Безопасность автомобиля

Проблема безопасности на автомобильном транспорте включает в себя четыре основных аспекта — безопасность дорожного движения, самого автомобиля, участников движения и перевозимых грузов.

К безопасности автомобиля предъявляют следующие основные требования: он должен обладать такими техническими качествами, которые помогут водителю уверенно и надежно управлять им с минимальной затратой сил, хорошо ориентироваться в различных ситуациях, обеспечат сохранность жизни водителю и пассажирам при аварии. Автомобиль должен быть спроектирован так, чтобы снизить вероятность дорожно-транспортного происшествия и обеспечить водителю возможность в критическом положении найти правильное решение. Это составляет активную безопасность автомобиля.

Несмотря на стремление к повышению активной безопасности, практически невозможно полностью исключить дорожное происшествие: Следовательно, автомобиль должен быть таким, чтобы при наступлении дорожного происшествия, когда водитель и пассажиры становятся только пассивными участниками событий и уже не имеют ни времени, ни возможности вмешаться в них, сделать тяжесть последствий минимальной. Все мероприятия, служащие этой цели, являются пассивной безопасностью автомобиля.

Как только элементы пассивной безопасности реализовали возможности по сохранению жизни участников движения, комплекс автомобиль — водитель — дорога должен обспечить необходимый уровень послеаварийной безопасности. Дело в том, что последствием многих аварий является возгорание автомобиля, к основным источникам которого относятся топливный бак и другие элементы системы питания.

Сущность активной безопасности автомобиля сводится прежде всего к обеспечению надежной работы всех элементов и систем автомобиля, возможности уверенно и с комфортом управлять машиной, обеспечению соответствия тяговой и тормозной динамики автомобиля дорожным условиям и транспортным ситуациям, а также психофизиологическим особенностям водителя.

Возможность осуществления маневра в основном зависит от тяговой и тормозной динамики автомобиля, влияющей на уверенность водителя при торможении или обгоне и в других ситуациях.

Активная безопасность зависит от конструктивных особенностей компоновки автомобиля: устойчивости (способности противостоять заносу и опрокидыванию в различных дорожных условиях и при высоких скоростях движения); управляемости при наименьших затратах энергии; маневренности, характеризующейся радиусом поворота и габаритными размерами автомобиля; стабилизации (способности противостоять неустойчивому движению или сохранять принятое направление движения); применения тормозной системы с раздельными приводами на колеса или оси, с автоматическим регулированием зазора между колодкой и барабаном (диском), с устройством для предотвращения блокировки колес; использования рулевого управления и подвески, обеспечивающих постоянную надежную связь колеса с дорогой; возможности обеспечения правильной установки управляемых колес; повышенной надежности шин; качества сигнализации и освещения.

Правильность и своевременность оценки дорожной обстановки водителем во многом определяется такими характеристиками, как обзорность, эффективность систем освещения, очистки и обмыва стекол, их обогрева.

Надежность работы водителя при длительном управлении машиной зависит от комфортабельности ее — микроклимата в салоне, шумовиброобстанов-ки, удобства сидений и пользования органами управления, плавности хода.

Функции пассивной безопасности делятся на предупредительные и конструктивные. Первая направлена на сохранение жизни и снижения тяжести травм путем применения средств индивидуальной и коллективной защиты оптимизацией процессов воздействия с учетом толерантности человеческого организма (способность переносить неблагоприятные воздействия), ограничения перемещения грузов и сохранения их количества и качества. Конструктивная функция пассивной безопасности должна обеспечиваться надлежащей деформируемостью и энергоемкостью передней и задней частей машины для сохранения жизненного пространства; наличием травмобезопасных элементов интерьера и внешних частей (средств защиты пешеходов), колористическими (цветовыми) решениями кузова.

Для того чтобы создать безопасный автомобиль, надо знать уровень терпимости человеческого организма к ударам. Одним из важнейших факторов, вызывающих повреждения человеческого организма, являются перегрузки (при ускорениях и замедлениях). Уменьшают их различными способами: подбором необходимой динамической емкости ремней безопасности, уменьшением жесткости и прочности передней и задней частей кузова, размещением внутри салона упругих и мягких элементов и т. д.

При лобовом ударе автомобиля о неподвижное препятствие при начальной скорости движения 80 км/ч замедления могут достигать 65 g. Если использовать ряд мероприятий, можно уменьшить их величину вдвое. Для этого передние и задние части кузова делают деформируемыми с постепенным увеличением жесткости при приближении к салону с помощью постепенного увеличения сечения элементов конструкции, толщины стенок и их количества. Весьма перспективны так называемые трехслойные элементы (например, стальная панель — пенопласт — стальная панель). Наружные элементы передней и задней частей машины желательно выполнять из мягких материалов (например, из эластичного пенополиуретана).

Салон автомобиля делают жестким и прочным, что весьма сложно, так как эта часть кузова ослаблена дверными и оконными проемами. Поэтому важно, чтобы двери при ударах не раскрывались, а стекла не вылетали. Стенки салона делают такими, чтобы внутрь не проникали другие элементы конструкции машины и внешние предметы. Запирающие механизмы дверей и сами двери в проемах не должны заклиниваться, чтобы люди после аварии могли быстро покинуть машину.

Энергопоглощающий бампер (буфер) —один из наиболее эффективных элементов пассивной безопасности легкового автомобиля, увеличивающий продолжительность периода замедления его движения при столкновении. Бамперы делятся на превращающие кинетическую энергию удара в работу упругой или пластической деформации (сотовые конструкции; с пружинящими элементами) и на превращающие энергию в работу трения (с элементами из материалов с большим внутренним трением, например из пенополиуретана; с гидравлическими элементами). Возможны и различные комбинации.

При лобовом столкновении, имея полную свободу перемещения в кузове, человек под действием сил инерции продолжает движение вперед со скоростью, которую имела машина в момент столкновения, и в результате ударяется о детали интерьера. Сила этого удара зависит от пути, на котором происходит замедление тела. Так, при движении со скоростью 60 км/ч человек массой 75 кг накапливает такую потенциальную энергию, которая при перемещении тела до полной остановки (удар о детали интерьера) на пути 0,01 м создает тормозную силу, действующую на тело, величиной 750 кН, на пути 0,1 м — 75 кН, на пути 1 м — 7,5 кН. Поэтому для предотвращения ударов автомобили снабжают ремнями безопасности. Ремни безопасности, удерживающие человека, должны быть не очень жесткими и вытягиваться с учетом наличия свободного пространства перед человеком в кузове, чтобы перемещение тела было возможно большим.

Наибольшее распространение получили ремни безопасности, состоящие из набедренного и диагонального ремней; двойные плечевые ремни с инерционными замками механизмов, регулирующих натяжение; ремни с амортизирующим устройством. Ленты ремней изготавливают из льняных и полимерных волокон. Использование ремней безопасности уменьшает количество травм на 60…75%. Снижается резко и тяжесть последствий аварий.

Таким образом, ремни безопасности не исключают перемещения тела человека при столкновениях автомобиля с препятствием, и поэтому при сильных ударах водитель, перемещаясь вперед, может упереться грудью в рулевую колонку.

Исследования показывают, что на величину силы, действующей на грудь водителя при ударе о рулевую колонку, влияют его масса и рост, положение на сиденье, наличие и тип ремней безопасности, тип препятствия, о которое ударяется машина, скорость автомобиля. Для того чтобы колонка стала безопасной, в ней имеются энергоемкие элементы: сетчатого типа (просты в изготовлении), телескопические (более дешевые), с многозвенным рулевым валом, со срезающимися шпильками, с гофрированными частями, с поясами пониженной продольной жесткости и т. д. При резкой остановке автомобиля водитель грудью наваливается на рулевое колесо, которое, перемещаясь вперед, деформирует демпфер (энергоемкий элемент безопасности), что обеспечивает уменьшение воздействия на грудную клетку.

Так как нагрузка на рулевую колонку передается через рулевое колесо, очень важно выполнить его таким образом, чтобы площадь контакта тела с ним была наибольшей при сравнительно небольшой жесткости, как это сделано, например, на автомобиле «Опель-Астра».

При авариях до 34% всех повреждений элементов кузова легкового автомобиля приходится на ветровое стекло, что происходит обычно в результате воздействия на него головой водителя или пассажиров. Получаемые при этом травмы отличаются особой тяжестью. Для повышения безопасности автомобиля ветровым стеклам уделяют все большее внимание. Широко используют стекла двух типов: закаленные и слоистые. Первые при разрушении не дают осколков с острыми углами, которые могут привести к опасным порезам. Закаленные стекла более упруги, чем слоистые, и поэтому они лучше поглощают энергию удара (менее опасны в отношении сотрясения мозга). Недостатками их является потеря прозрачности за счет растрескивания при неполном разрушении.

Слоистые стекла при ударах разрушаются с образованием трещин, направленных радиально от места приложения силы. Их прозрачность практически не меняется, а осколки удерживаются на пластичной прослойке. Недостатком таких стекол является то, что они менее упруги, при ударе о них человек получает сотрясение мозга, а травмы от разбитого стекла могут привести к гибели. Избежать этого можно за счет повышения прочности стекла и уменьшения его толщины (при этом оно становится более упругим) или закрепления в проеме таким образом, чтобы оно вылетало. Однако при этом нет никакой гарантии, что вместе с ним из кузова не ьылетит и человек, а это очень опасно.

Для предотвращения послеаварииного возгорания автомобиля топливный бак размещают в наиболее защищенных от ударов местах (за задним сиденьем), выполняют их из полимерных материалов, металлические баки заполняют пенопластом, предотвращающим выплескивание бензина при разрушении стенок бака и т. д.

Современные достижения в области науки и техники позволяют с полным основанием надеяться, что дорожно-транспортные происшествия могут быть практически устранимы, а в случае их возникновения последствия и материальный ущерб от них значительно снижены. Такой вывод базируется на широком использовании принципа резервирования. Основная тенденция резервирования состоит в облегчении труда водителя путем внедрения автоматических устройств. Идеально безопасная машина может быть создана, когда автоматы сначала возьмут на себя простые операции управления (стабилизация заданного направления движения, удержание безопасной дистанции между машинами и т. д.), а автоматизированные системы управления движением возьмут на себя задачи выбора оптимального маршрута с точки зрения безопасности и экономичности и в дальнейшем полностью освободят водителя от процесса управления автомобиля, обеспечивающие повышение безопасности при авариях?