новая папка / mami_auto122

водителей и 10 пассажиров переднего сиденья). Большинство из них могли бы спастись, используя ремни безопасности. Такие элементы конструкции, как потолок, рама автомобиля и некоторые другие, послужили причиной смертельных травм в 20 случаях. Свыше половины смертельных случаев пришлось на водителей автомобилей и четверть — на пассажиров переднего сиденья. Исследованиями установлено, что подавляющее большинство погибших - 120 из 136 человек - во время аварии находились на переднем сиденье. Поэтому, основное внимание должно быть уделено обеспечению безопасности водителя и пассажира переднего сиденья. Кроме того, анализ показал, что около 50% жертв погибли бы даже при использовании предохранительных ремней безопасности. Поэтому большое внимание следует обратить на изменение обустройства салона и конструкции некоторых деталей, чтобы устранить острые режущие кромки, а также жесткие элементы, которые служат причиной травмирования водителей и пассажиров.

Изучение статистических данных итальянских, американских и немецких исследователей позволяет выявить элементы конструкции салона автомобиля, которыми наиболее часто травмируется человек. Первые три места по опасности заняли: рулевая колонка, щиток приборов, ветровое стекло. За ними следуют: двери, зеркало заднего вида. Физиологически люди настолько разнообразны, что при установлении уровня выносливости по слабейшему субъекту требования к конструкции будут практически невыполнимы. В настоящее время конструирование защитных приспособлений в автомобиле должно в первую очередь исключать получение человеком тяжелых и серьезных ранений, пренебрегая при этом увеличением (относительным) количества легких травм.

2.2.2 Виды столкновений при дорожно-транспортных происшествиях

Дорожно-транспортные происшествия классифицируются по следующим видам: столкновение транспортных средств; опрокидывание транспортных средств; наезд транспортных средств на препятствие; наезд транспортных средств на стоящий автомобиль; наезд транспортных средств на велосипедиста; наезд транспортных средств на пешехода; наезд транспортных средств на животных; наезд на гужевой транспорт; падение пассажиров из автомобиля.

Один из наиболее частых и тяжелых видов ДТП — столкновение транспортных средств, которые, в свою очередь, классифицируются на лобовые, боковые и задние. В каждом из перечисленных видов столкновений можно выделить удары прямые, эксцентричные и косые.

Наиболее важный фактор, который необходимо учитывать при сравнительном анализе автомобильных ДТП, - это вид происшествия. Самым тяжелым является наезд автомобиля на неподвижное препятствие (барьер). Последствия этого типа ДТП обычно тяжелее, чем при всех прочих

182

столкновениях, совершенных на бол ее высоких скоростях. Например, наезд на барьер со скоростью 60 км/ч по своим последствиям соответствует лобовому столкновению двух автомобилей, движущихся навстречу друг другу со скоростью 60 км/ч каждый. Кроме того, «приведенная скорость удара» при лобовых столкновениях двух автомобилей уменьшается по мере того, как направление удара смещается в сторону относительно продольных осей симметрии автомобилей. При возрастании величины смещения увеличивается угловая скорость вращательного движения, получаемого автомобилями в момент столкновения. В результате происшествие имеет менее тяжелые последствия.

Хотя лобовые столкновения автомобилей и менее опасны, чем наезд на неподвижное препятствие, это вовсе не означает, что их тяжесть невелика. Лобовые столкновения - тоже тяжелый и опасный вид ДТП, на долю которых, по зарубежным данным, приходится от 30 до 70% всех происшествий (рис. 2.2.1). Так, американская исследовательская группа Корнельской лаборатории аэронавтики приводит следующие цифры: лобовые столкновения - 56,5% от общего числа ДТП; наезд сзади - 7,8%; 43,9% от числа лобовых ударов приходится на взаимное столкновение автомобилей, а 12,6% на столкновения одиночных автомобилей; 50% лобовых ударов происходит при скорости ниже 65 км/ч.

Рис. 2.2.1. Лобовое столкновение

Тяжесть лобового удара проще всего моделировать на примерах свободно падающего тела. Например, тяжесть травмирования, полученного пассажиром при лобовом столкновении автомобилей со скоростью 30 км/ч, соответствует падению человека с высоты 4 м. Тяжесть лобового удара быстро растет с увеличением скорости. Если скорость удваивается, то эквивалентная высота растет в 4 раза. По тяжести травм, которые получают пассажиры, лобовые столкновения автомобилей разделяются на: легкие (при скорости менее 15 км/ч); средней тяжести (при скорости 15-40 км/ч);

183

тяжелые (при скорости более 40 км/ч). Автомобильные ДТП рекомендуется классифицировать по двум диапазонам скоростей: до 50 км/ч - диапазон выносливости пострадавших; до 100 км/ч - диапазон выживания пострадавших.

2.2.3. Внешние повреждения автомобиля

При определении степени серьезности аварии обычно используют величину деформации автомобиля. В конкретных условиях удара энергия, затрачиваемая на деформацию, будет являться функцией скорости. При оценке аварийной деформации автомобиля необходимо воспользоваться каким-либо методом подсчета энергии в зависимости от величины деформации. К важнейшим параметрам, влияющим на деформацию наружных частей автомобиля, относятся: начальная скорость удара; вид ДТП; зона удара или та часть автомобиля, на которую приходится удар; направление удара; жесткость ударяемого предмета (автомобиль - стена; автомобиль - автомобиль; автомобиль - столб; автомобиль - человек); геометрия предмета; размеры предмета; конструкция кузова автомобиля. Многие из перечисленных факторов взаимосвязаны, и все они должны быть учтены при оценке деформации наружных частей автомобиля с целью определения силы удара.

Несколько лет назад при университете г. Бирмингема (Англия) была организована исследовательская группа для всестороннего изучения аварий автомобилей. Всего было обследовано 636 дорожных происшествий, в том числе 482 (76%) в городе и 154 (24%) в сельской местности и на автомобильных магистралях. В обследовавшихся ДТП участвовало 1049 автомобилей, из них 72,3% легковых и легких грузовых автомобилей типа фургон.

Количество повреждений передней части автомобилей (передка и обоих передних углов) вследствие фронтальных ударов о движущееся или неподвижное препятствие составляло около 50% всех повреждений, а количество повреждений боковой задней части (вследствие наездов сзади) и опрокидываний равно соответственно 25 и 10% от общего количества всех повреждений. Опрокидывание автомобилей может происходить как без столкновения, например вследствие заноса, так и в результате столкновения автомобиля с движущимся или неподвижным препятствием. Опрокидывание тяжелых грузовых автомобилей происходит довольно редко (всего менее 4%). Легкие грузовые автомобили типа фургон переворачиваются чаще, чем легковые автомобили, что объясняется высоким расположением их центра тяжести. У каждого опрокинувшегося автомобиля замерялась величина деформации крыши и регистрировались травмы пассажиров. Отмечено, что травмы пассажиров при деформациях крыши более 150 мм (39% всех случаев опрокидывания автомобилей) значительно тяжелее, чем в случаях опрокидывания с меньшей величиной деформации крыши.

В результате исследования было установлено:

184

1.Количество наездов автомобилей на пешеходов вне города очень мало. Наезд на пешеходов обычно происходит с небольшой скоростью, в среднем

32км/ч.

2.Количество столкновений автомобилей с объектами, расположенными вне дорог, велико как при движении в городе (14,4%), так и при движении за городом (28,7% случаев).

3.При загородном движении почти 25% происшествий произошло вследствие наездов автомобилей на насыпи, канавы, что указывает на необходимость улучшения планировки загородных дорог.

4.Столкновения автомобилей с другими автомобилями составляют почти две трети всех дорожных происшествий как в городских условиях, так и при движении по загородным дорогам.

На обследованных пострадавших автомобилях имелось 1740 дверей, из которых 197 (11%) открылись во время аварии. Чаще других открываются передние двери: 15,1% случаев - когда открывались двери у водителя, 12,3% - у переднего пассажира. Задние двери открываются значительно реже (обращенные к оси улицы - 5,3% случаев, а обращенные к тротуару - 4,1%). Пассажиры, вылетающие из пострадавшего автомобиля наружу через раскрывшиеся двери, получают особенно серьезные, часто смертельные травмы.

Двери автомобиля открываются в основном потому, что при опрокидывании автомобиля наружная ручка или кнопка запорного механизма приходит в соприкосновение с поверхностью дороги, вследствие чего не запертая на запорное приспособление дверь открывается. Она также может открыться в результате скручивания кузова автомобиля во время опрокидывания, когда язык замка выходит из гнезда. Подобное явление наблюдается и при ударе в бок автомобиля, при котором возникают деформации на противоположной стороне. Это явление реже наблюдается при дверных замках, имеющих устройство, препятствующее появлению зазора между дверью и проемом кузова. Например, количество открывшихся дверей (у водителя), оборудованных замками со стягивающими устройствами и без них, составило соответственно 7,7 и 17,5%, а для всех обследованных дверей соответственно 4,3 и 12%. Двери открываются также из-за удара о них пассажира или сиденья; это часто случается в автомобилях, оборудованных сиденьями типа диван, когда они ударяют в дверь, элементы конструкции которой уже находятся под динамически ми воздействиями; дверь водителя открывается чаще, чем другие двери.

2.2.4.Возгорание автомобилей при столкновениях

Особую опасность при автомобильных катастрофах представляет возгорание автомобилей. В Италии, насчитывающей более 9 млн. автомобилей, ежегодно происходит 350 тыс. столкновений, из которых 0,03% заканчиваются возгоранием автомобилей. В США были проведены статистические исследования возгораний при наиболее тяжелых ДТП. Из 32

185

065 ДТП, в которых, по крайней мере, один человек был ранен, возгорание автомобилей произошло в 148 случаях (0,46%). Отсюда можно сделать вывод, что возгорание автомобилей происходит довольно редко.

Чаще возгорание происходит при тяжелых происшествиях, таких как лобовое столкновение, наезды на мачты или столбы, а также падение автомобилей с высоты нескольких метров. Эти катастрофы вызывают почти полное разрушение автомобиля. Исследования показывают, что количество возгораний прямо пропорционально тяжести происшествий и что отношение между количеством возгораний и количеством столкновений не меняется в зависимости от места расположения двигателя (впереди или сзади). Во всех катастрофах топливо выливается из бака или из топливоналивной горловины, крышка которой обычно отлетает далеко от автомобиля или сильно повреждается.

Известно, что топливно-воздушная смесь загорается только при содержании в ней топлива в пределах 1,4-6%. В топливном баке концентрация паров бензина составляет от 10 (при 17 °С) до 50% (при 40 °С). Это исключает возможность загорания топлива в баке. Пары бензина имеют больший удельный вес, чем воздух, поэтому они оседают вниз. Эти пары могут задержаться в закрытых и невентилируемых пространствах, таких как автомобильный багажник, в то время как отделение для двигателя открыто снизу и сверху и интенсивно вентилируется. В багажном отделении, содержащем топливный бак или заливную горловину, бензиновые пары могут образовываться в основном при неправильной заправке топлива на топливозаправочной станции (последующее неплотное закрытие крышки горловины, случайное расплескивание бензина в багажнике и т. п.).

Таким образом, даже в критическом случае при расплескивании топлива во время заправки последующая вентиляция при движении уменьшает концентрацию паров до безопасного уровня. Отсюда можно заключить, что присутствие топливно-воздушной смеси в багажном отделении в критической концентрации до столкновения является исключительным случаем. Теоретически утечка топлива может происходить в результате повреждения системы питания. Однако при многих испытаниях автомобилей на столкновения, даже при расположении топливопроводов в критических местах, никогда не наблюдалось их повреждений. Следовательно, можно заключить, что топливопроводы также не являются постоянным источником возгорания. Источником возгорания может служить топливный бак. Поэтому при проектировании автомобиля расположению топливного бака необходимо уделять особое внимание. До сих пор нет критерия для оптимального расположения бака.

При определении места расположения топливного бака обычно руководствуются основными положениями:

1) бак располагают в отдалении от двигателя (если двигатель находится впереди, то бак - сзади и наоборот);

186

2)установка бака сзади более желательна, так как самые тяжелые катастрофы происходят при лобовых столкновениях, а наезды происходят в основном при средних скоростях;

3)некоторые конструкторы, стремясь создать более комфортабельные условия и исключить попадание топлива внутрь салона, располагают топливный бак снаружи кузова. Однако в этом случае бак более подвержен вероятным повреждениям не только при катастрофах, но и от неровностей дорожного полотна.

Наиболее безопасным можно считать размещение бака, где он смонтирован внутри крепкой переборки.

Испытания показали, что топливо может расплескиваться и из отверстия наливной горловины, закрытого пружинной крышкой недостаточно плотно. При испытаниях на столкновение с различными скоростями был проведен тщательный анализ этого явления: если деформация бака незначительна, крышка поднимается на несколько миллиметров, при этом образуется кольцевой зазор, через который расплескивается бензин; если же деформация топливного бака велика, крышка выпадает, а сама горловина повреждается. При концентрации динамического усилия на баке последний получал значительные повреждения, и фонтанирующая струя топлива из наливной горловины поднималась на высоту около 4 м.

Все сказанное свидетельствует о том, что при подобном повреждении бака может образовываться горючая смесь. Когда крышка наливной горловины закрыта плотно, расплескивания бензина не происходит. Было доказано, что для повреждения топливного бака требуются очень большие усилия. При специальных испытаниях на отдельном топливном баке было определено, что он может быть сильно деформирован без образования трещин, т.е. течей, даже если он был заполнен жидкостью.

Результаты испытаний автомобилей на удар о металлический барьер (топливный бак располагался спереди) при различных скоростях позволяют сделать следующие выводы: удар на малой скорости - трещины в стенках бака не образуются, и он остается на своем месте; удар на средней скорости

— легкая деформация стенок бака, которая не вызывает образования трещин; бак работает как элемент, передающий усилие к кузову и деформирующий последний; при дальнейшем увеличении скорости перед ударом деформация бака возрастает, появляются небольшие трещины в тех местах, где бак соприкасается с выступающими частями (крепежные болты кузова, элементы кузова и рамы и т. п.). При этом происходит расплескивание топлива; удар на очень больших скоростях - бак разрушается полностью, топливо быстро растекается вокруг автомобиля на несколько метров. Результаты испытаний показали, что топливный бак имеет хорошее механическое сопротивление динамическим усилиям, но если столкновение происходит на большой скорости, топливо расплескивается из отверстия горловины, а в исключительных случаях - и из трещин в стенках самого бака.

Было проведено несколько опытов по исследованию воспламенения топливной смеси. Например, если на бензин, растекающийся по земле,

187

падает горящая сигарета, то он не всегда загорается, так же как и при попадании на раскаленную металлическую пластину. Необходимо подчеркнуть, что возгорание автомобиля при катастрофе возможно при двух обстоятельствах:

1)образование топливно-воздушной горючей смеси (состав которой находится в интервале воспламеняемости) в результате расплескивания топлива из бака (наличие течей или расплескивание из отверстия наливной горловины);

2)зажигание смеси электрической искрой или от других источников.

Эта искра может иметь различное происхождение: из-за удара или трения металлических частей (что случается сравнительно редко) или из-за повреждения электрической цепи. В последнем случае происходит короткое замыкание между токонесущим проводом и элементами кузова (массой) или же расплавление участка электропроводки из-за перегрева.

Топливный бак следует размещать в местах, наименее подверженных разрушению при любой катастрофе. Он должен иметь такую форму, чтобы противостоять любым деформациям без повреждений. Различные выступающие части кузова, которые могут повредить бак, необходимо устранить. Крышка топливоналивной горловины должна иметь плотную посадку, чтобы предотвратить расплескивание топлива даже при незначительной деформации стенок бака.

Для того чтобы исключить возможность возгорания автомобиля, следует применять детали и узлы из огнеупорных материалов, правильно располагать топливный бак, усовершенствовать различные узлы в системе топливопровода и систему аварийного выхода из автомобиля при пожаре. Бензобаки, заливные горловины и бензопроводы легковых и грузовых автомобилей должны быть безопасны в противопожарном отношении при столкновении.

2.2.5. Стендовые испытания автомобилей

При необходимости исследования всего комплекса явлений, сопровождающих дорожно-транспортное происшествие (величину возникающих замедлений, характер травм манекена, величину деформаций отдельных элементов конструкции автомобиля и пр.), проводят испытания на полигонах, где производится намеренное столкновение автомобиля с неподвижной стенкой или другим автомобилем. При этом сталкивающиеся автомобили могут двигаться навстречу друг другу (лобовое столкновение), в одном направлении (задний удар), в поперечном направлении (боковой удар). Может быть произведено и опрокидывание автомобиля.

В 1960г. фирма Mercedes впервые стала производить стендовые испытания автомобилей, направленные на определение степени безопасности конструкции. Стенд представлял собой платформу-тележку, передвигавшуюся по рельсам и приводимую в движение тросом от двух

188

лебедок, применяемых обычно для запуска планеров. На платформе можно закрепить как переднее сиденье автомобиля с рулевым управлением, так и всю переднюю часть автомобиля со всем внутренним оборудованием и органами управления. Двигающаяся по рельсам тележка под влиянием тяги лебедок набирает заданную начальную скорость и затем ударяется о неподвижный барьер или стенку. Лобовая стенка барьера снабжена упругими амортизаторами или облицована упругим материалом, жесткость которых подобрана таким образом, чтобы по возможности полнее имитировать деформацию передка автомобиля, происходящую в реальных условиях столкновения. Стенды, подобные описанному, теперь применяются в лабораториях многих других фирм и исследовательских учреждений. При этом для приведения тележки в движение наряду с тросовым (лебедочным) приводом используют энергию распрямляющейся пружины, давление сжатого воздуха и реактивную тягу, возникающую при сгорании взрывчатого вещества.

Позднее была создана специальная лаборатория по полномасштабным испытаниям автомобилей на удар и столкновение. Испытываемые автомобили движутся по специальной дорожке длиной около 52м с помощью линейного индукционного электродвигателя. Начальное ускорение автомобиля ограничено величиной 15g, с тем чтобы исключить нарушения в положении элемента автомобиля и манекена. Для приспособления к испытаниям автомобилей различного веса и класса на стенде имеется десятипозиционный переключатель напряжения электродвигателя. Когда автомобиль находится на расстоянии 3 м от барьера, электродвигатель, расположенный в траншее под направляющей дорожкой, автоматически разобщается с автомобилем и тормозится, в то время как автомобиль продолжает движение на барьер по инерции почти без потери приобретенной скорости. Все испытание занимает лишь несколько секунд. Полностью автоматическое управление испытанием дает возможность проводить точный хронометраж и воспроизводить все необходимые условия испытания. Осветительные устройства мощностью 50 кВт, позволяют вести высокоскоростную киносъемку испытания. Все приборы системы освещения и кинокамеры включаются в работу автоматически, чем обеспечивается синхронность их действия. На этом стенде можно испытывать также различные элементы конструкции автомобиля, которые устанавливают на специальных тележках. Деформируемые буферные устройства используются для создания различного диапазона замедлений.

Интересен по своей конструкции стенд, созданный в США и названный «ударными салазками», на котором можно воспроизводить конечные результаты столкновения автомобиля с препятствием. Отличие этого стенда от других стендов подобного типа заключается в том, что если обычно автомобиль, двигаясь с какой-то скоростью, в момент столкновения резко замедляет ее, снижая до нуля, то здесь наоборот, автомобиль, находящийся в покое, в момент, соответствующий моменту столкновения, начинает ускоренно двигаться, но в направлении, обратном направлению обычного

189

движения. При этом картина нагружения автомобиля и манекенов силами инерции получается совершенно такой же, как и при реальном столкновении, хотя автомобиль в конечный момент столкновения (удара) получает максимальную скорость, а не нулевую, как обычно. При экспериментах использовали специальную тележку. На ней установлены обтянутые мягким материалом и снабженные соответствующими приборами поверхности, имитирующие элементы автомобиля, о которые ударяется манекен при резкой остановке тележки. За время экспериментов было сделано 15 заездов, причем тележка имела различную скорость в момент встреч с тормозным блоком, а манекен закрепляли на сиденье предохранительными ремнями безопасности различных типов. Экспериментальная тележка весит около 1000кг и движется по рельсу длиной до 10м. Движение тележки ускоряется на пути длиной 2,5м при помощи пневматического силового цилиндра. Для достижения желаемой скорости изменяют давление подводимого в пневмоцилиндр сжатого азота. После пробега 6м тележка ударяется о тормозной блок, в котором имеются гидравлические тормозные устройства, позволяющие изменять величину тормозной силы.

Процесс перемещения тележки и манекена в момент удара регистрируется тремя кинокамерами. Две из них производят съемку сбоку, а третья — спереди. Одна из боковых кинокамер имеет скорость киносъемки 500 кадров в секунду, а другая - 1000 кадров в секунду. Для подачи отметок времени, которые записываются на киноленте, используют неоновые лампы. Контактные устройства на рельсах и на тележке служат для включения датчиков времени и освещения (вспышками) снимаемого процесса удара. Ударные нагрузки, приложенные к поверхности, с которой сталкивается манекен, регистрируют двумя датчиками, один из которых измеряет перпендикулярные, а другой тангенциальные усилия, действующие на поверхности. Нагрузки на ремень безопасности измеряют в его анкерных креплениях. В лабораториях фирм General Motors и Ford применяют стенды для испытаний конструкций панелей приборов, а также с целью подбора для них мягких предохранительных накладок. Стенд представляет собой массивный молот-маятник с укрепленной на его внешнем конце головой манекена, ударяющейся в панель приборов. Примерно такую же конструкцию имеет гравитационная установка фирмы Ford для определения воздействия грудной клетки манекена на рулевое колесо при ударе.

Совершенствование стендов для испытаний автомобиля и частей его конструкции дает возможность лучше исследовать процесс столкновения на всех «промежуточных» этапах. Любое нововведение в конструкции автомобиля должно пройти тщательный контроль на стендах.

При испытаниях на удар автомобиль может приводиться в движение силой тяги (через трос) другого вспомогательного автомобиля или толканием в задний буфер, а также силой тяги собственных ведущих колес. На участках разгона испытываемый автомобиль обычно направляется принудительно с помощью монорельсов. В дальнейшем им управляют по радио из

190