CC BY
35
№Н
W07
625.032.37
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ СЛОИСТОСТИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА НА БЕЗОПАСНОСТЬ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ
Д-р техн. наук А.П. КУЛЯШОВ, канд. техн. паук Ю. И. МОЛЕВ, гшж. Д.А. ПРОП1ИН
Выявлено, что при движении автомобиля по снегу на дороге, необходимо учитывать толщину снежного покрова, поскольку от нее зависят как длина тормозного пути, так и за л / едл ен и е а в том об ил я.
It is determined, thai when driving on a snow covered road the snow thickness should he considered since brake path length and car deceleration both depend on it.
Одним из основных показателей, характеризующих управляемость транспортных средств на дорогах, является коэффициент сцепления колеса с дорогой, от величины которого напрямую зависят такие параметры, как длина тормозного пути и радиус поворота [1,2]. При этом до настоящего времени во всех научных работах, посвященных данному процессу, отсутствует взаимосвязь между высотой снежного покрова и коэффициентом сцепления колеса с дорогой.
Экспериментальная проверка параметров маневрирования транспортных средств на дорогах выявила, что, кроме повышения эффективности торможения от скорости на снежном покрове с определенной толщиной снега, наблюдалось снижение силы сопротивления перемещению заблокированного колеса. Данный эффект был описан в [3]. Наличие на графиках зависимостей «высота снежного покрова — сцепление колеса с дорогой» позволил сделать вывод о том, что, начиная с определенной толщины снежного покрова, объем сдвигаемого снега становится постоянным. Такой процесс возможен, если поверхность сдвига снега не будет совпадать с поверхностью колеса. Экспериментальными исследованиями было установлено, что минимальный коэффициент сцепления равняется 0,12, т. с. критической толщиной снежного покрова, при которой происходит резкое снижение сил сопротивления перемещению заблокированного колеса, следует признать сумму величин погружения колеса в снег и расстояние между поверхностью сдвига и поверхностью колеса [1]
Р\1Ш\
^кол + 0287(/?кр + 0,12Вкоп У
/; =0 12 В +-Ушни_ m
KP W, i ¿<uKon T n , n n^YOT Íi . ^ N 1,5 5 V1 )
(AKP + 0,12ЯК0Л )(0,5Вкоп 4- 0,0287(AKP + 0,123кол )'-5) Pmm 1"1 °
где Bmn — ширина контакта колеса с дорогой; ршт — давление воздуха в шине. В графическом виде данная зависимость показана на рис. 1.
Несколько иная картина наблюдается при торможении автомобиля, оборудованного АБС. Наличие постоянно вращающегося колеса приводит к отклонению силы взаимодействия колеса со снегом на угол, равный
. к сo/v sin Ш
п =--arceos , к -5 (2)
2 Vл — (ßrK cos Ш)2 + (оо/^ sin ш)2
где гк — радиус качения колеса, со — угловая скорость вращения колеса, v^ — скорость движения автомобиля, Ф — угол направления действия вращательной скорости колеса в зоне его контакта со снегом:
№ 8 2007
03 = 0,5
( / /? / \ Л
71-arceos I 1— Kf
V V /'к/у
(3)
С учетом того, что v., = (1 — 5)со/*, где 5 — коэффициент буксования, уравнение (1) примет вид
к (1 — 6) sin ет
п ~--arceos . --. (2)
2 7 (1 - (1 - 5) eos m)?' + ((1 - 8) sin Ш)2
Такой характер движения колеса приводит к тому, что появляются вертикальные и горизонтальные составляющие силы сопротивления перемещению колеса. Причем, если горизонтальное сопротивление, определяемое скоростью движения транспортного средства, плотностью и толщиной снежного покрова, остается неизменным, то дополнительное сопротивление уплотнению снежного покрова приводит к уменьшению глубины погружения колеса вследствие уменьшения удельного давления на величину /^sin/z.
Кроме того, в результате изменения направления действия скорости деформации снега часть снега перед колесом не уплотняется, а сжимается. Распределение уплотненного и сдвинутого снега по массе может быть определено при помощи уравнения:
v 4 sin /? М
v A eos Ti w M[
tg*i = TTF- (4)
Исходя из того, что плотность сдвинутого снега р равняется 300—330 кг/м\ а уплотненного р 400—600 кг/м3 уравнение (1) может бы ть переписано в виде
__Яшин_
К,, = 0,\2Вкпп +
(ЛКР + 0,12Вкш )(0,5Вкщ + 0,0287(//к,, + 0,12Вюп )''
Р.
--/?KFtg/í,
Pv
или
чТРптн + 1- Ю"
0,12 Вкоп +
ЯКОЙ+0,0287(АКР+ 0,125 КОЛ ) ,1 infi
Л|т=_(*КР +0Л2Дкол)(0э5Дкол + 0а0287(Акр + 0,12Дкол)и)1 (fi)
1 + ^tgfi pv
Следует отметить, что (6) справедливо для гладкого колеса, не оснащенного груп-тозацепами. При взаимодействии со снегом колеса, оснащенного груптозацеиами часть снега, заключенного в пространство между груптозацеиами, выносится из зоны контакта. Данная величина может определиться из уравнения
0 12 В +_______________________/7ший_______________________________________________________________
К°Л _gKOfl+0>0287(AKI>+0>12gKo;i),-s ](),
и - Уъ ± ^12/^кол )(0,5ВК(УЛ + 0,0287(/?кр + 0,12/?К()Л )L5) ,mm
р-'о-^-А-)
1 +--- кр • te//
Pv
№8
2007
Решение уравнений (1), (6), (7) показано на рис. 1.
Изменение замедления автомобилей, оснащенных колесами 175/70 Я 13, в зависимости от толщины снежного покрова и начальной скорости движения, показано на рис. 2. Полученные данные позволили более точно рассчитать траекторию контраварийных маневров.
0,15
& 0,12
и 0,09
0,06
0,03
1-1-[-г
0,10 0,20 0,30 0,40
Ширина контакта колеса с дорогой, м
0.50
Рис. 1. Изменение критической толщины снежного покрова от ширины контакта колеса с дорогой; 1,4 — для случаев торможения «юзом»; 2, 3 — для торможения с АБС; 1,2 — на колесах без протектора; 3, 4 — на
колесах с высотой протектора 6 мм
0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
Высота снежного покрова на асфальтовой дороге, м
0.16
Рис. 2. Изменение теоретических и расчетных замедлений движения автомобилей в зависимости от толщины снежного покрова; I —для автомобиля без АБС на зимних шинах, при движении с начальной скоростью 1 м/с (3,6 км/ч); 2—* для автомобиля, оснащенного АБС на зимних шинах при движении с начальной скоростью
11 м/с (40 км/ч); 3 — для автомобиля, оснащенного АБС на летних шинах, при движении с начальной скоростью 25 м/с (90 км/ч); 4 — рекомендуемый расчетный диапазон замедлений на мокром асфальте [2, 4]; 5 — рекомендуемый расчетный диапазон замедлений на заснеженной дороге [2, 4]
№ 8 2007
Отличие траекторий движения транспортных средств для начальной скорости движения 60 км/ч в зависимости от толщины снежного покрова показано на рис. 3.
Полученные данные были проверены па автомобиле КПИДиЬТ ЬОСАЫ при движении по снежной целине с глубиной снежного покрова до 0,2 м, лежащего па асфальтовой поверхности. Величина эффективного замедления автомобиля была получена с использованием прибора «ЭФФЕКТ». Траектория движения замерялась при помощи рулетки.
Результаты исследования позволили сделать вывод о необходимости учета слоя снежного покрова на дороге. При этом разница в слое снега в 0,02 м может привести к тому, что величина замедления автомобиля при торможении может измени ться более чем в 5 раз, длина тормозного пути — в 3 раза.
Продольное перемещение автомоЬлпя, м
Рис. 3. Расчетная траектория движения транспортного средства, оснащенного АБС при выполнении комбинированного маневра «поворот с торможением» для высоты снежного покрова: / — 0,05м; 2 —- 0,02 м; 3 — 0,08 м; граничные данные для маневров: 4 — па мокром асфальте; 5 — па заснеженной дороге;
6 — на обледенелой дороге
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Беляков В. В., М о л е в Ю. И. Влияние подстилающего слоя поверхности движения на величину экекавациопной осадки движителя . — Вестник МГТУ им. Баумана // Машиностроение» 2007. —№ I. — С. 72—78.
2. И л а р и о и о в В. А. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий. — М.: Транспорт, 1989.
3. Справочная энциклопедия дорожника. Том 2. Ремонт и содержание автомобильных дорог / А.П. Васильев, Э.В. Диигснс, М.С. Коганзон и др.; под ред. А.Г1. Васильева. — М.: Ипфор-мавтодор, 2004. — 507с.
4. Суворов 10. Б. Судебная дорожно-транспортная экспертиза. Судебно-экспертная оценка действия водителей и других лиц, ответственных за обеспечение безопасности дорожного движения, па участках ДТП: Учебное пособие. — М.: Изд-во «Экзамен», 2003.
