Гц), а также колебания автомобиля, вызываемые неровностями дороги. Чаще всего на водителя действуют колебания с частотой 2…4 Гц и ускорением 2,5 м/с2.
Таблица 2.2
Характерные частоты колебаний и ощущения водителей при движении автомобиля по дорогам с различным покрытием
|
Покрытие дороги, и его состояние; тип дороги
|
Ско-рость
движе-ния, м/с
|
Частота
вертикаль-ных колебаний, Гц
|
Ощущения водителей
|
|
Ровное, асфальтобетонное
|
11…40
|
0,4…2,0
|
Морская болезнь
|
|
волнистое, асфальтобетонное
|
11…14
22…25
|
16…70
40…140
|
Головные боли и боли в суставах, ухудшающие зрительное восприятие
|
|
Цементобетонное со швами через 4-8м
|
22…28
|
3…7
|
Сильные головные боли, потеря внимания, головокружение
|
|
Мостовая
|
11…20
|
4…40
|
Головные боли
|
Под влиянием длительного воздействия колебаний у водителей появляются изменения в системе кровообращения, мозгу, костно-суставной и
мышечных системах. Вредное влияние колебаний приводит к появлению у водителей пояснично-седалищных болей.
Колебания и вибрации элементов автомобиля гасятся в сиденье с помощью упругих элементов различных конструкций и амортизаторов.
В качестве металлических упругих элементов применяются витые, плетеные, змейковые и другие пружины, а также торсионы и рессоры различной конструкции. Колебания сидений с металлическими упругими элементами можно гасить с помощью специальных амортизаторов (гидравлических или пневматических) двойного действия, заключением пружин в чехлы, закрытием подушки снизу панелью, состоящей из блоков, материал которых обладает хорошими демпфирующими свойствами. В последнем случае используют поролон, губчатую резину, каучуковый латекс и другие материалы. В процессе формования в блоках делают пустоты, занимающие до 50% объема. Воздух, находящийся в пустотах, при нагрузке на сиденье служит амортизатором, хорошо гасящим колебания. Применяя в разных местах подушки различные соотношения объемов пустот и материала, можно получить желаемую жесткость (или эластичность) отдельных частей блока. Сиденья с подушками из пористого материала легче пружинных и имеют в 8-10 раз меньше деталей, чем пружинные; сборка таких сидений упрощается.
Для автомобилей с мягкой подвеской, которая в значительной степени поглощает действующие на него возмущения, целесообразно делать сиденья без пружинных элементов.
Таким образом, сиденье может в определенной степени уменьшать воздействие ускорений и вибрации благодаря своей демпфирующей и деформирующей способности.
Амортизационные качества сиденья определяются статической и динамической характеристиками. Для получения статической характеристики, сиденье нагружают с помощью пуансона, повторяющего форму тела человека, а затем строят зависимость осадка сиденья – нагрузка. Нагрузка ограничивается 850…1000 Н для подушки и 290…600 Н для спинки. Статическая характеристики определяет жесткость сидений и имеет различный характер для металлических (линейная зависимость) и неметаллических (нелинейная зависимость) упругих элементов.
Динамическая характеристика сиденья определяется следующими параметрами: временем затухания импульса нагрузки, частотой колебаний сиденья, декрементом затухания и коэффициентом поглощения. Динамическая характеристика записывается самописцами при приложении к подушке или спинке, установленных на испытательном стенде, определенного импульса силы. Желаемые характеристики сидений достигаются путем: подбора упругих элементов необходимой жесткости, применением торсионов, пружин, диафрагм и т.п., а также включением в конструкцию амортизирующих устройств.
Обивка сиденья. Поверхность (обивка) сиденья также в значительной степени определяет удобство посадки водителя. Обивка сиденья должна быть плотной и шероховатой, обладать достаточной прочностью, придавать подушке соответствующий внешний вид. При гладкой обивке водитель скользит по сиденью. Постоянное перемещение тела требует дополнительного усилия для удержания его в нужном положении и излишне утомляет водителя. Обивка, имеющая чрезмерно большой коэффициент сцепления, вызывает утомление мышц спины. Материалом для обивки служат плотные шерстяные и полушерстяные ткани, кожа, кожзаменители и пластические материалы. В последнее время широкое распространение получили обивки из кожзаменителя и пластических материалов, хотя они имеют недостаточную воздухопаропроницаемость. Обивка сиденья должна сохранять эластичность при температуре от 50 до +70° С, не должна быть липкой и скользкой.
2.3 Расположение органов управления и приборов
Не менее важным, чем размещение органов управления в рабочей зоне рук водителя, является расположение их в таком порядке, который обеспечивал бы возможность быстрого поиска нужного органа без зрительного контроля. Это можно обеспечить группировкой органов управления по функциональным признакам, равномерным распределением нагрузки между правой и левой руками и ногами водителя, а также правильным подбором конфигурации рукояток, кнопок, рычажков и расстояний между ними.
Однако применяемое на некоторых автомобилях расположение органов управления указывает на то, что принцип разделения на функциональные группы и подгруппы не выдерживается. Так, например, в ряде случаев ручка переключателя стеклоочистителя и рукоятка насоса омывателя расположены в разных местах, что делает невозможным управление ими одной рукой. Наиболее наглядно этот недостаток проявляется при необходимости промыть стекло, внезапно залитое грязью при разъезде со встречным автомобилем. При таком расположении необходимо либо отпустить рулевое колесо и использовать обе руки для включения стеклоочистителя и омывателя, либо сделать это поочередно сначала одной, а затем другой рукой, что удлиняет время включения и снижает надежность управления автомобилем.
Если смотреть с сиденья водителя, то педали управления должны располагаться в следующем порядке слева направо: педаль сцепления, если таковая имеется, педаль рабочего тормоза и педаль подачи топлива. Левая нога в нерабочем положении должна нормально опираться на поверхность пола или упор для ноги и не застревать в педалях.
Расстояние между крайними точками контуров опорных поверхностей педалей управления подачи топлива и педали рабочего тормоза должно быть не более 100 мм и не менее 50 мм. Расстояние между опорными поверхностями педали рабочего тормоза и педали сцепления не должно быть более 50 мм. Расстояние между крайними точками контура опорной поверхности педали сцепления и наиболее близкой перегородкой должно быть не менее 130 мм справа и 160 мм слева для транспортных средств с тремя педалями и не менее 130 мм справа и более 120 мм слева для транспортных средств с двумя педалями.
Возможность распознавания органов управления без зрительного контроля в значительной мере зависит от их формы и расстояния между рукоятками и кнопками. На основании исследований был предложен набор рукояток (рисунок 2.2), формы которых легко распознаются на ощупь, что дает возможность оператору действовать, опираясь только на осязательный контроль.
Рисунок 2.2 Легко различимые формы рукояток
В настоящее время наблюдается расширение применения клавишных переключателей, однако практикуемое иногда расположение их в ряд с малым зазором неудобно, особенно при управлении автомобилем в перчатках.
Для уменьшения числа ошибок рукоятки переключателя света фар, управления воздушной заслонкой, включателя стеклоочистителя и омывателя, расположенные на педали приборов, должны иметь условные обозначения их функционального значения. Федеральным стандартом США №102 предусмотрены также единый порядок перемещения рычага управления автоматической трансмиссией и обязательное нанесение схемы переключения передач на рычаге управления механической коробкой передач.
Величины усилий, необходимых для приведения в действие органов управления. Для снижения физического утомления водителя величины усилий, необходимые для приведения в действие органов управления. Не должны вызывать появления чувства усталости при неоднократном пользовании или ограничивать скорость их перемещения. В ряде работ по инженерной психологии и эргономике рекомендуются следующие величины максимальных усилий, необходимых для приведения в действие органов управления: рулевое колесо — 100...110 Н, педаль сцепления — 200...294 Н, педаль тормоза при служебном торможении — 200...250 Н и при аварийном торможении — 500...800 Н.
Правая нога водителя большую часть времени находится на педали управления подачей топлива. Быстрому развитию утомления мышц ноги способствует как малая величина усилия перемещения педали. Так и большая. В первом случае водитель вынужден держать ногу на весу, во втором ему приходится преодолевать значительное усилие пружины. Рекомендуемое усилие предварительного сжатия пружины педали управления подачей топлива равно 30...45 Н.
Оптимальные усилия для утопления кнопок изменяются в пределах 1,5...3 Н. Однако для уменьшения вероятности случайного включения это усилие рекомендуют повышать до 6 Н.
Расположение приборов. Надежность системы «автомобиль — водитель» в значительной степени зависит от технического состояния автомобиля. Наличие приборов, контролирующих состояние систем и агрегатов, позволяет своевременно принять меры по устранению неисправностей и снизить вероятность появления внезапных отказов.
Приборы должны обеспечивать водителя необходимой информацией за минимально возможный промежуток времени, Для этого расположение приборов должно быть таким, при котором изменение угла зрения при переносе взгляда от дороги на приборы было бы минимальным, а приборы не были бы закрыты элементами рулевого колеса или руками водителя. Чтобы освободить водителя от постоянного наблюдения за стрелочными приборами, необходимо дублировать их аварийными индикаторами. Для уменьшения величины изменения угла зрения при переносе водителем взгляда от дороги на приборы последние необходимо располагать симметрично относительно средней плоскости тела водителя, а высоту расположения их необходимо приблизить к уровню его глаз. Оптимальным вариантом было бы расположение приборов на оси зрения при наблюдении за дорогой, но в этом случае они будут мешать восприятию дорожной обстановки. Поэтому всегда имеется компромисс между ухудшением визуального контроля и увеличением времени переноса взгляда с дороги на приборы.
В ряде случаев приборы автомобилей выпуска прошлых лет расположены так, что, не изменяя положения головы, невозможно считать их показания. Показанный, например, на рисунке 2.3 выключатель звукового сигнала с кольцевым ободком 1. расположенным концентрично ободу рулевого колеса, улучшает условия пользования звуковым сигналом, но в то же время ухудшает условия считывания показаний приборов.
Рисунок 2.3 Органы управления легкового автомобиля
1 – ободок выключателя звукового сигнала; 2 – спица рулевого колеса
Для быстрого и точного считывания показаний приборов необходимо также. Чтобы они располагались группами, каждая из которых дает информацию о работе определенной системы, а расположение групп было бы увязано с последовательностью считывания показаний и обеспечивало бы возможность зрительного выделения необходимой в данный момент группы. Важное значение имеет также выбор типа шкал, направление движения стрелок и их положений при нормальном и аварийном режимах работы агрегатов. Тип шкалы и ее оцифровка должны обеспечить требуемую точность считывания (но не выше необходимой). Кроме того, необходимо подать информацию в наиболее легко осознаваемой форме, не требующей значительных усилий для осмысливания, так как водителю необходимо в первую очередь знать, находится ли измерительный параметр в норме, а если есть отклонения, то в какую сторону, и опасны ли они. Для обеспечения этого эргономика рекомендует применять приборы с неподвижной шкалой и стрелочными указателями.
Понятия «норма», «больше», «меньше» лучше всего ассоциируются с движением стрелочного указателя по круглой шкале, когда норма соответствует положению стрелки на «9 ч», отклонению вверх — «больше», вниз – «меньше». При горизонтальной шкале увеличение измеряемого параметра должно соответствовать движению стрелки слева – направо, а нормальному значению – среднее положение. Шкалы спидометра и тахометра рекомендуется выполнять круглыми.
Размеры шкал и цифр должны соответствовать расстоянию шкалы от глаз водителя и в темное время суток они должны быть освещены. В частности, освещенность приборов на автобусах регламентируется нормалью «Освещенность панели приборов». Соответственно предусмотрены также надписи и символы, объясняющие назначение приборов, о чем сказано выше.
2.4 Обзорность с места водителя
Более 95% информации об окружающей обстановке водитель получает при помощи зрения, поэтому обзорность является одной из важнейших характеристик активной безопасности.
Под обзорностью автомобиля понимают его свойство, которое определяет объективную возможность для водителя надежно воспринимать информацию о задаваемом законе движения. Для этого объект наблюдения должен не только попасть в поле зрения водителя, но и находиться в нем в течение времени, достаточного для его восприятия [7]:
Тв=Tэфф, (2.7)
где Тв – время видения объекта водителем, с;
Tэфф – время, необходимое для восприятия и переработки информации водителем, с.
Таким образом, наиболее полную оценку обзорности можно получить сопоставлением времени видения объектов дорожной обстановки с психофизиологическими возможностями водителя воспринять и переработать эту информацию. Однако ввиду сложности подобной оценки пока применяют методы определения обзорности, основанные на измерении углов видения с места водителя на неподвижном автомобиле [9].
В настоящее время существует несколько методов оценки обзорности автомобилей, различающихся между собой критериями и используемым оборудованием. Основными из них являются: метод «полукруг видимости», метод планиметрирования зоны видимости, метод SAE. Последний отличается более строгим учетом положения глаз водителя при помощи шаблонов «глазных эллипсов».
Возможные зоны расположения глаз водителя могут быть образованы шестью группами эллипсов в зависимости от величины продольной регулировки сиденья, от наименьшей (100 мм) до наибольшей (165 мм). Другим важнейшим отличием рассматриваемого метода является использование коррекции положения глаз водителя в зависимости от регулировки наклона спинки сиденья.
В федеральном стандарте США №104 регламентированы минимально допустимые размеры поля зрения водителя. Для объективной оценки посадки водителя в США принята единая методика (SAE I 826) определения ее пр помощи трехмерного (объемного) манекена.
Трехмерный манекен усаживают на переднее сиденье автомбиля, установленное в крайнее заднее положение так, чтобы его правая нога находилась на педали управления подачей топлива, а левая – а наклонном полу рядом с педалью сцепления. После этого фиксируются координаты точки Н, которую называют также контрольной точкой сиденья. Все размеры пассажирского помещения определяются относительно точки Н [7].
В соответствии с американской методикой, основанной на статистических данных, глаз у 95% водителей (вид сбоку) находится в пределах эллипса (рисунок 2.4, а), большая ось которого расположена горизонтально, на 635 мм (25") выше точки Н, а малая – на вертикали, проходящей через точку Н. Пределы расположения глаз у 95% водителей (в плане) показаны н рисунке 20, б. Установленная стандартом №104 США минимально допустимая поверхность ветрового стекла, ограниченная указанными углами, которая должна очищаться стеклоочистителем, приведена в таблице 2.3. Для удовлетворения этих требований подбирают соответствующие траектории движения и длины щеток стеклоочистителя. На рисунке 2.5 показана схема очистки ветрового стекла. В связи с тем, что качество очистки при высоких скоростях движения ухудшается из-за уменьшения прижима щетки к стеклу, применяют щетки, поджимаемые к поверхности стекла встречным потоком воздуха с помощью специальных щитков.
Рисунок 2.4 Расположение «глазных эллипсов» SAE и схема определения предельных углов видимости
а – вид сбоку; б – вид в плане
Рисунок 2.5 Схема очистки ветрового стекла, применяемая на автомобиле Cadillac
В соответствии с федеральным стандартом США №7 в поле зрения водителя не допускается наличие блестящих поверхностей, дающих отраженный блеск в сторону водителя (в том числе водителя встречного автомобиля) и пешеходов. Для соблюдения этого стандарта применяют матовое хромирование, окраску в черный цвет под «муар» корпуса зеркала заднего вида, капотов и других поверхностей. На некоторых моделях американских автомобилей (Buick, Cadillac), рычаги и щетки стеклоочистителя располагают при нерабочем положении в кармане между кромкой капота и ветровым стеклом. Для улучшения передней обзорности уменьшают поперечное сечение стоек ветрового стекла, используют стойки трапециевидного сечения, обращенного меньшим основанием к водителю.
Чтобы улучшить видимость назад, введен ряд требований к зеркалам заднего вида. Так, в шведском «Дополнительном требовании» № 2 предусмотрено, что через внутреннее зеркало должен быть виден участок дороги шириной не менее 7 м на расстоянии 20 м от зеркала. Так как криволинейная отражающая поверхность наряду с увеличением обзорности искажает расстояния до движущихся сзади автомобилей, то оговаривается минимальный радиус кривизны зеркала – 800 мм в Чехии и 1100 мм в Норвегии. Для устранения ослепления водителя отраженным светом фар позади идущих автомобилей применяют внутренние зеркала заднего вида, устанавливаемые при помощи рычажка в положение «день» и «ночь» [7].
В целях устранения «слепых» зон сзади и сбоку автомобиля законодательством ряда стран предусмотрена установка кроме внутреннего еще двух наружных зеркал заднего вида. Эти зеркала на передних крыльях должны быть установлены так, чтобы водитель мог видеть их через зону ветрового стекла, очищаемую стеклоочистителем. Американским стандартом №111 предписано обеспечение видимости через наружные зеркала участка дороги шириной 4 м, считая от вертикальной продольной плоскости, касательной к боковой поверхности автомобиля в точке его максимальной ширины, на расстоянии 20 м от места установки зеркала.
3 Взаимодействие автомобиля с дорогой
3.1 Характеристики поверхности дороги и движение автомобилей
Сопротивление качению. Взаимодействие автомобиля и дороги представляет собой сложный процесс, анализ которого позволяет оценить устойчивость автомобиля, влияние внешней среды на условия движения и механические воздействия на дорожную одежду. Указанное взоимодействие можно характеризовать следующими основными показателями; размером нагрузки; средним давлением по площади отпечатка колеса; частотой приложения нагрузки; прогибом (деформацией покрытия l); сопротивлением качению; сцеплением колеса с покрытием и р.
Колеса передают на дорогу статические нагрузки при остановке автомобиля и кратковременные при его движении. При остановке автомобиля колесо передает на покрытие нагрузку Q (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 Схема сил, передаваемых на одежду от колеса:
а – неподвижного, б – ведущего, в – ведомого
Нормальная реакция дороги R=Q приложена в центре колеса. В этом случае взаимодействие автомобиля с дорогой можно характеризовать нагрузкой Q, площадью отпечатка колеса S, средним контактным давлением p= Q/S. Различают площадь отпечатка по контуру в форме эллипса и по выступам протектора. При определении среднего давления обычно в расчет принимают неэллиптическую площадь отпечатка, а круглую с приведенным по площади отпечатка диаметром D= 1,13. Эти две основные характеристики р и D или их произведение pD определяют взаимодействие автомобилей с дорогой и зависят от грузоподъемности автомобиля и степени его загрузки. Для современных автомобилей диаметр отпечатка D изменяется в пределах от 18 до 35 см., его площадь S – от 250 до 1000 см2, удельное давление – от 0,3 до 0,85 МПа.
Контактное давление р приближенно можно рассчитать – в зависимости от внутреннего давления воздуха рв в шине р = Кж рв (где Кж – коэффициент, учитывающий ее жесткость и равный 1,1…1,3).
Под действием вертикальной нагрузки Мк шина деформируется. Размер сжатия пропорционален колесной нагрузке u= КQ (где К– коэффициент, учитывающий упругость шины). Чем выше значение u, тем больше площадь отпечатка и меньше удельное давление.
При движении ведущего колеса на него, кроме нагрузки Q и нормальной реакции R, действует крутящий момент Мк‚ вызывающий в плоскости следа окружную силу (силу тяги) Fк направленную в сторону, обратную движению.
Fк = Мк /rк (3.1)
где rк – радиус качения колеса.
Сила Fк вызывает горизонтальную реакцию Т=Fк, благодаря чему происходит движение (рисунок 3.1, б). Это реактивная сила, или сила трения.
На горизонтальном участке основная часть силы тяги расходуется на преодоление сил сопротивления качению F, которые оцениваются затратой энергии на деформирование l дорожной конструкции и сжатие шины u. Чем больше F, тем выше расход топлива, смазочных материалов, следовательно, себестоимость, перевозок увеличивается. Поэтому одна из задач дорожной службы – создать такие дорожные одежды и покрытия, при которых F была бы наименьшей. Показателем сопротивления качению считается коэффициент сопротивления качению f = F/Q. Его можно определить следующим образом. Ввиду того что шина обладает эластичностью, точка приложения нормальной реакции R смещена вперед по ходу движения. Это смещение характеризует размер сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению может быть вычислен
f=e/rк , (3.2)
где е – смещение точки приложения нормальной реакции.
Коэффициент сопротивления качению определяют экспериментально, зная колесную нагрузку Q и измерив силу тяги Рк методами динамографирования,
F = (Pк ± Qi)/Q (3.3)
где i – продольный уклон дороги.
Сила F зависит от колесной нагрузки Q, давления воздуха в шинах рв, размеров колес и эластичности шин, скорости движения, прочности одежды, ровности покрытий и служит важной характеристикой взаимодействия автомобиля с дорогой.
На ровных покрытиях сопротивление качению снижается с возрастанием давления воздуха в шине и прочности дорожных одежд (рисунок 3.2). При 
Рисунок 3.2 Зависимость сопротивления качению от прочности E, ровности Sс, скорости v и внутреннего давления воздуха в шине рв
низких скоростях коэффициент f почти не меняется и для скорости до 20 км/ч его можно принять постоянным. При дальнейшем росте скорости коэффициент f повышается, так как шина в зоне контакта с покрытием не успевает полностью распрямиться и колесу возвращается меньшая доля энергии, затраченной на деформирование шины. Кроме того, при увеличении скорости деформации возрастает внутреннее трение в шине. Значение коэффициента сопротивления качению для любой скорости [4]
f v = f 20+ Кf (u – 20), (3.4)
где f20 – коэффициент сопротивления качению при скорости 20 км/ч;
Кf – коэффициент повышения сопротивления качению со скоростью (для легковых автомобили Kf = 0,00025, для грузовых – 0,0002).
В справочной и нормативной литературе значения f приведены для скорости около 20 км/ч, поэтому при расчетах эти значения следует приводить к соответствующей скорости по формуле (3.4).
Коэффициент трения и коэффициент сцепления. Реализация силы тяги зависит от силы трения между протектором и поверхностью покрытия
T = тR или T = тQ (3.5)
При торможении колеса автомобиля сила трения может быть определена через площадь контакта шины с покрытием
Т = SКж рв. (3.6)
В практике вместо понятия силы трения используют понятие силы сцепления и коэффициента сцепления
= T/Q. (3.7)
Различие этих довольно близких понятий состоит в соотношении адгезионной Та и гистерезисной или деформационной Тд доли силы трения. При скольжении одного гладкого тела по другому телу основную роль имеют адгезионные силы, т. е. собственно трение. При движении эластичной шины по покрытию характер взаимодействия меняется. Поверхность всегда имеет шероховатости, поэтому доля гистерезисной составляющей значительно больше, чем адгезионной. Такое взаимодействие характеризуется силой сцепления.
Зависимость коэффициента сцепления от скорости
v= 20 – (v – 20), (3.8)
где 20 – коэффициент сцепления при скорости измерения 20 км/ч;
– коэффициент изменения сцепных качеств от скорости (принимается в зависимости от типа и состояния покрытия).
В нормативных документах обычно приводятся коэффициенты сцепления при скорости 60 км/ч. Чтобы перейти к другой скорости, эти значения нужно пересчитывать
v =60 – (v – 60). (3.9)
Рисунок, площадь протектора и степень его изношенности значительно влияют на коэффициент сцепления колеса автомобиля с покрытием.
Движение автомобиля возможно, если сила сцепления в зоне контакта равна или больше силы тяги (Т Rк), а сила тяги больше суммы дорожных сопротивлений (Рд). Тогда основное уравнение движения
Т Рд. (3.10)
В тяговом режиме сила сцепления реализуется только через ведущие колёса, что учитывается коэффициентом сцепного веса m. Если все составляющие сопротивления движению отнести к единице массы автомобиля, основное условие движения примет вид
mf± i± jy± fв , (3.11)
где i – уклон, ‰;
jy – коэффициент удельной силы ускорения;
fв – удельное сопротивление воздушной среды на единицу массы автомобиля.
Исходя из этого, дорожная служба должна стремиться обеспечивать максимальные значения коэффициента сцепления и минимальные значения коэффициента сопротивления качению.
Сцепные качества покрытия. Тип покрытия, его прочность, ровность и шероховатость, наличие разрушений, трещин, влаги, пыли и грязи, снега или гололеда существенно влияют на коэффициент сопротивления качению колеса автомобиля (таблица 3.1) и коэффициент сцепления его с покрытием.
Таблица 3.1
Коэффициент сопротивления качению
|
Тип покрытия
|
Коэффициент сопротивления качении при покрытии (в числителе f20, в знаменателе f60)
|
|
|
эталонном (сухом)
|
мокром, загрязненном
|
с ровным слоем плотного снега
|
с рыхлым снегом толщиной 20…40 мм
|
гололеде
|
|
Цементобетонное и асфальтобетонное
То же с поверхностной обработкой
|
0,01…0,02
0,02…0,03
0,02
0,03
0,02…0,025
0,03…0,04
0,035
0,045
0,03
0,04
|
0,03…0,035
0,035…0,045
0,03…0,035
0,035…0,045
0,03…0,045
0,04…0,05
0,04…0,06
0,05…0,07
0,05…0,15
0,06…0,16
|
0,04…0,10
0,05…0,12
0,04…0,10
0,05…0,12
0,04…0,10
0,05…0,12
0,04…0,10
0,05…0,12
0,06…0,10
0,07…0,12
|
0,08…0,12
0,09…0,13
0,08…0,12
0,09…0,13
0,08…0,12
0,09…0,13
0,08…0,12
0,09…0,13
0,08…0,12
0,09…0,13
|
0,015…0,03
0,02…0,04
0,02…0,04
0,03…0,05
0,02…0,04
0,03…0,05
0,03…0,04
0,04…0,05
0,03…0,05
0,04…0,06
|
На малопрочной одежде сопротивление качению возрастает за счет деформирования поверхности качения.
Поверхность покрытия всегда имеет неровности, которые оказывают больше влияние на условия движения автомобилей и водителей и как результат – на скорость. Одна из причин снижения скорости – рост сопротивления качению, который может возрастать на неровных покрытиях в 2 – З раза. Увеличение шероховатости покрытия приводит к росту коэффициента сопротивления качению в среднем на 4% на 1 мм высоты неровностей шероховатости на асфальтобетонных покрытиях и на 13% на цементобетонных.
По данным проф. А. К. Бируля коэффициент сопротивления качению при движении автомобиля по неровной поверхности
f=0,01+ 1,210-8Scv2, (3.12)
где Sc – показатель ровности по толчкомеру, см/км;
v – cредняя скорость автомобиля, км/ч.
На сцепные качества покрытия наибольшее влияние оказывает шероховатость, которая характеризует структуру, т. е. форму рисунка неровностей поверхности, и может быть макро-и микрошероховатой.
Макрошероховатность – неровности поверхности покрытия длиной волны от 2 до 100 мм (в зависимости от диаметра шины) и высотой от 0.2 до 100 мм. Эти неровности создаются выступающими частицами каменного материала покрытия или в результате обработки его поверхности (нарезка бороздок).
Микрошероховатость – собственная шероховатость частиц каменного материала, образующего неровности. Длин волны микрошероховатости менее 2…3 мм, а высота менее 0,2…0,3 мм. Поверхность покрытия может быть крупношероховатой (выступы более 2 мм), среднешероховатой (выступы 1…2 мм), мелкошероховатой типа наждачной бумаги (выступы 0,3…1,0 мм) и гладкой (выступы менее 0,3 мм).
Сцепные качества обеспечиваются сочетанием макро- и микрошероховатости, но нормируется только макрошерошероховатость, которую обычно принимают за общую. Шероховатность существенно влияет на различие фактической площади контакта шины с покрытием от контурной, а через него и на сцепление колеса с покрытием. Контурная плошадь – это плошадь контакта по выступам протектора шины, зависящая от конструкции шин, давления воздуха в них и нагрузки на колесо
Sк = Q/(KоКж рв), (3.13)
где Kо – коэффициент контактности, учитывающий конструкцию шины (для легковых 1,3…1,8, для грузовых 0,9…1,7).
Фактическая площадь контакта меньше контурной и тем больше, чем выше неровности макрошероховатости, из-за которых выступы протектора не везде касаются покрытия. В результате происходит не только количественное, но и качественное изменение деформации протекторной резины. При небольшой высоте выступов наблюдается «чистое» внедрение неровностей макрошероховатости в резину без их воздействия на каркас шины. Начиная с некоторой высоты, внедряющиеся неровности уже не вдавливаются в резину протектора и шина перекатывается по ним (рисунок 3.3).
Рисунок 3.3 Влияние неровностей покрытия на контакт автомобильных шин:
а – мелкошероховатое покрытие; б – крупношероховатое ; в – микронеровности большого размера
В связи с тем, что от увеличения высоты выступов шероховатости уменьшается площадь контакта, уменьшается абсолютное значение адгезионной составляюшей. Одновременно увеличивается гистерезисная составляющая вследствие возрастания потерь энергии на деформацию шины. Поскольку снижение адгезии опережает рост гистерисной составляюшей, уменьшается суммарная сила трения. Однако на сухих чистых покрытиях суммарная сила трения (сцепления) практически всегда достаточна для безопасного движения автомобиля. На мокрых, грязных или заснеженных покрытиях сцепные качества снижаются особенно с увеличением скорости. В этом случае не помогает даже макрошероховатость, поскольку грязь или снег забивают впадины между выступами, и поверхность мало отличается от гладкой поверхности.
На сцепные качества покрытия влияет температура воздуха tв. Возрастание температуры способствует снижению вязкости битума в асфальтобетоне, что снижает сопротивление поверхности тормозной силе. Поэтому на одних и тех же покрытиях, построенных с применением органических вяжущих, в разные часы суток и в различных регионах страны значения будут различаться. Для цементобетонных покрытий влияние tв на менее ощутимо.
Коэффициент сцепления зависит и от ровности покрытия. С возрастанием скорости автомобиля по неровной поверхности деформация шины происходит не полностью. Площадь отпечатка будет уменьшаться с ростом скорости, что приводит к уменьшению сцепления колеса с покрытием. Если принять при очень высокой ровности за 100%, то при увеличении неровности покрытий Sc спепление снижается:
Sc, см/км…………………………………..50 100 200 300
Уменьшение , %........................................5 10 25 40
Определяя количественные значения коэффициента сцепления, весьма важно установить требования к условиям измерения. Измерения производят на мокром покрытии с толщиной слоя воды не менее 1 мм при полной блокировке заторможенного колеса. Скорость движения измерительного прибора 60 км/ч, а на дорогах I категории —60 и 80 км/ч. В течение многих лет эти измерения выполняли шинами с неизношенным протектором. В настоящее время обязательным требованием является измерение гладкой шиной (без протектора). Значения коэффициента сцепления, измеренного динамическим прицепом с гладкой шиной на различных покрытиях, приведены в таблице 3.2. Между коэффициентами сцепления, полученными торможением колеса с гладкой шиной гл и колеса, имеющего шину с неизношенным протектором п, существует корреляционная зависимость:
гл=0,7п; (3.14)
п =1,43гл (3.15)
Таблица 3.2
Коэффициент сцепления
|
Покрытие
|
60 и для гладкой шины на покрытии
|
|
|
эталонном (сухом)
|
мокром, чистом
|
мокром, грязном
|
|
|
60
|
|
60
|
|
60
|
|
|
Цементобетонное
Асфальтобетонное с шероховатой обработкой
Горячий асфальтобетон без шероховатой обработки
Холодный асфальтобетон
Черное щебеночное и черное гравийное
Щебеночное и гравийное
|
0,45…0,55
0,40…0,50
0,45…0,55
0,30…0,40
0,25…0,35
0,30…0,35
|
0,002
0,003
0,002
0,0035
0,003
0,003
|
0,35…0,40
0,30…0,40
0,25…0,35
0,20…0,30
0,20…0,30
0,15…0,25
|
0,003
0,003
0,003
0,003
0,0035
0,0035
|
0,20…0,30
0,20…0,30
0,15…0,25
0,15…0,20
0,10…0,20
0,10…0,20
|
0,0025
0,003
0,0025
0,0025
0,0025
0,0025
|
Степень соответствия покрытия требованиям движения можно оценить
по показателю взаимодействия колес с покрытием
Кf = m/ (f± i± jy± fв ). (3.16)
Движение автомобиля возможно при Кf 1. Анализ этого показателя позволяет сделать важный вывод о том, что при определенных соотношениях характеристик сцепных качеств, сопротивления качению и продольного уклона движение по дороге в тяговом режиме невозможно независимо от динамических качеств автомобиля, поскольку колеса будут проскальзывать. Максимально возможная скорость по соотношению сцепных качеств покрытия и сопротивления качению (км/ч)
vф мах = 60 + (m60 – f60 ± i)/(m +Kf ) (3/17)
Это важное положение необходимо учитывать при разработке требований к уровню содержания дорог и организации движения.
3.2 Состояние покрытия и условия движения автомобилей
Ровность покрытия. Автомобиль при движении взаимодействует с неровной поверхностью покрытия. Неровности имеют различные размеры и формы, их распределение по поверхности носит случайный характер, за исключением гравийных и щебёночных покрытий, где неровности в виде гребенки распределяются, как правило, равномерно по длине покрытия. Неровности вызывают вертикальные, продольные и поперечные колебания автомобиля, которые передаются водителю.
Макронеровности формируют макропрофиль поверхности покрытия и состоят из длинных плавных неровностей длиной волны не менее 100 м. Они влияют на работу двигателя и режим движения, но не приводят к колебаниям автомобиля на подвеске. Фактически это продольный профиль дороги.
Микронеровности формируют микропрофиль поверхности и состоят из неровностей длиной волны от 10 до 100 м, которые вызывают значительные колебания автомобиля на подвеске.
Шероховатость—совокупность неровностей длиной волны до 3…10 см, которые не вызывают низкочастотных колебаний автомобиля на подвеске, так как их воздействие поглощают шины.
Все основные неровности относятся к микропрофилю поверхности покрытия. Значительная часть этих неровностей формируется уже на стадии строительства, когда фактический профиль покрьтия отличается от проектного на размер допустимых просветов под 3-метровой рейкой (рисунок 3.4). В процессе эксплуатации дороги число и размеры неровностей увеличиваются. На асфальтобетонных в цементобетонных покрытиях высота (глубина) неровностей может достигать 20 мм, на шебеночных и гравийных, обработанных вяжущими,—40 мм, на гравийных и щебеночных —50 мм.
Колебания автомобиля, возникающие при движении по неровной поверхности, разделяют на неустановившиеся и установившиеся (рисунок 3.5).
Рисунок 3.4 Характеристики неровностей покрытия:
1 – проектный профиль покрытия; 2 – фактический профиль шероховатого покрытия; 3 – 3-метровая рейка; li – длина волны; hi – глубина (высота) неровности
Рисунок 3.5 Виды колебаний автомобиля при взаимодействии с дорогой:
а – неустановившиеся; б – установившиеся; 1 –неровность дороги; t – время
Неустановившиеся колебания наиболее распространены и возникают при наезде на единичные или повторяющиеся неровности различного размера и очертания.
Установшиеся колебания образуются при наезде на регулярно повторяющиеся неровности (волны, гребенка, стыки бетонных плит и т. д.).
Колебания автомобиля характеризуются амплитудой Z и частотой , их ускорением и суммарной амплитудой S. С ростом скорости автомобиля эти показатели увеличиваются. С увеличением размеров неровностей все показатели, кроме , также возрастают. Поэтому характеристики колебаний автомобиля служат косвенными показателями ровности покрытия. Ровность покрытия измеряют суммой амплитуд колебания подрессоренной массы или массы автомобиля при проезде неровностей на участке. Канд. тсхн. наук С. С Кизима установил зависимость между высотой веровностей и суммарной амплитудой колебаний
Sc = qhi, (3.18)
где q – коэффициент, зависящий от типа покрытия; hi – сумма максимальных просветов под 3-метровой рейкой.
Для оценки частоты повторения неровностей определенной длины волны применяют метод спектральной плотности дисперсий. Однако сложность вычисления корреляционной функций и спектральных плотностей ограничивает возможности их практического использования. При разработке требований к ровности покрытий исходят из допустимых амплитуд и ускорений колебаний автомобилей при расчетной скорости. Выделяют четыре критерия, по которым оценивают допустимость колебаний: удобство езды и комфортность для водителя и пассажиров; устойчивость грузов в кузове; надежность и долговечность работы рессор, шин и других частей автомобиля; надежность и долговечность работы дорожной конструкции.
Решающим является критерий обеспечения удобства и комфортности для водителя и пассажиров.
Исследованиями проф. Р. В. Ротенберга и других установлено, что на неровной поверхности ощущение колебаний водителем начинается с момента, когда ускорения колебаний достигнут = 0,5 м/с2. По мере возрастания скорости автомобиля и неровностей покрытия возникают беспокоящие колебания. Этому состоянию ориентировочно соответствуют ускорения = 2,5…3 м/с2.
При длительном действии колебания становятся неприятными и непереносимыми = З…5 м/с2. Единичные большие или длительные средние значения колебания влияют на функциональное состояние водителя, снижают его работоспособность.
Нормативные требования к предельно допустимой ровности покрытий приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3
Нормативные требования к предельно допустимой ровности покрытий
|
Тип дорожной одежды
|
Sc, см/км при интенсивности движения, авт./сут
|
|
|
500…1000
|
1000…3000
|
3000…5000
|
5000…7000
|
более 7000
|
|
Капитальные
Облегченные
Переходные
|
230/1100
300
400
|
230…150/1100…780
300…200
-
|
150…130/780…690
-
-
|
130/690
-
-
|
120/650
-
-
|
Примечание. В числителе приведены показатели для толчкомера, в знаменателе – установки ПКРС-2
Состояния покрытия. Под воздействием влажности воздуха, осадков и других метеорологических факторов, а также в зависимости от интенсивности движения, уровня содержания и вида покрытие может находиться в различном состоянии.
Сухим считают покрытие, микроповерхность материала которого не имеет сплошной пленки воды. Это наблюдается при относительной влажности воздуха до 90%.
К влажным относят покрытие, микроповерхность которого покрыта сплошной пленкой связанной воды. Такое состояние наблюдается при относительной влажности воздуха 90…100% и положительной температуре. При отрицательной температуре в этих условиях образуется микрогололед.
Мокрым считают покрытие, на микроповерхности материала которого имеется слой свободной воды.
К заснеженному относят покрытие с наличием рыхлого снега на поверхности: снежный накат – наличие слоя снега, уплотненного колесами автомобилей; гололедица – все виды зимней скользкости на поверхности дороги [1,2,4].
Взаимодействие с влажным и мокрым покрытием, роль макрошероховатости. Если на сухом покрытии основную часть силы сцепления (до 90%) составляет адгезия (молекулярное взаимодействие), то на влажном или мокром она резко снижается, поскольку на поверхности образуется пленка воды, перемешанная с остатками масел, бензина и грязи. Чтобы обеспечить достаточное сцепление колес автомобиля, поверхность должна иметь шероховатую структуру, позволяющую разорвать эту пленку и обеспечить непосредственный контакт протектора с покрытием. Выступы шероховатости вдавливаются в протектор, увеличивая деформационную составляющую силы трения. Шероховатость образует систему дренируюших ходов, по которым вода отжимается из зоны контакта. Исследования канд. техн. наук М. В. Немчинова показали, что на сухих покрытиях с увеличением шероховатости уменьшается коэффициент сцепления (рисунок 3.6) при всех скоростях. На мокрых покрытиях при невысокой скорости с увеличением макрошероховатости коэффициент сцепления снижается, а с ее возрастанием сначала стабилизируется (рисунок 3.6, б), затем даже повышается при средней высоте выступов 4,5…5,5 мм. На мокрых шероховатых покрытиях с ростом скорости коэффициент сцепления снижается значительно меньше, чем на гладких (рисунок 3.7). Однако эти зависимости действительны для небольшой толщины слоя воды (до 10 мм) и скорости не более 80...100 км/ч. Если скорость высокая и толщина слоя воды большая, процесс взаимодействия принципиально изменяется, так как возникает аквапланирование. В этом случае в плоскости контакта колес с мокрым покрытием можно выделить три зоны: зону неразорванной пленки, где образуется гидродинамическое давление воды на колеса; зону частично разорванной пленки, где наблюдаются отдельные соприкосновения протектора с покрытием; зону непосредственного контакта шины с дорогой, где свободная вода полностью удалена и осуществляется сухой контакт колеса с покрытием.
Физическая сущность аквапланирования состоит в том, что при наличии на покрытии сплошного слоя жидкости (вода, слякость) глубиной не менее критической hкр под колесами в зоне расположения головной волны (рисунок 3.8) создается жидкостный клин, оказывающий гидродинамическое давление R на колеса. С увеличением скорости это давление возрастает и при определенной скорости, называемой критической скоростью аквапланирования vакв вертикальная составляющая Y давления сравнивается по размеру с вертикальной нагрузкой Q. С этого момента колеса как бы всплывают и начинают скользить по жидкости.
Рисунок 3.6 Зависимость коэффициента продольного сцепления от макрошероховатости покрытия (новый рисунок протектора) для сухого с и мокрого м покрытия:
а, б, в – соответствено v = 40, 60 и 80 км/ч
Рисунок 3.7 Зависимость коэффициента сцепления от скорости движения (шина с протектором):
1-3 – средняя высота выступов (Rср=1,41, 0,71 и 0,19 мм соответственно)
Рисунок 3.8 Схема действия сил на колесо автомобиля при динамическом аквапланировании:
1 – колесо; 2 – покрытие; 3 – слой жидкости; 4 – головная волна жидкости
Рисунок 3.9 Шероховатость и взаимодействие колеса автомобиля с мокрым покрытием:
1 – шероховатая поверхность 2 – слой воды 3 – колесо автомобиля
На возникновение аквапланирования влияют глубина слоя и плотность жидкости, давление в шинах, рисунок и степень износа протекторов, структура поверхности покрытия. Выступы шероховатости уменьшают активную толщину слоя воды hакт, которая действует на колеса автомобиля, и тем самым снижают гидродинамическую подъемную силу. Активная толщина слоя воды (рисунок 3.8)
hакт = hст – + hвд , (3.19)
где hст – толщина слоя воды на поверхности;
hвд – глубина вдавливания выступов шероховатости в шину, мм.
Критическая глубина слоя жидкости на поверхности и скорость аквапланирования:
hкр =0,72/. (3.20)
vакв=36. (3.21)
где – средняя высота выступов шероховатости, мм:
рв – давление воздуха в шинах, МПа;
– массовая плотность жидкости (для воды 1,0210-6 кгс2/см4, для грязи 0,810-6 кгс2/см4);
v – скорость автомобиля, км/ч;
hакт – глубина слоя жидкости, мм.
Как показывают расчеты и экспериментальные наблюдения, на гладких покрытиях аквапланирование может возникать, когда слой воды или грязи всего 2…З мм. Если слой толще 10 мм, как правило, его уже нельзя избежать. Скорость начала аквапланирования колеблется от 60 до 100 км/ч. На условия движения автомобиля влияет равномерность распределения коэффициента сцепления по ширине покрытия. Необходимо, чтобы под левыми и правыми колесами автомобиля значение было одинаковым, иначе при резком торможении произойдет разворот автомобиля. Из теории автомобиля известно, что блокируется то колесо, которое катилось по более скользкой полосе, а поворот автомобиля происходит в сторону переднего блокируемого колеса.[6]. Угол поворота увеличивается с ростом скорости перед торможением и разности в под правыми и левыми колесами. В связи с этим очень важно иметь однородную по шероховатости проезжую часть. Наличие воды на покрытии приводит к увеличению сопротивления качению примерно на 5% на каждый миллиметр ее толщины
f =f0(1 +0,05hв ) (3.22)
где f0 – коэффициент сопротивления качению сухого покрытия;
hв – толщина слоя воды и грязи на покрытии, мм.
Взавмодействие с заснежннм и оледеневшим покрытием, роль шероховатости. От состояния поверхности покрытия зимой зависят f и . Наличие даже сухого снега приводит к тому, что сопротивление качению увеличивается в 10…15 раз в зависимости от толщины снежных отложений по сравнению с движением по чистому покрытию (рисунок 3.10). Движение колес автомобилей по снежному накату также сопровождается образованием колей и увеличением сопротивления качению.
Рисунок 3.10 Зависимость сопротивления качению и сцепления от толщины слоя рыхлого снега hс на покрытии
Сухие чистые покрытия зимой обеспечивают достаточно высокие сцепные качества. При наличии рыхлого снега на покрытии коэффициент сцепления мало зависит от параметров шероховатости, но существенно зависит от толщины слоя, плотности, влажности и температуры снега. Значения f и при одной и той же толщине слои снега могут колебаться в широких пределах и зависят от сочетания температуры, влажности и плотности снега.
Сцепные качества уплотненного снега на покрытии также зависят от прочности снега, которая в свою очередь зависит от его плотности и температуры. Ориентировочные значения коэффициента сцепления у шины с протектором при скорости измерения от 40 до 60 км/ч и температуре воздуха —10 ... —20оС:
Прочность снега, МПа.............0,2 0,4 0,6 08 1,0 1,2
Коэффициент сцепления…0,3-0,45 0,25-0,35 0,20-0,30 0,17-0,25 0,16-0,23 0,15-0,21
Вследствие большого сопротивления качению и низких сцепных качеств на заснеженном и оледенелом покрытиях снижается скорость вплоть до остановки. На заснеженных покрытиях и при гололеде шероховатость на сцепные качества почти не влияет (таблица 3.4).
Таблица 3.4
Показатели сцепных качеств заснеженного и оледеневшего покрытий
|
Состояние покрытия
|
60
|
|
|
Рыхлый снег на покрытии
Укатанный снег
Гололед
|
0,05…0,12
0,05…0,15
0,03…0,10
|
0,001…0,003
0,002
0,0015
|
Рисунок 3.11 Самоочистка впадин в шероховатой поверхности при температуре воздуха -8 -15°С после числа проездов автомобилей:
1 – 1500; 2 – 3000; 3 – 4500
Однако исследования выполненные инж. Л Г. Марьяхиным (ГипродорНИИ) и канд. техн. наук В. М. Жуковым (СибАДИ) показали, что шероховатость оказывает определенное влияние на образование снежного наката, сроки ликвидации гололедных пленок, удаление снега и льда с поверхности. На гладком покрытии уплотняемый снег имеет однородную структуру. На шероховатых покрытиях снег, уплотненный между выступами каменных частиц, содержит значительное количество воздуха и имеет пористую структуру. Пористая структура снега облегчает удаление ледяного слоя, однако для удаления льда и снега, оставшегося во впадинах между каменными частицами, требуется больше хлоридов, чем для удаления льда и снега с гладкой поверхности. Поэтому вопрос об эффективности работы шероховатых поверхностей зимой не имеет однозначного ответа и требует дальнейших исследований. Влияние параметров шероховатости на степень очистки покрытия от снега заметно нарастает при высоте выступов до 1,5 мм. Более высокие выступы шероховатости на очистку покрытия практического влияния оказывают (рисунок 3.11). Поэтому с позиции работы покрытий зимой наиболее целесообразными следует считать выступы макрошероховатости 1,5…2,0 мм.
Требования к показателям поверхности покрытия. Анализ взаимодействия автомобиля с дорогой служит основой для разработки требований к прочности дорожной одежды, ровности покрытия, коэффициенту сцепления, параметрам шероховатости и состоянию поверхности.
Несмотря на большое влияние сопротивления качению на режим движения автомобиля, расход топлива, себестоимость перевозок и даже на назначение продольного уклона дороги, не разработаны требования к допустимому размеру коэффициента сопротивления движению для покрытий. Сложной технико-экономической задачей является назначение требований к допустимому размеру коэффициента сцепления и параметрам шероховатости. Обеспечения сцепных качеств и регулирования шероховатости достигают в основном путем назначения крупности щебня и ожесточения требований к его прочности, сопротивлению износу (истраемости) и шлифуемости в процессе эксплуатации. Однако все это приводит к увеличению расхода высокопрочных каменных материалов и битума или специального модифицирующего вяжущего. Кроме того, на крупношероховатой поверхности увеличивается шум от автомобилей и сопротивление качению.
Высокая шероховатость нужна только для обеспечения сцепных качеств на мокром покрытии. Мокрое состояние покрытия колеблется от 10% годовой подолжительности для районов с жарким сухим климатом до 35% для районов с влажным умеренным климатом. Это значит, что в течение 65…90% времени крупношероховатая поверхность бесполезна, поэтому требования к шероховатости покрытий дифференцируют с учетом региональных климатических условий.
Требования к коэффициенту сцепления и параметрам шероховатости установлены правилами содержания и ремонта автомобильных дорог. Предельные значения не должны быть ниже приведенных в таблице 3.5.
Таблица 3.5
Требования к коэффициенту сцепления и параметрам шероховатости
|
Условия движения (по СНиП 2.05.02-85)
|
Коэффициент сцепления при скорости 60 км/ч для гладкой шины
|
Средняя глубина впадин шероховатости, мм, в дорожно-климатических зонах для категорий
|
|
|
|
I и V
|
II-IV
|
|
Легкие
Затрудненные
Опасные
|
0,28
0,30
0,32
|
0,30
0,35
0,40
|
0,35
0,40
0,45
|
Разница коэффициента сцепления по ширине проезжей части не должна превышать 0,1, а между коэффициентом сцепления покрытия и укрепленной обочины – не превышать 0,15. Эти требования исходят из необходимости предотвратить разворот автомобилей при резком торможении.
3 .3 Порядок оценки и определения геометрических элементов дорог
Оценка состояния дорог и дорожных сооружений. При оценке проводят: текущие осмотры и обследования, выполняемые инженерно-техническими работниками низового звена (прорабами, мастерами и др.); периодические осмотры и обследования, осуществляемые руководителями первичного звена дорожной службы (например, главным инженером, ДРСУ, ДЭУ); сезонные осмотры и обследования комиссиями, которые назначает руководство дорожных организаций (автодоров автомобильных дорог и т. п ); специальные и детальные обследования специализированными организациями; комиссиями вышестоящих органов. Работы по оценке состояния дорог проводят в такой последовательности: изучение проектной и технической документации, визуальный осмотр и обследования, детальные инструментальные обследования и испытания.
При текущих ежегодных осмотрах и обследованиях визуально определяют вид и число дефектов дорожной одежды, земляного полотна, обочин, откосов и водоотвода, оценивают полноту, состояние и правильность размещения инженерного оборудования, обстановки и обустройства дорог, проводят инструментальную оценку ровности и сцепных качеств покрытия, составляют сезонные графики коэффициентов аварийности.
По результатам визуальных осмотров назначают мероприятия по содержанию, определяют участки для детального обследования. Их выполняют на участках, имеющих неровности, трещины и разрушения покрытий, деформации земляного полотна и другие дефекты.
Детальные обследования. Инструментальные измерения и испытания проводят с целью получить количественные данные о состоянии дорог, уточнить причины образования деформаций разрушений, назначить виды ремонтных работ и их объемы.
Детальные обследования включают определение параметров геометрических элементов, полевые испытания дорожных одежд методами статического и кратковременного нагружения, вскрытие дорожной одежды (при необходимости) и определение физико-механических свойств материалов ее конструктивных слоев, грунтов земляного полотна под проезжей частью, оценку состояния обочин и откосов. Все работы выполняют в расчетный (как правило, весенний) неблагоприятный по условиям увлажнения период года. Для объективной и глубокой оценки состояния дорог создают диагностические станции, оснащенные передвижными лабораториями для проведения всего комплекса испытаний и измерений по всем транспортно- эксплуатационным показателям.
Определение геометрических параметров эксплуатируемых дорог.
Параметры дорог определяют инструментально при паспортизации или детальных обследованиях. Данные измерений заносят в паспорт дороги и корректируют после каждого ремонта, а также после реконструкции дороги или ее участка.
Ширину проезжей части, краевых укреплений полос и обочин измеряют на каждом характерном участке (на прямых, кривых в плане и профиле, в местах сужений и изменения ширины, над трубами, на мостах, путепроводах, на высоких насыпях, в местах установки ограждений), но не реже, чем одно измерение на километр.
Для построения сезонных графиков коэффициентов аварийности определяют фактически используемую для движения, т.е. чистую от пыли, грязи и снежного наката ширину проезжей части в летний, осенне-весенний и зимний периоды.
Для определения параметров геометрических элементов применяют геодезические приборы и инструменты, передвижные лаборатории, аэрофотосъемку и наземную стереофотограмметрическую съемку. Из простейших приспособлений для определения уклонов обочин и откосов земляного полотна, а также продольных и поперечных уклонов покрытий используют угломерную линейку типа КП-135.
4 Физико-химические условия на рабочем месте водителя
Степень утомления водителя, а следовательно, активная безопасность движения в значительной степени зависят от физико-химических условий на рабочем месте водителя.
К физическим характеристикам рабочего места водителя относятся шум, вибрация, микроклимат; к химическим – состав воздуха и наличие в нем вредных примесей.
Шум. Во время работы водитель подвергается воздействию шумов, несущих полезную информацию (звук работающего двигателя, шин и тормозных механизмов, сигналы других автомобилей), и вредных шумов. И те и другие шумы воздействуют на органы слуха и кору головного мозга водителя. Шум ухудшает условия работы водителя, отвлекает его, снижает внимание, увеличивает время реакции, затрудняет восприятие информативных звуковых сигналов своего автомобиля и других участников движения.
Шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и силы. Источниками шума являются колеблющиеся тела. На автомобиле к основным источникам шума относятся двигатель, трансмиссия, глушитель, шины и кузов. Шум передается в кабину автомобиля через окна, пол и стенки.
Влияние шума н человека оценивается уровнем звукового давления (в децибелах), определяемого по формуле
L=10lg(1/I0)…………………..…………..(4.1)
Где I0 – пороговая интенсивность звука; I0=10-12 Вт/м2.
Шум может быть постоянным и прерываемым, а также широкополосным, импульсным и тональным. Постоянным считается шум, уровень которого меняется в течение определенного времени не более чем на 5 дБ. Шум одиночного автомобиля и автотранспортного потока является непостоянным и оценивается эквивалентным уровнем звука Lэкв. Эквивалентный уровень звука непостоянного шума равен уровню звука постоянного шума, который оказывает на человека такое же воздействие, как и непостоянный шум. Эквивалентный уровень звука определяют по результатам измерений уровней звука шумомером по шкале А (в дБ). Уровень звука измеряют в течение наиболее шумного отрезка времени (обычно в течение 30 мин) и рассчитывают по формуле
Lэкв=10lg(1/100fiI00,1),………..…………..(4.2)
где fi – доля времени воздействия шума i-го класса по отношению ко всему периоду измерения шума, %; Li – средний уровень звука i-го класса, дБ по шкале А.
Вредное воздействие шума возрастает при увеличении его громкости, частоты и информативности (таблица 4.1).
Таблица 4.1
Воздействие шума на человека
|
Вид шума
|
Уровень звука по
шкале А, дБ
|
Громкость
|
|
Обычный разговор
Разговор на расстоянии
Крики, шум автомобиля
Шум интенсивного транспортного потока
Нижний болевой порог слышимости
Верхний болевой порог слышимости
|
50
60
70
80
90
135
|
Нормальная
Нормальная
Большая
Большая
Очень большая
Предельно большая
|
Шум неблагоприятно влияет на работоспособность человека. Под действием шума увеличивается скрытый период двигательной реакции, снижается зрительное восприятие, ослабевает сумеречное зрение, нарушается координация движений и функций вестибулярного аппарата, наступает преждевременное утомление.
Правилами №9 ЕЭК ООН нормируется внешний шум автомобилей. Он может изменяться в зависимости от типа автомобиля и скорости его движения в пределах 84…92 дБ по шкале А.
В СНГ уровни внешнего и внутреннего шума автомобильных транспортных средств регламентируются, внутренний шум в автомобиле измеряется уровнями звукового давления в октавных полосах (таблица 4.2).
Таблица 4.2
Нормы внутреннего шума в автомобилях
|
Тип автомобилей
|
Уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими частотами
|
Уровень звука , дБ по шкале А
|
|
|
31,5
|
125
|
500
|
2000
|
8000
|
|
|
Легковые автомобили и транспортные средства, сконструированные на шасси легкового автомобиля
|
102
|
90
|
77
|
62
|
51
|
80
|
|
Грузовые автомобили, автомобили-тягачи и автопоезда, автобусы (кабина или рабочее место водителя)
|
108
|
92
|
83
|
78
|
74
|
85
|
|
Автобусы (пассажирское помещение):
городские и пригородные, общего назначения и местного сообщения
туристские и междугородные
|
104
102
|
87
82
|
78
73
|
73
68
|
70
64
|
80
75
|
Уменьшение неблагоприятного влияния шума достигается ослаблением источников шума, применением шумопоглощающих материалов и устройств, а также шумоизоляции.
Интенсивность шума на рабочем месте водителя можно уменьшить с помощью следующих мер: шумопоглощающей обивки под капотом (поглощает шум двигателя); внутренней обивки; звукопоглощающего покрытия металлических поверхностей; плотных прокладок, расположенных на внутренней поверхности крыльев (хорошо глушат дорожный шум); прокладок на раме двери; амортизационной подвески различных деталей, плотной подгонки остекленения окон. В кабине автомобиля уровень шума и вибраций должен соответствовать санитарным нормам, принятым для производственных помещений.
Вибрации. Вибрации – это колебания высокой частоты и малой амплитуды, возникающие при движении автомобиля. Кабина может колебаться в продольном, поперечном и вертикальном направлениях. Наиболее опасными являются вибрации в диапазоне 1…5 Гц, вызывающие резонанс колебаний частей тела человека. Колебания, передающиеся к голове, вызывают изменения ритма и частоты дыхания, артериального давления, снижают остроту бинокулярного зрения, ухудшают деятельность нервной системы.
При более высоких частотах вибрации также оказывают на водителя отрицательное воздействие, но оно менее ощутимо. В этом случае большое значение имеет амплитуда колебаний; так, при амплитуде 0,01 мм вибрация почти не ощущается; при амплитуде 0,02 мм действует раздражающе; при амплитуде 0,03 мм – постоянно отвлекает водителя от основной деятельности. При вибрациях, амплитуда которых более 0,03 мм длительная работа невозможна. Для уменьшения вибраций применяют балансировку деталей, увеличивают жесткость вибрирующих деталей, создают условия, исключающие возникновение резонанса, используют вибропрокладки, вибропоглощающие смазочные материалы и покрытия. В наибольшей степени вибрацию предотвращают пневматические шины автомобилей.
Микроклимат рабочего места. Большое значение имеет микроклимат рабочего места водителя, определяемый совокупностью температуры, влажности и подвижности воздуха. Влияние микроклимата на организм водителя зависит от его возраста, степени закаленности, состояния здоровья, рабочей одежды.
Температура воздуха в кабине находится в прямой зависимости от температуры наружного воздуха, температуры двигателя, теплоизоляции кабины, отопления и вентиляции. Наиболее благоприятная температура 18…24°С. В случае повышения и ли понижения температуры в кабине автомобиля возрастает степень утомления водителя. При повышении температуры уменьшается внимание и объем оперативной памяти, плохо улавливаются изменения обстановки, увеличивается время реакции, водитель быстро устает.
Исследования показали, что температура 50°С терпима в течение часа и намного превышает уровень, благоприятный для умственной и физической деятельности человека. При температуре 30°С умственная деятельность ухудшается, замедляется реакция, появляются ошибки в действиях. При температуре 25°С и выше начинается физическое утомление. Комфортное состояние водителя наблюдается при 18°С. При температуре 17°С и ниже начинается охлаждение тела; температуре 11°С является минимально допустимым уровнем. В условиях низкой температуры снижается работоспособность мышц, работа вызывает их быструю усталость, наблюдается скованность и неточность движений. Теплая одежда стесняет движения водителя, а теплая обувь затрудняет управление педалями – не ощущается их сопротивление при нажатии. Температура воздуха в кабине влияет на число дорожно-транспортных происшествий.
В летнее время года температура воздуха в кабинах автомобилей превышает температуру наружного воздуха на 4…12°С. Температура в кабинах грузовых автомобилей достигает 50…60°С.
Кабины и кузова автомобилей, работающих в условиях жаркого климата, следует окрашивать светлой краской, для остекленения кабины использовать теплопоглощающие стекла, оборудовать кондиционерами воздуха. На большинстве перспективных отечественных автомобилей предусматривается установка кондиционеров. При эксплуатации автомобилей, оснащенных кондиционерами, в районах с жарким климатом разница между температурой окружающего воздуха и температурой воздуха в кабине не должна превышать 10...12С.
Кабины автомобилей, предназначенных для работы в условиях низких температур, должны иметь теплоизоляционные стенки, двойное остекление с электрообогревом, уплотнения для трубок, рычагов, педалей и дверок из морозостойких материалов. Отопление кабин должно осуществляться автономным отопителем повышенной мощности.
Терморегуляция организма человека в значительной степени зависит от влажности и подвижности воздуха. Влажность воздуха характеризуется содержанием в нем водяных паров. В воздухе, насыщенном водяными парами, затрудняется теплоотдача путем испарения (пот не испаряется). Особенно неблагоприятно влияет относительная влажность более 70% при температуре, близкой к 30С. Для большинства людей нормальная относительная влажность находится в пределах 30...70%.
На терморегуляцию тела водителя существенно влияет подвижность воздуха. Человек ощущает воздушные потоки при скорости их движения от 0,25 м/с. Рекомендуемая скорость движения воздуха в кабине и салоне автомобиля не должна превышать 1 м/с.
При определении микроклиматических условий необходимо учитывать взаимодействие температуры, влажности и подвижности воздуха. Температурные условия в кабинах автомобилей и параметры, определяющие комфортабельность рабочего места водителя, приведены в таблице 4.3.
Вредные примеси воздуха. Одним из требований активной безопасности является поддержание необходимой чистоты воздуха в кабине автомобиля. В кабину попадают пары эксплуатационных материалов. Отработавшие газы и продукты испарения дорожной одежды, содержашие окислы углерода, азота, пары бензина, минеральную пыль и другие вредные вещества.
При неисправности системы питания двигателя в кабину автомобиля проникают пары бензина, которые могут вызвать острое или хроническое
Таблица 4.3
Зоны комфорта на рабочем месте водителя
|
Показатели
|
Зоны
|
|
|
комфорта
|
психологи-ческого дискомфорта
|
физиологи-ческого дискомфорта
|
|
Температура, С
Влажность, %
Скорость движения воздуха, м/с
Содержание, мг/л:
окиси углерода
двуокиси углерода
акролеина
паров бензина
окислов серной кислоты
минеральной пыли (содержащей до 7% кристаллической модификации)
Воздухообмен на 1 чел., м3/мин
Потери тепла на 1 чел., кДж/ч
Потребное количество тепла на 1 чел., кДж/ч
Избыточное давление, эквивалентное высоте над уровнем моря, м
Уровень шума на расстоянии 1 м от пола кабины, дБ при частоте:
до 250 Гц
до 800 Гц
св. 800 Гц
Вибрации:
амплитуда, мм
частота, Гц
|
18
50...60
0,15
Отсутствует
То же
То же
То же
То же
То же
0,57
0,315
1,93
0
-
-
-
0
0
|
15...22
30...70
0,30
0,01
0,17
-
-
-
-
0,37
1,50
-
3000
-
-
-
0,2
0,1
|
1...43.5
20...90
2,0
0,02
0,40
0,007
0,1
0,001
0,0005
0,14
3,00
0,90
6000
90
80
70
1,3
10,0
|
отравление водителя. Острое отравление наступает при концентрации паров бензина 5...10 мг/л. Хроническое отравление возникает чаще при длительном воздействии на организм малых концентраций.
Количество вредных примесей в воздухе кабины ограничивается предельно допустимой концентрацией (концентрацией, которая при ежедневном 6...8-часовом воздействии в течение неограниченного времени не может вызвать у работающих патологических изменений в организме или заболевания).
Комитетом по транспорту ЕЭК ООН установлены следующие предельно допустимые концентрации вредных примесей в кабине автомобиля, мг/л:
Окись углерода..........................................................................................................0,02
Двуокись углерода.....................................................................................................0,4
Акролеин....................................................................................................................0,007
Пары бензина.............................................................................................................0,1
Окислы серной кислоты...........................................................................................0,001
Минеральная пыль (содержащая более 7% кристаллической модификации)....0,0005
Правильная регулировка двигателя, своевременное устранение неисправностей системы питания, тщательная упаковка резиновых уплотнителей отверстий кабины и, наконец, эффективное использование системы вентиляции и отопления значительно оздоровляют условия работы водителя.
Воздух в кабине должен быть минимально вредным по химическому и механическому составу. Опасным компонентом является окись углерода, так как при содержании ее в воздухе в количестве 0,03 мг/л уже наблюдается нарушение психических функций у человека, в первую очередь таких, как внимание и память. Даже у человека, находящегося в комфортных температурных условиях и не выполняющего тяжелой физической работы. При повышении температуры действие СО резко возрастает. Так, при температуре 30°С допустимые концентрации СО должны быть уменьшены вдвое. В то же время, по данным Нижне-Новгородского НИИ гигиены труда и профзаболеваний, содержание окиси углерода в кабине грузового автомобиля достигает 01 мг/л, а подержание акролеина и и окиси азота приближается к предельно допустимым.
Для обеспечения требуемых параметров воздуха в кабине автомобиля, наряду с подогревом и ли охлаждением, необходимо обеспечить его обмен. Это необходимо для того, чтобы постоянно насыщать его кислородом и удалять из кабины продукты дыхания и вредные примеси. Но при этом скорость движения воздуха в кабине должна быть ограничена. Однако скорость воздуха в кабине по данным Нижне-Новгородского НИИ достигает 6 м/с, что в 20 раз превышает комфортную и в 3 раза допустимую скорости. Это объясняется как недостатками используемых систем вентиляции, так и в основном высокой загазованностью салона. Поэтому контроль состава воздуха в кабине грузового автомобиля или салонах автобуса и легкового автомобиля на соответствие санитарным нормам должен стать одним из важнейших элементов проверки технического состояния автомобиля.
Системы вентиляции, отопления и кондиционирования предназначены для создания комфортных условий (таблица 4.4) в кабине и салоне автомобиля.
В современных автомобилях объем воздуха, приходящийся на каждого человека, составляет 0,4...1,2 м3, поэтому необходим интенсивный воздухообмен. Системы вентиляции рассчитываются на работу в летнее время.
Система вентиляции. Система вентиляции может быть естественной и принудительной.
При естественной системе вентиляции используются отверстия для забора воздуха, расположенные на участках наибольшего давления (капот, переднее оперение, передняя панель кабины, передние ветровые стекла, люки на крыше), и отверстия для вытяжки, находящиеся на участках наибольшего разрежения (задние стенки кузова, задние крылья и стойки). Система проста, но вызывает сквозняки и плохо сочетается с системой отопления.
В современных автомобилях обязательна принудительная вентиляция с помощью электрического вентилятора, нагнетающего воздух в кабину через
Таблица 4.4
Рекомендации по вентиляции и отоплению
|
Параметры
|
Комфорт
|
|
|
средний
|
высший
|
|
Объем кабины, приходящейся на 1 чел., м3
Объем подаваемого воздуха, необходимый для одного чел., м3/ч:
на стоянке
при скорости автомобиля 14 м/с
Допустимый перепад температур наружного воздуха и в кабине
Температура в кабине зимой, С, не ниже
Неравномерность температуры в кабине, С, не более
Скорость подачи воздуха, м/с, не более
Влажность воздуха, %
Подача воздуха для обдува на ветровое стекло, м3/мин
|
0.4...0,9
68...89
67...84
40
10
10...15
0,15
40...70
0,4...0,8
|
До 1.2
94...133
91...125
62...67
17
5...8
0,30
50...60
1,2
|
|
Уровень шума двигателя
|
На 10...15 дБ ниже уровня шума в кабине от работающего двигателя
|
радиатор отопления.
Система отопления. На современных автомобилях применяются следующие системы отопления: с использованием тепла двигателя: независимая с газовым или электрическим нагревателем; комбинированная.
Наиболее распространены системы отопления с использованием тепла двигателя; при жидкостном охлаждении отопитель подключают к радиатору, при воздушном теплоносителем является воздух. Такие отопители просты и достаточно эффективны, но имеют недостатки: температура в кабине зависит от температуры двигателя (жидкостное охлаждение), что ограничивает их применение в северных районах, а зимой и в зоне умеренного климата; в кабину попадают пары бензина и отработавших газов вместе с теплоносителем – воздухом (воздушное охлаждение).
Независимые системы отопления (с автономным источником тепла) лишены перечисленных выше недостатков, но сравнительно дороги и сложны, требуют дополнительного расхода топлива.
Обычно отопительные и вентиляционные устройства объединяют в единую систему; эта же система служит для обогрева стекол.
Кондиционеры. Для автоматического регулирования температуры и влажности подаваемого в кабину воздуха служат кондиционеры. Наибольшая эффективность достигается при плотно закрытых окнах и герметичной кабине.
В процессе кондиционирования воздух очищается в фильтрах, установленных около всасывающих отверстий, затем проходит через охлаждающее (или нагревающее) устройство и через увлажнительную (или осушающую) сетку, далее воздух нагнетается вентилятором в кабину. Устройство действует автоматически. Степень охлаждения или подогрева воздуха регулируется термостатами, а степень влажности — гигроскопическим прибором. Водитель может также регулировать температуру воздуха регулятором. При искусственном охлаждении температура в кабине может быть ниже наружной на 7...12С. Охлаждение воздуха достигается при помощи механической холодильной установки, которая состоит из радиатора, компрессора и конденсатора. Сжиженный газ (аммиак, пропан или фреон), проходя через змеевик радиатора, испаряется и отнимает от воздуха часть тепла; затем пары попадают в компрессор, а потом в конденсатор, где превращаются в жидкость.
Компрессор приводится в действие от двигателя автомобиля, от электродвигателя, питаемого аккумуляторной батареей, а также может иметь самостоятельный привод. В последнем случае исключаются перегрузки двигателя автомобиля и аккумуляторной батареи, а также имеется возможность кондиционирования воздуха при неработающем двигателе.
На автомобилях устанавливаются кондиционеры различной холодопроизводительности в зависимости от объема кабины.
5 Методы уменьшения загрязнения окружающей среды автомобилями
Токсичные компоненты и их влияние на человека и окружающую среду. Загязнение атмосферы вредными веществами связано с работой промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий, а также транспортных средств, на которых в качестве силовых установок используются тепловые двигатели.
Характер загрязнения атмосферы, общее количество и состав выбрасываемых вредных веществ, их распределение в атмосфере и методы их обезвреживания в значительной степени зависят от места расположения и характера рабочего цикла источников. Источники выбросов делятся на стационарные и передвижные. В наиболее моторизованных странах мира около 50% общей массы выбросов приходится на долю передвижных источников. При этом основная масса выбросов от передвижных источников в этих странах приходится на долю автомобилей.
К основным вредным компонентам отработавших газов автомобилей относятся окись углерода СО, углеводороды СНx, окислы азота NOx, твердые частицы (сажа) и в меньшей степени окислы серы SОx.
Окись углерода – химически инертный газ, обладающий способностью легко смешиваться с окружающим воздухом. Окись углерода – сильное токсичное вещество. Гемоглобин крови в 200 раз лучше усваивает СО, чем кислород, это приводит к появлению в крови человека большой концентрации карбоксигемоглобина, которая у людей с больным сердцем может вызвать инфаркт миакарда. В городах стран с большим автомобильным парком автомобили являются основным источником загрязнения воздуха окисью углерода (таблица 5.1).
Таблица 5.1
Загрязнение окружающей среды в США (за год)
|
Наименование
|
СО
|
СНx
|
NOx
|
SОx
|
Твердые частицы
|
Всего
|
|
Общее количество выбросов, млн. т
Выбросы транспортных средств, млн. т:
в том числе наземных
Доля выбросов транспортных средств, %
|
94.6
73,5
63,6
77,7
|
30,04
12,8
11,0
42,1
|
22,5
10,7
8,1
47,6
|
31,4
0,8
0,4
2,5
|
19,5
1,3
0,9
6,7
|
198,4
99,1
84,0
50,8
|
Окислы азота вступают в реакцию с окружающим воздухом, образуя двуокись азота NO2, которая вместе с углеводородами СН образует фотохимический смог. Эти соединения токсичны, они воздействуют на бронхи и легкие, вызывая ряд необратимых изменений. По данным США, доля выбросов NОx, приходящаяся на автомобили, составляет 23...74%.
Углеводороды также участвуют в создании фотохимического смога. Наиболее опасным из ароматических углеводородов является бензпирен-3, -4, обладающий канцерогенными свойствами. Автомобили в городах являются главным источником образования ароматических углеводородов, особенно автомобили с дизелями.
Соли свинца, являющиеся сильно действующими токсичными веществами, содержатся в отработавших газах бензиновых двигателей, особенно двигателей, работающих на бензине с антидетонационными присадками.
Количество вредных компонентов, выбрасываемых при сгорании 1 т нефтяного топлива в различных тепловых установках, приведено в таблице 5.2.
Таблица 5.2
Потенциальное содержание токсичных веществ в топливе (в кг на 1000 кг топлива)
|
Токсичный компонент
|
Отработавшие газы бензиновых двигателей
|
Отработавшие газы дизелей
|
Продукты сгорания в нагревательных установках
|
|
Окись углерода
Окислы азота
Окислы серы
Бензпирен-3, -4
Углеводороды
Альдегиды
Свинец
|
250
15
1
10-5
15
0,4
0,5
|
20
25
5
1,310-4
20
1,2
0,05
|
4
5
20
510-6
2
0.3
0,09
|
Отрицательное воздействие автомобиля на окружающую среду заключается не только в выделении токсичных веществ, но и в сжигании кислорода, так как для сгорания нефтепродуктов необходим кислород (ориентировочно 3,3 т кислорода на 1 т нефтепродуктов).
Кроме воздействия на человека, загрязнение воздуха наносит вред сельскому хозяйству, многим материалам и изделиям.
Объем выбросов и степень их токсичности зависят от очень многих факторов как конструктивного, так и организационно-технического характера (градостроения, организации движения, технической эксплуатации автомобилей и др.), а также погодно-климатических условий и режимов работы автомобиля.
Методы уменьшения загрязнения атмосферы отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания можно разделить на две группы: методы снижения токсичности выбросов; методы уменьшения объемов выбросов.
Методы снижения токсичности выбросов. Методы, применяемые для снижения токсичности, можно разделить на четыре основные группы: изменение конструкции, рабочего процесса, технологии производства и специального регулирования двигателей внутреннего сгорания и их систем; применение другого вида топлива или изменение физико-химических свойств топлива;
очистка выбросов от токсичных компонентов с помощью дополнительных устройств;
замена традиционных двигателей новыми малотоксичными силовыми установками.
Методы первой группы включают многочисленные мероприятия по улучшению смесеобразования и обеднения смеси, дозирования и распределения ее по цилиндрам (электронные и электромеханические системы впрыска топлива, модифицированные быстропрогреваемые впускные клапаны, термостатирование воздуха, гомогенизация смеси).
Токсичность отработавших газов значительно уменьшается при применении бесконтактных транзисторных (индукционных и емкостных) систем зажигания; карбюраторов новых типов (с быстродействующими заслонками, пневматическим впрыском и электронным управлением): использовании форкамерно-факельных процессов и послойного смесеобразования; установке устройств для рециркуляции отработавших газов, изменения формы камеры сгорания и впрыске в нее воды.
С помощью специальных регулировок (состава смеси. Частоты вращения холостого хода, угла опережения зажигания и времени перекрытия клапанов) можно уменьшить содержание токсичных компонентов в отработавших газах.
Вторая группа методов имеет два основных направления: применение присадок к топливам, снижающих выброс свинца, серы, канцерогенных веществ, сажи и твердых частиц; перевод двигателей на другие виды топлива (пропан-бутан, природный газ, водород).
Третья группа методов – очистка выбросов от токсичных компонентов, поизводимая с помощью нейтрализаторов различных типов и очистителей, устанавливаемых на автомобили. Эти методы получили широкое распространение в ряде стран.
Нейтрализаторы производят физико-химическую очистку выбросов (термические, каталитические, жидкостные, механические, улавливающие испарения топлива и картерных газов, комбинированные), а очистители осуществляют очистку воздуха на входе в двигатель и отработавших газов при выходе их из двигателя.
Наиболее распространенные в настоящее время бензиновые карбюраторные двигатели могут быть заменены двигателями других типов, отработавшие газы которых содержат меньше токсичных веществ; дизелями и особенно их малотоксичными модификациями; двигателями, работающими на газовом топливе; газотурбинными, роторно-поршневыми или электрическими двигателями; двигателями Стирлинга.
Теоретически могут быть применены также паровые двигатели, работающие по замкнутому или разомкнутому циклу, а также инерционные двигатели, аккумулирующие потенциальную и кинетическую энергию.
Следует отметить, что применение инерционных и электрических двигателей, а также двигателей, работающих на водородном топливе, потребует создания дополнительных энергетических установок, работающих на водородном топливе, потребует создания дополнительных энергетических установок (для производства электричества и разложения водорода). Эти дополнительные энергетические установки также в основном работают на традиционных видах топлива, при сгорании которых образуются токсичные выбросы.
Необходимо учитывать, что применение комплекса устройств, снижающих токсичность, значительно удорожает автомобиль (до 25%).
Методы уменьшения объемов выбросов. Эти методы относятся в значительной степени к организационно-техническим мероприятиям, не связанным с конструктивной безопасностью автомобиля.
Уменьшение объемов выбросов может быть достигнуто соответствующей организацией транспортных потоков и оптимизацией их характеристик; рациональной организацией доставки пассажиров в городах и изменением типажа городского транспорта; формированием пассажиропотоков; целесообразной транспортной планировкой городов.
6 Экономическая оценка эффективности установки на автомобиль травмобезопасного рулевого колеса и энергопоглощающей рулевой колонки
В большом комплексе мероприятий по предупреждению ДТП и снижению тяжести их последствий одно из важных мест занимает повышение активной, пассивной и послеаварийной безопасности транспортных средств. Как свидетельствует статистика ДТП, около 60% пострадавших составляют водители и пассажиры транспортных средств. Поэтому предпринимаются значительные усилия для повышения пассивной безопасности автомобилей, чтобы снизить тяжесть последствий ДТП транспортных средств для водителей и пассажиров.
Обширный материал по анализу ДТП получен группой Калифорнийского университета, обследовавшей более 1000 случаев столкновений. В нем приведены сведения об ударах 175 водителей и пассажиров о ветровое стекло типа триплекс с промежуточным слоем 0,38 мм при различных скоростях движения. Хотя смертельные случаи при этом были очень редки, серьезные или обезображивающие ранения были довольно частыми явлениями. Напротив, у 156 чел. получивших ранения при ударах о ветровые стекла нового типа (с промежуточным слоем 0,76 мм) при сравнимых скоростях удара, преобладали незначительные травмы в виде неглубоких порезов лица и ссадин.
При ударе водителя о рулевое управление старой конструкции тяжелые травмы и даже смертельные случаи отмечались и при сравнительно низких скоростях движения. Материал, опубликованный группой Калифорнийского университета, свидетельствует о том, что ремни безопасности, новые рулевые колеса и энергопоглощающие рулевые колонки определенно уменьшили тяжесть травм и практически исключили смертельные случаи. Даже при ударах на высоких скоростях движения число опасных и средних травм при пользовании ремнями безопасности значительно уменьшилось.
Анализ статистики ДТП УДП ДВД Костанайской области за 2009 г. показывает, что при установке на автомобиль травмобезопасного рулевого колеса и энергопоглощающей рулевой колонки в 1,2 раза снижается количество несмертельных травм пострадавших и в 1,1 раза — количество смертельных исходов. Рассчитаем экономический эффект от такого снижения числа пострадавших в ДТП в Костанайской области при установке на автомобили травмобезопасных рулевых колес и энергопоглощающих рулевых колонок.
В 2009 г. в Костанайской области в 558 (из общего количества 837) ДТП погибло 160 человек, получивших телесные повреждения было 708 человек. Если бы и в этих 558 ДТП применялись автомобили с новыми травмобезопасными рулевыми колесами и энергопоглощающими рулевыми колонками, то количество погибших в ДТП в 2009 г. составило 145 человек, а число получивших телесные повреждения уменьшилось до 590 человек.
Определяем уменьшение среднегодовых потерь от ДТП при установке на автомобиль травмобезопасного рулевого колеса и энергопоглощающей рулевой колонки.
Сд=ПпNп+ ПиNи, (6.1)
где Пп, Пи – народно-хозяйственные потери соответственно в случае гибели людей и получения ими телесных повреждений. Определяются согласно [20, 21, 22]: Пп=3,881 млн. тенге, Пи =0,317 млн. тенге;
N – число пострадавших данного вида.
Подставляя в эту формулу числовые значения, получим
сд=3,881(160 – 145)+ 0,317(708 – 590)=95,621 млн. тенге.
Результаты расчета сводим в таблицу 6.1.
Таблица 6.1
Годовой экономический эффект при установке на автомобили травмобезопасных рулевых колес и энергопоглощающих рулевых колонок в Костанайской области
|
Показатели
|
До установки устройств
|
После установки устройств
|
|
1. Число ДТП
2. Число погибших, чел
3. Число раненых, чел
4. Уменьшение среднегодовых потерь от ДТП, млн. тенге
|
558
160
708
-
|
558
145
590
95,621
|
Заключение
В настоящей дипломной работе на основе глубокого изучения вопросов надежности работы подсистемы «Водитель – автомобиль» системы ВАДС были рассмотрены вопросы:
1. Разработаны мероприятия по повышению безопасности дорожного движения за счет кардинального снижения тяжести последствий ДТП.
2. Для создания необходимых условий видимости дороги автомобиль достаточно оборудовать фарами четырех типов: ближнего света, дальнего света, широкоугольно-противотуманного света, скоростного света (прожекоры дальнего действия).
3. Разработана автоматизация переключения передач.
4. Приведены рекомендации по органам управления.
5. Для повышения травмобезопасности применены ряд дополнительных устройств: ремни безопасности различных типов и конструкций, предохранительные пневматические подушки, подголовники и другие устройства.
6. Разработаны мероприятия по технической безопасности на рабочем месте.
7. Приведены рекомендации по вентиляции и отоплению.
8. В дипломной работе рассмотрены методы уменьшения загрязнения окружающей среды автомобилями, а также выполнена экономическая оценка эффективности установки на автомобиль травмобезопасного рулевого колеса и энергопоглощающей рулевой колонки. В Костанайской области при установке на автомобили травмобезопасных рулевых колес и энергопоглощающих рулевых колонок уменьшение среднегодовых потерь от ДТП составляет 95,621 млн. тенге.
9. Определены требования к допустимым размерам коэффициента сцепления и параметров шероховатости автомобильных дорог
Список литературы
1. Юридический справочник автомобилиста: Сборник нормативных правовых актов. – Алматы: ЮРИСТ, 2002. – 111 с.
2. О транспорте в Республике Казахстан. Закон Республики Казахстан от 21 сентября 1994 года. Ведомости Верховного Совета РК, 2004 г., №15, ст. 201.
3. О безопасности дорожного движения. Закон Республики Казахстан от 15 июля 1996 года. С изменениями и дополнениями от 24 декабря 2001 г. №276 — II.
4. Лобанов Е.М. Проектирование дорог и организация движения с учетом психофизиологии водителя. – М.: Транспорт, 2000. – 311 с.
5 Мишурин В.М., Романов А.Н. Надежность водителя и безопасность движения. – М.: Транспорт, 2001. – 167 с.
6. Иларионов В.А., Кошелев М.В., Мишурин В.М. Водитель и автомобиль. – М.: Транспорт, 2000. – 167 с.
7. Немцов Ю.М,, Майборода О.В. Эксплуатационные качества автомобиля, регламентированные требованиями безопасности движения. - М.: Транспорт, 2007. - 141 с.
8. Афанасьев Л.Л., Дьяков А.Б., Иларионов В.А. Конструктивная безопасность автомобиля. - М.: Машиностроение, 2003. - 212 с.
9. Веселов А.И., Немцов Ю.М. Требования безопасности и развитие конструкций легковых автомобилей. - М.: НИИНавтопром, 2003. - 163 с.
10. Автомобильные транспортные средства./Под ред. Д.П. Великанова. - М.: Транспорт, 2007. - 326 с.
11. Дьяков А.Б. Автомобильная светотехника и безопасность движения. - М.: Транспорт, 2003. - 78 с.
12. Проценко В.Б. Организация рабочего места водителя. - М.: ВНИИТЭ, 2005. - 135 с.
13. Бажанов А.К., Дьяков А.Б., Коноплянко В.И. Информативность автомобиля. – М.: МАДИ, 2006. – 82 с.
14. Скобелев В.М. Световые приборы автомобилей и тракторов. – М.: Энергоиздат, 2001. - 280 с.
15. Коноплянко В.И. Информативность транспортных средств. - М.: Машиностроение, 2004. - 98 с.
16. Васильев А.П., Фримштейн М.И. Управление движением на автомобильных дорогах. - М.: Транспорт, 2009. - 296 с.
17. Лобанов Е.М., Сильянов В.В., Ситников Ю.М. Пропускная способность автомобильных дорог. – М.: Транспорт, 2000. – 146 с.
18. Дьяков А.Б. Безопасность движения ночью. – М.: Транспорт, 2004. – 200 с.
19. Коноплянко В.И. Информация о дорожном движении. - М.: МАДИ, 2007. - 65 с.
20. Коноплянко В.И. Организация и безопасность дорожного движения. - М.: Транспорт, 2001. - 182 с.
21. Иванов В.Н. Активная и пассивная безопасность автомобилей. - М,: Высшая школа, 2004. - 518 с.
22. Балабин И.В., Куров Б.А., Лаптев С.А. Испытания автомобилей. – М.: Машиностроение, 2008. – 192 с.
23. Иванов В.Н., Лялин В.А. Пассивная безопасность автомобиля. - М.: Транспорт, 2009. - 304 с.
24. Сильянов В.В. Транспортно-эксплуатационные качествак автомобильных дорог. – М.: Транспорт, 2004. – 287 с.
25. Аксенов В.А., Попова Е.П., Дивочкин О.А. Экономическая эффективность рациональной организации дорожного движения. - М.: Транспорт, 2007, - 128 с.
PAGE \* MERGEFORMAT 71
Придание автомобилю информативных свойств, которые обеспечивали бы уменьшение вероятности ДТП