Оценка эффективности торможения для грузовых транспортных средств в провинции Онтарио
перевод одной интересной статьи на тему эффективности торможения грузовых ТС с разной степенью загрузки.
Б.Г. Хатчинсони Д.Дж. Паркер
Департамент строительства
Университет Ватерлоо
Ватерлоо, Онтарио
Возможности торможения больших грузовых транспортных средств (ТС) были оценены в ряде исследований, проведенных за последние пять или шесть лет. Многие из этих исследований пришли к выводу, что тормозная эффективность больших грузовых автомобилей меньше предполагаемой, обычно сделанных дорожными и транспортными инженерами в принятых дорожных стандартах.
Эта статья описывает результаты некоторых компьютерных анализов возможности торможения различных грузовых автомобилей, широко используемых в Онтарио. Данные грузовые ТС используются, что называется "с перегрузом" и "негабаритом". В статье также обобщаются результаты полевых испытаний процесса торможения с описанными в доступных источниках и специальной литературе, которые в свою очередь сравниваются с результатами испытаний и поведением оцениваемых моделей грузовых ТС.
эффективность торможения
Эффективность торможения грузовых ТС, как правило, определяется по формуле:
[1] N = (a/ f)*100%
где N - эффективность торможения (%) a - замедление, достигаемое автомобилем при контролируемом торможении (т.е. без блокировки в любого из колес) м/с2; и f = коэффициент трения шин об опорную поверхность.
Идеальная эффективность торможения, или идеальное торможение, достигается, когда тормозные силы, приложенные через тормоза на каждое колесо, пропорциональны нормальной нагрузке, передаваемой через каждое колесо ТС. Если это условие не выполняется, последует преждевременная блокировка колес, которая будет происходить на одном или нескольких колесах и доступные силы трения шины на опорной поверхности не будут использованы полностью. Распределение тормозных усилий на большинстве грузовых ТС обычно работает при условиях, соответствующих нагруженному состоянию. Эффективность торможения при незагруженном или частично загруженном грузовом автомобиле как правило существенно ниже.
Исследование веса и габаритов транспортных средств в Канаде было завершено в 1987 году, установив эталонный уровень эффективности торможения на отметке 70%, который хотя и не обоснованно для данного уровня исследований был обеспечен. Результаты этого исследования, предоставленные Сазерлендом и Пирсоном (1989) показали, что достигнуть этого значения мог даже обычный седельный тягач. Однако не совсем ясно, была ли эта эффективность торможения достигнута для загруженного, частично загруженного и незагруженного транспортного средства.
Последствие отклонений от идеальной модели торможения
Последствия отклонения от идеального торможения показано на Рис. 1 где показан тормозной путь на скорости 40 миль / ч (64,4 км / ч) наблюдаемый при испытаниях торможения на сухом дорожном покрытии для различных типов транспортных средств (автобусов, обычных грузовых автомобилей и полуприцепов) по отклонениям от идеального торможения на переднем мосту для загруженных и порожних транспортных средств.
Диаграмма показывает, что расстояние торможения как нагруженных, так и порожних автомобилей приближается к минимальному тормозному пути в 45,7 м, так как процент торможения на передней оси приближается к идеалу. И наоборот, когда тормозной путь отклоняется в широких пределах от идеала, тормозной путь увеличивается более чем в два раза. Формула тормозного пути, использующая расчетные модели дала бы тормозной путь около 30 м при этой скорости, что ниже, чем наблюдаемая величина, полученная при полевых испытаниях на сухом чистом асфальте.
Рисунок 1. Соотношение тормозного пути и отклонения от "идеального" торможения переднего моста автомобиля.
МОДЕЛИ ТОРМОЖЕНИЯ
Хатчинсон и Паркер (1989) описали модели торможения, используемые для расчета возможности торможения, представленные в этой статье. Модели адаптации, разработанные в Университете штата Мичиган и транспортном научно-исследовательском институте, были изложены Мэтью (1987). Эти модели позволяют рассчитать силы, действующие на процесс торможения автомобиля при различных уровнях давления на педаль тормоза, а также давление на педаль при котором происходит процесс блокировки колес на одной или более осях, что используется для определения максимального замедления при контролируемом торможении, и, следовательно, повышающие эффективность торможения.
Рисунок 2 показывает, уравнение для ненагруженного седельного тягача и полуприцепа. Транспортные средства были оснащены тормозами, имеющими характеристики, о которых писали Радлинский и Уильямс (1985) для различных типов транспортных средств. Представленные тормозные силы были изменены в соответствии со скоростью следующим образом:
| Начальная скорость (км/ч) | 40 | 60 | 80 | 100 |
| множитель | 1.1 | 1.0 | 0,9 | 0,8 |
АНАЛИЗ ТИПОВ ГРУЗОВЫХ ТС
Рисунок 3 иллюстрирует четыре основных проанализированных типа грузовиков. Трехсные грузовики представлены самосвалами, которые работают вокруг городов и в области. В анализе описанном в данной работе они были загружены грузом с плотностью 17 000 Н / м3 (гравий) что является максимальной нагрузкой на оси двухвостного прицепа разрешеной правилами Онтарио.
Рис. 2 Формулы для незагруженных тягача и полуприцепа
Рис. 3 Конфигурации проанализированных грузовиков
Обычный трехосник был загружен негабаритным грузом плотностью 1000 N / м3, что соответствует товарам народного потребления, перевозимых многими трехосными грузовиками. Показанный много-осевой полуприцеп, представленный на рисунке 3, является типичным примером перевозчика гравия, который используют на строительном рынке Торонто, такие доставляют гравий из карьеров, расположенных на соседних ледниковых отложениях. Данный был загружен гравием максимально на 56 820 кг. Четвертый грузовой транспорт показанный на рисунке 3 представляет собой автопоезд из двух полуприцепов, что часто используемый для выполнения перевозок плотных грузов, таких как рулоны стали, стальные плиты, пиво и т.д. Он был загружен с грузом плотности 17 000 Н / м3 Диаграмма показывает, что каждый из трех комбинированных грузовых транспортных средств, был оснащен тем же седельным тягачом.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЖЕНИЯ
Рисунок 4 показывает эффективность торможения, рассчитанную по четырем грузовикам, представленным на рис.3, и тягача, двигающегося без полуприцепа. Для демонстрации эффективности торможения, торможение происходило на скорости 100 км / ч на сухом чистом асфальте. Коэффициент трения шин с данным дорожным покрытием составлял 0,5. Эффективность торможения показана как для разгруженного автомобиля так и для загруженного.
Рис. 4 Эффективность торможения различных грузовых ТС
Диаграмма показывает, что только загруженное ТС было в состоянии достичь необходимую величину в 70% по стандарту тормозной эффективности, кроме многоосного полуприцепа. Худшее значение производительности при торможении отмечено у загруженного многоосного полуприцепа из-за использования Радлинским и Уильямсом, которые производили подтормаживание ТС используя для этого в значительной степени загруженность гравием. Наиболее важной особенностью, показанной на рисунке 4, является снижение эффективности торможения порожнего транспорта. Тягач с полуприцепом, сам тягач и полузагруженный автопоезд, имеют эффективность торможения около 40 процентов, в то время как порожний автопоезд с двумя полуприцепами имеет эффективность торможения только 25 процентов.
Эффективность торможения и ухудшение эффективности торможения на других скоростях и при различных величинах трения шин аналогичны показанным на рисунке 4. Высокие коэффициенты трения при высоких скоростях привели к снижению эффективности торможения загруженных транспортных средств из-за большего смещение нагрузок вперед. Тем не менее, эти изменения в эффективности торможения были не столь значительными.
ТОРМОЗНОЙ ПУТЬ
Действия приведенных выше значений эффективности торможения может быть оценено путем сравнения тормозной эффективности рассчитанной при помощи упрощенной модели процесса торможения с экспериментальными наблюдениями. Радлинский и Уильямс (1985) представили результаты анализа тормозного пути для целого ряда грузовых транспортных средств, который показан на рисунке 5. Торможение производилось на скорости 100 км / ч на сухом покрытии с шинами и тормозами в исправном техническом состоянии. Диаграмма также показывает, тормозной путь 130 м, которая используется для расчетных методов оценки при рабочей скорости 100 км / ч. Следует напомнить, что это расстояние рассчитывается исходя из предполагаемого коэффициента трения шин 0,30, что соответствует частично изношенным шинам, работающим на влажных покрытиях.
Рис. 5 Сравнение расчетного и экспериментального тормозных путей
Рисунок 5 показывает, что загруженные грузовые автомобили и полуприцепы имеют тормозной путь меньший чем расчетный, но однако на сухом асфальте тормозной путь порожних ТС подходит вплотную или превышает стандартизированное расчетное пороговое значение (основанное на расчетах для влажного дорожного покрытия).Рисунок 5 обобщает расстояния тормозного пути рассчитанного для торможения модели ТС на сухом асфальте при скорости 100 км / ч. Сравнение расчетного и наблюдаемого тормозного пути на рисунке 5 показывает, что наблюдаемые модели ТС способны работать в диапазоне, приближенном к расчетному. Это общее соотношение между расчетными и наблюдаемыми величинами позволяет обеспечить некоторое доверие к значениям эффективности торможения изложенным в предыдущем разделе.
Фанчер (1986) представил доказательство того, что грузовики с изношенными шинами (но все еще допустимыми для эксплуатации) имеют тормозной путь значительно длиннее, чем рекомендованный по меркам AASHTO. Рис.6 иллюстрирует расстояния остановочного пути, для грузовых автомобилей при торможении на мокрой дороге с новыми и изношенными шинами. Диаграмма показывает, что контролируемый торможение грузовых ТС на скорости от 90 км / ч требует тормозного пути, что примерно равного тому, что указан в стандартах для скорости 130 км / ч.
Рис. 6 Сравнение расчетного и экспериментального тормозного пути ТС на различных скоростях движения
Условия проведения эксперимента, о которых пишет Фэнчер - использование седельного трёхосного тягача с двухосным полуприцепом загруженным грузом с низкой плотностью (1 000 Н / м3) при коэффициенте трения 0,2. Экспериментальные данные и расчётные расстояния тормозного пути были наложены на рисунке 6. сравнение наблюдаемого и ожидаемого тормозного пути показывает, что расчетная модель переоценивает тормозной путь на скорости менее 90 км / ч и недооценивает расстояния торможения на высоких скоростях. Модель торможения могла бы лучше отражать наблюдаемый в эксперименте тормозной путь если были бы известны множители, отражающие отклонение тормозного пути на скоростях, превышающих 100 км/ч, и если были использованы переменные коэффициенты трения шин. Сравнение, приведенное на рис 6 также позволяет использовать упрощенную модель для анализа относительной эффективности торможения других типов грузовых автомобилей.
ДАННЫЕ ОБ АВАРИЯХ ГРУЗОВЫХ ТС
Буйко, Саккомано и Стюарт (1987) провели всесторонний анализ аварийности грузовых ТС на шоссе системы провинции Онтарио с помощью данных за 1983 год. Эти данные были использованы, поскольку эти аварии могли быть дополнены информацией о грузовых ТС, полученной из обзора по коммерческих автомобилям всей провинции.
В таблице 1 приведена частота ДТП по типу грузового ТС, рассчитанные в этом исследовании. Записи о ДТП показывают, что порожние автомобили имели большее число происшествий, нежели загруженные грузовые ТС, для полуприцепов, за исключением двойных прицепов.
Данные о двойных прицепах должны интерпретироваться с осторожностью из-за небольшого их числа, используемых на дорогах Онтарио в 1983 году.
|
Тип грузового ТС
|
Аварийность (количество / миллион км.) |
|
Пустой самосвал |
2,62 |
|
Седельный тягач |
1,74 |
|
Порожний седельный тягач с полуприцепом |
1,32 |
|
Груженый самосвал |
1,27 |
|
Груженый седельный тягач с полуприцепом |
0,75 |
|
Груженый седельный тягач с несколькими прицепами |
0,58 |
|
Недозагруженный седельный тягач с полуприцепом |
0,51 |
Таблица 1. ДТП с грузовыми ТС различной конфигурации в Онтарио, 1983
Информация, представленная на рисунке 4 показывает, что трехосные грузовики имели меньшее ухудшение эффективности торможения при отсутствии нагрузки. Большая аварийность разгруженных трехосных грузовых автомобилей, представленных в таблице 1 не согласуется с расчетными изменениями эффективности работы тормозной системы. Это объясняется тем, что многие из подобных автомобилей, используемых в провинции Онтарио, как правило, работают в больших объемах трафика, в пригороде где движение более интенсивно. В число ДТП, приведенных в таблице 1, вошли происшествия для всех условий дорожного движения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Оценка тормозного пути расчетным методом основана на предположении о совершенной эффективности торможения и коэффициента трения шин, который получается при работе изношенных шин, работающих на мокром асфальте. Эти два набора предположений позволяют рассчитать замедление ТС в 0,3 м/сек2.
Основанный на модели анализ эффективности торможения грузовых ТС в Онтарио показал, что большинство из этих машин подошли к эталонным 70 % при полной загрузке. Эффективность торможения существенно сократилась, когда грузовики были частично разгруженными и порожними.
Эффективность торможения незагруженного седельного тягача с полуприцепом уменьшилась до значения около 50% при выгрузке груза из задней части автомобиля. Для всех остальных грузовых ТС при не загруженности эффективность торможения упала до 30-40 процентов. Это ухудшение эффективности торможения указывает на то, что многие частично загруженные и порожние грузовики не в состоянии достичь требуемого замедления, за исключением идеальных дорожных условий.
Результаты, представленные в настоящей статье, предполагают, что существующие стандарты тормозной эффективности должны быть тщательно проанализированы в свете новых данных для грузовых ТС. Результаты также показывают, что государственная политика должна быть скорректирована, особенно в области движения большегрузных автомобилей, когда погодные условия являются причиной плохих условий сцепления шин с дорожным покрытием.
перевод сделал Тюлькин Е.В. Дополнительную информацию по данной теме можно посмотреть тут.