Функциональная безопасность автобусов
В ряде нормативных предписаний (Правила ЕЭК ООН) требования к активной (тормозной динамичности, управляемости, информационному обеспечению и др.) и пассивной безопасности ТС категорий М2 и М3 регламентируются по отдельным эксплуатационным свойствам совместно с другими типами ТС, а также Правилами, относящимися только к автобусам (например, Правила № 66 - безопасность автобусов при опрокидывании и № 80 - прочность крепления сидений).
Требования, в которых регламентируется функциональная безопасность автобусов, можно отнести Правила ООН № 107. Эти требования относятся к:
- распределению нагрузки по осям с учетом загрузки автобуса;
- площади, необходимой для размещения пассажиров;
- оценке устойчивости и маневренности автобуса;
- противопожарной защите моторного отделения, топливных баков, системы подачи топлива, приборов электрооборудования, наличию огнетушителей и аварийного выключателя;
- количеству, расположению и параметрам выходов;
- внутренней планировке, габаритам автобуса;
- поручням и опорам для рук;
- техническим устройствам, облегчающим доступ пассажиров с ограниченной мобильностью и т.д.
Из приведенного перечня требований понятно, что они в основном связаны с функциональными свойствами автобусов.
Функциональная безопасность автомобилей, работающих на природном газе
В последние десятилетия, в связи с быстрым развитием автомобильного транспорта, существенно обострились проблемы воздействия его на окружающую среду. Автотранспорт в развитых странах стал главным загрязнителем атмосферы (до 90%) и одним из загрязнителей окружающей среды вообще. Один автомобиль, работающий на бензине или дизельном топливе, ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеводородов.
Одним из важнейших направлений по снижению негативного влияния автомобилей на экологию является применение альтернативных видов топлива (сжатого и сжиженного природного газа, этанола, метанола, биотоплива и водорода). Наиболее широкое применение находит дешевый природный газ. Использование сжатого (метана) и сжиженного (пропан-бутановой смеси) газа связано:
- с значительными запасами газа и возможностью его получения из возобнавляемых источников;
- с наличием развитой инфраструктурой для транспортировки, хранения и распределения;
- с более низким содержанием углерода по сравнению с нефтяными топливами;
- с возможностью недорогого переоборудования двигателей для использования природного газа.
Основной опасностью при использовании газобаллонных автомобилей является их взрывоопасность из-за возможности утечки газа и необходимости установки достаточно габаритных газовых баллонов.
Поэтому к газобаллонным автомобилям наряду со всеми требованиями безопасности, которые предъявляются к обычным автомобилям, дополнительно должны регламентироваться (оцениваться) параметры, способствующие возникновению взрыва, пожара и утечки газообразного топлива.
При этом оценке (сертификации) должны подвергаться как все элементы (детали) специального оборудования, используемого в газобаллонном автомобиле, так и ТС с установленным газовым оборудованием.
Оценке (утверждению по типу) подлежат также те части оборудования, правильная и безопасная работа которых может нарушаться под воздействием используемого в качестве топлива сжатого природного или сжиженного нефтяного газа.
При этом основное внимание должно обращаться на исключение утечки газа и повреждений газового оборудования, обусловленного потерей работоспособности, смещением и разрушением деталей в эксплуатационных условиях и при столкновениях и опрокидываниях.
Газобаллонные автомобили и их оборудование должны соответствовать требованиям Правил ООН № 67 и 110, а легковые автомобили, работающие на газе, должны проходить краш-тесты по Правилам ООН № 94, 95 и 32 (34), при проведении которых дополнительно оценивается смещение баллонов, утечки газа и уровень концентрации газа в закрытых отсеках автомобиля.
Газобаллонные автобусы с размещенными на крыше баллонами должны проверяться в условиях имитации поперечного опрокидывания с оценкой прочности крепления газового оборудования.
Функциональная безопасность электромобилей
Применение электрического привода позволяет исключить вредные выбросы автомобилей в атмосферу, поэтому электромобили и гибридные автомобили (в них используется электропривод и обычный двигатель внутреннего сгорания) находят все более широкое использование.
Применение электропривода требует реализации дополнительных мероприятий по обеспечению электробезопасности. Поэтому в автомобилях, использующих электропривод, должна быть предусмотрена:
- защита от электрического удара, включающая защиту от прямого и непрямого контакта;
- соответствующее сопротивление изоляции электрических шин;
- защита энергоаккумулирующей системы от перегрузки и скопления газообразного водорода;
- всесторонняя информация водителя о подключении аккумулятора в режим, допускающий движение;
- возможность определения уровня выбросов водорода;
- информация пешеходов о приближении электромобиля за счет использования специального устройства, воспроизводящего дополнительный шум.
В Правилах ООН № 100 регламентируются детальные нормативы и методы испытаний, позволяющие оценивать выполнение приведенных мероприятий по электробезопасности.
Функциональная безопасность ТС, работающих на водородном топливе
В 1959 г. впервые был разработан двигатель внутреннего сгорания, потребляющий водородное топливо. В настоящее время созданы многочисленные экспериментальные образцы водородных автомобилей.
Использование водородного топлива имеет следующие положительные стороны:
- достаточно низкая стоимость получения водорода;
- отсутствие загрязнения атмосферы: при сгорании водорода не образуется никаких вредных веществ;
- высокая скорость горения водородно-воздушных смесей (на порядок выше скорости горения аналогичных смесей на основе бензина или дизтоплива);
- большая детонационная устойчивость;
- при минимальных добавках водорода в воздушно-топливный заряд время сгорания существенно уменьшается;
- повышение эффективности работы двигателя за счет возможностей снижения дозы основного топлива в заряде и установки более позднего зажигания (впрыска);
- добавка водорода в топливо приводит к существенному (до 65...75%) снижению вредных выбросов остаточных углеводородов и сажи, а также окисей углерода и азота;
- средняя стоимость водорода, произведенного методом конверсии природного газа при крупномасштабном производстве и транспортировке по трубопроводам составляет около 1,5...2,0 долл./кг.
Существуют два способа использования в автомобиле водорода:
- в виде автомобильного топлива для двигателя внутреннего сгорания;
- топливных элементах.
Последний способ наиболее перспективен.
Транспортные средства, работающие на водородных топливных элементах (ТСВТЭ), имеют систему электротяги, питание на которую поступает от топливного элемента, вырабатывающего электрическую энергию электрохимическим способом с использованием водорода. При заправке водород закачивается в транспортное средство через заправочный блок и поступает в систему хранения водорода. Водород, закачиваемый и поступающий в систему хранения водорода, может быть либо в газообразном, либо в сжиженном состоянии. При запуске транспортного средства газообразный водород постепенно высвобождается из системы хранения водорода. Посредством регуляторов давления и другого оборудования в системе подачи водородного топлива давление водорода снижается до соответствующего уровня, обеспечивающего функционирование системы топливных элементов. В топливных элементах водород вступает в электрохимическое взаимодействие с кислородом (из воздуха), в результате такой реакции вырабатывается электрическая энергия высокого напряжения. Эта электроэнергия подается в систему электрической тяги и распределения энергии и используется для питания приводных электродвигателей и подзарядки аккумуляторных батарей и ультраконденсаторов.
Как и в случае бензобаков, резервуары, предназначенные для хранения водорода (будь-то в газообразном или сжиженном состоянии), как правило, устанавливаются в поперечной плоскости в задней части транспортного средства; однако допускается также возможность иной установки, например, в продольной плоскости в середине транспортного средства. Топливные элементы и вспомогательное оборудование обычно размещают под пассажирским салоном или же в традиционном «моторном отсеке» вместе с системой распределения энергии, регулятором приводных электродвигателей и приводными электродвигателями. Тяговые батареи и ультраконденсаторы, учитывая их размер и вес, обычно размещают на транспортном средстве таким образом, чтобы обеспечить желаемую весовую центровку для надлежащего управления транспортным средством.
Стандартная компоновка основных элементов главных систем транспортного средства, работающего на водородных топливных элементах, показана на рис. 3.34.
Рис. 3.34. Стандартная компоновка основных элементов главных систем транспортного средства, работающего на водородных топливных элементах
Водород - пожаро- и взрывоопасный газ. Поэтому транспортные средства, работающие на водородном топливе, в отличие от транспортных средств, работающих на углеводородном топливе, должны проходить дополнительные испытания на проверку соответствия требованиям безопасности системы хранения водорода и топливной системы, а также все испытания, которые регламентированы для электроавтомобилей на электробезопасность.
Водородные легковые автомобили также должны соответствовать требованиям Правил ЕЭК ООН № 94, 95 и 32 (34), при проведении которых дополнительно производятся:
- оценка системы хранения на утечку после столкновения;
- оценка уровня концентрации водорода в закрытых помещениях;
- оценка смещения резервуара;
- оценка датчиков утечки водорода;
- оценка электробезопасности.
Основные требования безопасности водородных автомобилей изложены в ГТП ООН № 13.