Пассивная безопасность и ее оценка

Подголовник оценивают  на жесткость, а если точнее – на травмобезопасность для головы заднего  пассажира. Во время испытаний замедление модели головы человека при ударе  о спинку переднего сиденья не должно превышать 80g в течение 3 мс.

Фирмы, известные  своими достижениями в пассивной безопасности, создают целые системы для защиты при ударе сзади, но применяются они в основном в дорогих автомобилях. Например, “активный” подголовник, предложенный SAAB: при увеличении давления тела на спинку сиденья подголовник выдвигается вверх и навстречу голове. В “системе защиты от плетевого удара” (WHIPS) Volvo вся спинка сиденья движется назад вместе с человеком, чтобы уменьшить нагрузки на позвоночник. А затем еще и отклоняется назад, чтобы предотвратить реактивное отбрасывание головы вперед.

Существуют  также специальные  детские сиденья, требования к которым определяет правило №44 ЕЭК ООН. Из статистических выкладок известно, что даже самые примитивные защитные средства для ребенка снижают риск получения увечий на 25%. А специальные, повернутые против движения сиденья с жестким “панцирем” гарантируют жизнь малышам даже при очень тяжелых авариях.

Комплект для  малышей от 8 месяцев до 4 лет (вес 9-18 кг) представляет собой глубокое сиденье, укомплектованное специальной  накладкой, которая прижимает ребенка в области живота к спинке. Наружный торец накладки имеет паз под лямку поясного ремня безопасности или под обе лямки диагонально-поясного ремня. Для детей от 4 до 12 лет (вес 15-36 кг) детское защитное устройство выполнено в виде подушки, которая кладется на сиденье. Теперь уже юного пассажира можно пристегивать обычным “взрослым” ремнем. Но ремень этот должен быть обязательно трехточечным, пользоваться одной лишь поясной лямкой нельзя.

Другие  средства внутренней пассивной безопасности

Помимо всем известных средств защиты, в автомобиле еще очень много элементов, имеющих  к пассивной безопасности самое  непосредственное отношение.

Скажем, стекла. Первым распространенным решением стало применение закаленного (подвергнутого  специальной термообработке) стекла, которое значительно прочнее обычного, а если и разбивается, то на мелкие осколки с округлыми краями. Но иногда даже маленький камень способен превратить такое стекло в непрозрачную сетку или сноп осколков.

Позже появилось более  надежное средство – триплекс, стекло трехслойное. Внутренний и наружные слои триплекса – обычное стекло, а между ними – тончайшая и очень прочная синтетическая пленка, например из поливинилбутирола толщиной 0,4–0,85 мм. При ударе внутренний и наружный слои “расползаются” многочисленными трещинами, но осколков практически нет – они “приклеены” к синтетической пленке, стекло практически не теряет прозрачности. Но ранний триплекс был хрупок и недостаточно упруг, осколки имели острые углы и режущие кромки. При ударе головой водитель мог получить сотрясение мозга, а если пробивал “лобовик” – серьезные, порой смертельные порезы шеи (так называемый гильотинный эффект). Увеличив толщину соединительной пленки, само стекло сделали тонким, более упругим. Однако триплекс – довольно дорогое удовольствие и поэтому закаленное стекло до сих пор применяется для боковых и заднего окон.

Фирма “Мерседес-Бенц”  испытывала ветровое стекло, которое  при аварии должно было покинуть проем. Конструкция получилась неудачной, порой “вылеты” случались даже при резком торможении. Получилось, что проще ограничить свободу перемещения водителя.

Отдельная тема – защита при опрокидывании. При наличии жесткой крыши пассажиры просто повиснут вниз головой. А если машина открытая (кабриолет, родстер)? Ведь именно по соображениям безопасности их выпуск одно время практически прекратился. И вновь был возобновлен лишь с появлением соответствующих защитных устройств – усилителей рамки ветрового окна, дуги безопасности, которая автоматически “выстреливается” позади заднего ряда кресел как только крен автомобиля превысит максимально допустимый. Причем роль задней дуги безопасности может выполнять усиленная крышка багажника или расположенные на ней прочные надувные подушки.

У грузовых автомобилей  и автопоездов с седельным тягачом большую опасность представляет груз, плохо закрепленный на платформе. При встречных столкновениях и наездах автомобилей на неподвижное препятствие груз в процессе удара продолжает двигаться вперед по инерции с той же скоростью, с какой двигался автомобиль перед ударом. Затем, ударяясь о передний борт платформы, груз деформирует его, а затем сминает заднюю стенку кабины. Для увеличения безопасности могут быть использованы амортизирующие устройства (в том числе в виде сеток), устанавливаемые между передним бортом грузовой платформы и грузом.

Внешняя пассивная безопасность

В процессе ДТП  должна быть обеспечена сохранность, как  самого автомобиля, так и окружающих предметов или других участников ДТП. Например, у некоторых автомобилей  определенным образом деформируемая структура передней части и (или) рамы обеспечивают поглощение части энергии движения второго участника столкновения.

Бамперы

При столкновениях и  наездах внешнюю  пассивную безопасность обеспечивают прежде всего бамперы. Чтобы бампер поглощал большую часть кинетической энергии, развивающейся при ударе, необходимо, чтобы передние и задние бамперы всех транспортных средств и самоходных механизмов, движущихся по общей дорожной сети, находились на одной высоте от покрытия. В некоторых странах Европы установлена стандартная высота расположения бампера для легковых автомобилей 330⁺¹³ мм. В США стандартизован другой размер. Однако в некоторых странах еще не нормируются ни высота бампера, ни расстояние от его нижней кромки до покрытия. На грузовых автомобилях задний бампер и боковая защита от подката появились сравнительно недавно, благодаря Правилам № 58–01, 73 ЕЭК ООН. В результате даже у автомобилей одного класса колебания в расположении бамперов и их размерах могут быть значительными.

В 70-х автостроители увлекались безопасными бамперами. В них содержался энергопоглощающий элемент, в котором энергия удара преобразуется в работу деформации или тепловую энергию. Сейчас только в некоторых странах требуется, чтобы бампер выдерживал столкновение с большей скоростью, чем это принято в Правилах № 42 ЕЭК ООН. Канадский стандарт (S-215) требует от бампера способности выдержать удар на скорости 8 км/ч о бетонную преграду, а также удары маятником (равным по весу автомобилю). Кроме этого бампер должен выдержать удар в угол бампера, по линии, повернутой относительно оси машины на 30°. При этих ударах бампер должен защитить кузов и светотехнические приборы, не потеряв при этом работоспособности.

По  типу упругого элемента безопасные бамперы  могут быть:

–                    механические (с механическим амортизирующим элементом, работающим на сжатие, растяжение или сдвиг); элементы, работающие на сдвиг, удобны тем, что их жесткость не зависит от направления перемещения бампера при ударе;

–                    гидравлические;

–                    пневматические;

–                    комбинированные.

При использовании  бампера с двумя гидропневматическими амортизаторами (для автомобиля массой 2040 кг при v₀ = 22,4 м/с) удается получить перемещение в процессе удара, равное всего 0,76 м, при этом 0,3 м – ход поршня, а 0,46 м – деформация рамы. Сила, действующая на бампер, составила 80,3 кН, а среднее замедление 33,4g, что значительно ниже предельных значений.

Применение бамперов, поглощающих энергию удара, требует  изменения конструкции элементов кузова. Для размещения амортизаторов часто необходимо усиливать рамы и нижние части несущих кузовов и изменять их конфигурацию. Вследствие увеличения массы бампера приходится устанавливать более жесткие и прочные рессоры. На некоторых моделях автомобилей изменены колеса, шины, рулевые механизмы, детали подвески.

Ныне, вместо столь дорогих  и тяжелых сооружений, получили распространение  двухслойные конструкции, соответствующие  Правилу № 42 ЕЭК  ООН. За декоративной накладкой – пористый материал или воздух. Дальше – силовой элемент, обязанный при “парковочных” (до 4 км/ч) скоростях защитить автомобиль для последующего нормального движения. Например, не должны пострадать светотехника, кузов и выпускная система. На рис. 7 показан пневматический бампер, разработанный в Германии. Он состоит из двух рукавов 1, уложенных параллельно в выемки каркаса 5 из алюминиевого сплава. Опорный рукав 4 лежит в выемке кузова и сообщается с внутренней полостью каркаса через клапан 3. Все элементы бампера закрыты защитной оболочкой 2. При наездах и столкновениях усилие через рукава 1 и каркас передается на опорный рукав 4. Давление в рукаве 4 повышается, и воздух через клапан 3 с малым проходным сечением поступает в полость каркаса.

Рис. 7. Безопасный бампер с пневматическим амортизирующим элементом.

Наружные  выступы автомобилей

Большое количество наездов транспортных средств на пешеходов и большая тяжесть  последствий этого вида ДТП привели к изменениям внешнего оформления автомобилей. Были скруглены острые углы облицовки радиатора, устранены выступавшие предметы. Прекращена установка фигурных фирменных эмблем на передней части капота. Правила №26–01, 61 ЕЭК ООН содержат требования к травмобезопасности выступающих элементов наружной поверхности кабины, таких как декоративные детали, фары, детали стеклоочистителя и стеклоомывателя, бамперы, лебедки, ручки, кнопки замков и петли дверей, крышек, гайки крепления и декоративные колпаки колес, аэродинамические обтекатели и другие.

Приспособления  для защиты пешеходов

Во время наезда автобуса или грузового автомобиля пешеход отбрасывается в сторону. При наезде же легкового автомобиля пешеход сначала падает на капот  и некоторое время движется вместе с автомобилем, после чего падает на дорогу. Смертельный исход в обоих случаях наступает при скорости автомобиля около 11 м/с.

Для уменьшения травматизма  предложены защитные приспособления, удерживающие пешехода после удара  и предохраняющие его от падения на дорогу. При срабатывании такого приспособления в первой стадии наезда (через 0,2–0,3 с) пешеход забрасывается на капот автомобиля. После начала торможения автомобиля пешеход, продолжая двигаться с приобретенной скоростью, сползает вперед по капоту и падает вниз. Защитная рамка (сетка) начинает автоматически выдвигаться примерно спустя 0,2 с после удара. Через 1 с выдвижение ее полностью заканчивается, и сетка принимает падающего человека. На рис. 8 показана защитная рамка, устанавливаемая на некоторых английских автомобилях.

Современные автомобили все чаще оборудуют не отдельными средствами пассивной  безопасности, а единой системой. Время ее функционирования исчисляется десятыми долями секунды, но успевает она многое: отключить зажигание, подтянуть ремни безопасности, “укоротить” рулевую колонку, надуть и затем “сдуть” подушки, разблокировать двери, а кроме того – послать на “полицейской волне” кодированное сообщение с указанием точных координат аварии (для этого машины оборудуются навигационным приемником), включить радиомаяк и, при необходимости, систему пожаротушения, да еще сохранить в памяти бортового компьютера все параметры движения за десяток секунд до аварии. Эффективность таких систем постоянно растет, но лучше все-таки ограничиться заочным с ними знакомством.