Понятие и характеристика систем активной и пассивной безопасности автомобиля в современных условиях дорожного движения

Наряду с положительной ролью, которую автомобильный транспорт играет в развитии экономики, существуют и негативные факторы, связанные с процессом автомобилизации. Сюда относятся загрязнение окружающей среды, градостроительные проблемы, связанные с выделением городских пространств для движения и стоянки транспортных средств, рост дефицита нефтепродуктов и т.д.

К числу наиболее отрицательных факторов процесса автомобилизации относятся ДТП и их последствия, характеризующиеся гибелью и ранением людей, материальным ущербом от повреждения транспортных средств, грузов, дорожных или иных сооружений, выплатой пособий по инвалидности и повременной нетрудоспособности и т.д., а также отрицательное влияние на экологию.

Активная безопасность автомобиля подразумевает использование разнообразных систем и технологий, которые направлены в первую очередь на предупреждение аварии. Для того, чтобы уберечь автомобиль от столкновения на дороге, такие системы воздействуют на рулевое управление, тормоза, подвеску.

Сущность активной безопасности автомобиля– это отсутствие внезапных отказов конструктивных систем автомобиля, особенно связанных с возможностью манёвра, а также обеспечение возможности водителя уверенно и с комфортом управлять механической подсистемой «Автомобиль - Дорога» (эксплуатационная безопасность).

Одним из главных критериев активной безопасности автомобиля является отсутствие внезапных отказов в конструктивных системах автомобиля, особенно в тех, которые связанны с возможностью осуществления манёвра (обгона, перестроения, остановки и т.д.).

Если внимательно проанализировать данное утверждение, то мы с Вами выделим ключевую фразу «отказов в конструктивных системах автомобиля». Исходя из этого, ряд авторов выделяют такое понятие, как конструктивная безопасность автомобиля, под которой понимается свойство предотвращать ДТП, снижать тяжесть его последствий и не причинять вреда людям и окружающей среде.

Конструктивная безопасность автомобиля включает в себя:

· активную безопасность автомобиля,

· пассивную безопасность автомобиля,

· послеаварийную безопасность автомобиля,

· и экологическую безопасность автомобиля.

Активная безопасность автомобиля - это свойство автомобиля позволяющее снижать вероятность возникновения ДТП или полностью его предотвращать и проявляется в период, когда в опасной дорожной обстановке водитель ещё может изменить характер (направление) движения автомобиля.

Активная безопасность автомобиля - совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на предотвращение дорожно-транспортных происшествий и исключение предпосылок их возникновения, связанных с конструктивными особенностями автомобиля.

Основными качествами конструкции автомобиля, влияющими на активную безопасность, являются:

- безотказность автомобиля;

- компоновка автомобиля;

- тормозная динамичность автомобиля;

- тяговая динамичность автомобиля;

- устойчивость автомобиля (способность автомобиля противостоять заносу и опрокидыванию в различных дорожных условиях при высоких скоростях движения);

- управляемость автомобиля (эксплуатационные качества автомобиля, позволяющие осуществлять управление при наименьших затратах механической и физической энергии, при совершении маневров в плане для сохранения или задания направления движения);

- маневренность автомобиля (качество автомобиля, характеризующееся величиной наименьшего радиуса поворота и габаритными размерами);

- стабилизация автомобиля (способность элементов системы «ВАД» противостоять неустойчивому движению автомобиля или способность системы сохранить оптимальные положения естественных осей автомобиля при движении);

- информативность автомобиля;

- комфортабельность автомобиля;

- надежные шины автомобиля;

- сигнализация и освещение автомобиля.

И так активная безопасность автомобиля – это комплекс его свойств, снижающих возможность возникновения дорожно-транспортных происшествий и при этом должны соблюдаться три важных условия:

1. Автомобиль должен быть безопасным в любых дорожных условиях.

2. Требования конструктивной безопасности должны быть сохранены в течение всего срока службы автомобиля.

3. Каждый водитель должен уметь критически оценивать эти свойства и принимать меры к их сохранению.

Возможность безопасного управления зависит от умения водителя оценивать и использовать активную безопасность автомобиля — свойство автомобиля предупреждать ДТП или снижать вероятность его возникновения. Овладев этим свойством, водитель сможет изменить характер движения автомобиля в начальной стадии опасной ситуации и предупредить ДТП.

Уровень активной безопасности автомобиля определяется множеством качественных характеристик, которые мы перечислили в первом вопросе и основные из них мы сейчас и рассмотрим.

Безотказность –это свойство автомобиля непрерывно сохранять работоспособность в течение определенного времени или пробега. Для оценки безотказности применяются следующие основные показатели: вероятность безотказной работы; вероятность отказа; плотности вероятности безотказной работы; средняя наработка до отказа; средняя наработка на отказ; интенсивность отказов; параметр потока отказов, ведущая функция потока отказов.

Тормозная динамичность

Возможность предотвращения ДТП чаще всего связана с интенсивным торможением, поэтому необходимо, чтобы тормозные свойства автомобиля обеспечивали его эффективное замедление в любых дорожных ситуациях.

То есть тормозная динамичность - это способность автомобиля к экстренной остановке в случае внезапного появления препятствия на пути движения.

Для выполнения этого условия сила, развиваемая тормозным механизмом, не должна превышать силы сцепления с дорогой, зависящей от весовой нагрузки на колесо и состояния дорожного покрытия, иначе колесо заблокируется (перестанет вращаться) и начнет скользить, что может привести (особенно при блокировке нескольких колес) к заносу автомобиля и значительному увеличению тормозного пути.

Чтобы предотвратить блокировку, силы, развиваемые тормозными механизмами, должны быть пропорциональны весовой нагрузке на колесо. На современных автомобилях используется антиблокировочная система тормозов (АБС), корректирующая силу торможения каждого колеса и предотвращающая их скольжение.

В этой связи прорывом в деле обеспечения активной безопасности стало использование системы ABS (Anti-lock Braking System). Это антиблокировочная система, первые варианты которой был представлен ещё в начале 70-х годов. Однако свое развитие эта технология не получила не сразу, а начала использоваться только с 1978 г. Первым автомобилем, который получил систему ABS, стала модель Mercedes-Benz 450 SEL.

В настоящее время антиблокировочная система применяется на многих автомобилях иностранного и отечественного производства. Эффективность ABS трудно переоценить, ведь именно эта система предотвращает блокировку колес авто в момент торможения, что позволяет водителю в экстренной ситуации не потерять управление автомобилем и «удержать» его на дороге.

Тяговая динамичность

Тяговая динамичность характеризует способность автомобиля производительно выполнять транспортные функции.

К основным эксплуатационным свойствам, характеризующим динамику автомобиля, относятся: динамичность, экономичность, устойчивость, управляемость, проходимость и плавность хода. В теории автомобиля его эксплуатационные свойства рассматривают изолированно одно от другого, но все они взаимосвязаны. Так, скорость автомобиля на поворотах может быть ограничена не динамичностью, а управляемостью и устойчивостью, а на неровных дорогах плавностью хода.

Динамичность - свойство автомобиля двигаться с максимально возможной средней скоростью, характеризующееся максимальной скоростью движения, интенсивностью разгона до заданной скорости и интенсивностью торможения. Динамичность автомобиля зависит прежде всего от его тяговых и тормозных свойств. Автомобиль движется в результате воздействия на него различных сил, которые разделяются на силы, движущие автомобиль, и силы, оказывающие сопротивление его движению. Основной движущей силой является сила тяги, приложенная к ведущим колесам. Сила тяги возникает в результате взаимодействия ведущих колес (нагруженных крутящим моментом, передаваемым от двигателя) с дорогой. От величины тягового усилия на колесах зависит преодоление сил сопротивления движению, ускорение, то есть, приемистость автомобиля. Сила тяги в основном определяется мощностью двигателя и передаточным отношением трансмиссии. Мощность и максимальный крутящий момент коленчатого вала определяют скоростные характеристики двигателя. В режиме максимального крутящего момента двигатель развивает наибольшую тягу, необходимую для преодоления больших сопротивлений движению и обеспечения высоких ускорений при разгоне.

Чем динамичнее автомобиль, тем он способен быстрее разгоняться и двигаться с более высокой скоростью в разнообразных условиях движения. Повышение тяговой динамичности возможно за счет увеличения удельной мощности двигателя и улучшения его приемистости, что достигается уменьшением массы автомобиля, улучшением его обтекаемости, совершенствованием конструкции двигателя, трансмиссии и ходовой части. Автомобиль, обладающий относительно более высокой тяговой динамичностью, в реальных дорожных условиях обладает большим запасом мощности, который может расходоваться на преодоление дорожных сопротивлений и на разгон.

Тяговые свойства (тяговая динамика) автомобиля определяют его способность интенсивно увеличивать скорость движения. От этих свойств во многом зависит уверенность водителя при обгоне, проезде перекрестков. Особенно важное значение тяговая динамика имеет для выхода из аварийных ситуаций, когда тормозить уже поздно, маневрировать не позволяют сложные условия, а избежать ДТП можно, только опередив события.

Устойчивость автомобиля

Устойчивость – способность автомобиля сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающим его занос и опрокидывание в различных дорожных условиях при высоких скоростях движения.

Устойчивость автомобиля непосредственно связана с безопасностью дорожного движения. Управляя неустойчивым автомобилем, водитель вынужден внимательно следить за дорожной обстановкой и постоянно корректировать движение автомобиля, чтобы он не выехал за пределы дороги. Длительное управление таким автомобилем приводит к нервному перенапряжению водителя и быстрому его утомлению, что повышает возможность ДТП. Нарушение устойчивости автомобиля выражается в произвольном изменении направления движения, его опрокидывании или скольжении шин по дороге.

Устойчивость автомобиля характеризует его способность противостоять произвольным изменениям направления движения, опрокидыванию или скольжению шин на дороге. Различают поперечную устойчивость прямолинейного или криволинейного движения и продольную устойчивость автомобиля.

1. Курсовая устойчивость автомобиля

Траектория движения автомобиля всегда является криволинейной, причем кривизна ее непрерывно меняется. Поэтому прямолинейное движение автомобиля – понятие условное, подразумевающее, что при неизменном направлении движения смещения его не превосходят некоторых пределов.

Курсовой устойчивостью автомобиля называют его свойство двигаться без корректирующих воздействий со стороны водителя, т. е. при неизменном положении рулевого колеса. Автомобиль с плохой курсовой устойчивостью произвольно меняет направление движения («рыскает» по дороге), создавая угрозу другим транспортным средствам и пешеходам, и требует от водителя постоянных корректирующих действий с целью удержания автомобиля на полосе движения.

Нарушение поперечной устойчивости при прямолинейном движении (курсовой устойчивости) может быть вызвано следующими причинами:

ü действием боковых сил (ветра, поперечной составляющей массы и др.);

ü моментом, создаваемым различными по величине тяговой или тормозной силами на колесах левого и правого борта;

ü буксованием или скольжением колес одного борта;

ü резким разгоном, торможением или поворотом управляемых колес;

ü неодинаковой регулировкой колесных тормозов;

ü неисправностью в рулевом управлении (большой люфт, заклинивание);

ü разрывом шин и др.-

2. Поперечная устойчивость автомобиля

Потеря поперечной устойчивости при криволинейном движении может привести к прогрессивно нарастающему поперечному скольжению шин по дороге (заносу) или опрокидыванию автомобиля. «Рыскание» автомобиля на криволинейных участках дороги обычно не наблюдается, поскольку скорости при этом относительно невелики.

При криволинейном движении автомобиля потерю устойчивости обычно вызывает центробежная сила.

Важно помнить, что устойчивость автомобиля в случае возможного опрокидывания выше:

¾ на дорогах с пологими поворотами,

¾ при низком расположении центра тяжести

¾ и широкой колее (В).

Опрокидывание автомобиля может произойти в результате непогашенного заноса, в случаях наезда на препятствие или съезда его с полотна дороги.

В конструкции системы курсовой устойчивости могут быть реализованы следующие дополнительные функции (системы):

o гидравлический усилитель тормозов;

o система предотвращения опрокидывания;

o система предотвращения столкновения;

o система стабилизации автопоезда;

o система повышения эффективности тормозов при нагреве;

o система удаления влаги с тормозных дисков и др.

Все перечисленные системы, в основном, не имеют своих конструктивных элементов, а являются программным расширением системы ESP.

Управляемость автомобиля

Управляемость – способность автомобиля двигаться в направлении, заданном водителем.

Движение системы «водитель – автомобиль» считается устойчивым, если при воздействии на автомобиль ограниченных по величине возмущающих воздействий, его отклонения от заданного закона движения не превысят допустимых на определенном отрезке величин. В автомобилестроении под управляемостью понимается устойчивость движения системы «водитель–автомобиль», а под устойчивостью собственная устойчивость автомобиля как объекта управления.

Закон движения характеризуется траекторией и скоростью движения автомобиля. Траектория и допустимые отклонения от нее определяются:

¾ планом дороги,

¾ шириной проезжей части,

¾ габаритами самого автомобиля и габаритами других транспортных средств, размещением их на проезжей части.

Одной из характеристик управляемости является поворачиваемость – свойство автомобиля изменять направление движения при неподвижном рулевом колесе. В зависимости от изменения радиуса поворота под воздействием боковых сил (центробежной на повороте, силы ветра и т.п.) поворачиваемость может быть:

- недостаточной – автомобиль увеличивает радиус поворота;

- нейтральной – радиус поворота не изменяется;

- избыточной – радиус поворота уменьшается.

Различают шинную и креновую поворачиваемость.

Информативность автомобиля

Одним из основных элементов активной безопасности является информативность, то есть способность автомобиля обеспечивать необходимой информацией водителя и других участников движения. Недостаток информации от других транспортных средств о состоянии дорожного покрытия и т. д. часто становится причиной ДТП с катастрофическим результатом.

Информативность – свойство автомобиля обеспечивать необходимой информацией водителя и остальных участников движения. Недостаточная информация от других транспортных средств, находящихся на дороге, о состоянии дорожного покрытия и т. д. часто становится причиной аварии.

Информативность автомобиля подразделяют на внутреннюю, внешнюю и дополнительную.

Внутренняя обеспечивает возможность водителю воспринимать информацию, необходимую для управления автомобилем.

Она зависит от следующих факторов:

1. Обзорность должна позволять водителю своевременно и без помех получать всю необходимую информацию о дорожной обстановке. Неисправные или неэффективно работающие омыватели, система обдува и обогрева стекол, стеклоочистители, отсутствие штатных зеркал заднего вида резко ухудшают обзорность при определенных дорожных условиях.

2. Расположение панели приборов, кнопок и клавиш управления, рычага переключения скоростей и т. д. должно обеспечивать водителю минимальное время для контроля показаний, воздействий на переключатели и т. п.

Внешняя информативность – обеспечение других участников движения информацией от автомобиля, которая необходима для правильного взаимодействия с ним.

В нее входят:

o система внешней световой сигнализации,

o расположение световозвращателей,

o звуковой сигнал,

o размеры, форма и окраска кузова.

Окраска автомобиля должна обеспечивать световой и цветовой контраст с дорожным покрытием. Автомобили, окрашенные в яркие и светлые тона, реже попадают в аварии, чем автомобили, имеющие защитную окраску – черную, серую, темно-зеленую (их движение кажется более медленным). Особенно велика вероятность столкновения с такими автомобилями 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 шаровой катадиоптрической 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.

В настоящее время установился минимальный комплект обязательных для каждого транспортного средства светосигнальных приборов:

o дневные ходовые огни,

o указатели поворотов,

o сигнал торможения,

o габаритные огни,

o фонарь освещения номерного знака.

Дополнительная информативность — свойство автомобиля, позволяющее эксплуатировать его в условиях ограниченной видимости: ночью, в тумане и т. д. Она зависит от характеристик приборов системы освещения и других устройств (например, противотуманных фар), улучшающих восприятие водителем информации о дорожно - транспортной ситуации.

К одним из основополагающих факторов информативности относится обзорность, поэтому остановимся на ней чуть подробнее.

В соответствии с техническим регламентом «обзорность» – это конструктивное свойство транспортного средства, характеризующее объективную возможность и условия восприятия водителем визуальной информации, необходимой для безопасного и эффективного управления транспортным средством.

В ходе проектирования новых салонов или исследования существующих моделей автомобилей обзорность можно определить на основании анализа ряда параметров, которые в своей совокупности определяют обзорность с количественной и качественной стороны. Оценочными параметрами, как правило, являются угловые размеры конструктивных элементов остекления салонов, а также углы видимости с места водителя, величина которых определяется расположением элементов остекления относительно основных пространственных плоскостей, проведенных через точку положения глаз водителя.

В зависимости от степени влияния на условия зрительной работы водителя при управлении автомобилем параметры обзорности подразделяются:

o на основные

o и дополнительные.

Основными являются те параметры обзорности автомобиля, которые характеризуют условия видимости водителем важных объектов транспортной обстановки, обычно пространственно расположенных в направлении основного движения автомобиля:

· углы видимости в горизонтальной плоскости;

· в продольной вертикальной плоскости;

· в горизонтальной и продольной вертикальной плоскостях через очищаемую площадь ветрового стекла;

· угловые размеры стоек салона.

Дополнительными являются те параметры обзорности автомобиля, которые характеризуют условия видимости областей окружающего пространства, по своему положению не совпадающих с направлением основного движения автомобиля и обычно являющихся местом расположения объектов, содержащих дополнительную информацию о состоянии транспортной обстановки:

o углы видимости в горизонтальной плоскости (через боковые стекла салона);

o в поперечной вертикальной плоскости (через боковые стекла салона);

o в продольной вертикальной плоскости (через заднее стекло салона).

К дополнительным также относятся параметры, характеризующие условия видимости определенных областей окружающего пространства с помощью специальных оптических приспособлений, крепящихся к автомобилю (зеркала заднего вида и др.). В дальнейшем будут рассматриваться только основные параметры обзорности, так как влияние дополнительных параметров на оценку обзорности кабины автомобиля в целом, как показал анализ, незначительно и не является определяющим.