книги / Техническое регулирование и лицензирование на автомобильном транспорте

Таблица 9

Виды основных испытаний на управляемость и устойчивость автомобилей

Окончание табл. 9

Рассмотренные положения технологии испытаний активной безопасности автомобилей показывают, что остается актуальной задача повышения достоверности получаемых оценок и достижения их более точной связи с изменяющимися характеристиками конструкции для снижения вероятности ДТП.

В отличие от активной пассивная безопасность характеризует способность конструкции предотвратить или ослабить травмирование водителя и пассажиров при случившемся ДТП. Исследования и статистика ДТП и их последствий показывают, во-первых, разную степень опасности повреждения отдельных элементов конструкции и, во-вторых, существенные различия видов ДТП по тяжести послед-

122

ствий. Исходя из этого, производится оценка пассивной безопасности, устанавливаются требования к конструкции в отношении безопасности, технология испытаний для оценки соответствия автомобиля этим требованиям.

Внастоящее время выработано более 20 требований к конструкции автомобильной техники для обеспечения определенного уровня безопасности. Среди них особое внимание уделено требованиям безопасности в наиболее тяжелом виде ДТП – фронтальном, или лобовом, столкновении. По статистическим данным 80 % всех фронтальных столкновений с движущимися или неподвижными объектами составляют прямые центральные удары, при которых количество погибающих водителей и пассажиров достигает более 40 % от общего количества жертв в ДТП всех видов.

Травмоопасность при фронтальном столкновении определяется уровнем перегрузок, возникающих в направлении спина – грудь водителя и пассажиров, и зависит главным образом от деформаций передней части автомобиля.

Теория, описывающая реакцию конструкции на фронтальное столкновение, строится на модели наезда автомобиля на неподвижное препятствие. Несмотря на упрощенность такой модели, ее использование помогло обобщить результаты многих испытаний на единой основе, выявить некоторые осредненные величины, характеризующие процесс реакции автомобиля на фронтальное столкновение, и усовершенствовать способы измерений и обработки наблюдений.

Вдальнейшем развитии теории фронтального столкновения произошел переход от модели упруговязкой колебательной системы

кэнергетической модели и теории удара, а также к нелинейным моделям подпружиненных структурных частей, основанных на теории больших деформаций и методе конечных элементов. В такой модели автомобиль описывается очень детально и достигается высокая степень совпадения расчета и эксперимента в оценках параметров пассивной безопасности – деформаций автомобиля и перегрузок водителя. Причем необходимые экспериментальные данные относятся

восновном к свойствам материалов и деталей, что позволяет оценивать пассивную безопасность без дорогостоящих натурных испытаний и обеспечивает возможность оптимального проектирования.

123

В настоящее время технология испытаний пассивной безопасности при фронтальном столкновении основывается на натурных экспериментах полнокомплектных образцов. Суть технологии изложена в Правилах № 33 ЕЭК ООН «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении поведения их конструкции в случае лобового столкновения». По этим правилам безопасность оценивается величиной сохранения внутреннего пространства салона автомобиля после лобового удара о неподвижное препятствие при наезде с регламентированной скоростью. При такой оценке определяются размеры салона до удара и после него.

На первом этапе определяются точки, характеризующие положение сидящих в кабине водителя и пассажира, и координаты этих точек относительно недеформируемых элементов конструкции. В качестве водителя и пассажиров используются стационарные объемные манекены, вес и очертания которых соответствуют характерным для взрослого человека среднего роста. В предписаниях Правил № 33 строго обозначены не только весовые и размерные показатели стандартного манекена, но и способы его размещения на сиденье.

Технология регламентирует место испытаний, размер барьера, его вес, покрытие, установку, а также подготовку, снаряженное состояние автомобиля и условия разгона и столкновения его с препятствием.

Скорость в момент удара при испытании фронтальным столкновением предусмотрена в пределах 48,3–53,1 км/ч. Измерение скорости при наезде должно обеспечиваться с точностью до 1 %. Измерения в салоне после удара производятся по методике, изложенной в Правилах № 33. Тип автомобиля считается безопасным, если все параметры после столкновения удовлетворяют требованиям правил.

При этом производится оценка и послеаварийной безопасности автомобиля, к которой относятся следующие требования правил:

– после испытаний никакой жесткий элемент в салоне не должен представлять опасности для серьезного ранения водителей или пассажиров;

124

– боковые двери не должны открываться от действия удара, а после удара должна обеспечиваться возможность открытия без применения инструмента достаточного числа дверей для эвакуации всех лиц, находящихся в автомобиле.

Как правило, каждое натурное испытание фронтальным столкновением используется для исследования происходящих процессов и сопровождается значительным количеством измерений и их регистрацией, включая скоростную киносъемку, текущие измерения элементов конструкций и манекенов, усилий и деформаций структурных частей и других величин.

1.4.8. Сертификационные испытания автомобилей на динамичность и топливную экономичность

Динамичность (тягово-скоростные свойства) и топливная экономичность определяют два основных признака эффективности функционирования автомобиля: производительность при выполнении транспортной работы и затраты горючего на ее выполнение.

Для всесторонней и достоверной оценки тягово-скоростных и топливно-экономических свойств автомобилей нормативно-техни- ческая документация предусматривает определение следующих показателей:

–максимальной скорости, являющейся наибольшей устойчивой скоростью автомобиля на одной из высших ступеней трансмиссии;

–условной максимальной скорости как средней скорости прохождения последних 400 м пути при интенсивном разгоне автомобиля с места на прямом участке дороги протяженностью 2000 м;

–времени разгона с места на заданном участке пути – показателя, характеризующего интенсивность разгона автомобиля с места до средней скорости;

–времени разгона с места до заданной скорости – показателя, характеризующего интенсивность разгона автомобиля с места по среднему ускорению;

–контрольного расхода топлива – осредненного расхода топлива (1 л/100 км), полученного на прямой горизонтальной дороге при регламентированных режимах движения;

125

–расхода топлива в городском цикле на стенде, полученного при имитации городского движения на стенде с беговыми барабанами

всоответствии с международными требованиями;

–базисного расхода топлива – условного расхода топлива как средневзвешенной величины по результатам заездов в магистральном и городском циклах на дороге с учетом весовых коэффициентов этих условий в общем эксплуатационном пробеге автомобиля;

–средней скорости и расхода топлива на горно-холмистой доро-

ге – показателя, характеризующего тягово-скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля при перевозках в горнохолмистой местности;

– средней скорости и расхода топлива на типовом маршруте магистральных перевозок – показателя, характеризующего скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля при движении

вхарактерных условиях эксплуатации на автомагистралях;

–средней скорости и расхода топлива на маршруте городского типа – показателя, характеризующего скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля при движении в характерных городских условиях эксплуатации;

–топливной характеристики установившегося движения – зависимости расхода топлива (1 л/100 км) от скорости установившегося движения;

–скоростной характеристики «разгон на заданной передаче» – зависимости скорости от пути и времени разгона автомобиля на заданной передаче, начиная с минимальной устойчивой скорости;

–топливно-скоростной характеристики «разгон – замедление» – зависимости скорости и абсолютного расхода топлива от пути и времени при разгоне и замедлении автомобиля в заданном диапазоне скоростей;

–тяговой характеристики – зависимости суммарной силы тяги на ведущих колесах от скорости движения;

–скоростной характеристики преодоления подъемов – зависимости максимально возможной скорости движения от величины преодолеваемого подъема;

126

–топливно-скоростной характеристики циклического движения – зависимости среднего расхода топлива и средней скорости циклического движения от протяженности циклов движения (расстояния между остановками);

–топливно-скоростной характеристики на дороге магистральнохолмистого типа – зависимости среднего расхода топлива и средней скорости от заданной максимально допускаемой скорости движения.

По результатам экспериментального определения этих величин могут определяться комплексные показатели оценки эффективности АТС:

–условная производительность автомобиля – отношение часовой производительности к расходу топлива на единицу пути;

–коэффициент использования энергозатрат – отношение полезной мощности, затрачиваемой на преодоление сопротивлений, созданных полезной нагрузкой (сопротивления качению, подъему, инерции и воздуху), к тепловой энергии сжигаемого в двигателе топлива в объеме часового расхода;

–коэффициент эффективности работы – отношение кинетической энергии полезного груза, соответствующей данной скорости движения, к тепловой энергии сжигаемого в двигателе топлива на единицу пути;

–удельная себестоимость использования автомобиля – отношение суммарной часовой себестоимости производства и эксплуатации

кчасовой производительности автомобиля в данных условиях транспортной работы.

Нормативно-технической базой технологии испытаний тяговоскоростных и топливно-экономических свойств в отечественном автомобилестроении являются ГОСТ 22576–90 «Автотранспортные средства. Скоростные свойства. Методы испытаний» и ГОСТ 20306–90 «Автотранспортные средства. Топливная экономичность. Методы испытаний». Требования этих документов к технологии испытаний в основных положениях соответствуют международным требованиям, и прежде всегоПравилам ЕЭКООН.

В технологии испытаний топливной экономичности строго регламентировано метрологическое обеспечение измерений. Так, в Правилах ЕЭК ООН № 15, 83, 84 фиксируются следующие требования: измерение

127

протяженности пути с точностью до 3 %, времени – до 0,2 с, расхода топлива – до ± 2 % (причем измерительное устройство не должно изменять давление в системе подачи топлива более чем на 10 %, а температуру – более чем на 5 °С). Измерительное устройство должно обеспечивать возможность измерения температуры топлива во время испытаний

стем, чтобы измеренный расход приводился к номинальным условиям

(100 кПа, 20 °С).

Одной из основных особенностей современной технологии испытаний топливной экономичности автомобилей является переход от определения ее в движении с установившимися режимами к определению в ездовых циклах, включающих в себя переменные режимы. Это существенно сближает результаты испытаний с наблюдениями в эксплуатации и помогает преодолевать разрыв между оценками расходов топлива, декларируемыми в технических условиях на автомобили, и слабо кореллирующими с нимилинейными эксплуатационными расходами.

Для испытаний стандартизован испытательный цикл, предусмотренный Правилами № 15 и принятый в отечественных стандартах. Он считается характерным для городского движения.

Технология испытаний топливной экономичности тесно связана

стребованиями обработки измерений. Если после 10 измерений точности оценки расхода топлива не достигает 5 %, то испытания для одобрения типа транспортного средства производятся на другом образце данного типа.

1.4.9. Сертификационные испытания автомобилей на экологическую безопасность

В отработавших газах двигателей внутреннего сгорания (ДВС) содержится множество вредных веществ, которые можно разделить на две основные группы: продукты сгорания топлива в ДВС и продукты реакций взаимодействия азота и кислорода воздуха при высокотемпературных условиях горения.

К первой группе относятся СО2, СО, углеводороды (СmНn) и взвешенные частицы. В состав углеводородов, выбрасываемых с отработавшими газами, входит огромный перечень соединений, в том числе канцерогенных (более 200 наименований). При использовании этилированногобензинавыбрасываютсятакжетоксичные соединения свинца.

128

Оптимальное содержание компонентов, характерных для отработавших газов ДВС, приведено в табл. 10. Для бензиновых двигателей наибольшую долю в выбросах вредных веществ составляют оксиды углерода, углеводороды, оксиды азота; для дизельных – оксиды азота, углеводороды, взвешенные частицы, альдегиды.

Все выбрасываемые вещества токсичны, из канцерогенных углеводородов самым опасным является бензапирен. Отдельную группу вредных веществ представляют альдегиды – формальдегид, акролеин

иацетальдегид. Это очень токсичные вещества. Источником появления свинца в отработавших газах является тетраэтилсвинец, добавляемый в бензин в качестве антидетонатора. Из-за способности накапливаться в организме свинец является одним из наиболее ядовитых компонентов, взвешенные частицы его – вредный компонент отработавших газов дизельных двигателей. Они выбрасываются в виде аэрозолей, состоящих из жидких фракций (конденсированные углеводороды) и твердых. Твердые фракции представляют собой частицы сажи с адсорбированными на поверхности углеводородами, серой

иее соединениями с водой.

Состав компонентов отработавших газов ДВС изменяется в широких пределах и зависит от конструктивных параметров двигателя, от регулировочных характеристик и режимов работы. Часто указанные факторы действуют в противоположных направлениях. Напри-

129

мер, увеличение степени сжатия двигателя приводит к увеличению полноты сгорания, снижению выбросов оксида углерода и углеводородов, улучшению топливной экономичности, но при этом существенно возрастают выбросы оксида азота.

Влияние нагрузочного и скоростного режимов работы двигателя на выброс различных компонентов неоднозначно и в основном связано с составом смеси. Значительное влияние на состав и количество выброса оказывают неустановившиеся режимы из-за нарушения смесеобразования и процесса горения топлива в камерах сгорания цилиндров двигателя.

Россия ориентируется на европейскую систему нормирования экологических показателей, разработанных Комитетом по внутреннему транспорту Европейской экономической комиссии ООН.

Стандарты по экологии АТС разделяются на два основных типа, предусматривающих:

–контроль экологических показателей при постановке на производство и в процессе производства АТС (новые автомобили),

–контроль экологических показателей в эксплуатации АТС. Приоритетными являются стандарты на новые автомобили. Ра-

бочие операции испытаний для определения экологических показателей при производстве являются сложными и трудоемкими, требуют применения дорогостоящего, а в ряде случаев – уникального оборудования. Методы испытаний новых АТС в максимальной степени учитывают все разнообразие режимов работы АТС в эксплуатации. Все Правила ЕЭК ООН относятся именно к этому типу стандартов.

Стандарты для контроля экологических параметров АТС в эксплуатации носят диагностический характер и лишь отчасти связаны

ссоответствующими стандартами первого типа.

С1970 г. ЕЭК ООН введен ряд правил, регламентирующих порядок одобрения типа (сертификации), методы испытаний и экологические нормативы по основным типам АТС и двигателей. Правила № 15 и 83 регламентируют показатели токсичности легковых автомобилей и легковых грузовиков, № 40 и 47 – показатели токсичности мотоциклов и мопедов, № 24 – дымность отработавших газов всех АТС с дизельными двигателями, № 49 – токсичность отработавших газов дизельных двигателей и АТС с дизельными двигателями.

130