Безопасность транспортных средств

Автотранспортные средства высокой проходимости предназначены для преимущественно использования в условиях бездорожья, преодоления естественных и искусственных препятствий, а также водных преград. Автомобили высокой проходимости отличаются своеобразной компоновочной схемой, полноприводностью, наличием в трансмиссии самоблокирующихся дифференциалов, использованием специальных шин (свернизкого давления, пневмокатков и т.д.), а также дополнительных устройств (выдвижные катки для преодоления канав). Очень часто автомобили высокой проходимости являются плавающими и имеют специальный водяной движитель.

Проходимость делится на профильную и опорную. Профильная проходимость характеризует возможность преодолевать неровности пути, препятствия и вписываться в требуемую полосу движения. Опорная проходимость определяет возможность движения в ухудшенных дорожных условиях и по деформируемым грунтам.

На рис.9, приведена схема сил взаимодействия ведущего колеса полноприводного автомобиля с вертикальной стенкой в момент потери колесом контакта с грунтом. Опорная реакция при этом будет полностью перенесена с углом порога.



Рис.9. Схема сил, действующих на колесо при преодолении препятствия

Формула для определения высоты стенки, преодолеваемой ведущим колесом,

(32)

Можно установить, что высота преодолеваемой стенки возрастает при увелечении: радиуса коеса r_c, толкающей силы Р_х, коэффициента сцепления ?_х, радиального (нормального) прогиба шины ?_ш и снижается при увеличении нормальной нагрузки на колесо Р_z. Наиболее существенное влияние на высоту преодолеваемой стенки оказывает радиус колеса и толкающая сила.

Максимальная высота преодолеваемой стенки для полноприводного автомобиля 4х4 не превышает половины радиуса колеса. Для автомобиля 8х8

Н_{с c}. Если колесо ведомое (?_х = 0), то формула (32) упрощается:

Высота стенки существенно зависит от радиуса колеса и толкающей силы - для обычных грузовых автомобилей Н_{с c}.

Преодоление рва автомобильным колесом аналогично преодолению порога. Зависимость ширины рва от его глубины h_п выражается длиной хорды.

Влияние маневренности и информативности автомобиля на безопасность дорожного движения

Маневренность автомобиля

Автомобиль должен иметь возможность существенно изменять направление движения на ограниченном пути. Это необходимо при маневрировании в местах погрузки и разгрузки на небольшой площади, на городских маршрутах, характеризующихся большим количеством (около 70%) поворотов на 90⁰. Иногда появляется необходимость в движении задним ходом или полном развороте, причем почти всегда имеющаяся для этого площадь ограничена.

Для количественной характеристики цикла поворота предложен А.С. Литвиновым режимный коэффициент k_п = и_ср / v, представляющий собой отношение средней угловой скорости поворота управляемых колес к скорости движения. Пределы изменения режимного коэффициента k_п в зависимости от условий, радиуса поворота и скорости движения при маневрировании приведены в табл. 3.

Табл. 3. Пределы изменения режимного коэффициента k_п в зависимости от условий

Условия	V, км/ч. Скорость, км/ч	R, м Радиус поворота,	kп103 рад/м, режимный коэффициент
Закрытие помещения и узкие проезды	3 - 8	8 - 15	50 - 100
Свободные площадки, широкие проезды	8 - 24	7 - 20	35 - 45
Городские перекрестки и дороги с тяжелыми условиями движения	8 -25	8 - 20	10 - 30

Маневренность называется группа свойств, характеризующих возможность автомобиля изменять заданным образом свое положение на ограниченной площади в условиях, требующих движения по траекториям большой кривизны с резким изменением направлений, в том числе и задним ходом.

Маневренность может быть охарактеризована следующими оценочными показателями: 1) минимальным радиусом поворота;

2) внешним габаритным радиусом поворота; 3) внутренним габаритным радиусом поворота; 4) поворотной шириной автомобиля по следу колес; 5) габаритной полосой движения; 6) удельной тяговой силой, необходимой для совершения поворота; 7) коэффициентом использования сцепной силы колес при повороте; 8) усилием на рулевом колесе при повороте управляемых колес на месте; 9) сложность осуществления управляемого движения задним ходом.

Показателями маневренности (рис.10) являются ширина коридора движения на повороте В_н и минимальный радиус поворота наружного управляемого колеса R_н. Увеличение длины транспортного средства приводит к снижению его маневренности и ухудшению характеристик транспортного потока.



Рис.10. Показатели маневренности одиночного автомобиля (а), тягача с прицепом (б), тягача с полуприцепом (в): R_в - радиус поворота внутреннего колеса; R_н - радиус поворота наружного колеса; В_а - ширина одиночного автомобиля; В_н - ширина коридора движения; В_п - ширина прицепа; параметры без штриха относятся к одиночному автомобилю, со штрихом - к тягачу с прицепом, с двойным штрихом - к тягачу с полуприцепом

Ширина транспортного средства определяет коридор движения, т.е. ширину полосы проезжей части, необходимой транспортному средству при движении по условиям безопасности (рис.11). Увеличение занимаемого коридора движения объясняется отклонением транспортных средств от прямолинейного движения с увеличением скорости.

Рис.11. Коридор движения на однополосной (а) и двухполосной (б) дороге: В_а - статическая ширина автомобиля; В_д - динамическая ширина автомобиля; В_к - коридор движения; С - зазоры безопасности; - направление движения автомобиля.

Рис.12. Зависимость ширины коридора В_к движения от скорости движения транспортных средств: 1 - грузовые автомобили; 2 - легковые автомобили; ширина автомобиля В_а = 2,5 м; ширина полосы движения В_п.д = 3,75 м

Чем выше скорость, тем больше занимаемый коридор В_к движения (рис.12) и тем, следовательно, шире требуется полоса движения транспортному средству по условиям безопасности движения:

В_к = В_а + 3,6Кхⁿ + С, (35)

где. В_а - ширина автомобиля (транспортного средства); К - эмпирический коэффициент, К = 0,01...0,05;

n - показатель степени, принимаемый равным или меньше единицы в зависимости от типа транспортного средства;

С - зазор безопасности, принимаемый 0,3...1 м в зависимости от типа транспортного средства.

Коридор движения автопоезда при достижении сравнительно высокой скорости движения (40 км/ч и более) в результате поперечных колебаний прицепа в горизонтальной плоскости может достигнуть значения, угрожающего безопасности движения. Причем опасность возникает не только для других участников движения, но и для самого автопоезда в результате потери устойчивости прицепа, ухудшения управляемости всего автопоезда.

Кроме того, эти колебания вызывают значительные нагрузки на элементы автопоезда, особенно на тягово-сцепное устройство, что может привести к его поломке. Повышение критической скорости по условиям устойчивости автопоезда достигается увеличением базы прицепа (полуприцепа) и смещением центра тяжести к сцепному устройству.

Информативность автомобиля

Деятельность водителя непрерывно связана с процессом приема и переработки информации, которую он получает с помощью анализатора (зрительных, слуховых и т. п.) от внешних раздражителей.

Водитель принимает конкретные решения и управляет автомобилем на основе полученной и переработанной информации. Однако в определенных условиях он не успевает переработать необходимую ему информацию. Пропускает ее или принимает решение слишком поздно, в результате чего возникает ДТП. Такой же результат возможен, когда в поле зрения водителя отсутствует достаточное количество раздражителей, необходимых по условию сложившейся дорожно - транспортной ситуацией.

Информативность это свойство автомобиля обеспечивать участников дорожного движения необходимой информацией.

Вся информация поступает к человеку с помощью сигналов. Такими сигналами является возможные физические процессы, двигающиеся объекты, разнообразные звуковые сигналы, 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 - искусственные.

Искусственные сигналы используются в том случае, когда естественные сигналы трудно воспринимаемы.

Водитель в процессе движения получает информацию от управляемого им транспортного средства (внутренняя информация) и одновременно от транспортных средств, находящихся в его геометрическом поле зрения (внешняя информация).

Информативность может быть визуальной (форма, размеры транспортного средства, цвет кузова, элементы обустройства салона, светосигнальное оборудование), звуковой (звуковые сигнализаторы, радиоинформация, шум двигателя, трансмиссии и т.д.), тактильной (реакция органов управления на действие водителя).

К внешней визуальной информативности транспортного средства относятся:

Пассивная информативность, определяемая как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию без затрат энергии. К ней относятся форма, размеры, светографические свойства кузова и световозвращающие (катафотириующие) устройства, устанавливаемые на транспортное средство.

Активная информативность, определяемая как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию с определенным энергетическими затратами. К ней относятся системы освещения, световая и звуковая сигнализация.

Важную роль в обеспечении активной безопасности играет информативность транспортного средства как свойство транспортного средства, позволяющее обеспечивать участников движения необходимой информацией. Различают внешнюю и внутреннюю информативность (рис.13). Внешняя информативность - обеспечение водителя внешней информацией. Внутренняя информативность - обеспечение водителя информацией о состоянии транспортного средства.

Информативность может быть визуальной, звуковой и тактильной.

Внешняя визуальная информативность транспортного средства включает в себя:

пассивную информативность, определяемую как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию без затрат энергии. К ним относятся форма, размеры, цвет кузова и световозвращающие устройства;

Рис. 13. Схема информативности транспортного средства

Активную информативность, определяемую как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию с определенными энергетическими затратами. К ним относятся системы освещения, световая и звуковая сигнализации.

Обязательным элементом автономной системы освещения транспортных средств являются головные фары, обеспечивающие дальнее и ближнее освещение. Минимальный комплект приборов световой сигнализация современных транспортных средств включает в себя:

сигнал торможения;

габаритные огни (передние и задние);

указатели поворотов (передние и задние);

фонарь освещения номерного знака;

знак автопоезда.

Дополнительно на транспортном средстве могут устанавливаться широкоугольные противотуманные фары, фары-прожекторы, фары заднего хода.

Основные параметры внешней световой сигнализации (цвет, размеры, сила света, режим работы), их число и расположение, углы видимости регламентируются стандартами, в которых определены требования к обеспечению надежного восприятия передаваемой информации; необходимо исключение ослепления и дискомфортности зрительного восприятия.

Основным показателем эффективности системы освещения транспортного средства является безопасная скорость движения, которая определяется по формуле, получаемой из условия равенства необходимой дальности видимости и остановочного пути:

(36)

где х_б - безопасная скорость движения по условиям видимости, м/с; Т = t_р + t_ср + t_д - суммарное время реакции водителя и срабатывания тормозов, с; t_р - время реакции водителя, с; t_ср - время срабатывания тормозного привода, с; t_д - дополнительное время реакции, необходимое для восприятия препятствия в темное время суток, с; S_e - дальность видимости препятствий, м; j - установившееся замедление, м/с².

Дальность видимости S_e зависит от расстояния освещения S_осв:

S_e = S_осв - мх_а, (37)

где м - эмпирический коэффициент, зависящий от динамики восприятия освещаемых объектов в поле зрения; х_а - скорость движения транспортного средства, м/с.

Поправка мх_а учитывает тот факт, что с увеличением скорости движения транспортного средства сокращается расстояние, на котором объект может быть обнаружен, так как в динамических условиях восприятия обнаружение объекта требует большей его освещенности.

Критерием безопасности может служить коэффициент видимости k_вид, представляющий собой отношение величин дальности видимости S_e и остановочного пути S_o, или коэффициент опасности движения k_о.д - величина, обратная коэффициенту видимости:

k_вид = S_e/S_o; k_о.д = 1/k_вид = S_о/ S_e. (38)

Зависимости k_вид и k_о.д от скорости движения транспортного средства для различных значений S_e представлены на рис.14.

Коэффициент опасности движения k_о.д при скорости движения, близкой к нулю, отличен от нуля (соответственно k_вид ? ?), так как остановочный путь S_o включает в себя время реакции водителя и время срабатывания тормозного привода и нулю равен быть не может.

При скорости движения х = 0 коэффициенты теряют смысл, так как движение отсутствует.

Существуют исследования влияния на безопасность движения окраски транспортного средства, которая должна обеспечивать световой и цветовой контраст с дорожным покрытием.

Особенности цвета транспортного средства следующие:

* красный - кажется, что транспортное средство движется быстрее и находится на более близком расстоянии, чем на самом деле. Пешеходы стараются держаться дальше от транспортных средств красного цвета;



Рис.14. Зависимость коэффициентов видимости k_вид и опасности движения k_о.д от скорости:

S_e1, S_e2, S_e3 - различные значения дальности видимости

зеленый - пожилые люди не осознают опасности перехода дороги перед приближающимися транспортными средствами зеленого цвета;

белый - безопаснее, чем другие, но зимой белый цвет транспортного средства менее заметен, чем другие цвета;

серый - особенно опасен на обочине без сигнальных огней в сумерки и темное время суток. Пожилые люди испытывают затруднения по определению расстояния до транспортных средств темных или серых оттенков;

желтый - наиболее безопасен, поскольку заметен на всех фонах (снежный, грунтовая дорога, асфальтобетонное покрытие).

Цвета с большим коэффициентом отражения (яркие), а также многоцветовая гамма при кратковременном наблюдении возбуждающе действуют на водителя, что способствует выделению транспортных средств в транспортном потоке.

При длительном наблюдении такие цвета оказывают утомляющее действие. Таким образом, красный и желтый цвета и их оттенки следует применять для окраски небольших по размеру транспортных средств. Грузовые автомобили, автобусы необходимо окрашивать в холодные цвета (зеленый, голубой, синий и их оттенки). Это снимает напряжение зрения и уменьшает утомляемость водителей встречных транспортных средств.

Большое значение в безопасности дорожного движения имеет обзорность с места водителя. Обзорность определяется размерами окон, расположением водителя (т.е. высотой положения глаз водителя относительно поверхности дороги), расположением стоек кабины, формой и высотой капота, расположением и размерами стеклоочистителей, устройств обдува и обогрева лобового стекла, числом и размерами зеркал заднего вида.

С 1 января 2000 г. введен в действие ГОСТ Р 51266 - 99 «Автомобильные транспортные средства. Обзорность с места водителя. Технические требования. Методы испытаний», гармонизированный с соответствующими директивами Европейского союза.

Настоящий стандарт распространяется на автомобильные транспортные средства категорий Ml, M2, М3, N1, N2, N3, в том числе троллейбусы, и устанавливает технические требования и методы испытаний в отношении передней обзорности с места водителя.

Стандарт не распространяется на транспортные средства, оборудованные кузовами (кабинами), производство которых начато до 1 января 1977 г.

Влияние весовых и геометрических параметров автомобиля на безопасность дорожного движения

Параметры массы автомобиля. Полная масса - масса снаряженного транспортного средства с грузом, водителем и пассажирами, установленная предприятием-изготовителем в качестве максимально допустимой. За полную массу состава транспортных средств, т.е. специальных транспортных средств, движущихся как одно целое, принимается сумма полных масс транспортных средств, входящих в состав.

Собственная масса - масса транспортного средства в снаряженном состоянии без груза. Слагается из сухой массы, массы топлива, охлаждающей жидкости, инструмента, принадлежностей и объязательного оборудования.

Сухая масса - масса незаправленного и неснаряженного транспортного средства.

Коэффициент использования массы - отношение грузоподъемности транспортного средства к его собственной массе.

Сцепная масса m_вк. Часть массы, создающую нормальные нагрузки на ведущих колесах, для дорожных автомобилей и автопоездов, работающих в основном на дорогах с твердым покрытием, считают одним из основных показателей, определяющих уровень проходимости.

Коэффициент сцепной массы k_?. Этот показатель определяется отношением сцепной массы к полной массе. Условием возможности движения по сцеплению служит неравенство:

G_вк ? G_аш, (39)

откуда

G_вк / G_а = k_? (f + i) / ?_х (40)

Чем больше G_вк и. соответственно k_?, тем меньше вероятность потери проходимости в трудных дорожных условиях. Для грузовых автопоездов общего назначения стран - членов СЭВ на перспективу рекомендуется иметь верхний предел отношения полной массы к сцепной массе не более 3,8, что соответствует допустимому k_? 0,263. Для магистральных автопоездов рекомендуется k_? = 0,31, что соответствует наихудшим возможным дорожным условиям их эксплуатации (?_х = 0,2, f = 0,012, i = 0,06). В странах ЕЭС для автопоездов с автомобилем-тягачом 4х2 предлагается иметь следующие k_?: в Бельгии - 0,33, Италии и Люксембурге - 0,27, Великобритании - 0,263.

Среднестатистическое значение коэффициента сцепной массы для магистральных автомобилей-тягачей зарубежного производства составляет 0,693, экстремальное 0,773, для автопоезда соответственно 0,364 и 0,421.

Наиболее распространенным для оценки проходимости дополнительным показателем является давление колес на дорогу. По ГОСТ 17697 - 72 различается среднее давление колеса в контакте, равное отношению нормальной реакции опорной поверхности к контурной площади контакта р_конт = R_z / F_к и среднее давление колеса по выступам рисунка протектора, равное отношению нормальной реакции опорной поверхности контакта к площади контакта по выступам рисунка протектора р_пр = R_z / F_пр. Чем меньше давление, тем меньше почти для всех случаев движения сопротивление движению и меньше вероятность застревания, в особенности при движении по деформируемому грунту, снегу.

Для дорожных автомобилей рекомендуются верхние ограничения пределов этих давлений на дорогах с твердым покрытием р_конт ,

р_пр Для полноприводных автомобилей рекомендуемые значения давлений значительно ниже.

Остальные показатели опорной проходимости по содержанию совпадают с показателями и параметрами тягово-скоростных свойств.

Большинство единичных показателей профильной проходимости представляет собой геометрические параметры автомобилей и прицепного состава, рис 15.

Рис.15. Параметры профильной проходимости

Профильную проходимость автомобилей в соответствии с ГОСТ 22653 - 77 оценивают по следующим единичным показателям:

1) дорожному просвету; 2) переднему (заднему) свесу; 3) углу переднего (заднего) свеса; 4) продольному радиусу проходимости; 5) наибольшему углу преодолеваемого подъема; 6) наибольшему углу преодолеваемого косогора.

Применительно к автопоездам оценочными показателями профильной проходимости, кроме перечисленных, являются:

7) вертикальный и горизонтальный углы гибкости, определяемые по ГОСТ 2349 - 75 и ГОСТ 12105 - 74.

Часто к показателям профильной проходимости автомобилей дополнительно относят:

8) поперечный радиус проходимости;

9) угол перекоса мостов (угол поперечной гибкости);

10) коэффициент совпадения следов передних и задних колес.

По ГОСТ 22653 - 77 к оценочным показателям опорной проходимости относятся: сцепная масса, коэффициент сцепной массы, удельная мощность, мощность сопротивления движению, мощность колееобразования, полная сила тяги, свободная сила тяги, коэффициент свободной силы тяги, сила тяги на крюке, удельная сила тяги на крюке, тяговая мощность на крюке и удельная тяговая мощность на крюке.

Влияние рабочего места, микроклимата, эргономики и вибраций на безопасность дорожного движения

Обитаемость транспортного средства - это свойства окружающей водителя и пассажиров среды, определяющие уровни комфортабельности и эстетичности места их труда и отдыха. Обитаемость характеризуется микроклиматом, эргономическими характеристиками кабины (салона), шумом и вибрациями, загазованностью и плавности хода.

Микроклимат характеризуется совокупностью температуры, влажности и скорости воздуха. Понижение или повышение температуры, особенно да длительный период времени, сказывается на психофизиологических характеристиках водителя, приводит к замедлению реакции и умственной деятельности, к физическому утомлению и, как результат, к снижению производительности труда и безопасности движения. Влажность и скорость воздуха в значительной степени влияет на терморегуляцию организма. При низкой температуре и высокой влажности повышается теплоотдача и организм подвергается более интенсивному охлаждению. При высокой температуре и влажности теплоотдача резко снижается, что ведет к перегреву организма.

Водитель начинает ощущать движение воздуха в кабине при его скорости около 0,25 м/с. Оптимальная скорость движения воздуха в кабине около 1 м/с.

Эргономические свойства характеризуют соответствие сиденья и органов управления транспортного средства антропометрическим параметрам человека, т.е. размерам его тела и конечностей. Конструкция сиденья должна способствовать посадке водителя за органами управления, обеспечивающей минимум затрат энергии и постоянную готовность в течение длительного времени. Это достигается определенными соотношениями размеров подушки и спинки сиденья, возможностью их регулирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях, изменением угла наклона спинки сиденья, упругостью и воздухопроницаемостью сиденья.

Цветовая гамма внутри салона также оказывает определенное влияние на психику водителя, что, естественно, сказывается на работоспособности водителя и безопасности движения.

Природа шума и вибраций одна и та же - механические колебания деталей автомобиля. Шум - это комплекс звуков, различных по силе и частоте. Источниками шума в автомобиле являются двигатель, трансмиссия, система выпуска отработавших газов, подвеска. Действие шума на водителя является причиной увеличения его времени реакции, временного ухудшения характеристик зрения, снижения внимания, нарушения координации движений и функций вестибулярного аппарата. Допустимый уровень шума в кабине не должно превышать 80 - 85 дБ. На улицах крупных городов и промышленных центров уровень шума достигает 120 - 130 дБ. Действие шума определяется не только его интенсивностью, но и частотой. Среднечастотные шумы (350...800 Гц) и высокочастотные (свыше 800 Гц) более вредны, чем низкочастотные (200... 300 Гц). Шум оказывает вредное воздействие на органы слуха, кору головного мозга: снижается внимание, увеличивается время реакции, затрудняется восприятие сигналов других транспортных средств, слуховой контроль работы агрегатов своего автомобиля.

В отличие от шума, воспринимаемого ухом, вибрации воспринимаются поверхностью тела водителя. Так же, как и шум, вибрации наносят большой вред состоянию водителя, а при постоянном воздействии в течение продолжительного времени могут повлиять на его здоровье.

Рациональная организация рабочего места водителя имеет большое значение для безопасности дорожного движения, повышения производительности труда, сохранения здоровья водителя.

Обитаемость - характеристики среды, определяющие уровень комфорта (микроклимат, загазованность, эргономические свойства, шум и вибрации, плавность хода) и эстетические качества рабочего места водителя.

Микроклимат определяется температурой, влажностью и скоростью воздуха. Приемлемыми температурами являются значения 17...24 °С, оптимальными - 20...22 °С.

Температурное воздействие на организм (прежде всего, интенсивность теплообмена) существенно зависит от влажности и скорости воздуха. Допустимая относительная влажность воздуха составляет 30...70 %.

Влияние микроклимата на состояние водителя представлено в табл.4. Считается, что вентиляция кабины грузового автомобиля должна обеспечивать при закрытых окнах не менее чем 20-кратный воздухообмен. При этом подача свежего воздуха в кабину или салон в зимний период должна составлять 0,5...0,8 м³/мин, в летний - 1...2,4 м³/мин.

Важным фактором, влияющим на безопасность дорожного движения, является чистота воздуха в кабине (салоне) транспортного средства (табл.5).

Влияние микроклимата на состояние водителя. Табл.4

Показатель микроклимата	Состояние водителя
Температура воздуха ниже 17 °С	Начинается охлаждение тела, наблюдаются снижение работоспособности мышц и их быстрая усталость, неточность и скованность движений. Минимальный допустимый уровень температуры -11 °С
Повышение температуры до 25 °С	Снижается скорость реакции, ускоряется физическое утомление
Температура воздуха выше 30 °С	Ухудшается умственная деятельность, замедляется реакция
Повышение влажности при низкой температуре	Увеличивается теплоотдача и интенсивность охлаждения организма
Повышение влажности при высокой температуре	Перегрев организма

Влияние состава воздуха на состояние водителя. Табл.5

Изменение состава воздуха	Состояние водителя
Повышение концентрации оксида углерода	Снижается внимание, увеличивается сонливость, снижается острота зрения, особенно ночью
Концентрация оксида углерода более 0,02 %	Легкое отравление
Концентрация диоксида углерода более 1...2 %	Снижается эффективность работы водителя
Повышение концентрации диоксида углерода до 3 %	Затрудняется дыхание
Концентрация оксидов азота (NO, NO2) более 0,01 %	Вдыхание в течение 0,5...1 ч может вызвать заболевание
Повышение концентрации акролеина - газа, характерного для выхлопов дизелей	Раздражение слизистых оболочек горла, носа, глаз
Количество пылеватых частиц более 150 млн. на 1 м3 воздуха	Раздражение дыхательных путей

Источниками вибраций и колебаний являются работающие двигатель и агрегаты автомобиля, неровности дороги. Вибрация и колебания характеризуются частотой и амплитудой, скоростью и ускорением колебательного движения. Чем больше частота вибраций, тем меньше может быть допустимая амплитуда колебаний.

Собственные частоты колебаний частей человеческого тела составляют 4...5 Гц для области таза, 4...8 Гц для области брюшной полости, до 30 Гц для области головы. Собственная частота колебаний всего тела составляет примерно 5 Гц. Если при движении автомобиль испытывает колебания, кратные частоте колебаний тела человека или его частей, возможны резонансные колебания, что резко повышает утомление водителя, так как вызывает общее напряжение тела и увеличивает расход энергии.

Эргономические свойства - показатели, характеризующие соответствие размера, формы сидений и органов управления транспортным средством антропометрическим показателям.

Управление транспортным средством требует высококоординированных действий и движений, быстроты и точности двигательных реакций. Длительное пребывание в условиях ограниченной подвижности, однообразие рабочей позы и движений вызывают нарушение координации. Требуется обеспечение условий, соответствующих физиологическим возможностям человека.

Компоновка кресла водителя должна способствовать удобной посадке водителя (прежде всего правильное положение позвоночника), обеспечивающей наименьшие физические затраты и состояние постоянной готовности в течение длительного времени. Это достигается определенным соотношением размеров элементов сиденья, возможностью регулировки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, изменением наклона спинки сиденья, амортизирующими устройствами и материалами сиденья.

При разработке конструктивных решений органов управления автомобилем (расположение, форма, размеры и т.д.) учитывают их функциональное назначение, значимость, частоту пользования, очередность пользования. Кроме того, конструкции органов управления должны обеспечивать:

экономию движений (число движений и траектории должны быть минимальны);

простоту и законченность движений (последнее предполагает, что окончание предыдущего движения должно быть удобным для следующего);

размещение в оптимальной зоне досягаемости рук и ног водителя;

равномерное распределение нагрузки на руки и ноги.

Влияние вредных газов и плавности хода автомобиля на безопасность дорожного движения

Загазованность характеризуется концентрацией отработавших газов, паров топлива и других вредных примесей в воздухе. Основными вредными компонентами в кабине автомобиля являются окись углерода, углекислый газ, окислы азота, углеводороды. Особую опасность для водителя представляет окись углерода - газ без цвета и запаха. Попадая в кровь человека через легкие, он лишает ее способности доставлять кислород клеткам организма. Человек погибает от удушья, ничего не чувствуя и не понимая, что с ним происходит.

Поэтому водитель должен внимательно следить за герметичностью выпускного тракта двигателя, предотвращать засасывание газов и паров из моторного отсека в кабину. Категорически запрещается пускать двигатель в гараже и находиться в нем в течение длительного времени.

Двигатель средней мощности выбрасывает в атмосферу за один день эксплуатации около 10 м³ отработавших газов, в состав которых входят окись углерода, углеводороды, окислы азота и многие другие токсичные вещества.

Нормы среднесуточных предельно допустимых концентраций токсичных веществ в атмосфере:

Углеводороды - 0, 0015 г/м³

Окись углерода - 0, 0010 г/м³

Двуокись азота 0,-00004 г/м³

Отработавшие газы, смешиваясь с туманом, образуют смог. В дни смога резко увеличивается число аллергических заболеваний.

В результате длительного воздействия колебаний кузова, возникающих при движении автомобиля, пассажиры и водитель сильно утомляется, у них появляются головокружения и другие нежелательные ощущения, что наносит ущерб здоровью, а также снижает производительность труда водителя. Колебания кузова отражаются также на сохранности перевозимого груза и самого автомобиля. Поэтому одним из основных требований, предъявляемых к своевременному автомобилю, является повышение плавности хода и улучшение комфортабельности (удобства) езды.

Основной причиной колебаний автомобиля является неровности дороги, которые могут иметь различные размеры и очертания даже на дорогах с цементо - и асфальтобетонным покрытиями. Неровности могут быть двух видов: микронеровности (высота 3 - 5 мм и длина 8 - 10 мм) и волны (высота 10 - 12 мм, длина 5 - 8 мм).

На дорогах с интенсивным движением транспортных средств волны обычно образуются через 1 - 2 года после постройки дороги, что может явиться причиной ухудшения плавности хода автомобилей.

Плавность хода оценивают с помощью нескольких измерителей, приведенных ниже.

Период колебаний Т представляет собой время в секундах, в течение которого кузов совершает полное колебательное движение.

Частота колебаний п= 1/Т в Гц, т.е. число колебаний (циклов) в секунду.

Амплитуда колебаний Z_мах, т.е. наибольшее отклонение (пермещение) кузова от положения равновесия, в м.

Скорость колебаний, равная первой производной перемещения по времени, в м/с.

Ускорение колебаний, равное второй производной перемещения по времени или первой производной скорости колебаний по времени, в м/с².

Скорость нарастания ускорений колебаний, равная третьей производной перемещения по времени или первой производной ускорения колебаний по времени, в м/с².

Опытным путем установлено, что колебания автомобиля можно разделить на высокочастотные (5 - 13 Гц) и низкочастотные (0,8 - 2 Гц). С высокой частотой в основном колеблются неподрессоренные, а с низкой - подрессоренные массы (кузов).

Высокочастотные колебания, происходящие даже с малыми амплитудами (тряска, вибрация), вызывают неприятные ощущения. Однако и низкочастотные колебания тоже неприятны, так как они могут вызвать явление, похожее на морскую болезнь. Человек не ощущает колебаний, возникающих при ходьбе, так как еще с детства привык к их частоте, которая находится в пределах 1,17 - 1,66 Гц. Следует отметить, что и у современных легковых автомобилей частота колебаний кузова находится приблизительно в тех же пределах (1 - 1,3 Гц).

Изменение частоты колебаний оказывает большее влияние на организм человека, чем изменение амплитуды. Поэтому при оценке сильно ощутимых колебаний степенной показатель частоты колебаний больше, чем у их амплитуды. Так, например, совместное влияние амплитуды Z_махп^к. Величина показателя «к» в зависимости от интенсивности колебаний находится в пределах 1,5 - 2,7. При показателе к=2,7 и амплитуде Z_мах =0,0065 м допустимая величина параметра получается при частоте п = 3 Гц.

C увеличением скорости колебаний плавность хода автомобиля ухудшается. Ниже приведена характеристика колебаний в зависимости от их скорости (в м/с):

Неощутимые - 0,035

Едва ощутимые - 0,035 - 0,1

Вполне ощутимые - 0,1 - 0,2

Сильно ощутимые 0,2 - 0,3

Неприятные и очень неприятные - 0,3 - 0,4

Влияние знакопеременных ускорений на организм человека в большей степени зависит от частоты колебаний, табл.6. С увеличением частоты даже наибольшие ускорения колебаний могут вызвать неприятные или болезненные ощущения.

Табл.6

Частота колебаний	Ускорения в м/с2, вызывающие ощущения
	Неприятные	Болезненные
1	2,3	2,7
1.5	2,1	2,5
2	1,9	2,3
3	1,7	2,0

При частотах, с которыми колеблется кузов автомобиля, наибольшее влияние на плавность хода оказывает скорость изменения ускорений. Беспокоящие ощущения возникают при 25 м/с³, а неприятные - при 40 м/с³. Таким образом, скорость нарастания ускорений не должна превышать 25 м/с³.

Предельно допустимые значения ускорений для здоровых мужчин среднего возраста, табл.7.



Табл.7

Условия воздействия	Колебания
	вертикальные	продольные	поперечные
Медленная ходьба	1,0	0,6	0,5
Удобная езда	2,5	1,0	0,7
Непродолжительность	4,0	2,0	1,0

Немецким обществом инженеров предложена нормаль, по которой показателем, оценивающим ощущения, служит ускорение при колебаниях большой амплитуды и частоты 0,5 - 5 Гц и скорость при колебаниях малой амплитуды и частоты 15 - 80 Гц.

Влияние обзорности автомобиля на безопасность дорожного движения

Одной из важнейших эксплуатационных свойств автомобиля с точки зрения безопасности движения является обзорность с рабочего места водителя.

Понятие обзорности вытекает из необходимости обеспечить такую видимость для водителя из кабины автомобиля, которая позволила бы ему своевременно и без помех воспринять всю необходимую информацию о любых изменениях дорожной обстановки.

Обзорность -- это пространство, которое видит водитель впереди, позади и по обе стороны дороги. Обзорность -- конструктивная особенность автомобиля, которая зависит от размеров лобового стекла, зеркал заднего вида, высоты сиденья и возможности его регулирования по росту. В обстановке плотного многорядного движения взгляд водителя перемещается в пределах 40 -- 50° влево и вправо и в пределах 20 -- 30° вверх, что необходимо для восприятия сигналов светофора. При проезде перекрестка, прохождении поворотов требуется обзорность 80 -- 90° в обе стороны, а при обгоне или смене полосы движения -- 180°. Обзорность ухудшается при загрязнении стекол, подвешивании сувениров, занавесок на стеклах кабины и салона автомобиля. Это может затруднить ориентировку водителя и привести к ДТП.

При восприятии, чем больше будет обеспечен визульный комфорт, тем больше вероятность правильной и своевременной оценки и переработки водителем информации о дорожной обстановке и тем вероятнее будет безопасность выбранный режим движения.

Обзорность определяется в первую очередь такими характеристиками, как размеры окон, шириной и расположением стоек кузова, местом размещения водителя относительно окон, размерами стеклоочистителей, конструкцией омывателей, систем обогрева и обдува стекол, а также расположением, количеством и размерами зеркал заднего вида.

В качестве критериев оценки обзорности отдельные исследовательские организации и автомобильные фирмы используют различные условные показатели, зависящие в основном от способа определения обзорности:

1. Геометрические размеры оконных проемов и очищаемых зон стекла

2. Геометрические размеры «слепых» зон на горизонтальной площадке.

3. Оценка геометрических размеров и площадей «слепых» зон на горизонтальной площадке по баллам

4. Эталонный контур

Зрительным полем называют измеряемую в градусах область, видимую фиксированным (неподвижным) глазом. В среднем для белого цвета оно распространяется к наружной стороне на 90⁰, к внутренней на 65⁰, вверх на 65⁰, вниз на 75⁰. Поле зрения для цветных объектов значительно меньше. Водители со значительно суженным полем зрения могут допускать в управлении автомобилем ошибки, связанные с невозможностью обнаружения объектов за пределами их поле зрения (например, пешеход или автомобиль на обочине, обгоняемый автомобиль, объекты, находящиеся на перекрестке). Совмещенное поле зрения человека (зрение двумя глазами) составляет приблизительно 120…130⁰. Если предмет рассматривается совместным для обоих глаз участком поля зрения, то он отражается отчетливо, рельефно. Это как называемое бинокулярное зрение.

В процессе движения зрительный анализатор является основным источником информации об окружающей обстановке. Снижение возможности видеть дорожную обстановку влечет за собой увеличение дорожно-транспортных происшествий. Статистика указывает на большое количество ДТП (до 60%) в темное время суток, несмотря на снижение в это время интенсивности движения до 10…15% от ее дневной величины. Поэтому некоторые особенности физиологии зрения должны учитываться водителем при выборе режима движения в условиях искусственного освещения дороги.

Острота зрения -- это способность глаза различать детали крупных предметов или мелкие предметы на значительном удалении от них. Острота зрения определяется минимальным расстоянием между двумя параллельными линиями, при котором глаз воспринимает их раздельно. При нормальном зрении человек способен различить расстояние между двумя линиями в одну угловую минуту. Наибольшая острота зрения -- это центральное зрение в конусе с углом 3 -- 4°, хорошая острота зрения -- в конусе с углом 7 -- 8°, удовлетворительная -- в конусе с углом 13-- 14° (рис.16). Предметы, расположенные за пределами угла 14°, видны без ясных деталей и цвета. Острота зрения к периферии снижается в 4 раза, и это зрение в отличие от центрального называется периферическим, или боковым. Дорожные знаки должны размещаться в центральном поле зрения в пределах зрительного конуса с углом не более 10--12° (это примерно площадь поверхности, покрываемой ладонью вытянутой руки по направлению осевой линии дороги).



Рис.16. Зоны остроты зрения

При нормальной остроте зрения световые лучи, отражаясь от объектов, фиксируются на светочувствительной оболочке глаз (сетчатке), что позволяет водителю хорошо видеть дорожные знаки и дорогу на расстоянии не менее 100 м. При близорукости водитель хорошо видит показания автомобильных контрольно-измерительных приборов, но плохо видит дорогу и находящиеся на ней объекты. При дальнозоркости водитель, наоборот, четко видит дорогу и хуже -- показания приборов. При таких нарушениях водители при управлении автомобилем должны пользоваться очками. Установлено, что 80--90% времени взгляд водителя направлен на дорогу, при этом он использует центральное зрение. Однако для восприятия дорожной обстановки необходим перевод взгляда в зоны периферического зрения, что требует определенного времени. Так, при проезде перекрестка для перевода взгляда влево требуется 0,15 -- 0,26 с, для фиксации взгляда на левой стороне -- 0,10 -- 0,30 с, для перевода вправо -- 0,15--0,30 с, для фиксации взгляда на правой стороне -- 0,10 -- 0,30 с. Общее время отвлечения взгляда от дороги составляет 0,50--1,16 с. По данным Г. И. Пенежко, при движении в правом ряду время на перевод взгляда и поворот головы на появившийся на перекрестке справа автомобиль составляет 1 с, а среднее время фиксации взгляда с оценкой обстановки на этой же стороне дороги составляет 0,8 с. Перевод взгляда на спидометр и обратно на дорогу требует 1,5-- 1,9 с, восприятие показаний всех контрольно-измерительных приборов при тех же перемещениях составляет 5,5 -- 7,0 с. Такие отвлечения от дороги в условиях интенсивного движения могут быть причиной ДТП.

Поле зрения -- это пространство, которое человек может охватить взглядом при неподвижном состоянии глаз. Поле зрения для белого цвета распространяется к наружной стороне на 90°, к внутренней -- на 60°, кверху -- на 50° и книзу -- на 70°. Но это -- поле зрения для одного глаза. Поле зрения двумя глазами (бинокулярное) составляет 120--130° и охватывает все пространство перед автомобилем (рис.17). Поле зрения при перемещении взгляда может быть увеличено до 150°, что обеспечивает достаточную безопасность дорожного движения. Поле зрения зависит от цвета рассматриваемого предмета. Для зеленого цвета поле зрения почти в два раза меньше, чем для белого, для красного и синего по сравнению с белым уменьшается на 10 -- 20°. Сужение поля зрения может быть в результате врожденного дефекта или перенесенного заболевания. Это снижает надежность водителя, который может не заметить пешехода на обочине дороги, упустить важные детали в опасных дорожных ситуациях или при проезде перекрестков.

Рис.17. Поле зрения двумя глазами.

Глубинное зрение -- это зрение, характеризующееся способностью различать относительную и абсолютную удаленность наблюдаемых предметов. Наиболее правильное восприятие пространства достигается знанием размеров предметов, часто встречающихся в пути. Систематическая тренировка в определении расстояний развивает глазомер -- важное качество водителя, которое является элементом его профессионального мастерства. Начинающий водитель из-за неумения правильно оценить ширину дороги при ее сужении необоснованно подает звуковые сигналы, снижает скорость или даже останавливает автомобиль. Ошибки в оценке ширины проезжей части дороги могут допускать и опытные водители при смене маленького автомобиля на большой, и наоборот. Это объясняется изменением расстояния от глаз водителя до дорожного покрытия и расположенных на нем объектов.

С увеличением скорости движения водитель направляет взгляд на участок дороги все дальше от автомобиля. Чем дальше переносится взгляд водителя, тем шире участок дороги, воспринимаемый им, и тем больше объектов в его поле зрения. Для обгона впереди идущего автомобиля водитель должен видеть перед собой дорогу на расстоянии не менее 600 -- 800 м, чтобы обеспечить наибольшую безопасность движения. Важную информацию водитель получает при восприятии дорожных знаков. Четкость и быстрота их восприятия во многом зависит от размеров знаков и их расстояния от водителя, скорости движения автомобиля и контрастности букв и символов. При плохой контрастности время восприятия знаков может увеличиваться на 0,6--0,7 с.

Восприятие удаленности предметов определяется ощущениями, которые возникают от сведения осей обоих глаз, что называется конвергенцией. При рассмотрении близких предметов человек сводит глаза друг к другу, а при рассмотрении дальних -- разводит их. Ощущения, которые возникают при сокращении мышц, уменьшении или увеличении четкости изображения, а также при изменении различения деталей, позволяют определяй расстояние до рассматриваемого объекта. В восприятии величины предметов важную роль играет величина их изображения на сетчатке. Чем больше это изображение, тем больше кажется сам предмет. Однако при увеличении расстояния его изображение на сетчатке уменьшается, но мы воспринимаем его по величине таким же, как и на более близком расстоянии. Это явление носит название константности восприятия величины предметов.

Зрительным полем называют измеряемую в градусах область, видимую фиксированным (неподвижным) глазом. В среднем для белого цвета оно распространяется к наружной стороне на 90⁰, к внутренней на 65⁰, вверх на 65⁰, вниз на 75⁰. Поле зрения для цветных объектов значительно меньше. Водители со значительно суженным полем зрения могут допускать в управлении автомобилем ошибки, связанные с невозможностью обнаружения объектов за пределами их поле зрения (например, пешеход или автомобиль на обочине, обгоняемый автомобиль, объекты, находящиеся на перекрестке). Совмещенное поле зрения человека (зрение двумя глазами) составляет приблизительно 120…130⁰. Если предмет рассматривается совместным для обоих глаз участком поля зрения, то он отражается отчетливо, рельефно. Это как называемое бинокулярное зрение.

Способность глаза видеть форму предмета и четко различать его очертания называется остротой зрения. Наиболее острое - центральное зрение в конусе с углом около 3⁰, хорошая острота зрения - в конусе 5 - 6⁰, удовлетворительная - 12…14⁰, причем по вертикали эти углы несколько больше.

Влияние формы кузова, травмобезопасных элементов и бамперов автомобиля на безопасность дорожного движения

Под пассивной безопасностью транспортного средства понимается его свойства, снижающие тяжесть последствий дорожно-транспортного происшествия. Различают внешнюю и внутреннюю пассивную безопасность автомобиля.

Основным требованием внешней пассивной безопасности является обеспечение такого конструктивного выполнения наружных поверхностей и элементов автомобиля, при котором вероятность повреждений человека этими элементами в случае дорожно-транспортного происшествия была бы минимальной.

Как известно, значительное количество происшествий связано со столкновениями и наездами на неподвижное препятствие. В связи с этим одним из требований к внешней пассивной безопасности автомобилей является предохранение водителей и пассажиров от ранений, а также самого автомобиля от повреждений с помощью внешних элементов конструкции.

Примером элемента пассивной безопасности может быть травмобезопасный бампер, назначение которого - смягчать удары автомобиля (например, при маневрировании в зоне стоянки). Конструкция бампера должна обеспечивать необходимое соотношение жесткости и прочности, чтобы при столкновении на небольших скоростях бампер смягчал удар и защищал от повреждения кузов автомобиля и пассажиров, а при столкновении на значительных скоростях бампер и передняя часть автомобиля деформировалась бы совместно, поглощая значительную часть энергии удара и защищая водителя и пассажиров от серьезных травм.

Известны конструкции бамперов, которые соединены с кузовом посредством упругих резиносодержающих элементов или телескопических амортизаторов.

Как известно, пределом выносливости перегрузок для человека является 50 - 60 g. Пределом выносливости для незащищенного тела является величина энергии, воспринимаемая непосредственно телом, соответствующая скорости движения около 15 км/ч. При скорости 50 км/ч энергия превышает допустимую примерно в 10 раз. Следовательно, задача состоит в снижении ускорений тела человека при столкновении за счет продолжительных деформаций передней части кузова автомобиля, при которых поглощалось бы как можно больше энергии.

Перегрузки, возникающие при столкновении автомобиля с препятствием, могут быть определены по формуле

J = v² / 2 S, (31)

где V - скорость движения перед столкновением;

S - величина деформации.

Следовательно, чем больше деформация автомобиля и чем дольше она происходит, тем меньшие перегрузки испытает водитель при столкновении с препятствием.

На современных автомобилях все шире применяются пластмассовые бамперы, что также способствует снижению тяжести травм пешеходов и повреждений других транспортных средств при дорожно - транспортном происшествии.

К внутренней пассивной безопасности автомобиля предъявляются два основных требования:

создание условий, при которых человек мог бы безопасно выдержать значительные перегрузки;

исключение травмоопасных элементов внутри кузова.

Водитель и пассажиры при столкновении после мгновенной остановки автомобиля еще продолжают двигаться, сохраняя скорость движения, которую автомобиль имел перед столкновением. Именно в это время происходит большая часть травм в результате удара головой о ветровое стекло, грудью о рулевое колесо и рулевую колонку, коленями о нижнюю кромку щитка приборов.

Анализ дорожно - транспортных происшествий показывает, что подавляющее большинство погибших находилось на переднем сиденье. Поэтому при разработке мероприятий по пассивной безопасности в первую очередь уделяется внимание обеспечению безопасности водителя и пассажира, находящегося на переднем сиденье.

Влияние зоны жизнеобеспечения, ремней безопасности и травмобезопасных элементов автомобиля на безопасность дорожного движения

Конструкция и жесткость кузова автомобиля выполняется такими, чтобы при столкновениях деформировались передняя и задняя части кузова, а деформация салона была по возможности минимальной для сохранения зоны жизнеобеспечения, т.е. минимально необходимого пространства, в пределах которого исключено сдавливание тела человека, находящегося внутри кузова, рис.18.

...