Оценка тормозного пути автомобиля с антиблокировочной системой при дорожных испытаниях

Транспорт

происходит не за счет непосредственного взимания платы за проезд, а ввиду повышения уровня экономической интеграции хозяйствующих субъектов региона.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Чванов В.В. Оценка эффективности мероприятий по повышению безопасности дорожного движения // Дороги и мосты : сб. ст. ФГУП Ро-сдорНИИ. М., 2005. Вып. 22/2.

2. Отчеты Отдела Государственной инспекции безопасности дорожного движения Управления внутренних дел по городу Красноярску о динамике регистрации транспортных средств и статистике дорожно-транспортных происшествий.

3. Jon Inge Lian, Nils Fearnley The Oslo Toll Ring and Infrastructure Investment Scheme // Institute

of Transport Economics, Oslo, Norway.Paper of European Transport Conference in Strasbourg, 3-5 October 2005.

4. О структуре расходов на оплату услуг членов домашнего хозяйства : отчеты Федеральной службы государственной статистики // Федеральная служба государственной статистики : сайт. URL: http://www.gks.ru/. (дата обращения 10.12.2015).

5. Irina Solskaya, Oksana Freidman Trends Shaping and Performance Evaluation Transport and Logistics Cluster // The 11th International Conference on Logistics & Sustainable Transport 2014. University of Maribor, Faculty of Logistics Celje, Slovenia, 19-21 June 2014.

6. Молотков Ю. И. Системное управление социально-экономическими объектами и процессами. Новосибирск : Наука, 2004. 509 с.

УДК 629.113.066 Витковский Сергей Леонтьевич,

к. т. н., доцент, кафедра «Автомобильный транспорт», Братский государственный университет,

тел. 8950-117-8825, e-mail: vitsl@mail.ru

ОЦЕНКА ТОРМОЗНОГО ПУТИ АВТОМОБИЛЯ С АНТИБЛОКИРОВОЧНОЙ СИСТЕМОЙ

ПРИ ДОРОЖНЫХ ИСПЫТАНИЯХ

S. L. Vitkovsky

BRAKING PATH EVALUATION OF AUTOMOBILE WITH ABS BY ROAD TESTING

Аннотация. В статье представлена методика вывода параметров, характеризующих процесс торможения автомобиля с антиблокировочной системой. Приводится диаграмма торможения, наглядно представляющая процесс торможения при наличии антиблокировочной системы тормозов. Она наглядно демонстрирует вклад антиблокировочной системы в уменьшение тормозного пути автомобиля. Диаграмма включает четыре характерных участка процесса экстренного торможения до полной остановки, в том числе участок, на котором происходит более интенсивное торможение, определяемое работой АБС. Предлагается способ определения количественных параметров при проведении дорожных испытаний, определяющих исправное состояние антиблокировочной системы. Вводятся понятия «уменьшение тормозного пути при включении АБС» и «длина юзового следа, характеризующая момент выключения АБС» при достижении скорости автомобиля достаточно низкого значения. Предложена формула для вычисления тормозного пути Бт(А], Vот). Приведены данные сравнения величин тормозного пути при экстренном торможении при скоростях 40, 60 и 80 км/ч. Представленную методику можно использовать как элемент встроенной диагностики автомобиля.

Ключевые слова: тормозной путь, антиблокировочная система, безопасность дорожного движения, тормозные свойства автомобиля, проведение дорожных испытаний, диаграмма торможения автомобиля.

Abstract. The term «braking diagram of automobile with ABS» is introduced. Computer program for braking path evaluation has been created. This program gives the same results that are obtained with analytical expression. Braking diagram of automobile with ABS has four parts. The second part shows more intensive braking process, defined by ABS. The terms "decreasing of braking path with ABS" and "wheel-track length that shows when ABS is off» are introduced. Braking distance as a function of automobile velocity is calculated by 40, 60, 80 km/h. Stopping distance decrease 3.5 m, when ABS is on by 80 km/h. Analytical expressions are obtained. These instruments are able to solve many problems as giving one's expert opinion on road traffic accident.

Keywords: braking path, anti-lock braking system, road safety, brakes operating characteristics, road testing, automobile braking diagram.

Введение

Порядок проведения дорожных испытаний тормозной системы автомобиля представлен в ГОСТ Р 51709-2001 [1]. С 2010 года действует Технический регламент о безопасности колёсных транспортных средств [2], утверждённый постановлением Правительства РФ № 720 от 10 сентября 2009 г. Он содержит требования к АТС, обеспе-

чивающие безопасность дорожного движения. В соответствии с Техническим регламентом тормозные системы эксплуатируемых транспортных средств должны проверяться на эффективность и устойчивость автомобиля при торможении. Эффективность торможения определяют тормозным путём |$г или совокупностью установившегося замедления /уст и временем срабатывания тормозной

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Фх

0,2 0,5

Рис. 1. Эффект работы АБС

1 S

системы Тср. При наличии АБС контролируют надёжность крепления элементов, работу сигнальной лампы АБС, момент отключения АБС (по сигнальной лампе) при снижении скорости не ниже 10 км/ч, отсутствие следов блокирования колёс (юза) и их появление при скорости не более 15 км/ч. Требования к параметрам эффективности такие же, как и для тормозных систем без АБС.

Цель данного исследования состоит в определении конкретных параметров торможения автомобиля с АБС при дорожных испытаниях, что может быть использовано при внесении поправок в Технический регламент. При проведении автотехнических экспертиз также необходимо точно определять значение тормозного пути для установления факта наличия технической возможности избежания наезда при экстренном торможении. Однако дифференциация его в зависимости от наличия или отсутствия АБС в технической литературе отсутствует (например [3]).

Постановка и решение задачи

АБС - техническое средство, обеспечивающее повышение активной безопасности автомобиля. При её работе повышается устойчивость и появляется управляемость в процессе экстренного торможения. Эффект снижения тормозного пути при использовании АБС определяется известной зависимостью [1, 4] коэффициента сцепления колеса с дорогой фх от скольжения (рис. 1). При отсутствии АБС в случае экстренного торможения реализуется эффективность, соответствующая коэффициенту сцепления при 5 =1 (полное скольжение колеса по дороге). АБС реализует несколько больший средний фх, обеспечивая торможение в зоне работы АБС. Установлено, что максимальное значение коэффициента сцепления на чистом

сухом асфальтовом покрытии может превышать значение при полном юзе на 20-25 %. Можно принять, что среднее значение фх повышается примерно на 8 %, а следовательно, на столько же повышается и замедление.

Одним из основных показателей тормозных свойств автомобиля является тормозной путь. В соответствии с работами [1, 3, 4] тормозной путь 5т определяется выражением

S А* 0+05Т н у0

V

2j

уст

где т0 - время запаздывания тормозной системы, с;

хн - время нарастания замедления, с;

] уст - установившееся замедление, м/с2;

Уо - начальная скорость торможения, м/с. Все параметры выражены в системе единиц

СИ.

Подставляя в выражение

S AEC=(t 0+0,5-t н )V0-

V 2

Y r\

V

N

2jуст (1+Nj) 2jуст 1+N

уст

где Aj = 0,08 - увеличение замедления, определяемое работой АБС;

Vom - скорость, при достижении которой происходит автоматическое отключение АБС.

Третье слагаемое в выражении (2) появляется в результате прибавления к Sm, получаемому при торможении с замедлением [jycm(1 + Aj)] до скорости V = 0, величины тормозного пути, обу-

0

2

+

Транспорт

словленной преходом к замедлению ]уст , в момент автоматического отключения АБС.

Процесс торможения наглядно представляют на диаграмме торможения. Такая диаграмма для торможения автомобиля с АБС представлена на рис. 2. На ней численно рассчитаны зависимости от времени кривых пути, скорости и ускорения (замедления) АТС категории М1 для экстренного торможения по параметрам Технического регламента:

Уо = 40 км/ч = 11,1 м/с - начальная скорость торможения;

т = 0,6 с - время срабатывания тормозной системы;

т0 = 0,11 с - время запаздывания тормозной системы;

т н = 0,49 с - время нарастания замедления;

] уст = 5,2 м/с2 - установившееся замедление, м/с2;

Уот = 15 км/ч = 4,17 м/с - скорость, при достижении которой происходит автоматическое отключение АБС.

Расчёт в системе программирования МаШСАБ с использованием панели инструментов «Программирование» с шагом по времени 0,005 с даёт значение тормозного пути 15,8 м, что соответствует Техническому регламенту.

Рис. 2 представляет собой диаграмму тор-

можения, предложенную автором, позволяющую наглядно увидеть вклад АБС в уменьшение тормозного пути. Кривая зависимости пути от времени (сплошная) очень плавно изменяется и не имеет характерных точек. Кривая зависимости скорости от времени (штрихпунктирная) может быть разбита на четыре участка. Участок 1-2 соответствует времени запаздывания тормозной системы, и скорость не изменяется. Участок с различной кривизной 2-3 видимо, свидетельствует о нарастании интенсивности торможения - его длина равна времени нарастания замедления. Участок 3-4 соответствует торможению с полной интенсивностью, и в том числе обеспечиваемой АБС. Замедление 5,61 м/с2 на 8 % больше установившегося замедления 5,2 м/с2, реализуемого автомобилями без АБС. Последний участок 4-5 - торможение автомобиля с автоматически отключаемой АБС при скорости не более 15 км/ч (4,17 м/с). Меньший уклон этой линии определяется введённым значением увеличения замедления А] = 0,08.

Все четыре участка разделяются изгибами на кривой зависимости замедления от времени (ломаная линия, состоящая из прямолинейных участков). В течение времени запаздывания тормозной системы замедление равно нулю. В период времени нарастания замедления оно линейно растёт до значения 5,2 м/с. Участок АВ представляет зону торможения с интенсивностью большей, чем интенсивность тормозной системы без АБС (за-

т с с С И н

й ц.г -- ¿V . м

* , з К м/с

1 У - - / м/р2

А к

Мг . - - - —5т<Н-

/ д . С —я-  —I— -4 17

—/ * / * ч 4 ' V

/ * V р * 1

г * "

*

------

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Время I, с

Рис. 2. Диаграмма торможения автомобиля с АБС

Т а б л и ц а 1

Начальная скорость автомобиля У0 , км/ч Тормозной путь 5т, м Тормозной путь при работе АБС 5абс, м Величина уменьшения тормозного пути Д5т, м

40 15,8 15,1 0,7

60 32,6 30,8 1,8

80 55,4 52 3,5

медление 5,61 м/с2). Последний участок - торможение до полной остановки с отключённой АБС (замедление 5,2 м/с2).

Работа АБС на диаграмме торможения представляется площадью прямоугольника АВСД. Линия СД соответствует 5,2 м/с2. Наличием этой площади диаграмма торможения автомобиля с АБС отличается от диаграммы торможения с полной блокировкой колёс.

Площадь под кривой ускорения соответствует интервалу уменьшения скорости У12

А*^ .

является верхней границей выполнения этого требования.

V

2

от

2]

уст

Очевидно, что вклад АБС в уменьшение тормозного пути будет увеличиваться с ростом начальной скорости торможения. В табл. 1 представлены результаты расчёта тормозного пути автомобиля с АБС и без неё, определённые по выражениям (1) и (2) для скоростей 40, 60 и 80 км/ч. При скорости 80 км/ч уменьшение достигает 3,5 м, что может быть вполне существенным при рассмотрении дела о ДТП в суде и проведении автотехнической экспертизы.

При проведении дорожных испытаний при скорости 40 км/ч уменьшение тормозного пути на 0,7 м вполне может быть зафиксировано прибором «Эффект», который определяет ряд параметров торможения, в том числе 5т, с точностью до десятой метра. Работа прибора описана в [4]. Положительной особенностью прибора является также возможность осуществить пересчёт полученного значения тормозного пути для начальной скорости торможения, равной точно 40 км/ч.

В работе [5] приведены значения тормозного пути автомобиля с АБС в разных дорожных условиях: оба колеса (левое и правое) на асфальте, оба колеса на снежном накате, левое колесо на асфальте, правое на снежном накате.

В соответствии с Техническим регламентом во время дорожных испытаний автомобиля с АБС появление следов блокирования колёс (юза) должно фиксироваться при скорости не более 15 км/ч. Для количественного контроля этого требования можно предложить выражение (3). Величина 5Ю, рассчитанная по значению Уо = 4,17 м/с (15 км/ч),

Заключение

Результаты исследования позволяют сделать следующие выводы:

1) Разработана методика вычисления значения тормозного пути автомобиля с антиблокировочной системой тормозов в зависимости от Д/ -доли увеличения замедления, определяемого работой АБС, и Уот - скорости, при достижении которой происходит автоматическое отключение АБС. Предложена формула для вычисления тормозного пути 5т(Д/, Уот).

2) Представлена «Тормозная диаграмма автомобиля с АБС» позволяющая наглядно выявить уменьшение тормозного пути, оценить вклад АБС при торможении с разными начальными скоростями. Диаграмма включает четыре характерных участка процесса экстренного торможения до полной остановки, в том числе участок, на котором происходит более интенсивное торможение, определяемое работой АБС.

3) Приведены данные сравнения величин тормозного пути при экстренном торможении при скоростях 40, 60 и 80 км/ч.

4) Предложена методика определения верхней границы длины юзового следа, появляющегося при скорости 15 км/ч при дорожных испытаниях тормозных систем автомобиля с АБС.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. Введ. 2001-01-02.232 с.

2. Технический регламент о безопасности колёсных транспортных средств :. утв. постановлением Правительства РФ № 720 от 10 сентября 2009 г. с изм. и доп. от 10 февраля 2015 г.

3. Балакин В.Д. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий. Омск : СибАДИ, 2005. 136 с.

Транспорт

4. Федотов А.И. Технология и организация диагностики при сервисном сопровождении. М. : Академия, 2015. 352 с.

5. Витковский С.Л., Тоцкий Э.С. Тормозной путь автомобиля с АБС при торможении на дороге в зимних условиях // Механики XXI веку : сб. тр. конф. Братск, 2012. С. 200-204.

6. ВАЗ 2107-07к Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту + каталог деталей. М. : ИДТР, 2011. 320 с.

7. Витковский С.Л. Диагностика системы питания двигателя на холостом ходу // Особенности эксплуатации автотранспортных средств в дорожно-климатических условиях Сибири и Крайнего Севера : материалы 83 междунар. науч.-техн. конф. Иркутск, 2013. С.285-294.

8. Витковский С.Л., Разумов Ю.А. Диагностика системы питания двигателя с использованием кривой разгона на холостом ходу. Братск : Изд-во БрГУ, 2013. С. 200-204.

9. Витковский С.Л., Илларионов А.П. Коэффициент снижения мощности на холостом ходу. Братск : Изд-во БрГУ, 2011. Т.2. С. 70-75.

10. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов. М. : Высшая школа, 2007. 479 с.

11.Дулепов Е.Г., Витковский С.Л., Кравченко Е.В. Оценка логической состоятельности утверждений // Системы. Методы. Технологии. 2013. № 18. С. 50-53.

12.Витковский С.Л., Разумов Ю.А. Диагностика системы питания двигателя с использованием кривой разгона на холостом ходу // Механики XXI веку : сб. докл. XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участ. Братск, 2013. С.200-204.

13.Витковский С.Л., Стрелков С.П. Удельный эффективный расход топлива двигателя при разгоне на холостом ходу // Механики XXI веку : сб. докл. XI Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участ. Братск, 2012. С. 281-284.

14.Витковский С.Л., Лузгин В.В. Анализ диагностической информации динамических процессов системы зажигания // Системы. Методы. Технологии. 2011. №4 (12). С. 83-89.

УДК 629.4 (23.3:.064.5) Иванов Павел Юрьевич,

к. т. н., ассистент кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8-950-065-21-77, e-mail: savl.ivanov@mail.ru Агафонов Владимир Михайлович, аспирант кафедры «Сопротивление материалов и строительной механики», Иркутский государственный университет путей сообщения, Иркутский национальный исследовательский государственный технический университет,

тел. 8-924-631-58-33, e-mail: Mr_Agafo@mail.ru Думский Евгений Юрьевич, к. т. н., доцент кафедры «Электроподвижной состав», Иркутский государственный университет путей сообщения, тел. 8-983-403-46-43, e-mail: e.dulskiy@mail.ru

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА НАГРЕВА ИЗОЛЯЦИИ ОБМОТКИ СТАТОРА АСИНХРОННОЙ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ ЭЛЕКТРОВОЗА

P. Yu. Ivanov, V. M. Agafonov, E. Yu. Dulskiy

MATHEMATICAL MODELING OF THE PROCESS OF HEATING OF STATOR WINDING INSULATION OF ELECTRIC LOCOMOTIVE'S ASYNCHRONOUS AUXILIARY MACHINE

Аннотация. Широкое распространение электровозов переменного тока на сети железных дорог России определяет актуальность работ, направленных на повышение надежности асинхронных вспомогательных машин (АВМ) электроподвижного состава. Особая роль АВМ связана с обеспечением работоспособности электровоза. Основной причиной выхода из строя АВМ является электрический пробой изоляции обмоток, что является последствием перегрева под действием значительных пусковых токов. Для оперативного реагирования на фактическое предельное состояние изоляции АВМ необходима разработка методов, технических средств мониторинга и контроля её остаточного ресурса. Статья посвящена математическому моделированию процесса нагрева изоляции обмотки АВМ электровоза серии «Ермак» типа НВА-55 от действия значений пускового тока. Моделирование осуществлялось с применением метода конечных элементов в современных программных комплексах.

Ключевые слова: изоляция, асинхронная вспомогательная машина, нагрев, моделирование, метод конечных элементов.

Abstract. Wide use of AC electric locomotives on railways of Russia determines the relevance of activities aimed at improving the reliability of asynchronous auxiliary electric rolling machines. Special role of AAM involves providing electric performance of electric locomotives. The main reason for failure of the AAM is an electrical breakdown of the winding insulation, which is a consequence of overheating under the influence of large inrush currents. In order to promptly respond to the actual limit state, it AAM insulation is necessary to develop methods, technical means of monitoring and control of its remaining life. The article is devoted to the mathematical