Тенденции развития автомобильного транспорта и характеристик автомобилей, влияющих на требования к состоянию дорог 2 страница

Рис. 1.3. График силового баланса легкового автомобиля ВАЗ-21093

Рис. 1.4. График силового баланса грузового автомобиля КамАЗ-5320

Большое внимание уделяется конструкторами легковых автомобилей такому показателю, как приемистость или способность развивать скорость движения при трогании с места. Этот показатель оценивается временем разгона автомобиля при трогании с места до скорости 100 км/ч. У легковых автомобилей, выпускаемых в последние годы, время разгона составляет 15-20 с по сравнению с 20-30 с у легковых автомобилей, выпускаемых в 1970-1976 гг. Максимальное ускорение полноприводных легковых автомобилей составляет 6,5 м/с², заднеприводных - 5 м/с², переднеприводных - 3 м/с². Для грузовых автомобилей максимальное ускорение обычно не превышает 2 м/с².

Максимальное замедление у автомобилей может быть реализовано при любой скорости, поскольку у современных автомобилей тормозные механизмы установлены во всех колесах, а на многих автомобилях есть регулятор тормозных сил. По нормам (Правила № 13 ЕЭК ООН) замедление должно быть для новых легковых автомобилей не менее 7,0 м/с², для автопоездов разных категорий от 5,0 до 6,0 м/с².

Максимальные значения сил тяги, ускорений и замедлений могут быть реализованы при коэффициенте сцепления не ниже 0,7-0,9, т.е. на сухом чистом покрытии. При других состояниях покрытия эти состояния недостижимы. Эта ситуация для обычных автомобилей в ближайшие 10-20 лет не изменится. Существенные изменения могут произойти в более отдаленной перспективе, когда будут разработаны новые типы шин по аналогии с шинами гоночных автомобилей, которые обеспечивают коэффициент сцепления, равный 1,2-1,5, а у драгстеров - около 2. Это достигается за счет прилипания резины к поверхности покрытия. При этом срок службы шин резко снижается. В настоящее время стоимость таких шин чрезвычайно высока и для обычных автомобилей неприемлема.

Увеличение удельной мощности грузовых автомобилей и автопоездов сдерживается существующими ограничениями скоростей движения на дорогах и стремлением уменьшить расход топлива. Это положение в ближайшие годы не должно измениться. В то же время уменьшение расхода топлива обеспечивается совершенствованием двигателей и шин, а также использованием ряда мероприятий по уменьшению сопротивления воздуха (изменение формы кабины, применение обтекателей и т.п.). Уменьшение расхода топлива снижает отрицательное влияние автомобиля на окружающую среду.

Тормозные системы. Все современные автомобили, включая автопоезда, имеют рабочую тормозную систему с тормозными механизмами на каждом колесе, а также стояночную тормозную систему с приводом на задние колеса. Кроме того, у автобусов полной массой свыше 5 т и грузовых автомобилей свыше 12 т должна быть дополнительная так называемая вспомогательная тормозная система, которая должна обеспечивать движение под уклон в 7 % длиной 6 км со скоростью не более 30 км/ч.

Важно отметить явную тенденцию последних лет, которая состоит в том, что практически все современные автомобили, кроме некоторых легковых особо малого класса, имеют регуляторы тормозных сил, что позволяет использовать для создания максимальных тормозных сил всю массу автомобиля при различных значениях коэффициента сцепления. Поэтому требования стандарта по тормозному пути могут и перевыполняться. Так, например, для легковых автомобилей по Правилам № 13 ЕЭК ООН при начальной скорости V ₀ = 80 км/ч и усилии на педали не более 500 Н тормозной путь должен быть не более 43,2 м, но ВАЗ указывает в технической характеристике своих моделей автомобилей S_T = 38 м (АЗЛК, ИЖ, ГАЗ приводят 43,2 м). Для новых грузовых автомобилей по Правилу № 13 при V ₀ = 60 км/ч тормозной путь должен быть не более 36,7 м, для автопоездов с тягачами при тех же условиях не более 38,5 м (табл. 1.6). Для автомобилей, находящихся в эксплуатации, требования по тормозному пути приведены в ГОСТ 25478-91 и в Правилах дорожного движения и существенно ниже, чем для новых (табл. 1.7).

Таблица 1.6

Нормативы эффективности рабочей тормозной системы для новых АТС (полная масса)

Категория АТС по классификации Комитета по внутреннему транспорту (КВТ) ЕЭК ООН, принятой в ГОСТ 22895-77	Режим торможения	Нормативы тормозной эффективности
Начальная скорость торможения, км/ч	Усилие на педали тормоза, кгс, не более	Тормозной путь, м, не более	Установившееся замедление, м/с^2 не менее
М 1			43,2	7,0
М 2, М 3			32,1	6.0
N 1			61.2	5,0
N 2, N 3			36.7	5,0
Автопоезд с тягачом категории М 1			50,7	5,8
Автопоезд с тягачами категории М 2, М 3			33,9	6,0
Автопоезд с тягачом категории N 1			63,6	5,0
Автопоезд с тягачами категории N 2, N 3			38.5	5,0

Таблица 1.7

Нормативы тормозной эффективности рабочей тормозной системы для АТС, находящихся в эксплуатации

Категория АТС по классификации КВТ ЕЭК ООН, принятой в ГОСТ 25478-82	Режим торможения	Нормативы тормозной эффективности
начальная скорость торможения, км/ч	усилие на педали тормоза, кгс, не более	тормозной путь, м, не более, при массе	установившееся замедление, м/с^2, не менее, при массе
полной	снаряженной	полной	снаряженной
М 1			16,2	14,5	5,2	6,1
М 2			21,2	18,7	4,5	5,5
М 3			21,2	19,9	4,5	5,0
N 1			23,0	19,0	4,0	5,4
N 2			23,0	18,4	4,0	5,7
N 3			23,0	17,7	4,0	6,1
Автопоезд с тягачом категории:
N 1			25,0	22,7	4,0	4,7
N 2			25,0	22,1	4,0	4,9
N 3			25,0	21,9	4,0	5,0

Тормозные свойства автомобилей долгие годы не изменялись. Улучшение тормозных свойств наступило с применением регуляторов тормозных сил (в СССР с 1970 г. с началом выпуска автомобилей ВАЗ). В настоящее время в России большинство автомобилей оборудовано регуляторами тормозных сил. Дальнейшее некоторое улучшение тормозных свойств, сокращение тормозного пути и повышение устойчивости при торможении связаны с применением антиблокировочных систем (АБС).

Антиблокировочные системы (АБС) - это новая тенденция в автомобилестроении. Они исключают блокирование колес при торможении, поддерживая их скольжение в узком диапазоне (15-25 %), где значение коэффициента сцепления максимальное. Применение АБС повышает активную безопасность на скользких поверхностях за счет уменьшения тормозного пути приблизительно на 5-15 %, а также за счёт повышения устойчивости и управляемости при торможении в следствие чего значительно уменьшается разворот автомобиля и «складывание» автопоезда.

Пока АБС на российских автомобилях не применяется, но применяются на тягачах Ивеко, Мерседес-Бенц, Рено и других зарубежных автомобилях, используемых в России. С ужесточением требований ЕЭК ООН к тормозным системам применение АБС будет расширяться.

С 1.01.1991 г. в Западной Европе запрещена эксплуатация без АБС автомобилей следующих категорий: грузовые с полной массой более 16 т (категория N ₃), междугородные автобусы с полной массой более 12 т (категория М ₃), прицепы и полуприцепы с полной массой более 10 т (категория O ₄). Другие категории автомобилей оборудуют АБС по желанию покупателя или по инициативе фирмы, выпускающей автомобили. Следует ожидать, что в ближайшем будущем эти требования будут приняты в России. Все чаще АБС применяется совместно с противобуксовочной системой (ПБС), предотвращающей пробуксовку ведущих колес при интенсивных разгонах. Эти конструктивные изменения тормозных систем могут оказать существенное влияние на требования к параметрам видимости, переходно-скоростных полос и др.

Характеристики подвески и плавность хода. Плавность хода - это способность автомобиля уменьшать вибронагруженность, создаваемую воздействием неровностей дороги на водителя, пассажиров, груз и агрегаты автомобиля. Вибронагруженность автомобиля создается в основном при взаимодействии колес с дорогой. Основными устройствами, ограничивающими вибронагруженность, являются подвеска и шины, а для водителя и пассажиров также упругие сидения. У современных грузовых автомобилей, особенно у тягачей автопоездов, для снижения вибронагруженности на месте водителя, кроме основной подвески устанавливают подвеску кабины и подвеску сидения.

Уровень вибраций и уровень внутреннего шума в кабине или кузове являются основными показателями комфортабельности автомобиля. Они через утомляемость водителя влияют на активную безопасность автомобиля, ограничивают его скорость, а значит, и его производительность. Вибрации влияют на исправность агрегатов автомобиля и сохранность перевозимого груза. Уровень внешнего шума является показателем отрицательного воздействия автомобиля на окружающую среду.

Влияние вибраций на человека определяется их интенсивностью, которая обычно оценивается средним квадратичным значением виброускорения, в м/с², либо отношением, называемым уровнем вибраций, в децибелах, спектральным составом, направлением и длительностью воздействия, которая для езды в автомобиле принимается не более 8 ч. Человеческий организм наиболее чувствителен к вертикальным колебаниям в диапазоне частот 4-8 Гц и к горизонтальным в диапазоне 1-2 Гц, что учитывается в современных нормах по допустимому уровню вибраций, приведенных в международном стандарте ISO 2631-85.

Влияние шума на человека определяется интенсивностью, которая оценивается уровнем звука в децибелах и спектральным составом.

На внутренний шум международных норм нет, но в России есть ГОСТ 27435-87, по которому определены нормы, в частности, для легковых автомобилей - 80 дБА, для грузовых - 84 дБА, для автобусов- 82 дБА. На внешний шум установлены нормы Правилом № 51 ЕЭК ООН, по которому, в частности, должно быть для легковых автомобилей - не более 77 дБА, для тяжелых грузовых автомобилей с двигателями в 147 кВт и мощнее - не более 84 дБА.

Основным источником внешнего шума автомобилей при разгонах и средних скоростях движения является двигатель, при высоких скоростях движения - шины. Проблема борьбы с шумом особенно остро возникает при прохождении дороги через населенные пункты или около них.

Проблема улучшения плавности хода чрезвычайно сложна и многопланова. Ужесточение требований к вибрациям на месте водителя приводит к необходимости улучшения качества дорог и введению существенных изменений в конструкцию автомобилей, особенно грузовых и тягачей автопоездов. Эти изменения характерны для последних 10-15 лет. Они затрагивают не только подвеску, но и другие части автомобиля.

По виброактивности шины из синтетической резины хуже шин из натуральной резины, многолистовые рессоры хуже однолистовых рессор и т.д. Все чаще в подвеске вместо металлических упругих элементов используют пневмобаллоны с электронным управлением давления в них, амортизаторы с электронным управлением коэффициента сопротивления. Кроме основной подвески вводится подвеска кабины и, кроме того, подвеска сидения водителя. Эти мероприятия будут развиваться и в ближайшие 10-20 лет.

Шины. Конструкция автомобильных шин подвергается непрерывному совершенствованию, особенно в последние 10-20 лет. Шины должны иметь хорошее сцепление с дорогой, малое сопротивление качению, соответствие упругих свойств параметрам автомобиля и условиям движения, низкий уровень шума, высокую прочность и долговечность. Все это существенно зависит от качества поверхности дороги.

Кроме упругих и демпфирующих свойств (таких же, как и у подвески, но гораздо более слабых), шины обладают сглаживающей и поглощающей способностями при движении по неровностям длиной менее 1 м.

Давление в шинах легковых автомобилей обычно находится в пределах 1,5-2,0 кг/см², автобусов и грузовых автомобилей 4,5-8,0 кг/см². У автомобилей повышенной и высокой проходимости шины более эластичные, с регулируемым давлением, которое можно уменьшать до 0,5-1,0 кг/см².

Коэффициент сопротивления качению при малых скоростях движения по асфальтобетонному покрытию у современных легковых автомобилей обычно составляет 0,013, у грузовых - 0,01-0,008.

Коэффициент сцепления имеет максимальное значение приблизительно при 10-20 %-м скольжении (буксовании), а при 100 %-м скольжении (буксовании) снижается на 10-20 %.

Из конструктивных параметров шины наибольшее влияние на коэффициент сцепления оказывают размеры колеса и рисунок протектора. На дорогах с твердым покрытием увеличение диаметра колеса приводит к незначительному росту коэффициента сцепления. На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления несколько возрастает с уменьшением площади канавок на протекторе. На мокрых дорогах коэффициент сцепления тем больше, чем лучше рисунок протектора обеспечивает удаление влаги и грязи из зоны контакта шины с дорогой. Как уже отмечалось, в ближайшие 10-20 лет не следует ожидать заметных изменений в коэффициентах сцепления шин с дорогой.

Рулевое управление. Двух- и трехосные автомобили обычно имеют управляемые колеса передней оси. Четырехосные автомобили обычно имеют управляемые колеса двух передних осей.

Некоторые японские фирмы (Ниссан, Хонда, Мазда) выпускают часть своих легковых автомобилей с передними и задними управляемыми колесами, причем угол поворота задних колес устанавливается в зависимости от скорости движения электронным блоком.

Обычно для поворота управляемых колес из одного крайнего положения в другое требуется около 4 оборотов рулевого колеса. Для уменьшения усилия на рулевом колесе применяют усилители (обычно гидравлические).

В предыдущие 20-30 лет гидроусилители рулевого управления устанавливали на отечественных грузовых автомобилях грузоподъемностью 5 т и более (ЗИЛ-130, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ), на больших и особо больших автобусах, а из легковых автомобилей только на ГАЗ-13, ЗИЛ-111 и на их более поздних модификациях. В настоящее время за рубежом гидроусилители руля все чаще ставят и на грузовые автомобили малой грузоподъемности, и на легковые автомобили среднего и даже малого классов. Эта тенденция будет развиваться и в ближайшие годы.

Устойчивость по боковому скольжению и по боковому опрокидыванию оценивается значениями критических скоростей при движении по кривым в плане и во время маневров с резким изменением траектории движения и во многом зависит от соотношения колеи и высоты центра масс автомобиля, а также от коэффициента поперечного сцепления.

Оптимальным считается соотношение:

В /2 Н > j_п, где

В - ширина колеи автомобиля, мм;

Н - высота центра масс автомобиля, мм;

j_п - коэффициент поперечного сцепления.

При этом соотношении боковое скольжение будет наступать при меньшей скорости, чем опрокидывание. Не у всех грузовых автомобилей это условие выполняется. Это означает, что на сухом покрытии возможно боковое опрокидывание при скорости меньшей, чем для бокового скольжения.

Оснащение электронным оборудованием. Электронные устройства и системы (ЭС) в последние 10-20 лет находят все более широкое применение на автомобилях. Эта тенденция должна сохраниться и на последующие 10-20 лет, особенно для отечественных автомобилей, на которых ЭС применяются пока еще в значительно меньшей степени, чем на зарубежных автомобилях.

Широкие функциональные возможности ЭС проявляются в выполнении ими всевозможных функций управления (двигателем, трансмиссией, тормозами, подвеской и т.д.), а также отображения, передачи и хранения информации. ЭС выполняют и принципиально новые функции (комфортабельность салона, блокирование ошибочных действий водителя и т.д.).

Надежной работе ЭС препятствуют тяжелые для ЭС условия эксплуатации, более жесткие, чем у промышленной электроники. В частности, ЭС должны сохранять работоспособное состояние при влажности 98 %, температуре воздуха 35°С, атмосферном давлении, соответствующем высоте 4 км над уровнем моря. ЭС, расположенные на двигателе, должны работать при вибрации с ускорениями до 20 g и при ударах до 40 g, для других мест автомобиля требования гораздо ниже (до 5 g, а при ударах до 10 g). Поэтому расширение применения электронных систем приведет к повышению требований к ровности поверхности дорог и обеспечению плавности движения. Чем выше качество дорог, тем меньше их воздействие на ЭС.

Особенно большие работы по насыщению автомобиля электроникой ведутся японскими фирмами. Так, например, фирма Тойота в 1995 г. представила «концепт-кар», оснащенный 17 системами безопасности, которые можно разделить на четыре группы: 1) системы профилактическо-предупредительной безопасности (8 функций: комплексы «борьба с дремотой», противопожарное оповещение, информация о давлении в шинах, автоматическая регулировка фар, боковой обзор, а также информационный дисплей, система опознавательных «сигналов о намерениях», навигационный комплекс); 2) системы избежания аварий и столкновений (2 функции: система автоматического торможения и система SOS); 3) системы минимизации повреждений при столкновении (4 функции: надувные «мешки безопасности», самозатягивающиеся ремни безопасности, система автоматической остановки, надувной «мешок» на капоте); 4) системы минимизации повреждений после столкновения (3 функции: система пожаротушения, система оповещения о ЧП, система «штурманской записи»). Автомобили начинают снабжать говорящими системами, предупреждающими водителя о неправильных действиях, опасных ситуациях, дающими подсказки. На ключевых японских автомагистралях в 2010-2015 гг. предполагается ввести в действие подобные «разумные» системы. Автомобили, насыщенные электроникой, становятся думающим, интеллектуальным транспортом.

Конструктивная безопасность движения. Конструктивную безопасность автомобиля условно разделяют на активную, пассивную и экологическую. Активная безопасность обеспечивается комплексом свойств автомобиля, направленных на предотвращение ДТП, пассивная - направлена на уменьшение тяжести последствий возникшего ДТП на людей, экологическая - направлена на уменьшение вредного воздействия на людей и окружающую среду (внешний шум, выделение вредных веществ и т.п.).

Учитывая международный характер требований к безопасности конструкции автомобилей, ряд европейских стран принял в 1958 г. в Женеве в рамках КВТ ЕЭК ООН «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов оборудования и частей механических транспортных средств». В рамках этого Соглашения разрабатываются единые предписания (Правила ЕЭК ООН) и присваивается знак «Е» официального утверждения транспортного средства, отвечающего требованиям соответствующего Правила.

Правила ЕЭК ООН постоянно пересматриваются и дополняются в соответствии с повышением требований к техническому уровню автомобилей. Они являются обязательными для ратифицировавших их участников Соглашения, причем эти участники не могут возражать против эксплуатации у них автомобилей, получивших утверждение любой страны, присоединившейся к этому Соглашению. СССР присоединился к указанному Соглашению в 1987 г.

Всего Правил ЕЭК ООН уже около 100. Наиболее важные для учета при разработке норм проектирования дорог следует считать правила:

• № 13 - торможение транспортных средств,

• № 30 - шины для легковых автомобилей,

• № 51 - внешний шум транспортных средств,

• № 54 - шины для грузовых автомобилей и автобусов,

• № 89 - ограничение максимальной скорости автомобилей,

а также большое количество Правил по различной светотехнике (для легковых автомобилей их 16, для грузовых 18).

Выполненный анализ показывает существенные изменения многих параметров и характеристик автомобилей, оказывающих непосредственное влияние на требования к транспортно-эксплуатационному состоянию дорог, и новые тенденции в дальнейшем развитии конструкций автомобилей. Указанные изменения и тенденции должны быть учтены при разработке технической политики в области ремонта и содержания автомобильных дорог, организации и обеспечения безопасности дорожного движения.

Переход России к рыночной экономике сопровождается не только количественным ростом автомобильного парка, но и глубоким качественным изменением его состава. В транспортном потоке на автомобильных дорогах значительно увеличилась доля тяжелых грузовых автомобилей, магистральных автопоездов, комфортабельных туристических автобусов, а также доля легковых и малотоннажных грузовых автомобилей. Увеличились нагрузки на автомобильные дороги и дорожные сооружения от транспортных средств. Динамические характеристики многих отечественных автомобилей также весьма изменились за последние годы и вплотную подошли к характеристикам автомобилей, наблюдаемых в развитых зарубежных странах. Кроме того, в составе транспортных потоков на российских дорогах непрерывно растет доля машин зарубежного производства.

В связи с произошедшими количественными и качественными изменениями транспортных потоков значительно возросли требования к потребительским свойствам автомобильных дорог.

Действующие нормы и правила ремонта и содержания автомобильных дорог, разработанные много лет назад, отстают от динамики роста этих требований и нуждаются в переработке, совершенствовании и дальнейшей систематической корректировке.

Дата добавления: 2015-06-04