Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ШИН С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ

Ботвинева Н.Ю. 1 Буракова И.С. 2 Стрельцова Т.Н. 2 Нестерчук А.В. 1
1 ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
2 СКФ ФГБОУ ВПО «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет»
Проведено исследование влияния величины коэффициента сцепления шин автобусов с дорожным покрытием на величину полного пути торможения при различных погодных условиях. Дан обзор существующих методик исследования зависимости величины тормозного пути от коэффициента сцепления шин с дорожным покрытием при различных температурных режимах. Для проведения собственных исследований величины коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием использовался прибор ПОКС-5. В ходе исследований выявлено, что подтверждаются теоретические положения о линейной зависимости величины тормозного пути от коэффициента сцепления; при увеличении значения коэффициента сцепления в 1,5 раза путь полного торможения снижается примерно в 1,9 раза; статистические характеристики модели показывают достаточно высокую связь между фактором сцепных свойств дорожного покрытия и путем торможения автобуса (коэффициент корреляции R = 0,89). Также были даны методические рекомендации службам безопасности автотранспортных предприятий при проведении сезонных инструктажей.
дорожное покрытие
безопасность дорожного движения
коэффициент сцепления шин с дорожным покрытием
1. Бачурин Д. Дорожно-транспортные происшествия. Порядок действия при ДТП: Д. Бачурин. – М.: АСТ, 2008.
2. Евтюков С.А. Дорожно-транспортные происшествия: расследование, реконструкция, экспертиза: С.А. Евтюков, Я.В. Васильев. – СПб.: Изд-во ДНК, 2008.
3. Евтюков С.А. Влияние факторов на сцепные качества покрытий автомобильных дорог // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 3.
4. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме // Сибирский автомобильно-дорожный институт им. В.В. Куйбышева.– Омск: Западно-Сибирское книжное издательство. Омское отделение, 1973.
5. Расследование дорожно-транспортных происшествий: Справочно-методическое пособие / под ред. В.А. Алферова и В.А. Федорова – М., 1998.

Одним из факторов, увеличивающих потенциальный риск ДТП, являются неблагоприятные погодные условия. Статистические данные подтверждают, что во время осадков число ДТП увеличивается. Выявлены закономерности, что неожиданные осадки после продолжительного сухого периода вызывают резкое увеличение риска ДТП, а затяжные осадки вызывают адаптацию водителей, в результате чего число ДТП постепенно уменьшается. На скользком дорожном покрытии, сразу после наступления гололеда, риск возникновения ДТП возрастает. По мере адаптации водителей к сложным дорожным условиям число ДТП постепенно уменьшается, влияние неблагоприятного внешнего фактора снижается.

Целью работы являлось исследование влияния величины коэффициента сцепления шин автобусов с дорожным покрытием на величину полного пути торможения при различных погодных условиях.

Анализ ранее выполненных работ по оценке влияния на тормозные свойства автомобилей факторов внешней среды позволил сделать следующие выводы.

На величину коэффициента сцепления влияет большое число факторов. Петров М.А., анализируя обширные экспериментальные данные, полученные многими исследователями в разное время, сделал вывод о том, что на опорных поверхностях, покрытых снегом и льдом, коэффициент сцепления увеличивается с уменьшением температуры. Особенно значительные изменения происходят в диапазоне температур от 0 °С до –15 °С [5] . Исследованиями Евтюкова С.А. установлена зависимость коэффициента сцепления от реальной дороги. Результаты экспериментальной работы исследователя, изучавшего влияние на тормозной путь величины коэффициента сцепления шины с дорогой, показывают, что величина тормозного пути изменяется в зависимости от коэффициента сцепления, по линейной зависимости, по принципу «чем выше значение коэффициента сцепления – тем меньше тормозной путь» [2].

На рис. 1 представлено графическое изображение зависимости коэффициента сцепления шины с дорогой от температуры воздуха. Других работ по оценке влияния на тормозные свойства автомобилей факторов внешней среды в ходе анализа состояния вопроса обнаружить не удалось.

pic_1.wmf

Рис. 1. Влияние температуры дороги на коэффициент сцепления

Влияние состояния дорожного покрытия на относительный риск ДТП следующее (табл. 1).

Таблица 1

Связь относительного риска возникновения ДТП с состоянием дорожного покрытия

№ п/п

Состояние дорожного покрытия

Относительный риск возникновения ДТП

1

Сухое чистое

1

2

Влажное чистое

1,3

3

Грязное

1,5

4

Покрытое твердым снегом

2,5

5

Покрытое снегом и льдом

4,4

Неровности дорожного покрытия в сочетании с неблагоприятными погодными условиями способствуют увеличению риска ДТП.

В настоящее время одним из показателей надежности контакта автомобильной шины с дорожным покрытием служит величина сопротивления скольжению автомобильной шины по поверхности проезжей части дороги, оцениваемая значением коэффициента сцепления (табл. 2) [2]. Значения коэффициента сцепления даны для скорости 40 км/ч. При увеличении скорости движения АТС и изношенных шинах, а также на грязных покрытиях, коэффициент сцепления резко снижается.

Наличие снега и льда увеличивает тормозной путь и опасность потери контроля над управлением транспортных средств. Снежные заносы вдоль дороги снижают видимость и уменьшают используемую ширину проезжей части дороги. Низкий коэффициент сцепления приводит к увеличению тормозного пути.

Таблица 2

Коэффициент сцепления для различных дорожных покрытий, находящихся в удовлетворительном состоянии

Дорожные условия

Сухое покрытие

Мокрое покрытие

Асфальто- и цементобетонное покрытия

0,7–0,8

0,4–0,5

Гравийное покрытие

0,6–0,7

0,3–0,4

Грунтовая дорога

0,5–0,6

0,2–0,4

Дорога, покрытая укатанным снегом

0,2–0,3

0,2–0,3

Обледенелая дорога

0,1–0,2

0,1–0,2

Коэффициент сцепления φ представляет собой отношение максимально возможного на данном участке дороги значения cилы сцепления между шинами транспортного средства и поверхностью дороги Рсц к весу этого транспортного средства Ga:

bot01.wmf

Необходимость в определении коэффициента сцепления возникает при расчете замедления при экстренном торможении транспортного средства, решении ряда вопросов, связанных с маневром и движением на участках с большими углами наклона. Существенное влияние на величину коэффициента сцепления оказывают скорость движения транспортного средства, состояние протекторов шин, давление в шинах и ряд других, не поддающихся учету факторов.

Если необходимо точно определить значение коэффициента φ, следует провести эксперимент на месте происшествия. Значения коэффициента сцепления, наиболее приближенные к действительному, т.е. к бывшему в момент происшествия, можно установить путем буксировки заторможенного транспортного средства, причастного к происшествию (при соответствующем техническом состоянии этого транспортного средства), замеряя при этом с помощью динамометра силу сцепления.

Определение коэффициента сцепления с помощью динамометрических тележек нецелесообразно, поскольку действительное значение коэффициента сцепления конкретного транспортного средства может существенно отличаться от значения коэффициента сцепления динамометрической тележки.

Для проведения собственных исследований величины коэффициента сцепления шины с дорожным покрытием использовался прибор ПОКС-5.

Все экспериментальные замеры по оценке торможения автобуса проводились на участке дороги промзоны г. Пятигорска. Выбор данного участка дороги определялся следующими соображениями:

1. Это безопасный участок дороги, где практически отсутствует движение транспорта.

2. На этом участке по причине отсутствия интенсивного движения автомобилей дорожные условия могут меняться в широком диапазоне коэффициента сцепления при изменении температуры воздуха. На этом участке улично-дорожной сети практически отсутствуют участки наката, характерные для большинства дорог региона Кавказских Минеральных Вод. Участки наката (искусственного гололеда) создают ситуацию, когда на дорожном покрытии, на ограниченном участке формируется неравномерность величины коэффициента сцепления.

Суть эксперимента заключалась в следующем. Автобус разгонялся до скорости 50 км/ч, затем водитель нажимал на педаль тормоза в экстренном режиме. Автобус затормаживался до полной остановки, при этом достигался эффект «торможения на юз». Тормозной след, «след на юз», оставленный на дорожном покрытии замерялся с точностью до метра. Далее проводились работы по идентификации дорожно-транспортных условий в день и на участке эксперимента. В частности, с помощью прибора ПОКС-5 определялась величина коэффициента сцепления шин с дорогой, по интернету идентифицировалась температура воздуха в день эксперимента. В табл. 3 приведены результаты эксперимента.

Таблица 3

Экспериментальные данные

Величина экспериментальных показателей

Температура воздуха Тв, °С

Коэффициент сцепления φ

Путь полного торможения Sю, м

–27

0,36

28

–17

0,41

21

–21

0,45

18

–11

0,38

24

+2

0,28

32

Обработка экспериментальных данных проводилась на ЭВМ с использованием пакета прикладных программ Statistica 6. На рис. 2 представлено изображение итераций обработки данных на ЭВМ.

На рис. 3–5 представлены результаты эксперимента по установлению зависимости Sю = f(Тв, °С). На рис. 3 результаты представлены в виде ломаной линии, на рис. 4 – в виде квадратичной модели.

Анализ показывает, что минимальное значение Sю для циклов торможения со скоростью V = 50 км/ч характерно для температуры воздуха Тв = –15 °С. При отклонении температуры воздуха от этого значения резко увеличивается величина пути полного торможения (торможения на «юз»).

На рис. 5 представлены результаты эксперимента по установлению зависимости Sю = f(ϕ).

В ходе исследований выявлено:

  • подтверждаются теоретические положения о линейной зависимости величины тормозного пути от коэффициента сцепления;
  • при увеличении значения коэффициента сцепления φ в 1,5 раза (с φ = 0,30 до 0,45) путь полного торможения снижается примерно в 1,9 раза (с 33 до 18 м)
  • статистические характеристики модели Sю = f(φ) показывают достаточно высокую связь между фактором сцепных свойств дорожного покрытия и путем торможения автобуса (коэффициент корреляции R = 0,89);
  • математическая модель, описывающая данный процесс, линейная и выглядит как Sю = 60,7 – 93,5φ, т.е. при гололеде (φ = 0,1) путь полного торможения (след «юза») может составить около 51,4 м.

pic_2.tif

Рис. 2. Четвертая итерация обработки информации

pic_3.tif

Рис. 3. Зависимость Sю = f(ТвºС), построенная в виде ломаной

pic_4.tif

Рис. 4. Зависимость Sю = f(ТвºС), построенная в виде квадратичной модели

  • приблизительный расчет показывает, что остановочный путь для автобуса в условиях гололеда (φ = 0,1) может достичь 95 м.
  • максимальные значения коэффициента сцепления шин с дорогой в зимних условиях достигаются примерно при температурах воздуха около –15 °С. В условиях более низких температур путь полного торможения Sю резко вырастает, также как и при температурах воздуха, близких к 0 °С. Объясняется это тем, что при очень низких зимних температурах и при температурах близких, к 0 °С, формируются различные механизмы взаимодействия колеса с опорной поверхностью. Определяется это тем, что изменяются как свойства опорной поверхности, так и тем, что меняются свойства материала шин. В любом случае, максимальные сцепные свойства шины с поверхностью дороги характерны для температур воздуха около –15 °С.

pic_5.tif

Рис. 5. Зависимость Sю = f(φ)

Рецензенты:

Мишин В.М., д.т.н., профессор, Северо-Кавказский государственный технический университет, филиал, г. Пятигорск;

Родионов В.А., д.т.н., профессор кафедры «Эксплуатация автомобильного транспорта», ГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства», г. Пенза.

Работа поступила в редакцию 16.12.2013.


Библиографическая ссылка

Ботвинева Н.Ю., Буракова И.С., Стрельцова Т.Н., Нестерчук А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПОГОДНЫХ УСЛОВИЙ НА ВЕЛИЧИНУ КОЭФФИЦИЕНТА СЦЕПЛЕНИЯ ШИН С ДОРОЖНЫМ ПОКРЫТИЕМ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11-3. – С. 407-411;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33133 (дата обращения: 19.11.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074