Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ проблемы обеспечения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации 12
1.1. Анализ аварийности на автомобильном транспорте РФ 12
1.2. Состояние проблемы обеспечения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации 19
1.3. Развитие направлений повышения безопасности дорожного Движения 30
1.4 Выводы и постановка задач исследования 35
Глава 2. Методологические основы повышения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации 38
2.1. Методология исследования 37
2.2. Концепция обеспечения безопасности АТС в эксплуатации 42
2.3. Активная безопасность автотранспортных средств 52
2.4. Техническое состояние и безопасность автотранспортных Средств 63
2.5. Выводы по главе 2 70
Глава 3. Теоретические основы влияния параметров активной безопасности на эксплуатационные свойства автотранспортных средств (на примере рулевого управления) 72
3.1. Исследование надежности элементов систем АБ на примере рабочих процессов в рулевом приводе автотранспортных средств 72
3.2. Анализ связей критерия качества рулевого привода с конструктивными факторами граф-модели 89
3.3. Анализ связей критерия качества рулевого привода с эксплуатационными факторами граф-модели 98
3.4. Исследование влияния эксплуатационного состояния рулевого привода на эксплуатационные свойства автомобиля 110
3.5. Выводы по главе 3 119
Глава 4. Теоретические основы имитационного моделирования курсового движения двухосного автотранспортного средства 121
4.1. Предварительный анализ курсового движения АТС (простейшие расчетные схемы АТС и их уровни) 122
4.2. Теоретические основы построения моделей курсового движения АТС с учетом нелинейностей (жесткости РУ и люфта РК, эластичности шин, поперечного крена кузова и скольжения колес) 133
4.3. Вычислительные алгоритмы реализации модели на примере ГАЗ-322132 149
4.4. Исследование расчетных моделей и анализ результатов моделирования 171
4.5. Выводы по главе 4 184
Глава 5. Разработка методик, экспериментальной базы и исследование систем активной безопасности автотранспортных средств (на примере рулевого управления и переднего моста) 185
5.1. Экспериментальное исследование характеристик и состояния рулевого привода легковых автомобилей 185
5.2. Методика и измерительные средства для лабораторных и стендовых исследований рулевого привода и шарниров рулевых тяг 187
5.3. Стенд для оценки технического состояния рулевого управления легковых автомобилей 190
5.4. Методика выполнения стендовых исследований 194 эксплуатационного состояния рулевого управления автомобилей
5.5. Методика дорожных испытаний автомобилей 196
5.6. Способ измерения смещений в кинематической цепи рулевого привода и в шарнирах рулевых тяг при движении автомобиля . 201
5.7. Интегральная оценка смещений в рулевом приводе 204
5.8. Анализ результатов экспериментальных исследований 207
5.9. Выводы по главе 5 229
Глава 6. Дорожно-полигонные и стендовые испытания АТС 231
6.1. Передвижная лаборатория дорожных испытаний АТС 231
6.2. Испытания в ездовых циклах 244
6.3. Испытания устойчивости и управляемости АТС на стенде с беговыми барабанами 264
6.4. Выводы по главе 6 274
Глава 7. Эффективность мероприятий и механизмов обеспечения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации 276
7.1. Обоснование оптимальных величин критерия качества рулевого управления автотранспортных средств в эксплуатации 276
7.2. Расчет эффективности затрат на поддержание оптимальной величины критерия качества РП 281
7.3. Эффективность механизмов обеспечения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации 287
7.4. Выводы по главе 7 293
Основные выводы и рекомендации 294
Библиографический список
- Анализ аварийности на автомобильном транспорте РФ
- Концепция обеспечения безопасности АТС в эксплуатации
- Исследование надежности элементов систем АБ на примере рабочих процессов в рулевом приводе автотранспортных средств
- Предварительный анализ курсового движения АТС (простейшие расчетные схемы АТС и их уровни)
Введение к работе
Актуальность работы. Анализ дорожно-транспортной аварийности на автомобильном транспорте (ЛТ) в РФ показал, что если в 2000 г. имело место ее неустойчивое снижение, то уже в 2001 г. — увеличение всех показателей, а в первом полугодии 2002 г. происходит скачкообразный рост (дорожно-транспортных происшествий (ДТП) на 16,5% , погибших на 13%, раненых на 18,3%). Объективным фактором этого является устойчивый рост автомобильного парка, причем согласно концепции развития автомобильной промышленности РФ к 2010 г. прогнозируется увеличение только легковых автомобилей и микроавтобусов на 9... 12 млн. единиц. Этот рост происходит на фоне старения автопарка, так как около 50% автотранспортных средств (АТС) эксплуатируются свыше 10 лет. Причем более 80% АТС принадлежит физическим лицам, а среднесписочный состав автопарка одного автопредприятия уменьшился с 60 (1990 г.) до 5...7 (2002 г.) единиц. При этом квалификация і водителей остается низкой, особенно это актуально для категории «Д» - водителей пассажирского автотранспорта, а также водителей легковых автомобилей и маршрутных такси. Число ДТП по техническим причинам остается существенным и по данным НИЦ ГРЇБДД МВД РФ, которые учитывают технические неисправности АТС как косвенную причину, доля этих происшествий в общем числе ДТП достигает 15%. При этом преобладающее влияние оказывают такие системы АТС, как тормозное управление, светотехника, рулевое управление (РУ), колеса и шины. Тяжесть последствий данных ДТП в РФ в 3 ... 5 раз выше относительно стран развитого автомобилестроения. С учетом сказанного снижение аварийности на AT - приоритетная социально-экономическая и научно-техническая проблема, одним из путей разрешения которой является повышение эксплуатационной безопасности и восстановление работоспособности систем безопасности движения АТС с учетом более низкого запаса этих свойств в конструкции отечественных АТС по сравнению с автомобилями ведущих зарубежных концернов.
Диссертационная работа выполнялась по плану подпрограммы «Безопасность дорожного движения» Федеральной целевой программы «Модернизация транспортной системы России» и по единому заказ-наряду Министерства образования РФ «Теоретические основы моделирования качества и создания критериев подобия функционирования транспортных средств в аспекте CALS-технологий», № ГР НИР 01.2.003093332. С учетом вышесказанного тема диссертационных исследований является актуальной и направлена на решение крупной научной и социальной проблемы.
Цель исследования. Целью настоящего исследования является снижение показателей аварийности на автомобильном транспорте путем повышения эксплуатационной безопасности автотранспортных средств за счет разработки концепции её обеспечения методами контроля технического состояния и восстановления работоспособности систем активной безопасности.
Методы и объекты исследований, достоверность результатов и степень
обоснованности научных положений. Они обусловлены использованием современных и дополняющих друг друга методов исследования. Для получения упомянутых результатов применялись методы и средства теории эксплуатационных свойств, разделов теоретической механики, надежности комплекса ВАДС, математической статистики, теории вероятности и теории планирования эксперимента, экспертных оценок, а также имитационного моделирования на основе разработанных математических моделей с использованием прикладных математических пакетов программ MATHCAD, MAPLE, MATLAB и SIMULINK. В качестве объектов исследования выбраны легковые автомобили и микроавтобусы — маршрутные такси, процессы изменения и контроля их технического состояния, методы, средства и механизмы обеспечения их работоспособности в эксплуатации. Адекватность математических моделей, полученных в ходе теоретических исследований, экспериментально подтверждена результатами лабораторных и стендовых исследований, дорожных и полигонных испытаний. Степень обоснованности научных положений подтверждается теоретическими и экспериментальными исследованиями автора, а также совпаде-
7 ниєм или непротиворечием изложенного в работе известным достоверным результатам других исследований, удовлетворительными результатами практической реализации разработок. Достоверность результатов исследования обеспечивалась современной элементной базой и программным обеспечением, стандартными методиками обработки статистических данных, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна. Научная новизна работы состоит в следующем:
разработан и обоснован концептуальный подход к обеспечению безопасности АТС в эксплуатации;
обосновано влияние процессов изменения технического состояния систем активной безопасности АТС в эксплуатации на параметры безопасности дорожного движения (на примере устойчивости и управляемости);
обоснован силовой способ испытания рулевых управлений (на основе авторского свидетельства);
установлена аналитическая взаимосвязь между углами поворота, увода колес и смещениями в рулевом приводе, люфтом рулевого колеса и временем реакции (запаздывания) автомобиля на управляющее воздействие;
разработаны теоретические основы курсового движения АТС с учетом не-линейностей, вызванных люфтом рулевого колеса (РК), упругостью РУ, поперечным креном кузова и скольжением колес;
разработаны специализированные математические пакеты прикладных программ имитационного моделирования основных штатных и нештатных режимов движения АТС и проверены на расчетно-экспериментальных моделях;
на основе теоретических и экспериментальных исследований разработаны новые технологии и оборудование для поэлементной диагностики рулевого управления и стендовых оценок важнейших показателей устойчивости и управляемости АТС (с использованием трёх авторских свидетельств);
разработаны теоретические предпосылки анализа маневра на основе имитационного моделирования движения АТС на примере микроавтобуса ГАЗ-322132 - маршрутного такси;
обоснованы механизмы обеспечения безопасности ЛТС в эксплуатации и повышения их эксплуатационной безопасности на основе автострахования.
Практическая ценность работы. Практическая ценность работы направлена на решение важнейшей социально-экономической проблемы снижения показателей аварийности на автомобильном транспорте, а также на решение крупной научной проблемы создания теоретических основ имитационного моделирования курсового движения АТС и заключается в следующем:
-научном подходе к оценке влияния изменения технического состояния систем безопасности движения (БД) АТС на параметры их активной безопасности (АБ);
-теоретическом и экспериментальном исследовании рабочих процессов рулевого управления и переднего моста, и разработке на их основе поэлементной диагностики и прогнозирования эксплуатационной надёжности их элементов;
-разработке математических моделей и прикладных математических пакетов программ, позволяющих осуществить имитационное моделирование процессов движения с целью оценки влияния изменения технического состояния систем активной безопасности АТС на параметры безопасности дорожного движения в различных условиях эксплуатации;
-разработке, изготовлении и апробации методик и инструментальных средств для лабораторных и стендовых исследований систем активной безопасности АТС, а также передвижных лабораторий дорожных испытаний на базе автомобилей ВАЗ и ГАЗели. Оборудование может быть использовано на линиях гостехосмотра и в эксплуатационных испытаниях, в том числе для оценки безопасности маневра автомобиля;
-подготовке рекомендаций для совершенствования расчетных методик анализа маневра АТС при характерных ДТП и обосновании предложения о включении «маневра» в ПДД наряду с «торможением»;
-подготовке рекомендаций по дополнениям и изменениям в ГОСТ Р 51709-2001 в части рулевого управления, колес и шин;
-подготовке технического задания на изготовление диагностического оборудования < нового поколения для поэлементной диагностики ходовой части АТС с прогнозированием ресурса;
-использовании і результатов исследования в учебном процессе для специальностей направления ? «Эксплуатация транспортных средств», а также новой < специализации»240402.01 «Служба безопасности движения на автомобильном транспорте»;
-разработке на основании теоретических и экспериментальных исследований рекомендаций по особенностям технической эксплуатации маршрутных такси на базе ГАЗ-322132, позволяющих снизить аварийность в этом классе автомобилей, что актуально вследствие практически безальтернативного расширения их парка в РФ;
Реализация результатов работы. Результаты диссертационных исследований:
внедрены в служебную деятельность отдела транспорта мэрии г. Шахты в виде компьютерных технологий с рекомендациями * по обеспечению безопасности маршрутных такси FA3 322132 и: особенностями их технической эксплуатации на основе НИР «Разработка программы развития пассажирского < транспорта г. Шахты на период до 2005г» (ноябрь .2003г.);
методики и; инструментальные средства поэлементной диагностики рулевых управлений < внедрены на станциях гостехосмотра городов; Шахты и Ново-шахтинска (май 2004г.);
методологические и; научные рекомендации приняты для і использования, в; разработке руководящих документов управления безопасностью движения; на автомобильном транспорте Министерства транспорта РФ (декабрь 2003г.), т отдела технических средств обеспечения безопасности дорожного движения НПО ГУЛ «Спецтехника и связь» МВД РФ (май 2004 т.);
результаты диссертационных исследований внедрены в учебный процесс трех вузов (Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса, Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) и Ростовского государственного строительного университета) в виде 2-х
10 монографий автора и 5 учебных пособий с грифом УМО для специальностей
150200, 230100 и 240400, а также трех математических пакетов прикладных
программ для ПЭВМ (декабрь 2003 г., май 2004 г.);
основные результаты диссертационной работы использованы в разработке концепции и ряда основных учебных дисциплин новой специализации 240402.01 «Служба безопасности движения на автомобильном транспорте» (Заключение УМО вузов в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов, июнь 2004 г.).
Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-исследовательских конференциях МАДИ(ГТУ) 1993 - 2004 гг.; всесоюзной научной конференции по диагностике и прогнозированию технического состояния подвижного состава автомобильного транспорта, Харьков, 1980 г.; республиканской научной конференции «Повышение эффективности и качества коммунально-бытового обслуживания на. основе применения математических методов и средств вычислительной техники», Уфа, 1980г.; 3-й Международной научно-технической конференции «Новые технологии управления движением технических объектов», Новочеркасск, 2000 г.; II Международной научно-практической конференции «Проблемы экономической безопасности в условиях рынка», Пенза, 2002г.; 5-й и 6-й Международных конференциях, посвященных 200 - летаю МВД России, «Организация и безопасность дорожного движения в крупных городах», г. Санкт-Петербург, 2002 и 2004 гг.; 4-й Международной научно-практической конференции «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», г. Новочеркасск, 2003 г.; 4-й Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах», г. Новочеркасск, 2003 г.; 4-й Международной научно-практической конференции «Моделирование. Теория, методы и средства», г. Новочеркасск, 2004 г.; 12-ой Международной конференции «Traffic safety on three continents» Session 5. Traffic engineering. In Moscow 19-21 September 2001г.
На защиту выносятся:
концептуальный подход к обеспечению безопасности ЛТС в эксплуатации, основанный на анализе процессов изменения параметров АБ;
критерий качества рулевого привода (РП), разработанный на основе аналитических исследований рабочих процессов в РУ, и оценка влияния эксплуатационного состояния РУ на эксплуатационные свойства АТС;
теоретические основы построения моделей курсового движения АТС с учетом нелинейностей: жесткости РУ и люфта РК, эластичности шин, поперечного крена кузова и скольжения колес;
вычислительные алгоритмы реализации моделей на примере микроавтобуса ГАЗ-322132 и математические пакеты прикладных программ «Курсовое движение», «Устойчивость движения» и «Прямолинейное движение»;
методики и измерительные средства лабораторных и стендовых исследований, дорожных и полигонных испытаний на базе передвижных лабораторных комплексов ВАЗ и ГАЗель;
результаты испытаний устойчивости и управляемости ГАЗ - 2705 в ездовых циклах и анализ возможности оценки некоторых их показателей на динамическом полноопорном стенде с беговыми барабанами.
Публикации. Содержание основных положений диссертационной работы, выполненной за период исследований, опубликовано в 85 печатных трудах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и рекомендаций, содержит 316 страниц текста, 23 таблицы, 113 рисунков, список литературы из 272 наименований и 28 приложений.
Автор выражает признательность коллективу кафедры «Организация и безопасность движения» МАДИ(ГТУ) за содействие в подготовке и написании работы и персонально - профессору Рябчинскому А.И. за научное консультирование по теме, а также профессору кафедры «Теоретическая механика» МАДЩГТУ) Додонову Б.М. за сотрудничество в разработке математических пакетов и прикладных программ.
Анализ аварийности на автомобильном транспорте РФ
Аварийность на автомобильном транспорте - одна из острейших социально-экономических проблем большинства стран. Проблема дорожно-транспортного травматизма в России представляет существенную угрозу безопасности граждан и государства [31, 32].
Ежегодно в мире от дорожно-транспортных происшествий (ДТП) погибает около 1,0 млн. человек. По данным Комиссии Европейского сообщества, вследствие полученных травм в ДТП около 45 тыс. европейцев погибают и 1,6 млн. получают ранения, примерно один из каждых 80 европейцев умирает в возрасте до 40 лет. На каждого погибшего в ДТП приходится приблизительно 25 ... 35 раненых, как правило, с госпитализацией. Значительно меньше, чем в других странах, гибнет людей в дорожно-транспортных происшествиях в расчете на 100 тыс. жителей в Великобритании, Норвегии, Финляндии, Швейцарии и Дании. Высокий уровень риска гибели в ДТП отмечен в Португалии, Польше. С 1996 г. наиболее существенно уменьшилось число погибших в расчете на 100 тыс. жителей в Венгрии и Дании (на 1,9), Люксембурге (на 1,8), Швейцарии (на 1,3).
На долю автомобильного транспорта в Российской Федерации приходится более половины объема пассажирских перевозок и три четверти грузовых перевозок. Автомобилизация страны позволяет решать задачи по перевозке пассажиров и грузов, но при этом возникает проблема обеспечения безопасности дорожного движения. В обстановке, характеризующейся высокой интенсивностью движения автомобильного транспорта, в которую вовлечены десятки миллионов людей и большое число транспортных средств, предупреждение аварийности становится одной из серьезнейших социально-экономических проблем. От ее успешного решения в значительной степени зависят не только жизнь и здоровье людей, но и развитие экономики страны.
Данная проблема, характеризующаяся сложностью и многоплановое стью, приобрела особую остроту в последнее десятилетие в связи с возрастающей диспропорцией между приростом количества автомототранспортных средств и протяженностью улично-дорожной сети. По оценкам специалистов, потери, связанные с аварийностью, в несколько раз превышают ущерб от железнодорожных катастроф, пожаров, других видов несчастных случаев.
Каждые сутки на улицах городов и дорогах совершается более 430 дорожно-транспортных происшествий (ДТП), в которых погибают и получают травмы различной степени тяжести около 600 человек. Так, за период 1996-2000 гг. произошло около 800 тыс. дорожно-транспортных происшествий. В них погибли 145 тыс. и получили ранения 900 тыс. человек.
Последствия дорожно-транспортных происшествий, связанные с гибелью и ранением людей, потерей (повреждением) материальных ценностей, наносят значительный ущерб экономике Российской Федерации. При этом в 2000 г. потери только от гибели и ранения людей в результате ДТП составили 2,8% валового внутреннего продукта страны. Наглядна динамика структуры и величины социально-экономического ущерба от ДТП в России, представленная на рис. 1.1.
Стоимостная оценка последствий ДТП (гибель, ранение людей, инвалидность и реабилитация, моральные, экономические и иные факторы) используется во всех странах с развитой автомобилизацией как один из основ ных критериев при принятии решений в процессе государственного управления в сфере безопасности дорожного движения.
Большинство экономически развитых государств; уже прошли этап «взрывного» увеличения количества легковых автомобилей, как правило, продолжающийся до уровня 300 единиц транспорта в расчете на 1 тыс. жителей; после которого темпы роста автопарка замедляются. В 5 настоящее время количество транспортных средств,, приходящихся на лыс. жителей, превышает: 500 единиц; в;Люксембурге; 400 в Австрии; Бельгии, Великобритании, Испании, Норвегии, Португалии, Франции, Швеции; 300 в Дании и Финляндии;
Оценка динамики автомобилизации России на настоящее время изложена в работах [2, 19]; В 2002г. на учете в подразделениях Госавтоинспекции МВД России состояло почти 33 млн. автомобилей, автобусов и единиц мототранспорта. . По сравнению с 2000 г. их количество возросло на 4,4%,, или на 1,38 млн. единиц. Автомотопарк увеличился в 69 субъектах Российской Федерации. Опережающими темпами растет парк легковых автомобилей, численность которых только за прошедшие пять лет возросла более: чем на 3 6 млн. единиц, или;на-19,4% (прирост за 2002 г. составил 5,8%). Количество автобу-совза этот период увеличилось на 12,1%, грузовых: автомобилей - на 8,6%. А численность мототранспорта сократилась на 2,5 млн. единиц, или на 33,0%.
Каждые шесть5 из семи» (86,2%) автомототранспортных средств находятся в собственности физических лиц. За год их количество увеличилось на 3,1%, а общая; численность. достигла 28;4 млн. единиц. Количество транспортных средств в собственности юридических лиц за год практически не изменилось (прирост составил только 0,2%).
Наибольший удельный вес находящегося в собственности физических лиц транспортного парка приходится на мототранспорт - 98,6% (от общего количества мототранспорта) и легковые автомобили - 94,1%. При этом за последние четыре: года эти значения практически; остаются постоянными. Из общего количества грузовых автомобилей и автобусов доли собственности; физических лиц составили в 2002 г. соответственно 41,5% и 35,7%.
Концепция обеспечения безопасности АТС в эксплуатации
Основным методом изучения сложных (комплексных) познавательных процессов на современном уровне является системный подход к явлениям окружающего мира. Неудивительно, что системный подход находит все более широкое применение при исследованиях проблемы обеспечения БДД. На безопасность дорожного движения оказывает влияние большое количество факторов. Для удобства изучения все эти факторы условно делят на четыре взаимодействующих части: человек (Ч), автомобиль (А), дорога (Д), среда (С), - и рассматривают как элементы единого комплекса ЧАДС (рис. 2.1). Комплекс ЧАДС представляет собой частный случай общей для современной науки системы, человек - машина - среда. Системный анализ (подход) явился наиболее приемлемой методической основой эффективного изучения комплекса ЧАДС.
Системный подход рассматривает анализ и синтез различных по своей природе и сложности объектов с единой системной точки зрения - подчинения целей и критериев оценки элементов (подсистем) общесистемным целям и критериям. Он позволяет изучать в едином комплексе все многообразие взаимодействующих факторов, их особенности и взаимосвязи, дает возможность устанавливать ограничения, налагаемые на функционирование системы, и определять пути управления системой для оптимизации целевой функции.
Комплексный (системный) подход к изучению БДД не исключает, а, напротив, предполагает детальное изучение и совершенствование каждого элемента в отдельности с учетом общей цели комплекса (системы). Нарушение функционирования системы может проявляться в снижении скорости и интенсивности движения вплоть до полного его прекращения и (или) возникновения ДТП.
Выделим два базовых (основных) методологических подхода к изучению проблем безопасности движения.
Первый подход, который следует назвать статическим, трактует проблему как отклонение от некоторого норматива (нормы, правила и т. п.), выходящее за рамки допустимых значений. Такой подход используется как основной в управлении и регулировании состояния разнообразных параметров и состояния технических, экономических и других систем. Отклонение от нормы создает проблемное состояние системы после того, как преодолены допустимые пределы отклонения от нормы, но регулирование с целью возвращения системы в нормальное состояние начинается сразу после фиксации
(выявления) отклонения от нормы. Таким образом, система должна предпринять определенные управленческие (корректирующие) действия и затратить некоторое количество ресурсов (средств) для того, чтобы вернуться к норме. Это обстоятельство позволяет называть описанный подход статическим, таким образом, он используется для сохранения заранее установленного и принятого за норму состояния системы.
В практике организации безопасности движения статический метод применяется весьма широко. Именно на этом подходе строится закрепление всей нормативной базы системы безопасности. Однако логично поставить вопрос об изменении нормы (нормативного состояния систем безопасности движения). Одновременно целесообразно вернуться к тенденциям в обществе, которые заставляют менять норму. Чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо сформулировать второй методологический подход, который построен на другой трактовке понятия «проблема».
В подходе, который можно назвать «динамическим», проблема должна восприниматься как неудовлетворенная потребность. G развитием общества и национальной экономики проявляются устойчивые тенденции повышения жизненного уровня населения и, как следствие, усиления потребности безопасности жизнедеятельности. Последняя тенденция имеет непосредственное влияние на нормативную базу системы безопасности движения, так как потребности людей обезопасить свою жизнь выливаются в ужесточение требований к безопасности всех элементов системы ОБДД. Таким образом, возникает объективная необходимость корректировать нормативно-законодательную базу ОБДД; исследование динамики потребностей создает предпосылки для определения величины нового нормативного состояния системы ОБДД; необходимо создать организационные предпосылки перехода системы ОБДД от старой к новой нормативной базе.
В этой связи методология исследования может быть отражена согласно структуре и содержания рис. 2.2.
Описанный подход является основой для развития системы ОБДД, т.е. динамического ее преобразования, а также оценки успешности таких изменений путем определения степени удовлетворения потребностей безопасной жизнедеятельности человека. Следовательно, динамический подход не только не конфликтует со статическим, но, напротив, является методологической основой формирования нормативной базы статического подхода, который, в свою очередь, служит основой процессов регулирования в системе ОБДД.
Предлагаемая концепция организации и управления в сфере обеспечения безопасности автотранспортных средств в эксплуатации базируется на системном принципе, который позволяет представить пути решения проблемы в ее основных аспектах: теоретическом, методологическом и практическом, - а также выделить и обосновать основные пути решения проблемы. Организацию и управление безопасностью автотранспортных средств рассмотрим как сложную, гетерогенную и открытую систему, которая должна обладать признаками целостности и полноты.
Особо следует остановиться на отличительной особенности системы организации и управления безопасностью автотранспортных средств - ином распределении свободы элементов в отношении иерархии системы и взаимосвязи субъект-объект управления. Если в обычной производственной системе, например на автотранспортном предприятии, свобода элементов уменьшается с понижением уровня управления и водитель достаточно строго закреплен в своих действиях в существующей линейно-функциональной или иной организационно-управленческой структуре предприятия, то в рассматриваемой системе обеспечения безопасности автотранспортного средства водитель, хотя и находится на нижней ступени иерархии управления, обладает по отношению к ней значительно большей степенью свободы в сравнении с рядом высших и средних иерархических уровней системы и соответствующих элементов, которые призваны обеспечивать его безопасность (рис. 2.3).
В условиях специфического распределения свободы элементов системы управления безопасностью автотранспортных средств целесообразно применять на нижних уровнях управления преимущественно косвенные методы управления, разумно сочетая их с прямыми методами.
Исследование надежности элементов систем АБ на примере рабочих процессов в рулевом приводе автотранспортных средств
Выходной характеристикой;рабочих процессов?в;рулевоміприводе;автомобилей можно считать, изменение угла схождения І управляемых колёс и і соотношения их углов: поворота. Обе величины І в; процессе: эксплуатации; изменяются в зависимости! от ряда конструктивных и эксплуатационных факторов. Рабочие: процессы в РП, имеющем звенья, сопряжённые силовым за мыканием с упругой связью, сопровождаются непрерывными относительными смещениями элементов, которые происходят под действием переменных по величине и направлению поперечных, касательных и вертикальных сил, создающих поворачивающие моменты относительно оси поворотной стойки передней подвески. В зависимости от соотношения суммарных моментов, действующих на каждое управляемое колесо, в рулевом приводе автомобилей возникает растяжение или сжатие, при этом начальное схождение увеличивается или уменьшается.
Таким образом, характеристикой рабочих процессов в РП является работа, затраченная на преодоление сил трения в подвижных сопряжениях РП и выборку смещений в его кинематической цепи. Полезной считается работа, израсходованная на обеспечение курсовой устойчивости, т.е. гашение колебаний управляемых колес, вызванных стохастическими нагрузками. Эту работу в основном производят обратихмые смещения, обусловленные упругостью РП, она совершается без участия водителя в режимах движения по траектории, близкой к прямолинейной, когда выполняется большая часть транспортной работы.
Часть же работы, затраченной водителем на обеспечение заданной траектории движения, расходуется на преодоление необратимых смещений, вызванных зазорами в подвижных сопряжениях рулевого привода. Эта работа затрачивается непроизводительно, уменьшает передаточное число рулевого управления, вызывает увеличение утомляемости водителя, повышение интенсивности износа шарниров рулевых тяг, резко снижает заданный уровень ЭА АТС.
В процессе движения АТС работа сил, прилагаемых к рулевому колесу для поддержания заданной траектории движения, затрачивается на изменение кинетической энергии поворота рулевого вала и связанных с ним деталей, а также на работу поворота управляемых колёс. При этом преодолевается действие активных сил, вызванных неровностями микропрофиля дорожного полотна, действие момента сопротивления управляемых колёс повороту, вызванного стабилизирующим моментом, и действие сил трения в под вижных сопряжениях РП; которые могут быть приведены к поворотному рычагу цапфы и выражены моментом трения.
Влияние смещений в кинематической цепи рулевого привода на работу и момент сил трения Аналитическое выражение связи перечисленных сил, моментов и углов поворота следует из теоремы об изменении кинетической энергии системы РУ m может быть представлено в виде равенства работ, затраченной на рулевом колесе и полученной на управляемых колёсах, согласно обозначениям прил; 2:: F R „ а -/ а«а- + /, d}(0i-+0nY(n. xQ Ч, ГРКЛРК /РМиРК иРК ,2 UPK rJVK ,.2 \Л ип) Г С\\\ Примем-допущения: ірп =1, вл +0„ = 20, 1гс «1рП, sina а и sin# « в, так как в 10 в рассматриваемых режимах движения.
Из приведенных выражений следует, что с увеличением смещений в РП, являющихся основным параметром технического состояния рулевого привода, уменьшается угловое передаточное число рулевого управления, т.е. уменьшается угол поворота управляемых колёс на единицу поворота рулевого колеса. При этом уменьшается и момент сил трения в подвижных сопряжениях РП, что порождает ударный характер нагружения и прогрессивное увеличение смещений в РП;
Эти причины вызывают увеличение суммарного угла поворота рулевого колеса (РК) для поддержания заданной траектории движения на единицу пути, часть которого служит для компенсации люфтов в РУ. В этом случае уравнение работ, затраченных в РП только на преодоление сил трения в подвижных сопряжениях и компенсацию смещений в них, принимает вид \f „ 1 d a I d en-\frn„ (3.6) мгкагк JPK d2 ар« - JVK -jp & - MTP as
Отсюда путём интегрирования при известных начальных условиях получается выражение зависимости угла поворота УК от смещений в РП АТС.
Шарниры рулевых тяг в связи с их количеством, являются основными элементами, формирующими смещения в кинематической цепи РП АТС. Это определяет необходимость анализа работ сил трения в них, которые можно определить как разность работ, совершаемой рулевой сошкой и полученной на поворотных рычагах цапф. Элементарная работа определяется по выражениям: а) работа рулевой сошки с!ЛРС = MprdaPC , б) работа поворотного рычага dAnp = Mnpdanp .
Для определения этих работ необходимо представить моменты на рулевой сошке и поворотном рычаге функциями их углов поворота. С этой целью введём коэффициент КА (рис. 3.1,а) пропорциональности нарастания момента относительно угла поворота (то же - усилия в РП относительно смещения в нём).
Предварительный анализ курсового движения АТС (простейшие расчетные схемы АТС и их уровни)
Одним из условий; успешного развития прикладной теории динамики автотранспортных средств? (АТС) является - разработкам адекватного математического аппарата, позволяющего использовать все преимущества«универсальных математических пакетов (MATLAB MATHCAD; МАРІіЕ). До появления :ЭВМ; теория автомобиля столкнулась с проблемой уточнения теоретических моделей;, которые не могли быть реализованы из-за недостаточности инструментальной базы. В »ряде областей теории автомобиля появление: ЭВМ5 давало принципиальную возможность обеспечить» поддержку аналитических методов, которая была достаточно успешно реализована, например, для плавности хода..
Однако в области устойчивости и управляемости положение кардинально не изменилось. Очевидно, что одной из причин является чрезвычайно сложная і структура моделей для исследования этой группы эксплуатационных свойств. Традиционные методы применения ЭВМ не были приспособлены для объектов с нечетко фиксированной структурой, которые характерны для задач исследования устойчивости и управляемости. Развитие прикладных: математических пакетов, разработанных за последние 51.. 10 лет, снимает все ограничения на исследование движения автомобиля в реальных условиях эксплуатации: Это касается также самой математической модели автомобиля как механического объекта в составе управляемой системы.
Разработка автором моделей курсового движения автомобиля основана на работах ученых МАДИ(ГТУ) Литвинова?А.С.[79], Хачатурова-А.А. и Додо-нова Б.М. [220, 221] с условием, что структура уравнений должна быть открытой для её модификации: введение новых массовых параметров, нелинейности упругих характеристик подвески и её кинематика и т.д., а также должна учитывать приспособленность составленных уравнений для реализации вычислительного алгоритма на ПЭВМ. Последнее обстоятельство однозначно диктует необходимость применения матричного аппарата.
Для целей настоящего исследования влияния рассматриваемых параметров на безопасность дорожного движения выполним расчеты маневра «смена полосы движении (переставка)» для трех уровней расчетных схем: 1 - «ручной» метод анализа простейших расчетных схем; 2 — применение математических пакетов символьной математики при доступном усложнении расчетных схем; 3 - разработка комплексных специализированных программ при максимальном приближении расчетных схем ATG к реальным: конструкции, режимам движения и условиям эксплуатации. Одним из условий; успешного развития прикладной теории динамики автотранспортных средств? (АТС) является - разработкам адекватного математического аппарата, позволяющего использовать все преимущества«универсальных математических пакетов (MATLAB MATHCAD; МАРІіЕ). До появления :ЭВМ; теория автомобиля столкнулась с проблемой уточнения теоретических моделей;, которые не могли быть реализованы из-за недостаточности инструментальной базы. В »ряде областей теории автомобиля появление: ЭВМ5 давало принципиальную возможность обеспечить» поддержку аналитических методов, которая была достаточно успешно реализована, например, для плавности хода..
Однако в области устойчивости и управляемости положение кардинально не изменилось. Очевидно, что одной из причин является чрезвычайно сложная і структура моделей для исследования этой группы эксплуатационных свойств. Традиционные методы применения ЭВМ не были приспособлены для объектов с нечетко фиксированной структурой, которые характерны для задач исследования устойчивости и управляемости. Развитие прикладных: математических пакетов, разработанных за последние 51.. 10 лет, снимает все ограничения на исследование движения автомобиля в реальных условиях эксплуатации: Это касается также самой математической модели автомобиля как механического объекта в составе управляемой системы.
Разработка автором моделей курсового движения автомобиля основана на работах ученых МАДИ(ГТУ) Литвинова?А.С.[79], Хачатурова-А.А. и Додо-нова Б.М. [220, 221] с условием, что структура уравнений должна быть открытой для её модификации: введение новых массовых параметров, нелинейности упругих характеристик подвески и её кинематика и т.д., а также должна учитывать приспособленность составленных уравнений для реализации вычислительного алгоритма на ПЭВМ. Последнее обстоятельство однозначно диктует необходимость применения матричного аппарата.
Для целей настоящего исследования влияния рассматриваемых параметров на безопасность дорожного движения выполним расчеты маневра «смена полосы движении (переставка)» для трех уровней расчетных схем: 1 - «ручной» метод анализа простейших расчетных схем; 2 — применение математических пакетов символьной математики при доступном усложнении расчетных схем; 3 - разработка комплексных специализированных программ при максимальном приближении расчетных схем ATG к реальным: конструкции, режимам движения и условиям эксплуатации.
