Министерство науки и образования Республики Казахстан                      

       Восточно-Казахстанский Государственный Технический   

                         Университет им. Д. Серикбаева. 
 
 

Кафедра: ОДД и АП 
 
 
 

КУРСОВАЯ  РАБОТА. 

по дисциплине “Безопасность транспортных средств”

на тему: “Активная и пассивная безопасность автомобиля”. 
 
 

                                    

                                          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Усть-Каменогорск 2004 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………….3

УСЛОВНЫЕ  ОБОЗНАЧЕНИЯ ………………………………………………….4

1.АКТИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

1.1Анализ  управляемости автомобиля…………………...………….5

1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСОВЫХ  ПАРАМЕТРОВ АВТОМОБИЛЯ……………...5

1.3 РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОСТИ  АВТОМОБИЛЯ……………………………….6

2. ПАССИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

2.1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА  СТОЛКНОВЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ…………………8

2.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ  ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА СОУДАРЕНИЯ  ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОДЕЛИ «АВТОМОБИЛЬ  – ОБОЛОЧКА»……………...8

2.3 ДОПУЩЕНИЯ,  ПРИНИМАЕМЫЕ ПРИ ТЕОРЕТИЧЕСКОМ  РАСЧЕТЕ….9

2.4  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ДЕФОРМАЦИИ РАСЧЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ СТОЛКНОВЕНИЯ…………………………10

2.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ВРЕМЕНИ ДЕФОРМАЦИИ РАСЧЕТНОГО  АВТОМОБИЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ  СКОРОСТИ СТОЛКНОВЕНИЯ……11

2.6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ РАСЧЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ ВО ВРЕМЕНИ…………………………………………………..12

2.7 ОПЕРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ РАСЧЕТНОГО

АВТОМОБИЛЯ ВО ВРЕМЕНИ…………………………………………………..13

2.8  ОПЕРЕДЕЛЕНИЕ ЗАМЕДЛЕНИЯ РАСЧЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ ВО ВРЕМЕНИ ………………………………………………………………………….14

2.9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ЗАМЕДЛЕНИЯ

РАСЧЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ…………………………………………………..14

2.10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ДЕФОРМАЦИИ РАСЧЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ  В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИЗМЕНЕНИЯ  ЕГО ЗАМЕДЛЕНИЯ……………………..15

2.11 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА В ЗАВИСИМОСТИ  ОТ СКОРОСТИ СТОЛКНОВЕНИЯ ПРИ  V^*=0………………………………………15

2.12 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА ВО ВРЕМЕНИ……...…17

2.13 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА…………………………………………………………………………18

2.14 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ЗАМЕДЛЕНИЯ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ ЧЕЛОВЕКА…18

2.15 ОПРЕДЕЛЕНИЕ  СКОРОСТИ ЗАМЕДЛЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА  ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ…………………………………………………………………..19

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………...20

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………….21 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

     Появившись  в конце 19 века автомобиль уже через  несколько лет стал опасным для  жизни человека. В 1896 году было зафиксировано  первое происшествие - наезд автомобиля на пешехода, в 1899 году такое же происшествие закончилось смертью человека.

     Увеличение  выпуска автомобилей и улучшение  их эксплуатационных свойств приводит к повышению скорости и интенсивности  движения, плотности транспортных потоков. В результате этого усложняются условия дорожного движения, повышается аварийность.

     Безопасность  дорожного движения зависит от разных причин. Для удобства анализа все  факторы, влияющие на дорожное движение и его безопасность условно делят  на три взаимодействующих части: автомобиль, водитель, дорога. Из трех элементов системы водитель - автомобиль - дорога наибольшей потенциальной опасностью обладает транспортное средство.

     Причиной  дорожно-транспортного происшествия часто является несоответствие одного из элементов системы водитель-автомобиль - дорога остальным элементам. Многие происшествия возникают из-за того, что требования дорожной обстановки выше возможностей человеческого организма или конструкции транспортного средства. Воздействие на водителя дополнительных нагрузок, вызванных недостатками конструкции автомобиля или его неудовлетворительным состоянием может резко ухудшить качество вождения, а в особенно неблагоприятных случаях привести к аварии. Напротив, удачная конструкция автомобиля, компенсирующая психофизиологические недостатки человека, может способствовать повышению безопасности дорожного движения.

     Конструктивная  безопасность автомобиля представляет собой сложное свойство. Для удобства анализа ее делят на активную, пассивную, послеаварийную и экологическую безопасность.

     Активная  безопасность автомобиля - свойство автомобиля предотвращать дорожно-транспортные происшествия (снижать вероятность возникновения).

     Пассивная безопасность автомобиля - свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий  ДТП.

     Послеаварийная безопасность автомобиля - свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий ДТП после его остановки.

     Экологическая безопасность автомобиля - свойство автомобиля, позволяющее уменьшать вред, наносимый  участникам движения и окружающей среде  в процессе его нормальной эксплуатации.

     Взаимосвязь различных видов безопасности и  противоречивость требований, предъявляемых  к, конструкции автомобиля, вынуждают  конструкторов и технологов принимать  компромиссные решения. При этом неизбежно ухудшаются одни свойства, менее существенные для автомобиля данного типа, и улучшаются другие, имеющие большее значение. 
 

УСЛОВНЫЕ  ОБОЗНАЧЕНИЯ. 

G_н  -номинальная грузоподъемность автомобиля, Н;

G_е  -нагрузка, Н;

G_о  -вес порожнего автомобиля, Н;

G_о1  -собственный вес на переднюю ось, Н;

G_о2  -собственный вес на заднюю ось, Н;

G_а   -полный вес автомобиля (груженого), Н;

G_а1  -полный вес на переднюю ось, Н;

G_а2  -полный вес на заднюю ось, Н .

Z  -база автомобиля, м;

А  -расстояние оси передних колес до центра тяжести автомобиля, м;

С  -расстояние от оси задних колес до центра тяжести автомобиля, м;

n₁  -количество колес на передней оси, шт.;

n₂  -количество оси на задней оси, шт.;

b  -ширина профиля шины, м;

d  -посадочный диаметр обода, м;

Р₁  -давление воздуха в шинах передних колес, МН/м²;

V_а  -скорость движения автомобиля, м/с;

Р₂  -давление воздуха в шинах задних колес, МН/м²;

R  -радиус поворота дороги, м;

G  -ускорение свободного падения, м/с;

К_у1  -коэффициент сопротивления увода колес передней шины, н/рад;

К_у2  -коэффициент сопротивления увода колес задней шили, н/рад;

Р_ц G_о  -центробежная сила действующая, на порожний автомобиль, Н;

Р_ц G_а  -центробежная сила действующая, на груженый автомобиль при движении на повороте дороги, Н;

Р_ц1 G_а  -часть центробежной силы, приходящейся на переднюю ось груженого автомобиля, Н;

Р_ц2 G_а -часть центробежной силы, приходящейся на заднюю ось груженого автомобиля, Н;

Р_ц1 G_о  -часть центробежной силы, приходящейся на переднюю ось порожнего автомобиля, Н;

Р_ц2 G_о  -часть центробежной силы, приходящейся на заднюю ось порожнего автомобиля, Н;

δ_пG_о  -угол увода передней оси порожнего автомобиля, рад;

δ_зG_о  -угол увода задней оси порожнего автомобиля, рад;

δ_пG_а  -угол увода передней оси груженого автомобиля, рад;

δ_зG_а  -угол увода задней оси груженого автомобиля, рад;

W_крG_о -критическая скорость движения порожнего автомобиля, м/с;

W_крG_а -критическая скорость движения груженого автомобиля, м/с; 
 
 

1.АКТИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. 

1.1Анализ управляемости автомобиля. 

     Управляемость оценивают по соответствию параметров движения автомобиля воздействиям водителя на рулевое колесо. При различных воздействиях степень соответствия может быть различной.

     Поворачивая рулевое колесо, водитель задает новое  направление движения автомобиля. При плохой управляемости автомобиля действительное направление движения не совпадает с желательным и необходимы дополнительные управляющие воздействия со стороны водителя. Это приводит к «рысканию» автомобиля по дороге, увеличение динамического коридора и утомлению водителей. При особенно неблагоприятных условиях плохая управляемость может явиться причиной столкновения автомобилей, наезда на пешехода или выезда за пределы дороги.

     Управляемость автомобилем характеризуется разностью  углов увода передней и задней осей. Увод колес проявляется при движении автомобиля на повороте под действием центробежной силы.

Поворачиваемостью называют свойства автомобиля изменять направление движения поворота управляемых колес. Есть две основных причины поворачиваемости: увод колес, вызываемой поперечной пластичностью шин и поперечный крен кузова, связанный с эластичностыо подвески. Соответственно различают шинную и креновую поворачиваемость автомобиля.

     Уводом  называют качение колеса под углом к своей плоскости. 

Выбор модели автомобиля

     Модель  автомобиля выбирается по соответствующему номеру варианта, совпадающего с предпоследней цифрой номера зачётной книжки. (ЛиАЗ-677)

     G_н -77,0 кН.                               n₁-2 шт.

     G_о -78,0 кН.                               n₂-4 шт.

     G_о1 -40,0 кН.                              Р₁ -0,75 МН/м².

     G_о2 -38,0кН.                               Р₂- 0,675 МН/м².

       Z -5,2м.                                    b-0,275 м.

       а – 2,7 м.                                   d-0,508м.

       С – 2,5 м. 

     1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСОВЫХ ПАРАМЕТРОВ АВТОМОБИЛЯ. 

     Полный  вес автомобиля: 

     G_а= G_о+ G_н=78,0+77,0=155 кН.                      (1.1) 
 

     Осевой  вес автомобиля:

  кН                                     (1.2)

                         кН                                    (1.3)

     Нагрузка  на одно колесо:

кН                                             (1.4)

 кН                                           (1.5) 
 

1.3 РАСЧЕТ УПРАВЛЯЕМОСТИ АВТОМОБИЛЯ 

     По  эмпирической формуле (1.6) рассчитываем коэффициент сопротивления увода К_у автомобильного колеса, отдельно переднего и заднего: 

К_у1 = 0,778 • b(d + 2 b) • (Р₁ + 9,8 • 10⁴), н/рад;                              (1 .6)

К_у1 = 0,778 • 0,275(0,508 + 2* 0,275) • (0,75+ 9,8 • 10⁴)=22183,36 н/рад

К_у2 = 0,778 • b (d + 2 b) • (Р₂ + 9_,8 • 10⁴), н/рад;                             (1.7)

К_у2 = 0,778 • 0,275(0,508 + 2* 0,275) • (0,675+ 9,8 • 10⁴)=22183,35 н/рад 

     Далее определяем величину центробежной силы при движении автомобиля на повороте дороги с радиусом R_n = 100 м и V_а = 14 м/с.

кН                                   (1.8)

     Где   кг - масса автомобиля;

     g=9,8 м/с² - ускорение свободного падения;

     Значение центробежной силы должно быть определено для двух состояний автомобиля:

     

кН - порожнего   (1.9)

                             кН – груженого 

     Часть центробежной силы, приходящейся на переднюю  и заднюю ось порожнего и груженого автомобилей определяются по формулам:

кН                           (1.10)

  кН                             (1.11) 
 

 кН                                   (1.10)

 кН                                   (1.11) 

     Находим угол увода передней и задней осей:

  рад                              (1.12)

 рад                            (1.13)

 рад                         (1.12)

 рад                         (1.13) 

     Для этих двух состояний  автомобиля определяется характеристика поворачиваемости: 

     

 < 0                                    < 0

         0,00009 - 0,0002 = - 0,00011               0,00018- 0,0003= - 0,00012

недостаточная поворачиваемость 

     У автомобиля с недостаточной шинной поворачиваемостью критическая  скорость отсутствует, т.к. подкоренное  выражение отрицательно и скорость является мнимой величиной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. ПАССИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 

2.1 АНАЛИЗ ПРОЦЕССА  СТОЛКНОВЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ 

     Процесс столкновения автомобилей происходит в течение десятых, а иногда и  сотых долей секунды. Основными  факторами, влияющими на деформацию и его время, являются конструкция автомобиля и скорость движения. При столкновении автомобиля с транспортными средствами или препятствиями, между ними происходит взаимодействие, называемое ударом.

     Удар - это механическое явление, происходящее в механической системе, характеризуемое резким изменением скоростей ее точек за очень малый промежуток времени и обусловленное кратковременным действием очень больших сил. Столкновение автомобиля с препятствием состоит из двух фаз: первая - само столкновение (от момента прикосновения до момента наибольшего сближения) и вторая - последующее перемещение (от момента наибольшего сближения до момента разъединения) автомобиля.

     При    теоретических    исследованиях,    как    допущение,    автомобили представляют в виде  математической модели - тонкостенной цилиндрической

оболочки. Такой математической моделью с некоторыми допущениями можно описать легковые автомобили, автобусы и автомобили - фургоны. 

Определение номера варианта задания

     Номер варианта задания на выполнение второй части задания курсового проекта  определяется по последней цифре  номера зачетной книжки.

 

2.2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ  ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА СОУДАРЕНИЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОДЕЛИ «АВТОМОБИЛЬ – ОБОЛОЧКА»

     Рассмотрим  центральный продольный удар тонкостенной цилиндрической оболочки о плоскую  преграду. Плоскую преграду рассматриваем, как систему с одной степенью свободы с массой Ма и жесткостью С. Если оболочку рассматривать как стержень с такой Же площадью поперечного сечения, как и у оболочки, то согласно теории Сен-Ванана продольного удара тела по стержню, контактная сила должна мгновенно принять значение:

     

,(Н)                                                      (2,1) 
 

     Затем будет постепенно падать до момента  отскока оболочки от преграды. В этой формуле - площадь поперечного сечения цилиндрической оболочки;

U    -   скорость распространения продольной ударной волны;

R     -   радиус оболочки;

Е     -   модуль Юнга;

Δ     -   толщина оболочки;

V    -   скорость соударения. 

     Такая картина деформации может не реализоваться  по одной из двух причин: либо в связи  с потерей устойчивости оболочки, либо из-за того, что направления превзойдут предел текучести.

     Точное  решение задачи динамической потери устойчивости цилиндрической оболочки при продольном ударе отсутствует. Задача о потери устойчивости в статике  решена более полно. Линейные уравнения  потери устойчивости дают верхнее значение критической силы, равное: 

           

                                            (2.2)

     Кроме того, будем считать, что сила F(t) не  может превосходить значение F_тек, т.е.

           

                         (2.3)

       

                                                     (2.4)

     Преобразовав  формулу (2.1) и подставив в нее  значение величины получим формулу для подсчета скорости соударения: 

     

                                           (2,5)

     Отсюда  при V_а < V* рассматриваем упругий удар по теории Сен-Венана:

     

а при  V _а > V* теория Сен-Венана неприменима.

     В этом случае, если > наступает пластическое течение в металле оболочки и контактная сила: 

                                               (2.6)

     Если  < , то происходит потеря устойчивости, но пластическое течение не наступило и контактная сила: 

     

                                 (2.7) 

     2.3 ДОПУЩЕНИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ ПРИ ТЕОРЕТИЧЕСКОМ РАСЧЕТЕ 

1 Масса автомобиля равна массе оболочки;

2 Материал кузова автомобиля и оболочки одинаковый; 

                                                                                        (2.8)

3 Модуль упругое ги принимает E= 2,1 • 10⁶ кг/см²- для мало углеродистой стали;

4   Структурные свойства материала кузова автомобиля и оболочки подобны;

5   Скорости   соударения   равны;

6   Приведенная площадь поперечного сечения цилиндрической оболочки равна ;

где - средний радиус оболочки;  

где d и b - средняя ширина и высота капота автомобиля;

- толщина стенки оболочки.

7 Толщина и радиус оболочки постоянны по всей длине;

8 Удар  происходит перпендикулярно поверхности;

9  Деформация, «автомобиля - стержня» происходит  только вдоль продольной оси. 

10.  Во время удара не происходит изгиба, в каком - либо направлении;

11  «Автомобиль  - стержень» в момент столкновения не получает

вращательного движения;

12  Трение  между соприкасающимися поверхностями  не учитываются:

13  Рассматриваются  конструкции автомобилей с несущим  кузовом;

14 При определении параметров столкновения автомобиля со стеной принимаем  скорость начала деформации V *=0.

     Радиус  оболочки равен радиусу окружности с площадью поперечного сечения, равной площади поперечного сечения соударяемой части автомобиля (капот, багажник).

     Сечение кузова  S_к=S₀ сечения оболочки.

;      

     

- радиус оболочки ;

     Толщину оболочки принимаем   равной толщине   стального листа, из которого сделан кузов. 

2.4  ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ РАСЧЕТНОГО АВТОМОБИЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СКОРОСТИ СТОЛКНОВЕНИЯ 

     Рассмотрим  расчет деформации автомобиля Москвич 2140 в зависимости от скорости столкновения. 

Za=L*Zmax                                                                                                            (2.9)

           

  при =0 т.е t=                             (2.10)          

     где

- скорость автомобиля в момент столкновения.            

     

 – 1045 кг - масса автомобиля.                                                            

     Средний радиус оболочки: 

     

м средний радиус оболочки.                  (2.11)

                                                                                          -3               3

      (кг/м) , S=2*3.14*0.7*0.55-10 *7.8*10  =18.9 (кг/м)     (2.12) 

     где S- масса длины оболочки,