§ 17. Внутренняя пассивная безопасность

Совершенствование автомобиля и повышение его пассивной бе­зопасности происходят одновременно по нескольким направлениям. Конструктивные мероприятия, улучшающие внутреннюю пассив­ную безопасность, предусматривают снижение инерционных пере­грузок в процессе удара, ограничение перемещения людей в сало­не, устранение травмоопасных деталей, закрепление багажа и инст­румента.

1. Уменьшение инерционных нагрузок

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 расходуется на прео­доление внешнего сопротивления.

Согласно опытам НАМИ, при наезде автомобиля на неподвиж­ное препятствие длительность первой фазы составляет 0,05—0,1 с, а второй 0,02—0,04 с. Максимальное замедление центра тяжести ав­томобиля при скорости 8,3—14 м/с достигает 45—Средние за­медления для грузовых автомобилей равны 20—25g, а для пасса­жирских (и — 14 м/с) 15—20g. Остаточные деформации пассажир­ских автомобилей после удара о плоскую стенку достигают 400— 500 мм, а грузовых 150—180 мм, что обусловлено большей жестко­стью последних. При ударе о сосредоточенное препятствие (столб, дерево) деформация может быть значительно больше.

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. При встречных столкновениях автомобилей и наезде автомобиля на препятствие замедления особенно большое значение (300—400g) имеют в зоне переднего бампера (рис. 69, a) и уменьша­ются по направлению к задней части автомобиля. Среднее замедле­ние центра тяжести автомобиля может достигать 40—60g. Мгновен­ные замедления j_max центра тяжести больше средних и состав­ляют 80— 100g (рис. 69, б). Еще больше замедления тела человека в процессе вторичного удара.

Если считать движение равнозамедленным, то при начальной скорости автомобиля v = 20 м/с и деформации его передней части s_a — 0,4 м среднее за,медление

/ср = и²/ (2s_a) = 400/ (2 . 0,4) = 500 м/с² « 50 g.

Если при этом рулевое управление под воздействием удара тела водителя переместится на 0,1 м, то замедление тела может достичь примерно 200g и вызвать весьма тяжелые травмы.

Рис. 69. Изменение замедлений при наезде автомобиля на неподвижное пре­пятствие:

а — распределение замедлений по длине автомобиля; б —изменение замедленна по

времени

j_cp^Qr6o)g

a) 0 0,0Z № 0,06 0,08 OJ 0,12 с

Время

s\

Рис. 70. Автомобили с легко деформируемыми частями: деформируемая передняя и задняя част автомобиля; 6 — дефирмир)емая рама

й —

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 (рис. 70, а). У автомобилей рамной конст-

рукцим ослабляют лонжероны и поперечины, уменьшая их сечение, предусматривая отверстия в слабонагруженных местах или при­меняя хрупкие материалы, например алюминиевые трубы и брусья, разрушающиеся при ударе. На рис. 70, б показана передняя часть рамы американского автомобиля, деформирующаяся под воздейст­вием ударных нагрузок.

При встречных столкновениях картер рулевого механизма, ус­тановленный на лонжероне рамы, смещается назад, приближаясь к водителю. У автомобилей с передним расположением рулевой трапеции это смещение настолько велико, что водитель может по­лучить травму уже при первичном ударе. Во время вторичного уда­ра тело водителя деформирует рулевое колесо и входит в контакт с его ступицей и рулевым валом. В результате водитель получает тя­желые травмы лица, груди, брюшной полости, а иногда и сердца.

Для защиты водителя ступицу рулевого колеса делают большо­го диаметра и снабжают упругой оболочкой (рис. 71, а) или утап­ливают ее так, чтобы спицы составляли с плоскостью обода угол не менее .20° (рис. 71, б). На автомобилях «Москвич» для повышения защитных свойств рулевого колеса применена мягкая накладка на ободе. Сппцы и каркас обода, штампованные из листовой стали, при больших нагрузках изгибаются, в результате рулевое колесо рас­полагается перпендикулярно к направлению удара. В некоторых автомобилях с этой же целью под рулевым колесом размещают гофрированный экергопоглощающнй элемент 1 типа сильфона (рис. 71, в).

Конструкции безопасных рулевых управлений весьма разнооб­разны. Так, чтобы уменьшить возможность проникновения руле­вого колеса внутрь салона, применяют рулевые валы с карданны­ми шарнирами, отклоняющиеся при ударах вверх или в сторону (рис. 72, а и б). Для поглощения кинетической энергии тела води­теля в рулевой вал, рулевую колонку или в обе эти детали встраи­вают специальные защитные элементы, разрушающиеся или дефор­мирующиеся под действием больших нагрузок. У некоторых авто­мобилей защитный элемент имеет форму перфорированной трубы с ромбовидными отверстиями, расположенную в средней части вала (рис. 72, в). В последнее время деформируемый элемент делают в виде пластин, приваренных к внутренним концам частей рулевого вала (рис. 72, г).

Безопасное рулевое управление автомобилей «Москвич» (рис. 72, д) имеет рулевой вал из двух частей. К нижней части ру­левого вала приварен короткий вал 2 со шлицами, на которые с на­тягом напрессована втулка 4 с короткими внутренними шлицами, соединенная с верхней частью вала 5. Втулка имеет сквозные про­рези 3, увеличивающие упругость шлицевого соединения и трение при сближении концов вала. Рулевая колонка состоит из трех труб, между которыми размещены пластмассовые пластины /, повышаю­щие сопротивление сдвигу.

Рис. 71. Безопасные рулевые колеса:

о — рулевое колесо со ступицей большого диаметра; б —тюльпанное рулевое колесо ав­томобиля «Москвич*; в и г — рулевое колесо с гофрированиым элементом соответствен­но до удара и после него; J — гофрированный элемент

Рулевое управление автомобиля ГАЗ-24 «Волга» имеет безопас­ную муфту (рис. 73) с двумя фланцами 2 и 7, закрепленными на ниж­ней 1 и верхней 8 частях рулевого вала. Между фланцами установ­лены две предохранительные пластины 4 и эластичная деталь 6 из прорезиненной ткани, прикрепленная к каждому из фланцев шпиль­ками 3 через усилитель 5. При наезде автомобиля на препятствие водитель ударяется о рулевое колесо, фланцы муфты перемещают­ся по скосам, деформируя предохранительные пластины и разру­шая деталь 6. Часть энергии (около 10%) тратится также на переме-

а — отклоняющийся в сторону; б — откидывающийся вверх; в —с перфорированным за­щитным элементом; г —с упругими пластинами; д — со шлицевой втулкой; / — пластиня; 2 — короткий вал; 3 — прорезь; 4 — втулка; 5 — вал

Рис. 7.3. Рулевое управление автомобиля ГАЗ-24 «Волга»:

/ив— нижняя и верхняя части рулевого вала; 2 и 7 —фланцы; 3— шпилька; 4 — пла­стина-, 5 — усилитель; 6 — разрушаемая деталь; 9 —хомут; 10 — рулевая колонка; //

и 12 — прокладки

Рис. 74. Безопасные рулевые колонки:

а — с упругими пластинами; б — с перфорированным защитным элементом; в —со сталь»

нымз шариками

щсиие рулевой колонки 10 по резиновым прокладкам 11 и 12 в хо­муте 9. Сила удара, разрушающая эластичную деталь, не превос­ходит нагрузку, которую может выдержать человек без тяжелых травм.

Энергопоглощающие элементы, соединяющие две части ру­левой колонки, изображены на рис. 74. Эти элементы могут быть выполнены или в виде упругих пластин (рис. 74, а), или в виде гоф­рированной сетки (рис. 74, б). Рулевые валы в обоих случаях со­стоят из двух частей, соединенных между собой с помощью прессо­вой посадки и пластмассовых заклепок, срезаемых при ударах. В кронштейне, крепящем рулевую колонку к кузову, сделаны проре­зи, допускающие перемещение верхней части колонки вперед и препятствующие проникновению ее внутрь салона.

Иногда рулевую колонку делают телескопической (рис. 74, в). Между внутренней и наружной трубами располагают несколько кольцевых поясов закаленных стальных шариков. При продольном перемещении труб шарики вдавливаются в их стенки.