Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биомеханика дорожно-транспортных происшествий. Учебное пособие
.pdf
Таблица 12
я
Результаты испытаний зарубежных автомобилей
Модель ТС
водитель пассажир
голова
Рено Логан
Форд Фокус
Ауди А4
Ниссан Примера
Ситроен С3
W Passat
Высокая
Достаточная
Удовлетворительна
шея
Степень защиты
грудь
бедра
голени
стопы
голова
шея
грудь
бедра
Слабая
Плохая
Как видно из таблицы, во всех отечественных автомобилей в
отношении водителей наблюдается плохая защита. Очень плохо
защищены голова, грудь, бедра, стопы, голени.
3.2. Пассивная безопасность автомобиля
Высокое качество современных автомобилей и автомобильных
дорог, а также хорошая организация движения во многом облегчают
труд водителя, уменьшают потенциальную возможность возникно
вения дорожнотранспортных происшествий.
В связи с этим проводится большая исследовательская работа по
совершенствованию конструкции автомобили, улучшению качества
дорог и организации движения, профессиональному отбору водителей
и их подготовке.
В настоящее время в результате специальных научных исследо
ваний выработаны основные положения, принципы и рекомендации по
безопасности движения. Эффективность многих рекомендаций прове
рена на практике. Однако подавляющее их большинство относится
51
лишь к одному звену системы водительавтомобильдорогасреда
(ВАДС) – к автомобилю. Но вопросы безопасности автомобильного
движения нельзя решать, ограничиваясь только улучшением конст
рукции автомобиля, без учета взаимодействия всех звеньев системы
ВАДС. Кроме того, все мероприятия по безопасности движения
необходимо рассматривать в двух аспектах: с точки зрения активной и
пассивной безопасности.
Впервые о пассивной безопасности задумались еще в 1908 году,
когда во Франции была запатентована первая конструкция ремней
безопасности.
Пассивная безопасность включает в себя множество элементов, и
один из основных – ремень безопасности. Если пассажиры не пристег
нуты, то очень маловероятно, что раскрывшиеся подушки безопасности
спасут их. Вторым по значимости элементом пассивной безопасности
является кузов автомобиля. Его передняя или задняя часть должны,
сминаясь, максимально рассеять высвободившуюся энергию удара, а
центральная часть кузова должна предоставить как можно больше
места для выживания пассажирам автомобиля. Материалы салона
должны быть не только приятными на ощупь и радовать глаз в случае
необходимости, но они должны максимально смягчить удар. При этом
они не должны растрескиваться, чтобы своими осколками не нанести
дополнительные повреждения пассажирам.
После удара бензобак автомобиля не должен воспламениться и
растрескаться, чтобы исключить разлив топлива по дороге. Большое
значение придается дверным проемам и замкам. Как показывает
статистика ДТП, наиболее тяжелые травмы, часто не совместимые с
жизнью, получают пассажиры, вывалившиеся в раскрывшиеся двери
автомобиля. В то же время после ДТП замки и двери должны легко
открыться без использования дополнительного оборудования для
обеспечения быстрой и своевременной эвакуации находящихся в
салоне людей.
Включающая множество противоречивых факторов, пассивная
безопасность служит для достижения одной главной задачи в случае
ДТП, независимо от его тяжести, сделать все максимально возможное
для сохранения жизни людей, находящихся в автомобиле.
Основной целью функционирования системы обеспечения пас
сивной безопасности является исключение или снижение тяжести
травмирования человека при ДТП, поэтому характеристики процессов
взаимодействия человека (участника ДТП) с объектом соударения
(автомобилем) и особенности механизмов травмирования человека в
условиях ДТП являются основополагающими в работах по
52
повышению пассивной безопасности автотранспортных средств и
дорог, а также при разработке теории пассивной безопасности.
Проведенные исследования позволяют принять пассивную без
опасность конструкций автотранспортных средств, а также элементов
обустройства дорог за основные качества системы обеспечения
пассивной безопасности. При этом уровень пассивной безопасности
автомобиля можно характеризовать ударнопрочностными свойствами
и возгораемостью, а безопасность элементов обустройства дорог —
ударнопрочностными свойствами.
В табл. 13 приведены критерии оценки основных свойств системы
обеспечения пассивной безопасности, принятые с учетом целей
функционирования системы и ее подсистем, полученные на основе
проведенных исследований механизмов травмирования и биомеханики
движений человека при ДТП.
Таблица 13
Критерии оценки основных свойств системы обеспечения
пассивной безопасности
Свойства Измерители Характе
ристики
Ударнопрочно
стные:
автомобиля
элементов обу
стройства дорог
Возгораемость
автомобиля
Перегрузки человека (автомобиля) N
Деформации (перемещения) авто
мобиля
Вероятность выбрасывания челове
ка из автотранспортного средства
Р
Вероятность воспламенения авто
мобиля Р
г
Р
= f(t)
ч(а)
=f(t)
а
=f(ωа, Δνа)
эч
=f(ωа, Δνа)
г
При оценке ударнопрочностных свойств целесообразно исполь
зовать три основных измерителя:
перегрузки человека (автомобиля) N
деформации (перемещения) автомобиля
ч(а)
;
;
а
вероятность выбрасывания человека из автотранспортного сред
ства Р
ДТП: N
.
эч
Перегрузки
=f(t), где t — время процесса столкновения.
ч(а)
человека N
и автомобиля N
ч
изменяются в процессе
а
Деформации автомобиля возникают и изменяются в процессе ДТП
=f(t) и оцениваются значением а для iго элемента, способного
а
вызвать нарушение жизненного пространства или исключить возмож
ность (затруднить) эвакуации человека из автомобиля.
53
Вероятность выбрасывания человека из автотранспортного сред
ства Р
Δν
а
зависит от угловой скорости ω
эч
и изменения поступательной
а
скорости движения автомобиля в процессе ДТП.
Возгораемость автомобиля измеряется вероятностью его воспла
менения Р
ДТП Р
при ДТП и характеризуется ее изменениями в процессе
г
=f(ωа, Δνа).
г
Критерии оценки эффективности функционирования системы
обеспечения пассивной безопасности, ее подсистем и элементов
Для проведения исследования и оптимизации системы обеспечения
пассивной безопасности, ее подсистем и элементов необходимо при
нять показатели эффективности функционирования, разработку кото
рых целесообразно проводить на основе принципа единства критериев
и требований к выбору измерителей эффективности функциони
рования систем [6].
Косвенно эффективность функционирования системы обеспечения
пассивной безопасности может оцениваться следующими сравнитель
но широко применяемыми в настоящее время удельными показате
лями: абсолютным числом погибших (травмированных) на 1000 авто
мобилей, на 1 млн. жителей, на 1 млрд. км пробега и т.п.
В Германии используется условный показатель опасности проис
шествий
где N
Рейнольдса:
V
=B
оп
, N2, N3, N4 — число ДТП соответственно без нанесения по
1
+ B2N2 +B3N3 +B4N
1N1
,
4
вреждений, с легкими, тяжелыми и смертельными
ранениями участников;
В
, В2, В3, В4 — коэффициенты тяжести разных типов ДТП, равные
1
1, 5, 70, 130
При этом средняя тяжесть ДТП V
Vср=V
/N, где N — общее число ДТП.
оп
соответственно.
определяется из выражения
ср
В Австрии было предложено оценивать тяжесть ДТП коэффи
циентом К, вычисляемым из отношения общего суммарного числа
тяжело раненных и погибших к общему числу ДТП. Тяжесть по
следствий ДТП может быть оценена по обобщенному коэффициенту,
определяемому как отношение числа погибших к числу раненых за
определенный промежуток времени.
Для оценки уровня пассивной безопасности были предложены
показатели обеспеченности безопасности в салоне автомобиля К
К
и комплексный показатель пассивной безопасности Ко, опреде
л
, Кт,
с
ляемые из выражений:
К
= nc/N; К
c
= nтт /N; К
т
= nлт/N;
л
Kо= (Bлnлт +Bтnтт +Bсnс)/N,
54
где n
с
, n
т.т
, n
– число погибших, тяжело и легко раненых соответ
л.т
ственно;
N — общее число ДТП;
В
, Вт, Вс — коэффициенты тяжести травм, равные 1; 23,4; 64,5 со
л
ответственно для легко, тяжело раненых и погибших.
Предложен близкий по физическому смыслу коэффициенту К
, но
о
несколько видоизмененный коэффициент опасности:
K
= (B
о
1Σnлт
+B
2Σnтт
+B
3Σnс
)/Σn,
где п — число непострадавших и пострадавших участников ДТП;
В
, В2, В
1
— коэффициенты тяжести потерь соответственно от легких,
3
тяжелых и смертельных травм, равные 0,015; 0,36; 1,0.
Анализ показателей, используемых для оценки уровня безопас
ности, свидетельствует о том, что с их помощью может быть проведена
достаточно достоверная оценка только при использовании данных
сплошного анализа ДТП, так как при их расчете не учитывается
тяжесть последствий рассматриваемых ДТП. Это подтверждает необ
ходимость применения специальных измерителей, позволяющих до
стоверно оценивать эффективность функционирования системы обес
печения пассивной безопасности и ее подсистем при использовании
результатов выборочных наблюдений.
Наиболее комплексным измерителем эффективности любой систе
мы является коэффициент, представляющий собой отношение харак
теристики выхода системы к характеристике ее входа (цели системы).
Учитывая, что основной характеристикой входа системы обеспечения
пассивной безопасности является скорость автотранспортного средства
в момент ДТП, а выхода — тяжесть травмирования участников ДТП, и
принимая допущение, что эффективность системы обеспечения после
аварийной безопасности во всех ДТП адекватна в качестве измери
телей, характеризующих эффективность функционирования системы,
приняты коэффициенты смертности К
, травмирования Кт и комплекс
с
ный показатель эффективности функционирования системы обеспече
ния пассивной безопасности ΣK
, определяемые из выражений:
пб
К
= nс/(nKо); Кт = nт/(nKо);
с
ΣK
= (К
пб
где К
n
К
— коэффициент тяжести ДТП;
с
— число травмированных в ДТП;
т
, К2 — коэффициенты тяжести травмирования, равные соответ
1
1Σnт
+К
2Σnс
)/ΣКо,
ственно 12,2 и 65,4.
55
Для оценки эффективности функционирования отдельных под
систем системы обеспечения пассивной безопасности первого уровня
приняты соответствующие коэффициенты.
Для подсистемы «автомобиль — пешеход»:
К
= n
где n
, nт, п
п
пc
— число пешеходов соответственно погибших, травмиро
о
пс
/(n
); К
пKо
пт
= n
/(n
т
пKо
)
ванных и общее участников ДТП.
Для подсистем «автомобиль — объект соударения», «автомобиль —
груз – удерживающее средство для груза — человек» и «автомобиль —
человек – удерживающее средство для человека» коэффициенты
смертности и травмирования определяются аналогично, но при этом
учитываются погибшие и травмированные водители и пассажиры по
причине неоптимальных характеристик оцениваемых подсистем, а
вместо числа пешеходов принимается общее число водителей и
пассажировучастников ДТП.
3.3. Биомеханика движений человека
при дорожно-транспортном происшествии
Целью исследований биомеханики движений человека при ДТП
является качественный и количественный системный биомеханиче
ский анализ и синтез движений (перемещений) человека и переноси
мости его телом импульсных перегрузок, которые проводятся для вза
имного согласования физических возможностей человека и современ
ных технических устройств в условиях их взаимодействия при ДТП.
Для проведения системного качественного и количественного
анализа комплексно изучают биомеханику движений человека при
ДТП: движения или перемещения без учета (с учетом) действующих
нагрузок; способность организма человека переносить возникающие в
условиях ДТП перегрузки.
Принимая во внимание системный подход к исследованиям пассив
ной безопасности и разработанную классификацию ДТП, биомеханика
движений человека при ДТП (биокинематика и биодинамика ДТП)
изучается дифференцированно по типам (видам) ДТП, типам авто
транспортных средств и местоположению человека в автомобиле. При
изучении общей биомеханики основными являются эксперимен
тальные методы исследования. Для исследования биокинематики и
биодинамики основных типов (видов) ДТП были применены экспе
риментальные методы полной и частичной имитации ДТП с
использованием современной теории и методов общей биомеханики.
56
За базовые характеристики при проведении биомеханических
исследований ДТП следует принимать антропометрические харак
теристики человека; положение человека в автомобиле; геометрические
параметры салона автомобиля.
При изучении перемещений человека в автомобиле при ДТП тело
человека с учетом требований общей биомеханики целесообразно
рассматривать как биомеханическую систему, состоящую из биокине
матических звеньев с наложенными связями, определяющими харак
теристики движений. Биокинематическая цепь (базисная модель) тела
состоит из следующих основных подвижно соединенных твердых
звеньев: головы, туловища, бедра и голени. Перемещения человека
изучаются относительно недеформируемой части автомобиля и
поверхности дороги. В качестве базовых точек, характеризующих поло
жение человека в автомобиле, принимаются точки H и R (точка, соот
ветствующая положению точки H и имеющая координаты относи
тельно конструкции автотранспортного средства).
При изучении кинематики и динамики человека в автомобиле в
условиях ДТП с учетом современных требований к техническому
оснащению биомеханических исследований, как правило, используют
скоростную видеосъемку (скорость съемки 600–1000 кадров в с). В
пределах, допустимых техникой безопасности, объектом исследования
является человек, в случаях невозможности выполнения техники безо
пасности исследования проводятся на антропометрических манекенах.
Биокинематика и биодинамика движений человека при ДТП в боль
шой степени определяются использованием водителями и пассажира
ми специальных защитных удерживающих средств. В настоящее время
наиболее распространенным типом специальных защитных удержи
вающих средств являются ремни безопасности, поэтому биомеханика
движений человека при ДТП должна исследоваться как для случая
применения ремней безопасности, так и для случая их отсутствия.
Проведенные исследования механизмов травмирования человека в
автомобиле и биомеханики движения человека при ДТП при массовых
полигонных испытаниях и изучении реальных ДТП позволили
определить выходные характеристики системы обеспечения пассивной
безопасности.
Исследования показали, что зависимости S
, vч, Nч, F
ч
, v
, Nа, Sа=f(t)
ч
а
характеризуют биокинематику и биодинамику движений человека при
столкновениях и опрокидываниях автомобилей и могут быть исполь
зованы при их анализе.
Биомеханика движений человека в автомобиле в условиях стол
кновений определяется следующими параметрами: типом и харак
57
теристикой удерживающего средства, ударнопрочностными свойства
ми автомобиля в зоне его контакта с объектом соударения и скоростью
(изменением скорости) движения автомобиля в момент столкновения.
Основные функциональные требования к элементам системы
обеспечения пассивной безопасности.
А. Требования к автотранспортным средствам:
ударнопрочностные свойства передней части автомобиля дол
жны быть такими, чтобы возникающие при столкновениях перегрузки
салона автомобиля были по возможности минимальными, а
деформации (перемещение) кузова (кабины) и его элементов не
распространялись в пределы жизненного пространства;
ударнопрочностные свойства верхней части кузова (кабины) ав
тотранспортного средства должны обеспечивать сохранение жиз
ненного пространства в процессе опрокидывания;
компоновка кузова (кабины) должна обеспечивать минимальные
свободные перемещения человека относительно квазизащитных удер
живающих средств;
в автотранспортных средствах должны использоваться специ
альные защитные удерживающие средства, эффективные при всех
видах ДТП. Они могут устанавливаться в автотранспортных средствах
в случае соответствия последних предыдущим требованиям о
сохранении жизненного пространства при опрокидывании;
конструкция элементов фиксации дверей (дверные замки, петли
и др.), аварийных выходов, ветровых стекол и мест их установки
должна по возможности исключать их самооткрывание в процессе
ДТП для предотвращения выбрасывания человека из автотранс
портного средства;
конструкция бензобака и бензопроводов, а также ударнопроч
ностные свойства автомобиля в зоне расположения бензобаков должны
исключать вероятность возникновения деформаций и течи топлива
при столкновениях.
Б. Требования к удерживающим средствам:
ударнопрочностные свойства специальных защитных и квази
защитных удерживающих средств должны быть такими, чтобы пе
регрузки, возникающие при контакте с ними человека, были мак
симальными, но не превышали допустимых пределов выносливости
контактируемых частей тела человека при максимально возможной
скорости движения автомобиля в момент столкновения;
конструкции специальных защитных и квазизащитных удержи
вающих средств должны обеспечивать минимальные свободные пе
ремещения человека при столкновениях;
58
конструкции элементов интерьера кузова (кабины) и органов
управления автотранспортного средства, расположенных в зоне воз
можного удара при опрокидываниях и столкновениях, должны исклю
чать возможность образования в процессе ДТП острых выступающих
частей, при контакте с которыми могут возникнуть травмоопасные
локальные перегрузки отдельных частей тела человека;
сиденья должны быть оборудованы подголовниками и выполнять
роль квазизащитных удерживающих средств для сидящих и нахо
дящихся сзади пассажиров с учетом действия перегрузок по направ
лению «грудь — спина», предохранять человека от вероятности соуда
рения с элементами интерьера и не перемещаться при ударе в зону
размещения и перемещения сзади сидящего пассажира.
В. Требования к объектам соударения:
ударнопрочностные свойства стационарных и подвижных объ
ектов возможного соударения с автотранспортными средствами дол
жны быть такими, чтобы перегрузки, возникающие при соударении с
ними, были по возможности минимальными;
геометрические параметры и форма объектов возможного со
ударения не должны способствовать нарушению жизненного простран
ства в автотранспортных средствах при столкновении;
при наличии откосов большой крутизны и протяженности на
придорожной полосе в зонах возможного опрокидывания автомобилей
необходимо применять специальные ограждения дорог, предотвраща
ющие опрокидывание автотранспортных средств;
в зонах возможного опрокидывания на дорожном полотне и в
придорожной полосе не должно быть недеформируемых неровностей и
объектов инженерного обустройства дорог, способствующих возникно
вению локальных перегрузок кабины при опрокидывании автотран
спортных средств.
Внедрение мероприятий по повышению безопасности конструкций
автотранспортных средств должно проводиться с целью снижения в
первую очередь вероятности получения водителями и пассажирами
травм при наиболее частых видах ДТП, результаты исследований
биомеханики и механизмов травмирования человека при ДТП должны
рассматриваться как исходные (базовые) при разработке расчетных и
экспериментальных методов исследований и при оптимизации харак
теристик элементов системы обеспечения пассивной безопасности.
Качество легкового автомобиля с точки зрения безопасности пас
сажира определяется его способностью поглощать энергию удара при
столкновении, т.е. проходить после удара такое расстояние, которое
могло бы ограничить усилия, действующие на водителя и пассажиров в
59
течение долей секунды после удара. Водитель и пассажиры при
F
()
f
столкновении их автомобиля с другим или с препятствием после
мгновенной его остановки продолжают двигаться в направлении
первоначального движения еще в течение некоторого времени со
скоростью, предшествовавшей моменту аварии. Именно в этот отрезок
времени происходит большая часть увечий и травм со смертельным
исходом в результате удара головой о ветровое стекло или грудью о
рулевое колесо.
Определение перемещения человека в зависимости от скорости
столкновения при V* = 0.
Перемещение человека относительно ав
томобиля равно разности между перемещением автомобиля за время
деформации и величиной деформации автомобиля при данной
скорости столкновения:
lvt z,
ч max maxa
где
v – скорость соударения;
a
*
t – время деформации автомобиля:
*
vM
*
aa
;
t
кр
z – величина деформации автомобиля;
zL
11
max
2
v
a
.
F
кр
Определение перемещения человека во времени при данной
скорости столкновения.
скорости столкновения V
Перемещение человека во времени при
можно подсчитать по формуле
а
lvtz
ч a
lvtL
ч
a
,
1
t ,
где const
v – рассматриваемая скорость столкновения
a
0 tt и
*
0 zz
.
max
3.4. Травмирование человека
при дорожно-транспортном происшествии
Каждому виду ДТП соответствуют определенные повреждения.
Под автомобильной травмой понимают комплекс повреждений, причи
ненных человеку (пешеходу, водителю или пассажиру), в связи с дви
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]