Толерантность человека к импульсным нагрузкам в условиях дтп
Под толерантностью человека понимается способность тела переносить определенные нагрузки в течение заданного промежутка времени без получения тяжелых и необратимых травм. Толерантность может быть общей и локальной. При ДТП имеет место локальное нагружение, поэтому локальную толерантность в условиях ДТП называют просто толерантностью.
Прямой измеритель уровня ПБ – тяжесть травмирования человека – участника ДТП. Он используется при анализе последствий ДТП. Для оценки функциональных свойств элементов автомобиля, влияющих на тяжесть травмирования, как правило, используются косвенные измерители и показатели тяжести травмирования.
Тяжесть травмирования человека при ДТП определяется максимальным или средним значением действующих на человека перегрузок (замедлений), длительностью воздействия, скоростью нарастания, направлением действия и местом приложения усилий (перегрузок).
Громадные сложности определения предельно-допустимых нагрузок связаны с тем, что исследования с учетом требований техники безопасности могут вестись на человеке в очень ограниченных пределах. Поэтому широкое применение находят трупы, животные (обезьяны, свиньи) антропометрические и антропоморфические манекены, математические и физические модели. Антропометрические манекены имеют идентичные с телом человека геометрические и весовые параметры. Как правило, применяются для многократного использования. Антропоморфические - имеют частично идентичные с телом человека ударно-прочностные свойства. Они более дороги.
Первое зарегистрированное ДТП, в котором был смертельно ранен человек, произошло в 1899 году в Нью-Йорке. Но впервые медицинские исследования аварий были начаты в 1910 году в авиации. Такие исследования по ДТП стали проводиться в конце 20-х годов в Германии с применением имитаторов столкновения.
Методы оценки пассивной безопасности
Используется четыре основных метода для оценки, соответствия автомобиля и его элементов требованиям пассивной безопасности. Всего 126 Правил ЕЭК ООН по безопасности (активной, пассивной, экологической, послеаварийной), из них 25 Правил касаются пассивной безопасности и требуется проведение испытаний по этим Правилам, касающихся пассивной безопасности. Самые дорогостоящие полномасштабные (ударные) испытания. Расчетные методы годятся только для предварительной оценки, а для окончательной – краштесты.
Испытания на ПБ дорогие, доводка автомобилей до уровня требований по ПБ сложная, оборудование для испытаний дорогое. Часто оборудование для испытаний берется в аренду (так для имитации фронтального удара необходимо min 2 манекена по 60 тыс. долларов США каждый, а еще нужно измерительное оборудование, оборудование для видеосъемки и т.д.).
Наименование способа (метода) |
преимущества |
недостатки |
1. Полномасштабные испытания (краштесты) |
Комплексное исследование процессов ДТП. |
Большая стоимость. |
2. Стендовые испытания |
Сравнительно небольшая стоимость. |
Частичная имитация процессов ДТП |
3. Моделирование (физическое, математическое) |
Возможность просчета неограниченного числа вариантов. Низкая стоимость. |
Необходимость наличия точных характеристик объектов исследования |
4. Метод анализа реальных ДТП |
Комплексная оценка ПБ по тяжести травмирования человека. |
Частичная неопределенность начальных условий ДТП |
Методы полномасштабных испытаний - краштесты.
Новый автомобиль в процессе доводки и сертификации испытывается имитацией всех четырех типов ДТП.
1. Фронтальное столкновение:
По мере совершенствования технологии испытаний использовались:
- удар в стенку прямой при Vа = 50 км/ч;
- удар в жесткое препятствие под 30 относительно поперечной оси автомобиля со стороны рулевого управления при Vа = 50 км/ч;
- смещенный удар с перекрытием 40% ширины автомобиля при Vа = 50 км/ч.
Используется 2 манекена, нежесткое деформируемое препятствие, имитирующее жесткость передней части легкового автомобиля, изготовленное из сотового алюминия.
Раньше оценивалась по механическим показателям (по перемещению рулевой колонки, нарушению жизненного пространства). Сейчас оценка по биомеханическим показателям датчиков (датчики в голове, груди, коленях) на манекене. Сейчас осуществляется комплексная оценка автомобиля и удерживающих систем (РБ, надувных подушек и т.д).
2. Боковое столкновение
Тележка с деформируемым элементом, имитирующим жесткость передней части легкового автомобиля со скоростью 50 км/ч наезжает на боковину испытываемого автомобиля.
По показаниям датчиков в манекенах оценивается пассивная безопасность.
3. Заднее столкновение
Тележка с жесткой плоской плитой ударяет по задней части испытываемого автомобиля со скоростью 35-50км/ч.
Оценивается пожарная безопасность, возможность открывания дверей и нарушение жизненного пространства.
4. Опрокидывание
Для легковых автомобилей испытания не проводятся, для грузовых автомобилей и автобусов используется метод опрокидывания с уклона или выступа высотой 0,8 м.
Для оценки результатов краштестов используются данные, полученные в результате исследований толерантности и механизмов травмирования человека в автомобиле с учетом биомеханики и биодинамики отдельных видов ДТП.
Оценка перегрузок. Тяжесть травмирования человека в автомобиле при фронтальном столкновении определяется в основном повреждениями головы, грудной клетки и тазобедренного сустава.
Тяжесть травм при действии перегрузки определяется с помощью антропометрических манекенов.
Допустимые замедление груди:
Nа 60 g в течении 3 мс;
F 11, 5 кН при ударе о рулевое колесо.
Допустимое усилие в бедре F 6,4 кН.
Допустимое замедление головы: Nа 80 g в течение 3 мс
Есть более точные критерии, учитывающие изменение замедления по времени:
Определять перегрузку головы и груди с помощью манекенов сложно. Можно использовать упрощенный показатель – срднеинтегральное значение перегрузки автомобиля:
Оценка деформаций. Для предотвращения травмирования человека вследствие деформации кузова (кабины) необходимо наличие в автомобиле пространства для водителя и пассажиров, в пределах которого исключается вероятность травмоопасных контактов человека с элементами интерьера, а также перемещаемом при ДТП грузом. Оно должно быть не менее объема, занимающего телом человека и должно соответствовать его положению на определенном месте в автомобиле.
Назовем позу человека, закрепленного в автомобиле ремнем безопасности (без закрепления нет смысла нормировать величины деформаций), при котором он занимает характерные положения для определенного типа ДТП адаптированным положением человека в автомобиле.
Под жизненным пространством понимается минимальное пространство в автомобиле, необходимое для жизнеобеспечения человека в адаптированном положении, и использующего ремни безопасности в условиях ДТП без болевых ощущений при его контакте с элементами кузова (кабины).
Жизненное (остаточное) пространство определяется для каждого типа ДТП (фронтального столкновения, опрокидывания и т.д.). При оценке жизненного пространства используются линейные измерения в кабине относительно точек Н (R) до и после испытаний, а также макеты, выполненные, как правило, из легкого деформируемого материала (пенополиуретана).
Точка Н – контрольная точка сиденья, определяется с помощью трехмерного манекена как место расположения тазобедренного сустава. Точка R – это точка Н закоординированная относительно элементов кабины.