Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биомеханика дорожно-транспортных происшествий. Учебное пособие
.pdf
Анализируя представленную на рис. 13 схему, определим влияние
каждого из элементов салона автомобиля на травмирование органов
человека.
Травмирование органов человека при различных видах ДТП (по
лученных на основе статистических данных) выражаются в «единицах
травмирования» (в дальнейшем эти единицы будут классифициро
ваться по степени тяжести полученных травм). Так, например, трав
мирование всех органов человека оценивается в 100 баллов (100%): на
голову приходится 49 баллов (49%), на руку — 9 баллов, на ногу (го
лень) — 10 баллов и т.д. Затем определяются элементы, опасные для
рассматриваемого органа человека. Например, травмы головы могут
возникнуть при соприкосновении с ветровым стеклом (59%), защит
ным козырьком (4%), зеркалом заднего вида (15%) и т.д.
Для определения относительной опасности каждого из вышепе
речисленных элементов (для головы водителя) перемножим показа
тель опасности элемента (данные статистики) на величину «единиц
травмирования» рассматриваемого органа и разделим полученное
произведение на 100%.
Например, в случае травмирования головы водителя ветровым
стеклом:
59 % 49
O
i
100 %
.
Следовательно, число 28,9 и есть величина «единиц травми
рования» (ЕТ), приходящихся на долю ветрового стекла.
Величина ЕТ как единица тяжести травмирования в какойто
степени определяет возможные перемещения человека при различных
ДТП. При достаточно обширной обработке многочисленных материа
лов статистики по травмам человека при различных видах ДТП,
скоростях столкновений, марок автомобилей и т. д. эти величины могут
быть утверждены как оценочные критерии при рассмотрении элемен
тов конструкции автомобиля.
Тогда для определения коэффициента опасности элемента конст
рукции автомобиля О (например, для ветрового стекла) в зависимости
от того, какие используют статистические данные о травмировании
других органов человека конкретным элементом, определится как
OXK
iiO
Oi
59 0,49 8 0,09 29,62
i
.
В общем виде коэффициент относительной опасности данного
элемента травмирования будет равен сумме произведений: коэффи
81
циента Х
j
p
данным элементом конструкции; коэффициента К
, характеризующего частоту травмирования органа человека
i
, характеризующего
оi
частоту травмирования органа человека различными элементами
конструкции автомобиля, и коэффициента Z
, учитывающего располо
Р
жение человека в автомобиле:
n
OXKz
iiOp
O
1
.
i
Общий коэффициент относительной опасности О
для ветрового
i
стекла определится
OXKzXKz.
Значения коэффициентов травмирования Х
тоты травмирования К
— головы и К
гол
вс гол 1 вс рук 1i
— ветрового стекла, час
вс
— руки взяты согласно рис. 13.
рук
4.3. Определение относительного коэффициента
тяжести травмирования
При конструировании безопасного автомобиля необходимо рас
смотреть каждый элемент конструкции в отдельности с точки зрения
его безопасности, т.е. попытаться определить его «относительную тя
жесть» как источника травмирования человека. Для этого опреде
ляется относительный коэффициент тяжести травмироваиия человека
данным элементом конструкции автомобиля:
T
zY XK
Вi p i O
,
i
где
– относительный коэффициент тяжести травмирования
T
Вi
водителя данным элементом конструкции автомобиля;
j – коэффициент, учитывающий пол водителя;
z – коэффициент, учитывающий расположение человека в
автомобиле;
Y – коэффициент, характеризующий влияние данного органа
водителя на управляемость автомобиля;
X – коэффициент, характеризующий частоту травмирования
i
данного органа человека рассматриваемым элементом кон
струкции автомобиля;
K
– коэффициент, характеризующий частоту травмирования
O
i
данного органа человека различными элементами кон
струкции автомобиля.
82
Значение
p
()
X и
K
определяются по рис. 13.
i
O
i
Огромное значение в процессе столкновения имеет характер травм,
получаемых водителем, и их влияние на управление автомобилем. Для
определения степени возможности управления автомобилем в зависи
мости от тяжести травм, полученных водителем, можно использовать
коэффициент Y, характеризующий влияние травм данного органа
водителя на управляемость автомобиля. Для определения величины Y
рекомендуется логически установить важность влияния различных
органов водителя на управление автомобилем при получении им
легких, средних и тяжелых ранений. Значения Y приведены в табл. 17.
Таблица 17
Влияние конкретного органа человека на управляемость автомобиля
Значение коэффициента Y при ранениях Элемент тела
человека
Легкие травмы Травмы средней
тяжести
Смертельные
травмы
Голова 0,4 0,8 1,0
Шея 0,15 0,4 1,0
Грудь 0,1 0,3 1,0
Рука 0,2 0,5 0,9
Таз 0,05 0,1 0,3
Колено 0,2 0,3 0,8
Голень 0,1 0,2 0,8
Стопа 0,3 0,4 0,8
С учетом коэффициента вероятности выхода водителя из управле
ния автомобилем в зависимости от степени тяжести травмирования
данного органа коэффициент тяжести травмирования человека
ветровым стеклом:
TjzXPY
вс
io
или
TjzXР Y ХР Y.
вс вс гол гол вс рук рук
p
В зависимости от тяжести ранения (легкие, средние, тяжелые или
смертельные) значения коэффициентов Р и Y будут различны.
83
4.4. Определение вероятности исключения водителя
В
из активного управления автомобилем при ДТП
Определение вероятности исключения водителя из активного
управления автомобилем В
аварии позволяет рекомендовать необходимые мероприятия для
защиты тех органов, которые непосредственно участвуют в управлении
или оказывают на этот процесс какоелибо влияние.
где Р – коэффициент, характеризующий частоту травмирования раз
личных органов человека (табл. 18);
Y – коэффициент, характеризующий влияние данного органа во
дителя на управляемость автомобиля;
Частота травмирования органов в автомобиле при ДТП
при получении им травм в результате
о
Y Р
оо
,
Таблица 18
Элементы тела
человека
Легкие травмы Травмы средней
тяжести
Смертельные
травмы
Голова 55,5 48,5 3,7
Шея 54,8 44,5 11,0
Грудь 51,6 47,7 45,0
Рука 73,2 50,0 0,5
Таз 51,0 50,3 0,5
Колено 71,3 50,9 0,3
Голень 71,3 50,9 0,3
Стопа 71,3 50,9 0,3
При конструировании автомобилей следует большее внимание
уделять повышению безопасности жизнеобеспечивающих органов
человека при соударении с элементами интерьера автомобиля.
4.5. Антропометрия и определение зон толерантности
для различных органов человека
На основе экспериментальных исследований определяется способ
ность к сопротивлению человеческих органов, костей и тканей дина
мическим и статическим нагрузкам как к местным (на малой площади),
так и к распределенным. При этом очень важно определить пороговые
значения ускорений и ударных нагрузок, при которых возникают
травмы.
Сила воздействия на организм тесно связана со скоростью ее
нарастания, а при этом вследствие действия могут быть повреждены
84
внутренние органы человека. Кроме того, замечено, что в зависимости
от времени воздействия и частоты нагрузки в организме человека
возникают резонансные явления, которые весьма значительны на
частотах, близких к собственным того или иного органа.
В некоторых работах экспериментаторы, определив время действия
перегрузки, определяют ее количественные значения. Однако данные о
допустимой величине ускорения и его конкретных величинах довольно
противоречивы.
На основании динамических испытаний необходимо получить
данные, которые позволили бы составить различные диаграммы:
деформация органов в зависимости от силы; силы воздействия в зави
симости от времени; ускорения (замедления) в зависимости от вре
мени; интенсивность нарастания перегрузки (толчка) в зависимости от
времени, ускорения, скорости и собственной частоты органов.
Следует отметить, что экспериментальные данные о толерантности
человеческого организма к ускорениям и нагрузкам могут быть весьма
различными (вариабельными) по сравнению с результатами испыта
ний. Это зависит от многообразия структуры соединительной ткани
человека, физиологического положения тела, возраста, пола и пр.
Толерантность — это возможность, которой обладает организм для
оказания сопротивления ударам и перегрузкам без серьезного вреда,
при сохранении телом практически его общей целостности.
При исследовании безопасности и определении толерантности
человеческого организма необходимо: определить ударную силу или
перегрузку, что является входными данными; определить результи
рующие изменения на уровне структуры человека — выходные данные;
физиологическую реакцию.
Исследования, проводимые с манекенами, неоценимы для по
лучения входных данных, что объясняется сходностью условий с
реальными авариями, но не дают возможности оценить уровни
толерантности человека. Так как между организмами человека и
животного существуют морфологические и структурные различия, то
опыты на животных не позволяют полностью выявить характер
воздействий.
По перечисленным причинам, только сопоставление всех имею
щихся результатов, полученных в процессе различных экспериментов,
позволяют приблизиться к выяснению толерантности человека к
перегрузкам и ударам.
Современная статистика ДТП дает представление как о пере
грузках, ударных нагрузках, так и о некоторых пределах толерантности
человека к ним.
85
Человеческое тело как физически, так и биологически, представ
ляет собой систему сложного характера. Если рассматривать его как
механическую систему, то вполне ясно, что оно содержит большое
количество и линейных, и нелинейных элементов, а их механические
свойства оказываются весьма неустойчивыми и разнообразными для
каждого человека.
В биологическом отношении положение становится еще более тя
желым, если учесть еще и психологические эффекты. При изучении ха
рактеристики реагирования человека на вибрации и удары необходимо
учитывать не только механические, но и психологические эффекты.
Антропометрические данные являются исходным материалом при
конструировании и разработке многих технических систем, с которыми
человек имеет контакт в своей производственной и непроизводствен
ной деятельности. В области конструирования автомобилей антропо
метрические данные до последнего времени использовали главным
образом с целью удовлетворения требований эргономики. Исследова
ния в области пассивной безопасности показали, что использование
антропометрических данных является необходимым условием при со
здании безопасных конструкций автомобилей. Применение антропо
метрических данных имеет свои особенности, в силу которых медицин
ские данные часто являются недостаточными или даже неприменимыми.
При посадке человек (водитель или пассажир) занимает спе
цифичное положение, которое обусловлено интерьером автомобиля и
возможностями регулировки сиденья или органов управления. Кроме
того, существуют специфичные положения частей тела человека,
характерные для определенных условий, в которых может оказаться
человек, находящийся в автомобиле. Например, при столкновении
автомобиля человек, находящийся в нем, принимает положение,
характерное для данных условий.
Данные, получаемые при антропометрических замерах, характери
зуют только размеры тела человека и не учитывают отклонений,
которые обусловлены одеждой человека. Антропометрические измере
ния в целях пассивной безопасности должны проводиться с учетом
условий, характерных для положения человека в автомобиле, а также
включать одежду и обувь измеряемых субъектов.
Многие исследователи пришли к мнению, что не существует
среднего человека, который часто фигурировал раньше как критерий
конструктивных ограничений сферы действия человека. Речь может
идти лишь о предельных размерах человека, полученных при из
мерении определенной популяции населения и применимых к системе,
с которой эти люди взаимодействуют.
86
Различают статические и динамические (или функциональные)
измерения. Статические измерения производятся при неподвижном,
фиксированном в определенном положении тела человека и могут быть
использованы для обеспечения приспособляемости человека к усло
виям интерьера автомобиля, т.е. его размещения в определенном про
странстве. Динамические измерения устанавливают пределы, которые
необходимы для осуществления человеком функции управления.
Применимость антропометрических данных характеризуется, так
называемой, репрезентативностью.
Репрезентативность — это степень охвата данным размером
определенного контингента людей. Количественно репрезентативность
представляет собой часть площади (в процентах) под кривой нормаль
ного распределения значений какоголибо антропометрического при
знака (размера) для определения контингента людей при сплошном
отборе индивидов. Зная закон распределения вероятностей, среднюю
величину признака и среднеквадратичное отклонение, можно опреде
лить число людей, у которых величины антропометрического признака
укладываются в тот или иной интервал. Для нормального закона
распределения справедливы следующие соотношения:
Интервалу т ± 2δ соответствует 95%я обеспеченность
т ± 1,65д 90%я
т ± 0,67д 50%я
т ± 0,13д 10%я
т ± 0,06д 5%я
Пользуясь этими данными, можно в каждом конкретном случае
рассчитать число людей, размерам которых будет удовлетворять дан
ная конструкция. Как правило, в настоящее время при конструиро
вании технических систем «человек—машина» невозможно добиться
полного соответствия машины требованиям всех людей, от самых
больших до самых малых. Обычно не учитываются размеры 5% самых
высоких или самых низких людей в зависимости от того, на что влияет
данный размер. В автомобилестроении при равной вероятности для
самых высоких и для самых низких людей не учитываются их размеры.
Это можно пояснить на следующих примерах. Выбирая высоту салона
автомобиля, можно ограничиться размером, соответствующим наи
меньшему росту 5% самых высоких людей. Напротив, располагая орга
ны управления, можно пренебречь тем, что часть из них окажется вне
зоны досягаемости для 5% самых низких людей. Таким образом, в
каждом случае для 95% людей будут обеспечены соответствующие
условия. Если же рассматривать салон автомобиля в целом, то 90%
людей будут иметь достаточный комфорт и лишь 5% самых высоких и
87
самых низких людей будут испытывать некоторые неудобства. Как
5%
показывает опыт, такой компромисс вполне оправдан и экономически
целесообразен.
В исследовании пассивной безопасности человек является одним
из главных объектов изучения. Однако условия испытаний должны
имитировать аварийные условия при ДТП, представляющие опасность
для человека. Поэтому неизбежно встает вопрос о применении моделей
тела человека—антропометрических манекенов. Создание манекенов,
наиболее близко имитирующих тело человека по его физико
механическим свойствам, невозможно без знания антропометрических
характеристик человека. Представительность манекенов также харак
теризуется репрезентативностью. Различными зарубежными фирмами
выпускаются антропометрические манекены мужчин и женщин 5, 50,
90
и 95% репрезентативности, а также манекены детей определенного
возраста. Кроме того, разработана стандартная конструкция трех
мерного или посадочного манекена, основные размеры которого могут
регулироваться в пределах от 5 до 95% репрезентативности. Создание
антропометрических манекенов не означает, что имеется универсаль
ная модель, способная полностью заменить человека. Вопервых, при
создании манекена приходится принимать компромиссные решения,
поскольку не удается достигнуть полной идентичности конструкции
манекена строению тела человека. Поэтому создаваемые манекены
необходимо специально исследовать для определения их характе
ристик и соответствия этих характеристик характеристикам тела
человека. Вовторых, антропометрические характеристики населения
меняются с течением времени. По данным некоторых ученых, рост
человека увеличивается на 1 мм ежегодно.
Антропометрические размеры — важнейшая составная часть так
называемого жизненного пространства в салоне автомобиля. Жизнен
ное пространство
который необходимо обеспечить при ДТП для того, чтобы предотвра
тить травмирование людей, находящихся в автомобиле. При столкно
вении человек небольших габаритов может оказаться в более тяжелых
условиях. Дело в том, что благодаря возможности продольной регули
ровки сиденья человек малого роста может переместиться (для удоб
ства управления) вперед настолько, что его грудь, например, окажется
ближе к элементам интерьера, чем грудь человека большого роста
(
рис. 14). В процессе столкновения в силу упругих и пластических
деформаций элементы интерьера могут достигнуть груди и нанести
человеку травму. Это может также отрицательно повлиять на эф
фективность ремней безопасности или других удерживающих систем.
— это минимальный объем пассажирского салона,
88
Удерживающие системы должны конструироваться таким образом,
чтобы обеспечивать соответствующую защиту водителя и пассажиров.
Математическое моделирование, широко применяемое в ис
следованиях пассивной безопасности, также основывается на антро
пометрических данных. Кроме размерных характеристик для создания
математических моделей тела человека необходимо иметь также данные
об инерционных свойствах, положениях центров тяжести и артикуляции
(
подвижности) частей тела человека. Краткий обзор использования
антропометрических данных для целей ПБ позволяет судить о важности
и необходимости специальных антропометрических исследований в ре
шении проблемы повышения безопасности автомобиля.
Рис. 14. Размещение человека в салоне
при 5%й и 95%й репрезентативности
При действии внешних сил (сил инерции), характерных для ус
ловий ДТП, отдельные части тела человека (голова, туловище и др.),
имеющие частичную удерживающую связь с элементами удержива
ющих средств, могут перемещаться и занимать положения, при
которых их связь с защитным удерживающим средством становится
удерживающей. Назовем положение человека в автомобиле, при
котором он принимает характерную позу для начальной стадии
определенного типа ДТП, начальным адаптированным положением
человека в автомобиле.
В процессе ДТП может происходить перемещение тела человека
относительно автомобиля изза деформации специальных удержи
вающих средств. Поза человека (в отсутствии контакта с квазиза
щитными удерживающими средствами), при которой его скорость
относительно автомобиля равна нулю называется конечным адапти
рованным положением человека в автомобиле.
Можно считать, что совокупность антропометрических параметров
тела человека и данных биомеханики движения человека при ДТП,
89
оказывающих непосредственное влияние на координаты, характери
зующие адаптированное положение человека в автомобиле, определяет
размеры и форму пространства, необходимого для обеспечения
безопасности человека в автомобиле, — жизненного пространства. Под
жизненным пространством понимается минимальное пространство в
автомобиле, необходимое для жизнеобеспечения адаптированного,
использующего защитные удерживающие средства, человека (води
теля, пассажира) в условиях ДТП без болевых ощущений в результате
его контакта с элементами кузова (кабины).
Проводимые исследования, направленные на определение жизнен
ного пространства (иногда применяется термин «остаточное простран
ство»), базируются только на использовании антропометрических
характеристик тела человека без учета биомеханики движений
человека при ДТП.
Рассмотрение методов оценки допустимых деформаций автомо
биля при ДТП показало, что при их разработке практически не ис
пользован системный подход и, в частности, не учитывались осо
бенности биомеханики движений человека при ДТП, что привело к
одностороннему изучению деформаций автомобиля без учета осо
бенностей применения защитных удерживающих средств
Поэтому были сформулированы основные методологические прин
ципы, которые необходимо положить в основу определения жизнен
ного пространства, а именно:
а) определение размеров жизненного пространства должно прово
диться с позиций системного подхода к вопросам обеспечения безопас
ности конструкции автомобиля;
б) размеры жизненного пространства должны определяться на базе
антропометрических характеристик тела человека и биомеханического
анализа возможностей адаптации и кинематики перемещения тела
человека в автомобиле при ДТП;
в) минимальные размеры жизненного пространства должны норми
роваться для отдельных типов ДТП, при которых происходят травмо
опасные деформации салона, а оценка жизненного пространства после ис
пытаний (ДТП) должна проводиться для каждого места (ряда) сиденья.
Методология определения жизненного пространства и оценка
деформаций автомобилей при фронтальных столкновениях опреде
ляется решением следующих задач:
определены начальное и конечное адаптированные положения
человека;
проведены антропометрические измерения с целью определения
размеров жизненного пространства;
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]