CC BY
39
Оригинальная статья / Original article УДК 629.3.017.5
http://dx.doi.org/10.21285/1814-3520-2017-12-220-225
ОЦЕНКА ЗАВИСИМОСТИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОРМОЖЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
_ л о
© В.Г. Зедгенизов1, А.В. Быков2
Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, Российская Федерация, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40В, строение 1.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Оценить влияние температуры хранения автотранспортных средств на эффективность торможения в период начала движения автотранспортных средств методом стендовых испытаний. МЕТОД. Предложена методика проведения испытаний для определения влияния температуры хранения подвижного состава на эффективность торможения в начальный период эксплуатации. РЕЗУЛЬТАТЫ. Получены зависимости удельной тормозной силы от температуры хранения автомобильной техники на открытой стоянке в условиях эксплуатации г. Улан-Удэ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты исследования позволяют оценить падение эффективности торможения в начальный период движения автомобиля и связать с уменьшением температуры хранения автотранспортных средств.
Ключевые слова: автотранспортное средство, температура окружающей среды, температура хранения, процесс торможения, природно-климатические условия.
Формат цитирования: Зедгенизов В.Г., Быков А.В. Оценка зависимости эффективности торможения автотранспортного средства от температуры окружающей среды // Вестник Иркутского государственного технического университета. Т. 21. № 12. С. 220-225. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-12-220-225
ASSESSMENT OF MOTOR VEHICLE BRAKING PERFORMANCE DEPENDENCE ON AMBIENT TEMPERATURE V.G. Zedgenizov, A.V. Bykov
Irkutsk National Research Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk 664074, Russian Federation
East Siberia State University of Technology and Management
bld. 1, 40B, Klyuchevskaya St., Ulan-Ude 670013, Russian Federation
ABSTRACT. The PURPOSE of the paper is to evaluate the influence of motor vehicle storage temperature on braking efficiency when the vehicle begins its movement by the test bench method. METHOD. A testing procedure has been proposed to determine the effect of the rolling stock storage temperature on the braking efficiency in the initial period of operation. RESULTS. The dependences of the specific braking force from the vehicle storage temperature in the open parking lot under operating conditions of the city of Ulan-Ude have been obtained. CONCLUSION. The obtained study results allow to estimate the fall of the braking efficiency in the initial period of vehicle movement depending on the decrease of the motor vehicle storage temperature.
Keywords: motor vehicle, ambient temperature, storage temperature, braking process, climatic conditions
For citation: Zedgenizov V.G., Bykov A.V. Assessment of motor vehicle braking performance dependence on ambient temperature. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no. 12, pp. 220-225. (In Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-12-220-225
Зедгенизов Виктор Георгиевич, доктор технических наук, профессор кафедры строительных, дорожных машин и гидравлических систем, e-mail: [email protected]
Viktor G. Zedgenizov, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Construction, Road Machinery and Hydraulic Systems, e-mail: [email protected];
2Быков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры автомобилей, e-mail: [email protected]
Aleksandr V. Bykov, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Motor Vehicles, e-mail: [email protected]
Введение
Как известно, эффективность торможения автомобиля зависит от множества технических, технологических и природных факторов. Основными факторами, влияющими на результат торможения, являются тип и состояние дорожного покрытия, наличие и интенсивность осадков, загрязнений, укатанного снега и льда на дороге, а также неисправностей в тормозной системе и подвеске автомобиля, конструкция и износ шин, технические особенности автотранспортных средств.
Основной целью проведенных экспериментов было подтверждение предположения о зависимости эффективности торможения автотранспортного средства от условий хранения подвижного состава.
Для оценки тормозной эффективности были отобраны автомобили, оснащенные разными типами гидравлического тормозного привода и тормозных механизмов, а именно: автомобиль с передними дисковыми и задними барабанными тормозными механизмами без антиблокировочной системы (модель Рено Сандеро); автомобиль с передними и задними дисковыми тормоз-
Методика про
При проведении испытаний использовалась измененная методика проведения испытаний на роликовых тормозных стендах3. В методику сознательно не включали этап просушки тормозных механизмов, поскольку данная операция может влиять на конечный результат торможения и в реальных условиях хранения подвижного состава, как правило, не применяется.
В соответствии с методикой производился контроль тормозных усилий, отно-
ными механизмами с антиблокировочной системой (модель Форд Мондео).
С целью устранения и нивелирования части факторов, влияющих на результаты торможения, было предложено проводить стендовые испытания с применением роликового тормозного стенда СТМ 3500М. В этом случае влияние осадков и состояния дорожного полотна на результаты испытаний исключается. Для нивелирования влияния технического состояния систем и узлов автомобиля до испытаний допускались автотранспортные средства, прошедшие в установленном порядке технический осмотр и имеющие отрегулированные тормозные механизмы, величину высоты остаточного рисунка протектора не менее 50% от первоначального значения без внешних повреждений, работоспособную подвеску. При проведении испытаний постоянно оценивалось техническое состояние тормозной системы, подвески и шин для исключения влияния данных факторов на результаты торможения, т.е. влияние данных факторов считалось постоянным.
ия испытаний
сительная разность тормозных усилий по колесам одной оси, расчет удельной тормозной силы рабочей тормозной системы автомобиля. Очень важным фактором являлось решение вопроса организации тестового воздействия при проведении испытаний4 [1-4]. Темп нажатия на педаль тормоза определялся с момента начала нажатия и до момента блокирования колес или получения максимального тормозного усилия на оси. Временной интервал тестового
3ГОСТ Р 51709-2001. Автотранспортные средства. Требования безопасности к техническому состоянию и методы проверки (с Изменением № 1). Введен 2002-01-01. Москва: Стандартинформ, 2008 / GOST R 51709-2001. Motor vehicles. Safety requirements for the technical condition and testing methods (with Change No. 1). Introduced 1 January 2002. Moscow: Standartinform, 2008.
4Портнягин Е.М. Метод контроля тормозной эффективности и устойчивости автомобилей с ABS при их диагностировании на роликовых стендах: дис. ... канд. техн. наук: защищена 02.07.09. Оренбург, 2009. 202 с. / Portnyagin E.M. A method for monitoring the braking efficiency and stability of vehicles with ABS under their testing on roller test benches: Candidate's dissertation in technical sciences: defended 2 July 2009. Orenburg, 2009. 202 p.
воздействия устанавливался в диапазоне 6-12 секунд.
Выборка автотранспортных средств для проведения испытаний производилась на основании сведений о количестве эксплуатируемых единиц в Республике Бурятия (табл. 1) [5].
Район проведения испытаний характеризуется аномально низкими температурами относительно условий умеренно-холодного климата и имеет большую величину годовых амплитуд колебаний температуры окружающей среды, небольшое количество осадков с неравномерным распределением в течение года. В целом среднегодовые температуры воздуха отрицательные, январь - самый холодный ме-
сяц со средними температурами в диапазоне от -17,1 до -26,8°С. Характерны резкие суточные колебания температур [6].
С целью определения времени стоянки автомобиля, при котором достигается равновесная температура с окружающей средой в условиях открытого хранения, были проведены замеры временных интервалов при разных температурных режимах. При этом для нивелирования влияния солнечной радиации и ветра стоянка производилась в тени сплошного ограждения с подветренной стороны. Полученные рекомендуемые временные интервалы отстоя автомобиля при проведении испытаний приведены в табл. 2.
Количество эксплуатируемых автотранспортных средств
Таблица 1 Table 1
Number of operated veh bicles
Автотранспортные средства / Motor vehicles Год / Year
2013 2014 2015
Грузовые автомобили / Trucks
Всего / Total 46 459 51 734 54 069
из них, находящихся в собственности граждан / among them private vehicles 33 232 36 430 38 174
Автобусы / Buses
Всего / Total 12 553 13 330 14 167
из них, находящихся в собственности граждан / among them private buses 9 998 10 435 11 083
Легковые автомобили / Cars
Всего / Total 240 904 252 870 263 967
из них, находящихся в собственности граждан / among them private cars 225 099 234 078 238 976
Таблица 2
Время достижения равновесной температуры при проведении испытаний
Table 2
Equilibrium temperature achievement time when testing
Температура окружающего воздуха, 0С / Ambient air temperature, ос Временной интервал не менее, мин / Time interval not less than, min
-14...0 включительно / inclusive 180
-24.-15 включительно / inclusive 120
-34.-25 включительно / inclusive 90
-40.-35 включительно / inclusive 60
Для контроля температуры тормозных механизмов и шин использовался прибор «Testo 110» с поверхностным зондом контактного типа и полупроводниковым чувствительным элементом. Данные о температуре окружающей среды и влажности воздуха определялись по информации метеостанции г. Улан-Удэ в момент проведения испытаний (рис. 1).
Время отстаивания автомобиля перед испытаниями должно быть не меньше времени достижения равновесной температуры с небольшим запасом. Было выявлено хорошее согласование графиков падения температуры, объектов исследова-
ния с известным эмпирическим законом охлаждения Ньютона - Рихмана [7]:
— = ах Sx (Ts
dt v s
T),
(1)
где Q - количество теплоты; 5 - площадь поверхности тела, через которую передается тепло; Т - температура тела; Т3 - температура окружающей среды; а - коэффициент теплопередачи, зависящий от геометрии тела, состояния поверхности, режима теплопередачи и других факторов.
Т, °С/
Время / Time
Рис. 1. Приведение температуры объекта к равновесному состоянию Fig. 1. Reduction of the object temperature to equilibrium
Результаты исследований
Оценка корреляционной зависимости проводилась стандартным пакетом Excel MS Office, были получены полиномиальные уравнения второй степени, описывающие изменение величины удельной тормозной силы в зависимости от температуры окружающей среды. На рис. 2 показана зависимость для автомобиля без антиблокировочной системы (1 вариант), а на рис. 3 - для автомобиля, оснащенного антиблокировочной системой (2 вариант).
Полученные статистические характеристики показали удовлетворительное описание зависимости между величиной удельной тормозной силы и температурой хранения данными полиномами. Рассчитанные индексы корелляции, детерминации и критерии Фишера составили для: 1-го варианта - Р = 0,863, Р2 = 0,745, Р = 21,95; 2-го варианта - Р = 0,808, Р2 = 0,653, Р = 5,64.
0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000
-40,0 -30,0 -20,0 -10,0 0,0 10,0 20,0
Т, °С
Рис. 2. Полученные величины удельной тормозной силы для автомобиля Рено Сандеро Fig. 2. Obtained values of specific braking force for Renault Sandero
♦
x....... « ♦ ♦
И
i = -0,0C 01Т2 - 5Б-05Т + - 0,621
♦
♦ ♦
• »
y = -0 ,0001 Т2 - 0 0025Т Г + 0,8 37
0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300
-35,0 -30,0 -25,0 -20,0 -15,0 -10,0 -5,0 0,0
Т, °С
5,0 10,0
Рис. 3. Полученные величины удельной тормозной силы для автомобиля Форд Мондео Fig. 3. Obtained values of specific braking force for Ford Mondeo
Полученные величины индексов коррелляции подтверждают тесную взаимосвязь между величиной полученной удельной тормозной силы и температурой хранения автотранспортных средств на начальном этапе движения. При этом полу-
ченная средняя ошибка аппроксимации, характеризующая качество нелинейных уравнений регрессии, для автомобиля с антиблокировочной системой составила 1,2%, для автомобиля без антиблокировочной системы - 7,7%.
Заключение
Используемый Технический регламент Таможенного союза5 позволяет обеспечить необходимую эффективность торможения при соблюдении его требований. Однако он не учитывает неизбежное изменение параметров функционирования авто-
транспортной техники в реальных условиях эксплуатации, поскольку проверка показателей эффективности проводится, как правило, в стационарных условиях с нормируемыми требованиями к окружающей среде [8, 9]. Полученные результаты исследова-
О безопасности колесных транспортных средств: технический регламент Таможенного союза 018/2011, № 877 от 09.12.11 г. / On the safety of wheeled vehicles: technical regulations of the Customs Union 018/2011, no. 877 of 9 December 2011.
ния позволяют сделать вывод о тесной функциональной зависимости между эффективностью торможения в начальный
период движения транспорта и условиями его хранения, а именно температурой окружающей среды.
Библиографический список
1. Федотов А.И., Портнягин Е.М. К вопросу о тестовых воздействиях на объект диагностирования // Вестник ИрГТУ. 2011. № 5 (52). С. 95-100.
2. Федотов А.И., Бойко А.В., Потапов А.С. О повторяемости измерений параметров процесса торможения автомобиля на стенде с беговыми барабанами // Вестник ИрГТУ. 2008. № 1(33). С. 63-71.
3. Bojko A.F., Fedotov A.I., Khalezov, W.P., Mtynczak, M. Analysis of brake testing methods in vehicle safety. Safety and Reliability: Methodology and Applications. Proceedings of the European Safety and Reliability Conference, ESREL. 2014. Р. 933-937.
4. Fedotov A.I., Mtynczak М.М. Analytical identification of parameters influencing measurement quality
using flat brake tester. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 470. 2016. Р. 147-155.
5. Статистический ежегодник, 2016. М.: Росстат, 725 с.
6. Научно-прикладной справочник по климату СССР. Бурятская АССР, Читинская область. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 550 с.
7. Рихман Г. Труды по физике. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 711 с.
8. Федотов А.И. Основы научных исследований на автомобильном транспорте. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2012. 87 с.
9. Федотов А.И. Основы теории эксплуатационных свойств автомобилей. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2016. 254 c.
References
1. Fedotov A.I., Portnyagin E.M. On the test effects on the object of diagnosis. Vestnik Irkutskogo gosudar-stvennogo tehnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2011, no. 5 (52), pp. 95-100. (In Russian)
2. Fedotov A.I., Bojko A.F., Potapov A.S. On measurement repeatability of vehicle braking parameters on the chassis dynamometer test bench. Vestnik Ir-kutskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University]. 2008, no. 1 (33), рр. 63-71. (In Russian)
3. Bojko A.F., Fedotov A.I., Khalezov W.P., Mtynczak M.M. Analysis of brake testing methods in vehicle safety. Safety and Reliability: Methodology and Applications. Proceedings of the European Safety and Reliability Conference, ESREL. 2014, pp. 933-937.
4. Fedotov A.I., Mtynczak M.M. Analytical identification of parameters influencing measurement quality using flat brake tester. Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 470, 2016, рр. 147-155.
Критерии авторства
Зедгенизов В.Г., Быков А.В. заявляют о равном участии в получении и оформлении научных результатов и в равной мере несут ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 22.11.2017 г.
5. Statisticheskij ezhegodnik [Statistical annual publication]. Moscow: Rosstat Publ., 2016, 725 p. (In Russian)
6. Nauchno-prikladnoj spravochnik po klimatu SSSR. Burjatskaja ASSR, Chitinskaja oblast' [Scientific and applied reference book on the climate of the USSR. Leningrad: Gidrometeoizdat Publ., 1989, 550 p. (In Russian)
7. Rihman G. Trudy po fizike [Works on Physics]. Moscow: AN SSSR Publ., 1956. 711 p. (In Russian)
8. Fedotov A.I. Osnovy nauchnyh issledovanij na avtomobil'nom transporte [Fundamentals of scientific researches in road transport]. Irkutsk: IrGTU Publ., 2012. 87 p. (In Russian)
9. Fedotov A.I. Osnovy teorii jekspluatacionnyh svojstv avtomobilej [Fundamentals of the theory of operational properties of motor vehicles]. Irkutsk: IrGTU Publ., 2016. 254 p. (In Russian)
Authorship criteria
Zedgenizov V.G., Bykov A.V. declare equal participation in obtaining and formalization of scientific results and bear equal responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 22 November 2017
