Одним из основных условий, обеспечивающих эффективность разного рода (как коммерческой, так и некоммерческой) эксплуатации транспортных средств (ТС), является состояние дорожного покрытия, которое влияет на скорость передвижения ТС и частоту проведения технического обслуживания для большинства узлов ТС. Таким образом, в статье рассмотрены вопросы, связанные с обеспечением непрерывного контроля качества дорожного покрытия в условиях эксплуатации ТС. Будет описан метод контроля состояния дорожного покрытия путем внедрения дополнительного оборудования в ТС и объединения полученной информации в общую базу для составления общей картины состояния дорог.
Ключевые слова: транспортное средство, состояние дорожного покрытия, акселерометр, вертикальное ускорение, техническое обслуживание.
Дорожные службы по всему миру тратят миллионы долларов на контроль состояния дорожного покрытия, его обслуживание и ремонт. Несмотря на все эти инвестиции, большинство людей недовольны качеством дорог. Причины этого заключаются в том, что неудовлетворительное состояние дорожного покрытия увеличивает расход топлива и частоту технического обслуживания автомобилей и общественного транспорта, иногда опасны для водителей и пешеходов, и как минимум раздражают как водителей автомобилей, так и водителей мотоциклов и велосипедов.
Они также являются причиной дорогостоящих судебных исков, связанных с требованием о возмещении ущерба.
Следовательно, одним из основных условий, обеспечивающих эффективность коммерческой и не коммерческой эксплуатации транспортных средств (ТС), является состояние дорожного покрытия, которое влияет на скорость передвижения ТС и частоту проведения ТО для большинства узлов ТС.
Для решения данной проблемы необходимо внедрение рабочего способа контроля качества дорожного покрытия в реальном времени. Для этого можно использовать непрерывный контроль вертикальных ускорений подрессоренных масс, регистрируемых на кузове ТС, основанный на взаимодействии колес ТС с дорожным покрытием, которое, непосредственно, является источником колебаний конструкций и самого ТС в целом. Степень воздействия силовых колебаний на конструкцию и её элементы является одной из основных причин ухудшения технического состояния ТС и оценивается параметрами, связанными с ускорениями, а параметры колебательных процессов элементов конструкции ТС в процессе движения имеют непосредственную связь с микропрофилем дороги, характерным для каждого типа дорожного покрытия, по которой это движение осуществляется [1].
Результат экспериментального определения вертикальных ускорений кузова ТС категории M1 с помощью жестко закрепленного на нем акселерометра при движении со скоростью 30 км/ч по дорогам с различными типами покрытий представлен на рисунках 1 и 2.
Рис. 1. Профиль вертикальных ускорений кузова ТС при движении по дороге с типом покрытия асфальтобетон Д1 (шаг замеров — 5 м/с)
Рис. 2. Профиль вертикальных ускорений кузова ТС при движении по дороге с типом покрытия: дорога 1 — асфальтобетон Д1, дорога 2 — грунт, улучшенный местными материалами Д5 (шаг замеров — 5 м/с)
Оценка профилей вертикальных ускорений подтверждает возможность идентификации с их помощью типа дорожного покрытия, по которому передвигается ТС. Для обеспечения возможности определения типа дорожного покрытия не только визуальным методом, но и математическим способом путем обработки массива данных о вертикальных ускорениях, необходимо ввести средний уровень ускорений, который рассчитывается по формуле:
где j(t) — текущее значение ускорения в момент времени t, м/с 2 ;
δ — период времени, для которого определяется средний уровень ускорений, c;
Данная формула является аналогом формул определения уровня силовых воздействий и значений индекса возможного ущерба в системе ЭРА-ГЛОНАСС [2]. В нашем случае рассчитанные по формуле величины средних уровней ускорений дает нам идентифицировать тип дорожного покрытия и сравнить их силовое воздействие на элементы конструкции ТС. Так, одинаковые дорожные покрытия имеют схожие профили ускорений и мало отличающиеся величины среднего уровня ускорений (рис. 1), в то время как разница средних уровней ускорений для асфальтобетонного и грунтового покрытий может достигать 4,5 раз (рис. 2).
Отметим, что предложенный способ дает возможность идентифицировать и состояние дорожного покрытия. Так, на рисунке 3 приведены итоги эксперимента по определению вертикальных ускорений кузова ТС категории M1 при помощи жестко закрепленного на нем акселерометра при скорости движении 30 км/ч по дорогам общего пользования с асфальтобетонным покрытием в различном состоянии.
Рис. 3. Профили вертикальных ускорений кузова ТС при движении по дорогам с асфальтобетонным покрытием Д1 в различном состоянии (шаг замеров — 5 м/с): дорога 1 — хорошее состояние, дорога 2 — удовлетворительное состояние
Результаты показывают, что для асфальтобетонного покрытия в удовлетворительном состоянии значение среднего уровня ускорений (а, значит, и степени силовых воздействий колебательных процессов на элементы конструкции, являющихся причиной ухудшения технического состояния) может превышать в значение для покрытия в хорошем состоянии более чем в 2 раза.
Для реализации контроля качества дорожного покрытия в реальном времени в масштабном размере может быть полезной разработка мобильного приложения — системы мониторинга качества дорожного покрытия. И такая система нашла свою реализацию. «Дороги России» — совместный некоммерческий проект Google Россия и Auto.ru. Сервис позволяет оценить дороги в режиме реального времени и создать «карту качества дорожного полотна», при этом проект является самым масштабным картографическим сервисом в РФ, который позволяет оценить качество дорожного покрытия по всей стране. Система различает данные, которые поступают от автомобилистов и пешеходов, что минимизирует погрешности и позволяет оперировать реальными данными. Приложение посредством GPS считывает информацию о колебаниях подвески автомобиля, характеристиках его движения. Для анализа используется математическая модель, которая позволяет с большой степенью достоверности выявлять из множества видов воздействия на смартфон именно те, которые имеют отношение к состоянию дорожного полотна. На основе этого анализа и GPS-координат можно создавать карты качества дорог [3].
Таким образом, определение в режиме реального времени типа дорожного покрытия и его состояния на основе анализа профиля вертикальных ускорений кузова ТС позволит как обеспечить индивидуальную корректировку периодичности технического обслуживания ТС, так и мониторинг состояния дорог в реальном времени, что позволит более эффективно обслуживать дороги и ТС.
Литература:
- Литвинов А. С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств / А. С. Литвинов, Я. Е. Фаробин. − М.: Машиностроение, 1989. −240 с.
- ГОСТ Р 54620–2011. Глобальная навигационная спутниковая система. Система экстренного реагирования при авариях. Автомобильная система/устройство вызова экстренных оперативных служб. Общие технические требования.
- «Дороги России» — мониторинг качества дорожного покрытия. URL: https://te-st.ru/entries/russian-roads/ (дата обращения — 03.04.2020).
