Р. Р. Басыров, А. Д. Галимянов, В. Н. Никишин комфортабельность автомобиля
 Скачать 1.25 Mb.
|
|
КАЗАНСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Набережночелнинский институт Р.Р. Басыров, А.Д. Галимянов, В.Н. Никишин КОМФОРТАБЕЛЬНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ Допущено УМО вузов по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 190109 «Наземные транспортно- технологические средства» Казань 2018 2 УДК 629.331:629.046 (075) ББК 39.33 – 021 я 73 Б27 Басыров Р.Р. Б27 Комфортабельность автомобилей: учеб. пособие / Р.Р. Басыров , А.Д. Галимянов, В.Н. Никишин. – Казань: Изд-во Казанского университета, 2018. – 104 с. В учебном пособии приведены методологические основы сравнительного анализа, оценки качества воздушной среды, расчета и проектирования конструктивных элементов автомобиля, повышающих комфортность и безопасность водителя и пассажиров. Пособие предназначено для студентов, аспирантов и преподавателей машиностроительных специальностей вузов, а также для работников научно-исследовательских, проектно- конструкторских организаций и предприятий. ISBN 978-5-00019-377-8 © Басыров Р.Р., Галимянов А.Д., Никишин В.Н., 2018 © Издательство Казанского университета, 2018 3 ОГЛАВЛЕНИЕ Оглавление ВВЕДЕНИЕ .................................................................................. 5 ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ ........................................... 7 Пути повышения безопасности автомобиля ................. 11 Причины снижения работоспособности водителя ........ 15 ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОМФОРТА В САЛОНЕ АВТОМОБИЛЯ20 Климатическая комфортабельность ................................. 22 Вибрационная комфортабельность .................................. 31 Акустическая комфортабельность ................................... 41 МИКРОКЛИМАТ РАБОЧЕГО МЕСТА ВОДИТЕЛЯ ........... 48 Микроклиматические условия воздушной среды салона автомобиля ............................................................................ 48 Конструктивные элементы систем обеспечения комфортной среды в салоне автомобиля ........................ 51 Система вентиляции .......................................................... 59 Система отопления ............................................................ 60 Кондиционер ...................................................................... 62 Система регулирования и поддержания уровня комфорта .............................................................................................. 68 Система рециркуляции воздуха ........................................ 68 Влияние конструктивных элементов салона автомобиля на параметры систем обеспечения комфортных условий .......................................................... 73 ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ КОМПОНЕНТОВ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМФОРТНОСТИ В САЛОНЕ ................. 83 Конструкторские работы ................................................... 84 Месяцы ................................................................................... 84 Зависимости температуры в салоне автомобиля от внешних и внутренних факторов ..................................... 90 4 Математическая модель зависимости температуры в салоне легкового автомобиля от внешних факторов ..... 93 Алгоритм выбора конструктивных параметров системы обеспечения комфортных условий в салоне автомобиля ............................................................................ 98 Функциональная схема системы обеспечения .............. 100 комфортных условий ....................................................... 100 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ......................................................................... 103 5 ВВЕДЕНИЕ Развитие автомобильной промышленности связано с созданием новых моделей автомобилей, удовлетворяющих современным требованиям безопасности. В автомобилестроении большое внимание уделяется модернизации автомобилей с целью повышения их эксплуатационных характеристик и потребительских качеств. Безопасность движения автомобиля в значительной степени зависит от состояния микроклимата в салоне автомобиля, который обеспечивается эффективностью и уровнем автоматизации систем, от шума и вибрации, которые зависят от принятия рациональных конструктивных решений, позволяющих удовлетворить требования потребителя. Анализ внутреннего пространства автомобилей показывает высокую степень зависимости многопараметрической функции безопасности движения от характеристик систем обеспечения комфортных условий. Дальнейшее повышение показателей качества подобных систем, без решения оптимизационных задач, приводит к неоправданным затратам, что снижает экономическую эффективность производства новых моделей автомобилей и модернизацию существующих. Учет внешних факторов, влияющих на показатели качества систем обеспечения комфортных условий, важен при проектировании, поскольку автомобиль эксплуатируется в различных климатических зонах и категорий дорог. Повышение эффективности систем обеспечения комфортных условий в период эксплуатации автомобиля – сложная задача, поэтому велика значимость заложенного технического решения системы на этапе разработки. Несовершенство конструктивных элементов систем обеспечения комфортных условий в салоне и отсутствие систем автоматического управления объясняется недостаточной проработкой вопросов, связанных с влиянием эргономических, аэродинамических, тепло- и 6 звукоизоляционных характеристик применяемых материалов. Это объясняется отсутствием необходимых методик по расчёту и рекомендаций по размещению и выбора материалов, обеспечивающих необходимую вибро- акустическую и климатическую комфортабельность. 7 ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ФАКТОРОВ НА БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ Все возрастающая плотность транспортного потока предъявляет повышенные требования к водителю автомобиля. Современный автомобиль должен обеспечивать вокруг водителя такие условия, чтобы он в течение длительного времени мог проявить оптимальную работоспособность. Для того, чтобы получить желаемые результаты, разработчики современных автомобилей должны учесть ряд факторов, физиологически влияющих на комфорт человека. Эти факторы включают эффективную температуру, выделение и регулирование тепла в человеческом теле, потери человеческим телом тепла и влаги, движение воздуха в салоне, влияние излучения холодных и горячих поверхностей в кондиционируемом пространстве, а также расслоение воздуха. На основе влияния внешних и внутренних факторов на безопасность движения автомобиля, проведена систематизация параметров, влияющих на комфортность в салоне. Иерархическая классификация параметров и показателей, оценивающих безопасность движения и качество воздушной среды салона автомобиля приведена в таблице 2.1. В результате анализа влияния звеньев СОКУ на безопасность движения автомобиля, таких, как погодные условия, физико-химические условия рабочего места, конструктивные особенности автомобиля, дорога, психо- эмоциональное состояние водителя, сформулированы основные пять групп показателей: приспособленность автомобиля к погодным условиям, комфортность в салоне автомобиля, удобство и травмобезопасность рабочего места водителя и пассажиров, качество дороги, мастерство вождения. 8 В процессе исследования проблемы безопасности движения легкового автомобиля, на основании изученных данных приводятся практические рекомендации по повышению эффективности системы обеспечения комфортных условий, выявлены основные характеризующие параметры, зависящие от водителя, его транспортного средства, внешних и внутренних факторов, влияющих на показатели качества микроклимата салона автомобиля. В рамках темы данного пособия рассмотрено более подробно влияние внешних и внутренних факторов на микроклимат рабочего места водителя, который определяется совокупностью температуры, влажности и подвижности воздуха, т.е. первыми двумя группами показателей из таблицы 2.1. Комфорт в автомобиле - необходимая основа активной безопасности. По Баббу (рисунок 1.1) перед человеком в системе «человек - автомобиль» стоит задача безопасной езды в заданных условиях и взаимодействия между водителем и автомобилем. Условия окружающей среды действуют как нагрузка. Каждый водитель по-своему реагирует на нагрузку в соответствии со своими индивидуальными особенностями и чертами характера. Задача всех систем автомобиля заключается в том, чтобы ограничить воздействие внешних факторов на водителя настолько, чтобы индивидуальное напряжение большинства водителей находилось в пределах, гарантирующих достаточную активную безопасность. 9 Рисунок 1.1 – Приоритеты комфорта Фангер [10] утверждает, что любой недостаток мы осознаем только тогда, когда все нижестоящие потребности удовлетворены. При этом особое значение в комфорте придается запаху. Только если наша потребность относительно запаха удовлетворена, мы воспринимаем другие помехи, например вибрацию и шум. На втором уровне иерархии находятся вибрация и свет, на третьем микроклимат и звуки, затем следует антропометрия. Например: правильные размеры сиденья, удаленность водителя от органов управления. На вершине иерархии находится потребность в эстетике автомобильного салона. Создание искусственного климата в ограниченном объеме и есть создание микроклимата, а искусственное изменение температуры воздуха в нем - один из характерных признаков климатических систем автомобиля. 10 Климатическая система современного автомобиля служит для создания комфорта в автомобиле. Путем фильтрации она оказывает прямое воздействие на запахи, а путем регулирования температурного режима и распределения воздуха - на микроклимат или тепловой комфорт и косвенным образом на шум. 11 Пути повышения безопасности автомобиля Одной из острейших социальных проблем является проблема снижения уровня аварийности на автомобильных дорогах, вследствие которой растёт число погибших и пострадавших в дорожно-транспортных происшествиях. Можно выделить следующие основные причины аварий: по вине водителя, по вине пешехода, из-за технического состояния автомобиля, качество дорожного покрытия, влияние погодных условий. Безопасность движения автомобиля в значительной степени зависит от состояния микроклимата в салоне, который обеспечивается эффективностью системы вентиляции и отопления и комфортным, эргономично сконструированным салоном. Системы, обеспечивающие микроклимат в салоне автомобиля, выполняют важную функцию повышения активной безопасности автомобиля. Во-первых, в комфортных условиях повышается способность водителя к концентрации внимания на быстро изменяющиеся условия движения. Во-вторых, целенаправленное распределение воздушных потоков из системы отопления и вентиляции позволяет избежать конденсации влаги на стеклах автомобиля, и тем самым обеспечивается хорошая видимость. Низкие температуры внешней среды ухудшают эксплуатационные свойства автомобилей и физико- химические свойства эксплуатационных и конструктивных материалов. Ухудшение пусковых характеристик двигателя, низкая надежность средств облегчения запуска или предпускового его подогрева, повышенное потребление электроэнергии вызывают необходимость работы двигателя на средних оборотах холостого хода, что ухудшает экологическую обстановку. Сложность эксплуатации усугубляется неудовлетворительными дорожными условиями, ограничивающими видимость (сложный макропрофиль в 12 плане, пыле-дождевой туманный шлейф за автомобилем, белый окружающий фон и т.д.) и вызывающими повышенную вибрацию и повреждаемость элементов конструкции автомобиля. Систематизация влияния внешних и внутренних факторов на безопасность движения автомобиля выявила необходимость проведения экспериментальных исследований аэродинамики кузова и распределения температуры воздуха в салоне. Это позволяет определить конструктивные решения элементов СОКУ, с целью оптимизации ее параметров. Обзор существующих конструкций показал, что при оценке технического уровня автомобиля учитывается определенный набор параметров автомобиля, характеризующих его основные свойства, такие как максимальная скорость, динамика разгона, полная масса, расход топлива, габаритные размеры, соответствие требованиям безопасности, токсичности выхлопных газов. Однако многие показатели, характеризующие комфорт, эффективность работы систем и агрегатов, экологичность и безопасность, влияют на спрос автомобиля независимо от выше перечисленных. При оценке потребительских свойств автомобиля и разработке требований к СОКУ необходимо учитывать влияние внешних факторов, таких, как сезонные изменения погодных и дорожных условий эксплуатации. Благодаря разработкам на основе научных исследований как отечественных, так и зарубежных ученых, теоретических вопросов создания качественной среды в салонах, их практической реализации и многолетнего опыта эксплуатации автомобилей можно выделить основные факторы, влияющие на безопасность движения. Систематизация экспериментальных и информационных исследований позволила создать общую картину взаимовлияния параметров внешней среды и показателей 13 качества СОКУ, определяющую оценку безопасности движения (таблица 1.1). Данная система взаимосвязи внешних и внутренних факторов и их влияния на безопасность движения позволяет определить первостепенные задачи по решению проблем безопасности. К ним относятся разработка требований к СОКУ, ее надёжности и эффективности. Известно оптимальное соотношение между параметрами микроклимата в салонах современных автомобилей, обеспечивающих благоприятное воздействие на водителя и пассажиров [6], что приводит к повышению внимания на процесс вождения и безопасность движения. 14 Т аблиц а 1.1 - Фак тор ы, влияю щ и е н а бе зоп ас н ос ть д ви ж ен и я авт омобиля 15 Причины снижения работоспособности водителя По мере того как человек выполняет ту или иную работу, в его организме происходят процессы, которые в определенный момент приводят к более или менее резкому снижению работоспособности. Такое состояние, возникшее под влиянием проделанной работы и сказывающееся на уровне работоспособности, называют утомлением. Утомление — сложное и многообразное явление. Часто оно не прямо оказывает влияние на результативность трудовой деятельности, а проявляется по-иному. Так, например, трудовые операции, которые раньше выполнялись легко, без всякого напряжения, автоматически, через несколько часов работы требуют дополнительного усилия, известного напряжения, особого внимания. Результативность труда в этом случае может и не снизиться, но само это усилие, напряжение уже является симптомом наступления утомления. Другим характерным признаком утомления может служить появление мелких, казалось бы незначительных ошибочных действий. В некоторых профессиях эти ошибки не играют особой роли и могут не нарушать хода производственного процесса. Однако имеются такие виды трудовой деятельности, в которых нет «маленьких» ошибок и каждое неправильное действие приводит к весьма серьезным последствиям. Это положение полностью относится к водительским профессиям. На основании исследований, проведенных специалистами инженерной психологии, можно представить следующие фазы изменения работоспособности водителя. Психическое и физиологическое состояние человека в период, предшествующий работе, отличается от того, которое требуется для работы. Поэтому в начальный период работы имеется некоторое «начальное рассогласование» между новыми требованиями к водителю и его состоянием в этот момент, степень которого определяет длительность 16 «вхождения» в работу (первая фаза — период врабатываемости). Вторая фаза — относительно устойчивая работоспособность — период, когда «вхождение» в работу закончено. Длительность этой фазы зависит от уровня подготовки водителя, а также его динамической и статической адаптации. Третья фаза — снижение работоспособности и надежности, обусловленное утомлением. По современным представлениям утомление — это не результат растраты потенциалов, а выражение изменения функционального состояния центральной нервной системы. Оно представляет собой закономерную реакцию организма на работу. В первую очередь в результате утомления нарушаются сложные психические процессы, т. е. ухудшается индуктивная форма мышления. Водитель при этом строит вместо полной вероятностной модели дорожной ситуации упрощенную, с ограниченным числом ожидаемых событий. Если на дороге сложится ситуация, отличная от той (упрощенной), которую предполагал водитель, вероятность ДТП резко возрастает. Кроме того, ухудшается и моторное действие, выполняемое водителем, что проявляется в снижении точности, скорости и согласованности движений по управлению автомобилем (трактором). Скорость развития утомления зависит от множества факторов: динамической и статической адаптации, зрительного комфорта, рабочей среды и др. Утомляемость оказывает решающее влияние на способность водителя правильно, быстро и безопасно ориентироваться в дорожной обстановке. Снижение работоспособности вследствие утомляемости нельзя считать чисто физиологическим явлением. Как показали многочисленные исследования, важная роль в процессах утомления принадлежит психологическим факторам, напря- жению нервной системы человека. 17 В практике работы водителя автомобиля (трактора) различают: • естественное утомление, последствия которого исчезают уже на другой день; • излишнее утомление, возникающее из-за неправильной организации труда; • вредное утомление, последствия которого не исчезают на второй день, а незаметно накапливаются и долго остаются неосознанными, пока внезапно не проявятся. Утомление водителей и другие отклонения во время работы вызывают следующие основные факторы: • продолжительность непрерывного вождения автомобиля (трактора); • психофизиологическое состояние водителя перед выездом в рейс или выходом в смену; • вождение автомобиля (трактора) в ночное время; • монотонность и однообразие вождения; • условия труда на рабочем месте водителя. Наиболее объективным доказательством утомления водителя при управлении автомобилем является число ДТП в зависимости от продолжительности движения и прочих условий, сопутствующих утомлению. Установлена явная зависимость числа ДТП и несчастных случаев от продолжительности работы. Было доказано, что после 8 ч работы увеличивается относительное число ДТП и несчастных случаев, причем сначала, до 10 ч, незначительно, а затем с 11 ч увеличение числа ДТП становится особенно интенсивным. На первом часу работы по вине водителей допускается около 12 % ДТП, а после 8 ч работы — около 26 %. Не меньшее влияние на утомляемость водителя оказывает психофизиологическое состояние его перед выездом. Оно ухудшается от недосыпания и нагрузки водителя перед началом работы (психическое напряжение, конфликтная нервирующая обстановка, психическая травма). 18 Усиление утомления водителя происходит при управлении автомобилем в ночное время. Это связано с тем, что в этом случае мозг одновременно выполняет две функции: первая — управление автомобилем и вторая, более тяжелая, — преодоление естественной склонности ко сну. При монотонном и однообразном движении развивается особо опасный вид утомления, который вызывает заторможенное состояние высшей нервной деятельности водителя и может привести к слабости, сонливости и засыпанию за рулем. Такое состояние возникает в результате продолжительного повторения одного и того же действия. Проведенные опыты позволили сделать вывод, что большое число ДТП, при расследовании которых не удается установить конкретной причины происшествия, происходят из-за потери внимания под влиянием езды по однообразной дороге. При этом ни моральное, ни материальное стимулирование, ни создание оптимальных гигиенических условий у некоторых водителей не могут сократить число допускаемых ошибок. Таким образом, утомление, возникающее у водителя, следует считать комбинированным, т. е. физическим, умственным и эмоциональным, так как в его работе элементы физического труда сочетаются с элементами интенсивной умственной деятельности и выраженным эмоциональным напряжением. Большое нервно-эмоциональное напряжение водителя обусловлено постоянной готовностью реагировать на различные, внезапно возникающие изменения дорожной обстановки, ответственностью за жизнь пассажиров и пешеходов, за сохранность материальных ценностей. Водитель современных автомобилей должен быть мастером скоростного вождения, что требует широкого распределения и быстрого переключения внимания, высокой степени эмоциональной устойчивости и проявления волевых качеств, В некоторые периоды работы водитель вынужден выполнять 19 необходимые операции по управлению автомобилем в очень быстром навязанном темпе, близком к пределу его психофизиологических возможностей. Не менее важными факторами, ускоряющими утомление, являются условия труда на рабочем месте водителя (положение при работе, ритм и темп работы, перерывы в работе), микроклимат на рабочем месте водителя (температура, давление, влажность воздуха, загазованность, освещение, излучение) и уровень шума и вибраций. Эти факторы оказывают существенное влияние и на возникновение отклонений в психофизиологическом состоянии водителя. 20 |