4361

11

гия, существующая непосредственно перед моментом удара, может быть рассчитана по формуле

1/2 MV2, (2)

где величины (М) и (V) являются, соответственно, «эффективной движущейся массой» тела и вертикальной составляющей скорости удара бедренных костей.

Для человека с массой тела 66 кг и «эффективной движущейся массой» тела,

равной половине этой величины, среднее значение энергии непосредственно перед ударом о препятствие составляло 168 Дж. Хотя данный расчет показывает, что во время фазы ускорения растрачивается более чем две трети всей потенциальной энергии, т.е. на фазу удара и период движений тела, следующих за ударом, приходилась только одна треть от первоначального количества энергии. Рассеяние энергии во время фазы ускорения, скорее всего, объясняется в основном сокращением крупных мышц нижней конечности. Второстепенное значение имеют жесткость и поглощающие свойства тканей бедра и коленного сустава. Таким образом, реальная энергия, высвобождающаяся в момент удара, достигает только примерно одной трети от этой величины.

Как уже говорилось, чтобы вычислить коэффициент риска перелома

(Ф), нужно разделить рассчитанную силу удара на измеренную прочность кости. Данные о прочности могут быть взяты из результатов исследований, в которых на кости, полученные от трупов, оказывалось механическое воздействие, аналогичное при ударе. Такие данные были получены ранее J. Lotz и W. Нayеs в статических условиях, имитирующих удар, и были сопоставлены с денситометрическими показателями, оценивавшимися с помощью количественной компьютерной томографии (ККТ). Средние величины нагрузок, вызывавших перелом, составляли примерно 21000 Н, а средние величины энергии, необходимой для возникновения перелома, около 26,5 Дж. Была выявлена также тесная корреляционная связь между величиной нагрузки, вызывавшей перелом, и плотностью поперечного среза кости, определявшейся с помощью ККТ.

Следует отметить, что высокая скорость воздействия (4000 cм/с), использовавшаяся авторами этого исследования, по всей видимости, превышает скорость удара при ДТП. Кроме того, не учитывалось снижение скорости воздействия нагрузки вследствие ее «поглощения» тазом и мягкими тканями. Объясняя слабую корреляционную связь между показателями плотности костной ткани и величиной силы, вызывающей перелом при высоких скоростях прило-

12

жения нагрузки, учѐные выдвинули предположение о том, что при наивысшей скорости возникает иной тип перелома кости и увеличивается ее раздробление. По их мнению, учет этих обстоятельств мог бы также помочь объяснить наблюдавшееся в условиях наибольшей скорости воздействия повышение способности к поглощению энергии. Однако в проведѐнных исследованиях достоверного увеличения способности к поглощению энергии не наблюдалось даже при 50 – кратном повышении скорости воздействия, при более высокой скорости не отмечалось и возникновения других типов переломов или увеличения раздробления костей.

Вариант заданий представлен в табл. 2.

13

Практическая работа № 3

Проведение исследования влияния эргономики рабочего места водителя на безопасность движения

Цель работы: исследовать особенности рабочего места водителя транспортного средства и оценить степень его влияния на безопасность человека

По расчетам экспертов в 2008 году в эксплуатации находилось не менее 920 тысяч автобусов, 7,5 млн грузовых автомобилей и около 29 млн легковых автомобилей. Грубо говоря, для каждого седьмого россиянина рабочим местом было водительское кресло.

Водителям транспортных средств знакомы ощущения после длительной поездки: боли в пояснице, голеностопном суставе правой ноги, ноющая боль в затекших предплечьях.

В автомобиле, даже самом современном, человек, испытывая, мягко говоря, неблагоприятное воздействие множества внешних факторов (вибрация, шум), несет ответственность за эффективную и безопасную работу. Основным фактором, вызывающим утомление, является нагрузка на позвоночник (статическая физическая нагрузка). Вследствие этого снижается восприятие количественной информации человеком через зрительный и слуховой каналы. Ошибка, допущенная водителем, может привести в некоторых случаях к очень тяжелым последствиям.

Как сделать автомобиль удобным для маленьких и высоких, полных и худых, мужчин и женщин? Что необходимо учитывать при проектировании, чтобы водители не стали жертвами профессиональных заболеваний? Как повысить безопасность на дорогах?

Изучение этих проблем создало предпосылки для объединения технических дисциплин и наук о человеке и его трудовой деятельности; обусловило появление новых исследовательских задач. Эти задачи связаны с описанием характеристик человека как компонента автоматизированной системы. Речь идет о процессах восприятия информации, памяти, принятия решений, исследования движений, стресса. А с точки зрения обеспечения безопасности деятельности человека большое значение имеет изучение таких факторов как утомление, монотонность операций, условия работы. Поставленные задачи решаются путем

14

улучшения организации рабочего места водителя, базируясь на результатах эргономических исследований.

Термин «эргономика» был принят в Англии в 1949 году, когда группа английских ученых положила начало организации эргономического исследовательского общества. Эта наука занимается комплексным изучением и проектированием трудовой деятельности. Она использует методы исследований, сложившиеся в психологии, физиологии и гигиене труда. Эргономика так или иначе связана со всеми науками, предметом ее исследования является человек как субъект труда. Эта наука разрабатывает санитарно-гигиенические мероприятия по созданию здоровых условий труда, направленных на обеспечение безопасности и сохранения здоровья работающих, занимается профилактикой охраны труда.

Внаше время компоновка автомобиля регламентирована целым рядом зарубежных и отечественных стандартов (ИСО, Правила ЕЭК ООН, ГОСТы, ОСТы, РТМ).

Краткие выдержки из Постановления Главного государственного санитарного врача РФ от 26.05.2003 № 100, раздел X (физиолого-эргономические требования к проектированию рабочих мест):

10.7. Снижение напряженности трудового процесса рекомендуется осуществлять путем рациональной организации рабочего места.

10.8. Рабочее место должно обеспечивать безопасность трудовых действий в нормальных и аварийных условиях и соответствовать требованиям, касающимся эргономической оценки для выполнения работ сидя.

10.15. Конструкция рабочего кресла должна обеспечивать поддержание основной рабочей позы и соответствовать физиолого-гигиеническим требованиям: регулироваться по высоте, иметь подлокотники и подголовники, иметь надежную фиксацию.

10.23. Технологические процессы не должны вызывать утомление и перенапряжение физиологических функций организма работающих.

Воснове этих документов лежит тщательный научный анализ исследований в области физиологии и биомеханики.

Требования к посадке и рабочей позе водителя серьезны и многомерны, так как каждый водитель, даже не профессионал, проводит на рабочем месте десятую часть жизни.

15

Автомобили многих отечественных моделей разработаны не одно десятилетие назад и антропометрические характеристики тела (табл. 3), использованные при расчетах посадочных мест, устаревают от поколения к поколению. Именно поэтому становится понятно, почему долгая поездка в одном автомобиле совсем не утомительна, а из другого выходишь как «побитый».

Таблица 3 Основные показатели тела человека при проектировании автомобиля

В креслах отечественных автомобилей удобнее всего чувствуют себя водители маленького роста. Высокие люди быстро устают от напряжения в согнутых ногах. Недостатком также является и то, что некоторые сиденья узкие, водитель часто толкает пассажира локтем. Все сиденья в отечественных автомобилях быстро просиживаются, так как сделаны из резиновых полос, сплетенных на манер циновки. За год-два эксплуатации по нашим дорогам рвется одна полоса за другой. В итоге водитель практически не сидит, а висит на обшивке кресла.

Законодателем мод в мире автомобильных кресел признана немецкая фирма «Рекаро», продукцию которой отличают отменная эргономика («понемецки жесткое сиденье», поясничный валик и боковая поддержка), безопас-

16

ность (укладывание в действующие нормативы с многократным запасом) и широкое применение (внушительный список клиентов).

Итак, каким должно быть автомобильное кресло? Очень важно, чтобы устанавливаемые сиденья учитывали данные о функции опорно-двигательного аппарата:

-поза при работе;

-характер и частота изменения позы при различных манипуляциях; положение головы; характер рабочих движений рук;

-данные о скорости и степени мышечного утомления и нарушения координации движений.

Конструкторы, рассчитывающие эргономику будущих машин, должны учитывать физиологическую рациональность позы водителя, что позволит поддерживать организм в состоянии адекватной мобилизации (рис. 3). Это такое состояние человека, которое является оптимальным для данных условий работы.

Рис 3. Положение тела человека в автомобиле

Необходимо исключить появление условий во время эксплуатации, когда предъявляемые к организму требования находятся на пределе физиологических возможностей или превышают их. В противном случае будет наблюдаться переход состояния адекватной мобилизации в состояние динамического рассогласования. Это состояние, при котором уровень работы по восприятию информации не соответствует ожидаемому состоянию и сопровождается нарушением работоспособности, появлением большого числа ошибок, лишними действиями.

Все это будет учтено, если не забывать тот факт, что человек относится к классу позвоночных. Самые большие нагрузки позвоночник испытывает именно в положении сидя. На поясничный отдел падает вес буквально всего тела (даже, как это ни покажется странным, тех частей, что ниже пояса). Не случайно, например, после травм позвоночника пациенту разрешают стоять, лежать – но запрещают сидеть. Поскольку у позвоночника есть физиологические изгибы, сиденье должно этим изгибам «потворствовать». Спинка кресла на уровне лопаток должна быть как бы провалена. Поясничный отдел, напротив, нужно подпирать подушечкой. Желательно, если она будет еще и опоясывать туловище, обеспечивая поддержку его боковым поверхностям и препятствовать перемещению во время виражей. Хорошим считается автомобильное кресло, имеющее регулируемую поясничную подушку, регулируемую кривизну спинки и, конечно, валик под шею. Последний, служит для предотвращения хлыстовой травмы (при ударе в машину сзади) и для поддержания шейного отдела.

Подушка сиденья, на которой сидят, обязательно должна быть жесткой. Возможность регулировки кресла под антропометрические характеристики водителя является важным при оценке удобства посадки.

Внедрение результатов эргономических исследований в практику дает ощутимый эффект. Как отечественный, так и зарубежный опыт внедрения эргономических требований свидетельствует о том, что это приводит к существенному уменьшению профессиональных заболеваний водителей и повышению безопасности движения транспортных средств.

18

Практическая работа № 4

Проведение исследования влияния компоновки автомобиля на безопасность движения в транспортном потоке

Цель работы: Изучить компоновку автомобиля и еѐ влияние на безопасность человека. Произвести оценку влияния компоновки легкового автомобиля на активную безопасность методом средневзвешенных показателей.

Эффективность реализации задач по обеспечению безопасности дорожного движения и снижению числа дорожно-транспортных происшествий при осуществлении транспортного процесса определяется взаимодействием совокупности взаимосвязанных элементов: человек - автомобиль - дорога - окружающая среда (система ЧАДС). К каждому элементу системы ЧАДС предъявляют соответствующие требования безопасности, регламентируемые нормативными документами (Правила ЕЭК ООН, ГОСТ, СНиП, ПДД и др.). Влияние каждого из элементов системы ЧАДС на безопасность дорожного движения (БДД) различно, т.к. элементы обладают специфическими свойствами, а сама система характеризуется межэлементными связями.

Сложность раскрытия взаимодействия элементов обуславливается их свойствами, которые определяются психофизическими особенностями труда водителя, конструктивными решениями, принятыми при создании автомобиля, дороги и их техническим состоянием и характером среды. Поэтому к решению проблем БДД необходимо подходить на основе системного подхода, т.е. совершенствовать каждый в отдельности элемент и рассматривать их во взаимосвязи, чтобы комплексно оценить их влияние на реализацию поставленных задач.

Безопасность как эксплуатационное свойство автомобиля выражает уровень вероятности возникновения опасных для жизни и здоровья участников дорожного движения ситуаций (активная безопасность); характеризует способность конструкции автомобиля предотвратить или ослабить травмирование участников дорожного движения (пассивная и послеаварийная безопасность), а также экологические последствия (экологическая безопасность) при случившемся дорожно-транспортном происшествии (ДТП). Общим признаком для рассмотрения этих свойств является принятое в процессе проектирования автомобиля расположение его основных узлов и агрегатов, рабочего места водителя, кузова или

19

грузовой платформы, дополнительного и специального оборудования, расположение и число ведущих и управляемых колес, т.е. компоновка автомобиля.

Ключевое влияние на вероятность возникновения ДТП характеристик и параметров конструкции автомобиля, определяемых компоновкой, обеспечивающих поведение автомобиля, адекватное воздействиям водителя на органы управления при изменении дорожной ситуации, определяется активной безопасностью автомобиля. Поэтому обеспечение высокого уровня активной безопасности автомобиля непосредственным образом способствует эффективности реализации задачи по снижению аварийности и обеспечению безопасности дорожного движения при осуществлении транспортного процесса.

Рассмотрение вопросов влияния компоновки легкового автомобиля на БДД обусловлено следующим: наибольшее распространение этого типа подвижного состава автомобильного транспорта; меньшие габаритные и весовые параметры по сравнению с грузовыми автомобилями и автобусами; высокие показатели энерговооруженности и динамичности; управление легковыми автомобилями осуществляется большим количеством водителей, для которых управление автомобилей не является видом основной профессиональной деятельности; существенная вариация технического состояния, связанная с организацией технической эксплуатации автомобилей, принадлежащих индивидуальным владельцам.

Наряду с перечисленными причинами, необходимо отметить тот факт, что формирование навыков управления легковыми автомобилями различных компоновок до недавнего времени происходило в основном эмпирически, что обусловило формирование не совсем корректных, а порой ошибочных действий водителей. Сложность и противоречивость требований, предъявляемых к конструкции легковых автомобилей, обусловили развитие их компоновочных схем, но наибольшее распространение в условиях массового производства к настоящему времени получили следующие варианты компоновочных схем легковых автомобилей общетранспортного назначения:

1.Двигатель спереди продольно, привод на задние колеса (ВАЗ-04-07,

ИЖ, ГАЗ-31105, Mersedes - Benz, BMW, Opel Omega).

2.Двигатель спереди продольно, привод на передние колеса (АЗЛК-2141,

Audi).

20

3. Двигатель спереди поперечно, привод на передние колеса (ВАЗ-09-110, FIAT, Ford, Opel Corsa, Opel Astra, Opel Vectra, Volkswagen, Volvo).

Необходимо отметить, что ряд производителей выпускают автомобили с полноприводной трансмиссией.

Анализ причин ДТП позволяет выделить свойства автомобиля, влияющие на активную безопасность, и сгруппировать их с определенной долей условности по взаимосвязи с другими элементами системы ЧАДС.

1.Свойства, зависящие от действий водителя по управлению автомобилем: тягово-скоростные свойства; тормозная динамичность; управляемость; устойчивость.

2.Свойства, зависящие от характеристик дороги и внешней среды: надежность автомобиля, техническое состояние, весовые и габаритные параметры.

3.Свойства, зависящие от внутренней среды, определяющие возможность эффективной деятельности водителя по управлению автомобилем: информативность; эргономические параметры рабочего места.

Показатели свойств определяются физическими явлениями, происходящими при взаимодействии автомобиля с опорной поверхностью и окружающей средой. Взаимодействие элементов автомобиля характеризуется параметрами выходных рабочих процессов, определяющих свойства автомобиля. Таким образом, компоновка легкового автомобиля, определяя взаимодействие его элементов, обуславливает эффективность управления автомобилем в заданных до- рожно-транспортных условиях.

Для оценки влияния компоновки легкового автомобиля на активную безопасность воспользуемся комплексным методом оценки. Метод основан на использовании средневзвешенных показателей, которые рассчитываются посредством усреднения исходных принятых единичных показателей Рδi, с учетом их коэффициента значимости δi.

Средневзвешенный показатель

где n - число показателей.

Сравнительная оценка выполняется по относительным единичным показателям Роi, рассчитанным по формуле