8.2. Активная и пассивная безопасность

Безопасность транспортного средства включает в себя комплекс конструктивных и эксплуатационных свойств, снижающих вероятность возникновения ДТП, тяжесть их последствий, отрицательное влияние на окружающую среду.

Различают активную, пассивную и послеаварийную безопасность транспортного средства.

Активная безопасность - свойство транспортного средства, сни­жающее вероятность ДТП.

Свойства активной безопасности позволяют объединить их в основные группы:

• свойства, в значительной степени, зависящие от действий водителя по управлению транспортным средством (тягово-скоростные, тормозные, устойчивость, управляемость, информативность);

• свойства, не зависящие или зависящие в незначительной степени от действий водителя по управлению транспортным средством (надежность элементов конструкции, массовые и габаритные параметры);

• свойства, определяющие возможность эффективной деятельности водителя по управлению транспортным средством (рабочее место водителя и его обитаемость).

Пассивная безопасность - свойство транспортного средства, снижающее тяжесть последствия ДТП.

Пассивная безопасность проявляется в период, когда водитель, несмотря на принятые меры безопасности, не может изменить характер движения автомобиля и предотвратить ДТП.

В процессе наиболее тяжелых ДТП (столкновения, наезд на неподвижные препятствия, опрокидывания) вначале деформируется кузов легкового автомобиля, рама грузового автомобиля, происходит первичный удар. Кинетическая энергия при этом тратится на поломку и деформацию деталей. Человек внутри кузова (кабины) продолжает движение по инерции с прежней скоростью. Силы, удерживающие его тело (мышечные усилия конечностей, сила трения 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. Возникающие при этом перегрузки могут привести к повреждениям внутренних органов и разрушению кровеносных сосудов и нервных волокон.

Основные требования к пассивной безопасности автомобиля:

• деформации передней и задней частей кузова (кабины) и рамы при столкновении должны обеспечивать допустимый уровень замедления и максимальное поглощение кинетической энергии;

• жесткость салона должна быть такой, чтобы сохранить зону жизнеобеспечения, т.е. минимально необходимое пространство, в пределах которого исключено сдавливание тела человека, находящегося внутри автомобиля;

• должны быть предусмотрены меры, снижающие тяжесть последствий при ДТП.

Различают внешнюю пассивную безопасность, которая уменьшает возможность нанесения повреждений другим участникам движения, и внутреннюю пассивную безопасность, снижающую травматизм водителя, пассажиров и обеспечивающую сохранность перевозимых грузов.

Внешняя пассивная безопасность. Основным требованием внешней пассивной безопасности является обеспечение такого конструктивного выполнения наружных поверхностей и элементов автомобиля, при котором вероятность повреждений человека этими элементами при ДТП была бы минимальной.

При столкновении автомобилей важным является предохранение как водителя и пассажиров, так и самих автомобилей от повреждений при помощи внешних элементов конструкции. Это обеспечивается применением энергопоглощающего бампера, поглощающего часть энергии удара при столкновении.

По типу упругого элемента энергопоглощающие бамперы подразделяются на механические, гидравлические, пневматические. В бамперах с гидравлическим и пневматическим элементами поглощение энергии происходит за счет перетекания жидкости через дросселирующие отверстия или за счет сжатия газа.

Внешнее оформление транспортных средств требует повышенного внимания, т.к. наружная поверхность автомобиля не должна иметь выступающих наружу остроконечных или режущих частей, которые могут усиливать тяжесть ранения пешеходов, велосипедистов или мотоциклистов в случае столкновения их с неподвижным или движущимся автомобилем.

Внутренняя пассивная безопасность. Совокупность свойств автомобиля, обеспечивающих сохранность жизни и здо­ровья водителей и пассажиров при ДТП, является внутренней пассивной безопасностью.

К внутренней пассивной безопасности автомобиля предъявля­ются требования:

• создание условий, при которых человек мог бы безопасно выдержать значительные перегрузки;

• исключение травмоопасных элементов внутри кузова (кабины).

К конструктивным мероприятиям, обеспечивающим внутреннюю пассивную безопасность, относят:

• обеспечение жизненного пространства внутри кузова (кабины);

• снижение инерционных нагрузок в процессе удара;

• ограничение перемещений людей внутри автомобиля;

• ограничение перемещений грузов и других предметов, находящихся в автомобиле.

В связи с этим должны быть предусмотрены меры, снижающие тяжесть последствий при столкновении:

• рулевое колесо и колонка должны перемещаться и поглощать энергию удара, а также распределять удар по груди водителя без нанесения ему травм;

• должны быть предусмотрены индивидуальные защитные и удерживающие средства для всех пассажиров и водителя (ремни безопасности, подголовники, пневмоподушки);

• перед пассажирами и водителем не должно быть травмоопасных элементов;

• стекла (ветровые, боковые) не должны быть травмоопасными;

• должна быть исключена возможность выброса или выпадения пассажиров или водителя (надежность дверных замков).

Обеспечение жизненного пространства. Жизненным (остаточным) пространством называют защитную зону вокруг человека, сидящего в автомобиле, внутрь которой не должны проникать детали при авариях. Создание жизненного (остаточного) пространства (рис.8.1, 8.2) требуемых размеров обеспечивается ударно-прочностными свойствами кузовов легковых автомобилей и кабин грузовых автомобилей и устранением возможности травмирования людей элементами внутреннего интерьера.

При лобовом столкновении автомобиля с препятствием происходит перемещение водителя и пассажира к переднему щитку и ветровому стеклу, что может привести к травмированию человека (рис. 8.3). Поэтому детали, ограничивающие жизненное пространство, не должны иметь острых граней и углов, выступающие части (кнопки, выключатели, ручки) должны быть утоплены и покрыты мягкой обивкой. Рычаги, переключатели, обычные и вытяжные кнопки, расположенные на панели приборов в зоне возможного удара о них водителя и пассажиров должны иметь минимальное поперечное сечение площадью и закругленные края.

Рис. 8.3. Относительное положение головы и колен пассажира при ударе

Полочка для мелких вещей и другие аналогичные элементы должны быть спроектированы и изготовлены так, чтобы их кронштейны не выступали в салон за габарит изделия и покрыты материалом, способным поглощать энергию.

Требования к крышам автомобиля. Ширина выступающих конструктивных деталей крыши не должна быть менее высоты выступа, направленного внутрь салона. Если эти условия не выполняются, то эти элементы должны быть покрыты материалом, способным поглощать энергию. Для автомобилей с мягким открывающимся верхом эти требования распространяются только на внутренние части верхних элементов дуг безопасности.

Люк открывающейся крыши должен быть изготовлен из материала, способного поглощать энергию, или покрыт таким материалом в нерабочем (закрытом) положении, либо должен закрываться заподлицо с крышей, либо иметь скругленную форму, а поверхность должна заканчиваться закругленными краями.

Устройства для открывания или приведения люка в действие должны при закрытом положении люка помещаться в зонах, с которыми не может соприкоснуться голова. Если это требование не выполняется, то эти устройства должны изготавливаться из материала, способного поглощать энергию, либо при закрытом положении люка покрываться таким материалом, либо устанавливаться заподлицо.

Задняя часть спинок сидений в зоне возможного удара должна, обладать способностью, поглощать энергию. Части конструкций сидений, не входящие в зоны возможного удара, должны иметь мягкую обивку для того, чтобы избежать непосредственного соприкосновения головы с элементами конструкции. Элементы конструкции в этих зонах должны иметь радиусы закруглений.

Жесткие края противосолнечных козырьков (шторок) и деталей их крепления, о которые может удариться голова, должны иметь радиусы закруглений.

Требования к ветровым и боковым стеклам. Большое количество травм и смертельных исходов во время ДТП связано с ранениями ветровым и боковыми стеклами. В настоящее время применяются однослойные закаленные и трехслойные стекла.

Закаленные стекла при разбивании не дают осколков с острыми углами и гранями, которые могут причинить человеку глубокие опасные порезы. Такие стекла более упруги, и лучше поглощают энергию удара.

Закалка стекла повышает его прочность, но создает внутренние остаточные напряжения, вследствие чего стекло даже при небольшом повреждении покрывается сеткой трещин, становясь непрозрачным. Для устранения этого недостатка применяют стекла, закаленные не по всей площади, а лишь в нескольких местах.

Трехслойные стекла состоят из двух слоев стекла толщиной 2...3 мм, склеенных прослойкой из прозрачного пластика толщиной 0,4...0,85 мм. При ударах трещины на этих стеклах распространяются только в радиальных направлениях, и поврежденное стекло не теряет прозрачности, не выпадает из стоек кузова, так как его удерживает упругая пластмассовая прослойка. Но они хуже поглощают кинетическую энергию удара. Поэтому удары головой о трехслойное стекло часто приводят к сотрясениям мозга и повреждениям костей черепа. Разбиваясь, трехслойные стекла образуют осколки с острыми режущими кромками, которые могут причинить глубокие порезы.

К стеклам дверей предъявляются менее жесткие требования, чем к ветровым стеклам. Эти стекла не должны давать при разрушениях осколков с острыми углами и режущими кромками.

Требования к дверям. Одной из причин травматизма во время аварии, в частности при опрокидывании автомобиля, является выпадение людей через открывшиеся двери. Поэтому конструкция замков должна обеспечивать два положения: полностью закрытое и неполностью закрытое.

Дверные замки и приводы к ним должны обеспечивать удержание дверей в полностью закрытом положении. Дверные навески (петли) и ограничители любой конструкции должны удерживать боковые двери в рабочем положении во время эксплуатации.

Для снижения инерционных нагрузок стремятся увеличить продолжительность деформирования деталей кузова. Вокруг водителя и пассажиров создают защитную зону благодаря жесткому каркасу, а переднюю и заднюю части кузова делают легко сминающимися при ударе.

При переднем расположении двигатель устанавливают на специальной рычажной подвеске для исключения его перемещения при ударе в салон. В результате при ударе двигатель опускается под пол кузова, как это показано на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Процесс деформации передней части легкового автомобиля и перемещение его силового агрегата после столкновения с препятствием:

а - положение легкового автомобиля в момент его столкновения с препятствием; б - деформирование передней части автомобиля, перемещение силового агрегата; в - окончание деформирования передней части автомобиля и перемещение силового агрегата под пол кузова

Большую опасность для водителя представляют жесткие рулевые валы. При ударе тело водителя деформирует рулевое колесо и приходит в соприкосновение с его ступицей и рулевым валом.

Для уменьшения проникновения рулевого колеса внутрь салона применяют различные конструкции безопасных рулевых управлений:

• рулевой вал с карданными шарнирами;

• рулевой вал, рулевую колонку или обе эти детали со специальными встроенными элементами, разрушающимися при больших нагрузках;

• рулевую колонку со стальными шариками, расположенными между ее наружной и внутренней трубами;

• телескопический шлицевый рулевой вал и др.

Ограничение перемещения людей в кузове (кабине). Наиболее простым и эффективным средством, ограничивающим перемещение людей внутри автомобиля при авариях, являются ремни безопасности. В зависимости от конструкции ремни безопасности подразделяются на поясные, диагонально-поясные (трехточечные), диагональные и двойные плечевые.

Главным недостатком ремней безопасности является ограничение перемещений людей и стеснение их движений в безаварийных условиях. Этот недостаток не имеют устройства, позволяющие ограничивать перемещения людей только при аварии. К ним относятся: подушки безопасности; защитные стенки из надувных мешков; удерживающие рычаги и упругие части сидений; предохранительные сетки безопасности.

Для защиты головы водителя и пассажиров при наезде на автомобиль сзади в обязательном порядке используются подголовники различной конструкции.