Управляемость автомобиля и безопасность движения

дипломная работа

2.1 Значение управляемости автомобиля для безопасного движения

Управляемость оценивают по соответствию параметров движения автомобиля воздействием водителя на рулевое управление. При различных воздействиях степень соответствия может быть различной, что затрудняет выбор единого критерия для комплексной оценки управляемости автомобиля в эксплуатационных условиях.

Поворачивая рулевое колесо, водитель задает новое направление движения автомобиля. При плохой управляемости автомобиля действительное направление движения не совпадает с желательным и необходимы дополнительные управляющие воздействия со стороны водителя. Это приводит к «рысканию» автомобиля по дороге, увеличению динамического коридора и утомлению водителя. При особенно неблагоприятных условиях плохая управляемость может явиться причиной столкновения автомобилей, наезда на пешехода или выезда за пределы дороги.

Подавляющее большинство опасных дорожных ситуаций (до 80...85%) водитель ликвидирует путем своевременного поворота рулевого колеса и изменения направления движения автомобиля. При этом водитель может, либо, повернув автомобиль, отвести его от опасной зоны под углом к прежнему направлению движения, либо выехать в соседний ряд. Первый маневр проще, но его выполнению может помешать недостаточная ширина проезжей части, деревья, столбы и другие препятствия, находящиеся за пределами дороги. Второй маневр можно выполнить на любой двухполосной дороге.

Определим параметры движения автомобиля при первом маневре, считая шины жесткими в боковом направлении. Это позволит ограничиться простыми кинематическими зависимостями.

В положении Й (рисунок 2.1) водитель замечает впереди на расстоянии S2 препятствие. На пути Sp (за время tp) он осознает необходимость маневра и принимает решение о его выполнении. На пути Sр.у (за время tр.у) водитель поворачивает рулевое колесо, но автомобиль продолжает двигаться прямолинейно, так как происходит деформация амортизационных пружин, рычагов и тяг рулевого управления и положение передних колес не меняется (положение II). Время tp.y - время запаздывания рулевого управления - составляет в среднем 0,15…0,35 с. В положении III автомобиль начинает двигаться криволинейно. При этом водитель поворачивает колеса вначале в одну сторону, и угол и увеличивается (время Т1). В опасных ситуациях после поворота колес на угол и1 водитель сразу поворачивает их обратно, вследствие чего угол и уменьшается (время Т2). В положении IV и=0, и автомобиль движется прямолинейно под углом гм к прежнему направлению движения. Безопасность поворота будет обеспечена, если в конце маневра между автомобилем и препятствием останется некоторый интервал Д. Согласно рисунку 2.1,а можно написать:

Рисунок 2.1 Схемы для расчета маневра автомобиля:

а - при неограниченной ширине препятствий; б - при смене полосы движения

Sa = Sp - L + Sp.у + xм + L Чcos гм + (0,5ЧBa +Д)Чsin гм;

yм + 0,5ЧBa+ LЧsin гм = Bпp + (0,5ЧBa + Д)Чcos гм,

где L - расстояние от заднего моста до передней части автомобиля;

xм и yм - продольное и поперечное перемещения автомобиля в процессе маневра;

Bпр - ширина препятствия.

Приняв приближенно sin гм ? гм и cos гм = 1. получим условия безопасного маневра:

xм ? Sa - Sp - Sp.y + (0,5ЧBa+Д) гм ;

yм ? Впр +Д - LЧ гм.

Чтобы определить параметры криволинейного движения, проведем оси координат х и у так, чтобы начало системы координат совпадало с серединой заднего моста автомобиля в положении III. В некоторый момент времени t автомобиль, двигаясь криволинейно, повернется относительно оси х на угол г. После поворота его еще на бесконечно малый угол dг середина заднего моста опишет дугу dS = RЧdг. При движении автомобиля с постоянной скоростью v длина дуги dS = vЧdt. Учитывая равенство (1.4), имеем:

dг = dS/R - vЧdt/R = vЧиЧdt/L.

Закон изменения угла г по времени зависит от водителя и может быть различным. Примем для простоты, что угловая скорость поворота передних колес постоянна (=const) и в первой фазе поворота (время Т1) угол и изменяется прямо пропорционально времени:

и = Чt.

При этом допущении курсовой угол прямо пропорционален квадрату времени:

г= vЧЧ? tЧdt/L= vЧЧt2 /(2ЧL). (2.1)

В эксплуатационных условиях максимальное значение курсового угла обычно не превышает 10...15°. Для таких значений г изменение координат х и у точки B1 за время dt определяется формулами:

dx=dSЧcos г ? dx; dy= dSЧsin г ?dSЧг =vЧdtЧг.

Следовательно, координаты точки В1, в момент времени t имеют следующие значения:

x=? vЧdt = vЧt; (2.2)

y=(v2ЧЧ? t2Чdt) /(2ЧL)= v2ЧЧt3/(6ЧL) (2.3)

Формулы (2.1) - (2.3) позволяют найти г, х и у и определить положение автомобиля на дороге в процессе входа в поворот.

Величина угловой скорости ограничена, с одной стороны, психофизиологическими возможностями водителя и находится в следующих пределах, рад/с:

Для легковых автомобилей............................................................0,2 - 0,3

Для грузовых автомобилей и автобусов.....................................0,15 - 0,3

С другой стороны, скорость не может быть особенно большой по соображениям безопасности. Выполняя маневр, водитель должен избегать заноса или опрокидывания.

Потеря устойчивости автомобилем наиболее вероятна в середине маневра (при и = и1), где кривизна траектории максимальна. Из условия равенства центробежной силы и силы сцепления на этом участке имеем

MЧv2/R= MЧv2/LЧи1=GЧv2/gЧLЧЧT1=GЧцy. (2.4)

Отсюда максимально допустимая угловая скорость поворота передних колес по условиям сцепления:

= LЧGЧцy /( v2ЧT1).

Подставив значение в формулы (2.1) и (2.2), получим выражения для определения параметров г1, х1 и у1 в середине маневра (таблица 2.1). Проведя аналогичные вычисления для второй фазы маневра - выхода автомобиля из поворота, получим формулы для параметров гм, хм и ум конца второй фазы - выхода автомобиля из поворота.

Таблица 2.1

Параметры движения автомобиля при маневрах

Маневр

г

x

y

Вход в поворот

г1=gЧцyЧT1/(2Чv)

x1=vЧT1

y1= gЧцyЧT/6= =gЧцyЧx/(6Чv2)

Выход из поворота

г2=gЧцyЧT1/v=2Чг1

x2=2ЧvЧT1=2Чx1

y2=gЧцyЧ T=6Чy1

Смена полосы движения

гм=0

xм=4ЧvЧT1

yм=2Ч gЧцyЧ T=

=gЧцyЧx/(8Чv2)

Выполняя маневр второго типа - смену полосы движения, водитель должен повернуть рулевое колесо несколько раз (рисунок 2.1, б), Сначала он поворачивает его на угол и1 в одну сторону, затем на угол, равный 2Чи1 в другую сторону и, наконец, возвращает колеса в нейтральное положение. Весь маневр, состоящий в этом случае из четырех периодов Т1 - Т4, требует от водителя точного расчета и большего числа действий на том же пути, чем при маневре первого типа. Зато при выполнении маневра второго типа автомобиль меньше смещается в поперечном направлении, и проезжая часть дороги может быть значительно уже. В конце маневра курсовой угол равен нулю и автомобиль движется параллельно прежнему направлению движения.

Формулы для расчета параметров маневра второго типа также даны в таблицу 2.1.

Изложенный выше анализ маневра проведен для элементарной расчетной схемы, в которой не учитываются многие конструктивные и эксплуатационные факторы. Параметры движения реального автомобиля могут значительно отличаться от расчетных данных, поэтому последние обычно используют лишь для сравнения различных вариантов маневра.

Делись добром ;)