Разработка принципов и алгоритмов работы системы предупреждения опрокидывания автобуса
На правах рукописи
Залимханов Тахир Басирович РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ И АЛГОРИТМОВ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОПРОКИДЫВАНИЯ АВТОБУСА 05.22.10 – Эксплуатация автомобильного транспорта
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград – 2013
Работа выполнена на кафедре «Организация и безопасность движения» Махачкалинского филиала Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ) Научный руководитель доктор технических наук, профессор Гудков Владислав Александрович
Официальные оппоненты: Зырянов Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, Ростовский государственный строительный университет, кафедра «Организация перевозок и дорожного движения», заведующий кафедрой;
Комаров Юрий Яковлевич, кандидат технических наук, доцент, Волгоградский государственный технический университет, кафедра «Автомобильный транспорт», заведующий кафедрой.
Ведущая организация Пензенский государственный университет архитектуры и строительства.
Защита диссертации состоится 25 октября 2013 г. в 12 часов на заседании дис сертационного совета Д 212.028.03 при Волгоградском государственном техни ческом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. Ленина, 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государст венного технического университета.
Автореферат разослан 24 сентября 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Ожогин Виктор Александрович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы определяется ее связью со вторым этапом Нацио нальной стратегии повышения безопасности дорожного движения (на период с 2011 до 2020 года), в котором предусмотрено: повышение безопасности авто мобилей и перевозок, совершенствование системы обучения водителей и инст рукторов;
совершенствование качества дорог.
В последнее время широкое распространение получили перевозки пасса жиров автобусами малой и особо малой вместимости (микроавтобусами), Од нако широкое распространение таких перевозок пассажиров привело к повы шению аварийности. Причем до 8 % всех ДТП с микроавтобусами составляют такие тяжкие происшествия как опрокидывание. Из статистических данных вы явлено, что это связано с превышением скорости движения выше критической, которая снижается с ухудшением поперечной устойчивости микроавтобуса в процессе эксплуатации вследствие действия различных факторов (несиммет ричное размещение пассажиров в салоне, неисправность подвески и шин, боко вой ветер, уклон дороги, неровности дороги и угловая скорость вращения руле вого колеса). Однако водитель не имеет информации о поперечной устойчиво сти и критической скорости автобуса на повороте и полагается только на свой опыт и интуицию. Пассажиры не всегда пристегиваются ремнями безопасно сти, поэтому при крутом повороте вследствие действия центробежной силы инерции они могут перемещаться в салоне автобуса в сторону опрокидывания и дополнительно ухудшать его поперечную устойчивость в процессе поворота.
Известная система предотвращения опрокидывания ESC (электронный кон троль устойчивости) и другие аналогичные системы не могут дать водителю информацию о возможном ухудшении поперечной устойчивости в процессе поворота автомобиля, что снижает эффективность их применения на автобусах.
Поэтому для снижения риска опрокидывания необходимо разработать прин ципы и алгоритмы функционирования системы предупреждения опрокидывания автобуса (СПОА) с учетом перемещения пассажиров. Она должна учитывать возможное ухудшение поперечной устойчивости в процессе маневра и информи ровать водителя о состоянии поперечной устойчивости, а также предупреждать его о моменте начала снижения скорости (с замедлением, комфортным для пас сажиров) и величине безопасной скорости входа в поворот с учетом возможного перемещения пассажиров на поворотах. Предлагаемая СПОА более высокого уровня, при бездействии водителя должна сама снижать скорость автобуса до безопасного уровня, например, с помощью известных систем предупреждения об опасности столкновения, имеющих функцию автоматического торможения.
Правительство России приняло решение об обязательном использовании глобальной навигационной спутниковой системы (ГЛОНАСС) и наказании, за ее отсутствие. В связи с этим при разработке СПОА необходимо использовать широкие возможности системы ГЛОНАСС.
_ Автор выражает благодарность за научное консультирование д.т.н., профессору кафедры ав томобильных перевозок ВолгГТУ Рябову И.М.
Объектами исследования являются способы формирования информации о поперечной устойчивости автобуса, процессы перемещения пассажиров в салоне и опрокидывания микроавтобуса под действием центробежной силы.
Целью диссертационной работы является снижение риска опрокидывания автобуса на основе разработки принципов и алгоритмов работы системы пре дупреждения опрокидывания с учетом возможного перемещения пассажиров на поворотах.
Научная новизна диссертации состоит в следующем:
– проведен анализ возможностей различных способов формирования информа ции о поперечной устойчивости автобуса;
– разработана методика оценки устойчивости пассажира на сидении, которая позволяет выявлять влияние параметров сиденья, посадки пассажира и крена кузова на устойчивость пассажира на сидении;
– разработана методика расчета коэффициента поперечной устойчивости авто буса, учитывающая размещение и возможное перемещение незакрепленных пассажиров в салоне вследствие инерции;
– выявлено влияние угловой скорости поворота управляемых колес на критиче скую скорость автобуса при повороте;
–разработана математическая модель для выявления влияния размещения пас сажиров в салоне, параметров подвески и уклона дороги, на процесс опрокиды вания автобуса под действием центробежной силы;
– разработаны принципы и алгоритмы работы СПОА различных уровней, в том числе и с использованием системы ГЛОНАСС.
Практическая ценность работы.
1. Разработан способ формирования информации о поперечной устойчивости автобуса и ее возможном ухудшении вследствие перемещения пассажиров в са лоне по инерции в целях повышения достоверности информации и снижения риска опрокидывания автобуса.
2. Разработанная методика расчета коэффициента поперечной устойчивости, учитывающая размещение и возможное перемещение пассажиров в салоне ав тобуса, позволяет достоверно рассчитать критическую скорость автобуса, не обходимую для определения передаваемой водителю упреждающей информа ции о безопасной скорости входа в поворот, что снижает риск опрокидывания.
3. Разработанная методика расчета устойчивости пассажира на сидении позво ляет подбирать параметры сиденья и посадки пассажира для обеспечения ус тойчивости автобуса при поворотах.
4. Установлены пределы влияния угловой скорости поворота управляемых ко лес на критическую скорость автобуса при повороте;
5. Разработанная математическая модель процесса опрокидывания автобуса под действием центробежной силы инерции позволяет выявлять влияние парамет ров автобуса на протекание процесса.
6. Разработанные принципы и алгоритмы работы СПОА различных уровней по зволят повысить внутреннюю информативность автобусов и существенно сни зить риск их опрокидывания.
Реализация работы. Результаты исследований переданы для использова ния в Махачкалинские пассажирские автопредприятия: а/к 1736, МПАТП – 1, МПАТП – 2, «Махачкалатранс », «Махачкалатранс – 1», что подтверждается актами внедрения, внедрены в учебный процесс МФ МАДГТУ и используются при подготовке инженеров по специальностям 190601 «Автомобили и автомо бильное хозяйство», 190602 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт), 190700 «Автомобильные перевоз ки», 190702 «Организация и безопасность движения».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложе ны и получили одобрение на научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (2009 – 2013 гг.), на международной конференции «Наземные транспортные системы – 2010 г.», на региональных, меж вузовских научно-практических конференциях МФ МАДИ (2003 – 2013 гг.).
Публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы из ложены в 9 публикациях, из них 5 входят в перечень изданий, рекомендуемых ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 35 рисунков и 7 таблиц. Список литературы составляет 136 наименований и 7 приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель ра боты, отмечается научная новизна и практическая ценность исследования, при водятся сведения о публикациях, структуре и объеме работы.
Первый раздел «Актуальные вопросы информационного обеспечения безопасности дорожного движения» посвящен вопросам информативности в системе «водитель-автомобиль-дорога-окружающая среда». Анализируется внешняя, внутренняя и звуковая информативности, восприятие, обработка, пе реработка и усвоение информации человеком в условиях дорожного движения, влияние времени реакции на скорость управляющих действий водителя в до рожной обстановке, количество и качество информации в дорожном движении.
В результате анализа выявлено, что в настоящее время в поле зрения водителя автобуса отсутствует достаточное количество информации, требуемой для обеспечения безопасного прохождения поворотов в постоянно меняющейся до рожно-транспортной ситуации, что повышает вероятность такого тяжкого ДТП как опрокидывание автобуса. Вопросами информационного обеспечения авто мобиля и безопасности дорожного движения занимались В.Ф. Бабков, Б.Е. Боровский, В.А. Гудков, Комаров Ю. Я., В.И. Коноплянко, Б.А. Ройтман, А.М. Романов, А.В. Постолит, А.И. Рябчинский, Н.Я Яхьяев и др. Вопросами исследования и повышения эксплуатационных свойств автомобилей, связанных с безопасностью движения, занимались многие отечественные и зарубежные ученые: В.А. Иларионов, А.С. Литвинов, А.А. Ревин, Р.В. Ротенберг, И.М. Ря бов, Я.Е. Фаробин, А.А. Хачатуров, Е.А. Чудаков, Th. Meller, H.B. Pacejka, и др.
Однако вопросам повышения безопасности движения автобусов на поворотах путем улучшения их информативности с использованием системы ГЛОНАС уделено недостаточно внимания.
Для реализации цели в работе были поставлены следующие задачи:
1) провести анализ способов формирования и передачи водителю информации о состоянии и возможном ухудшении поперечной устойчивости автобуса на поворотах и выявить способ, дающий наиболее достоверную информацию;
2) разработать методику оценки устойчивости пассажира на сиденье с учетом параметров сиденья, способа посадки пассажира, крена кузова автобуса и мето дику расчета критической скорости из условия устойчивости пассажиров на си деньях на повороте;
3) разработать методику расчета критической скорости с учетом размещения пассажиров в салоне автобуса и возможных перемещений по инерции незакре пленных пассажиров на поворотах и безопасной скорости прохождения пово рота с учетом скорости бокового ветра и неровностей дороги;
4) выявить влияние угловой скорости поворота управляемых колес на критиче скую скорость автобуса на повороте;
5) разработать математические модели процессов перемещения пассажира и опрокидывания автобуса под действием центробежных сил инерции;
6) провести расчетно-теоретические исследования процессов перемещения пас сажира и опрокидывания автобуса, а также экспериментальные исследования крена кузова и устойчивости пассажира на сидении;
7) разработать принципы и алгоритмы работы СПОА различных уровней.
Второй раздел посвящен разработке систем предупреждения опрокидыва ния автобуса, в том числе на основе использования системы ГЛОНАСС. Сфор мулированы требования и разработаны принципы работы СПОА.
СПОА первого уровня (информационная) с помощью специального прибо ра - указателя устойчивости автобуса, постоянно передает водителю информа цию о состоянии поперечной устойчивости автобуса и о границе опасности оп рокидывания.
СПОА второго уровня (информационная) с помощью системы ГЛОНАСС информирует водителя о моменте начала торможения, с комфортным для пас сажиров замедлением (не более 1 – 2 м/с2), а также о безопасной скорости входа в поворот, например, голосовое сообщение: «начало торможения до скорости 32 км/ч». В случае, если водитель этот момент пропускает, то сообщение по вторяется, причем с каждым разом все громче.
СПОА третьего уровня (адаптивная) при бездействии водителя сама сни жает скорость автобуса до безопасной величины, с использованием системы адаптивного круиз-контроля.
Для определения безопасной скорости входа в поворот СПОА в режиме реального времени формирует и обрабатывает большой объем внешней и внут ренней информации, определяет устойчивость автобуса и ее возможное изме нение в процессе поворота. При этом учитываются следующие факторы:
1) размещение пассажиров и их возможное перемещение в процессе поворота (с помощью датчиков) с учетом того, что не все пассажиры в салоне пристегну ты ремнями к сиденьям, и не все подлокотники кресел опущены;
2) уклон доро ги;
3) скорость ветра;
4) неровности проезжей части дороги.
Проведенный анализ возможного перемещения пассажиров в салонах ав тобусов с различной планировкой сидений вследствие инерции на левых (рис. а) и правых (рис. 1 б) поворотах показал, что СПОА должна настраиваться на каждую планировку. Стрелки на рисунке указывают направление перемещения пассажиров, под действием инерции, а их длина равна пути перемещения цен тров масс (ЦМ) пассажиров.
Планировка на 13 мест Планировка на 14 мест Планировка на 15 мест а) б) Рис. 1. Схемы возможных перемещений пассажиров по инерции на поворотах в салонах микроавтобусов с различной планировкой: а) на левом повороте;
б) на правом повороте В салоне с 13-ти местной планировкой при левом повороте может перемес титься под действием центробежных сил инерции 7 пассажиров, причем один перемещается на большое расстояние. На правом повороте может переместить ся лишь 4 пассажира на небольшое расстояние.
В салоне с 14-ти местной планировкой отсутствуют сиденья, расположен ные перпендикулярно направлению движения, поэтому при правых и левых по воротах возможны перемещения пассажиров на небольшие расстояния. При на личии на сиденьях опущенных подлокотников эта планировка практически не допускает поперечного смещения пассажиров на крутых поворотах. Однако у водителя, как правило, нет информации о том, что подлокотники опущены, но ее можно получить с помощью датчиков, передать водителю и учесть в СПОА.
Недостатком этой планировки является также то, что она не обеспечивает неза висимую посадку каждого пассажира, которая необходима для удобства при большой сменности пассажиров на маршруте.
В салоне с 15-ти местной планировкой на правом повороте может перемес титься (более чем на 0,5 м) 5 пассажиров, а на левом – 8, масса которых состав ляет около 640 кг. В процессе перемещения скорость пассажиров относительно салона увеличивается и достигает максимума в конце перемещения (в момент удара). В процессе удара возникает момент относительно оси опрокидывания, способствующий опрокидыванию автобуса. Это особенно опасно на левых по воротах, т. к. в этом случае поперечный уклон дороги направлен в сторону оп рокидывания в связи с правосторонним движением в РФ. При этом возможно равенство времени перемещения пассажиров в салоне автобуса (по истечении которого пассажиры создают импульс опрокидывающего момента) и времени достижения критической фазы опрокидывания автобуса (когда линия действия силы тяжести проходит через ось опрокидывания).
Однако такие планировки салона, в которых часть сидений или все они расположены поперек направления движения, в последнее время применяются все чаще, поскольку они обеспечивают независимую посадку каждого пасса жира. В связи с этим для использования в СПОА была разработана методика оценки устойчивости пассажира на таких сиденьях с учетом крена кузова авто буса на поворотах. При этом использовались расчетные схемы, приведенные на рис. 2.
Y ЦМп ЦМп Oцм ЦМ Pин hпас Pи hпас hпр H hам hс hц l l ЦК ок mпg mпg hс P 0 + mg ЦО ЦО B B B а) б) в) Рис. 2. Расчетные схемы процесса опрокидывания: а) автобуса;
б) пассажира при отсутствии крена кузова и центробежной силы;
в) пассажира при наличии крена кузова и центробежной силы Момент, удерживающий пассажира на сидении, создается массой пассажи ра и равен М у = mп g [B1 cos( + ) (hc + hпас1 ) sin( + )], (1) где m п – масса пассажира, g – ускорение свободного падения;
– угол укло на поверхности дороги относительно горизонтальной плоскости;
hc – высота сиденья над полом;
hпас1 – высота центра масс пассажира над сиденьем;
B1 – расстояние от проекции ЦМ пассажира на пол микроавтобуса до центра опро кидывания (ЦО);
– угол наклона кузова относительно поверхности дороги.
Момент, поворачивающий сидящего пассажира относительно ЦО, созда ваемый действующей на него центробежной силой инерции Pи, можно опреде лить по формуле:
М оп = Pи [(hc + hпас1 ) cos( + ) + B1 sin( + )], (2) Показателем устойчивости, определяемым как отношение моментов (1) и (2), можно оценивать устойчивость пассажира на сиденье B cos( + ) sin( + ) М у mп g hc + hпас µ= =. (3) B Pи М оп cos( + ) + sin( + ) hc + hпас Положение пассажира на сиденье неустойчиво, когда этот показатель меньше единицы.
Коэффициент устойчивости пассажира на сиденье можно определить как отношение плеч удерживающего и опрокидывающего пассажира моментов при отсутствии крена кузова (рис.2 б):
B 0 =. (4) hc + hпас Подставив формулу (4) в выражение (3) получим m g cos( + ) sin( + ) g 0 tg( + ) µ= п 0 =, (5) Pи cos( + ) + 0 sin( + ) jа 1 + 0 tg ( + ) где jа – центростремительное ускорение автобуса.
Из выражения (5) выделим коэффициент устойчивости пассажира при крене кузова автобуса (рис.2 в) tg ( + ) = 0. (6) 1 + 0 tg ( + ) На рис. 3 приведены графики, построенные по формуле (6) с учетом ан тропометрических данных тела человека и при различном положении стоп ног.
0, 0, 0, 11 0, +, град 0 6 12 18 24 30 Рис. 3. Зависимость коэффициента устойчивости пассажира на сидении от суммы углов уклона дороги и крена кузова при различном положении стоп ног: 1 – 0 = 0,5 (стопы ног задвинуты под сиденье);
2 – 0 = 0,7 (стопы ног в среднем положении);
3 – 0 = 0, (стопы ног выдвинуты от сиденья) Из графиков можно сделать вывод, что коэффициент устойчивости пассажира на сидении существенно зависит от положения стоп ног и уменьшается пропорцио нально росту суммы углов уклона дороги и крена кузова.
Поэтому для повышения устойчивости пассажиров на сиденьях и крити ческой скорости необходимо снижать крен кузова автобуса на поворотах, на пример, за счет установки мощных стабилизаторов поперечной устойчивости.
Поперечная сила инерции, действующая на автобус на повороте, равна L2 + R 2 d 2 L dа Py = mа а2 + + а, (7) 3,6 R 3,6 R 2 dt R dt b где mа – масса автобуса;
= – коэффициент расположения центра масс;
b – L расстояние от ЦМ автобуса до заднего моста;
L – база автобуса;
а – скорость автобуса;
R – радиус поворота автобуса;
– средний угол поворота управляе мых колес;
t – время процесса поворота.
P j Тогда = а tg (arctg 0 ) = y tg(arctg 0 ), (8) g mа g или а L2 + R 2 d 1 а2 L dа tg(arctg 0 ).
= + + (9) g 3,6 2 R 3,6 R 2 dt R dt Примем допущение, что скорость автобуса при повороте постоянна. То гда а L2 + R 2 d 1 а tg(arctg 0 ).
= 2 + (10) g 3,6 R 3,6 R 2 dt Отсюда уравнение для определения критической скорости на повороте L2 + R 2 d а кр 3,6 2 Rg ctg(arctg 0 ) = 0, а2 кр + 3,6 (11) R dt и общее решение этого уравнения L2 + R 2 d 1 L2 + R 2 d + 4 3,6 2 Rg ctg(arctg 0 ).
а кр = 3,6 + 3, dt 2 R dt 2 R (12) Уравнение (12) может быть использовано в СПОА для определения крити ческой скорости автобуса на повороте.
Из уравнения (12) видно, что критическая скорость автобуса на повороте зависит от угловой скорости поворота управляемых колес = d/dt. Поэтому представляет интерес определение зависимости критической скорости автобуса на повороте от угловой скорости поворота управляемых колес, которая была нами получена (рис. 4).
Из графиков (рис. 4) видно, что критическая скорость автобуса на повороте в установленном диапазоне изменения (заштрихованная область) снижается примерно на 30% практически пропорционально. Поэтому очень важно во время снизить скорость автобуса перед поворотом и вовремя начать поворачи вать управляемые колеса. В случае, когда водитель пропустил момент начала поворота колес, он должен дополнительно (интенсивно) снижать скорость, так как при этом уменьшается радиус поворота. СПОА после вычисления критиче ской скорости на повороте передает водителю заниженное значение скорости для обеспечения запаса устойчивости. Представляет интерес в рамках СПОА создание устройств, не позволяющих водителю очень резко поворачивать руле вое колесо при скоростях движения выше установленных критических.
а, м/с /6 к, рад/c 0 2/ Рис. 4. Зависимость критической скорости автобуса по опрокидыванию от угловой скорости поворота управляемых колес при различных радиусах поворота:
1 – R = 30 м, 2 – R = 30 м, плечо удерживающего момента уменьшено на 25%, 3 – R = 20 м Для исследования процесса перемещения пассажира в салоне на повороте разработана математическая модель:
J&& = mп R2l sin mп gl cos.
(13) Здесь = 0 + +, где 0 – начальный угол положения ЦМ пассажира;
– угол поперечного уклона дороги;
l – расстояние от точки опрокидывания до ЦМ;
– угол опрокидывания пассажира относительно центра опрокидывания;
– угловая скорость;
&& – угловое ускорение;
– угловая скорость ЦМ относи & тельно центра поворота;
R – радиус поворота автобуса. J – момент инерции пассажира относительно ЦО;
mп – масса пассажира.
Для исследования процесса опрокидывания автобуса на повороте была разработана математическая модель, учитывающая параметры подвески J1&&1 = mR2 H cos 2khам 1 2chпр 1, 2 & (14) J 2&&2 = mR2l sin mgl cos.
Здесь = 0 + + 1 + 2 – текущий угол положения центра масс относительно h центра опрокидывания, где 0 = arctg цм – начальное значение этого угла, – B угол поперечного уклона дороги, 1 – наклон кузова вследствие податливости подвески и шин;
2 – приращение суммы углов 0 + + 1 в процессе опроки дывания;
l – расстояние от точки опрокидывания до центра масс;
= 0 + + 2 – угол опрокидывания кузова относительно центра опрокидыва ния, – угловая скорость автобуса;
R – радиус поворота автобуса;
H – расстоя ние от центра крена до центра масс;
hпр – расстояние от центра крена до рессор;
J1 – момент инерции кузова относительно центра крена;
J2 – момент инерции кузова относительно центра опрокидывания, m – масса автобуса;
k – коэффици ент демпфирования амортизаторов;
c – угловая жесткость подвески.
Третий раздел посвящен расчетно-теоретическим исследованиям процес сов перемещения пассажира и опрокидывания автобуса, а также эксперимен тальным исследованиям крена кузова и устойчивости пассажира на сиденье.
После решения уравнений (13 и 14) по разработанной программе были вы полнены расчеты и построены графики изменения во времени параметров дви жения центов масс на повороте (рис. 5).
,, && рад рад/, & c рад/c 6/ 6/ 5/ 5/,, && 1 рад/c рад 4/2, 4/8 & 3/ рад/c 3 3/ 3/ 2/ 2/ 2/ 2/8 /8 / / / 0 0,2 0,4 0,6 0,8 t, c 0 0,2 0,4 0,6 0,8 t, c а) б) Рис. 5. Графики изменения во времени параметров движения ЦМ на повороте:
а) – для пассажира;
б) – для автобуса:
1 – угловое перемещение;
2 – угловая скорость;
3 – угловое ускорение Анализ графиков (рис. 5) показывает, что угловое ускорение пассажира вы ше, чем у автобуса, а время перемещения ЦМ пассажира до удара (0,4 – 0,8 с, рис.
5 а) мало отличается от времени критической фазы опрокидывания автобуса (0, – 0,7 с, рис. 5 б), что повышает риск опрокидывания. Установлено, что уклон до роги до 3-х градусов в сторону опрокидывания уменьшает время опрокидывания до 30 %. Для увеличения критической скорости автобуса на повороте необхо димо повышать устойчивость пассажира сидении путем снижения его высоты и угловую жесткость подвески за счет стабилизаторов поперечной устойчивости.
Приводится описание методики экспериментального исследования, резуль таты и их анализ, который показал, что размещение пассажиров (даже по одному борту микроавтобуса) незначительно влияет на крен кузова (в пределах ± 2о), по этому водителю практически невозможно по крену кузова определить сущест венное снижение поперечной устойчивости микроавтобуса. Установлено, что коэффициент устойчивости пассажира на сиденьях расположенных перпендику лярно к направлению движения существенно зависит от положения точки опоры ног и уменьшается практически пропорционально увеличению крена кузова от носительно горизонтали.
В четвертом разделе приводится описание разработанных принципов, структур и алгоритмов работы СПОА различных уровней. Структура простой СПОА первого уровня приведена на рис.6. Она содержит прибор «Указатель устойчивости» (рис. 7).
Датчик стабилизатора Преобразователь Указатель поперечной устойчивости сигнала устойчивости Рис. 6. Структура простой СПОА первого уровня Рис.7. Вид панели прибора «Указатель устойчивости» Прибор визуально информирует водителя об уменьшении устойчивости автобуса относительно его устойчивости в снаряженном состоянии.
При криволинейном движении водитель не должен допускать потерю ус тойчивости более чем на 40 %, что соответствует отклонению стрелки указате ля устойчивости до границы между желтым и красным полями.
Структура СПОА второго уровня с использованием системы ГЛОНАСС приведена на рис. 8.
Датчики сидений, ускорений, Указатель устойчивости ремней безопасности, Микроконтроллер Усовершенствованный подлокотников, система навигатор ГЛОНАСС Рис. 8. Структура СПОА второго уровня с использованием системы ГЛОНАСС СПОА второго уровня работает следующим образом. Система ГЛОНАСС непрерывно определяет и передаёт информацию о скорости движения автобуса.
Микроконтроллер, на основании показаний датчиков и навигатора, рассчиты вает с учетом возможных перемещений пассажиров, допустимую безопасную скорость преодоления поворота (см. ф. 12) и расстояние, необходимое для тор можения автобуса с комфортным для пассажиров замедлением по формуле (V0 Vк ) l=, (15) 25,92 jа где l – расстояние до поворота, на котором следует снижать скорость комфорт ным замедлением;
V0 – текущая скорость автобуса;
Vк – расчетная скорость безопасного входа в поворот;
jа – замедление автобуса, комфортное для пасса жиров (1 – 2 м/с2).
Если водитель пропускает момент начала торможения, ему подается го лосовое сообщение о необходимости начала торможения и величине скорости безопасного входа в поворот. Отслеживается замедление автобуса и, если оно меньше требуемого, голосовое сообщение повторяется с повышенной громко стью. Показания указателя устойчивости зависят от уровня СПОА. В СПОА первого уровня он показывает фактическую потерю устойчивости автобуса вследствие несимметричного размещения пассажиров в салоне и действия цен тробежной силы. В СПОА второго уровня он может показывать возможную по терю устойчивости автобуса в процессе поворота вследствие перемещения в салоне не пристегнутых пассажиров.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 1. На основе выполненных исследований решена важная научно-практическая задача повышения внутренней информативности автобуса для снижения риска опрокидывания на основе разработки принципов и алгоритмов системы преду преждения опрокидывания с использованием спутниковой навигационной сис темы ГЛОНАСС.
2. Разработан способ формирования информации о поперечной устойчивости автобуса, и ее возможном ухудшении из-за перемещения пассажиров в салоне вследствие инерции, для повышения достоверности информации и снижения риска опрокидывания автобуса.
3. Разработанная методика расчета коэффициента поперечной устойчивости, учитывающая размещение и возможное перемещение пассажиров в салоне ав тобуса и другие факторы, позволяет рассчитать критическую скорость автобуса и момент начала снижения скорости (с замедлением, комфортным для пасса жиров), что снижает риск опрокидывания.
4. Разработанная методика расчета устойчивости пассажира на сиденье позво ляет формировать информацию о безопасной скорости входа автобуса в пово рот, а также выбирать параметры сиденья с учетом крена кузова для повыше ния устойчивости пассажира на поворотах.
5. В результате исследования влияния угловой скорости поворота управляемых колес на критическую скорость автобуса на повороте установлено, что при рез ком повороте водителем рулевого колеса, она может снизится на 30 %.
6. С помощью разработанных математических моделей процессов перемещения пассажира и опрокидывания автобуса под действием центробежных сил выяв лено, что в салонах, имеющих сиденья, расположенные перпендикулярно на правлению движения, время перемещения пассажира до удара практически равно времени достижения критической фазы опрокидывания автобуса, что по вышает риск опрокидывания. Установлено, что уклон дороги до 3 градусов в сторону опрокидывания уменьшает время опрокидывания до 30 %, боковой ве тер и неровности дороги могут снижать критическую скорость на 25 %. Для за медления процесса опрокидывания необходимо повышать угловую жесткость подвески.
7. Разработаны принципы и алгоритмы работы СПОА различных уровней, в том числе с использованием системы «ГЛОНАСС», внедрение которых по зволит повысить внутреннюю информативность автобусов и существенно сни зить риск их опрокидывания.
Основные материалы диссертации опубликованы в ниже перечислен ных 9-ти публикациях, 5 из которых входят в перечень изданий, рекомендован ных ВАК.
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Гудков, В.А. Повышение безопасности движения в темное время суток путем применения контурной маркировки / В.А. Гудков, И.М. Рябов, К.В. Чернышов, Т.Б. Залимханов, М.М. Муртузов // Изв. ВолгГТУ. Серия «Наземные транс портные системы»: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2010. – Вып. – №10. – С. 116 – 118.
2. Залимханов, Т.Б. Сон за рулем / Т.Б. Залимханов, Ю.Ф. Щербинин // Авто транспортное предприятие. – М.: НПП Транснавигация, Минтранс России, 2011. – № 11. С. 26 – 28.
3. Рябов, И.М. Повышение активной безопасности автобусов особо малой вме стимости в системе «водитель – автомобиль – дорога – среда – пассажиры» с помощью информационного устройства / И.М. Рябов, К.В. Чернышов, Т.Б. За лимханов, М.Ш. Абдуллаев // Грузовик. – М.: Машиностроение, 2012. – № 4.
С. 13 – 18.
4. Щербинин, Ю.Ф. Еще раз о безопасности / Ю.Ф. Щербинин, Т.Б. Залимха нов, // Автотранспортное предприятие. – М.: НПП Транснавигация, Минтранс России, 2013. – № 1. С. 15 – 17.
5. Гудков, В.А. Методика определения критической скорости автобуса на пово роте с учетом устойчивости пассажиров на сидениях / В.А. Гудков, Т.Б. Залим ханов, М.Ш. Абдуллаев // Изв. ВолгГТУ. Серия «Наземные транспортные сис темы»: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. – Волгоград, 2013. – Вып. 6 – № (113). – С. 53 – 56.
Прочие публикации:
6. Яхьяев, Н.Я. Информационное обеспечение организации и безопасности до рожного движения. Учебное пособие / Н.Я. Яхьяев, А.Н. Романов, Т.Б. Залим ханов, А.В. Кораблин. Махачкала. ГУП «Типография ДНЦ РАН», 2009. 248 с.
7. Гудков В.А. Оценка приспособленности автобусов особого малого класса «ГАЗель» к горным условиям Республики Дагестан / В.А. Гудков, И.М. Рябов, Т.Б. Залимханов, М.Ш. Абдуллаев // Сборник «Россия периода реформ: Мате риалы ХIV международной отраслевой научно-практической конференции ( – 29 мая). Волгоград, 2010. С. 172 – 176.
8. Гудков В.А. Информационные системы контроля давления в шинах / В.А.
Гудков, И.М Рябов, Д.В. Гудков, Т.Б. Залимханов, М.М. Муртузов // Шина плюс: всеукраинский журнал. – 2010. – № 4. С. 11 – 13.
9. Залимханов, Т.Б. История Российской государственной инспекции дорож ного движения в документах и датах. Учебное пособие / Т.Б. Залимханов, Н.Я.
Яхьяев. Махачкала. ИП Джамалудинов М.А., 2011. 108 с.
Подписано в печать 21. 06..2013 г.
Формат 60х84 1/16. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 1,0. Тираж 150 экз. Заказ № Типография Махачкалинского филиала МАДГТУ (МАДИ).
367026, г. Махачкала, пр. Акушинского, 13.