Время и пространство, требуемые на торможение и остановку при различных скоростях движения

Возможность автомобиля уменьшать скорость характеризуется его тормозными свойствами. Сюда входят свойства автомобиля снижать скорость движения, быстро останавливаться, а также удерживаться на уклоне во время стоянки. Выделяют 4 вида тормозных систем: рабочая – основная система торможения в движении; запасная – используется в случае отказа рабочей; стояночная – для удержания автомобиля в неподвижном состоянии; вспомогательная – для длительного торможения, например, на затяжном спуске или плавного торможения в условиях скользкого покрытия. В качестве запасной тормозной системы обычно используют стояночную, а в качестве вспомогательной – двигатель.

В некоторых случаях для удержания автомобиля во время стоянки водители включают вместо стояночного тормоза одну из низших передач. Этим способом можно воспользоваться на автомобиле с карбюраторным двигателем, так как при выключенном зажигании нет опасности запуска двигателя при движении. На автомобиле с дизельным двигателем применять такой способ в любых ситуациях категорически запрещено даже вместе со стояночным тормозом.

Тормозные свойства (рис.6.1) характеризуются такими показателями, как максимальное замедление, остановочный путь, тормозной путь.

Тормозным путем называют расстояние, которое проходит автомобиль от начала торможения до полной остановки.

Остановочным путем называют расстояние, которое проходит автомобиль от момента обнаружения водителем опасности до остановки автомобиля. Таким образом, остановочный путь включает в себя тормозной путь и еще некоторое расстояние, которое проходит автомобиль за время реакции водителя и приведения тормоза в действие.

Для плавного снижения скорости необходимо использовать вспомогательную тормозную систему – двигатель (при искровом зажигании смеси) или двигатель и моторный замедлитель (при дизельном двигателе). Быстрота снижения скорости при торможении двигателем и моторным замедлителем характеризуется постоянной времени торможения. При переключении на низшие передачи по мере снижения скорости автомобиля время снижения скорости двигателем и моторным замедлителем уменьшается в 1,5–2 раза.

Для интенсивного снижения скорости и экстренного торможения применяется рабочая тормозная система. При максимально быстром перемещении педали тормоза (рис.6.2) замедление автомобиля начинается с запаздыванием, равным ta. Дело в том, что тормозной привод, как всякое другое механическое устройство, обладает определенной инерционностью из-за наличия в нем люфтов, зазоров и т. д. Поэтому после нажатия водителем на тормозную педаль замедление или тормозная сила не мгновенно достигает своего максимального значения. На это уходит время, которое и называется временем срабатывания. По истечении этого времени начинается нарастание замедления, которое в течение времени tн возрастает до установившегося значения jтр.уст. Эта величина замедления сохраняется до остановки автомобиля. Время срабатывания тормозной системы включает в себя время запаздывания срабатывания и время нарастания замедления. Окончание времени запаздывания определяется началом появления замедления и является началом отсчета времени нарастания замедления.

Полное время торможения tтр равно

tтр = ta + tн + tуст;

Значения ta и tн зависят от конструкции тормозного привода. Их сумма определяет время срабатывания тормозов.

 

Время срабатывания тормозного привода зависит его конструкции и технического состояния и для гидравлических приводов составляет 0,2–0,4 с.

Тормозные механизмы, установленные на одной оси во всех случаях должны иметь одинаковую эффективность, что является одним из условий обеспечения устойчивости автомобиля при торможении. Различие в эффективности правых и левых тормозных механизмов создает дестабилизирующий момент, приводящий к потере управляемости (рис.6.3).

Выход из строя тормозных систем при движении автомобиля очень опасен. Для повышения надежности рабочих тормозных систем современных автомобилей они, как правило, оснащаются двухконтурным приводом. При выходе из строя одного из контуров второй обеспечивает торможение автомобиля, хотя и с меньшей эффективностью.

Торможение является процессом, во время которого кинетическая энергия движущегося автомобиля в результате трения преобразуется в теплоту и рассеивается в окружающем пространстве. Трение создается тормозными механизмами, установленными на каждом колесе.

Во время торможения на колесо одновременно происходят два взаимосвязанных явления: во-первых, в результате работы тормозного механизма создается тормозной момент Мт, препятствующий вращению колеса; во-вторых, в результате взаимодействия шины колеса с дорогой возникает момент сцепления Мсц, стремящийся поддержать вращение колеса.

При торможении элементарные силы трения, распределенные по поверхности фрикционных накладок, возникающие в паре трения «колодки – тормозной барабан (тормозной диск)», создают результирующий момент трения Мт, направленный в сторону, противоположную вращению колеса, а между колесом и дорогой возникает тормозная сила Fторм.

При экстренном (полном) торможении колесо блокируется (движение юзом) и происходит рассеивание энергии в месте контакта шины с дорогой. В случае экстренного торможения на горизонтальной дороге, движущей силой является сила инерции автомобиля, а основной силой сопротивления движению является суммарная тормозная сила всех колес.

При рабочем (частичном) торможении колесо вращается, а энергия рассеивается в тормозном механизме.

При идеальном торможении (без юза) вся энергия движения автомобиля (МV²/2) превращается в тепло в тормозных механизмах всех четырех колес.

Максимально возможное при торможении замедление:

амакс = φсц·g,

где: g – ускорение свободного падения.

Но это лишь теоретически возможное замедление. Реально же значение замедления а меньше по многим причинам.

Во время экстренного торможения (при изменении скорости движения автомобиля от значения V до нуля) тормозной путь окажется равен:

Sторм = V²/2·а,

где: V – скорость автомобиля, измеряемая в м/с, в момент начала торможения;

а – максимально возможное замедление автомобиля при торможении.

Формулы наглядно демонстрируют, что, если в результате изменения дорожных или погодных условий значение φсц упало, во столько же раз снижаются максимально возможные сила торможения и замедления автомобиля.

Длина тормозного пути пропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения.

Юз задних колес наступает чаще передних. При торможении автомобили обычно «кланяются» – у них опускается передняя часть.

Это объясняется тем, что при торможении автомобиля сила инерции Fj, которая приложена к ЦМ, действуя на плече Н (рис.6.4), и тормозные силы Fторм, лежащие в плоскости дороги, образуют относительно ЦМ тормозной момент Мторм, который вызывает перераспределение нормальных нагрузок между передним и задним мостами. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние, наоборот уменьшается. Поэтому нормальные реакции Zп и Zз, действующие соответственно на передние и задние колеса автомобиля во время торможения, значительно отличаются от нагрузок Zп и Zз, которые они воспринимают в статическом состоянии.

Во время резкого торможения автомобиля реакция на переднюю ось у легковых автомобилей может возрасти в 1,5–2 раза, а на заднюю ось уменьшиться в 0,5–0,7 раза.

Степень распределения суммарной нагрузки по осям при торможении зависит у конкретного автомобиля от высоты расположения центра масс и от расстояния между осями (базы). С уменьшением нагрузки на заднюю ось допустимые тормозные усилия на задних колесах уменьшаются, а на передних – увеличиваются; следовательно, при торможении задние колеса более склонны к юзу.

В процессе торможения реакция на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому для полной реализации силы сцепления при экстренном торможении необходимо, чтобы тормозные силы были пропорциональны нормальным реакциям. Исходя из этого тормозные механизмы проектируют так, чтобы передние колеса тормозили настолько сильнее, насколько больше при торможении они прижимаются к дороге. Это позволяет при торможении получить наибольшую возможную тормозную силу, поскольку сила сцепления каждого колеса пропорциональна приходящейся на него нагрузке.

Для предотвращения блокировки задних колес применяется регулирование давления в тормозном приводе, которое обеспечивает ограничение роста давления в тормозных механизмах задних колес при уменьшении реакции на задние колеса автомобиля. Клапан регулятора давления перекрывает подвод жидкости к тормозным механизмам задних колес в случае, когда давление в ее тормозном контуре возрастает до предельного, угрожающего блокировкой колес. Более совершенные антиблокировочные системы (АБС) с электронными датчиками скорости вращения колес предотвращают блокировку колес (как передних, так и задних) при любых значениях коэффициента сцепления.

Время реакции водителя

Изменение режима движения автомобиля достигается благодаря воздействию рук или ног водителя на органы управления. Выполнение двигательного акта в ответ на какой-либо раздражитель, воспринятый органами чувств, называется реакцией. Не всегда информация о необходимости изменения режима движения бывает прогнозируема, не исключены и неожиданные изменения дорожной обстановки, когда ее оценка осуществляется в условиях предельного дефицита времени. В этих случаях качество ответных действий зависит от скорости их формирования, оцениваемых временем реакции – интервалом от момента появления сигнала до момента начала реализации ответного действия. Различают простую и сложную реакции. Если простая реакция связана с ожиданием водителя сигнала, следовательно, характер ее однозначный и время ее имеет наименьшее значение, то сложная связана с выбором решений из ряда возможных.

Время реакции водителя – психологическое качество водителя принимать решение и реагировать на изменение дорожно-транспортной ситуации.

Время реакций состоит из двух периодов: латентный (скрытый) период, измеряемый временем от момента появления раздражителя до начала двигательного акта, и моторный период, измеряемый временем выполнения двигательного акта. В течение латентного периода протекают психофизиологические процессы, связанные с ощущениями и восприятием, оценкой и прогнозированием ДТС, а также выработкой решения. Среднее значение времени латентного периода простой реакции на свет составляет – 0,2 с, а на звук – 0,14 с. Время латентного периода сложной реакции изменяется в широких пределах и зависит от множества факторов, в том числе от индивидуальных психофизиологических свойств, опыта водителя и характера ДТС. Для одного и того же водителя время латентного периода на один и тот же сигнал изменяется в зависимости от степени неожиданности сигнала. Время моторного периода зависит от сложности выполняемого действия, возраста водителя, а также от степени неожиданности сигнала.

Так, среднее время моторного периода простой реакции на красный сигнал в возрасте от 18 до 22 лет более чем в два раза выше чем в возрасте 45–60 лет. Моторный период у различных водителей одного возраста в одинаковых условиях отличается незначительно. Это объясняется тем, что действия по управлению автомобилем отрабатываются систематически и неоднократно повторяются в повседневной деятельности.

Реакции делят на простые и сложные. К первым относятся ответные действия на один раздражитель (например, торможение впереди идущего автомобиля). Ко вторым – действие сразу нескольких раздражителей (например, на регулируемом перекрестке кроме выполнения требований сигналов светофора вам приходится пропускать пешеходов, следить за другим транспортом). Продолжительность формирования ответного действия водителя на различные раздражители, как показывают исследования, составляет: на торможение впереди идущего автомобиля со стоп-сигналом – 0,42 с, на сигналы светофора в населенном пункте – 0,40 с, на дорожные знаки – 0,50 с, на неровности на дороге – 0,80 с.

Реакция у различных людей неодинакова. Например, время одной из важнейших реакций на торможение у большинства водителей лежит в пределах от 0,5 до 2,0 с.

Разумеется, всегда желательно, чтобы время реакции было как можно меньше, ибо торможение автомобиля фактически начинается только по истечении этого времени.

Если, например, автомобиль движется со скоростью 80 км/ч, то за 1 сек он проходит 22,2 м.

Следовательно, если время реакции водителя равно 1 с, то на протяжении 22,2 м тормоза автомобиля даже не будут приведены в действие! А если время реакции составляет 1,5 с, то это значит, что торможение начинается только через 33,3 м после того, как водитель увидел на дороге препятствие.

Величина пути, проходимого автомобилем за время реакции водителя (рис.6.5)

Скорость автомобиля, км/ч	Время реакции водителя
	0,5 сек	0,8 сек	1,0 сек	1,5 сек	2,0 сек
50	6,9	11,1	13,9	20,8	27,8
60	8,3	13,3	16,7	25,0	33,3
70	9,7	15,6	19,4	29,2	38,9
80	11,1	17,8	22,2	33,3	44,4
90	12,5	20,0	25,0	37,5	50,0
100	13,9	22,2	27,8	41,7	55,5

Таким образом, «цена» всего лишь одной десятой дола секунды в этом примере 2,22 м движения автомобиля. Если вспомнить, что многие дорожно-транспортные происшествия случались только потому, что автомобилю не хватило для полной остановки буквально одного метра, то цена этой доли секунды становится весомой. Для ориентировки приводим данные по величине пути, проходимого автомобилем за время реакции водителя.

Среднее время реакции на включение тормозов для мужчин – 0,57 c, женщин – 0,62 c. Время реакции водителей на сигнал торможения составляет 0,37 c у 2 % водителей; 0,61 c – у 50 %; 0,78 и более у 48 %.

При скорости 50 км/ч и времени реакции 0,6 с автомобиль до начала торможения пройдет 9 м, а до полной остановки при сухом покрытии – 44 м.

Время реакции у различных людей неодинаково. Оно может колебаться от 0,5 до 1,5 с. Так, на включение тормозов у мужчин оно меньше, чем у женщин, а у физически тренированных людей меньше по сравнению с теми, кто не занимается регулярно физкультурой и спортом. Имеет значение и то, в каких условиях работают водители. Водители городского такси, как правило, показывают худшие результаты при торможении на загородных дорогах, чем в городе. Пожилые люди, уступая молодым в скорости обнаружения сигналов, превосходят их в быстроте принятия правильных решений и в стабильности времени реакции.

Даже у одного человека время реакции может изменяться. Пагубное действие оказывает алкоголь: небольшие его дозы увеличивают время реакции в 2-4 раза. Как подтверждают многочисленные исследования, в случае появления неожиданного препятствия время реакции увеличивается более чем в 2 раза.

Время реакции – важное, но далеко не самое главное, как многие считают, качество водителя. Нередко люди с отличной реакцией попадают в происшествия чаще других. Почему? Из-за того, что сначала делают, а потом думают. Поэтому если у водителя не очень хорошее время реакции, не стоит расстраиваться: ничего страшного в этом нет. Он может с успехом компенсировать его за счет умения прогнозировать опасность заранее и четко обработанных навыков управления автомобилем в критических ситуациях.

Таким образом, обе составляющие времени реакции зависят от степени неожиданности сигнала. Чем больше время реакции, тем труднее реализовать действия по предупреждению аварийной обстановки. Отсюда нетрудно сделать вывод о важности развития навыков оценки обстановки и прогнозирования ее развития для надежной работы водителя.

Доказано, что слабости нервной системы неизменно сопутствует ее высокая чувствительность. Способность замечать слабые сигналы, хорошо чувствовать ситуации, очевидно, помогает и водителям слабого типа нервной системы. Они раньше могут замечать возникновение нарушений, осложнение дорожных ситуаций, формирование опасности и заблаговременно принимать меры, уходить от опасностей или готовиться к противодействию им.

Установлено, что хороший водитель в сложных аварийных ситуациях обычно реагирует даже несколько медленнее, чем плохой. Хороший водитель понимает, что в подобных случаях надо действовать всегда точно и наверняка, поэтому он старается в аварийных ситуациях как можно полнее оценить обстановку и быстрее выбрать в ней оптимальный вариант действия. Он знает, что если в обычных условиях еще допустимо ошибаться, а потом исправлять и корректировать свои действия, то в аварийной ситуации нет времени для исправления ошибок. Плохой же водитель в аварийной ситуации спешит что-то сделать. Его быстрые двигательные реакции в таких случаях свидетельствуют, скорее всего, о его активном оборонительном рефлексе, т.е. о его панике. А поспешность здесь ведет к тому, что человек часто действует невпопад, усугубляет и без того сложную ситуацию и делает ее непоправимой.

Кроме того, известно, что водителю приходится действовать в разных дорожных условиях. Бывает режим, который можно назвать минимальным. Он возникает, например, при вождении автомобиля летом в хорошую погоду по широкому незагруженному загородному шоссе. Чаще всего возникает оптимальный режим – вождение автомобиля по улицам большого города среди многочисленных транспортных средств. В настоящее время с учетом большого количества автомобилей преобладает именно данный режим. Возможен еще и экстремальный режим, который возникает при резком усложнении дорожной обстановки, при неожиданных отказах техники.

Так вот доказано, что люди, отличающиеся слабой нервной системой, способные, может быть, хорошо работать в минимальном и оптимальном режимах, резко снижают надежность и безопасность работы в экстремальном режиме. Хотя следует признать, что абсолютно надежного по природе водителя не бывает. Если хорошо подготовленный водитель с сильной нервной системой способен успешно справляться с экстремальными задачами, то ему свойственно допускать ошибки в простых задачах, к решению которых у него нет особого интереса, а поэтому и мотивации. Водитель же со слабой нервной системой хорошо решает простые задачи, но чаще теряется в экстремальной ситуации и из-за этого допускает опасные ошибки.

Безопасная дистанция

Дистанция это расстояние между кем-либо, чем-либо или промежуток времени между чем-либо.

Пункт 9.10. Правил дорожного движения фразу требует от водителей соблюдать безопасную дистанцию: «Водитель должен соблюдать такую дистанцию до движущегося впереди транспортного средства, которая позволила бы избежать столкновения…».

Если внимательно прочитать приведенный пункт правил, получается, что если водитель столкнется с кем-то, кто ехал впереди него, то при определении виновного в ДТП, как правило, он будет признан виновным в ДТП из-за несоблюдения дистанции.

Что же такое безопасная дистанция между движущимися автомобилями?

Если водитель замечает, что впереди едущий тормозит, то для того, чтобы не столкнуться с ним ему нужно:

– переставить ногу с педали подачи топлива на педаль тормоза (время реакции водителя). В это время его автомобиль продолжает движение не снижая скорости и пройдет путь Sвр.реак., зависящий от скорости движения и времени реакции водителя;

– максимально быстро перемещая педаль тормоза, замедлить движение автомобиля. Замедление начинается с некоторым запаздыванием (время срабатывания привода), и автомобиль продолжает движение, практически, не снижая скорости и пройдет путь Sср.пр. Это время зависит от разницы характеристик тормозных систем – у автомобилей с гидравлическим приводом тормозов время срабатывания привода 0,2-0,4 с, у автомобилей с пневматическим приводом – 0,6-0,8 с;

– обнаружение торможения автомобиля лидера может происходить с некоторым запаздыванием из-за отвлечения водителя (разговор с пассажиром, включение радио, прикуривание, разговор по телефону, наблюдение за окружающей остановкой, чтение дорожной карты и т.д.), на что, по крайней мере, может быть затрачено 0,2-0,4 с.

Время реакции на торможение у большинства водителей лежит в пределах от 0,5 до 1,5 с (возьмем среднее значение равное 1,0 с), время срабатывания тормозного привода у различных автомобилей может различаться на 0,6 с, время запаздывания обнаружения торможения автомобиля лидера 0,4 с, просуммировав, получаем 2 с. Это то необходимое время, которое потребуется водителю, чтобы остановиться в случае неожиданного и резкого торможения лидера, т.е. дистанция. Только при достаточной дистанции до едущего впереди транспортного средства можно скомпенсировать это время. Поэтому для обеспечения безопасности движения водитель должен выдерживать дистанцию равную 2 секундам движения.

Определение дистанции в секундах. Этот способ состоит в том, что водителю надо измерять время, за которое он проедет расстояние от едущего впереди автомобиля. Чтобы определить, какова дистанция нужно подождать пока впереди идущий автомобиль не минует стационарный объект. В этот момент надо начать отсчет (одна тысяча один, одна тысяча два). Если водитель проехал мимо этого объекта до счета одна тысяча два, это значит, что он движется слишком близко к этому автомобилю (рис.6.6). Предлагаемым способом определения дистанции можно пользоваться при любой скорости движения.

Дистанция до впереди движущегося автомобиля должна быть (рис.6.7):

1. На сухом асфальтовом и мокром покрытии – не менее двух секунд;

2. На грязном (пыльном) мокром асфальтовом покрытии – не менее трех секунд;

3. На укатанном снегу – не менее трех секунд;

4. На ледяном покрытии – не менее пяти секунд.

Определение дистанции в метрах. В автомобильном мире есть способы определения дистанции в метрах. Их авторы часто сравнивают дистанцию с тормозным путем и являются сторонниками обеспечения впереди пустого пространства равного или большего тормозному пути автомобиля. Во многих учебных пособиях рекомендуется выдерживать безопасную дистанцию, выраженную в метрах, равную половине значения скорости движения, выраженной в км/ч. Например, при скорости движения 60 км/ч, дистанция должна равнять 30 м. Однако в движущемся автомобиле определить на глаз расстояние до впереди движущегося транспортного средства весьма затруднительно и нет возможности его проконтролировать.

В любом случае, дистанцию всегда стоит увеличить в случае, когда используются шины неподходящие для данных условий, когда тормозная система работает не совсем эффективно, скажем из-за намокания колодок, водитель ослеплен встречным транспортом и других.