Раздел I условия работы автомобильных дорог и управление ими глава 1. Влияние развития и состояния дорожной сети на работу автомобильного транспорта

1.1. Тенденции развития автомобильного транспорта и характеристик автомобилей, влияющих на требования к состоянию дорог

В единой транспортной системе страны значительное место принадлежит автомобильному транспорту, который по объему перевозимых грузов в несколько раз превышает работу всех остальных видов транспорта, вместе взятых. В то же время в общем грузообороте транспортной системы доля автомобильного транспорта значительно меньше и составляет около 50 % всей транспортной работы. Это объясняется тем, что средняя дальность перевозок автомобильным транспортом в несколько раз меньше, чем другими видами транспорта (железнодорожным, морским, воздушным и др.).

Для успешного функционирования автомобильно-дорожной системы, т.е. автомобильного транспорта и автомобильных дорог, необходимо, чтобы параметры и характеристики автомобильных дорог удовлетворяли требованиям движения автомобилей, а основные параметры и характеристики автомобилей соответствовали тем, на которые рассчитаны эксплуатируемые дороги.

Существуют определенные требования к автомобилям со стороны автомобильных дорог, которые необходимо соблюдать, чтобы не перестраивать сеть автомобильных дорог под каждое новое поколение автомобилей. Это прежде всего требования к динамическим свойствам и габаритам автомобилей, их осевой нагрузке, общей массе и ряду других характеристик. Выдержать эти соотношения трудно, поскольку автомобильные дороги эксплуатируются многие десятилетия, происходит смена нескольких поколений автомобилей, каждое из которых предъявляет более высокие требования к автомобильным дорогам, что ведет к их непрерывному совершенствованию.

Чтобы заранее прогнозировать возможные изменения состояния дорог и требования к ним со стороны пользователей, необходимо систематически анализировать тенденции количественного и качественного развития автомобильного транспорта. На этой основе должна разрабатываться техническая политика в эксплуатации автомобильных дорог, их ремонта и содержания.

Рис. 1.1. Среднегодовой выпуск автомобилей в разных странах

Выпуск автомобилей во всем мире составил в 1990 г. 52 млн. единиц; в 2000 г. около 55 млн., а в 2010 г. ожидается более 60 млн. единиц (рис. 1.1). Соответственно растет и степень насыщения потребностей населения автомобилями. В США и Западной Европе начиная с 1950 г. количество автомобилей на 1000 жителей за каждые 10 лет возрастает на 100 единиц, и к настоящему времени достигает в США 810 автомобилей на 1000 жителей, а в Западной Европе - 560 автомобилей на 1000 жителей. По расчетам специалистов, потолок насыщения в США составляет 850, а в Западной Европе - 750 автомобилей на 1000 жителей.

Выпуск автомобилей в СССР достиг своего максимума в 1980 г. и составил 2.2 млн. в год. Из них 1,3 млн. легковых. 790 тыс. грузовых и 85 тыс. автобусов. В 1990 г. было выпушено чуть более 2 млн. автомобилей, а затем наступило обвальное сокращение выпуска. В 1995 г. в России было выпущено около 1 млн. автомобилей, в 2000 г. около 1,2 млн., в 2005 г. ожидается около 1,9 млн.. из них 1,6 млн. легковых, 240 тыс. грузовых, 60 тыс. автобусов.

Парк автомобилей в России за 20 лет с 1976 г. по 1996 г. вырос в 2 раза и составил около 20,6 млн. единиц. В 1999 г. в России уже было около 20 млн. легковых автомобилей и 4,3 млн. грузовых, причем более 600 тыс. легковых автомобилей было получено из дальнего зарубежья (рис. 1.2). Таким образом, на 1000 жителей России приходится более 150 автомобилей.

Рис. 1.2. Изменение численности парка транспортных средств в Российской Федерации: 1 - общее количество транспортных средств; 2 - количество легковых автомобилей; 3 - количество грузовых автомобилей; 4 - количество автобусов

Предполагается, что в 2005 г. в России парк легковых автомобилей составит 24-26 млн. штук, грузовых - 4,0-4,2 млн. штук, автобусов - 250 тыс. штук, т.е. на каждые 1000 жителей будет приходится более 200 автомобилей. Ожидается, что в ближайшие 10 лет количество автомобилей в России возрастет в 1,6-1,8 раза. Таким образом, по темпам насыщения автомобилями Россия приближается к передовым странам мира.

Такова перспектива количественного уровня автомобилизации России, из которой следует исходить, планируя развитие дорожной сети, уровень загрузки дорог движением и техническую политику в области ремонта и содержания дорог, организации и безопасности движения. Не менее важно учитывать и тенденции качественного развития автомобилей, и прежде всего параметров и систем, оказывающих влияние на требование к параметрам и транспортно-эксплуатационному состоянию дорог.

Классификация автомобилей. По автомобильным дорогам общего пользования движутся грузовые и легковые автомобили, а также автобусы, которые делятся на классы, причем для каждого вида автомобиля приняты различные характеристики для отнесения к тому или иному классу (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Характеристика	Класс автомобиля
	Особо малый	Малый	Средний	Большой	Особо большой
Литраж двигателя (легкового автомобиля), л	До 1,1	1,1-1,8	1,8-3,5	Св. 3,5	Не регламентируется
Габаритная длина (автобуса), м	До 5,5	6-7,5	8,5-10	11-12	16,5-18
Грузоподъемность (грузового автомобиля), т	До 0,5	0,5-2	2-5	5-15	Свыше 15

В СССР развитие автомобилестроения шло, начиная с 1942 г., с использованием перспективных типажей автомобилей, т.е. систематизированной группировки всех базовых разновидностей автомобилей, по которым должно развиваться отечественное автомобилестроение. Последний типаж был разработан в 1982-1990 гг. и с небольшими исправлениями продлен до 1995 г. (табл. 1.2-1.4).

С переходом к рыночной экономике основным критерием производства автомобилей стал спрос покупателей, а ориентиром в технической политике служит опыт Западной Европы и Правила Европейской экономической комиссии (ЕЭК) ООН.

Таблица 1.2

Требования к развитию типажа легковых автомобилей

Класс	Группа	Рабочий объём двигателя, л	Сухая масса, кг	Головной завод	Базовая модель	Автомобиль повышенной проходимости
I особо малый	1	До 0,849	До 649
	2	0,850 - 1,099	650 - 799	ЗАЗ, ЛуАЗ
II малый	1	1,100 - 1,099	800 - 899	ВАЗ
	2	1,300 - 1,499	900 - 1049	ВАЗ, ИЖМАШ
	3	1,500 - 1,799	1050- 1150	АЗЛК
III средний	1	1,800 - 2,499	1050 - 1209
	2	2,500 - 3,499	1300 - 1499	ГАЗ, УАЗ
IV большой	1	3,500 - 4,499	1500 - 1900
	2	Свыше 5,0	Не регламентирована	ГАЗ
V высший		Не регламентирован	Не регламентирована	ЗИЛ

Таблица 1.3

Требования к типажу грузовых автомобилей (Б - бензиновый; Д - дизельный; Г - газобаллонный)

Группа.	Осевая нагрузка от одиночной оси не более, тс	Головной завод-изготовитель	Подгруппа по грузоподъемности одиночного автомобиля (автопоезда),т	Основной тип двигателя	Одиночный автомобиль	Автомобиль-тягач	Седельный тягач	Автомобиль-самосвал	Шасси для специализированной комплектации	Автомобиль повышенной проходимости
I	Не регламентируется	ЛуАЗ, ИЖМАШ	0,3(0,5)	Б
	Не регламентируется	УАЗ. ЕрАЗ	0,8(1,0)	Б
	Не регламентируется	Новый	1,5	Б
II	Не регламентируется	ГАЗ	2,5	Б,Д,Г
	6	ГАЗ, KA3	4,5(10,0)	Д,Б,Г
III	6	КамАЗ, Уральский	8,0(16,0)	Д
	8	ЗИЛ	6,0(12,0)	Д,Б,Г
IV	8	КамАЗ	10,0(20,0)	Д
	10	МАЗ	8,0(20,0)	Д
	10	МАЗ, КамАЗ	15,0(36,0)	Д
V	Не регламентируется	КрАЗ	16,0(24,0)	Д
	Не регламентируется	МоАЗ	20,0	Д
	Не регламентируется	БелАЗ	30(300)	Д

Габаритные размеры и осевые нагрузки автомобилейв СССР долгие годы нормировались ГОСТ 9314-59 с изменениями 1974 г., в котором были предусмотрены для автомобилей четыре группы ограничений:

габаритных размеров: высота - 3,8 м, ширина - 2,5 м, длина - 12 м для одиночных автомобилей, 20 м - с одним и 24 м - с двумя прицепами;

полных масс: в частности, для трехосного тягача с трехосным прицепом 25 т + 25 т = 50 т (то же, но с полуприцепом - 52 т);

осевых нагрузок: в частности, при расстоянии между соседними осями 2,5 м и более для дорог группы А – 10 т, группы Б - 6 т;

среднего давления на дорогу: для дорог группы А - 6 кг/см², для группы Б - 5 кг/см².

Таблица 1.4

Требования к типажу автобусов (Б - бензиновый, Д - дизельный)

Класс	Головной завод-изготовитель	Габаритная длина, м	Группа по осевой нагрузке	Тип двигателя	Внутригородские	Пригородные и экскурсионные	Междугородние и туристические	Сельские - местного сообщения		Общего назначения и специализированные
								дорожные	повышенной проходимости
I Особо малый	РАФ, УАЗ	До 5	Б	Б
II Малый	ПАЗ, KAB3	6,0-7,5	Б	Б,Д
III Средний	КАВЗ, ЛАЗ	8,0-9,5	Б	Б,Д
IV Большой	ЛАЗ, ЛиАЗ	10,0-12,0	А	Д,Б
V Особо большой		16,5-24,0	А	Д

В настоящее время вместо этого ГОСТа действует «Инструкция по перевозке крупногабаритных и тяжеловесных грузов автомобильным транспортом по дорогам Российской Федерации», утвержденная Минтрансом 27.05.1996 (Более детально параметры автомобилей изложены в п. 3.4). По этой инструкции автомобили разделены на категории 1 и 2. Для категории 1 ограничения несколько смягчены:

высота - 4,0 м, ширина - 2,5 м, но для рефрижераторов и изотермических кузовов допускается 2,6 м, длина - 12 м для одиночных автомобилей, 20 м - для автопоездов (с одним прицепом или полуприцепом), 18 м - для сочлененных автобусов и троллейбусов;

полная масса для автопоездов с одним прицепом или полуприцепом по группе А - не более 38 т;

осевые нагрузки сохранили значения для дорог группы А - 10 т и для группы Б - 6 т, но при расстоянии между соседними осями свыше 2,0 м (обычно у современных полуприцепов они равны 2,05 м) при нагрузке на трехосную тележку - до 24 т, на двухосную - до 20 т;

исключены требования к среднему давлению на дорогу.

Отдельно приведены параметры автомобилей, при которых они отнесены к категории 2. В частности, при движении по мостам это транспортные средства с полной массой от 30 т до 80 т и более и с нагрузкой на ось от 7,6 т до 20 т и более. Указанные ограничения были разработаны с учетом ограничений, имеющихся в странах Европы. Они не затрагивают легковые автомобили, имеющие гораздо меньшие габариты, полные массы и нагрузки на оси.

Осевая нагрузка в странах Европы на 1990 г. находилась в основном на уровне 10 т (в Норвегии и Польше - 8 т, в Бельгии, Италии, Португалии - 12 т, в Греции, Франции - 13 т). Однако и за рубежом, и в России наблюдается тенденция к увеличению осевой нагрузки до 13 т.

Ширина колеи автомобилей обычно составляет 0,8-0,85 от габаритной ширины, и эта тенденция устойчиво сохраняется длительное время. Например, если габаритная ширина 2,5 м, то колея будет около 2,0 м. У легковых автомобилей часто встречается ширина 1,6 м и колея 1,45 м. Высота центра тяжести автомобилей обычно составляет около 0,5 от колеи и не должна быть больше по условиям бокового опрокидывания при движении на повороте. Однако при перевозке некоторых грузов это условие нарушается.

Для легковых автомобилей (в том числе типа ВАЗ, АЗЛК, ИЖ, ГАЗ) характерны следующие габаритные размеры: высота - 1,4-1,5 м, ширина 1,6-1,8 м, длина 4-5 м. Кроме того, выпускаются легковые автомобили особо малого класса с длиной менее 3,5 м (в России - это ВАЗ-1111 "Ока") и особо большого класса с длиной более 6 м (например, "Сити-Таун" (США); Мерседес-Бенц 600 (ФРГ); ЗИЛ-41047 (Россия)).

У легковых автомобилей с начала XX века приблизительно до 1970-х гг. наряду с существенным изменением формы кузова происходило уменьшение габаритной высоты. При этом уменьшались диаметр колес (с 900 до 600 мм и менее) и дорожный просвет (с 200-300 до 130-150 мм). Габаритная высота европейских легковых автомобилей со снаряженной массой 1400 кг за период с 1955 г. по 1980 г. уменьшилась с 1,6 до 1,4 м, а со снаряженной массой 600 кг - с 1,5 м до 1,4 м. Таким образом, легковые автомобили различной снаряженной массы стремятся к одинаковой габаритной высоте и, по-видимому, уже приблизились к эргономическому пределу. Поэтому габаритная высота 1,4 м, соответствующая высоте расположения глаз водителя около 1,1- 1,2 м, должна сохраниться для большинства легковых автомобилей и на ближайшие 10-20 лет.

Более высокие легковые автомобили встречаются редко. Например, Карбодиес (Англия) - лондонское такси (1,77 м); Ситроен Мехари (Франция (1,63 м); РеноЭспейс (Франция (1,66 м). Тем не менее уже более 20 лет существуют три группы легковых автомобилей с габаритной высотой 1,3 м и менее (высота расположения глаз водителя около 1,1 м). Одна группа таких автомобилей - это автомобили так называемого спортивного или полуспортивного типа, обычно с кузовом-купе двухместным и двигателем большой мощности. Например, AC3000МЕ (Англия); Порше 924 (ФРГ); ТойотаMR2 (Япония); Ламборджини Джалпа 3500 (Италия); Феррари 308GTB(Италия); Де Томазо Пантера (Италия); Лотус Эсприт S3 (Англия) и др.

Другая группа - это некоторые легковые автомобили с мягкой съемной крышей (кабриолеты, фаэтоны). Например, Мерседес-Бенц 280 SL(ФРГ); Морган 4/4 1600 (Англия); Пантер Соло (Англия); Фарус (Бразилия) и др.

Третья группа - это некоторые легковые автомобили США. Например, Крайслер Лазер ХЕ; Форд ЕХР; Понтиак Фиеро; Шевроле Камаро; Шевроле Корветт и др.

Анализ развития автомобилей указывает на то, что в ближайшие 10-20 лет не должно произойти изменений по габаритным высоте и ширине грузовых и легковых автомобилей. Однако имеется тенденция в Европе и в России к увеличению разрешенной осевой нагрузки до 13 т с увеличением полной массы автопоезда до 50-60 т, что необходимо учитывать при разработке норм проектирования дорог. Другое направление в развитии автопоездов - применение трехзвенных автопоездов, например, тягач и два прицепа или тягач + полуприцеп + прицеп будет иметь весьма ограниченное применение в Европе, так как такие автопоезда создают значительные помехи движению и могут быть использованы только в отдельных случаях.

От полной массы и нагрузки на ось, а также от конструкции шин и давления в них зависит удельное давление в зоне контакта. Следует отметить, что при наезде на неровность нагрузка на колесо может увеличиться в 1,3-1,5 раза. Соответственно кратковременно увеличится и давление в зоне контакта.

Динамические характеристики автомобилей. Одним из основных показателей при сравнении скоростных (динамических) свойств автомобилей является удельная мощностьN_yд, которая определяется как отношение максимальной мощности двигателя к полной массе автомобиля. Обычно удельная мощность для автопоездов составляет 5-10 кВт/т, для грузовых автомобилей (кроме группы особо малой грузоподъемности, где она может быть выше) - 10-20 кВт/т, для легковых автомобилей (кроме групп большого и особо большого литража, где она может быть выше) - 20-60 кВт/т. В отечественном автомобилестроении последних десятилетий заметна тенденция снижения удельной мощности двигателя при увеличении максимальной скорости движения (табл. 1.5).

Таблица 1.5

Динамические характеристики автомобилей выпуска 1970-1976 гг. (группа А) и 1986-1995 гг. (группа Б)

Группа автомобилей по периоду выпуска	Модель	Полная масса, кг	Мощность двигателя, кВт	Удельная мощность, кВт/т	Максимальная скорость*, км/ч
Легковые автомобили
А	ЗАЗ-968 «Запорожец»	1160	41	35,3	118
Б	ЗАЗ-11022 «Таврия»	1127	39	34,6	145
А	ВАЗ-2101	1355	64	47,2	142
Б	ВАЗ-21093	1340	47	35,1	158
А	Москвич-2138	1445	50	34,6	122
Б	АЗЛК-2141-01	1455	56,3	38,7	158
А	ГАЗ-24 «Волга»	1820	95	52	147
Б	ГАЗ-24-12 «Волга»	2016	73,5	36,4	145
Грузовые автомобили
А	ГАЗ-52-03	5465	75	13,8	70
Б	ГАЗ-3307	7850	88.5	11,3	90
А	ЗИЛ-130-76	10525	150	14,2	90
Б	ЗИЛ-433100	11725	136	11,6	95
А	КамАЗ-5320	15305	154	10,1	80
Б	КамАЗ-5315	16000	162	10,1	100
А	МАЗ-5335	14950	180	12.0	85
Б	МАЗ-53371	17900	132	7,4	115

* Максимальная скорость легковых автомобилей приведена при загрузке водителем и одним пассажиром, а для грузовых автомобилей - для полной массы.

Анализ показывает, что максимальные конструктивные скорости движения отечественных легковых автомобилей за период с 1970 г. по настоящее время возросли в среднем на 17 км/ч и составляют 145-158 км/ч. Также увеличились и максимальные скорости отечественных грузовых автомобилей, которые составляют в настоящее время 90-115 км/ч.

Значительная часть автомобилей иностранного производства обладает более высокими динамическими качествами, включая удельную мощность двигателя и максимальную скорость движения.

Максимальные скоростидвижения на автомагистралях в России и в большинстве стран Европы ограничены значением 110 км/ч для легковых автомобилей и 90 км/ч для грузовых (в Германии на автомагистралях нет ограничений максимальной скорости).

По ГОСТ 21398-89 «Автомобили грузовые. Общие технические требования» грузовые автомобили должны иметь следующие максимальные скорости: при общей массе более 3,5 т - 95 км/ч, при общей массе менее 3,5 т - 110 км/ч, для автопоездов - 85 км/ч, для автопоездов, предназначенных для междугородных и международных перевозок, - 100 км/ч. Междугородные автобусы обычно имеют максимальную скорость 100-130 км/ч. У легковых автомобилей малого и среднего класса максимальные скорости составляют 140-180 км/ч, но у некоторых легковых автомобилей (БМВ 635 Csi, ФеррариGTOи др.) они достигают 250-300 км/ч.

Важной характеристикой динамических качеств автомобилей служит график силового баланса в зависимости от скорости движения (рис. 1.3, 1.4). Эти графики наглядно показывают максимальную величину продольного уклона, которую может преодолеть автомобиль на данной скорости при сухом покрытии. Анализ графиков показывает, что современные отечественные легковые автомобили типа ВАЗ-21093 могут преодолевать подъем с уклоном 5 % на скорости более 110 км/час, а грузовые автомобили типа КамАЗ-5320 с полной нагрузкой могут преодолеть этот уклон только со скоростью около 30 км/ч, т.е. грузовые автомобили, автобусы и автопоезда весьма чувствительны к крутым подъемам. Поэтому в ГОСТ 21398-89имеется требование, что автопоезд должен преодолевать подъем в 3 % длиной 3 км со скоростью не менее 30 км/ч.

Рис. 1.3. График силового баланса легкового автомобиля ВАЗ-21093

Рис. 1.4. График силового баланса грузового автомобиля КамАЗ-5320

Большое внимание уделяется конструкторами легковых автомобилей такому показателю, как приемистость или способность развивать скорость движения при трогании с места. Этот показатель оценивается временем разгона автомобиля при трогании с места до скорости 100 км/ч. У легковых автомобилей, выпускаемых в последние годы, время разгона составляет 15-20 с по сравнению с 20-30 с у легковых автомобилей, выпускаемых в 1970-1976 гг. Максимальное ускорение полноприводных легковых автомобилей составляет 6,5 м/с², заднеприводных - 5 м/с², переднеприводных - 3 м/с². Для грузовых автомобилей максимальное ускорение обычно не превышает 2 м/с².

Максимальное замедлениеу автомобилей может быть реализовано при любой скорости, поскольку у современных автомобилей тормозные механизмы установлены во всех колесах, а на многих автомобилях есть регулятор тормозных сил. По нормам (Правила № 13 ЕЭК ООН) замедление должно быть для новых легковых автомобилей не менее 7,0 м/с², для автопоездов разных категорий от 5,0 до 6,0 м/с².

Максимальные значения сил тяги, ускорений и замедлений могут быть реализованы при коэффициенте сцепления не ниже 0,7-0,9, т.е. на сухом чистом покрытии. При других состояниях покрытия эти состояния недостижимы. Эта ситуация для обычных автомобилей в ближайшие 10-20 лет не изменится. Существенные изменения могут произойти в более отдаленной перспективе, когда будут разработаны новые типы шин по аналогии с шинами гоночных автомобилей, которые обеспечивают коэффициент сцепления, равный 1,2-1,5, а у драгстеров - около 2. Это достигается за счет прилипания резины к поверхности покрытия. При этом срок службы шин резко снижается. В настоящее время стоимость таких шин чрезвычайно высока и для обычных автомобилей неприемлема.

Увеличение удельной мощности грузовых автомобилей и автопоездов сдерживается существующими ограничениями скоростей движения на дорогах и стремлением уменьшить расход топлива. Это положение в ближайшие годы не должно измениться. В то же время уменьшение расхода топлива обеспечивается совершенствованием двигателей и шин, а также использованием ряда мероприятий по уменьшению сопротивления воздуха (изменение формы кабины, применение обтекателей и т.п.). Уменьшение расхода топлива снижает отрицательное влияние автомобиля на окружающую среду.

Тормозные системы. Все современные автомобили, включая автопоезда, имеют рабочую тормозную систему с тормозными механизмами на каждом колесе, а также стояночную тормозную систему с приводом на задние колеса. Кроме того, у автобусов полной массой свыше 5 т и грузовых автомобилей свыше 12 т должна быть дополнительная так называемая вспомогательная тормозная система, которая должна обеспечивать движение под уклон в 7 % длиной 6 км со скоростью не более 30 км/ч.

Важно отметить явную тенденцию последних лет, которая состоит в том, что практически все современные автомобили, кроме некоторых легковых особо малого класса, имеют регуляторы тормозных сил, что позволяет использовать для создания максимальных тормозных сил всю массу автомобиля при различных значениях коэффициента сцепления. Поэтому требования стандарта по тормозному пути могут и перевыполняться. Так, например, для легковых автомобилей по Правилам № 13 ЕЭК ООН при начальной скорости V₀= 80 км/ч и усилии на педали не более 500 Н тормозной путь должен быть не более 43,2 м, но ВАЗ указывает в технической характеристике своих моделей автомобилейS_T= 38 м (АЗЛК, ИЖ, ГАЗ приводят 43,2 м). Для новых грузовых автомобилей по Правилу № 13 приV₀= 60 км/ч тормозной путь должен быть не более 36,7 м, для автопоездов с тягачами при тех же условиях не более 38,5 м (табл. 1.6). Для автомобилей, находящихся в эксплуатации, требования по тормозному пути приведены в ГОСТ 25478-91 и в Правилах дорожного движения и существенно ниже, чем для новых (табл. 1.7).

Таблица 1.6

Нормативы эффективности рабочей тормозной системы для новых АТС (полная масса)

Категория АТС по классификации Комитета по внутреннему транспорту (КВТ) ЕЭК ООН, принятой в ГОСТ 22895-77	Режим торможения		Нормативы тормозной эффективности
	Начальная скорость торможения, км/ч	Усилие на педали тормоза, кгс, не более	Тормозной путь, м, не более	Установившееся замедление, м/с2 не менее
М1	80	50	43,2	7,0
М2, М3	60	70	32,1	6.0
N1	80	70	61.2	5,0
N2, N3	60	70	36.7	5,0
Автопоезд с тягачом категории М1	80	50	50,7	5,8
Автопоезд с тягачами категории М2, М3	60	70	33,9	6,0
Автопоезд с тягачом категории N1	80	70	63,6	5,0
Автопоезд с тягачами категории N2, N3	60	70	38.5	5,0

Таблица 1.7

Нормативы тормозной эффективности рабочей тормозной системы для АТС, находящихся в эксплуатации

Категория АТС по классификации КВТ ЕЭК ООН, принятой в ГОСТ 25478-82	Режим торможения		Нормативы тормозной эффективности
	начальная скорость торможения, км/ч	усилие на педали тормоза, кгс, не более	тормозной путь, м, не более, при массе		установившееся замедление, м/с2, не менее, при массе
			полной	снаряженной	полной	снаряженной
М1	40	50	16,2	14,5	5,2	6,1
М2	40	50	21,2	18,7	4,5	5,5
М3	40	50	21,2	19,9	4,5	5,0
N1	40	70	23,0	19,0	4,0	5,4
N2	40	70	23,0	18,4	4,0	5,7
N3	40	70	23,0	17,7	4,0	6,1
Автопоезд с тягачом категории:
N1	40	70	25,0	22,7	4,0	4,7
N2	40	70	25,0	22,1	4,0	4,9
N3	40	70	25,0	21,9	4,0	5,0

Тормозные свойства автомобилей долгие годы не изменялись. Улучшение тормозных свойств наступило с применением регуляторов тормозных сил (в СССР с 1970 г. с началом выпуска автомобилей ВАЗ). В настоящее время в России большинство автомобилей оборудовано регуляторами тормозных сил. Дальнейшее некоторое улучшение тормозных свойств, сокращение тормозного пути и повышение устойчивости при торможении связаны с применением антиблокировочных систем (АБС).

Антиблокировочные системы (АБС)- это новая тенденция в автомобилестроении. Они исключают блокирование колес при торможении, поддерживая их скольжение в узком диапазоне (15-25 %), где значение коэффициента сцепления максимальное. Применение АБС повышает активную безопасность на скользких поверхностях за счет уменьшения тормозного пути приблизительно на 5-15 %, а также за счёт повышения устойчивости и управляемости при торможении в следствие чего значительно уменьшается разворот автомобиля и «складывание» автопоезда.

Пока АБС на российских автомобилях не применяется, но применяются на тягачах Ивеко, Мерседес-Бенц, Рено и других зарубежных автомобилях, используемых в России. С ужесточением требований ЕЭК ООН к тормозным системам применение АБС будет расширяться.

С 1.01.1991 г. в Западной Европе запрещена эксплуатация без АБС автомобилей следующих категорий: грузовые с полной массой более 16 т (категория N₃), междугородные автобусы с полной массой более 12 т (категорияМ₃), прицепы и полуприцепы с полной массой более 10 т (категорияO₄). Другие категории автомобилей оборудуют АБС по желанию покупателя или по инициативе фирмы, выпускающей автомобили. Следует ожидать, что в ближайшем будущем эти требования будут приняты в России. Все чаще АБС применяется совместно с противобуксовочной системой (ПБС), предотвращающей пробуксовку ведущих колес при интенсивных разгонах. Эти конструктивные изменения тормозных систем могут оказать существенное влияние на требования к параметрам видимости, переходно-скоростных полос и др.

Характеристики подвески и плавность хода. Плавность хода - это способность автомобиля уменьшать вибронагруженность, создаваемую воздействием неровностей дороги на водителя, пассажиров, груз и агрегаты автомобиля. Вибронагруженность автомобиля создается в основном при взаимодействии колес с дорогой. Основными устройствами, ограничивающими вибронагруженность, являются подвеска и шины, а для водителя и пассажиров также упругие сидения. У современных грузовых автомобилей, особенно у тягачей автопоездов, для снижения вибронагруженности на месте водителя, кроме основной подвески устанавливают подвеску кабины и подвеску сидения.

Уровень вибраций и уровень внутреннего шума в кабине или кузове являются основными показателями комфортабельности автомобиля. Они через утомляемость водителя влияют на активную безопасность автомобиля, ограничивают его скорость, а значит, и его производительность. Вибрации влияют на исправность агрегатов автомобиля и сохранность перевозимого груза. Уровень внешнего шума является показателем отрицательного воздействия автомобиля на окружающую среду.

Влияние вибраций на человекаопределяется их интенсивностью, которая обычно оценивается средним квадратичным значением виброускорения, в м/с², либо отношением, называемым уровнем вибраций, в децибелах, спектральным составом, направлением и длительностью воздействия, которая для езды в автомобиле принимается не более 8 ч. Человеческий организм наиболее чувствителен к вертикальным колебаниям в диапазоне частот 4-8 Гц и к горизонтальным в диапазоне 1-2 Гц, что учитывается в современных нормах по допустимому уровню вибраций, приведенных в международном стандартеISO2631-85.

Влияние шума на человекаопределяется интенсивностью, которая оценивается уровнем звука в децибелах и спектральным составом.

На внутренний шум международных норм нет, но в России есть ГОСТ 27435-87, по которому определены нормы, в частности, для легковых автомобилей - 80 дБА, для грузовых - 84 дБА, для автобусов- 82 дБА. На внешний шум установлены нормы Правилом № 51 ЕЭК ООН, по которому, в частности, должно быть для легковых автомобилей - не более 77 дБА, для тяжелых грузовых автомобилей с двигателями в 147 кВт и мощнее - не более 84 дБА.

Основным источником внешнего шума автомобилей при разгонах и средних скоростях движения является двигатель, при высоких скоростях движения - шины. Проблема борьбы с шумом особенно остро возникает при прохождении дороги через населенные пункты или около них.

Проблема улучшения плавности хода чрезвычайно сложна и многопланова. Ужесточение требований к вибрациям на месте водителя приводит к необходимости улучшения качества дорог и введению существенных изменений в конструкцию автомобилей, особенно грузовых и тягачей автопоездов. Эти изменения характерны для последних 10-15 лет. Они затрагивают не только подвеску, но и другие части автомобиля.

По виброактивности шины из синтетической резины хуже шин из натуральной резины, многолистовые рессоры хуже однолистовых рессор и т.д. Все чаще в подвеске вместо металлических упругих элементов используют пневмобаллоны с электронным управлением давления в них, амортизаторы с электронным управлением коэффициента сопротивления. Кроме основной подвески вводится подвеска кабины и, кроме того, подвеска сидения водителя. Эти мероприятия будут развиваться и в ближайшие 10-20 лет.

Шины. Конструкция автомобильных шин подвергается непрерывному совершенствованию, особенно в последние 10-20 лет. Шины должны иметь хорошее сцепление с дорогой, малое сопротивление качению, соответствие упругих свойств параметрам автомобиля и условиям движения, низкий уровень шума, высокую прочность и долговечность. Все это существенно зависит от качества поверхности дороги.

Кроме упругих и демпфирующих свойств (таких же, как и у подвески, но гораздо более слабых), шины обладают сглаживающей и поглощающей способностями при движении по неровностям длиной менее 1 м.

Давление в шинахлегковых автомобилей обычно находится в пределах 1,5-2,0 кг/см², автобусов и грузовых автомобилей 4,5-8,0 кг/см². У автомобилей повышенной и высокой проходимости шины более эластичные, с регулируемым давлением, которое можно уменьшать до 0,5-1,0 кг/см².

Коэффициент сопротивления качениюпри малых скоростях движения по асфальтобетонному покрытию у современных легковых автомобилей обычно составляет 0,013, у грузовых - 0,01-0,008.

Коэффициент сцепленияимеет максимальное значение приблизительно при 10-20 %-м скольжении (буксовании), а при 100 %-м скольжении (буксовании) снижается на 10-20 %.

Из конструктивных параметров шины наибольшее влияние на коэффициент сцепления оказывают размеры колеса и рисунок протектора. На дорогах с твердым покрытием увеличение диаметра колеса приводит к незначительному росту коэффициента сцепления. На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления несколько возрастает с уменьшением площади канавок на протекторе. На мокрых дорогах коэффициент сцепления тем больше, чем лучше рисунок протектора обеспечивает удаление влаги и грязи из зоны контакта шины с дорогой. Как уже отмечалось, в ближайшие 10-20 лет не следует ожидать заметных изменений в коэффициентах сцепления шин с дорогой.

Рулевое управление. Двух- и трехосные автомобили обычно имеют управляемые колеса передней оси. Четырехосные автомобили обычно имеют управляемые колеса двух передних осей.

Некоторые японские фирмы (Ниссан, Хонда, Мазда) выпускают часть своих легковых автомобилей с передними и задними управляемыми колесами, причем угол поворота задних колес устанавливается в зависимости от скорости движения электронным блоком.

Обычно для поворота управляемых колес из одного крайнего положения в другое требуется около 4 оборотов рулевого колеса. Для уменьшения усилия на рулевом колесе применяют усилители (обычно гидравлические).

В предыдущие 20-30 лет гидроусилители рулевого управления устанавливали на отечественных грузовых автомобилях грузоподъемностью 5 т и более (ЗИЛ-130, МАЗ, КамАЗ, КрАЗ), на больших и особо больших автобусах, а из легковых автомобилей только на ГАЗ-13, ЗИЛ-111 и на их более поздних модификациях. В настоящее время за рубежом гидроусилители руля все чаще ставят и на грузовые автомобили малой грузоподъемности, и на легковые автомобили среднего и даже малого классов. Эта тенденция будет развиваться и в ближайшие годы.

Устойчивостьпо боковому скольжению и по боковому опрокидыванию оценивается значениями критических скоростей при движении по кривым в плане и во время маневров с резким изменением траектории движения и во многом зависит от соотношения колеи и высоты центра масс автомобиля, а также от коэффициента поперечного сцепления.

Оптимальным считается соотношение:

В/2Н >_п, где

В- ширина колеи автомобиля, мм;

Н- высота центра масс автомобиля, мм;

_п- коэффициент поперечного сцепления.

При этом соотношении боковое скольжение будет наступать при меньшей скорости, чем опрокидывание. Не у всех грузовых автомобилей это условие выполняется. Это означает, что на сухом покрытии возможно боковое опрокидывание при скорости меньшей, чем для бокового скольжения.

Оснащение электронным оборудованием. Электронные устройства и системы (ЭС) в последние 10-20 лет находят все более широкое применение на автомобилях. Эта тенденция должна сохраниться и на последующие 10-20 лет, особенно для отечественных автомобилей, на которых ЭС применяются пока еще в значительно меньшей степени, чем на зарубежных автомобилях.

Широкие функциональные возможности ЭС проявляются в выполнении ими всевозможных функций управления (двигателем, трансмиссией, тормозами, подвеской и т.д.), а также отображения, передачи и хранения информации. ЭС выполняют и принципиально новые функции (комфортабельность салона, блокирование ошибочных действий водителя и т.д.).

Надежной работе ЭС препятствуют тяжелые для ЭС условия эксплуатации, более жесткие, чем у промышленной электроники. В частности, ЭС должны сохранять работоспособное состояние при влажности 98 %, температуре воздуха 35°С, атмосферном давлении, соответствующем высоте 4 км над уровнем моря. ЭС, расположенные на двигателе, должны работать при вибрации с ускорениями до 20 gи при ударах до 40g, для других мест автомобиля требования гораздо ниже (до 5g, а при ударах до 10g). Поэтому расширение применения электронных систем приведет к повышению требований к ровности поверхности дорог и обеспечению плавности движения. Чем выше качество дорог, тем меньше их воздействие на ЭС.

Особенно большие работы по насыщению автомобиля электроникой ведутся японскими фирмами. Так, например, фирма Тойота в 1995 г. представила «концепт-кар», оснащенный 17 системами безопасности, которые можно разделить на четыре группы: 1) системы профилактическо-предупредительной безопасности (8 функций: комплексы «борьба с дремотой», противопожарное оповещение, информация о давлении в шинах, автоматическая регулировка фар, боковой обзор, а также информационный дисплей, система опознавательных «сигналов о намерениях», навигационный комплекс); 2) системы избежания аварий и столкновений (2 функции: система автоматического торможения и система SOS); 3) системы минимизации повреждений при столкновении (4 функции: надувные «мешки безопасности», самозатягивающиеся ремни безопасности, система автоматической остановки, надувной «мешок» на капоте); 4) системы минимизации повреждений после столкновения (3 функции: система пожаротушения, система оповещения о ЧП, система «штурманской записи»). Автомобили начинают снабжать говорящими системами, предупреждающими водителя о неправильных действиях, опасных ситуациях, дающими подсказки. На ключевых японских автомагистралях в 2010-2015 гг. предполагается ввести в действие подобные «разумные» системы. Автомобили, насыщенные электроникой, становятся думающим, интеллектуальным транспортом.

Конструктивная безопасность движения. Конструктивную безопасность автомобиля условно разделяют на активную, пассивную и экологическую. Активная безопасность обеспечивается комплексом свойств автомобиля, направленных на предотвращение ДТП, пассивная - направлена на уменьшение тяжести последствий возникшего ДТП на людей, экологическая - направлена на уменьшение вредного воздействия на людей и окружающую среду (внешний шум, выделение вредных веществ и т.п.).

Учитывая международный характер требований к безопасности конструкции автомобилей, ряд европейских стран принял в 1958 г. в Женеве в рамках КВТ ЕЭК ООН «Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов оборудования и частей механических транспортных средств». В рамках этого Соглашения разрабатываются единые предписания (Правила ЕЭК ООН) и присваивается знак «Е» официального утверждения транспортного средства, отвечающего требованиям соответствующего Правила.

Правила ЕЭК ООН постоянно пересматриваются и дополняются в соответствии с повышением требований к техническому уровню автомобилей. Они являются обязательными для ратифицировавших их участников Соглашения, причем эти участники не могут возражать против эксплуатации у них автомобилей, получивших утверждение любой страны, присоединившейся к этому Соглашению. СССР присоединился к указанному Соглашению в 1987 г.

Всего Правил ЕЭК ООН уже около 100. Наиболее важные для учета при разработке норм проектирования дорог следует считать правила:

• № 13 - торможение транспортных средств,

• № 30 - шины для легковых автомобилей,

• № 51 - внешний шум транспортных средств,

• № 54 - шины для грузовых автомобилей и автобусов,

• № 89 - ограничение максимальной скорости автомобилей,

а также большое количество Правил по различной светотехнике (для легковых автомобилей их 16, для грузовых 18).

Выполненный анализ показывает существенные изменения многих параметров и характеристик автомобилей, оказывающих непосредственное влияние на требования к транспортно-эксплуатационному состоянию дорог, и новые тенденции в дальнейшем развитии конструкций автомобилей. Указанные изменения и тенденции должны быть учтены при разработке технической политики в области ремонта и содержания автомобильных дорог, организации и обеспечения безопасности дорожного движения.

Переход России к рыночной экономике сопровождается не только количественным ростом автомобильного парка, но и глубоким качественным изменением его состава. В транспортном потоке на автомобильных дорогах значительно увеличилась доля тяжелых грузовых автомобилей, магистральных автопоездов, комфортабельных туристических автобусов, а также доля легковых и малотоннажных грузовых автомобилей. Увеличились нагрузки на автомобильные дороги и дорожные сооружения от транспортных средств. Динамические характеристики многих отечественных автомобилей также весьма изменились за последние годы и вплотную подошли к характеристикам автомобилей, наблюдаемых в развитых зарубежных странах. Кроме того, в составе транспортных потоков на российских дорогах непрерывно растет доля машин зарубежного производства.

В связи с произошедшими количественными и качественными изменениями транспортных потоков значительно возросли требования к потребительским свойствам автомобильных дорог.

Действующие нормы и правила ремонта и содержания автомобильных дорог, разработанные много лет назад, отстают от динамики роста этих требований и нуждаются в переработке, совершенствовании и дальнейшей систематической корректировке.