Автореферат (Методология формирования требований к безопасности автотранспортных средств, реализуемых в их конструкции при проектировании)

На правах рукописи

КИСУЛЕНКО Борис Викторович

МЕТОДОЛОГИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЙ

К БЕЗОПАСНОСТИ АВТОТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, РЕАЛИЗУЕМЫХ В ИХ КОНСТРУКЦИИ

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Специальность 05.05.03 - Колесные и гусеничные машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук

- Москва, 2011 г. -

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации – Федеральном государственном унитарном предприятии
«Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский
автомобильный и автомоторный институт» (НАМИ)

Официальные оппоненты: И.В. Балабин, доктор технических наук, профессор

Г.И. Гладов, доктор технических наук, профессор Р.П. Кушвид, доктор технических наук, профессор

Ведущая организация – Научно-исследовательский центр

проблем безопасности дорожного

движения НИЦ БД МВД России

Защита состоится 2 июня 2011 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.140.01 при МГТУ МАМИ по адресу: 107023, Москва,
ул. Б.Семеновская, 38

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ МАМИ

Отзыв на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью организации, просим направлять в адрес ученого секретаря диссертационного
совета

Автореферат разослан ____ _________2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Ю.С. Щетинин

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Конструктивная безопасность автотранспортных средств (АТС), под которой понимается свойство конструкции АТС уменьшать риски причинения вреда пользователям АТС и обществу в целом, обеспечивается на стадии проектирования исходя из действующих технических требований, регламентируемых и контролируемых на государственном уровне. В связи с переходом экономики России к рыночным отношениям стал неэффективным порядок государственных приемочных испытаний при постановке на производство нового типа АТС на соответствие требованиям безопасности, номенклатура которых была произвольной и не имела системного характера. Государство стало утрачивать контроль над безопасностью АТС, поэтому возникла необходимость разработки методологии формирования обязательных требований к АТС, реализуемых в их конструкции при проектировании и утверждения самих требований, дифференцированных для различных категорий АТС. Требования должны, при гармонизации с международными правилами и стандартами, максимально обеспечивать комплексную безопасность АТС (активную, пассивную, послеаварийную и экологическую) с учетом рисков причинения вреда участникам движения и окружающей среде и дорожно-климатических условий эксплуатации в России.

Анализ рисков, определяемых конструкцией АТС, с учетом тяжести их последствий и вероятности наступления, показал, что наиболее социально значимым является риск дорожно-транспортных происшествий (ДТП) и, как следствие, риск гибели людей. При этом наибольшую опасность представляют собой прицепные автопоезда из-за наличия дополнительных степеней свободы и практической невозможности для водителя устранить начавшееся неуправляемое движение прицепа. По статистическим данным МВД России, относительная смертность в ДТП с участием автопоездов по причине нарушения устойчивости движения на 30-40% выше, чем с участием одиночных грузовых автомобилей. Поэтому снижение рисков совершения ДТП на примере исследования устойчивости и управляемости прицепного автопоезда как общего случая движения АТС и наименее изученного объекта в ранее опубликованных работах отечественных и зарубежных ученых является актуальной задачей в контексте общего повышения безопасности дорожного движения.

Также велик риск нанесения ущерба здоровью людей и окружающей природе вредными веществами, содержащимися в отработавших газах АТС, поскольку от токсичных веществ ежегодно погибают, по данным Минздрава России, более 35 тыс. человек. Действенной мерой снижения риска причинения ущерба от вредных выбросов, содержащихся в отработавших газах АТС, является установление на государственном уровне обязательных для производителей АТС нормативов на содержание таких вредных веществ, дифференцированных по категориям АТС. Наиболее опасные для здоровья человека компоненты отработавших газов АТС нормируются Правилами Европейской экономической комиссии ООН (Правилами), за исключением выбросов вредных веществ грузовыми автомобилями и автобусами массой более 3,5 т с бензиновыми двигателями. Поэтому установление норм на содержание вредных веществ в отработавших газах для этой категории АТС и выбор метода испытаний для подтверждения соответствия принятым нормам также является актуальным в контексте общего повышения экологической безопасности автомобильного транспорта.

Вышеизложенное показывает, что выбранная тема исследования – обеспечение комплексной конструктивной безопасности автомобильной техники на стадии проектирования за счет формирования комплексов регламентируемых требований на основе анализа рисков причинения вреда участникам дорожного движения и обществу в целом, - актуальна.

Целью диссертации является разработка методологии формирования требований к АТС, реализуемых в их конструкции при проектировании и обеспечивающих комплексную безопасность путем внедрения совокупности научных методов, разработанных на примере исследования устойчивости, управляемости и токсичности отработавших газов АТС и направленных на снижение социально значимых и существенных рисков причинения вреда.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

• разработан метод оценки целесообразности нормирования эксплуатационных свойств АТС на основе анализа рисков причинения вреда, возникающих при движении АТС; обоснована классификация рисков в зависимости от вероятности наступления отрицательных последствий и степени их тяжести, предложены критерии классификации;

• разработан метод формирования и научно обоснован комплекс регламентируемых на государственном уровне технических требований к АТС; требования установлены с учетом современных международных предписаний, дорожно-климатических условий эксплуатации АТС в России и состояния развития национальной экономики;

• разработана матрица комплексной безопасности АТС и связанная с ней база данных нормируемых эксплуатационных свойств АТС; предложен показатель комплексной безопасности АТС, определяемый на основе экспертных оценок влияния конструкции АТС на риски причинения вреда и позволяющий количественно оценить уровень безопасности АТС;

• теоретически доказана возможность снижения риска совершения ДТП на примере расчетных исследований устойчивости и управляемости автопоезда как общего случая движения АТС; разработаны: метод оценки количественного влияния прицепа на управляемость автопоезда, методы улучшения управляемости автопоезда за счет оптимизации конструктивных параметров прицепа и за счет принудительного поворота колес прицепа в сторону, противоположную уводу его колес; разработана математическая модель для расчета параметров движения автопоезда, являющаяся основой методов; научно обоснованы оценочные измерители управляемости и устойчивости автопоезда, являющиеся критериями оптимизации;

• научно обоснована возможность уменьшения риска нанесения вреда загрязняющими веществами, содержащимися в отработавших газах АТС за счет дифференцирования по экологическим классам норм токсичности отработавших газов; для АТС массой свыше 3,5 т с бензиновыми двигателями установлены нормативы токсичности, не имеющие аналогов среди Правил, и обоснованы методы испытаний для подтверждения соответствия установленным нормативам;

• проведен анализ нормативов и методов испытаний токсичности вредных веществ в отработавших газах автомобилей, используемых в Европе, США, Японии и определена возможность сопоставимости результатов испытаний, полученных в этих
  странах.

Предметом исследования является комплексная конструктивная безопасность АТС, формируемая на стадии проектировании.

Методы исследования базируются на основных положениях теории математической статистики, теории менеджмента рисков, математического моделирования процессов движения, теории планирования эксперимента с использованием экспериментальных факторных моделей, теории корреляционного и регрессионного анализов, методов оптимизации. Экспериментальные исследования проводились лабораторно-дорожными методами на натурных образцах грузовых автомобилей и автопоездов, легковых автомобилей и бензиновых двигателей грузовых автомобилей.

Научная новизна работы заключается в следующих положениях, выносимых автором на защиту:

- метод оценки целесообразности нормирования эксплуатационных свойств АТС на основе анализа рисков причинения вреда, возникающих при движении АТС; классификация рисков в зависимости от вероятности наступления отрицательных последствий и степени их тяжести; критерии классификации;

- научно обоснованные комплексы требований, установленные на государственном уровне и определяющие конструктивную безопасность различных категорий АТС на стадии проектирования из условий снижения рисков причинения вреда, возникающих при движении АТС, с учетом современного международного технического уровня, дорожно-климатических условий эксплуатации в России и состояния национальной экономики;

– метод формирования матрицы комплексной безопасности АТС и связанной с ней базы данных нормируемых эксплуатационных свойств АТС; показатель комплексной безопасности АТС, определяемый на основе экспертных оценок влияния конструкции АТС на риски причинения вреда и показатель безопасности дорожного движения, количественно характеризуемый риском фатального исхода при ДТП; статистическая взаимозависимость между данными показателями;

– метод снижения риска причинения вреда при ДТП на примере исследования устойчивости и управляемости автопоезда как общего случая движения АТС за счет оптимизации параметров прицепа и за счет управления принудительным поворотом колес прицепа в сторону, противоположную уводу колес;

– расчетно-экспериментальный метод оценки влияния прицепа на устойчивость и управляемость автопоезда, включающий в себя: методы натурных исследований устойчивости и управляемости прицепных автопоездов; оценочный измеритель управляемости автомобиля - среднеквадратическую скорость поворотов руля водителем автомобиля-тягача при прямолинейном движении и оценочный измеритель устойчивости прицепа при криволинейном движении – боковое ускорение на его задней оси;

– научно обоснованные нормативы токсичности отработавших газов для автомобилей массой свыше 3,5 т с бензиновыми двигателями для экологических классов - 2, 3 и 4 и методы их испытаний для оценки соответствия установленным
нормам.

Достоверность результатов исследований достигается разработкой математических моделей на основе фундаментальных законов и уравнений механики, физической обоснованностью принятых допущений и подтверждается согласованием результатов расчета с экспериментальными данными. Достоверность результатов эксперимента обуславливается использованием поверенных и аттестованных измерительных приборов и оборудования.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Практическая значимость подтверждается реализацией результатов работы в:

- «Правилах по проведению работ в системе сертификации механических транспортных средств и прицепов», утвержденных Госстандартом России в 1993, 1998 г., и Ростехрегулированием в 2007 г.;

- техническом регламенте «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», утвержденном Правительством Российской Федерации в 2005 г.;

- техническом регламенте о безопасности колесных транспортных средств, утвержденном Правительством Российской Федерации в 2009 г.;

- документе ECE/TRANS/WP29/2010/87, представленном автором в качестве основы разрабатываемой системы International Whole Vehicle Type Approval (Международной системы утверждения типа полнокомплектного автомобиля) в рамках Всемирного форума по согласованию требований к транспортным средствам Европейской экономической комиссии ООН (WP29);

- НИР Промышленного института моторизации (ПИМот, Польша), НИР и ОКР автомобильных заводов группы ГАЗ и МАЗ;

- программе учебной дисциплины «Техническое регулирование в автотракторостроении», включенной в образовательные стандарты 3-его поколения для подготовки магистров по направлению 190100 «Наземные транспортно-технологические комплексы», курсах лекций МГТУ МАМИ.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований неоднократно докладывались на Международных автомобильных научных форумах (Москва, 2005-2009 гг.), Международных конференциях Ассоциации автомобильных инженеров (1992-2010 гг.), Международных конференциях и симпозиумах (Дрезден, Германия,1995-1996 гг; Пекин, Китай, 2008 г.; Женева, Швейцария,
2010 г.); 1 Всемирной конференции министров по безопасности дорожного движения (Москва, 2009г.); 3-ем Международном конгрессе «Безопасность на дорогах ради безопасности жизни», (С-Петербург, 2010г.); кафедре «Автомобили» МГТУ МАМИ, 2010 г.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 55 печатных работах, в том числе в 5 монографиях, написанных в соавторстве, и в 47 работах в изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования материалов диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения с общими выводами, списка литературы из 182 наименований. Диссертация содержит 330 стр. машинописного текста, 81 таблицу, 88 рис.

Содержание работы