автореферат диссертации по транспорту, 05.22.10, диссертация на тему:Разработка методов и средств оценки сцепных свойств шин

На правах рукописи

КУЧЕРЕНКО АЛЕКСЕЙ ВИКТОРОВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОЦЕНКИ СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ ШИН

Специальности: 05.22.10 - Эксплуатация автомобильного транспорта 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена на кафедре «Организация и безопасность движения» Московского автомобильно - дорожного института (Государственного технического университета).

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ доктор технических наук, профессор

Рябчинский Анатолий Иосифович

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ кандидат технических наук, доцент

Русаков Владимир Захарович

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ доктор технических наук, профессор

Нарбут Андрей Николаевич

кандидат технических наук Емышев Владимир Сергеевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ Федеральное государственное

унитарное предприятие «Научно - исследовательский институт шинной промышленности»

Защита состоится 15 февраля 2005 г. в 1 000 часов на заседании диссертационного совета Д 212.126.04 при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125319, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64, аудитория 42.

Справки по телефону: 155-03-28

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ) по адресу: 125319, Москва, А-319, Ленинградский проспект, 64.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в диссертационный совет университета.

Автореферат разослан "_"_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

В.А. Максимов

Общая характеристика работы Актуальность исследования. Рост автомобильного парка в количественном и качественном отношениях, увеличение средних скоростей и интенсивности движения, а также динамика роста до-рожно - транспортных происшествий приводят к тому, что все более актуальной становиться проблема обеспечения безопасности движении на дорогах. Постоянно ведутся разработки по совершенствованию конструкции автомобиля для улучшения показателей конструктивной безопасности, но они могут оказаться недостаточно эффективны, если не будет обеспечена надежная связь шины с дорогой, обусловленная сцепными свойствами шин. Особое значение приобретает проблема сцепления шин с дорожной поверхностью в связи с ростом скоростей движения автомобилей. При повышении скорости движения резко снижается сцепление шин с поверхностью дороги, при этом увеличивается тормозной путь автомобиля, ухудшаются параметры устойчивости и управляемости. Дорожно-транспортные происшествия (ДТП) в основном являются следствием комплекса причин, связанных друг с другом. При анализе и определении причин возникновения ДТП часто указывают только на технические неисправности автомобиля, нарушение правил дорожного движения, квалификацию и состояние водителя, в то же время причиной наезда или опрокидывания автомобиля могут являться низкие сцепные свойства шин. Такой подход при фактическом отсутствии требований к сцепным свойствам шин с дорожным покрытием не способствует повышению безопасности дорожного движения. Поэтому измерение, оценка, а в конечном итоге стандартизация такого показателя, как продольный коэффициент сцепления шин, имеют весьма большое значение для предотвращения дорожно-транспортных происшествий и повышения безопасности дорожного движения.

Целью диссертационной работы является повышение показателей активной безопасности автомобиля путем разработки и внедрения в практику усовершенствованного метода оценки сцепных свойств шин с дорожной поверхностью.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- разработка метода оценки сцепных свойств шин;

- разработка математической модели имитационного торможения автомобиля;

- сравнение результатов испытаний шин, полученных различными методами;

- оценка сцепных свойств шин Российских производителей. Объектом и предметом исследования являются сцепные свойства шин с дорожной поверхностью и их влияние на активную безопасность транспортных средств.

Методы исследования. В диссертационной работе используется математическое моделирование, системный и статистический анализ, экспериментальное исследование.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в разработке и реализации:

- усовершенствованного метода оценки сцепных свойств шин, полностью исключающего влияние оператора на значения регистрируемых параметров;

- имитационной модели торможения автомобиля, позволяющей рассчитать тормозной путь автомобиля с учетом его эксплуатационных параметров и при установке на него шин с различными сцепными свойствами.

Практическая ценность и реализация результатов. Разработанный усовершенствованный метод оценки сцепных свойств шин с мокрой дорожной поверхностью внедрен в испытательную практику ФГУП «НИИШП». Разработанная теоретическая модель расчета тормозного пути автомобиля использована в учебном процессе МАДИ (ГТУ) и ЮРГУЭС.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научно - методических и научно - исследовательских конференциях МАДИ (ГТУ) и ФГУП «НИИШП» (г. Москва 2002, 2003 гг.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 научных статей.

На защиту выносятся:

- имитационная модель торможения автомобиля, реализованная с помощью математических пакетов;

- метод оценки продольного коэффициента сцепления шин автотранспортных средств;

- результаты экспериментальных и теоретических исследований тормозных свойств автомобиля;

- результаты экспериментальных исследований сцепных свойств шин.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 132 страницы, в том числе 52 иллюстрации и 42 таблицы. Список литературы содержит 111 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, его научная новизна, а также определена теоретическая база исследования.

В первой главе выполнен анализ исследований ученых, изучавших проблему сцепления шин с дорожной поверхностью: Е.А. Чудакова, В.И. Панина, И.Н. Чернышева, B.C. Фалькевича, Т.П. Джоя, Д.Ц. Хартли, Р.Н. Саала, С.М. Цукерберга, В.И. Кнороза, И.В. Иванова, О.Г. Подлиха, Ш.А. Паршина, В.А. Астрова, И.П. Петрова, В.Ф. Аукашука, В. Хофферберта, В.Е. Гоффа, Д. В. Баджера, Б. Альберта, И. Уолкера, Т. Френга, К.А. Гроша, Д. Балджина, В. Хорна, У. Джойнера и Т. Леланда, В. Генгенбаха, Ю.С. Левина, Ю. В. Кузнецова и др., работы которых непосредственно были посвящены изучению влияния конструктивных, либо эксплуатационных факторов на сцепные свойства шин с дорожной поверхностью. Был проведен анализ методов, используемых в мировой практике для оценки сцепных свойств шин с дорожной поверхностью, стандартизованных в России и разрабатываемых на международном уровне (в качестве поправок к Правилам ЕЭК ООН №30) требований к сцепным свойствам шин. По результатам проведенного анализа сделан вывод о том, что на сегодняшний день нет общеприня-

того метода и методики оценки сцепных свойств шин. Как основа для проводимых исследований взяты два метода оценки сцепных свойств: первый - испытания шин на испытательном автомобиле с торможением до остановки при полной блокировке колес автомобиля, второй - испытания шин на динамометрической тележке. Выбор именно этих методов основан, с одной стороны, на том, что оценка сцепных свойств шин должна происходить в условиях, максимально приближенных к эксплуатационным, а с другой именно эти два метода предложены в качестве базовых группой экспертов по тормозам и ходовой части GRRF рабочей группы WP.29 для внесения поправок к Правилам №30 ЕЭК ООН, касающихся оценки сцепных свойств шин. Также для сравнения взят метод оценки сцепных свойств шин на барабанном стенде, который регламентирован ГОСТом 4754 - 97. Следовательно, необходима разработка методики, которая могла бы обеспечить количественную оценку сцепных свойств шины в отношении коэффициента сцепления соответствующего пиковому значению касательной силы и в отношении коэффициента сцепления, соответствующего значению касательной силы при полном скольжении шины по опорной поверхности. Для более детального понимания происходящих во время торможения автомобиля процессов, а также возможности и необходимости оценки сцепных свойств шин методом торможения до остановки при полной блокировке колес автомобиля была признана целесообразной разработка имитационной модели торможения, в которой оценивалось влияние основных факторов, характеризующих процесс торможения.

Во ВТОРОЙ главе диссертационной работы разработана имитационная модель торможения автомобиля, использованная для анализа метода оценки сцепных свойств шин при торможении автомобиля с полной блокировкой всех колес. В разработанную имитационную модель входят два компонента: механическая система -АВТОМОБИЛЬ и тормозная система. Расчетная схема системы АВТОМОБИЛЬ показана на рис. 1, она состоит из кузова, переднего и заднего мостов и вращающихся колес.

т, II Т2

к, ии2

Рис. 1. Расчетная схема механической системы автомобиля для исследования процесса торможения

Рис.2. Внешние силы, действующие на автомобиль, и возможные скорости узловых точек приложения этих сил

Система АВТОМОБИЛЬ имеет 7 степеней свободы, которые определяют вектор состояния механической системы, приведенный в табл. 1. Размерность этого вектора - 12, представляет размерность системы дифференциальных уравнений, описывающих движение системы. Для составления уравнений движения используется алгоритм, основанный на применении уравнений движения в форме уравнений движения Лагранжа 2 рода:

а дТ дТ _0 А*'. дЧ] У}

где Т-кинетическая энергия системы:

а' .= V ,z' ,a',z\ ,z',<D„m- | - вектор обобщенных скоростей. ' ] г с с 12 12'

Таблица 1

Вектор состояния механической системы

1 I Путевая скорость, м/с

2 1 Скорость вертикального перемещения ЦТ кузова, м/с

3 а Угловая скорость продольного крена, с'1

4 i Скорость вертикального перемещения переднего моста, м/с

5 1 z2 Скорость вертикального перемещения заднего моста, м/с

6 <°\ Угловая скорость вращения колес переднего моста, с1

7 °2 Угловая скорость вращения колес заднего моста, с'1

8 хс Пройденный путь, м

9 Z с Вертикальное перемещение ЦТ кузова, м

10 а Продольный крен, рад

11 h Вертикальное перемещение переднего моста, м

12 2г Вертикальное перемещение заднего моста, м

Таблица 2

Кинематические коэффициенты связей механической системы

автомобиль

Узловые точки приложения сил Скорости узловых точек &с ** i ** » &2 ** да

1 2 3 4 5 6 7

Силы

в подвеске переднего

моста, действующая на кузов, Fj, Н VF\=zC~L\a 0 1 0 0 -ц

Продолжение табл. 2

1 2 3 4 5 6 7

в подвеске заднего моста, действующая на кузов, ^, Н 1 1 УР2=гС~12а 0 1 0 0 +1-2

в подвеске переднего моста, действующая на мост, , Н » УГ01=2\ 0 0 1 0 0

в подвеске заднего моста, действующая на мост, , Н 1 2=г2 0 0 0 1 0

Реакции

вертикальная на шины колес переднего моста, Л/^, Н £ м 0 0 1 0 0

вертикальная на шины колес заднего моста, Л/2, Н 1 УИ2=г2 0 0 0 1 0

касательная на колесах переднего моста, "П, Н 1 * -1 0 0 0 н,

касательная на колесах заднего моста, Т2, Н УТ2=-хс + Н2а' -1 0 0 0 Н2

Реакции элементов подвески и колес, приложенные в узловых точках вычисляются по формулам, приведенным в табл.3.

Таблица 3

Реакции элементов подвески и колес

Формула для вычисления Название параметра

1 2

Деформация рессор переднего моста, м

/[ = гс-2Га\ Скорость деформации рессор переднего моста, м/с

Продолжение табл. 3

1 2

Радиальная деформация шин переднего моста, м

1 1 Скорость радиальной деформации шин переднего моста, м/с

1 Усилие в рессорах переднего моста, Н

и\=-с8\5\-ъёА Вертикальная реакция на шины колес переднего моста, Н

/2 = гс-г2+сс12 Деформация рессор заднего моста, м

1 » 1 1 Скорость деформации рессор заднего моста, м/с

32=г2 Радиальная деформация шин заднего моста, м

5г = *г Скорость радиальной деформации шин заднего моста, м/с

1 Усилие в рессорах заднего моста, Н

М2=-с3232~Ь3252 Вертикальная реакция на шины колес заднего моста, Н

Окончательный вид дифференциальных уравнений движения автомобиля, полученных по описанному алгоритму, приведен в табл. 4.

Центральным вопросом построения имитационной модели торможения автомобиля является модель качения колеса в продольной плоскости. В этой модели рассматриваются продольные силы в точках контакта шин с опорной поверхностью. В диссертации использована упрощенная модель, которая построена на основе гипотезы продольного скольжения. По этой гипотезе рассматриваются два режима движения колеса в продольной плоскости: качение с упругим скольжением в зоне контакта и полное скольжение в зоне контакта при блокировании колеса.

Таблица 4

Дифференциальные уравнения движения автомобиля

1 ЦЛ- п Р йхс = / \ 1 тЪ+т\+П>2;

2 О Л / > 1 Го.

3 и н о"!-, 1-^+р212+Т1Н1+Т2Н2)

4 1 (кл 1М1 6*1 = / т\

5 ^2 = 1 / У

6 II / \ м г^О+^о)

7 с1оа2 ~1Г = во>2 ^2 = < \ Л (-М2(/)+Г2г0)

8 п -

9 ц?- II -

10 ¿/а ' —=а Л -

11 ск. , -

12 ~Ж=*2 -

В области качения с упругим скольжением в зоне контакта, касательная реакция принимается пропорциональной относительной скорости продольного скольжения в зоне контакта колеса с дорогой. В области полного скольжения в зоне контакта при блокировании колеса реакция рассчитывается по закону трения Кулона. Расчетные формулы для задания касательных реакций приведены в табл. 5. При разработке вычислительного алгоритма учитывалась осо-

бенность расчетных формул при значениях скорости движения автомобиля близкой к нулевой (в модели для этого введена граничная скорость скольжения \/з). Это сделано с помощью корректирующих коэффициентов куо и к„.

Таблица 5

Расчётные формулы для задания касательных реакций

Аугхс-сук1 Скорость скольжения колес переднего моста

Ду, -!- Относительная скорость скольжения колес переднего моста

ту\=кт\8\ Касательная реакция колес переднего моста в области упругого скольжения

Д У2=х'с-ш2гк2 Скорость скольжения колес заднего моста

Ду- -2- Относительная скорость скольжения колес заднего моста

ТУ2=кТ252 Скорость скольжения колес заднего моста в области упругого скольжения

т2=1/ х'с >>ТГ2>$2 >0'М2^2 "К^г! г/[ду2>0 ,М2^2,-{М2И821 9

В данной модели используются параметры шины, приведенные в табл. 6. Расчетные формулы для определения рабочих значений параметров качения шин при известных из эксперимента значений для базовой скорости:

Таблица 6

Параметры шин используемые в имитационной модели

Обозн. параметра Наименование параметра

Гк1 Радиус качения колес переднего моста, м

Гк2 Радиус качения колес заднего моста, м

Го Свободный радиус колес, м

Мэю Коэффициент сцепления при скольжении переднего моста для базовой скорости

Рк10 Коэффициент сцепления без скольжении переднего моста для базовой скорости

МЭ20 Коэффициент сцепления при скольжении заднего моста для базовой скорости К0)1

Нк20 Коэффициент сцепления без скольжении заднего моста для базовой скорости Г0[1

бу Максимальная относительная скорость скольжения

Уз Граничная скорость скольжения, м/с

ку Коэффициент переменной составляющей скорости в скольжении

к„ Коэффициент изменения коэффициента сцепления от скорости

Базовая скорость для расчета коэффициента сцепления, м/с

кп Окружная жесткость шин переднего моста, Н

к"Г2 Окружная жесткость шин переднего моста, Н

М51 Коэффициент сцепления при скольжении переднего моста

М82 Коэффициент сцепления при скольжении заднего моста

Независимым компонентом имитационной модели торможения автомобиля является тормозная система (рис. 3).

Для выбранного объекта исследования, автомобиля ГАЗ 2705, тормозная система состоит из главного тормозного цилиндра, подводящих магистралей давления к переднему и заднему мостам и тормозных механизмов. В конструкции данного автомобиля передние тормозные механизмы дискового типа, а задние - барабанного типа. Для оптимизации режима торможения в контур задних тормозных механизмов введено устройство регулирования давления, дей-

ствие которого учтено в модели. Давление в тормозных магистралях определяет тормозные моменты. Действие тормозных моментов FT1 и FT2 характеризуется функциями давления Р, и Р2 в магистралях контуров передних и задних тормозов соответственно, а также коэффициентами тормозных моментов на переднем и заднем Ч^ мостах. По этим коэффициентам определяются условные расчетные воздействия М01 и М02 для давления РС2 (максимальное давление, при котором срабатывает корректировочный клапан магистрали

Условные расчетные воздействия приводятся к окружному тормозному усилию по расчетному коэффициенту сцепления. Этот алгоритм расчета дает возможность вариации конструктивных параметров используемых тормозных механизмов и также дает возможность задания тормозного эффекта по экспериментальным данным. Таким образом, в алгоритме используются следующие расчетные соотношения: - для переднего моста:

На основе описанных расчетных моделей звеньев АВТОМОБИЛЬ и ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА разработана программа имитационного моделирования торможения автомобиля в математическом

пакете MATHCAD. Блок-схема расчетного алгоритма модели показана на рис. 4. Кроме расчетного алгоритма, модель содержит блок ввода и обработки исходных данных и блок вывода расчетных величин. В блок вывода расчетных величин входят: временные записи процессов, числовые характеристики процессов.

Рис. 4. Блок-схема программного модуля расчетного алгоритма имитационной модели торможения автомобиля

При расчёте по представленной имитационной модели должны проявляться характерные особенности процесса торможения: различные фазы процессов касательных реакций, упругое и полное скольжение шин, разница во времени блокировки колес переднего и заднего мостов, изменение вертикальной реакции, «клевок» по продольному крену. Однако для расчета по разработанной имитационной модели, как видно из табл. 6, необходимы характеристики изменения коэффициента продольного сцепления шин от нагрузки, действующей на шину, линейной скорости движения шины и скольжения шины. Для получения этих данных, сравнения между собой нескольких методов, а также в связи с необходимостью проработки метода оценки сцепных свойств шин, предложенного в проекте дополнения к Правилам №30 ЕЭК ООН, была сконструирована и изготовлена дорожная динамометрическая лаборатория НИИШП.

В третьей главе для достижения поставленных задач на базе Федерального Государственного унитарного предприятия «Научно-исследовательский институт шинной промышленности» (ФГУП «НИИШП») была разработана дорожная динамометрическая лаборатория НИИШП (ДДЛ НИИШП). Лаборатория включает в себя динамометрическую тележку и тягач, в качестве которого используется автомобиль ЗИЛ - 5301 СС, модернизированный для целей испытаний. Разработанный метод основан на регистрации продольной силы, действующей в пятне контакта шины с дорожной поверхностью при затормаживании колеса до полной блокировки в условиях заданной линейной скорости движения колеса и нагрузки, действующей на шину, при нулевых углах наклона и поворота колеса.

Как известно продольная сила, возникающая в пятне контакта шины с дорожной поверхностью при затормаживании колеса до полной блокировки (юза), с последующим растормаживанием, имеет три характерных участка: участок возрастания продольной силы в результате затормаживания испытуемого колеса, при этом продольная сила возрастает до максимального (пикового) значения, соответствующего пиковому значению коэффициента сцепления; горизонтальный участок, на котором продольная сила принимает значение, соответствующее коэффициенту продольного сцепления при полном скольжении шины, при этом колесо полностью заблокировано; участок растормаживания, где продольная сила несколько возрастает в начале участка, а затем падает до минимального значения.

Сравнение сцепных свойств шин выполняется по максимальному (пиковому) значению коэффициента продольного сцепления шин, а также по значению коэффициента продольного сцепления при полном скольжении шины по дорожной поверхности. При этом коэффициент продольного сцепления рассчитывается как отношение измеренной продольной силы в пятне контакта шины с дорожной поверхностью к вертикальной нагрузке, действующей на шину.

Определение максимального (пикового) значения коэффициента продольного сцепления шин наиболее актуально для оценки эффективности тормозных свойств данной шины при её эксплуатации на автомобилях, оснащенных АБС, а значения коэффициента про-

дольного сцепления при полном скольжении шины по дорожной поверхности при оценке эффективности торможения автомобиля с полной блокировкой колес.

Лаборатория позволяет определять коэффициент продольного сцепления шин с посадочным диаметром 13", 14", 15", 16", а также исследовать его зависимость от: типа и состояния дорожного покрытия; степени проскальзывания шины; линейной скорости движения шины; нормальной нагрузки на шину; пленки воды в пятне контакта шины с дорожной поверхностью; внутреннего давления воздуха в шине. Динамометрическая тележка представляет собой одноосный прицеп со смещенным дышлом. Тележка сконструирована таким образом, что испытательным является только одно колесо, что значительно сокращает нагрузку, которая появляется на крюке тягача во время затормаживания испытываемой шины. Сцепное устройство дышла расположено в плоскости вращения испытываемой шины. Такое расположение дышла обеспечивает движение испытываемого колеса по колее, отличной от колеи движения колес тягача, и сводит к минимуму увод тележки при торможении испытываемой шины. На ступице испытываемой шины смонтирован дисковый тормоз, а с другой стороны, ступица без тормозной системы, колесо на этой ступице служит в качестве направляющего и при торможении испытываемого колеса продолжает вращаться и находиться в условиях максимального сцепления. Система затормаживания испытываемого колеса представляет собой пневмогидравлическую тормозную систему. Конструкцией системы затормаживания предусмотрена возможность регулирования интенсивности нарастания тормозной силы на дисковом тормозе. Конструкция подвески обеспечивает возможность регулирования развала и схождения испытываемого колеса. Регулировка нагрузки на шину осуществляется балластными массами, которые загружают в съемный контейнер, являющийся центральной частью тележки. Измерительная система лаборатории состоит из подсистемы измерения продольной силы (цифровой датчик силы) и подсистемы измерения угловых скоростей вращения испытываемого и направляющего колес (датчики угловых скоростей, счетчик импульсов). Принцип действия цифрового датчика силы типа ЦДСS - 1000 основан на преобразовании усилия

приложенного к упругому элементу - датчику, в деформацию чувствительных элементов - кварцевых резонаторов. Кварцевые резонаторы под действием измеряемого усилия изменяют частоту собственных колебаний. Электронный блок преобразует разность этих частот в цифровой сигнал, значение которого пропорционально измеряемому усилию. Для компенсации температурной погрешности в состав датчика входит термодатчик. Данные с датчика силы и датчиков угловых скоростей регистрируются на персональном компьютере. Для сбора и сохранения данных полученных при проведении испытаний разработана программа DATALAB. Программой формируется файл журнала измерений, в котором записываются в хронологическом порядке полученные данные.

Система подачи воды ДДЛ НИИШП состоит из двух емкостей с водой общим объемом 2 м3, электронасоса, цифрового расходомера воды, электроклапана, подсистемы регулировки водяного потока, сопла специальной конструкции, дизельной электростанции. Конструкция системы обеспечивает равномерное смачивание поверхности дороги при испытании.

Рабочий цикл ДДЛ НИИШП полностью автоматизирован: управление подачей воды в пятно контакта шины с дорожной поверхностью и затормаживанием колеса осуществляется из кабины тягача.

Анализ точности измерительной системы лаборатории показал, что погрешность её измерительной системы составляет 4,74%, что свидетельствует о приемлемости измерительной системы лаборатории, а погрешность, вносимая оператором, составляет 0%.

В результате выполнения пробных испытаний была разработана методика оценки сцепных свойств шин с дорожной поверхностью с использованием ДДЛ НИИШП.

В четвертой главе была проверена адекватность разработанной имитационной модели торможения автомобиля. Также в четвертой главе было выполнено сопоставление трех методов оценки сцепных свойств шин: с помощью динамометрической тележки; на стенде с качением шины по внутренней поверхности барабана; при торможении до остановки испытательного автомобиля с блокировкой колес. При оценке сцепных свойств шин перечисленными методами были обеспечены максимально приближенные условия прове-

дения испытаний. Испытания на ДДЛ НИИШП и испытательном автомобиле были совмещены и проводились одновременно. Затем шины были испытаны на стенде 3327 с качением шины по внутренней поверхности барабана. При оценке сцепных свойств шин в качестве испытательного транспортного средства использовался автомобиль ГАЗ - 2705 ГАЗель. Оценка сцепных свойств шин на транспортном средстве проводилась при смоченном состоянии дорожной поверхности. Испытания по оценке сцепных свойств шин в дорожных условиях выполнялись на динамометрической дороге ФГУП НИЦИАМТ. Испытания проводили при торможении рабочей тормозной системой автомобиля в режиме экстренного полного торможения путем однократного воздействия на орган управления при отсоединенном двигателе. Результатом испытания являлся тормозной путь автомобиля. Заезды при торможении проводились как в прямом, так и в обратном направлении. Заезды выполнялись до тех пор, пока результаты не принимали стабильный характер. Далее вычислялось среднее значение по тормозным путям при прямом направлении движения автомобиля и при обратном направлении движения, которые затем также усреднялись.

Таблица 7

Характеристики шин, отобранных для испытаний

№ п/п Размер шины Модель Максимальная нагрузка на шину при внутреннем давлении, кг/МПа Допустимая скорость движения, км/час

1 185/75Я16С К—156 (900/850)/0,48 160

2 185/751*160 (900/850)/0,48 140

Испытания на ДДЛ НИИШП и испытательных автомобилях проводились на одном и том же отрезке дороги. Характеристики шин, отобранных для испытаний, приведены в табл. 7. На автомобиле шины были испытаны при снаряженной нагрузке и скорости начала торможения - 60 км/час. Испытания на ДДЛ НИИШП и стенде 3327 выполнялись при начальном внутреннем давлении воздуха в шине 0,26 МПа, скоростях торможения 40 км/час, 60 км/час, 80 км/час, нагрузках на шину 390 кг, 460 кг и 540 кг. Результаты испытания шин

приведены в табл. 8, 9.

Таблица 8

Результаты испытаний шин 185/75 R16C моделей VS - 21 и К -156 разными методами. Давление воздуха в шине - 0,26 МПа

Коэффициенты про; дольного сцепления

Шина Линей- Испытания Испытания

ная ско- на ДШ1 НИИШП на стенде 3327

рость Пико- Значение Пико- Значение

движе- вое при полном вое при пол-

ния, зна- скольжении значе- ном

км/час чение шины ние скольжении шины

Нагрузка на шину - 390 кг

185/75 40 0,83 0,60 0,79 0,57

R16C 60 0,78 0,52 0,74 0,48

VS-21 80 0,75 0,46 0,71 0,42

185/75 40 0,87 0,68 0,82 0,63

R16C 60 0,83 0,59 0,80 0,52

К-156 80 0,81 0,50 0,78 0,45

Нагрузка на шину - 460 кг

185/75 40 0,82 0,59 0,77 0,54

R16C 60 0,78 0,50 0,73 0,46

VS-21 80 0,74 0,44 0,69 0,39

185/75 40 0,85 0,67 0,81 0,60

R16C 60 0,83 0,56 0,79 0,48

К-156 80 0,80 0,47 0,77 0,42

Нагрузка на шину - 540 кг

185/75 40 0,79 0,57 0,76 0,51

R16C 60 0,76 0,46 0,71 0,41

VS-21 80 0,73 0,42 0,68 0,36

185/75 40 0,84 0,64 0,81 0,57

R16C 60 0,81 0,55 0,78 0,46

| К-156 80 0,78 0,45 0,76 0,40

Таблица 9

Значения коэффициентов продольного сцепления шин 185/75 R16C моделей VS - 21 и К -156, полученные при испытаниях на ДДЛ НИИШП и стенде 3327, а также тормозные пути автомобиля ГАЗ - 2705

шина Значение коэффициента сцепления Тормозной путь автомобиля, м

Пиковое при испытаниях на ДДЛ НИИШП Пиковое при испытаниях на стенде 3327 При скольжении шины на ДДЛ НИИШП При скольжении шины на стенде 3327

185/75R16C К-156 0,81 0,78 0,50 0,45 23,98

100,00% 100,00% 100,00% 100,00% 100,00%

185/75R16C VS-21 0,75 0,71 0,46 0,42 25,62

93,17% 91,03% 92,53% 93,33% 106,84%

Для сопоставления результатов, полученных при испытаниях шин на ДДЛ НИИШП и стенде 3327, был выполнен регрессионный анализ. В результате регрессионного анализа получено следующее уравнение регрессии:

у = 0,9486х +0,0761. (6)

При этом величина достоверности R2 = 0,97, что свидетельствует о значительной связи между данными, полученными на ДДЛ НИИШП и стенде 3327.

Используя данное уравнение и результаты испытаний шин на стенде 3327 была проанализирована подготовленность Российских производителей шин к введению в Правила ЕЭК ООН поправки, касающейся сцепных свойств шин. Для оценки отобрали 32 шины, из которых 8 - импортного производства. Результат анализа показал, что 53% испытанных шин соответствуют требованиям проекта, а 47% не соответствуют, при этом из соответствующих шин 41 % составляют шины импортного производства, а из несоответствующих всего 6%. Возможно, представленная выборка не отражает всего рынка шин России. Но то, что ни у одной из испытанных шин Российского производства показатель пикового коэффициента сцепления не достиг величины 0,9, а у большинства импортных шин превысил его, - является тревожным фактором.

Используя в качестве исходных данных результаты испытаний шин 185/75 R16C модели К - 156 и 185/75 R16C модели VS - 21 на ДДЛ НИИШП, приведенные в табл. 8, были проведены расчеты тормозного пути автомобиля ГАЗ - 2705 с использованием разработанной имитационной модели.

Расчетные данные были сопоставлены с данными, полученными при испытаниях автомобиля ГАЗ - 2705 на двух комплектах шин 185/75 R16C модели К - 156 и 185/75 R16C модели VS - 21 и с расчетными данными, полученными при расчете тормозного пути автомобиля классическим методом.

Результаты расчета по имитационной модели, а так же результаты расчета тормозного пути автомобиля классическим методом без учета перераспределения масс автомобиля и изменения коэффициента продольного сцепления шины в зависимости от линейной скорости движения приведены в табл. 10. Также в таблице приведены экспериментальные данные, полученные при торможении реального автомобиля ГАЗ - 2705.

Таблица 10

Значения тормозного пути автомобиля ГАЗ 2705 полученные при расчете и экспериментально

Модель шины По разработанной имитационной модели, м По классической модели, м При реальных дорожных испытаниях, м

185/75 1*160 модели К-156 24,53 17,11 23,98

185/75 тбС модели Ч/Б — 21 27,8 19,84 25,62

Анализ полученных при расчете динамических зависимостей показал, что в процессе торможения автомобиля с установленными на нем шинами 185/75 R16C модели К -1 56 и VS - 21:

1. Колеса переднего моста автомобиля блокируются быстрее, чем колеса заднего моста при торможении на обеих моделях шин;

2. Нормальная реакция на колесах передней оси имеет значения выше при торможении автомобиля с установленными шинами модели К—156;

3. Касательные реакции на колесах передней оси также имеют значения выше при установке шин модели К-156;

4. Блокирование колес заднего моста автомобиля происходит быстрее при установленных шинах модели К -156;

5. Значение тормозного пути автомобиля больше при торможении на шинах модели VS - 21.

Таким образом, можно говорить о том, что разработанная имитационная модель отражает большинство реальных процессов, происходящих при торможении реального автомобиля.

Сопоставляя значения тормозного пути автомобиля, полученные при расчете классическим методом, методом, представленным в диссертационной работе, и результаты экспериментальных исследований можно сделать вывод, что значения тормозных путей, полученные при расчете классическим методом, и экспериментальные данные различаются на 28,64% для шин 185/75 R16C модели К -156 и 22,56% для шин 185/75 R16C модели VS - 21, значения, полученные методом расчета, описанным в диссертационной работе, и экспериментальные данные на 2,24% для шин 185/75 R16C модели К-156 и 7,8% для шин 185/75 R16C модели VS - 21.

Анализируя представленную имитационную модель торможения автомобиля, можно говорить о том, что в результате испытаний мы получаем «среднее значение» коэффициента сцепления шины для интервала скоростей между которыми происходит торможение, и интервала нагрузок, действующих на шины, т.е. здесь необходимо говорить не об оценке сцепления шины с дорожной поверхностью, а об оценке применимости или работоспособности данной шины на данном автомобиле. Таким образом, наиболее подходящим для оценки сцепных свойств шин можно считать представленный в работе метод, основанный на использовании разработанной динамометрической тележки.

Основные выводы и рекомендации

1. Анализ существующих в испытательной практике методов оценки сцепных свойств шин с дорожной поверхностью, а также стандартов, регламентирующих сцепные свойства шины с дорожной поверхностью показал, что существующие нормативы не достаточно проработаны для их применения и отсутствует общепринятая методика оценки сцепных свойств шин.

2. Разработанная и реализованная с помощью современных программных средств (пакет MathCAD) имитационная модель торможения автомобиля, учитывающая особенности тормозной системы автомобиля, изменение коэффициента продольного сцепления шин автомобиля при торможении, перераспределение нагрузки между осями автомобиля при торможении, позволяет рассчитывать основные параметры движения автомобиля при торможении.

3. Представленная имитационная модель торможения позволяет фиксировать характерные особенности процесса торможения: различные фазы процессов касательных реакций, упругое и полное скольжение шин, разницу во времени блокировки колес переднего и заднего мостов, изменение вертикальной реакции. При этом расхождение значений, полученных разработанным в диссертационной работе методом расчета и экспериментальными данными, составляет 2,24% для шин 185/75 R16C модели К - 156 и 7,8% для шин 185/75 R16C модели VS - 21, что позволяет говорить об адекватности модели и эксперимента.

4. Разработанная и изготовленная дорожная динамометрическая лаборатория НИИШП с автоматизированной системой проведения испытаний позволяет оценивать продольный коэффициент сцепления шины с дорожной поверхностью при следующих переменных: нормальной нагрузке, действующей на колесо; линейной скорости движения шины; пленке воды в пятне контакта шины с дорожной поверхностью; давления воздуха в шине, на различных дорожных поверхностях.

5. Выполненный анализ точности измерительной системы ДДЛ НИИШП показал, что погрешность измерительной системы лаборатории составляет 4,74%, что свидетельствует о приемлемости

измерительной системы лаборатории, а влияние оператора на результаты испытаний исключено.

6. Выполненные сравнительные испытания различных образцов шин на ДДЛ НИИШП, стенде 3327 с качением шины по внутренней беговой поверхности барабана и испытательном автомобиле показали, что результаты испытаний, полученные перечисленными методами, сопоставимы. В результате выполненного регрессионного анализа результатов испытаний шин на ДДЛ НИИШП и стенде 3327 было получено уравнение регрессии у=0,9486х+0,0761 с величиной достоверности R2 = 0,97, которое можно использовать для пересчета результатов испытаний, полученных на стенде 3327 в результаты ДДЛ НИИШП, и наоборот.

7. Использование разработанного метода позволило получить зависимости коэффициента продольного сцепления шин от линейной скорости движения шин, нормальной нагрузки, действующей на шину, давления воздуха в шине. Зависимости, полученные при испытаниях, подтверждают данные, полученные другими исследователями.

8. Рекомендуется ранжировать шины, эксплуатируемые в России, по сцепным свойствам, т.е. ввести обозначение сцепных свойств шины на её боковине. Для повышения безопасности движения автомобилей в транспортном потоке предлагается информировать других водителей об использовании на данном автомобиле шин с повышенными сцепными свойствами.

9. Разработанный метод и средство оценки сцепных свойств шин с мокрой дорожной поверхностью может быть взят за основу для утверждения стандартного метода оценки продольного коэффициента сцепления шин.

Основные положения работы отражены в следующих публикациях:

1. Калинковский B.C. Кучеренко А.В. Опрышко В.Ф. Щередин В.А. Исследование сцепных свойств шин с мокрой дорожной поверхностью // Ассоциация автомобильных инженеров России: Материалы конференций за 2001-2002 гг./ ФГУП НИЦИАМТ. Дмитров-7, 2002.

2. Кучеренко А.В. Юрьев Ю.М Сцепные свойства шин с влажной асфальтобетонной поверхностью и сопротивление качению при различной рецептуре резины протектора// Проблемы шин и резино-кордных композитов: Сборник научных трудов. М., 2001.

3. Кучеренко А.В. Юрьев Ю.М Обзор зарубежных конструкций испытательных стендов// Проблемы шин и резинокордных композитов: Сборник научных трудов. М., 2001.

4. Рябчинский А.И. Русаков В.З. Карпов В.В. Устойчивость и управляемость автомобиля и безопасность дорожного движения. Шахты, 2003. (с.49-52)

5. Русаков В.З. Кучеренко А.В. Теоретические основы моделирования торможения автотранспортного средства// Известия высших учебных заведений северо - кавказский регион: Сборник научных трудов. Новочеркасск, 2004.

6. Русаков В.З. Додонов Б.М. Кучеренко А.В. Имитационная модель торможения автомобиля// Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы IV международной научно - практической конференции. Новочеркасск, 2004.

Подписано в печать II.OI.i006r. Формат 60x94/16

Печать офсетная Усл. печ. л. 1.4 Уч.-изд. л. 1.2

Тираж loo зю._Заказ I_

Рогапртг МАДОКПУ) 125319. Мост, Лмнрип« просп., G4

OS. 12

г г фев 2005

Введение

1 Обзор требований к сцепным свойствам шин с дорожной по- 9 верхностью

1.1 Влияние внешних факторов на сцепление шины с дорожной 18 поверхностью

1.1.1 Влияние типа и состояния дорожного покрытия

1.1.2 Влияние высоты рисунка протектора

1.1.3 Влияние скорости качения шины и шероховатости покрытия

1.2 Обзор используемых в мировой практике методов исследова- 23 ния сцепных свойств шин с дорожной поверхностью

1.2.1 Методы оценки сцепных свойств шин с использованием испы- 25 тательного автомобиля

1.2.1.1 Методы оценки поведения автомобиля на мокрой дороге

1.2.1.2 Методы оценки поперечного сцепления шин с мокрой дорож- 27 ной поверхностью

1.2.1.3 Методы оценки скорости начала аквапланирования шины

1.2.1.4 Метод определения максимального коэффициента продольно- 31 го сцепления шин с дорожной поверхностью при торможении без блокировки колес

1.2.2 Метод оценки сцепных свойств шин с помощью динамометри- 32 ческой тележки

1.2.3 Стендовые методы оценки сцепных свойств шин 35 Выводы по главе. Цели и задачи исследования

2. Теоретическое исследование движения автомобиля при тор- 42 можении

2.1 Имитационная модель торможения автомобиля

Выводы по главе

3 Разработка дорожной динамометрической лаборатории

3.1 Динамометрическая тележка

3.2 Измерительная система динамометрической лаборатории

3.3 Система затормаживания испытываемого колеса

3.4 Тарировка датчика продольной силы

3.5 Система подачи воды к пятну контакта испытываемой шины с 67 дорожной поверхностью

3.6 Рабочий цикл испытания шины на дорожной динамометриче- 68 ской лаборатории

3.7 Анализ точности измерительной системы ДДЛ НИИШП

3.7.1 Выполнение испытаний

3.7.2 Вычисление коэффициентов

3.7.3 Анализ результатов 73 Выводы по главе

4 Экспериментальное исследование продольного коэффициента 76 сцепления шин. Проверка адекватности разработанной имитационной модели торможения автомобиля

4.1 Объекты, режимы и цели испытаний

4.2 Результаты испытаний

4.3 Анализ результатов испытаний

4.4 Проверка адекватности разработанной имитационной модели 112 торможения автомобиля

Выводы по главе

Актуальность темы исследования. Рост автомобильного транспорта в количественном и качественном отношениях, увеличение средних скоростей и интенсивности движения приводят к тому, что наиболее актуальной становиться проблема обеспечения безопасности движении на дорогах.

Динамика аварийности за последние 7 лет в России настораживает. Если в 1997 году в стране количество происшествий, число погибших и раненых в них достигли минимального значения за последние 14 лет, то в 1998 году произошел рост всех основных показателей. В 2001 году обстановка с аварийностью на автомобильном транспорте значительно осложнилась: возросло как количество дорожно-транспортных происшествий (на 4,3%), так и число погибших (на 4,5%) и раненых (на 4,7%) в них людей. За 12 месяцев в стране зарегистрировано 164403 ДТП, в которых погибло 30916 и получили ранения 187790 человек [1].

В последние годы ведутся разработки по совершенствованию конструкции автомобиля для улучшения показателей конструктивной безопасности (совершенствуются конструкция рулевого управления, подвески, тормозной системы, технические параметры колес и шин). Но все улучшения конструкции автомобиля могут быть бесполезны, если не будет обеспечена надежная связь шины с дорогой, которая обусловлена сцепными свойствами шин. Особенно большое значение приобретает проблема сцепления шин с дорожной поверхностью в связи с ростом скоростей движения автомобилей. Как известно [2] при повышении скорости движения резко снижается сцепление шин с поверхностью дороги (рис. 1, 2), при этом увеличивается тормозной путь автомобиля, ухудшаются параметры устойчивости и управляемости. с

•смоченная поверхность (плёнка воды 2,5+-0,5 мм) марка 1 смоченная поверхность (плёнка воды 2,5+-0,5 мм) марка 2

-■— смоченная поверхность (плёнка воды 2,5+-0,5 мм) марка 3

О 50 100 150 V, км/ч

Нагрузка Q = 555 кгс. Начальное давление воздуха в шине р^ = 2.0 кгс/смг. Поверхность - смоченная

Рис. I. График зависимостей коэффициента бокового сцепления шины 205/65 R15 разных марок от скорости качения

-х—пик при мокрой поверхности (пленка воды 9 +-1 мм) марка 1

-ж— юэ при мокрой поверхности (пленка воды 9 +- 1 мм) марка 1

40

60

80

100

120 140 V, км/ч пик при мокрой поверхности (пленка воды 9 +- 1 мм) марка 2

-•— юз при мокрой поверхности (пленка воды 9 +-1 мм) марка 2

-■— пик при мокрой поверхности (пленка воды 9 +-1 мм) марка 3

-Ф— юз при мокрой поверхности (пленка воды 9 +-1 мм) марка 3

Давление воздуха в шинах р^=2.0 кгс/см2; Нагрузка на шины 555 кг.

Рис. 2. График зависимости коэффициентов продольного сцепления (при торможении) при частичном и полном проскальзывании от скорости качения колеса для шины 205/65 R15 различных марок

В 2001 году в Российской Федерации 38% ДТП произошли при движении автомобилей на повышенной скорости и при несоответствии выбранной скорости движения автомобиля условиям его движения. 25,5% ДТП, произошедших в 2001 году - столкновения, 12,4% - опрокидывания транспортных средств, 2,6% - наезды на стоящие транспортные средства, 6% - наезды на препятствия, 48,6% - наезды на пешеходов [1].

В 2002 году на территории Российской Федерации зарегистрировано 184365 ДТП, в которых погибли 33243 и получили ранения 215678 человек. Отмечен рост как количества дорожно-транспортных происшествий (+12,1%), так и число погибших (+ 7,5%) и раненых (+14,9%) в них людей.

В 2003 г. на территории Российской Федерации отмечен рост трех основных показателей аварийности: количество дорожно-транспортных происшествий возросло на 10,8%, число погибших - на 7,1% и раненых - на 13,1%. Всего зарегистрировано 204267 ДТП, в которых погибли 35602 и получили ранения 243919 человек. Около половины всех происшествий (44,3% или 90573 ДТП) составили наезды на пешеходов. Более четверти всех происшествий (28,9% или 59005) - это столкновения транспортных средств. До-рожно - транспортных происшествий с опрокидыванием транспортных средств зарегистрировано 26304. Доля наездов на препятствие составила 6,4%, на стоящие транспортные средства - 2,6%. Свыше трех четвертей (77,6%) всех ДТП или 158606 (+12,4%) произошло из-за нарушений правил дорожного движения водителями транспортных средств. В них погибло 28653 (+6,9%) и ранено 203375 (+14,8%) человек. Около трети (29,5% или 46734) всех происшествий по вине водителей связаны с неправильным выбором скорости движения транспортного средства. Каждое шестое ДТП (16,4% или 26028) совершено водителем, не имеющим права управления. Выезд на полосу встречного движения послужил причиной 14,2% или 22479 происшествий. Сократилось (на 11,6%) количество происшествий из-за превышения установленной скорости движения. Всего в течение года совершено 8103 таких ДТП. При снижении числа погибших (-1,9%) продолжился рост количества ДТП (+5,6%) и числа раненых (+8,8%) людей по вине нетрезвых водителей. По итогам года зарегистрировано 23829 таких происшествий, повлекших гибель 4039 и ранение 33430 человек. Более четверти (26,7%) или 54635 (+4,8%) ДТП произошло из-за нарушений правил дорожного движения пешеходами. В них погибло 8965 (+6,5%) и ранено 48123 (+4,5%) человека. Свыше половины (63,6%) всех происшествий по вине пешеходов связаны с переходом ими проезжей части в неустановленном месте или вне пешеходного перехода. Причем количество таких ДТП возросло на 6,0% и составило в течение года 34742. По сравнению с предшествующим годом возросло (+3,3%) количество происшествий, при которых зафиксированы неудовлетворительные дорожные условия. Всего зарегистрировано 50685 таких ДТП, в них погибло 9059 (-1,0%) и ранено 59845 (+5,2%) человек. Данная причина отмечалась в каждом четвертом (24,8%) происшествии. Эксплуатация технически неисправных транспортных средств послужила причиной 4367 (+21,1%) ДТП, в них погибло 855 (+6,1%) и ранено 5728 (+23,5%) человек Удельный вес этих происшествий в массиве ДТП не велик и составил 2,1%. В 2003 г. в расчете на каждые 10 тыс. транспортных средств произошло 59 ДТП. В среднем по стране из каждых 100 тыс. жителей в ДТП пострадали 195 человек. Тяжесть последствий ДТП в среднем по Российской Федерации составила 13 погибших на 100 пострадавших.

По результатам прогноза, основанного на анализе изменения показателей аварийности и численности и структуры автомобильного парка за последние 10 лет в России и регионах, рост аварийности в 2004 г. по отношению к 2003 году может составить: по числу погибших - от 4% до 10%, по числу раненых - от 7% до 15%, по количеству дорожно-транспортных происшествий - от 5% до 12% [3].

ДТП в основном являются следствием нескольких причин, которые связаны друг с другом. Так, например причиной наезда или опрокидывания автомобиля могут стать низкие сцепные свойства шин. Однако, при анализе и определении причин возникновения ДТП указывают на технические неисправности автомобиля - повышенные зазоры в рулевом управлении, неисправная тормозная система и.т.д., нарушение правил движения, квалификация водителя. Конечно же такой подход в совокупности с фактическим отсутствием требований к сцепным свойствам шин с дорожным покрытием не способствует улучшению безопасности дорожного движения. Исследования, проведенные во ФГУП «НИИШП» показывают, что значения коэффициентов продольного и бокового сцепления для шин разных производителей различаются в 1,5-2 раза. Поэтому измерение, оценка а в конечном итоге стандартизация таких показателей, как боковой и продольный коэффициенты сцепления, а также скорость начала аквапланирования шин имеют большое значение для предотвращения дорожно-транспортных происшествий и повышения безопасности дорожного движения.

Теоретическая база исследования. Многие исследователи изучали проблему сцепления шин с дорожной поверхностью. В 1935 году в Российской промышленности исследованием сцепных свойств шин занимались Е.А. Чудаков, В.И. Ланин, И.Н. Чернышев, B.C. Фалькевич [4]. Тогда же были опубликованы и первые зарубежные работы Т.П. Джоя, Д.Ц. Хартли [5], Р.Н. Саала [6]. Далее тема сцепных свойств шин с дорожной поверхностью быстро развивалась. Коллективом под руководством Е.А. Чудакова проводились исследования на стенде для статических испытаний шин [71 и простейшей динамометрической тележке [8] влияния на сцепление шин с твердыми дорожными покрытиями режимов работы шины, скорости движения и рисунка протектора.

С.М. Цукерберг был одним из первых исследователей, изучавших влияние конструкции шины на сцепление с различными дорожными покрытиями в реальных режимах работы шин непосредственно на автомобиле [9].

Большой интерес для конструкторов шин представляют работы В.И. Кнороза [2], И.В. Иванова [11], О.Г. Подлиха [12], Ш.А. Паршина [13], [14], [15], В.А. Астрова [16], И.П. Петрова [17], В.Ф. Аукашука [18].

Широкие исследования сцепных свойств шин с дорожной поверхностью проводились также за рубежом. Интерес представляют, прежде всего, работы В. Хофферберта [19], В.Е. Гоффа и Д.В. Баджера [20], [21], [22], Б. Альберта и И. Уолкера [23], Т. Френга [24], [25], К.А. Гроша [26], [27], Д. Балджина [28], [29], В. Хорна, У. Джойнера и Т. Леланда [30], [31], [32]. В. Генгенбаха [33], [34], [35], [36], [37], которые непосредственно были посвящены изучению влияния конструктивных, либо эксплуатационных факторов на сцепные свойства шин с дорожной поверхностью.

Основные выводы и рекомендации

1. Анализ существующих в испытательной практике методов оценки сцепных свойств шин с дорожной поверхностью, а также стандартов, регламентирующих сцепные свойства шины с дорожной поверхностью показал, что существующие нормативы не достаточно проработаны для их применения и отсутствует общепринятая методика оценки сцепных свойств шин.

2. Разработанная и реализованная с помощью современных программных средств (пакет MathCAD) имитационная модель торможения автомобиля, учитывающая особенности тормозной системы автомобиля, изменение коэффициента продольного сцепления шин автомобиля при торможении, перераспределение нагрузки между осями автомобиля при торможении, позволяет рассчитывать основные параметры движения автомобиля при торможении.

3. Представленная имитационная модель торможения позволяет фиксировать характерные особенности процесса торможения: различные фазы процессов касательных реакций, упругое и полное скольжение шин, разницу во времени блокировки колес переднего и заднего мостов, изменение вертикальной реакции. При этом расхождение значений, полученных разработанным в диссертационной работе методом расчета и экспериментальными данными, составляет 2,24% для шин 185/75 R16C модели К - 156 и 7,8% для шин 185/75 R16C модели VS - 21, что позволяет говорить об адекватности модели и эксперимента.

4. Разработанная и изготовленная дорожная динамометрическая лаборатория НИИШП с автоматизированной системой проведения испытаний позволяет оценивать продольный коэффициент сцепления шины с дорожной поверхностью при следующих переменных: нормальной нагрузке, действующей на колесо; линейной скорости движения шины; пленке воды в пятне контакта шины с дорожной поверхностью; давления воздуха в шине, на различных дорожных поверхностях.

5. Выполненный анализ точности измерительной системы ДДЛ НИИШП показал, что погрешность измерительной системы лаборатории составляет 4,74%, что свидетельствует о приемлемости измерительной системы лаборатории, а влияние оператора на результаты испытаний исключено.

6. Выполненные сравнительные испытания различных образцов шин на ДДЛ НИИШП, стенде 3327 с качением шины по внутренней беговой поверхности барабана и испытательном автомобиле показали, что результаты испытаний, полученные перечисленными методами, сопоставимы. В результате выполненного регрессионного анализа результатов испытаний шин на ДДЛ НИИШП и стенде 3327 было получено уравнение регрессии у=0,9486х+0,0761 с величиной достоверности R2 = 0,97, которое можно использовать для пересчета результатов испытаний, полученных на стенде 3327 в результаты ДДЛ НИИШП, и наоборот.

7. Использование разработанного метода позволило получить зависимости коэффициента продольного сцепления шин от линейной скорости движения шин, нормальной нагрузки, действующей на шину, давления воздуха в шине. Зависимости, полученные при испытаниях, подтверждают данные, полученные другими исследователями.

8. Рекомендуется ранжировать шины, эксплуатируемые в России, по сцепным свойствам, т.е. ввести обозначение сцепных свойств шины на её боковине. Для повышения безопасности движения автомобилей в транспортном потоке предлагается информировать других водителей об использовании на данном автомобиле шин с повышенными сцепными свойствами.

9. Разработанный метод и средство оценки сцепных свойств шин с мокрой дорожной поверхностью может быть взят за основу для утверждения стандартного метода оценки продольного коэффициента сцепления шин.

1. Дорожно-транспортные происшествия в России в 2001 году. - М.: ГУГИБДД МВД РФ, 2002.

2. Кнороз В.И. Работа автомобильной шины. М.: Транспорт, 1960.

3. Н.Л. Павлова. Состояние аварийности на автомототранспорте в Российской Федерации. http://www.gibdd.ru/id4/id26 (06.01.05).

4. Чудаков Е.А. и др. Коэффициент сцепления между автомобильной шиной и дорогой.// Изв. АН. СССР. 1938, №5.

5. Joy Т.Р., Hastly D.C. Tyre characteristics as applicable to vehicle stability problems.// Proc. Auto. Div. Inst. Mech. Eng. 1953.

6. Saal R.N. Laboratory investigation in to the Slipperiness of Road.// Journal Soc. Chemistry and Industry. 1930.

7. Чудаков Е.А. Качение автомобильного колеса. М.: Машгиз, 1947.

8. Чудаков Е.А. Избранные труды. Том 1. АН СССР, 1961.

9. Цукерберг С.М. Технико-эксплуатационные качества шин. Сцепление шины с дорогой: Дис. канд. техн. наук // МАДИ. М., 1948.

10. Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения легковых автомобилей в отношении торможения. ГОСТ Р 41.13 -Н 99 (Правила ЕЭК ООН № 13). - М.: Издательство стандартов, 1999.

11. Иванов И.В. Исследование влияния геометрии шины на ее сцепление с дорогой и боковой увод: Дис. канд. техн. наук // МАМИ. М., 1952.

12. Подлих Э.Г. Исследование сцепления пневматической шины с дорожным покрытием: Дис. канд. техн. наук // МАДИ. М., 1963.

13. Паршин М.А. Сцепление колеса автомобиля с дорожным покрытием и безопасность движения: Дис. канд. техн. наук // МАДИ. М., 1967.

14. Паршин М.А. Епифанцев А.Т. Слюдиков Л.Д. Исследование сцепления легковых шин с дорожным покрытием // Каучук и резина. -1966. №3.

15. Стацюк JI.С. Паршин М.А. Карпинская И.М. Контроль за состоянием дорожных покрытий по сцеплению // Безопасность движения и техника безопасности на автотранспорте. 1964.

16. Астров В.А. Исследование сцепления пневматических шин с шероховатым дорожным покрытием в процессе его эксплуатации: Дис. канд. техн. наук //МАДИ. М., 1965.

17. Петров И.П. Исследование сцепления колеса с твердой опорной поверхностью: Дис. канд. техн. наук // МАМИ. М., 1965.

18. Лукащук Р.Ф. Исследование скользкости дорожных покрытий портативными измерительными приборами: Дис. канд. техн. наук // МАДИ. -М., 1969.

19. Hofferberth W. Verhalten der Luftreifen auf nasser Strasse // ATZ. 1965. №9.

20. Gough V.E., Badger D.W. Tyres and road safety. L., 1966.

21. Gough V.E. Discussion of Tabors paper // Frottoment du Caoutchonc. -1959. №36.

22. Gough V.E. Reibung von Gummi // Strassenbau und Strassen-verkehrstehnik. 1962. № 19.

23. Allbert B. Walker I.C. Tire to wet Road Friction at High Speeds // A.D. Proc. Inst. Mech. Engrs. 1980. №6.

24. French T. Interaction of tread rubber material and tread design feature on tyreroad adhesion. M., 1969.

25. French T. Patton R. Advances in the Roadholding Characteristics of Car Tires.-L., 1961.

26. Grosh K.A. Maycock G. Influence of test conditions on the wet skid resistance of tyre tread compounds // Trans. I.R.I. 1962. №6.

27. Grosh K.A. Oil extended NR // Rubber Age. 1967. №10.

28. Bulgin D. Hubbard G.D. Conditions for the Formation of a Steam Layer at the Tyre-Road Interface of Braked Tyres on Wet Surfaces. M., 1969.

29. Bulgin D. Die Reibungseigenschaften von Gummi und die Strassen-Haftung von Heifen I I Kautschuk und Gummi. 1967. №10.

30. Horn W.B. Jouner U.T. Some affects of Runway Slush an Water on Operation of Airplanes // SAE preprint. 1961. №275.

31. Horn W.B. Leland T. Runway alipperiness and alush // RAS Journal. -1963. №633.

32. Horn W.B. Jouner U.T. Pneumatic tire hydroplaning and Some affects of vehicle performance // SAE Journal. 1965. №12.

33. Gengenbach W. Experimentelle Untersuchung von Reifen auf nasser Fahr-bahn. Teil 1: Messgerate und Messverfahren //ATZ. 1968. №3.

34. Gengenbach W. Experimentelle Untersuchung von Reifen auf nasser Fahr-bahn. Teil 2: Messergebnisse // ATZ. 1968. №8.

35. Gengenbach W. Experimentelle Untersuchung von Reifen auf nasser Fahr-bahn. Teil 3: Weitere Messergebnisse // ATZ. 1968. №9.

36. Gengenbach W. Experimentelle Untersuchung uber das Aufschwinmen von Kraftfahrzeugreifen auf nasser Fahrbahn // Automobil-Industrie. -1968. №10.

37. Gengenbach W. Weber R. Der Einfluss des Fahrbahnbelages, der Gesch-windigkeit und der Profilteile von Reifen auf den Kraftschluss bei Nasse // Automobil-Industrie. 1970. №4.

38. Стецюк JI.С., Паршин М.А., Епифанцев А.Т. Сцепление колеса с дорогой и безопасность движения. М.: Автотрансиздат, 1963.

39. Левин Ю.С. Исследование влияния конструкции шин на сцепление с мокрой дорогой: Дис. канд. техн. наук // НИИШП. М., 1971.

40. Илларионов В.А. Экспертиза дорожно-транспортных происшествий. -М.: Транспорт, 1989.

41. Автомобильные дороги. СНиП 2.05.02 85. - М.: Кодекс, 1995.

42. Средства измерений, допущенные к выпуску в обращение в СССР: Описание утвержденных образцов. М.: Изд-во стандартов, 1998.

43. Дороги автомобильные. Метод определения коэффициента сцепления колеса автомобиля с дорожным покрытием. ГОСТ 30413-96. М.: Издательство стандартов, 1997.

44. Шины пневматические для легковых автомобилей, прицепов к ним, легких грузовых автомобилей и автобусов особо малой вместимости. Технические условия. ГОСТ 4754 97. - М.: Издательство стандартов, 1997.

45. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки. ГОСТ Р 51709 2001. - М.: Издательство стандартов, 2001.

46. Бухарин Н.А. Тормозные системы автомобилей. М.: Машгиз, 1950.

47. Чудаков Е.А. Теория автомобиля. М.: Машгиз, 1950.

48. Гредескул А.Б. Динамика торможения автомобиля: Дис. док. техн. наук//М., 1964.

49. Иларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобиля. М.: Машиностроение, 1966.

50. Иларионов В.А., Пчелин И.К. Анализ тормозной динамичности автобуса.-Львов, 1975.

51. Иларионов В.А., Пчелин И.К., Цванг A.M. Торможение автомобиля с противоблокировочными устройствами // Организация автомобильных перевозок и безопасность движения. 1976. №3.

52. Петров В.А. Автоматические системы транспортных машин. М.: Машиностроение, 1974.

53. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Расчет показателей тормозной динамичности автомобиля // Автомобильная промышленность. 1976. №1.

54. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Исследование процесса торможения автомобиля с противоблокировочными устройствами II Безопасность и надежность автомобиля. 1976. №1.

55. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Тормозная динамичность автомобиля с противоблокировочными устройствами // Автомобильная промышленность. 1977.

56. Пчелин И.К., Иларионов В.А. Влияние случайных возмущений и колебаний на тормозную динамичность автомобиля с противоблокировочными системами // Автомобильная промышленность. 1979. №3.

57. Madison R.H., Riordan Н.Е. Evolution of Sure Track brake system // SAE preprints, 1969. №213.

58. Ечеистов Ю.А. Исследование некоторых эксплуатационных качеств автомобиля с учетом преобразующих свойств его шин: Дис. канд. техн. наук// М., 1954.

59. Балакин В.Д., Петров М.А. Аналитическое исследование торможения колеса с противоблокировочным устройством в тормозном приводе // Автомобильная промышленность. 1965. №11.

60. Гуревич JI.B., Меламуд Р.А. Тормозное управление автомобиля. -М.: Транспорт, 1978.

61. Ечеистов Ю.А., Найденов JI.K. Торможение автомобильного колеса на твердой дороге // Автомобильная промышленность. 1971. №6.

62. Ечеистов Ю.А., Куликов Е.М. Исследование процесса качения тормозящего колеса по твердой дороге с учетом боковой силы // Безопасность и надежность автомобиля. 1977.

63. Каландаров А.Х. Исследование тормозных свойств автомобиля с противоблокировочной системой: Дис. канд. техн. наук // М., 1978.

64. Лукавский П.Б. Регулирование скольжения колес автомобиля при торможении: Дис. канд. техн. наук II М., 1975.

65. Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме. -Омск: Западносибирское книжное издательство, 1973.

66. Петров М.А., Балакин В.Д., Тюнев Ю.В. Расчетное определение продольных и боковых реакций при движении колеса с уводом // Автомобильная промышленность. 1978.

67. Петров М.А., Балакин В.Д., Дик А.Б. Описание динамических свойств тормозящего колеса при работе его с антиблокировочной системой // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. 1979.

68. Ревин А.А. Устойчивость автомобиля на прямолинейном участке при торможении с независимой антиблокировочной системой // Автомобильная промышленность. 1980. №3.

69. Ревин А.А. Устойчивость движения автомобиля на прямолинейном участке при торможении с зависимой антиблокировочной системой // Автомобильная промышленность. 1980. №5.

70. Ревин А.А. Торможение автомобиля с антиблокировочной системой на дорогах с поперечной неравномерностью коэффициента сцепления // Автомобильная промышленность. 1980. №6.

71. Ревин А.А. Тормозные свойства автомобилей с антиблокировочной системой при движении на повороте // Автомобильная промышленность. 1983. №1.

72. Фрумкин А.К., Лигай В.В. Аналитическое исследование торможения автомобильного колеса с АБС // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. 1979.

73. Балакин В.Д., Малюгин П.Н., Дик А.Б., Ковальков В.А. Результаты моделирования рабочего процесса антиблокировочной системы в общем случае движения колеса по плоскости // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. 1979.

74. Дик А.Б., Петров М.А., Малюгин П.Н. Моделирование процесса торможения автомобильного колеса в общем случае движения на плоскости // Повышение эксплуатационной надежности и безопасности движения автомобильного транспорта. 1978.

75. Генбом Б.Б., Гудз Г.С., Демьянюк В.А. Вопросы динамики торможения и теории рабочих процессов тормозных систем автомобилей. -Львов: Высшая школа, 1974.

76. Ечеистов Ю.А. Исследование некоторых эксплуатационных качеств автомобиля с учетом преобразующих свойств его шин: Дис. канд. техн. наук// М., 1973.

77. Иларионов В.А., Пчелин И.К. Касательная реакция дороги, действующая на тормозящее колесо // Автомобильные перевозки, организация и безопасность движения: Труды МАДИ. 1978. №156.

78. Иларионов В.А., Пчелин И.К. Реакции дороги, действующие на тормозящее колесо автомобиля // Исследование торможения автомобиля и работы пневматических шин. 1979.

79. Антонов Д.А. Теория устойчивости движения многоосных автомобилей. М.: Машиностроение, 1978.

80. Артемьев А.Н. Брянский Ю.Л. Нелинейная передаточная функция водителя: Труды МАДИ. М.: МАДИ, 1973. №73.

81. Литвинов А.С. Управляемость и устойчивость автомобиля. М.: Машиностроение, 1971.

82. Келдыш М.В. Шимми переднего колеса трехколесного шасси: Труды ЦАГИ. 1945. №564.

83. Динамика системы дорога шина - автомобиль - водитель / Под Общ. редакцией А.А. Хачатурова. -М.: Машиностроение, 1976.

84. Ревин А. А. Комплексная технология моделирования тормозной динамики автомобиля. Волгоград: РПК Политехник, 2000.

85. Литвинов А.С. Форобин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство». М.: Машиностроение, 1989.

86. Эллис Д.Р. Управляемость автомобиля. М.: Машиностроение, 1975.

87. Statistical process control (SPC). Reference Manual. Issued: Chrysler Corporation, Ford Motor Company, General Motors Corporation, 1995.

88. Инструкция по эксплуатации автомобильной установки ПКРС-2 для контроля ровности и коэффициента сцепления дорожных покрытий. -М.: СоюздорНИИ, 1971.

89. Афанасьев Л.Л., Дьяков А.Б., Илларионов В.А. Конструктивная безопасность автомобиля: Учебное пособие для студентов втузов, обучающихся по специальности «Организация дорожного движения». -М.: Машиностроение, 1983.

90. Ильясов Р. С. Исследование напряженно-деформированного состояния зон усталостного разрушения радиальных пневматических шин: Дис. канд. техн. наук // Нижнекамск, 2003.

91. Соколов С. Л. Исследование напряженно-деформированного состояния зон усталостного разрушения радиальных пневматических шин: Дис. канд. техн. наук // НИИШП. М., 2003.

92. Игнатьев С. В. Исследование вибрационных характеристик системы "автомобиль-шина" и разработка средств контроля качества шин: Дис. канд. техн. наук // М., 2001.

93. Фролов А. А. Совершенствование технологии и оборудования для ошиповки автомобильных шин шипами противоскольжения: Дис. канд. техн. наук // Вологда, 2001.

94. Белкин А. Е. Разработка системы моделей и методов расчета напряженно-деформированного и теплового состояний автомобильных радиальных шин: Дис. канд. техн. наук // М., 1998.

95. Капралов С. С. Повышение управляемости легкового автомобиля за счет совершенствования характеристик шин: Дис. канд. техн. наук // Омск, 1998.

96. Соколов С. JI. Исследование напряженно-деформированного состояния зон усталостного разрушения радиальных пневматических шин: Дис. канд. техн. наук // М., 2003.

97. Гулин Р. В. Оптимизация технических и технологических параметров ошиповки автомобильных шин: Дис. канд. техн. наук // Вологда, 2002.

98. Петров А. И. Влияние условий эксплуатации на долговечность и безотказность автомобильных шин: Дис. канд. техн. наук // Тюмень, 1999.

99. Маргарян С. А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния пневматических шин: Дис. канд. техн. наук // М., 2000.

100. Бадюля А. П. Автоматизированная система поддержки процесса проектирования рисунков протекторов пневматических шин: Дис. канд. техн. наук // Волгоград, 2001.

101. Бочаров А. В. Разработка экспериментально-расчетной методики оценки параметров, характеризующих управляемость и устойчивость легкового автомобиля со всеми управляемыми колесами: Дис. канд. техн. наук // М., 1996.

102. Кузнецов Ю. В. Сцепление автомобильной шины с дорожным покрытием. -М.: МАДИ, 1985.

103. Рябчинский А. И. Устойчивость и управляемость автомобиля и безопасность дорожного движения: Учебное пособие для студентов специальности 240400.01 "Организация и безопасность движения". -Шахты: ЮРГУЭС, 2003.

104. Рябчинский А. И. Динамика автомобиля и безопасность дорожного движения: Учеб. пособие для студентов специальности "Организация и безопасность движения". М.: МАДИ (ГТУ), 2002.

105. Цитович И. С. Динамика автомобиля. Минск: Наука и техника, 1981.

106. Тверсков Б. М. Динамика автомобиля: Учебное пособие. Курган: Курганский машиностроительный институт, 1995.

107. Карузин О. И. Активная и пассивная безопасность и надежность автомобиля: Межвузовский сборник научных трудов. М.: МАМИ, 1984.

108. Немчинов М. В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М.: Транспорт, 1985.

109. Безопасность и надежность автомобиля: Межвузовский сборник научных трудов. М.: МАМИ, 1981.

110. Пчелин И.К. Динамика процесса торможения автомобиля: Дис. док. техн. наук // М., 1984.

111. Майборода О.В. Кто он безопасный водитель // Автомобильный транспорт. - 2003. №11.