Сущность пассивной безопасности автомобиля.

Ряд авторов в структуре безопасности автотранспортного процесса выделяют следующие характеристики: [2]

· безопасность дорожного движения зависит в значительной мере от организации управления при оптимизации воздействии на транспортный процесс;

· безопасность на автомобильных дорогах в значительной мере зависит от их технического состояния и обустройства, а также от освещенности, системы сигнализации и оповещения, наличия до­рожных знаков, обслуживания в пути;

· безопасность автомобиля, участников движения и сохранность народнохозяйственных грузов зависят от состояния комплекса «Автомобиль—водитель—дорога» (А—В—Д).

Автотранспортный процесс из-за своей сложности можно отождествить с нормальным функционированием комплекса А—В—Д. Остальные подсистемы автомобилизации, хотя и определяют ка­чественное состояние автотранспортного процесса, самостоятельного значения не имеют и являются как бы фоном, воздействующим на комплекс А—В—Д. Эти подсистемы будут существовать лишь до тех пор, пока существует весь комплекс А—В—Д как средство перемещения народнохозяйственных грузов и пассажиров.[3]

В этой подсистеме сложно поставить, какой либо элемент, автотранспортного процесса на первое место и будет правильно отметить, что все они дополняют друг друга и влияют на безопасность в целом.

И основное внимание в фондовой лекции мы уделим внимание автомобилю, а именно его пассивной безопасности.

Современный автомобиль становится всё мощнее и скоростнее. И это обуславливает тяжесть аварий, которые происходят. Поэтому всё больше уделяется внимания разработки систем безопасности автомобиля.

К безопасности автомобиля предъявляют следующие основные требования:

· автомобиль должен обладать такими техническими качествами, которые помогут водителю уверенно и надежно управлять им с минимальной затратой силы, хорошо ориентироваться в разных дорожных и транспортных ситуациях; обеспечить сохранность жизни водителю и пассажирам в результате возможных ДТП.То есть, автомобиль должен быть спроектирован так, чтобы снизить вероятность дорожно-транспортного происшествия и в критическом положении водитель мог бы найти правильное решение по выходу из этой ситуации. Все эти качества составляют активную безопасность автомобиля.

В свою очередь все другие конструкционные элементы, решения и качества автомобиля, которые служат для снижения минимизации возможного вреда участникам дорожного движения при возможном ДТП - являются пассивной безопасностью автомобиля.

В общем виде пассивная безопасность автомобиля — совокупность узлов и устройств, позволяющих сохранить жизнь пассажиров автомобиля при аварии.

Пассивная безопасность (ПБ) — система мероприятий, направленных на сохранение жизни участникам движения (водителю и пассажирам), а также на снижение количества и тяжести травм в результате свершившегося ДТП.[4] Основные задачи пассивной безопасности:

· сохранение жизни водителю и пассажирам (главная задача);

· снижение количества и тяжести травм;

· сохранение перевозимых грузов (в основном для грузовых автомобилей);

· ремонтопригодность автомобиля после ДТП.

Структурно функции пассивной безопасности можно разделить на две:

1. предупредительная безопасность;

2. и безопасность конструкции автомобиля.

В арсенале любого современного автомобиля есть целый ряд средств для снижения тяжести последствий дорожно-транспортных происшествий, таких как:

· подушки безопасности;

· сминаемые или мягкие элементы передней панели;

· складывающуюся рулевую колонку;

· травмобезопасный педальный узел — при столкновении педали отделяются от мест крепления и уменьшают риск повреждения ног водителя;

· инерционные ремни безопасности с преднатяжителями;

· энергопоглощающие элементы передней и задней частей автомобиля, сминающиеся при ударе — бамперы;

· подголовники сидений — защищают от серьезных травм шею пассажира при ударе автомобиля сзади;

· безопасные стекла: закаленные, которые при разрушении рассыпаются на множество неострых осколков и триплекс;

· дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши и верхняя рамка ветрового стекла в родстерах и кабриолетах поперечные брусья в дверях.

Для того чтобы лучше разобраться в пассивной безопасности автомобиля необходимо понять, что происходит с автомобилем и его пассажирами при лобовом ударе. В процессе наиболее тяжелых ДТП (столкновения, наезды на неподвижные препятствия, опрокидывания) вначале деформируется кузов автомобиля, происходит первичный удар. Кинетическая энергия автомобиля при этом тратится на поломку и деформацию деталей. Человек внутри автомобиля продолжает движение по инерции с прежней скоростью. Силы, удерживающие тело человека (мышечные усилия конечностей, трение о поверхность сиденья), невелики по сравнению с инерционными нагрузками и не могут воспрепятствовать перемещению. Когда человек контактирует с деталями автомобиля – рулевым колесом, панелью приборов, ветровым стеклом и т.п., происходит вторичный удар. Параметры вторичного удара зависят от скорости и замедления автомобиля, перемещения тела человека, формы и механических свойств деталей, о которые он ударяется. При высоких скоростях автомобиля возможен также третичный удар, т.е. удар внутренних органов человека (например, мозговой массы, печени, сердца) о твердые части скелета. В 1994 г. в Имоле разбился великий пилот Формулы 1, Айртон Сенна. Находясь в прочном монококе, он не получил опасных для жизни “внешних” травм, а скончался от многочисленных повреждений внутренних органов и головного мозга, вызванных перегрузкой. Монокок остался практически цел, пилота убило почти мгновенное замедление со скорости 300 км/ч до нуля. При распространенных на наших дорогах скоростях большую часть травм водители и пассажиры получают во время вторичного удара.

Наибольшее значение для внутренней пассивной безопасности имеют столкновения транспортных средств и их наезды на неподвижное препятствие, а для внешней – наезды на пешеходов.

По статистике, самое опасное сиденье в машине – правое переднее, потому что инстинктивно, в самый последний момент, водитель все же отводит удар от себя, причем самые серьезные телесные повреждения получает пассажир, не пользовавшийся ремнем безопасности. На втором месте - водительское. На третьем - заднее правое. А самое безопасное место - сзади, за водителем.

Рис. 1. Механизм образования травм у водителя при столкновении автомобилей

На рис. 1 показан механизм образования травм при встречных столкновениях у водителя легкового автомобиля. В начале удара водитель скользит по сиденью вперед, и его колени ударяются о панель приборов (рис. 1, а и б). Затем сгибаются тазобедренные суставы, и верхняя часть туловища наклоняется вперед до удара о рулевое колесо (в и г). При больших скоростях автомобиля возможен удар о ветровое стекло (д и е), а при боковых столкновениях – повреждение головы об угловую сторону кузова.

Рис. 2. Механизм образования травм у переднего пассажира

Передний пассажир, перемещаясь вперед, также ударяется сначала коленями о панель приборов, затем головой о ветровое стекло (рис. 2, а–г). В случае движения автомобиля с большой скоростью возможно травмирование подбородка и груди пассажира о верхний край панели приборов (рис. 2, д и е). При боковых ударах повреждаются плечи, руки и колени. Таким образом, источниками травм водителя наиболее часто являются рулевая колонка, рулевое колесо, панель приборов. Для передних пассажиров опасность представляют панель приборов и ветровое стекло, а для задних – спинки передних сидений. Кнопки и рычаги управления, пепельницы, детали радиоприемника обычно не наносят серьезных ранений. Однако при ударе о них головой у водителя и пассажиров может быть повреждено лицо. Также источниками повреждений являются детали дверей. Большое число травм получают люди при выбрасывании через двери, открывшиеся вследствие удара.

Кроме того, необходимо учитывать, следующие моменты:

– двигатель, который у большинства современных автомобилей находится впереди, в результате удара вполне может оказаться внутри салона и причинить травмы ногам водителя и пассажиру;

– если в автомобиль происходит удар сзади, то резкое запрокидывание головы – верный перелом позвоночника (при отсутствии подголовников или не правильной их регулировке);

– отдельные детали интерьера могут при ударе срываться со своих мест и перемещаться по салону причиняя травмы водителю и пассажирам.

Когда автомобиль ударяется о препятствие, то человек по инерции продолжает движение внутри остановившегося автомобиля. Но недолго – до ближайшего твердого предмета, которых в салоне вполне достаточно.

Так если автомобиль ударяется в бетонную стену на скорости 72 км/ч (20 м/с) и если считать движение равнозамедленным, то при деформации его моторного отсека (sa = 0, 8 м) среднее замедление составит.

jср = v2/ (2sa) = 400/ (2*0, 8) = 250 м/с2 = 25, 5 g.

При этом перегрузка, действующая на пассажиров, составит 25, 5g, то есть человек, весящий 75 кг, ударится о приборную доску с силой в 1912 кг! Упираться руками и ногами бесполезно. Кстати, аналогичный расчет показывает, почему прочные джипы более опасны для пассажиров. В подобных условиях мощная рамная конструкция сомнется всего на 0, 3–0, 4 м. Соответственно, перегрузки и силы, действующие на пассажиров, вырастут в два раза со всеми вытекающими последствиями. Здесь также следует напомнить и о дугах защитных (кенгуринах), которые спасают только автомобиль и об этом мы поговорим чуть ниже.

Процесс удара обычно разделяют на три фазы. В течение первой фазы соударяющиеся тела, сближаясь, деформируются, их кинетическая энергия частично переходит в потенциальную, а частично затрачивается на разрушение, перемещение и нагрев деталей. Во второй фазе накопленная потенциальная энергия снова превращается в кинетическую, и тела начинают расходиться. В течение третьего периода тела не контактируют, их энергия расходится на преодоление внешнего сопротивления.

По действующим Правилам ЕЭК ООН № 32, 33, 94, 95 жизнь водителя и пассажиров должна быть сохранена при наезде автомобиля на неподвижное препятствие со скоростью 14 м/с; во время столкновения автомобилей при скорости 19, 4 м/с; в случае удара сзади по автомобилю предметом массой до 1250 кг со скоростью 22, 2 м/с; при боковом ударе (под углом 90°) со скоростью 9 м/с; во время двух- или трехкратного переворачивания автомобиля с начальной скоростью 14 м/с.

Поэтому важно отметить, что основной причиной разрушения автомобилей и травмирования людей при ДТП являются ударные нагрузки. Эти нагрузки имеют импульсный характер, и хотя действие их кратковременно, они достигают больших величин вследствие резкого изменения скорости автомобиля.

Для снижения инерционных нагрузок увеличивают продолжительность деформации деталей. С этой целью создают защитную зону вокруг водителя и пассажиров путем устройства жесткого каркаса в сочетании с легко сминающимися при ударах передней и задней частями кузова. У автомобилей рамной конструкции ослабляют лонжероны и поперечины, уменьшая их сечение, предусматривая отверстия в слабонагруженных местах или применяя хрупкие материалы, например, алюминиевые трубы и брусья, разрушающиеся при ударе.

То есть в современном автомобиле есть зоны деформации (энергопоглащающая) и клетка безопасности («решетка безопасности»)[5].

Чтобы водитель и пассажиры остались в живых и не получили тяжелых травм во время серьёзной аварии, их скорость при столкновении нужно снизить как можно плавнее (недаром, прыгающим с высоты подстилают многоярусные маты). Причём скорость снижать нужно так, чтобы, внутри автомобиля оставалось достаточно жизненного пространства. И это уже задача, которая предъявляется к силовой структуре кузова автомобиля.

Поэтому одним из основных средств пассивной безопасности автомобиля является конструкция кузова, которая наглядно представлена на примере Лады Калина.

Конструкция кузова или как её называют «решетка безопасности» обеспечивает приемлемые нагрузки на тело человека от резкого замедления при ДТП и сохраняет пространство пассажирского салона после деформации кузова.

При тяжелой аварии есть опасность, что двигатель и другие механизмы могут проникнуть в салон. Поэтому, салон окружен особой «решеткой безопасности», представляющей собой абсолютную защиту в подобных случаях. Такие же ребра и брусья жесткости можно найти и в дверях автомобиля (на случай боковых столкновений.

Так в автомобиле Daihatsu Esse (Дайхатсу Эсси) - конструкция кузова предусматривает, что при столкновении части кузова деформируются как бы по отдельности. Плюс к этому в конструкции использованы высоконапряженные металлические листы. Это делает машину более жесткой, а с другой стороны позволяет ей быть не такой тяжелой. На фотографии голубым цветом выделены те конструктивные элементы, которые принимают на себя лобовой удар, а все, что окрашено в желтую краску, рассчитано на поглощение бокового удара.

В автомобиле Volkswagen Phaeton - для изготовления кузова используются разные материалы - сталь, легкий металл и пластик.

Капот, крышка багажника и четыре двери Phaeton полностью изготовлены из легкого металла, за счет этого снижен вес автомобиля. Снижение веса и качество материала - критерии объясняющие использования пластика для обоих передних крыльев и гнезда для запасного колеса автомобиля. Крылья переменной толщины от 2, 7 до 3, 4 мм не только дают экономию веса на 20 %, но и снижают последствия незначительных ударов, которые возможны при парковке. Гнездо для запасного колеса из пластика тоже на 5 кг легче по сравнению с такой же деталью из стали.

Стальные детали Phaeton изготовлены из высокопрочных сплавов. Благодаря оптимальному использованию материалов обеспечивается максимальная прочность кузова. Все детали, выполненные из стали оцинкованы, тем самым они оптимально защищены от коррозии. В результате покупателю гарантируется длительный срок службы автомобиля и не менее длительное сохранение его стоимости.

Исключительно жесткий кузов Phaeton гарантирует несминаемость его салона. Деформируемые при столкновении передняя и задняя зоны автомобиля поглощают такое количество энергии, что Volkswagen Phaeton не только укладывается в соответствующие нормы обеспечения безопасности, но и обладает существенным запасом по этому показателю.

Двери также входят в систему пассивной безопасности. Благодаря жесткости их конструкции обеспечивается максимальная защита при боковых ударах.

Получается, что кузов автомобиля должен быть и жёстким, и податливым одновременно. То есть, жёстким делают каркас «жилой» зоны, в которой находятся водитель и пассажиры — при ударе она деформируется в последнюю очередь. Силовая «клетка» салона сделана из сверхпрочной стали, в дверях есть мощные брусья, не дающие им сминаться. А относительно податливыми изготавливают специальные зоны, за счёт деформации которых и будет снижаться скорость. Моторный отсек и багажник как раз являются так называемыми зонами запрограммированной деформации. Так автомобили делают сравнительно недавно. Раньше никто об этом не задумывался, и машины сминались равномерно — страдал и кузов, и салон. А у современных автомобилей, попавших в аварию, как правило, можно увидеть, что перед автомобиля разбит, а салон цел.

Поэтому основной метод уменьшения нагрузок, действующих на водителя и пассажира - это восприятие кинетической энергии удара при помощи демпфирующей системы. Кинетическая энергия удара может восприниматься как самим автомобилем, так и системой ограничения перемещения пассажира внутри кузова.

Так же важно отметить, что при встречных столкновениях картер рулевого механизма, установленный на лонжероне рамы, смещается назад, приближаясь к водителю. В результате водитель получает тяжелые травмы лица, груди, брюшной полости, а иногда и сердца.

Для того, чтобы рулевое колесо при лобовых ударах не представляло серьезную опасность для водителя и не причиняло тяжелых травм, ступицу рулевого колеса глубоко утапливают и обкладывают мягкими материалами. Рулевую колонку часто выполняют из перфорированного металла, так что при ударе она деформируется, поглощая пластическую энергию.

Предусматриваются и другие меры защиты, снижающие тяжесть последствий столкновения: возможность перемещения рулевого колеса и рулевой колонки и поглощения ими энергии удара, а также равномерного распределения удара рулевого колеса по поверхности груди водителя.

Таким образом травмобезопасное рулевое колесо - это элемент пассивной безопасности автомобиля имеющее возможность деформироваться таким образом, чтобы исключить получение водителем травм при аварийном наезде автомобиля на препятствие

Пассивная безопасность автомобиля – комплекс его свойств, снижающих возможность возникновения тяжких последствий, когда с помощью активных действий водителя и свойств автомобиля избежать дорожно-транспортное происшествие не удалось или не возможно.

Исходя из всего сказанного сущность пассивной безопасности автомобиля заключается в возможности автомобиля сохранить жизнь и здоровье пассажиров, если нештатная аварийная ситуация переросла в ДТП.

Вывод: подводя итог вопросу, мы с Вами можем отметить, что основным методом уменьшения нагрузок, действующих на водителя и пассажира, является восприятие кинетической энергии удара при помощи демпфирующей системы, являющейся элементами кузова автомобиля.

Также следует отметить, что помимо улучшения элементов кузова, специалистами автомобильной промышленности ведется совершенствование автомобиля и повышение его пассивной безопасности происходит одновременно по нескольким направлениям:

1. Повышение внутренней пассивной безопасности автомобиля;

2. Повышение внешней пассивной безопасности автомобиля.