Безопасная конструкция кузова, основные элементы влияющие на безопасность

В сегодняшнем материале мы расскажем Вам про активную и пассивную безопасность кузова, как главного несущего элемента любого автомобиля. В статье мы узнаем, как производятся современные кузова транспортных средств и какая должна быть толщина металла данного элемента машины

АКТИВНАЯ И ПАССИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ

Добрый день, в сегодняшнем материале мы расскажем Вам про активную и пассивную безопасность кузова, как главного несущего элемента любого автомобиля.

В статье мы узнаем, как производятся современные кузова транспортных средств и какая должна быть толщина металла данного элемента машины.

Кроме того, мы рассмотрим различные электронные помощники, которые помогают и облегчают управление автомобилем.

Любой современный автомобильный кузов включает в себя различные узлы, детали, обеспечивает комфорт, безопасность и внешний вид транспортного средства. Во многом от кузова, а точнее от качества его материала и производства зависит срок службы машины.

Кузов — это основной несущий элемент автомобиля, который производится из огромного количества металлических сплавов и иных материалов. Данный несущий элемент включает в себя такие основные узлы транспортного средства, как двигатель, трансмиссия, элементы подвески, рулевое управление, которые устанавливаются к основанию кузова.

Элементами кузова из чего он состоит является днище, крыша, крылья, двери, багажник, а также капот. Кроме того, к вышеописанным элементам относятся еще и более мелкие части без которых автомобиль не может функционировать. Днище, крыша и боковые панели скрепляются методом точечной сварки.

В специально подготовленные проемы монтируются лобовое, боковые, задние стекла, а также люк, если он устанавливается в производимой модели.

Итак, приступим к рассмотрению темы активной и пассивной безопасности современного автомобиля.

1. Понятие и особенности пассивной безопасности кузова автомобиля

Пассивная безопасность — это способность элементов автомобиля снижать тяжесть последствий для водителя, пассажиров и пешеходов при дорожно-транспортном происшествии.

Данный параметр обеспечивается продуманной конструкцией кузова, его прочностью, которая уменьшает уровень деформации при ДТП.

Кроме того, в список элементов, которые входят в пассивную безопасность относятся: ремни безопасности, специальные регулируемые подголовники, рулевое колесо из мягких материалов, безопасные лобовое и боковые стекла, усиленные двери, а также негорючие материалы интерьера и экстерьера.

Первостепенное внимание инженеров на заводах, где изготавливаются автомобили уделяется стеклам транспортных средств. В момент столкновения автомобиля, стекло лобового типа должно остаться цельным.

Чтобы это осуществить, автопроизводители применяют специальную технологию при производстве с добавлением в сердцевину стекла специальной прочной, прозрачной пленки.

Боковые стекла в современных автомобилях также изготавливаются из специальных материалов, которые при ударе не порежут пассажиров, они сделаны так, что просто рассыпаются при ДТП на мелкие, не острые осколки. Изготовление заднего стекла происходит точно по такой же технологии, как и лобового.

Капсула кузова должна быть сконструирована таким образом, чтобы при аварии его структура была целой и практически невредимой. Все рычаги, педали и руль не должны проникать в салон при аварии, чтобы не вызвать тяжелые или смертельные травмы водителю и пассажирам.

Также одним из немаловажным пунктов пассивной безопасности кузова является то, что все двери после происшествия должны открываться без сверх усилий, замки в дверях не должны заедать. Все это делается для того, чтобы безпрепятственно можно было подобраться к раненым.

Самым главным параметром безопасности кузова является то, что его структура обязана быть цельной, так как от этого зависит общая сохранность несущего элемента транспортного средства.

Сегодня при производстве современных автомобилей, уже на стадии проектирования кузова, инженеры думают не только о пассивной безопасности для пассажиров и водителя, но и о пешеходах. Так например, при наезде на пешеходов, машина не должна наносить ему сильных повреждений. Дальше всего в этом деле продвинулся Шведский автопроизводитель, компания Volvo. Данная компания полностью отказалась от излишней защиты бамперов и мощных стальных труб в передней части транспортного средства. Кроме того, многие производители изготавливают капот автомобилей по технологии плавного пружинного изгиба, который обеспечивают плавное отталкивание пешехода. Бамперапроизводятся из специального состава полипропиленов, которые также снижают травмоопасность пешеходов.Отметим, что практически все современные автомобили использовали почти 100 процентов возможностей для увеличения пассивной безопасности, за счет материалов при производстве кузова. На сегодняшний день любой кузов способен уберечь своих пассажиров при аварии на максимальной скорости в 90 километров в час. При такой скорости кузов дает хорошие шансы на спасение пассажиров и водителя.

• 2. Понятие и особенности активной безопасности кузова автомобиля
• Безопасность кузова активного типа — это возможность избегать дорожно-транспортное происшествие при помощи оптимальной обзорности в различных климатических условиях, обеспечения защиты видимости от прямых солнечных лучей или встречным светом фар, четкой видимостью приборной панели, безопасной посадкой водителя, а также оптимальным микроклиматом в салоне и удобным расположением основных приборов с устройствами.

Кроме вышеописанных моментов, к безопасности кузова также относят помощники электронного типа. Их задача состоит в облегчении управления транспортным средством.

К таким системам относят анитблокировочную систему ABS, которая не позволяет колесам заблокироваться на скользком дорожном покрытии; система ESP или функция курсовой устойчивости, которая не позволяет уходить автомобилю в неуправляемый занос; система помощи подъема и спуска с горы; система электронного распределения тормозных усилий и прочие не маловажные устройства безопасности.

Отметим, что благодаря использованию системы авто торможения сокращается риск получения тяжелых ранений при авариях на 45 процентов, согласно международной статистике аварийности. Кроме того, стандартные системы торможения также помогают спасти жизни пассажиров, водителя и пешеходов. Так, например, если перед столкновением снизить скорость движения, хотя бы на 3 процента, то процент смертельного исхода сократиться на 20 процентов.

3. Толщина металла кузова современного автомобиля

На всех современных автомобилях, которые сходят с конвейера, толщина кузова составляет в диапазоне от 0,5 до 0,9 миллиметров. Толщина дна кузова составляет приблизительно 1 миллиметр. Отметим, что еще 20 лет назад толщина кузовов транспортных средств советского автопрома была не ровня текущим и составляла по днищу 2,5 миллиметра, а по остальным частям 1,5 миллиметра.

Такое снижение толщины кузова в первую очередь обусловлено облегчением общей массы автомобиля и применение в составе материала специальной высокопрочной стали, а также облегченных видов пластмасс. Во многих немецких автомобилях сегодня используют алюминий, как основной материал для производства кузова и его основных навесных элементов. На премиальных спортивных машинах в структуре несущего элемента применяется металл магний, он является еще более легким, чем алюминий, а также прочным в отличие от данного материала. Недостатком производства кузова из магния является его высокая стоимость из-за ограниченности ресурса.По мнению многих автоэкспертов толщина панелей кузова, которые устанавливаются поверх несущего элемента почти не влияют на безопасность транспортного средства. Такие компоненты, как правило, применяются в основном для эстетики и придания симпатичного внешнего вида автомобиля. На сам кузов, а точнее на его безопасность влияет структура силового типа несущего элемента. Она создает и обеспечивает безопасность пассивного типа. Поэтому в основе таких ребер, как их называют в народе, материал используется из стали высокопрочного состава. Это позволяет снизить общую массу транспортного средства и одновременно повысить жесткость кузова на удар.

Влияние конструкции автомобилей на безопасность пешеходов

Водолагина А., Рябчинский А. И. Влияние конструкции автомобилей на безопасность пешеходов // Молодой ученый. — 2011. — №4. Т.3. — С. 120-122. — URL Источник Источник Источник https://moluch.ru/archive/27/3123/ (дата обращения: 10.12.2019).

В настоящее время в РФ, как и во многих других развитых странах, установлены правила в области конструкции и безопасности дорожных транспортных средств. Цель значительного большинства этих предписаний заключается в том, чтобы конструкция транспортных средств обеспечивала водителям и пассажирам требуемый уровень конструктивной и эксплуатационной безопасности для снижения степени их травмирования и уменьшения числа смертных случаев. Однако статистика дорожно-транспортных происшествий свидетельствует о том, что наиболее многочисленной и самой уязвимой группой участников дорожного движения являются пешеходы. За последние 8 лет количество пешеходов, погибших в результате дорожно-транспортных происшествий, увеличилось на треть. Всего за этот период погибли свыше 100 тыс. и ранены свыше 500 тыс. пешеходов. Основные травмы пешеходы получают в результате удара, наносимого передней частью транспортного средства. При этом большинство таких ДТП совершается в городских районах, где скорости наезда чаще всего достаточно невелики. Следовательно, существует возможность для снижения степени тяжести травм, наносимых пешеходам, путем совершенствования конструкции передней части механических транспортных средств. В Российской Федерации нет разработанной классификации транспортных средств по форме их передней части. Однако опровергнуть тот факт, что форма передней части автомобиля напрямую влияет на весь механизм наезда на пешехода, а также на последствия, в частности, травмы пешехода, сложно. Проанализировав формы передней части выпускающихся в настоящее время автомобилей, предлагается следующая классификация автомобилей по форме их передней части (схематичное изображение этих форм представлено в табл. 1).

Таблица 1 – Классификация транспортных средств по форме передней части

Клинообразная форма	Трапециевидная форма	Форма «понтона»	Форма «бокса» (коробки)
	Неглубокий капот Крутой капот Эллипсовидный капот

Как было сказано выше, в большинстве случаев удар при наезде наносится деталями передней торцовой поверхности автомобиля. В момент удара энергия автомобиля передается телу пострадавшего. Характер перемещения пешехода при наезде зависит от того, какого типа автомобилем и какой его частью был нанесен удар. Положение пешехода в момент удара существенно влияет на ход дальнейших событий. Пешеход может находиться в стоячем, сидячем или же лежачем положении. В последнем случае практически нет отдачи после удара, а автомобиль просто переезжает пешехода, как лежачее препятствие. Кроме того, значение имеет даже тот факт, находился ли пешеход в движении или же был неподвижен. При движении у человека изменяется высота его центра масс. Расстояние от поверхности дороги до центра масс пешехода при движении определяется следующим образом: где 0.57 – коэффициент, определяющий среднее расстояние центра масс человека в неподвижном состоянии; hp – рост человека, м; –изменение высоты центра масс пешехода в зависимости от характера его движения: 0.030.04 м –для нормальной походки, 0.05 м –для быстрой походки, 0.10 м –для бега. Разница между высотой результирующей силы автомобиля и высотой центра масс пешехода , определяет дальнейшую динамику наезда (рис.1).

Рисунок. 1. Соотношения высот воздействия результирующей силы автомобиля и центра масс пешехода

Можно выделить три возможных варианта: h0 – сначала первый удар ниже центра масс пешехода, затем второй удар о капот автомобиля. Учитывая важность влияния значения импульса силы на дальнейший ход событий, следует различать так же три основных состояния транспортного средства в момент удара: автомобиль находится в неподвижном состоянии, автомобиль двигается равномерно и автомобиль находится в состоянии экстренного торможения. Мы рассмотрели возможные случаи механизмов наезда на пешехода и теперь перейдем непосредственно к определению зон контакта пешехода с автомобилем при наезде. Итак, при наезде транспортных средств на взрослого пешехода первый удар обычно наносится передней частью бампера транспортного средства в области колена пешехода. Поскольку зона первоначального контакта ниже центра тяжести пешехода, верхняя часть тела начинает в этом случае смещаться в направлении транспортного средства. В результате импульса, придаваемого пешеходу транспортным средством, происходит линейное ускорение тела пешехода относительно земли. Второй контакт обычно происходит между верхней частью решетки радиатора или передним краем капота и областью таза пешехода. В этот момент ноги и таз пешехода достигают линейной скорости транспортного средства, а верхняя часть тела (голова и грудная клетка) продолжает смещаться в направлении транспортного средства. Конечный этап столкновения — это удар головой и грудной клеткой о транспортное средство с линейной скоростью, близкой к начальной скорости удара. Исследования показали, что линейная скорость удара головой составляет около 80% от начальной скорости в момент контакта. Принимая во внимание состояние движения автомобиля, можно определить длину линии от поверхности дороги до места контакта пешехода и элементов транспортного средства. Если это расстояние м, то можно вычислить это длина дуги охвата, учитывая изменение высоты воздействия результирующей силы автомобиля во время торможения (рис. 2).

Рисунок 2. Зона наиболее вероятного контакта головы пешехода с капотом автомобиля

Расстояние больше, чем длина : где rp – радиус головы. Эта разница составляет: и зависит: от места воздействия результирующей силы, определяемой формой передней части автомобиля; от размеров пешехода; от скорости пешехода во время удара и от скорости транспортного средства во время удара. Соответственно, у автомобилей с клиновидной передней частью при больших значениях Δhs трудно определить, потому что тело пешехода скользит по передней части кузова и лобового стекла. Кроме того, нет возможности определить величину в зависимости от скорости удара у автомобилей с формой передней части «бокс». Таким образом, возможность определить величину возможно только для случаев наезда на пешехода автомобилей двух типов передней части автомобиля – трапециевидной и понтон. Но, проведя классификацию отечественных автомобилей по форме передней части, согласно классификационным признакам, следует, что на российском рынке преобладают именно автомобили с трапециевидной и «понтон» формой передней части. Следовательно, именно они заслуживают особого внимания. Таким образом, зоны удара головой на капоте в значительной мере определяются высотой стоящего пешехода и фронтальной геометрией транспортного средства, совершающего наезд. Измерение дуги охвата производится с учетом, как роста пешехода, так и конфигурации транспортного средства. Использование дуги охвата позволяет на разумных основаниях оценить место на транспортном средстве, в котором произойдет удар головой взрослого пешехода. Рассматривая зоны контакта ног пешехода с транспортным средством при наезде, было обращено внимание на фактические размеры выпускаемых в настоящее время отечественных транспортных средств и росту взрослого человека. Исследования, проведенные в России, показали, что средний рост современного человека составляет приблизительно 176 см. Согласно пропорциям человеческого тела расстояние от мыска ноги до коленной чашечки равно четверти роста. То есть, это расстояние равно 176/4=44 см. Соответственно, при наезде на пешехода автомобили с высотой нижней кромки бампера до 440 мм контактируют с нижней частью ноги человека. А при наезде на пешехода автомобиля с высотой нижней кромки бампера свыше 440 мм контакт происходит с верхней частью ноги. На основании вышеизложенного делаем вывод, что конструкция транспортных средств, в частности форма передней части автомобиля, непосредственно оказывает влияние на весь механизм ДТП, а также на возможные последствия от ДТП. В связи с этим необходимо в наикротчайшие сроки принимать меры по снижению тяжести травмирования пешеходов при наезде. Зная зоны контакта пешехода с автомобилем при наезде, этого можно добиться за счет введения требования относительно более эффективного поглощения энергии капотами и бамперами транспортных средств в возможных зонах контакта при наезде на пешеходов. Кроме того, проанализировав формы передней части автомобилей, а также ДТП с участием различных автомобилей, необходимо отметить, что автомобили с эллипсовидным капотом (трапециевидная передняя часть автомобиля) способствуют меньшей степени травмирования пешеходов при наезде. Соответственно, именно ее можно рекомендовать как наиболее безопасную. В настоящее время имеется лишь один норматив, регламентирующий внешнюю пассивную безопасность автомобиля. Это Правила №26 ЕЭК ООН, которые регламентируют требования к наружным выступам легковых автомобилей с целью уменьшения вероятности травмирования пешеходов при их контакте с наружными выступами автомобиля. Соответственно, для повышения безопасности пешеходов при наезде, необходимо расширять и нормативную базу, вводить регламенты, которые бы позволили оценить эффективность функционирования системы обеспечения внешней пассивной безопасности автомобиля, направленную на снижение степени травмирования пешеходов.

Основные термины (генерируются автоматически): транспортное средство, автомобиль, форма передней части, пешеход, наезд, передняя часть, результирующая сила автомобиля, капот автомобиля, момент удара, центр масс пешехода.

‒ уменьшение высоты центра масс транспортного средства (за счет уменьшения дорожного просвета); ‒ увеличение колеи

Основные термины (генерируются автоматически): транспортное средство, ARP, центр тяжести, автомобиль, сжатый воздух, поперечный уклон…

Основными видами происшествий в текущем году являются столкновения, наезды на пешеходов и опрокидывания ТС (Транспортное средство).

Запретить возить несовершенно летних детей на переднем сидении.

Она проявляется в период времени, соответствующий начальной фазе ДТП (условия движения автомобиля и пешехода перед возникновением

Некоторые составные части внешней среды опосредовано оказывают влияние на дорожную среду (пыльные бури, снежные заносы), а…

В темное время суток фиксируется много дорожно-транспортных происшествий, среди которых основные — это наезды транспортных средств на

В данных местах наблюдательность его падает, он может не обратить внимания на приближающийся автомобиль.

• Немалая часть из них приходится на аварии с участием пассажирского транспорта.
• 4) несоблюдение дистанции между движущимися автомобилями
• 3) Наиболее часто регистрируются наезды на пешеходов и мелкие столкновения с 1–2 пострадавшими.

Разметка является составной частью схемы организации движения транспортных средств и пешеходов, поэтому при проектировании разметки необходимо соблюдать ее соответствие устанавливаемым на дороге знакам…

Рулевое управление является одной из важнейших систем автомобиля, обеспечивающих его активную безопасность.

В соединении отсутствуют демпфирующие элементы и при значительном импульсе удара составные части рулевого механизма (втулки, элементы…

– автомобиль (автомобили), их расположение на проезжей части дороги — для последующего восстановления движения

Важное значение при расследовании ДТП, связанного с наездом на препятствие или на стоящее транспортное средство, к примеру, автомобиль…

Также, часть конфликтов происходит на перегонах дорог при перестроениях автомобилей в рядах маневрировании и при переходе проезжей части пешеходами вне перекрестков. Рис. 1. Конфликтные точки.

Кузов автомобиля и его безопасность

Первоначальной целью конструкторов является проектирование такого авто­мобиля, чтобы его внешняя форма спо­собствовала минимизации последствий основных видов ДТП (столкновения, на­езды, и повреждение самого транспорт­ного средства).

Наиболее тяжелым ранениям подверга­ются пешеходы, которые наталкиваются на переднюю часть автомобиля. Послед­ствия столкновения с участием легко­вого автомобиля могут быть уменьшены лишь конструктивными мерами, включают, например, следующие:

• убираемые фары
• спрятанные заподлицо стеклоочисти­тели
• заделанные заподлицо с панелями сточные желоба
• утопленные дверные ручки

Определяющими факторами обеспече­ния безопасности пассажиров являются:

• деформационные характеристики кузо­ва автомобиля
• длина пассажирского отсека, объем пространства для выживания во время и после возникновения столкновения
• удерживающие системы
• зоны возможного столкновения
• система рулевого управления
• извлечение пользователей
• противопожарная защита

Для защиты от ударов на легковых автомобилях имеются три различные области, которые в случае аварии должны принимать удар на себя. Верхней, средней и нижней поверхностями, принимающими удар на себя, являются, соответственно, крыша, боковая часть и днище автомобиля.

Целью всех мер по защите от удара является минимизация деформации кузова, и следовательно, минимизация риска травматизма пассажиров при ударе. Это достигается за счет того, что возникающие при ударе силы целенаправленно действуют на конкретный компонент структуры кузова.

Таким образом, снижается коэффициент деформации деталей, на которые приходится удар, т.к. возникающие при этом силы распределяются по большей площади.

Рис. Распределение сил при ударе:
а – боковой удар; б – лобовой удар

Наибольшие проблемы разработчикам систем пассивной безопасности доставляет боковой удар. Запас зоны деформации при боковом столкновении, в отличие от передней или задней части автомобиля, составляет незначительную величину всего 100…200 мм.

Разработчики фирмы «Фореция» разработали механизм предотвращения последствий бокового удара. Механизм начинает работать за 0,2 с до столкновения по ко­де специальных сенсоров.

По команде контроллера уже через 60 мс удлиняется изготовленный из сплава с памятью (Shape Memory Alloy) стержень 2, установленный под сиденьями поперек кузова автомобиля, выдвигая стальной штырь почти до самой двери.

Одновременно срабатывает механизм внутри двери, поворачивая в рабочее положение упор 3. Теперь при боко­вом ударе дверь не сможет вмяться внутрь кузова. Указанный механизм позволяет умень­шить деформацию двери внутрь кузова на 70 мм.

Работа механизма обра­тима, ведь в нем нет одноразовых пиропатронов. Если аварии не случилось, штанга укоротится до исходной длины, а пружина подтя­нет штырь обратно.

Рис. Механизм предотвращения последствий бокового удара:
1 – штырь; 2 – стержень; 3 – поворотный упор; 4 – возвратная пружина; а) – исходное состояние механизма; б) – рабочее состояние механизма

В процессе разработки кузова наряду с безопасностью пассажиров все большее внимание уделяется безопасности пешеходов. Снижение риска травматизма пешеходов или велосипедистов достигается путем применения соответствующих конструктивных технологий а именно:

• достаточное расстояние до жестких частей двигателя в подкапотном пространстве
• оптимизация шарниров и внутренней поверхности капота
• снижение вероятности травмирования ног пешеходов с применением деформирующих элементов, поперечин, рамок радиаторов и др..

Рис. Элементы кузова для защиты пешеходов:
1 – деформирующийся элемент; 2 – поперечина для защиты пешеходов; 3 – рамка радиатора

Многие производители применяют системы направленных на снижение нагрузок, действующих на пешехода при контакте с автомобилем. Последствия травам при наезде на пешеходов обеспечивают «мягкий» бампер и «подпрыгивающий» капот.

Такая система предусматривает датчик касания пешехода проложенный внутри пластикового бампера (поз. 1). При наезде характер деформации датчика используется для выявления наезда на человека, чтобы избежать ложного срабатывания системы (поз. 2).

Анализируя сигнал, блок управления дает команду на срабатывание двух пиропатронов, которые установлены по краям капота (поз. 3, 4).

Срабатывая, пиропатроны поднимают заднюю кромку капота на 65 мм, увеличивая его прогиб и смягчая удар головы пешехода (поз. 5).

Рис. Безопасный «подпрыгивающий» капот

Безопасность автомобильных кузовов

Безопасность автомобильных кузовов складывается из безопасности его отдельных деталей. В настоящее время разрабатываются не только электронные системы безопасности, но и внедряются различные конструктивные изменения в кузов автомобиля. Любой современный автомобильный кузов состоит из различных узлов и деталей, обеспечивающих комфорт и безопасность автомобиля. Безопасность автомобильного кузова реализуется совместной работой двух систем: активной и пассивной безопасности автомобиля.

Активная безопасность автомобиля

Цель активной безопасности — предотвраще­ние ДТП. Безопасность управления автомо­билем — результат гармоничной конструкции подвески, рулевого управления, тормозов и выбора оптимальных динамических характе­ристик автомобиля.

Условная безопасность вытекает из ми­нимизации физиологических напряжений, которым подвергаются пользователи автомобиля (колебания, шум, климатические условия). Это важный фактор для снижения вероятности неадекватных действий за ру­лем.

Колебания в пределах диапазона ча­стот 1-25 Гц (преодоление неровностей, неустойчивость движения и т.п.), наво­димые колесами, воздействуют на поль­зователей автомобиля непосредственно через кузов, сиденье и рулевое колесо. Эффект этих вибраций более или менее резко выражен, в зависимости от их направ­ления, амплитуды и длительности.

Шум, создаваемый в виде акустических по­мех внутри и вокруг автомобиля, может исхо­дить из внутренних (двигатель, трансмиссия, карданные валы, оси) или внешних (шины на дороге, шум ветра) источников и передается по воздуху или через конструкцию. Уровень звукового давления измеряется в дБ(А).

Меры по уменьшению шума, с одной сто­роны, связаны с разработкой бесшумно работающих компонентов, а с другой — с использованием изолирующих или звукопогло­щающих материалов.

Основными климатическими факторами являются температура воздуха, влажность воздуха, скорость воздушного потока и давление воздуха.

Безопасность движения, связанная с факторами восприятия

Меры, которые повышают уровень безопас­ности движения, связанные с факторами восприятия, в основном, сосредоточены на следующих компонентах:

• Освещение;
• Звуковая сигнализация;
• Прямая и косвенная видимость (обзор во­дителя: угол бинокулярного затемнения (т.е. для обоих глаз водителя), вызываемого передними стойками, не должен пре­вышать 6 градусов).

Безопасность эксплуатации кузова

Низкий уровень стресса у водителя и, таким образом, более высокая степень безопас­ности управления автомобилем требуют обеспечения оптимальных конструктивных особенностей для обстановки вокруг води­теля с точки зрения удобного пользования средствами управления автомобилем.

Пассивная безопасность автомобиля

Цель пассивной безопасности — смягчить последствия ДТП (Рис. «Безопасность дорожного движения» ).

Внешняя безопасность автомобиля

Термин охватывает все меры, относящиеся к автомобилю, которые предназначены для ми­нимизации тяжести ранения пешеходов, вело­сипедистов и мотоциклистов во время наезда на них в результате ДТП. Определяющими факторами являются поведение автомобиля при деформации и внешняя форма кузова.

Первоначальной целью конструкторов яв­ляется проектирование такого автомобиля, чтобы его внешняя форма способствовала минимизации последствий основных видов ДТП (столкновения, наезды и повреждение самого транспортного средства).

Самые серьезные травмы пешеходы полу­чают при ударе о переднюю часть автомобиля или о дорогу, кроме того, точные последствия ДТП сильно зависят от размера кузова.

Послед­ствия столкновения с участием двухколесного транспортного средства и легкового автомо­биля могут быть уменьшены лишь конструк­тивными мерами, которые, применительно к легковому автомобилю, включают, например, следующие особенности дизайна, которые можно реализовать в легковом автомобиле:

• Убираемые фары;
• Утопленные очистители ветрового стекла;
• Заделанные заподлицо с панелями сточ­ные желобы;
• Утопленные дверные ручки;
• Деформируемая передняя часть автомо­биля, в том числе капот.

См. также ECE-R26, RREG 74/483, 2003/102/ ЕС, 2004/90/ЕС.

Безопасность интерьера автомобиля

Понятие «внутренняя безопасность» охваты­вает меры, цель которых — минимизация уско­рения и сил, воздействующих на пассажиров при ДТП, обеспечение достаточного запаса вы­живаемости и сохранение работоспособности компонентов, имеющих важнейшее значение для извлечения пассажиров из автомобиля после ДТП. Определяющими факторами обеспечения безопасности пассажиров являются:

• Деформационное поведение кузова;
• Длина пассажирского салона, объем про­странства для выживания вовремя и после возникновения столкновения;
• Удерживающие системы;
• Область воздействия в салоне (FMVSS 201);
• Система рулевого управления;
• Извлечение пассажиров из салона;
• Противопожарная защита.

Законы, регулирующие внутреннюю безопас­ность (лобовые и боковые удары):

• Защита пассажиров в случае ДТП, в част­ности с помощью удерживающих систем пассивной безопасности (FMVSS 208, дополненная версия, FMVSS 214, ЕЭК R94, ЕСЕ R95, критерии ранения);
• Установка ветрового стекла (FMVSS 212);
• Проникновение ветрового стекла в салон автомобиля (FMVSS 219);
• Крышки отделений для вещей (FMVSS 201)
• Предотвращение утечек топлива (FMVSS 301).

Деформационное поведение кузова автомобиля

При испытании на лобовое столкновение автомобиль, движущийся со скоростью 48,3 км/ч, наезжает на неподвижный предмет, перпендикулярный или наклоненный под углом до 30° по отношению к продольной оси автомобиля. На рис.

«Риск для пешеходов при столкновении с легковым автомобилем» показано распределе­ние типов столкновений для ДТП, приводя­щих к травмам пешеходов.

Источник: GIDAS, German In-Depth Accident Study (исследова­тельский проект BASt и FAT).

Так как практически 50% всех лобовых столкновений в основном затрагивают лишь половину передней части автомобиля, то во всем мире выполняется смещенный лобовой удар с покрытием от 30 до 50% ширины ав­томобиля.

Выдержка из ECE-R94: «Барьер должен иметь такую конфигурацию, чтобы автомо­биль сначала коснулся его той стороной, с которой находится водитель.

Если испытание можно провести с автомобилем либо с пра­вым, либо с левым рулем, то его нужно про­вести с самым неблагоприятным типом руле­вого управления, установленным техническим органом, ответственным за испытания» (Рис.

«Ускорение, скорость и длина деформации пассажирского салона при наезде на припятствие на скорости 50 км/ч» ).

Во время лобового столкновения кинетиче­ская энергия рассеивается во время дефор­мации бампера, передней части автомобиля, а при тяжелых столкновениях — передней части пассажирского салона (перегородка моторного отсека). Оси, колеса и двигатель ограничивают длину деформации.

Однако для минимизации ускорения салона тре­буется адекватная длина деформации и смещения узлов привода. В зависимости от конструкции, размера и массы автомобиля, лобовое столкновение с неподвижным пре­пятствием при скорости 50 км/ч приводит к величине деформации передней части авто­мобиля приблизительно в 0,4-0,7 м.

Повреж­дение салона должно быть минимизировано. Это касается, в основном:

• Зоны перегородки между салоном и мо­торным отсеком (смещение системы ру­левого управления, приборной панели, педалей, сжатие перегородки в зоне ног);
• Днища кузова (снижение уровня или изме­нение наклона сидений);
• Боковой части (возможность открывания дверей после ДТП).

Измерение величин ускорений и анализ высокоскоростной видеосъемки позволяют точно определять деформационные харак­теристики. Для имитации водителя и пасса­жиров используются манекены различных размеров, позволяющие измерять ускорение головы, шеи, грудной клетки и бедер.

Боковое столкновение

Боковое столкновение, как следующий наиболее часто встречающийся вид ДТП, вызывает высокую степень тяжести последствий для водителей и пассажиров, что связано с ограниченной демпфирующей спо­собностью и высокой степенью деформиро­вания интерьера автомобиля.

На риск получения ранения в значительной степени оказывают влияние конструктивная прочность боковых элементов кузова, несу­щая способность поперечных элементов пола и сидений, а также конструкция внутренних дверных панелей (FMVSS 214 и 301, ЕЭК R95, европейская программа IMCAP и US — S1NCAP). Дополнительные подушки безопасности в дверях или сиденьях и потолке имеют зна­чительный потенциал уменьшения риска травмирования.

Удар сзади

В испытаниях с ударом сзади деформация салона должна быть незначительной. Должна сохраняться возможность открывания две­рей, край крышки багажника не должен про­никать через заднее стекло в салон; должна сохраняться целостность топливного бака (FMVSS 301).

Потолочные структуры исследуются с по­мощью испытаний на опрокидывание и квазистатических испытаний крыши при ударе (FMVSS 216).

Кроме того, некоторые изготовители под­вергают свои автомобили испытаниям на падение с опрокидыванием, чтобы проверить прочность крыши (пространство выживания) в экстремальных условиях (автомобиль па­дает с высоты 0,5 м на левый передний угол крыши).

Общая безопасность автомобиля

Безопасность автомобильных кузовов, складывающаяся из активной и пассивной безопасности, все больше стирает границы между ними, так как в обоих типах без­опасности используют системы датчиков. Вот почему разрабатывается все больше систем, которые лучше подготавливают пассажиров к потенциальному ДТП, например, Pre-Safe).

В следующей статье я расскажу об электрических двигателях в автомобиле.

7. Безопасная конструкция автомобиля

7.1. Сведения о видах безопасности автомобиля

Активная
безопасность автомобиля
— свойство автомобиля предотвращать
ДТП или снижать его вероятность.

Активная
безопасность проявляется в период,
соответствующий начальной фазе ДТП,
когда водитель в состоянии изменить
характер движения автомобиля.

К ней
относят тормозные, скоростные качества
автомобиля, надежность элементов
конструкции, управляемость, информативность,
габаритные размеры. Кроме того, показатели
микроклимата, шум, вибрация в кабине.

Пассивная
безопасность
— свойство автомобиля уменьшать
последствия ДТП.

Пассивная безопасность
проявляется в период, когда водитель,
невзирая на принятые меры безопасности,
не может изменить характер движения
автомобиля и предотвратить ДТП
(кульминационная фаза ДТП).

Различают
внутреннюю пассивную безопасность,
которая снижает травматизм пассажиров
и водителя и обеспечивает, целостность
грузов перевозимых автомобилем, и
внешнюю пассивную безопасность, которая
уменьшает возможность нанесения
повреждений другим участникам движения.

Внутреннюю
пассивную безопасность обеспечивают
элементы, которые предусматривают
снижение инерционных перегрузок в
процессе удара, ограничение перемещения
людей в салоне, отсутствие травмоопасных
деталей, закрепления багажа и инструмента.К
ней относят форму кузова, наличие
бамперов, ремней безопасности,
пневматических подушек, подголовников,
травмоопасных рулевых колонок, стекла,
и все элементы салона.

Рис.
5.2. Некоторые элементы безопасности
автомобиля

Рис.
5.3. Элементы пассивной безопасности
автомобиля

Послеаварийная
безопасность автомобиля — свойство
автомобиля уменьшать последствия ДТП
после остановки (конечная фаза ДТП). Это
свойство характеризуется возможностью
быстро ликвидировать последствия
события и предотвращать возникновение
новых аварийных ситуаций.

Экологическая
безопасность автомобиля — свойство
автомобиля уменьшить вред, нанесенный
участникам движения и окружающей среде
в процессе нормальной эксплуатации.
Таким образом, экологическая безопасность
проявляется во время повседневной
работы автомобиля, коренным образом
отличается от перечисленных выше трех
видов безопасности, которые оказываются
лишь при дорожно-транспортном случае.

Описанные
виды безопасности рассматриваются
изолированно один от другого лишь для
простоты их изучения. В действительности,
все они тесно связаны между собой, влияют
друг на друга, и не всегда между ними
можно провести четкую границу.

Да,
надежная тормозная система, позволяет
остановить автомобиль на коротком
расстоянии, повышает вероятность
предотвращения ДТП, улучшая активную
безопасность автомобиля. Кроме того,
чем эффективнее тормозная система, тем
быстрее остановится автомобиль и тем
меньшее расстояние он пройдет.

Следовательно, если даже не удается
предотвратить наезд или столкновение,
то вероятность ДТП все-таки будет
меньшей, то есть повысится пассивная
безопасность. Замки автомобильных
дверей должны выдерживать большие
перегрузки, не открываясь, чтобы
предотвратить выпадение пассажиров
при ДТП (пассивная безопасность).

Вместе
с тем они не должны заклиниваться или
препятствовать эвакуации потерпевших
из автомобиля (послеаварийная
безопасность).

Для
обеспечения безопасности транспортного
средства важными являются и общие
параметры автомобиля, то есть исходные
характеристики технического состояния
агрегатов.

При
формировании элементов конструкции,
которые создают активную безопасность
автомобиля с учетом его габаритов и
массы, обеспечивается достаточная
динамическая скорость благодаря запасу
мощности двигателя. При торможении,
транспортное средство должно обеспечивать
необходимую устойчивость, особенно на
скользкой дороге, и правильное
распределение тормозных усилий.

Большое
значение для создания активной
безопасности имеет информативность
автомобиля, под которой понимают свойство
его обеспечивать необходимой информацией
водителя и других участников движения.

Водитель в зависимости от конструкции
автомобиля получает информацию об
окружающей обстановке, характере его
движения, режиме работы агрегатов и
систем.

Другие участники движения
благодаря информативности автомобиля
могут определять его тип, скорость и
направление движения, прогнозировать
расположение его на дороге, и расстояние
к другим транспортным средствам.

Основной
причиной разрушения автомобилей и
травмирования людей при ДТП являются
ударные нагрузки. Эти нагрузки имеют
импульсный характер и, хотя действие
их кратковременно, достигают больших
величин из-за резкого изменения скорости
автомобиля. При встречных столкновениях
и наезде автомобиля на препятствие
среднее замедление центра масс автомобиля
может достигать 40…60g.

Для
снижения инерционных нагрузок в
конструкцию легковых автомобилей вводят
элементы, которые способствуют увеличению
длительности деформации деталей.

Чтобы
создать защитную зону вокруг водителя
и пассажиров, устраивают твердый каркас
в комбинации с легкосминающимися при
ударах передней и задней частями кузова.
При встречных столкновениях рулевой
механизм смещается назад, приближая
руль к водителю.

В то же время тело
водителя под действием инерционных сил
резко перемещается вперед. В результате
удара о рулевое колесо водитель может
получить тяжелые травмы груди, брюшной
полости, а иногда и сердца.

Для
защиты водителя рулевое колесо делают
большого размера с мягкой деформируемой
оболочкой. Спицы и каркас обода при
больших нагрузках, сминаются, смягчая
удар.

Конструкции
безопасных рулевых управлений достаточно
разнообразны. Чтобы, например, уменьшить
возможность перемещения и снизить
усилие, воспринимаемые рулевым колесом,
применяют рулевые валы с карданными
шарнирами, которые отклоняются при
ударах наверх или в сторону, или, имеющие
безопасную муфту, которая разрушается
при ударах.

К
числу наиболее эффективных систем
индивидуальной защиты водителей и
пассажиров при всех видах ДТП следует
отнести ремни безопасности. Применение
ремней безопасности, как показывает
практика, в 90 % серьезных ДТП спасает
жизнь человека, который находится в
автомобиле, и потому их применение
является обязательным.

На отечественных
легковых автомобилях устанавливается
трехстоечный комбинированный
диагонально-поясной ремень статичного
или инерционного типа. Особенное значение
имеет величина натяжения ремня
безопасности, которая в ремнях статичного
типа регулируется индивидуально для
каждого человека.

При нормальной длине
ремня между ремнем и туловищем человека
должна проходить ладонь. В этом случае
обеспечивается необходимое удерживание
человека при ДТП.

Для обеспечения
автоматического регулирования ремня
инерционного типа применяют инерционные
катушки, которые втягивают ремень с
заданным усилием и фиксируются при
кренах, резком ускорении и торможении.
Блокирование катушки происходит при
ускорении 0,5g.

Способность
элементов конструкции воспринимать
значительные растягивающие усилия и
обеспечивать поглощение достаточно
большого количества кинетической
энергии удара является однократной.

Поэтому, например, ремни после ДТП
подлежат обязательной замене, потому
что при нагрузках, которые превышают
предельные, в ремне происходят необратимые
изменения, которые резко снижают его
прочность и энергопоглощающие свойства.

При
попутных столкновениях часто страдают
пассажиры на переднем сидении автомобиля.
От резкого удара в автомобиль позади
водителя под действием силы инерции
отбрасывается резко назад и это может
привести к повреждению шейных позвонков.

Для защиты пассажиров на спинку сидения
устанавливают подголовники с мягкой
обивкой. пройдет Подголовники должны
выдерживать нагрузку до 90 Н. При этом
задняя точка водителя не должна смещаться
назад на расстояние более 10 см.

Под
воздействием замедления не менее 8g подголовник должен ограничивать
отклонение водителя назад относительно
линии торса на угол не более 45°.

По
действующим Правилам жизни водителя и
пассажиров должна быть сохранена при
наезде автомобиля на неподвижное
препятствие со скоростью 50,7 км/ч; в
случае удара сзади по автомобилю
предметом массой, равной массе автомобиля,
который двигается со скоростью 36,5 км/ч,
при боковом ударе ( под углом 90°) со
скоростью 36,5 км/ч, во время переворачивания
автомобиля (удар по крыше) со скоростью
10,8 км/ч.

Элементы кузова, повышающие безопасность

Элементы кузова, повышающие безопасность

Наиболее вероятная скорость автомобилей при соударениях составляет 80 км/ч при лобовых и задних ударах и 64 км/ч при боковых ударах. Эти цифры являются исходными для расчета прочности кузовов и разработки конструктивных мер, обеспечивающих безопасность легковых автомобилей.

Повышение безопасности автомобилей включает в себя меры «активной» безопасности, которые способствуют предотвращению возникновения аварий, и меры «пассивной» безопасности, которые закладываются в конструкцию автомобиля для обеспечения безопасности водителя и пассажиров, если аварию предотвратить не удастся.

Меры «активной» безопасности автомобиля предусматривают разработку конструкций деталей и узлов, обеспечивающих эффективность торможения и надежность работы тормозного привода, противоблокировочных систем, позволяющих автомобилю двигаться в заданном направлении при торможении, а также меры по увеличению обзора дороги и окружающей обстановки с места водителя. Сюда относят установку двухрежимного стеклоочистителя, отопителя, вентилятора, которые не допускают обледенения и запотевания стекол.

Меры «пассивной» безопасности предусматривают предотвращение или уменьшение травматизма водителя и пассажиров при аварии.

Результат достигается обеспечением защитной зоны вокруг каждого пассажира, ограничением возможности перемещения водителя и пассажиров относительно сиденья, уменьшением уровня травматизма от ударов о внутренние поверхности салона, обеспечением возможности выхода водителя и пассажиров из потерпевшего аварию автомобиля.

Обеспечение защитных свойств кузова заключается в разработке и внедрении таких конструктивных решений, которые позволяют образовать вокруг водителя и пассажиров защитную зону.

Жесткий салон в сочетании с энергопоглощающими передней и задней частями кузова позволяет снизить ускорения людей в момент соударения и в наилучшей степени обеспечивает защитную зону вокруг пассажиров. Кузова такой конструкции строят по принципу прогрессивной энергоемкости, т. е. с заданной степенью усиления одних деталей при максимально допустимом смятии других в целях поглощения энергии удара.

Очень большие нагрузки при ударах в разных направлениях (продольном, поперечном и вертикальном) действуют на двери, петли дверей и дверные замки.

Двери защищают салон от проникновения внутрь посторонних предметов при аварии и не должны открываться во время соударения, чтобы пассажиры не могли выпасть из кузова.

Дверные замки оборудуются надежной системой блокировки, предотвращающей случайное их отпирание под действием инерционных нагрузок или при ударе в момент аварии, так как и сами двери не исключаются из общего контура жесткости салона кузова.

Для защиты водителя и пассажиров при боковых столкновениях в двери кузова встроены защитные брусья коробчатого сечения. Брус размещен внутри двери между опускным стеклом и наружной панелью. Кроме защиты салона от проникновения ударяющего автомобиля, брусья как бы сдвигают ударенный автомобиль в сторону.

Бамперы в современных легковых автомобилях обладают защитными свойствами в сочетании с декоративными особенностями, созданными дизайнерами. Сегодня устанавливают бамперы широкого профиля с наиболее закругленными формами. Их защитные свойства высоки, бамперы предохраняют автомобиль от повреждений при легких столкновениях и должны соответствовать международным нормам безопасности.

Системы, ограничивающие перемещение водителя и пассажиров внутри кузова, включают в себя сиденья и ремни безопасности.

Уровень травматизма при авариях снижается наиболее эффективно, если в конструкции автомобиля предусмотрено надежное крепление пассажира к сиденью, которое, в свою очередь, не должно отрываться от пола кузова под действием аварийных перегрузок. Сиденья закрепляют так, чтобы они выдерживали требования безопасности по продольным нагрузкам, действующим в обоих направлениях, а также по крутящему моменту.

Ремни безопасности имеют простое замковое устройство, обеспечивающее надежное крепление, а при необходимости позволяющее быстро отстегнуться. В рабочем положении ремни обеспечивают достаточную свободу перемещений водителя и не мешают управлению автомобилем.

Расчеты и практика показывают, что ремни безопасности надежно защищают пассажиров при фронтальном соударении со скоростью до 80 км/ч.

Следующий элемент – руль. Безопасность руля заключается в исключении случаев тяжелого травмирования водителей при фронтальных столкновениях автомобилей.

В соответствии с требованиями во время испытания автомобиля на столкновение с железобетонным барьером массой не менее 70 т при скорости 48,3 км/ч верхняя часть рулевой колонки и рулевого вала не должны перемещаться в заднем направлении горизонтально и параллельно продольной оси транспортного средства более чем на 12,7 см.

Если рулевая колонка сталкивается с моделью туловища, которая ударяется об эту колонку с относительной скоростью не менее 24,1 км/ч, то сила, с которой рулевая колонка воздействует на переднюю часть модели туловища, не должна превышать 11,35 кН (1135 кгс).

Ветровые стекла автомобилей должны соответствовать требованиям правил ЕЭУ ООН. Например, стекла автомобилей ВАЗ трехслойные, они состоят из двух профилированных полированных стекол с прослойкой из липкого прозрачного пластика.

Основное преимущество слоистого ветрового стекла заключается в том, что трещины при ударе распространяются из центра удара, осколки удерживаются на пластмассовой прослойке, стекло сохраняет свою прозрачность, форму и не выпадает из проема кузова.

Заднее и боковые стекла изготовляют из закаленного стекла, они проходят специальную термообработку, обеспечивающую повышенную прочность. При разрушении эти стекла распадаются на множество мелких осколков без острых углов и граней, способных вызвать глубокие ранения.

Подголовники должны исключить тяжелые травмы, выражающиеся в повреждении шейных позвонков и позвонков верхних отделов грудной клетки. Такие травмы наносятся при ударе движущегося автомобиля в заднюю часть стоящего автомобиля.

При таком виде дорожно-транспортного происшествия подголовники по прочности должны соответствовать международным правилам ЕЭК ООН, а их конструкция исключать возможность травмирования заднего пассажира при фронтальном столкновении автомобилей.

Важное значение имеет интерьер кузова. Он включает в себя внутреннюю отделку салона, которая должна отвечать современным эстетическим и эргономическим требованиям.

Панель приборов изготовляют без выступающих деталей и острых кромок, с удобным размещением контрольно-измерительных приборов и органов управления. Энергоемкость панели обеспечивается не только мягкой обивкой, но и введением в конструкцию каркаса стальных тонколистовых панелей, способных при ударе поглощать энергию за счет их частичной деформации.

Подлокотники, двери и противосолнечные козырьки облицовывают мягкими материалами. Ручки дверей, стеклоподъемников, кнопки переключателей и блокировки замков дверей размещают и изготовляют так, чтобы в случае удара пассажир не мог получить травмы.

Источник http://razborauto43.ru/dvigatel/bezopasnaya-konstruktsiya-kuzova-osnovnye-elementy-vliyayushhie-na-bezopasnost.html