Системы активной и пассивной безопасности автотранспорта.

Введение
Согласно исследованиям, от 80 до 85% транспортных происшествий и катастроф происходят по вине автомобилей. Автопроизводители понимают, что безопасность транспортного средства является важным преимуществом перед конкурентами на рынке, а также тем, что безопасность одного автомобиля зависит от безопасности движения на дороге в целом.
Причины аварий могут быть самыми разными - это и человеческий фактор, и состояние дорог, и метеорологические условия, и проектировщикам приходится учитывать весь спектр угроз. Поэтому современные системы безопасности обеспечивают как активную, так и пассивную защиту автомобиля, и состоят из сложного комплекса различных устройств и приспособлений, от антиблокировочных колес и противоскользящих систем до подушек безопасности.
Надежное транспортное средство позволяет водителю сохранить свою жизнь и здоровье, а заодно-жизнь и здоровье пассажиров на современных, переполненных магистралях. Безопасность автомобиля обычно делится на пассивную и активную.
Под активными понимаются те конструктивные решения или системы, которые снижают вероятность дорожно-транспортного происшествия.
В случае аварии водитель и пассажиры находятся под защитой оборудования и систем пассивной безопасности. Большинство специальных устройств и систем пассивной безопасности расположено в передней части автомобиля, поскольку при авариях в первую очередь страдают ветровое стекло, рулевая колонка, передние двери автомобиля и приборная панель.
Все это говорит об актуальности темы моей квалификационной работы – «Активная и пассивная безопасность».
Основной целью данной работы является рассмотрение основных систем пассивной и активной безопасности современных автомобилей и требований к ним.
Для достижения этой цели в ходе работы необходимо выполнить следующие задачи:
рассмотреть основные активные системы безопасности: тормозная система, рулевое управление, шасси;
провести анализ функционального назначения системы контроля устойчивости транспортного средства;
исследовать элементы конструкции транспортного средства, обеспечивающие пассивную безопасность.

Активная безопасность

Активная безопасность предполагает сочетание таких свойств автомобиля, которые не позволяют ему врезаться в движущееся или неподвижное препятствие, а также опрокинуть транспортное средство. Тенденции развития электронных систем активной безопасности позволяют Еврокомиссии ставить перед собой амбициозные цели: к 2020 году резко снизить вероятность гибели людей в ДТП почти до нуля, а к 2030 году так же резко снизить вероятность самой аварии. Активная безопасность транспортного средства зависит от свойств шин, колес (дисков), тормозной системы, рулевого управления, подвески, электронных систем информирования водителя о дорожной ситуации и автоматических превентивных мер, принимаемых этими системами.

Тормозная система

Тормозные свойства автомобиля регламентированы правилами ЕЭК ООН № 13 и №13Н.
Тормозное управление включает в себя целый ряд систем, обеспечивающих активную безопасность автомобиля [1]:
основная тормозная система (как правило, двухконтурная); 11 запасная (аварийная) тормозная система (один из контуров основной системы);
антиблокировочная система тормозов (АБС, ABS – нем. antiblockiersystem, англ. anti-lock brake system) – не допускает блокировки колес при торможении, что улучшает устойчивость и управляемость.
система распределения тормозных сил по осям: это ограничитель, регулятор (на автомобилях без ABS) давления в заднем контуре тормозной системы;
на современных автомобилях – электронная система распределения тормозных сил по осям, позволяющая добиться идеального тормозного баланса (EBD – electronic brake distribution);
усилитель экстренного торможения (ВА – brake assist) – система, распознающая аварийную ситуацию по скорости и силе нажатия водителем педали тормоза. ВА «дожимает» и удерживает педаль тормоза до срабатывания ABS. ВА «отпускает» тормоза только после того, как водитель отпустит педаль. ВА существенно сокращает остановочный путь;
замедлитель (горный тормоз - ретардер, интандер, акватардер) – применяется только на тяжелых машинах;
стояночная тормозная система.

Рулевое управление

Управляемость автомобиля регламентируется, в основном, правилом ЕЭК ООН № 79 и техническим регламентом о безопасности транспортных средств (приложение 3, пункт 4 [2]).
Это свойство автомобиля зависит не только от рулевого управления, но и от шин, колес (дисков), подвески и других конструктивных элементов автомобиля. Перечислим параметры рулевого управления автомобиля, влияющие на управляемость (способность автомобиля «слушаться руля») - параметры установки колес (рис. 1.1):


Рисунок 1.1. Параметры установки управляемых колес
угол развала колес (camber) γр – тесно связан с углом схождения колес кинематическим уводом шины. Задача настройки при проектировании автомобиля – обеспечить перпендикулярность колеса к дороге в повороте. Необходимо учитывать изменение развала при вертикальном ходе подвески, а также крен кузова. Задача практически невыполнима сразу и для внешних, и для внутренних колес (по отношению к центру поворота). Приоритет отдается внешним колесам, так как скорость прохождения поворота на 80…100% зависит именно от них, т.е. «настраивают» угол развала только на ходе сжатия подвески. На современных автомобилях статический развал, как правило, отрицательный;
угол схождения колес (toe-in) - θ. Задача настройки – поиск компромисса в выборе этого угла: при прямолинейном движении угол схождения должен компенсировать кинематический увод шины, вызванный углом его развала; в повороте для улучшения управляемости кинематика и эластокинематика задней подвески должна увеличивать положительное схождение заднего нагруженного колеса (внешнего по отношению к центру поворота); следует учитывать, что в ведущем режиме колесо будет иметь одно схождение, в ведомом - другое, в тормозном - третье, а в повороте - четвертое. Если компромисс будет неудачным, то ухудшится управляемость в каком-либо режиме, возрастет износ шин и т.п. Также следует помнить, что подвеску намеренно делают податливой, по крайней мере, в продольном направлении для снижения шума качения радиальной шины, передающегося через подвеску на кузов. У диагональных шин уровень такого шума значительно ниже. У современных автомобилей схождение колес близко к нулю или немного отрицательное (–0° 30’…0°30’);
поперечный угол наклона шкворневой оси (kingpin) - σ. Имеется только на передней оси. Определяет силовую стабилизацию управляемых колес (возврат в прямое положение под действием веса передней части автомобиля). Обычно от 11° до 18°. Влияет на развал при повороте управляемых колес;
продольный угол наклона шкворневой оси - кастер (caster) τ. Тесно связано с плечом «рояльной ножки». Определяет скоростную стабилизацию управляемых колес (возврат в прямое положение под действием силы сопротивления качению). У переднеприводных автомобилей кастер ограничен по величине из-за дестабилизирующего действия силы тяги, вектор которой противонаправлен вектору силы сопротивления качению. На кастер влияет загрузка задней оси автомобиля;
вынос колеса относительно шкворневой оси (caster offset) n_τ. Влияет на усилие, прилагаемое к рулевому колесу;
плечо «рояльной ножки» nа. Тесно связано с кастером;
плечо обкатки rs. Один из самых важных параметров. Определяет устойчивость автомобиля при торможении (рис. 1.2).

Рисунок 1.2. Влияние положительного (а) и отрицательного (б) плеча обкатки rs=R1/cos σ (рис. 1.1) на устойчивость автомобиля при торможении: R`x1>R``x1, R`x2 =R``x2 - тормозные силы на соответствующих колесах; Fи - сила инерции, приложенная к центру масс автомобиля
При положительном плече обкатки эластокинематический поворот рулевой трапеции усугубляет занос автомобиля на миксте , при отрицательном плече – противодействует заносу - автомобиль устойчив против заноса при торможении на миксте. Влияет на усилие на руле при повороте, на ресурс подшипников ступицы и