8.4. Защитные системы

Подголовники. Действие на человека инерционных сил в перед­нем и заднем направлениях при ударе автомобиля сзади в большинстве случаев не вызывает повреждений, так как по­душки сидений и спинок являются хорошими амортизаторами. Однако резкий удар сзади вызывает резкое движение головы на­зад, в результате чего могут быть повреждены связочный аппарат в области шеи и шейные позвонки. При одной и той же силе удара могут возникнуть более тяжелые повреждения шейных по­звонков, если край спинки будет чрезмерно высок, т.е. будет находиться на уровне плеч или шеи. С целью предотвращения тяжелых последствий применяют подголовники. В настоящее время установка подголовников на легковые автомобили обязательна.

К сиденью с подголовником предъявляются определенные прочностные требования. Спинка сиденья с подголовником или без него, а также механизм для ее блокирования должны выдер­живать направленный назад статический момент, кото­рый прикладывается при помощи элемента, моделирующего спи­ну манекена. Устройства для крепления сиденья и механизмов для его регулирования, перемещения и блокирования обязаны сохра­нять работоспособное состояние при сообщении им продольного замедления, действующего в течение 30 мс в направлениях вперед и назад параллельно продольной оси автомобиля.

Сиденье с подголовником подвергают статическим и динами­ческим испытаниям. При статических испытаниях спинку сиденья нагружают моментом, направленным назад относитель­но центра тазобедренного сустава посадочного манекена. Момент прикладывают к спинке через элемент, моделирующий спину манекена, и к подголовнику, установленному в крайнее верхнее положение, через сферическую модель головы. В обоих случаях максимальное перемещение контурной линии си­денья, допускаемое подголовником, не должно превышать 102 мм. Если при приложении к подголовнику силы произойдет разрушение спинки сиденья, то подголовник считают прошед­шим испытания. При динамических испытаниях подголовник нагружают ударом жесткой модели головы, подвешенной на маятнике. В момент, предшествующий удару, скорость модели головы должна состав­лять 24,1 км/ч. Подголовник считают не прошедшим испытания, если величина непрерывно действующего замедления в течение 3 мс превышает 80g.

Ремни безопасности. Несмотря на наличие множества систем, защищающих водителя и пассажиров в процессе ДТП, наиболь­шее распространение в качестве защитной системы получили ремни безопасности и надувные подушки. Другие системы, такие как предохранительные сетки, мягкие накладки интерьера или на­дувные ремни, еще недостаточно разработаны.

На рис. 8.11 показаны различные конструкции ремней безопас­ности (диагонально-поясного с трехточечным креплением — трех­точечного, двойного плечевого и поясного). Трехточечный ремень применяется преимущественно в легковых автомобилях, пояс­ной — в грузовых, двойной плечевой — в гоночных.

Процесс перемещения человека, закрепленного трехточечным ремнем безопасности, в результате лобового (фронтального) столк­новения легкового автомобиля на примере манекена показан на рис. 8.12.

Опыт использования ремней безопасности показал, что сни­жение числа смертельных случаев в ДТП при их использовании составляет при фронтальном столкновении автомобилей с пре­пятствием с начальной скорости 64 км/ч — 73 %; при боковом ударе — 30 %, а при опрокидывании — 50 %.

При установке ремней безопасности по ГОСТ регламентируется минимальное число точек крепления в зависимости от категории транспортного средства (табл. 8.2).

Оптимальное положение трехточечного ремня безопасности показано на рис. 8.13.

Лямка ремня безопасности должна быть изготовлена из целого отрезка ленты. Свободные концы ленты должны быть подрубле­ны, оплавлены или закреплены иным способом так, чтобы ис­ключалось их расплетение. Она должна быть эластичной и обеспечивать возможно более равномерное распределение нагрузки на тело, не должна скручиваться в свободном и напряженном состо­яниях.

При испытании на прочность ширина ленты, измеренная без остановки испытательной машины под нагрузкой 9800 Н, должна быть не менее 51 мм.

Ремень в сборе подвергают динамическим испытаниям. Предва­рительно определяют его коррозионную стойкость, выдерживая в течение 50 ч в испытательной камере с коррозионной средой. Затем комплект ремня крепят на манекене, имеющем форму, раз­меры и массу тела человека, который устанавливают на тележке, оборудованной сиденьем и несъемными элементами для крепления ремня. После динамических испытаний комплект ремня не должен иметь неисправностей и поломок, а пряжка должна от­крываться при приложении к ней через лямку растягивающего уси­лия 300 Н. Затем ремень подвергают испытаниям на истирание.

Лямку ремня испытывают на прочность после выдерживания при комнатной низкой и высокой температурах, на свету и в воде, подвергают испытаниям на проскальзывание, проверяют ее ширину под действием растягивающей нагрузки. Пряжку про­веряют на прочность, долговечность и работоспособность при воздействии низких температур. Регулировочное приспособление испытывают на прочность и легкость регулировки. При испыта­ниях втягивающего устройства проверяют уровень запирания, силу втягивания, долговечность, коррозионную стойкость и пылестойкость.

Пряжка и регулировочное приспособление должны выдержи­вать разрывное усилие 9800 Н, а лямки и детали крепления — усилие не менее 14 700 Н. Под нагрузкой 9800 Н ширина лямки должна быть не менее 46 мм.

Несъемные элементы крепления ремней безопасности должны обеспечить без разрушения при кратковременной нагрузке передачу следующих по величине усилий автомобилей. Если места крепления находятся на сиденье или расположены между кузо­вом и сиденьем, то кроме указанных нагрузок к сиденью должно быть приложено дополнительное усилие, равное двадцатикрат­ному весу сиденья в сборе для автомобилей одних категорий и десятикратному весу сиденья для автомобилей других категорий.

Указанные нагрузки создаются при испытаниях статическим нагружением через систему тросов и штанг или при динамиче­ских испытаниях методом столкновения с неподвижным препят­ствием с разными начальными скоростями для автомобилей разных катего­рий.

Совершенствование конструкций ремней безопасности возмож­но осуществлять в следующих основных направлениях:

• применение систем, исключающих запуск двигателя, если ремень не застегнут;

• использование систем, не требующих застегивать ремень при посадке в автомобиль и отстегивать его при выходе из автомобиля;

• использование инерционных катушек, позволяющих свободно разматываться ремню при плавных перемещениях человека и блокировать его при ускорениях.

Подушки безопасности. Одним из эффективных способов огра­ничения перемещения водителя и пассажиров при столкновении является применение пневматических подушек.

Защитная система, использующая подушки безопасности, вклю­чает в себя датчики, приводное устройство с источником энергии, генератор газа, распределительное устройство и надувные мешки.

Датчики, сигнализирующие о начале удара, измеряют либо деформацию деталей, либо замедление автомобиля. Для надежно­сти часто устанавливают два датчика: один на передней части авто­мобиля, другой внутри кузова. Сигнал датчика через 0,005 ...0,01 с поступает в приводное устройство, обычно представляющее со­бой детонатор, воспламеняемый электрической искрой.

Генератором газа служат баллоны со сжатым до 200...250 МПа азотом или аргоном, а также пиропатроны с запасом твердого топлива. Детонатор, взрываясь, разрушает металлическую перего­родку в баллоне или поджигает пиропатрон. На это затрачивается еще 0,05... 0,015 с, после чего газ с большой скоростью устремляет­ся в надувные мешки. Надувные мешки изготавливают из тонкой резины или нейлона и в сложенном виде размещают в ступице рулевого колеса, щитке приборов и спинках передних сидений. Надуваясь, мешки через 0,015...0,020 с заполняют пространство перед води­телем и пассажирами, предохраняя их от ударов. Чтобы избежать отбрасывания людей назад и сохранить видимость дороги, газ из надувных мешков после удара о него человека выходит через спе­циальные калиброванные отверстия в течение 0,4...0,5 с.

Подушки безопасности не стесняют человека и срабатывают независимо от его действий. Схема действия подушки безопасно­сти показана на рис. 8.14. При встречных ударах подушки хорошо предохраняют не только голову, но и верхнюю часть тела. Недостатком подушек безопасности является значительный шум при их наполнении. Подушки плохо защищают человека, оказавшегося в «нестандартном» положении перед уда­ром, а также при боковых столкновениях и опрокидывании автомо­биля. Недостаточно проверена также работоспособность подушек, длительное время хранившихся в автомобиле без употребления.

Защитные кабины и устройства защиты. Для обеспечения без­опасности водителей тракторов (операторов) при опрокидывании на тракторы устанавливаются защитные кабины или устройства защиты ROPS и FOPS. Защитные каркасы ROPS и FOPS защищают водителя (оператора) соответственно при опрокидывании трактора и от падающих предметов. ROPS обеспечивает защиту оператора при всех возможных случаях опрокидывания при следующих ус­ловиях: движение со скоростью до 16 км/ч по глинистой поверх­ности с максимальным уклоном 30°, опрокидывание на 360° отно­сительно продольной оси машины без потери контакта с опорной поверхностью.

Различают кабины с двухстоечными (арочного типа) и много­стоечными (четырех- и шестистоечные) каркасами (рис. 8.15).

Условия эксплуатации и характерные виды аварийных ситуа­ций обусловили применение для кабин сельскохозяйственных трак­торов четырех- и шестистоечных каркасов. В отдельных случаях на этих тракторах устанавливают двухстоечные каркасы с усиленной передней частью крыши и передней стойкой кабины. На промыш­ленных тракторах устанавливают двух- или шестистоечный кар­кас с защитной аркой ROPS, встроенной в конструкцию кабины или расположенной снаружи ее.

Кабины лесохозяйственных и лесопромышленных тракторов по конструкции аналогичны кабинам сельскохозяйственных тракто­ров, но имеют дополнительное устройство (FOPS) для защиты от падающих предметов и от проникновения деревьев в кабину при их транспортировании и выполнении технологических опе­раций. Для защиты оператора промышленных и лесопромышлен­ных тракторов от падающих предметов козырек или крышу каби­ны выполняют из металлического листа. При этом конструкция крыши должна быть рассчитана на поглощение работы удара, рав­ной 11,6 кДж.

Рис. 8.1. Изменение замедления j₃ по длине автомобиля при наезде его на неподвижное препятствие

Рис. 8.2. Оптимальный характер деформации передней и задней частей автомобиля соответственно при наезде на препятствие и при ударе сзади

Рис. 8.3. Размеры жизненного пространства рекомендуемые для легковых автомобилей: 1 - в Италии; 2 - в США

Рис. 8.4. Вид и размеры жизненного пространства грузового автомобиля: а = 650 мм; б = 405 мм; в = 204 мм; г = 493 мм; д = 118 мм; ж = 454 мм; з = 456 мм; и = 193 мм; к = 560 мм; л = 171 мм; м = 258 мм; н = 153 мм

Рис. 8.5. Жизненное (остаточное) пространство автобуса

Рис. 8.6. Зона свободного пространства в кабине сельскохозяйственного трактора по ГОСТ 12.2.120-88

Рис. 8.7. Объем ограничения деформации кабины (зона безопасности) для промышленных и лесопромышленных тракторов

Рис. 8.8. Относительное положение головы и колен пассажира при ударе

Рис. 8.9. Процесс деформации передней части легкового автомобиля и перемещение его силового агрегата после столкновения с препятствием:

а — положение легкового автомобиля в момент его столкновения с препятстви­ем; б— деформирование передней части автомобиля (поглощение кинетической энергии), перемещение силового агрегата; в — окончание деформирования передней части автомобиля и перемещение силового агрегата под пол кузова

аб

Рис. 8.10. Варианты конструктивного исполнения подголовников: а - подголовник с сиденьем как одно целое; б - подголовник с регулировкой положения, удобного для головы водителя (пассажира)

а бв

Рис. 8.11. Ремни безопасности: а - диагонально-поясной с трехточечным креплением (трехточечный); б - двойной плечевой; в - поясной

Рис. 8.12. Фазы перемещения манекена, закрепленного трехточечным ремнем безопасности, при лобовом столкновении: а - движение вперед; б - движение назад

Рис. 8.14. Схема действия подушки безопасности

Рис. 8.15. Классификация кабин по использованию устройств защиты водителя (оператора): а — кабины сельскохозяйственных тракторов (/, II, III — соответственно с четырех-, шести- и двухстоечным каркасом); б — кабины промышленных трак­торов с каркасом арочного типа (IV — каркас ROPS встроен в конструкцию кабины; V — раздельное исполнение кабины и защитного каркаса ROPS); в — кабины лесохозяйственных и лесопромышленных тракторов (VI— каркасы ароч­ного типа FOPS и ROPS встроены в конструкцию кабины; VII — каркасы FOPS со всеми несущими стойками; VIII — защитный каркас арочного типа располо­жен снаружи кабины)