«В. А. МОЛОДЦОВ БЕЗОПАСНОСТЬ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ Допущено УМО вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по ...»

Неотремонтированные механические повреждения шин (порезы, проколы, разрывы, отслоения протектора) могут привести к опасным последствиям. Потеря жёсткости шины при разрушении каркаса, повреждения боковины, эксплуатации на пониженном давлении воздуха, приводит к резкому росту угла между направлением движения и плоскостью, проходящей через ось катящегося колеса. На повороте это может привести к боковому уводу всего автомобиля. В случае уменьшения давления в шине одного из управляемых колёс увеличивается её сопротивление качению и уменьшается поперечная жёсткость, что вызывает отклонение автомобиля в сторону шины с уменьшенным давлением. При резком возникновении излишней поворачиваемости автомобиля, двигающегося с критической скоростью, достаточно небольшого изменения поперечной силы, чтобы нарушилась прямолинейность движения и возросла вероятность ДТП.

Предельные значения остаточной высоты протектора и допустимые отклонения давления в шинах нормируются по требованиям безопасности отдельно по категориям транспортного средства. Согласно ГОСТ Р 51709–2001 высота рисунка протектора шин должна быть не менее:

– для легковых автомобилей и прицепов к ним – 1,6 мм;

– грузовых автомобилей и прицепов (полуприцепов) – 1,0 мм;

– автобусов – 2,0 мм;

– для прицепов и полуприцепов – та же, что и для тягачей, с которыми они работают.

Его проверяют путём измерения остаточной высоты рисунка протектора шин с помощью специальных шаблонов или линейки.

Высоту рисунка при равномерном износе протектора шин измеряют на участке, ограниченном прямоугольником, ширина которого не более половины ширины беговой дорожки протектора, а длина равна 1/6 длины окружности шины (соответствует длине дуги, хорда которой равна радиусу шины), расположенной посередине беговой дорожки протектора, а при неравномерном износе – на нескольких участках с разным износом, суммарная площадь которых имеет такую же величину.

Высоту рисунка измеряют в местах наибольшего износа протектора, но не на участках расположения индикаторов износа, полумостиков и ступенек у основания рисунка протектора.

Предельный износ шин, имеющих индикаторы износа, фиксируют при равномерном износе рисунка протектора по появлению одного индикатора, а при неравномерном износе – по появлению двух индикаторов в каждом из двух сечений колеса.

Высоту рисунка протектора шин, имеющих сплошное ребро по центру беговой дорожки, измеряют по краям этого ребра.

Высоту рисунка протектора шин повышенной проходимости измеряют между грунтозацепами по центру юга в местах, наименее удалённых от центра беговой дорожки, но не по уступам у основания грунтозацепов и не по полумостикам. Шина не пригодна к эксплуатации при:

– наличии участка беговой дорожки приведённых выше размеров, высота рисунка протектора по всей длине которого меньше указанной нормативной;

– появлении одного индикатора износа (выступа по дну канавки беговой дорожки, высота которого соответствует минимально допустимой высоте рисунка протектора шин) при равномерном износе или двух индикаторов в каждом из двух сечений при неравномерном износе беговой дорожки.

Сдвоенные колёса должны быть установлены так, чтобы вентильные отверстия в дисках были совмещены для обеспечения возможности измерения давления воздуха и подкачивания шин. Не допускается замена золотников заглушками, пробками и другими приспособлениями.

Шины разного конструктивного исполнения и различного рисунка протектора, а также восстановленные неодинаково ведут себя при манёвре. При установке шин, местные повреждения которых устранены наложением манжет, или высота протектора частично восстановлена круговой проточкой, возникают значительные знакопеременные нагрузки из-за дисбаланса. Однако детали колеса также изготовлены с определёнными допусками и поэтому в общем случае колесо несимметрично и неуравновешено [1].

Суммарная неуравновешенность колеса складывается из неуравновешенности шины (55 – 75%), металлических элементов колеса (20 – 25%) и ступицы с тормозным барабаном (10 – 30%).

В целом различают статическую, моментную, динамическую и комбинированную неуравновешенность (дисбаланс).

В случае статически неуравновешенного колеса оно уравновешивается одной массой, расположенной в продольной центральной плоскости колеса.

В процессе качения неуравновешенная масса mн создаёт дополнительную центробежную силу Рцк, которая растёт пропорционально квадрату угловой скорости вращения колеса вокруг силовой оси:

Рцк = mн2rн, где rн – расстояние оси вращения колеса до неуравновешенной массы.

При вращении колеса непрерывно меняется положение неуравновешенной массы и направление действия центробежной силы. Зависимости вертикальной и горизонтальной составляющей центробежной силы времени имеют синусоидальный характер: Рцкx = Рцкz = Рцк sint.

Вертикальная составляющая влияет на перераспределение вертикальных нагрузок. Горизонтальная составляющая стремится в центральной плоскости колеса, перпендикулярной оси шкворня, повернуть колесо сначала в одном, потом в другом направлении на плече lср, создавая на управляемом колесе момент дисбаланса: Мxl = Рцк sint lср.

Наиболее неблагоприятный случай, когда моменты дисбалансов на левом и правом управляемых колёсах смещены по фазе на угол 180°.

При моментном дисбалансе ось вращения колеса и его главная центральная ось инерции пересекаются в центре масс колеса. Такой вид дисбаланса обусловлен неравномерностью распределения массы по ширине колеса. В этом случае неуравновешенная масса приводится к двум массам. При вращении колеса в местах расположения возникают центробежные силы. Эти силы, действуя в противоположных направлениях, создают пару сил, момент которой равен: Мн = Рцкz а = = Рцкxа, где а – расстояние между плоскостями дополнительных центробежных сил.

Наиболее общий случай – случай динамического дисбаланса, при котором ось вращения колеса и его главная центральная ось инерции пересекаются не в центре масс или перекрещиваются (т.е. это случай одновременного проявления статической и моментной неуравновешенности).

Автомобиль в зависимости от величин торцевого и радиального биения колёс может иметь разные показатели устойчивости и поворачиваемости. Периодические колебания неуравновешенных центробежных сил колёс с большой амплитудой с разных сторон от оси вращения приводят к потере управляемости.

В соответствии с ГОСТ 19534–74 биение шин не должно превышать:

– для радиальных шин с посадочным диаметром 13 и 14 дюймов – радиальное 1,0 мм, торцевое 1,5 мм;

– радиальных шин с посадочным диаметром 15 дюймов – радиальное 1,5 мм, торцевое 2,0 мм;

– диагональных шин – радиальное 2,0 мм, торцевое 3,0 мм.

Предельный дисбаланс колеса в сборе у автомобилей категории M1 не должен превышать 0,3 Н·м (после балансировки 0,05 Н·м), а у грузовых автомобилей – 1,15 Н·м (после балансировки 0,2...0,3 Н·м).

Кроме требований к дисбалансу в Правилах приведены указания по комплектации ТС новыми и восстановленными шинами, порядок применения шин с шипами и цепями противоскольжения.

Одним из важных требований безопасности к колёсам является прочность дисков и надёжность их крепления на ступицах. В практике расследований ДТП известны примеры потери устойчивости автомобиля при отсоединении от оси колеса и колёсного узла, включающего колесо, ступицу и тормозной барабан. Обрыв составных частей колесного узла обычно происходит вследствие ускоренного разрушения резьбового соединения осевыми силами из-за повышенного люфта, возникающего при нарушении затяжки крепёжных деталей (самоотворачивание, срыв резьбы, отсутствие требуемого количества элементов крепления). Недопустимым по требованиям безопасности является:

– отсутствие хотя бы одного болта или гайки крепления дисков и ободьев колёс, а также ослабление их затяжки;

– наличие трещин на дисках и ободьях колёс, следов их устранения сваркой;

– видимые нарушения формы и размеров крепёжных отверстий в дисках колёс.

2.12. ИНФОРМАТИВНОСТЬ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Информативность – это понятие рассматривается как свойство транспортного средства обеспечивать участников движения необходимой информацией.

Водитель в процессе движения получает информацию от управляемого им транспортного средства (внутренняя информативность) и одновременно от транспортных средств, находящихся в его поле зрения (внешняя информативность).

Водитель должен постоянно воспринимать большой объём информации о характере и режиме движения всех его участников, о состоянии и параметрах дороги, о состоянии окружающей среды и наличии средств регулирования, о состоянии узлов и агрегатов автомобиля.

Водитель в процессе восприятия огромного потока информации должен не только обнаружить её, но и переработать, провести анализ, принять соответствующее решение и на основании принятого решения произвести действия. Весь процесс от восприятия до совершения действия требует определённых затрат времени, которого зачастую может не хватить, если учесть быстроту изменения дорожно-транспортной ситуации. В этом случае водитель может совершить неправильные действия в результате следующих причин:

– недостатка (дефицит) времени на весь процесс восприятия информации (например, объект обнаружен, однако ДТП предотвратить не удалось, так как не реализованы остальные этапы: переработка информации, анализ и т.д.);

– ошибки в интерпретации исходной информации (псевдоинформация). Например, красный сигнал указателя поворота автомобиля принят за сигнал торможения;

– ошибки в проведении ситуационного анализа при правильной интерпретации (например, водитель при приближении к перекрёстку решил, что горящий жёлтый сигнал светофора изменится на зелёный, однако включился красный);

– неверно принятого решения (например, вместо манёвра, единственно необходимого в данной дорожно-транспортной ситуации, водитель принимает решение экстренно тормозить);

– ошибочного действия (например, принято правильное решение провести экстренное торможение, однако водитель ошибочно нажимает на педаль управления подачей топлива, увеличивая тем самым скорость движения автомобиля).

Следовательно, необходимо отметить, что безопасность движения во многом зависит от количества и качества воспринимаемой водителем информации.

Информативность – свойство автомобиля, обеспечивающее динамическое функционирование системы «водитель–автомобиль–дорога– среда» (ВАДС), приведённой на рис. 2.52.

Информативность является одним из эксплуатационных свойств автомобиля, определяющих его безопасность.

Информативность может быть визуальной, звуковой и тактильной.

2.12.1. Внешняя визуальная информативность Внешняя визуальная информативность транспортного средства включает:

– пассивную информативность, определяемую как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию без затрат энергии. К ним относятся: форма, размеры, цвет кузова и световозвращающие (катафотирующие) устройства, устанавливаемые на транспортное средство;

– активную информативность, определяемую как потенциальные свойства транспортного средства передавать информацию с определёнными энергетическими затратами. К ним относятся системы освещения, световая и звуковая сигнализации.

Цветографические свойства транспортных средств должны обладать:

– сигнальностыо – эффективным зрительным выделением из потока;

– опознаваемостью – обозначением при помощи цвета, маркировки и графики назначения;

– психофизиологической комфортностью – отсутствием нарушений психофизиологических характеристик наблюдателя при длительном воздействии цвета на его зрение.

Одним из требований, предъявляемых к транспортному средству, является обеспечение необходимого контраста между его цветом и цветом окружающей среды. Так, например, зелёный автомобиль в весенний и летний периоды, серый и коричневый в осенний период, белый в зимний период может не только не создавать необходимого контраста, но полностью слиться с цветом окружающей среды. Автомобили, окрашенные в яркие светлые тона, по данным статистики, реже попадают в ДТП, чем такие же автомобили, имеющие маскировочную окраску – чёрную, серую, коричневую, зелёную, синюю. Поэтому с позиций сигнальности предпочтительнее окрашивать транспортные средства в яркие цвета – оранжевый, жёлтый, красный, белый. Однако в процессе длительного воздействия на зрение цвета вызывают физиологические процессы, утомляющие водителя. В этой связи целесообразно окраску автомобиля осуществлять по принципу выделения предупредительного цвета в соответствующей цветовой гармонии. Например, выбрать в качестве одного из предупредительных цветов красный, оранжевый или жёлтый и нанести полосы этого цвета на переднюю, заднюю и боковые поверхности кузова. Можно предложить семь цветовых групп с набором оттенков: жёлтая, фиолетовая, чёрная, зелёная, синяя, белая, средне-серая.

Световозвращатели – это устройства, отражающие падающий на них световой поток в направлении источника света. Световозвращатели согласно международным и отечественным стандартам предназначены для обозначения габаритов транспортного средства в тёмное время суток в результате отражения света, излучаемого источником, находящимся вне этого транспортного средства.

Основную часть внешней визуальной информации в любое время суток водитель получает за счёт работы внешних световых приборов транспортного средства, количество, расположение и назначение которых для категорий М, N, О и L устанавливается в более чем двух десятках международных и национальных стандартах. Внешние световые приборы конструктивно разделяются по назначению [1].

Внешние световые приборы воспроизводят значительный набор сигналов для идентификации транспортного средства и возможных дорожных ситуаций. С целью гарантированного различия разных информационных сообщений используется система кодирования, обеспечивающая водителю правильную оценку и прогнозирование развития дорожно-транспортной ситуации. Кодирующими элементами световых приборов являются: количество одновременно работающих световых приборов транспортного средства; расстояние между одновременно работающими световыми приборами; цвет излучаемого света;

интенсивность излучения в пределах одного цвета; форма светоизлучающей поверхности; режим работы светового прибора.

Требования к размещению устройств освещения и сигнализации на транспортное средство установлены ГОСТ Р 41.48–2004 (Правила № 48 ЕЭК ООН). На рисунках 2.53 и 2.54 показано размещение обязательного комплекта световых приборов, световозвращателей и опознавательных огней.

Рис. 2.53. Размещение обязательного комплекта световых приборов БС – фары ближнего света; ДС – фары дальнего света; ПФ – противотуманные фары; 1 – световозвращатели; 2 – указатели поворота; 3 – габаритные огни;

4 – сигналы торможения; 5 – фонарь освещения номерного знака Рис. 2.54. Размещение и углы видимости световозвращателей 2.12.2. Осветительные и светосигнальные приборы Принцип действия всех световых приборов основан на преобразовании электрической энергии источника питания в световой пучок требуемой структуры и спектра [1].

Основным узлом светового прибора, в котором происходит это преобразование, является оптический элемент, который состоит из отражателя, рассеивателя и лампы. Отражатель формирует направление потока света от лампы, рассеиватель за счёт специальных призм и линз на поверхности перераспределяет энергию пучка в соответствующих направлениях. Это возможно, когда лампа находится в предусмотренном конструкцией положении.

Поэтому по требованиям безопасности, с целью исключить при замене лампы изменение структуры и энергетических характеристик светового пучка фары, размеры и расположение нитей лампы нормируются национальными и международными стандартами. Для обеспечения неизменного положения лампы относительно отражателя и рассеивателя взаимозаменяемые лампы имеют одну форму и обозначение цоколей.

Структура светового пучка фары – организованная совокупность направлений излучения света, интенсивность которого вдоль одних направлений задана требованием обеспечения гарантированной заметности конкретного препятствия, а вдоль других – ограничена требованием гарантированного исключения ослепления встречного водителя на определённом расстоянии от фары.

Структура светового пучка светосигнального прибора – организованная совокупность направлений излучения света, интенсивность которого вдоль одних направлений задана требованием гарантированной заметности огня в пределах пространства разрешённого расположения наблюдателя и одновременно ограничена требованием гарантированного исключения его ослепления на минимально разрешённой безопасной дистанции.

Из приведённых определений следует, что основным принципиальным отличием осветительного и светосигнального приборов является восприятие излучаемого света наблюдателем.

При работе осветительного прибора (фары) световой пучок воспринимается глазом участника движения опосредованно (после отражения от дороги или от объектов дорожной обстановки). При работе светосигнального прибора (фонаря) наблюдатель воспринимает световой поток непосредственно. Это деление условно и обусловлено местом нахождения участника движения. Например, фары можно считать как осветительным, так и светосигнальным прибором, потому что водитель и пассажиры автомобиля, на котором они установлены, воспринимают их свет опосредованно, а встречные водители и пешеходы – непосредственно.

Для обеспечения видимости дороги на автомобильной технике применяются фары дальнего и ближнего света, противотуманные, фары-прожекторы и маскировочные фары. Они различаются по принципу светораспределения и конструктивным особенностям.

В фарах дальнего и ближнего света наибольшее распространение получили американская и европейская системы асимметричного светораспределения.

Фары дальнего света в американской и европейской системах не имеют принципиальных различий. Видимость обеспечивается сравнительно узким световым пучком, направленным вдоль дороги по направлению движения автомобиля. С этой целью спираль лампы, обычно дугообразной формы, располагается в фокусе глубокого отражателя с углом охвата 2 > 180°, и выходящий пучок почти параллельных лучей света несколько преобразуется рассеивателем.

Так как фары дальнего света освещают дорогу под очень малым углом, то угол рассеяния в вертикальной плоскости преломляющей системой почти не увеличивается и составляет около 5°. Линзы и призмы рассеивателя отклоняют часть отражённых лучей так, чтобы максимальная сила света сосредоточивалась в верхней зоне светового пучка, а нижняя его часть развёртывалась в горизонтальной плоскости примерно до 18 – 20°. При таком распределении света в соответствии с законом квадратов расстояний создаётся весьма равномерная освещённость поверхности дороги на большом расстоянии перед автомобилем, а также достаточная освещённость обочин и дорожных знаков.

Светораспределение фар при дальнем свете согласно Правилам № 1 ЕЭК ООН и ГОСТ Р 41.1–99 оценивается по освещённости в контрольных точках измерительных экранов.

Фары ближнего света используются для освещения дороги впереди автомобиля при разъездах с целью минимального ослепления водителей встречного транспорта. Эта задача в европейской и американской системах светораспределения решается принципиально различными методами.

В фарах европейского типа отражательная оптическая система расфокусирована в продольном направлении – спираль лампы цилиндрической формы расположена вдоль оптической оси и смещена относительно фокуса вперёд. Кроме того, спираль ближнего света снизу закрывается непосредственно в лампе корытообразным экраном, преграждающим путь лучам на нижнюю половину отражателя. Левый край экрана скошен вниз под углом 15° и открывает сектор нижней половины отражателя, от которого часть светового потока лампы отражается в направлении правой стороны дороги несколько вверх.

Рассеиватель своей верхней половиной упорядочивает светораспределение. Нижняя – меньшая часть рассеивателя при ближнем свете не используется, а участвует в формировании светового пучка только при включении спирали дальнего света.

Благодаря указанным особенностям оптической системы при ближнем свете фары световой пучок имеет сверху чёткую светотеневую границу, левая часть которой располагается горизонтально и чуть ниже линии горизонта, а правая – поднимается вверх под углом 15° (рис. 2.55, а). Следовательно, при таком распределении свет на глаза водителей встречного транспорта не попадает.

Рис. 2.55. Измерительный экран ближнего света:

а – европейской системы светораспределения;

Для уменьшения ослепления почти во всех фарах перед лампой закрепляется экран, перекрывающий выход неотражённого света от спиралей.

Светораспределение оценивается по освещённости в контрольных точках и зонах измерительного экрана с изображением перспективы дороги (рис. 2.55, а). Согласно Правилам № 1 ЕЭК ООН и ГОСТ Р 41.1–99 фара устанавливается на расстоянии 25 м от экрана так, чтобы левая часть светотеневой границы проходила ниже линии горизонта h–h на 250 мм.

Зона IV – это участок дороги перед автомобилем на расстоянии 25...50 м с освещённостью в любой точке не менее 2 лк. Точки 50R и 75R лежат на правой обочине дороги на расстоянии 50 м и 75 м от автомобиля. Освещённость в точке 50R должна быть не менее 12 лк, а в точке 75R – не менее 8 лк. В зоне III освещённость очень малая – не более 0,7 лк, а в точке B50L, которая соответствует положению глаз водителя встречного автомобиля на удалении 50 м, освещённость должна быть не более 0,3 лк. Фактические показатели выпускаемых фар лучше, и в большинстве случаев превышают нормы ЕЭК.

Таким образом, большая сила света в направлении правой стороны дороги обеспечивает достаточную освещённость объектов на ней, и в то же время очень малая освещённость в зоне III, где могут находиться глаза встречных водителей, способствует уменьшению ослепления.

В оптических элементах с американской системой светораспределения применена поперечная расфокусировка – спираль ближнего света, имеющая цилиндрическую форму, расположенная поперёк оптической оси и смещённая относительно фокуса вверх и влево по ходу движения автомобиля. В данном случае лучи, отражённые вершинной частью отражателя, отклоняются вниз и вправо, а лучи от крайней кольцевой зоны – вверх и влево. Рассеиватель должен значительно изменить структуру светового пучка и сильно отклонить краевые лучи, направив их вниз и вправо, что усложняет его конструкцию и повышает требования к точности изготовления. Благодаря расфокусировке и действию рассеивателя формируется асимметричный световой пучок:

наибольшая сила света направляется на правую сторону дороги и обочину, а сила света, вызывающая ослепление, по возможности ослабляется. Сила света от центра пучка к его краям убывает постепенно без резких переходов, что также способствует уменьшению ослепления водителей встречных автомобилей. Чтобы снизить ослепление неотражённым светом, исходящим от спирали, внутри лампы перед спиралью устанавливается экран. Поскольку при ближнем свете работает вся поверхность рассеивателя, то при совмещении в одной фаре дальнего и ближнего света невозможно достичь одинаково высоких показателей светораспределения.

Светораспределение при ближнем свете оценивается по силе света в направлении контрольных точек измерительного экрана в соответствии со стандартом SAE, а у фар, выпускаемых в России, – согласно ГОСТ Р 41.1–99 по освещённости в контрольных точках экрана, установленного на расстоянии 10 м от фары (рис. 2.55, б).

При сравнении рассмотренных систем светораспределения путём наложения контрольных точек на перспективное изображение дороги можно заметить следующее:

– сила света в направлении движения по правой стороне дороги у американской системы больше и намного превышает нормы Правил № 1 ЕЭК ООН, что обеспечивает хорошую видимость;

– сила света выше линии горизонта у американской системы достигает 500...1500 кд, а сила света вблизи точки B50L – около 800 кд, т.е. в 3–4 раза больше, чем в европейской системе, что способствует ослеплению.

Опыт эксплуатации показывает, что ослепление, вызываемое обеими системами светораспределения, примерно одинаково при условии, что на встречных машинах установлены фары одной системы.

Если же один автомобиль имеет фары с американской системой светораспределения, а встречный – с европейской, то водитель последнего будет подвержен ослеплению. Учитывая, что условия видимости при встречном разъезде с европейской системой несколько лучше, а также то, что эта система имеет резервы для совершенствования, она постепенно внедряется на всех отечественных автомобилях. Конструктивно фары дальнего и ближнего света обычно объединяются в одном оптическом элементе диаметром 170 мм с двухспиральной лампой.

Трудности в удовлетворении различных требований к дальнему и ближнему свету в одном элементе явились причиной применения четырёхфарной системы с оптическими элементами диаметром 136 мм.

Применяются также прямоугольные фары, основным преимуществом которых является несколько большая сила света благодаря увеличенному горизонтальному размеру светового отверстия.

Противотуманные фары принципиально отличаются от основных головных фар характером светораспределения и методами его получения.

Выше было показано, что основным требованием к противотуманному свету является наличие чёткой светотеневой границы в верхней части светового пучка и исключение выхода лучей неотражённого света в направлениях выше этой границы. Резкий переход от света к темноте на границе светового пучка достигается при помощи мелкого длиннофокусного отражателя с малым углом охвата ( < 90°), в фокусе которого помещается спираль лампы. При этом ввиду малого коэффициента использования отражательной системы применяется более мощная лампа – 50...55 Вт.

Для перекрытия лучей неотражённого света, исходящего от спирали в верхнюю полусферу, перед лампой устанавливается экран.

Большой угол рассеяния фары в горизонтальной плоскости образуется с помощью рассеивателя, который имеет вертикальные цилиндрические линзы, развёртывающие узкий световой пучок только по горизонтали.

Светораспределение оценивается согласно Правилам № 19 ЕЭК ООН по освещённости в контрольных зонах измерительного экрана, устанавливаемого на расстоянии 25 м от фары.

Галогенная лампа – это лампа накаливания с вольфрамовой спиралью и миниатюрной кварцевой колбой, наполненной смесью нейтральных газов с добавлением паров галогенов – йода и брома.

При работе лампы испаряющийся вольфрам с парами галогенов образует неустойчивые при высокой температуре соединения, например, иодид вольфрама, которые вновь распадаются на галоген и вольфрам около спирали. Таким образом, вольфрам возвращается на спираль, а не оседает в виде тёмного налёта на стенках колбы и не снижает световой поток, в связи с чем срок службы лампы повышается.

Для осуществления галогенного цикла внутри лампы должна поддерживаться определённая высокая температура. На стенках колбы она достигает 500 – 600° С, поэтому колба изготавливается из кварца.

Повышенное давление, возникающее при высокой температуре, снижает скорость испарения вольфрама, что также способствует продлению срока службы лампы. Ввиду снижения скорости испарения и восстановления материала спирали, температура последней за счёт большего тока может быть повышена и, следовательно, увеличена сила света. При равных мощностях сила света галогенной лампы в 2 раза выше и срок службы у неё в 1,5 раза дольше, чем у обычной лампы накаливания.

Односпиральные галогенные лампы типов Н1, Н2 и Н3, официально утверждённые Правилами № 8 ЕЭК ООН, первоначально нашли применение в прожекторах противотуманных фар, так как большая сила света позволяет компенсировать весьма плохое использование светового потока источника в оптических системах с малым углом охвата.

В противотуманных фарах ввиду небольших размеров колбы применяются плоские отражатели с различными фокусными расстояниями отдельных зон активной поверхности, в результате чего значительно уменьшилась глубина фар и занимаемый ими объём.

В основных фарах галогенные лампы используются главным образом при четырёхфарной европейской системе освещения, поскольку спирали можно поместить в фокусах отражателей, а светораспределение выполнить с помощью рассеивателей. При этом в фарах ближнего света лампы спереди и сзади закрываются экраном. В двухфарной системе применяется двухспиральная лампа типа Н4 с обычным европейским расположением спиралей, которая стандартизирована Правилами № 20 ЕЭК ООН. Фары с лампой Н4 создают в 1,5–2 раза большую освещённость дороги, превышая нормы Правил № 1 ЕЭК в 3–4 раза при соблюдении норм ослепления.

Необходимо заметить, что применение галогенных ламп в американской системе ближнего света осложняется из-за усиления слепящего действия фар.

2.12.6. Внешние светосигнальные приборы Комплект внешних светосигнальных приборов обеспечивает возможность общения с максимально возможным числом участников дорожного движения при их произвольном расположении в пределах визуального контакта на данном участке дороги [1].

Схема подключения только задних огней из обязательного комплекта внешних светосигнальных приборов – габаритных огней, сигналов торможения, правого и левого указателей поворота, фар заднего хода – позволяет получить 23 разных комбинации световых сигналов, каждую из которых можно считать информационным сообщением.

Каждую комбинацию световых сигналов на автомобиле следует воспринимать в неразрывном единстве с окружающей обстановкой.

В общем случае обмен информацией между участниками движения имеет практическую полезность, если он протекает при следующих обязательных условиях:

– информационное сообщение передано светосигнальным прибором автоматически, или водителем своевременно;

– нет помех, препятствующих прохождению светового сигнала прибора, в пределах углов видимости наблюдателя;

– техническое состояние светосигнальных приборов обеспечивает заметность сигнала и надёжное узнавание кодирующих признаков (цвета и интенсивности излучения, формы сигнала и режима его работы) на расстоянии, позволяющем полностью исключить вероятность ДТП.

Среди всех светосигнальных приборов наибольшее количество режимной информации передают габаритные огни. Различают передние, задние и верхние габаритные огни. Сюда же относятся фонари увеличения габарита (фонарь, встроенный в дверь). Кроме основной информации о размерах ТС, при наблюдении габаритных огней можно получить дополнительную информацию. Так, количество габаритных огней, наблюдаемых на одном ТС, указывает на его тип: два огня – это автомобиль, четыре – автобус, один – мотоцикл. Уменьшение наблюдаемого расстояния между огнями при одновременном изменении яркости огней позволяет сделать вывод, что дорога имеет закругление.

Правильное определение дистанции позволяет своевременно применить торможение для предотвращения ДТП. Главная цель использования сигналов торможения на автомобиле – информировать двигающихся сзади водителей об изменении своей скорости. На современных автомобилях процесс торможения полностью синхронизирован с работой сигналов торможения. Нажатие на тормозную педаль вызывает подключение ламп фонарей сигналов торможения к источнику питания. Лампа выходит на режим через 0,2 с после включения (для скорости 60 км/ч это около 3 м). Эффективность такого информационного сообщения имеет место в случае, когда расстояние между движущимися автомобилями больше безопасной дистанции и сила света сигнала торможения такова, что на зрачке участника движения создаётся освещённость выше значения практического порога чувствительности днём.

Для возможности оповещения участников дорожного движения о предполагаемом манёвре каждый автомобиль должен быть оснащён специальными световыми приборами – указателями поворота (водитель согласно п. 8.1 ПДД обязан включать эти фонари заблаговременно). В силу повышенной опасности манёвра «изменение направления движения» для его обозначения используется в качестве кодирующего элемента проблесковый режим работы светосигнального прибора.

2.12.7. Развитие конструкции и повышение эффективности Конструкция внешних световых приборов постоянно совершенствуется.

Однако при создании новых образцов приборов перед разработчиками стоят две противоположные задачи: максимально осветить дорогу и не допустить ослепления встречных водителей.

Наиболее известный разработчик и изготовитель оптики европейская компания Hella. Компания первой в 1962 г. предложила для автомобильной индустрии галогенную лампу, а в 1983 г. представила концептуальную разработку трёхосной фары с отражателем эллипсоидной формы DE. У эллипсоидного отражателя два фокуса. Лучи из первого фокуса собираются во втором, откуда направляются в собирающую линзу. Эти фары предназначались для противотуманного и ближнего света (во втором фокусе размещался экран, создающий асимметричную светотеневую границу). Светоотдача эллипсоидной оптики превосходит широко распространённую оптику с параболическим отражателем на 30%.

Развитие компьютерного моделирования позволило создать отражатели из отдельных сегментов (многофокусные отражатели), каждый из которых освещает «свой» участок дороги. Рассеиватель используется только для защитных функций и изготавливают его из поликарбоната.

Многофокусные отражатели устанавливаются на европейские автомобили с 1993 г., в том числе и отечественные легковые автомобили.

Создание газоразрядных «ксеноновых» ламп позволило снизить до 7% расходы энергии на нагрев рабочего тела лампы и повысить светоотдачу до 3200 лм. В ксеноновых лампах светится газовая электрическая дуга, которая зажигается импульсом 25 кВ с частотой 400 Гц, после чего блок управления снижает напряжение до 85 В. Газоразрядные лампы потребляют 35 Вт электроэнергии (галогенные 55 Вт) и имеют больший срок службы.

Для выполнения одной газоразрядной фарой функций ближнего и дальнего света используется подвижный, отсекающий часть лучей экран, расположенный во втором фокусе эллипсоидного отражателя, или обеспечивается взаимное перемещение отражателя и источника света, изменяющее фокусное расстояние и светораспределение.

Перспективными являются разработки компании Hella по применению в световых приборах светодиодов. Светодиоды срабатывают на 0,2 с быстрее традиционных лампочек, потребляют электроэнергии в 2 раза меньше и имеют неограниченный срок службы. Светодиоды из-за малой светоотдачи сегодня используются для функции «дневной свет» и в задних фонарях. Устройство газоразрядной конструкции лампы применяется как габариты и стоп-сигналы. Разработчики планируют создать диоды со светоотдачей не менее 70 лм/Вт (у газоразрядной лампы 90 лм/Вт). Одно из перспективных направлений в развитии автомобильного освещения – волоконная оптика. Для концепткара Volvo SCC компания Hella предложила заменить внешние световые приборы лампами, свет к которым подводится световодами. Лампы снабжаются рассеивателями – линзами Фринеля, управляющими направлением светового потока. В задних фонарях световоды обеспечили выполнение каждой функции одним светодиодом.

Представляют интерес результаты компании Hella в разработке «адаптивного света» – на высоких скоростях движения транспортных средств биксеноновый прожектор поворачивается в направлении поворота с учётом угла поворота руля и угловой скорости автомобиля на 15° наружу и на 7° внутрь, а при медленных поворотах и при маневрировании фары – статический, с углом охвата до 90°.

Продолжаются экспериментальные исследования повышения эффективности восприятия сигнальных фонарей участниками движения для обеспечения безопасности движения. Сигнальные фонари с разными функциями исполняются в различных формах, с разной яркостью монохромного света. Они повышают надёжность в обеспечении безопасности движения.

Для повышения информативности современных систем внешних световых приборов исследуются возможности объединения фар ближнего и дальнего света с системой ночного видения, совершенствуются конструкции сигнальных фонарей в отношении восприятия их водителями в различных дорожно-метеорологических условиях.

2.12.8. Внутренняя информативность транспортного средства Внутренняя информативность транспортного средства – это потенциальные свойства приборов, сигнализаторов и органов управления, обеспечивающие водителя необходимой информацией о состоянии систем, агрегатов, процессов, протекающих в них, о режиме движения управляемого транспортного средства. На восприятие информации, отображённой приборами и сигнализаторами, водитель выделяет ограниченное время в тех ситуациях, которые позволяют, по его оценке, переключить внимание. В это ограниченное время водитель должен получить необходимую информацию от нескольких сигнальных приборов, имеющих различные информативные характеристики (размер, форма, расположение в поле зрения, свето- и цветотехнические характеристики и пр.). Для оптимизации процесса восприятия внутренней информации в основу компоновки приборной панели могут быть заложены различные принципы значимости, частоты и функциональности.

Применение двух первых принципов приводит к уменьшению времени обнаружения отклонений от нормы при изменении показаний приборов, второго и третьего – к уменьшению времени считывания показаний приборов.

Нормативное поле обзора транспортного средства Для целей безопасности введено понятие нормативного поля обзора с места водителя как условного поля передней обзорности в 180-градусном секторе, расположенного между горизонтальными плоскостями, составляющими в совокупности верхнюю и нижнюю границы поля [1]. Размеры, расположение нормативного поля обзора, непросматриваемые зоны и методы испытаний установлены ГОСТ Р 51266–99.

Обзорность – свойство транспортного средства обеспечивать водителю геометрическую видимость дорожно-транспортной ситуации.

Обзорность определяется размерами окон, шириной и расположением стоек кузова, местом размещения водителя относительно окон, размерами стеклоочистителей, конструкцией смывателей, системами обогрева и обдува стекол, расположением, числом и размерами зеркал заднего вида. В зависимости от важности получаемой в процессе движения информации, показатели обзорности условно можно разделить на основные и дополнительные. К основным можно отнести показатели обзорности автомобиля, которые характеризуют условия восприятия водителем объектов дорожной обстановки, расположенных в направлении движения автомобиля. К дополнительным, как правило, относятся те показатели обзорности, которые характеризуют условия восприятия водителем объектов, по своему расположению не совпадающих с направлением движения автомобиля и функционально несущие дополнительную информацию об окружающей обстановке и среде движения.

По требованиям безопасности не допускается наличие дополнительных предметов или покрытий, ограничивающих обзорность с места водителя (за исключением зеркал заднего вида, деталей стеклоочистителей, наружных и нанесённых или встроенных в стёкла радиоантенн, нагревательных элементов устройств размораживания и осушения ветрового стекла).

В верхней части ветрового стекла допускается крепление полосы прозрачной цветной плёнки шириной не более 140 мм, а на АТС категорий М3, N2, N3 – шириной, не превышающей минимального расстояния между верхним краем ветрового стекла и верхней границей зоны его очистки стеклоочистителем. Светопропускание стёкол, в том числе покрытых прозрачными цветными плёнками, должно соответствовать ГОСТ 5727–88.

Если на задних стёклах легковых автомобилей применяются жалюзи и шторы, то необходимым условием активной безопасности ТС является обеспечение обзорности посредством наружных зеркал заднего вида с обеих сторон.

Размеры зон обзорности ветрового стекла определяются минимальной высотой верхней его кромки, ограничивающей верхний предел обзора. Этот предел назначается из условий необходимости обеспечения видимости средств организации дорожного движения. Одновременно верхняя кромка переднего стекла не должна быть расположена слишком высоко, так как это может привести к ослеплению водителя яркими солнечными лучами и перегрузу организма от теплового излучения. Кроме того, вертикальные углы обзорности должны обеспечивать необходимую дальность видимости при движении по вертикальным кривым с малым радиусом и значительным уклоном.

Обзорность непосредственно перед автомобилем, т.е. нижний вертикальный угол обзорности, определяется длиной и высотой капота, расположением нижней кромки ветрового стекла, высотой расположения глаз водителя над дорогой.

В процессе движения водителю часто приходится оценивать дорожную обстановку позади автомобиля, особенно при смене полос и совершении обгона. Для обеспечения необходимой задней обзорности автомобиля применяются зеркала заднего вида (внутренние и наружные). Существующие рекомендации по организации обзорности при помощи зеркал построены на принципе обеспечения с места водителя обзора бинокулярным зрением участка дороги определённой протяжённости. Желание конструкторов улучшить параметры задней обзорности приводит к созданию комбинаций зеркал, применению перископических систем, распространение которых пока не вышло за рамки эксперимента.

Звуковая информативность – это свойство транспортного средства обеспечивать водителя необходимой звуковой информацией. Звуковые сигналы в сочетании со зрительными дают бльший эффект, чем каждый из них в отдельности. Преимущества звуковых сигналов не только в более высоком восприятии их человеком, но и в возможности приёма их без отвлечения от зрительной информации. Однако серьёзным недостатком слухового восприятия является его последовательный характер, что приводит к ограничению восприятия сообщений значительной продолжительности, перегрузке оперативной памяти, трудности в одновременном восприятии нескольких звуковых сигналов. Уровень шума также оказывает влияние на вероятность обнаружения звукового сигнала, что необходимо учитывать при формировании звуковой информации для водителя. В среднем уровень звука должен превышать уровень шума на 20 дБ, причём любой речевой или звуковой сигнал, используемый в звуковых индикаторах, должен быть выше абсолютного порога на 40...60 дБ.

Рабочее место водителя Обитаемость – это окружающая среда, определяющая уровни комфортабельности и эстетичности места труда и отдыха человека.

По отношению к водителю это определение также можно считать справедливым, так как для него салон (кабина) служит иногда не только в качестве рабочего места, но и местом обитания (междугородние и международные грузовые и пассажирские маршруты). Показателями обитаемости являются: микроклимат, эргономические свойства, шум и вибрация, загазованность и плавность хода.

Микроклимат характеризуется совокупностью температуры, влажности и скорости воздуха. Оптимальным температурным режимом считается 17...24 °С. Понижение или повышение температуры, особенно на длительный период, сказывается на психофизиологических характеристиках человека, приводит к замедлению реакции, снижению умственной деятельности, к физическому утомлению и, как результат, к снижению производительности и уровня безопасности.

Влажность и скорость воздуха в значительной степени влияют на терморегуляцию организма. При низкой температуре и высокой влажности повышается теплоотдача, и организм подвергается более интенсивному охлаждению.

Эргономические свойства характеризуют соответствие размеров и формы сиденья и органов управления транспортного средства антропометрическим параметрам человека. В более широком смысле речь идёт об оптимальном согласовании человеческого и машинного звеньев в системе «человек–автомобиль». Конструкция сиденья должна способствовать посадке водителя за органами управления, обеспечивающей минимум физических затрат в состоянии постоянной готовности в течение длительного времени. Это достигается определёнными соотношениями размеров подушки и спинки сиденья, возможностью их регулирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях; изменением угла наклона спинки сиденья; наличием амортизирующих устройств, свойствами материала самого сиденья.

Взаиморасположение и конструкция органов управления обеспечивают необходимые действия водителя с заданной точностью в пределах допустимого времени, а также формирование ощущения на тактильном уровне поверхности кожи при действии механических стимулов (прикосновения, давления, вибрации). При управлении транспортным средством эти стимулы формируются органами управления: рулевым колесом, педалями тормоза, сцеплением, управлением подачей топлива, рычагом коробки передач, ручками, тумблерами и пр.

Органы управления (ОУ) передают информацию водителю либо постоянно (рулевое колесо), либо эпизодически (педаль тормоза, переключатель указателей поворота). Они могут быть оценены значимостью тех задач, которые органы управления решают в процессе движения, т.е. в какой мере водитель способен продолжать безопасно управлять транспортным средством в случае отказа в работе данного органа управления.

Основным назначением органов управления является обеспечение в пределах допустимого времени необходимого действия с заданной точностью. Это назначение достигается конструкторско-технологическими мероприятиями, разработанными с учётом эргономических требований.

Панель приборов Панель приборов состоит из различных информационных индикаторов, и как средство отображения информации, в наибольшей степени определяет внутреннюю визуальную информативность автомобиля. Показания указателей контрольно-измерительных приборов и сигнализаторов приборной панели по очерёдности предоставления и по степени важности для безопасности можно разделить на информацию [1]:

– о состоянии систем автомобиля, непосредственно обеспечивающих требования безопасности (тормозная система, внешние световые приборы, шины, ремни безопасности);

– скорости, манёвре, пройденном пути;

– эксплуатационном состоянии систем и агрегатов.

Размещение панели приборов в кабине автомобиля, номенклатура указателей и сигнализаторов, а также принципы их размещения на панели приборов регламентируются техническими условиями изготовителей. Основное требование к панели приборов – сокращение времени восприятия водителем показаний приборов и сигнализаторов при условии получения информации в достаточном объёме.

На точность и скорость считывания влияют размер шкалы, расстояние до глаз, интервал между отметками. В шкальных приборах стрелки должны быть заметными, так как водитель, прежде всего, должен обнаружить стрелку, а затем прочитать цифру, на которую она указывает.

Большое значение для повышения надёжности считывания показаний приборов имеет освещение щитка приборов, которое должно удовлетворять двум требованиям:

– равная читаемость показаний приборов и индикаторов в любое время суток;

– яркость освещения шкал приборов и индикаторов, которая не должна вызывать повышения уровня световой адаптации и ослепления водителя.

Сигнализаторы К контрольным и сигнальным лампам панели приборов (сигнализаторам) предъявляются аналогичные требования, что и к освещению щитка приборов: они должны быть хорошо различимы и не ослеплять водителя.

Требования безопасности к обязательному числу сигнализаторов приборной панели транспортного средства отсутствуют. Имеются только предложения ISO к условным знакам и цветам контрольных устройств: красный, оранжевый и зелёный. Эти цвета могут быть использованы как для мигающих, так и для постоянных огней. В частности, красный цвет рекомендуется для аварийной сигнализации, контрольной лампы включения ручного тормоза, а также для сигнализации о недостаточном уровне жидкости в тормозной системе и давлении воздуха в шинах. Зелёный цвет следует применять для контрольной лампы включения указателя поворотов (мигающий), габаритных огней и кондиционирования воздуха. Оранжевый цвет рекомендуется применять для сигнализации о неисправностях в системе двигателя, для заряда аккумуляторной батареи. Голубой цвет можно использовать для контрольной лампы включения дальнего и скоростного света фар.

Для повышения надёжности внутренней информативности автомобиля также унифицируются и условные обозначения на сигнализаторах.

Требования к контрольным приборам и сигнализаторам, спидометрам, одометрам и тахографам, противоугонному устройству, обеспечивающим активную безопасность эксплуатирующихся ТС, регламентированы международными и национальными стандартами. В частности, спидометры и одометры, а также противоугонное устройство должны быть работоспособны. Тахографы должны быть работоспособны, метрологически проверены в установленном порядке и опломбированы.

В качестве обязательных для пассажирских транспортных средств установлены требования к работоспособности приборов внутреннего освещения салона автобуса и сигнализации, работы привода управления дверями (Правила № 36 и 52 ЕЭК ООН).

Современные системы вентиляции и кондиционирования позволяют транспортному средству двигаться с закрытыми стёклами. Изоляция салона практически исключает источники получения звуковой информации из внешней среды. Поэтому обзорность с места водителя создаёт объективную возможность для водителя получать внешнюю информацию для безопасного управления автомобилем.

1. Дайте определение понятию «активная безопасность автомобиля».

2. Как рулевое управление обеспечивает активную управляемость и устойчивость движения?

3. Какие технические устройства применяются для повышения эффективности торможения и надёжности тормозных систем?

4. Как влияет эластичность шин на смещение транспортного средства в поперечном направлении?

5. Каково значение информативности для динамического функционирования системы «ВАДС»?

6. Что называют нормативным полем обзора и критериями оценки обзорности автомобиля?

ПАССИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

3.1. ВНЕШНЯЯ И ВНУТРЕННЯЯ ПАССИВНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

Под пассивной безопасностью транспортного средства понимаются его свойства, снижающие тяжесть ДТП.

Пассивную безопасность автомобилей разделяют на внешнюю и внутреннюю (рис. 3.1).

Мероприятия по повышению внешней пассивной безопасности направлены на снижение тяжести травмирования пешеходов, водителей и пассажиров транспортного средства, участвовавших в ДТП, путём обеспечения такого конструктивного выполнения наружных поверхностей и элементов транспортного средства, при котором вероятность повреждений человека этими элементами была бы минимальной.

Конструктивно это выполняется в последнее время в виде так называемого «безопасного» бампера, цель которого заключается в поглощении незначительной части энергии удара. Конструкция бампера и передней части автомобиля должна иметь необходимые соотношения жёсткости и прочности, чтобы при столкновении на больших скоростях (8 – 12 км/ч) бампер защищал от повреждения элементы кузова автомобиля, а при столкновении на значительных скоростях бампер и передняя часть автомобиля деформировались бы совместно, поглощая значительную часть энергии удара и защищая таким образом водителей и пассажиров от серьёзных травм (рис. 3.2).

Внутренняя пассивная безопасность рассматривается как совокупность свойств автомобиля, обеспечивающих сохранность жизни и здоровья водителей и пассажиров при ДТП.

Рис. 3.1. Пассивная безопасность транспортных средств Рис. 3.2. Деформации и замедления автомобиля при столкновении Задача жизнеобеспечения водителя и пассажиров в салоне автомобиля состоит в создании условий, при которых человек мог бы безопасно выдержать быстрое изменение кинетической энергии. Это достигается деформацией кузова автомобиля при столкновении (см. рис. 3.2).

Перегрузки (замедление), возникающие в момент столкновения, где V – скорость с момент удара; S – деформация кузова.

Время действия перегрузок (замедление) 50 – 100 мс (рис. 3.3).

К внутренней пассивной безопасности автомобиля предъявляются два основных требования:

– создание условий, при которых человек мог бы безопасно выдержать значительные перегрузки, возникающие под действием отрицательного ускорения;

– исключение травмоопасных элементов внутри кузова (кабины).

Рис. 3.3. Зависимость замедления j от времени t столкновения Автомобиль при наезде на неподвижное препятствие обладает высокой кинетической энергией удара. Вся эта энергия должна рассеяться в доли секунды. Как правило, эта энергия превращается в работу деформации кузова автомобиля и его узлов.

Таким образом, пассивная безопасность автомобиля определяется его способностью поглощать энергию удара при столкновении. Водитель и пассажиры при столкновении после мгновенной остановки автомобиля ещё продолжают двигаться, сохраняя скорость движения, которую автомобиль имел в момент, предшествующий столкновению.

Именно в этот отрезок времени происходит бльшая часть травм в результате удара головой о ветровое стекло, грудью о рулевое колесо, коленями о нижнюю кромку щитка приборов. Это явление называют вторичным ударом.

Анализ ДТП показал, что подавляющее большинство погибших находилось на переднем сиденье, поэтому при разработке мероприятий по пассивной безопасности автомобиля внимание в первую очередь уделяется обеспечению безопасности водителя и пассажиров, находящихся на переднем сиденье.

Основные требования к пассивной безопасности автомобиля могут быть сформулированы следующим образом: деформации передней и задней частей кузова при столкновении должны обеспечивать допустимый уровень замедления; жёсткость салона должна быть такой, чтобы сохранить зону жизнеобеспечения, т.е. сохранить минимально необходимое пространство, в пределах которого исключено сдавливание тела человека, находящегося внутри кузова.

Современные автомобили разработаны с каркасами, которые позволяют обеспечить разумную безопасность против столкновений с любого направления. Однако статистика каждой развитой страны показывает, что большинство автомобильных пассажиров, которые погибли от несчастных случаев, умирает при лобовых столкновениях, и это остаётся наиболее распространённым ДТП. Около 35 лет назад первые официальные правила безопасности столкновения были написаны для лобовых столкновений. Сегодня призывают проверять защиту против боковых столкновений и удара сзади. Большинство автомобильных изготовителей также имеет собственные испытания на безопасность при переворачивании.

За эти годы общий подход состоял в том, чтобы развить каркасы, в которых объём кабины остался бы неповреждённым, окружённым самым жёстким «корпусом», в то время как нос и хвостовая часть были бы способны смяться прогрессивно при поглощении энергии столкновения.

Разрушение передней и задней частей поглощает энергию столкновения через пластическую (т.е. необратимую) деформацию металла.

Инженеры разработали более умные методы не только для поглощения энергии, но и чтобы минимизировать пиковое замедление. Один из основных методов обеспечивает разрушение членов секции коробки способом продольного складывания (гармошки). Через расположение структурных меток разрушение стоек всегда начинается в нужном месте, таким образом, максимально гарантируя, что разрушение будет точно таким, как рассчитано на стадии проектирования.

Полное разрушение, особенно в передней части, теперь рассчитано с учётом добавления внезапной дополнительной инерции и жёсткости таких деталей, как двигатель и передние колёса, при входе в контакт.

Раньше главным для проектировщиков безопасности защиты от лобового столкновения было не только то, что рулевая колонка не будет перемещаться назад, но также и то, что она, разрушившись прогрессивно, поглотит энергию удара водителя грудью о руль.

Рулевое колесо и колонка должны перемещаться и поглощать энергию удара (телескопировать), а также распределять удар по груди водителя без нанесения ему травм.

Сегодня главным гарантом безопасности должно быть обеспечение рулевым колесом хорошего места для установки подушки безопасности, содержащейся в его ступице, чтобы при раздувании поддержать водителя как запланировано.

Тест на лобовое столкновение теперь стремится более точно воспроизводить условия столкновения при несчастных случаях в ДТП.

Автомобили редко ударяются «нос в нос», они чаще смещены, сторона водителя к стороне водителя. Раньше, при фронтальном ударе автомобиля в барьер, имитировали смещение, направляя автомобиль под углом 30° к барьеру.

Теперь основной подход состоит в том, чтобы делать испытательное столкновение буквально со смещением автомобиля, ударяющегося в край барьера. Такой подход имеет неудобство в том, что поперечная ошибка смещения на сантиметр может привести к существенным различиям для заключительного результата, так что бльшая осторожность необходима в расположении испытательного автомобиля и анализа результатов. Сопротивление столкновения приводит к смятию структуры со стороны автомобиля по всей ширине барьера (рис. 3.4).

Были предложены различные степени смещения, но стандарт (Правила № 94 ЕЭК ООН), в котором 40% автомобиля ударяется в барьер, был широко принят. Барьер представляет собой разборную металлическую сотовую конструкцию, чтобы представить способность к разрушению транспортного средства, едущего навстречу. Выбор испытательной скорости остаётся вопросом дебатов. Чем выше скорость Рис. 3.4. Схема усилий, распределяющихся на каркас автомобиля при:

а – лобовом столкновении; б – боковом столкновении ше должны быть защищены пассажиры, с другой стороны, транспортное средство будет не только более тяжёлым и более громоздким, но также и более «агрессивным» при других типах столкновений, например при нанесении удара другому транспортному средству в бок или при ударе пешехода.

Стандарт Euro-NCAP (Euro-NCAP – неузаконенный стандарт, но «квазиофициален», поддержан множеством правительств и других организаций) устанавливает столкновение со скоростью 40 миль /ч (64 км/ч).

Большинство главных автомобильных изготовителей выполняет «внутренние» испытания на более высоких скоростях. Нужно помнить, что энергия столкновения увеличивается как квадрат скорости; так, при столкновении на скорости 50 миль/ч (80 км/ч), структура должна поглотить на 56% больше энергии, чем при скорости 40 миль/ч (64 км/ч).

На практике, даже на скорости столкновения Euro-NCAP автомобильные кузовы, разработанные с начала 1990 г., выдерживают испытания. Остаётся одна область реального беспокойства – область ног со стороны водителя, которая часто деформируется или прогибается и в пределах которого педали могут самостоятельно перемещаться на приличные расстояния и создавать большие усилия. Самые последние проекты усиливают эту область, в то время как уже разработаны отламывающиеся группы педалей и защитные устройства ограничения перемещения в области ног.

Другая проблема лобового столкновения, исследуемая теперь, – это «совместимость» между сталкивающимися автомобилями. Фирма Renault указала, что при всех прочих равных условиях, когда более лёгкий автомобиль сталкивается с более тяжёлым, едущим навстречу, более лёгкий автомобиль поглотит бльшую долю энергии столкновения, потому что сохранение импульса означает, что он закончит перемещение назад. Единственный способ преодолеть это состоит в том, чтобы проектировать автомобили так, чтобы «мягкость» их передней части была пропорциональна массе, другими словами, давать меньшим автомобилям более жёсткие структуры носа. Проблема здесь до недавнего времени состояла в том, что такая жёсткость вредила пассажирам маленького автомобиля, подвергаемым невыносимо высокому замедлению. Самые последние разработки в системах ограничения перемещения дают намного больший шанс защиты против ущерба в маленьком «компактном» автомобиле.

Много лет считалось, что защита от бокового столкновения никогда не будет сделана столь же эффективной, как защита против лобового столкновения, потому что автомобили не могли быть сделаны достаточно широкими, чтобы обеспечить существенное поглощение энергии столкновения без проникновения внутрь салона. В конечном счёте было осознано, что значительную защиту можно обеспечить, концентрируясь на трёх областях.

Сначала нагрузка должна быть принята, чтобы распределить усилие столкновения на многие элементы структуры, по возможности используя прочную конструкцию проёмов, центральную стойку и поперечин на уровне пола. Затем вторжение должно быть минимизировано усилением внутреннего каркаса двери и запорными элементами двери, в то время как необходимо обеспечить возможность открытия двери после лобового столкновения. Наконец, риск повреждения пассажира может быть уменьшен применением боковых подушек безопасности и заполнением внутренних полостей пеной. Совсем недавно разработанные автомобили применили эти принципы с хорошим эффектом, и несчастные случаи от бокового столкновения были уменьшены. Однако инженеры признают, что успех зависит от того, кто является ответственным за столкновение. При столкновении с транспортным средством с легко сминаемым передком возможности хороши, но в «кошмарном сценарии» поперечного скольжения и столкновения о дерево или твёрдый брус защита гораздо хуже.

Следующей мерой снижения тяжести последствий ДТП при столкновении должны быть предусмотрены индивидуальные защитные и удерживающие средства для всех пассажиров и водителя (ремни безопасности, подголовники, пневмоподушки).

3.3. ОГРАНИЧЕНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПАССАЖИРОВ

Наиболее простым и вместе с тем эффективным средством, ограничивающим перемещение людей внутри автомобиля при авариях, являются ремни безопасности. Законами многих стран предусмотрено обязательное оборудование ремнями безопасности всех мест для сидения в автомобиле.

Имеется большое количество разнообразных конструкций ремней. Наибольшее распространение получили комбинированные диагонально-поясные ремни, крепящиеся к кузову автомобиля в трёх точках. Согласно Правилам ЕЭК ООН и ГОСТам расстояние между точками крепления поясного ремня должно быть не менее 0,35 м. Верхняя точка крепления плечевого ремня должна находиться позади точки опоры водителя на сиденье и выше неё. Необходимо, чтобы точки крепления поясного ремня выдерживали усилие не менее 22,7 кН, а плечевого ремня – не менее 22,9 кН. Замки ремня должны открываться одной рукой. Минимальная поверхность кнопки замка 4,5 см2, минимальная ширина 10 мм. Ширина лямки ремня должна быть не менее 51 мм под нагрузкой 10 кН; лямка не должна скручиваться под нагрузкой. Лямки пристегнутого ремня должны проходить по осям человеческого скелета, и не передавать усилий на органы, не защищённые грудной клеткой. Кроме того, лямки не должны создавать местных высоких давлений и не должны контактировать с болезненными и легко ранимыми частями тела. Расположение ремня должно по возможности уменьшать взаимное перемещение (изгиб и поворот) отдельных частей тела, приводящее к дополнительным нагрузкам.

Ремень безопасности с тремя точками крепления остаётся первичным и наиболее эффективным средством ограничения перемещения пассажиров как в России, так и зарубежных странах. В последнее время появились новые разработки в конструкции ремней безопасности по трём направлениям: улучшение их эргономики, обеспечение дополнительных средств преднатяжения ремней в случае столкновения и ограничение нагрузки, приложенной к груди диагональным ремнём.

Развитие эргономики сконцентрировалось на создании более комфортабельных ремней и правильном расположении ремня для обеспечения максимальной защиты. Условие подстройки высоты крепления верхней точки опоры ремня относительно плеча является важной, в то время как внутренняя скоба теперь обычно крепится к сиденью, а не к туннелю кузова, гарантируя правильное положение поясного ремня безопасности и угол, независимо от размера пассажира.

Устройства преднатяжения могут быть механические или пиротехнические; в любом случае их цель заключается в том, чтобы удалить любое провисание в ремне, гарантируя владельцу более близкий контакт с сиденьем. Для получения максимальной эффективности механизм преднатяжения часто дополняется инерционными катушками, которые предотвращают провисание ремня вокруг барабана, чтобы не терять время после столкновения на выбор зазоров. Инерционные катушки также могут устанавливаться в одиночку с меньшими, но заслуживающими внимания выгодами. Некоторые системы защиты теперь имеют механизмы преднатяжения с двумя стадиями, умеренно натягивают ремень при несильном столкновении и намного более плотно, если столкновение серьёзное. Механизмы преднатяжения могут активизироваться внутренне или сигналом от «датчика столкновения», который заставляет срабатывать подушку безопасности.

Ограничители нагрузки ремня работают по принципу предоставления пассажиру некоторого дополнительного перемещения вперёд, чтобы избежать превышения нагрузки на грудь, которая может представлять угрозу серьёзного ущерба. Система работает следующим образом: вначале достигается максимум разрешённой нагрузки, после чего механическое устройство позволяет пассажиру продвигаться вперёд на некоторое расстояние при поддержании нагрузки на постоянном уровне. Фирма Renault была первым изготовителем, который представил такую систему на серийном автомобиле, с тех пор эти системы стали широко распространёнными.

В последнее время были сделаны значительные успехи в области детской автомобильной безопасности, включая крепёжные элементы для младенцев и «усилители» для старших детей (которые юридически требуются для сидения сзади в автомобиле в большинстве автомобильных стран). Большинство автомобильных изготовителей теперь развивает оборудование для детской безопасности в товариществе с уважаемыми специалистами или испытывает доступное оборудование и рекомендует диапазон одобренных изделий.

Недавно был принят стандарт ISOFIX для лёгкой и правильной установки детских защитных устройств стандартными элементами крепления, которые теперь должны быть установлены на всех автомобилях на Европейском рынке (рис. 3.5).

При попутных столкновениях часто страдают пассажиры переднего автомобиля. От резкого толчка голова под действием силы инерции откидывается назад и может произойти повреждение позвоночника. Для защиты пассажиров в этом случае на спинку сиденья устанавливают подголовники с мягкой обивкой. Подголовники должны выдерживать нагрузку до 90 Н. При этом задняя точка головы не должна смещаться назад на расстояние более 10 см. При воздействии замедления не менее 8g, подголовник должен ограничивать отклонение головы назад относительно линии торса на угол не более 45° [1].

Особое значение для автобусов имеют требования пассивной безопасности к сиденьям и спинкам сидений.

Рис. 3.5. Установка сидений ISOFIX для младенцев и детей Крепление сидений должно выдерживать нагрузку, равную 20-кратному весу сиденья и приложенную параллельно продольной оси автомобиля. Спинка сиденья должна выдерживать приложенную к верхней её поперечине нагрузку, действующую горизонтально по направлению от передней части автомобиля к задней, и эквивалентную моменту 54 кН·м.

Система перемещения и регулировки сиденья должна иметь автоматическую блокировку, выдерживающую продольную перегрузку до 20g.

Необходимо, чтобы блокировочное устройство выдерживало силу, которая приложена к центру тяжести спинки и которая в 20 раз больше веса спинки и направлена вперёд параллельно продольной оси автомобиля.

Во время испытаний замедление модели головы человека при ударе о спинку переднего сиденья не должно превышать 80 g в течение 0,003 с.

Подлокотники сидений изготовляют из энергопоглощающих материалов, которые должны прогибаться не менее чем на 5 см, не соприкасаясь с жёсткими деталями, находящимися под ними.

Согласно требованиям ГОСТ Р 51709–2001 механизмы регулировки и фиксирующие устройства сидений водителя и пассажиров должны быть работоспособны.

Разработки сидений, повышающих пассивную безопасность ТС, продолжаются. Особенно важно это для автобусов вследствие большого количества людей, одновременно подвергающихся травмированию.

В основу разработок положены условия: первое – водитель закреплён ремнями за сиденье, второе – сиденье в передней части имеет шарнир (салазки), который обеспечивает возможность поворота сиденья вперёд или назад; третье – задняя часть кресла через энергопоглощающее устройство соединена с усиленным днищем кузова автобуса. При больших замедлениях ТС сиденье с пассажиром под действием инерционных нагрузок поворачивается, кинетическая энергия гасится амортизатором.

У грузовых автомобилей и автопоездов с седельным тягачом большую опасность представляет груз, плохо закреплённый на платформе. При встречных столкновениях и наездах автомобилей на неподвижное препятствие не закреплённый должным образом груз, перемещаясь вперёд почти с той же скоростью, с какой двигался автомобиль перед ударом, ударяется о передний борт платформы, деформирует его, а затем сминает заднюю стенку кабины. Жизненное пространство внутри кабины может резко сократиться и увеличить вероятность травмирования водителя и пассажира.

Разработчики повышают пассивную безопасность грузового автомобиля, увеличивая расстояния между кабиной и платформой, устанавливая энергопоглощающие передние бамперы, уменьшающие скорость автомобиля в начале удара, а также амортизирующие устройства между передним бортом грузовой платформы и грузом. Для удержания груза в багажниках легковых автомобилей и в кузовах-фургонах применяют капроновые сетки.

3.4. УСТРАНЕНИЕ ТРАВМООПАСНОСТИ ДЕТАЛЕЙ САЛОНА

Детали автомобиля, ограничивающие жизненное пространство, должны быть без острых граней и углов, выступающие части (кнопки, выключатели, ручки) должны быть утоплены и покрыты мягкой обивкой [1].

Рычаги, переключатели и кнопки, расположенные на панели приборов в зоне возможного удара о них водителя и пассажиров к выступающей над поверхностью панели на 3,0...9,5 мм, должны иметь головку площадью не менее 200 мм2 с радиусом закругления краёв не менее 2,5 мм. Детали, выступающие над панелью более чем на 9,5 мм, должны под действием горизонтального усилия 390 Н, направленного вперёд, утапливаться (так, чтобы высота части детали, выступающей над панелью, была не более 9,5 мм), отсоединяться или обламываться.

Большое количество травм и смертельных исходов во время ДТП связано с ветровым стеклом. Стёкла должны быть упругими и амортизировать при ударе, чтобы исключить повреждения костей черепа.

При разбивании стёкол они не должны образовывать осколков с острыми углами и гранями, которые могут причинить порезы.

В настоящее время применяют стёкла двух видов: однослойные (закалённые) и трёхслойные (триплекс).

Однослойные стёкла имеют толщину около 4 мм. Разрушаясь, закаленное стекло распадается на мелкие кусочки с неострыми краями.

Закалка стекла повышает его прочность, но создаёт внутренние остаточные напряжения, вследствие чего стекло даже при небольшом повреждении покрывается сеткой трещин, становясь непрозрачным. Чем толще стекло, тем хуже видимость, что особенно опасно при движении автомобиля с большой скоростью. Для устранения этого недостатка применяют стёкла, закалённые не по всей площади, а лишь в нескольких местах. Однако при местной закалке стекла недостаточно прочными оказываются его незакалённые участки.

Наружную поверхность ветрового стекла покрывают плёнкой окислов металла или хлористых веществ. По плёнке, содержащей металлы, можно пропустить электрический ток для обогрева стекла в морозную погоду.

При ударе снаружи, например, камнем, вылетевшим из-под колеса переднего автомобиля, однослойное стекло разбивается взрывообразно, камень может попасть в салон.

Трёхслойные стекла состоят из двух слоёв стекла толщиной 2–3 мм, склеенных вместе прослойкой из прозрачного пластика, например поливинилбутирола толщиной 0,4 – 0,85 мм. При ударах трещины на этих стёклах распространяются только в радиальных направлениях, и повреждённое стекло не теряет прозрачности. Кроме того, стекло не выпадает из стоек кузова, так как его удерживает упругая прослойка. Вместе с тем, трёхслойные стёкла твёрже однослойных и меньше поглощают кинетическую энергию удара. Поэтому удары головой о трёхслойное стекло часто приводят к сотрясениям мозга и повреждениям костей черепа.

Разбиваясь, трёхслойные стекла образуют осколки с острыми режущими кромками, которые могут причинить глубокие порезы. Трёхслойные ветровые стекла на 3 – 5 кг тяжелее однослойных и соответственно дороже. Большое значение для безопасности людей имеет толщина промежуточного слоя стекла. Сотрудники Калифорнийского университета обследовали более 1000 ДТП со столкновением автомобилей. У 175 водителей и пассажиров, ударившихся о ветровое стекло с промежуточным слоем толщиной 0,38 мм, серьёзные ранения были довольно часты.

У 156 человек, получивших ранения от ударов о стекло с промежуточным слоем толщиной 0,76 мм, были лишь ссадины и неглубокие порезы.

При очень сильных ударах пострадавший может пробить стекло головой насквозь. Упругий слой удерживает острые осколки внутреннего и наружного слоёв триплекса около шеи, и при обратном движении человека осколки глубоко врезаются в неё. Вытащить голову назад невозможно, и смертельный исход почти неизбежен.

Импульс силы при ударе примерно прямо пропорционален третьей степени толщины стекла. При увеличении толщины с 5 до 6,6 мм импульс, воздействующий на черепную коробку, возрастает почти в 2,5 раза.

Целесообразно сочетать положительные свойства закалённых и трёхслойных стёкол, уменьшая толщину наружных слоёв и химически обрабатывая их для повышения поверхностной прочности. Применяют стёкла с более толстым наружным слоем. При ударе головой о такое стекло вначале нарушается его внешний слой, а тонкий внутренний слой продолжает изгибаться, поглощая энергию удара. Полимерная прослойка растягивается, также смягчая силу удара.

В Японии полимерную прослойку трёхслойных стёкол автомобилей заменяют сеткой из вольфрамовой, никелевой или медной проволоки, которая может быть использована в качестве обогревательного элемента. Армирование стекла металлом повышает его прочностные и защитные свойства, однако, несмотря на малый диаметр проволоки (20...40 мкм), сетка всё-таки заметна на стекле.

Для повышения безопасности ветровых стекол их устанавливают на упругой прокладке. Благодаря непрочному креплению стекло при наезде автомобиля на препятствие или при столкновении вылетает из оконного проёма ещё до того, как к нему приблизится голова человека.

Однако чтобы гарантировать безопасность водителя и пассажира, приходится ослаблять посадку уплотнителя, вследствие этого стекло часто вылетает из проёма при резком торможении автомобиля или при движении по неровной дороге, когда не было угрозы травмирования пассажира и водителя. Люди, не закреплённые ремнями безопасности, могут быть выброшены при столкновении автомобилей через проём, не защищённый стеклом. Кроме того, ослабленная посадка стекла облегчает проникновение злоумышленников внутрь автомобиля.

Требования безопасности к стёклам дверей значительно мягче, чем к ветровым стеклам. Эти стекла не должны давать при разрушениях осколков с острыми углами и режущими кромками.

Чтобы уменьшить травматизм при опрокидывании автомобиля, усиливают стойки кузова и крыши, вводят жёсткие дуги над головами пассажиров. Люди, оставшиеся при опрокидывании внутри автомобиля, обычно получают менее серьёзные повреждения, чем выпавшие из него. Поэтому в отраслевых стандартах и Правилах №11 ЕЭК ООН оговаривается, что конструкция замков должна обеспечивать их фиксацию в двух положениях – промежуточном и окончательном. В первом положении замки дверей и фиксаторы должны выдерживать продольную нагрузку 4,5 кН в каждом направлении, а во втором положении 11,34 кН и поперечную 9 кН. Дверной замок должен оставаться в полностью закрытом положении при действии на него в любом направлении инерционной нагрузки до 30 g.

Дверные петли любой конструкции должны выдерживать продольную нагрузку 11,34 кН и поперечную 9 кН.

3.5. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ПОДУШКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Одним из эффективных способов решения проблемы ограничения перемещений водителя и пассажиров при столкновении является применение пневматических подушек, которые наполняются газом (рис. 3.6).

Эта система не только эффективна, но и удобна, так как срабатывает автоматически при ударе и в обычном состоянии и не стесняет движений водителя и пассажиров. Подушки встроены в центральную часть рулевого колеса, в приборный щиток и заднюю часть спинок переднего сиденья и в ненаполненном состоянии вообще незаметны.

В момент удара срабатывает инерционный датчик и происходит наполнение подушки сжатым воздухом в течение 30...40 мс. Пассажир (водитель) после столкновения перемещается вперёд в сторону наполРис. 3.6. Схема действия пневмоподушек при ДТП ненной подушки, сжимая находящийся в ней газ, который выпускается через калиброванное отверстие в атмосферу.

Пневматические (надувные) подушки безопасности (рис. 3.7) теперь производятся в очень больших количествах, чтобы удовле- Рис. 3.7. Подушки безопасности творить спрос промышленности и надёжность работы: мешка непосредственно, датчика столкновения, механизма контроля (управления).

На практике несанкционированных срабатываний очень мало; больше всего они происходят из-за ложных сигналов, передаваемых датчиками, и их результаты менее серьёзны, чем сначала предполагали.

Требования к подушкам безопасности. Они должны быть большего объёма и раздуваться быстрее, чем подушки безопасности, действующие как SRS. В США это привело к серьёзным проблемам, связанным, главным образом, с маленькими пассажирами переднего пассажирского места, особенно детьми. После лобового столкновения они ударялись мешком в момент его быстрого раздувания. Концепция безопасности в том, что пассажир должен войти в контакт с airbag быстрее, чем с другой частью автомобиля. Наибольшая проблема создавалась у маленьких людей и детей, потому что расширяющаяся подушка безопасности могла ударить по голове скорее, чем по груди, вынуждая голову отклоняться назад, что приводило к травмам. Эта проблема менее вероятна с меньшими подушками безопасности Европейского стандарта, хотя большинство европейских изготовителей теперь предлагает устройства – или переключаемые водителем, или автоматические датчики, которые предотвращают накачивание подушки безопасности, если оборудованное детское место установлено напротив кожуха подушки.

Такие системы были развиты, чтобы преодолеть американскую проблему. Они зависят от двух главных технических особенностей:

подушек безопасности, способных к раздуванию больше чем одним разрядом, и датчиков, которые могут обнаружить размер и положение пассажира. Типичный двухразрядный насос для накачивания подушек безопасности использует простой механизм, который или направляет полный газовый заряд в мешок, или выпускает половину заряда наружу. Датчики могут использовать несколько данных, включая измерение положения места и веса пассажира, или прямого определения положения пассажира через установленные на крыше датчики. Информация о пассажире может быть объединена с определением серьёзности столкновения, чтобы командовать регулятором накачивания подушки безопасности: полное накачивание, частичное накачивание или вообще никакого накачивания, в зависимости от сделанных расчётов, чтобы дать пассажиру лучший шанс на выживание.

Теперь принято, что подушки безопасности обеспечивают заслуживающую внимания дополнительную защиту для головы и верхней части туловища в простом лобовом столкновении. Ясно тем не менее, что это – «одноразовые» устройства, которые не защитят в случае тяжёлого (сложного) лобового столкновения с другим транспортным средством, сопровождающимся столкновением с деревом. Статистика, собранная в США в начале 1990-х гг., показала, что в то время, когда подушки безопасности были эффективны в сокращении серьёзности ущерба, сфера действия основных повреждений была почти в 4 раза выше там, где пассажиры не пристегивались привязными ремнями.

Фирма Renault, работающая с Autoliv, основывается на точном соответствии подушки безопасности с характеристиками модернизированного ремня безопасности. Подушка безопасности контролируется управляемым клапаном, позволяющим изменять степень наполнения в момент контакта пассажира с подушкой. Эта система ремень–подушка «запрограммированного ограничения» показала уменьшение нагрузки на грудь от 900 кг, получаемых при столкновении с обычным привязным ремнём, до 400 кг. Другие европейские изготовители начали использовать тот же самый подход с незначительными различиями в технологии и конструкции.

После успеха фронтальных подушек безопасности, которые теперь являются фактически стандартными со стороны водителя во всех новых автомобилях и также часто приспосабливаемые для пассажира переднего сидения, боковые защитные подушки, охраняющие таз и грудь (и до некоторой степени голову) против бокового столкновения, теперь предлагают на увеличивающемся числе автомобилей. Эффективность боковых подушек безопасности, которые имеют намного меньший объём, чем фронтальные подушки, зависит от чрезвычайно быстрого накачивания, так как там очень мало места между ударяющим объектом и жертвой. Боковые подушки безопасности теперь соединены «занавесом», который раздувается вниз от усилителя крыши, чтобы дать лучшую защиту голове.

Также были предложены и показаны airbags в форме опытного образца для установки в задних частях передних сидений или в задних привязных ремнях для защиты задних пассажиров и раздувающиеся в пределах пространства для ног, чтобы уменьшить риск ущерба стопы и ноги.

Было бы неблагоразумно предполагать, что разработки конструкций безопасности достигли своего предела. В прошлом десятилетии эксперты систем защиты придумали ограничитель нагрузки привязного ремня, оптимизированную комбинацию ремней и подушек безопасности, «запрограммированную» подушку, боковой занавес из подушек безопасности и детскую систему ISOFIX установки сидений.

Весьма вероятно, что следующая стадия в разработке систем безопасности приведёт к расширению «зоны безопасности» вокруг автомобиля электронными средствами. Мы уже имеем датчики, которые могут обнаружить близлежащие, но невидимые объекты, помогая водителю благополучно припарковаться; нет причин, почему бы подобным датчикам вместе с интеллектуальной электронной обработкой сигнала не обнаруживать перемещающиеся объекты и решать, предРис. 3.8. Интегрированная система безопасности ставляют ли они фактическую угрозу, т.е. приведут ли они к столкновению. Возьмём случай бокового столкновения: самая большая техническая проблема здесь состоит в том, что защитная боковая подушка безопасности должна раздуться практически мгновенно, потому что имеется мало времени для принятия мер после начала столкновения.

Если бы боковой датчик мог предупреждать даже за долю секунды до столкновения, можно было бы обеспечить лучшую защиту. Инженеры спорят, что даже при лобовом столкновении раннее предупреждение может подразумевать, что ремень преднатягивается перед ударом, а система подушек безопасности может быть проинформирована о вероятной серьёзности столкновения и использовать эту информацию во время срабатывания. Раннее предупреждение заднего столкновения может позволить подголовникам автоматически перемещаться к голове для обеспечения лучшей защиты головы (рис. 3.8).

Инженеры систем защиты разработали систему «кокон» – защитное пространство вокруг автомобиля с помощью электроники, использующей датчики, смотрящие в различных направлениях. Такие системы чрезвычайно «умные» даже по современным стандартам. Ведь вы не хотели бы, чтобы сработала подушка безопасности с вашей стороны просто потому, что вы припарковались очень близко к другому автомобилю или к стене гаража. Система должна убедиться, что угроза не была серьёзной, но по расстоянию и по скорости сближения столкновение было неизбежно (вы не захотите, чтобы подушка безопасности раздулась, даже если вы просто недооценили и слегка задели стену гаража). Много проблем остаются нерешёнными, но это, вероятно, наиболее важное направление, в котором конструирование систем защиты теперь развивается.

1. Дайте понятие и назовите виды «пассивной безопасности автомобиля».

2. Назовите измерители пассивной безопасности.

3. Назовите факторы, влияющие на тяжесть травмирования при ДТП водителей и пассажиров при (без) использовании ими ремней безопасности.

4. Какому обязательному требованию безопасности должно соответствовать рулевое управление? Как это обеспечивается конструктивно?

5. Какие требования предъявляются к травмобезопасности элементов салона автомобиля?

6. Какие элементы кузова автомобиля обеспечивают внешнюю пассивную безопасность?

ПОСЛЕАВАРИЙНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

Под послеаварийной безопасностью транспортного средства понимаются его свойства, снижающие тяжесть последствия ДТП.

Наиболее тяжёлым последствием ДТП для пассажиров и водителя является возгорание автомобиля. Чаще возгорание происходит при тяжёлых ДТП, таких как столкновение автомобилей, наезды на неподвижные препятствия, а также опрокидывание автомобиля.

Несмотря на небольшую вероятность возникновения возгорания (0,3 – 1,2% по статистике), их последствия тяжелейшие. Они вызывают почти полное разрушение автомобиля, и в случае невозможности эвакуации – гибель людей. Во всех подобных ДТП топливо выливается из бака или из топливно-наливной горловины. Сопутствующими факторами при возгорании автомобиля во время ДТП является образование топливно-воздушной смеси и присутствие источника загорания.

Общие требования к пожарной безопасности автомобиля регламентированы ГОСТ Р 41.34–99 (Правила № 34 ЕЭК ООН), специальные – стандартами, содержащими специфические требования к категориям транспортных средств.

Согласно требованиям этих нормативных документов топливные системы автомобилей должны иметь такую противоударную стойкость, чтобы при встречном столкновении ТС со скоростью 13 м/с или наезде сзади со скоростью 9 м/с утечка топлива из топливной системы, или накопление каплеобразованной смеси при баке, наполненном на 90%, не превышала 28 г/мин. Такая смесь возгорается при 1,4 – 6,0% содержания топлива в воздухе.

Элементы системы питания должны надлежащим образом защищаться частями шасси или кузова от соприкосновения с возможными препятствиями на дороге. Система питания должна противостоять коррозии как снаружи, так и изнутри. В отделениях, предназначенных для пассажиров и водителя, не должно размещаться никаких приборов топливной системы. Любое избыточное давление или давление в системе, превышающее рабочее, должно автоматически снижаться с помощью выпускных вентилей, предохранительных клапанов, которые необходимо конструировать так, чтобы полностью исключить опасность возникновения пожара.

Топливный бак нужно изготавливать из огнеупорных коррозионно-стойких металлических материалов или пластмасс, и он не должен располагаться в салоне или составлять какую-либо из его перегородок.

Для отделения салона от топливного бака должна предусматриваться перегородка, которая выдерживает в течение 2 мин воздействие открытого пламени, если она помещена горизонтально в 20 см над уровнем горящего бензина. Топливный бак должен быть прочно укреплён и установлен так, чтобы обеспечивался вывод из транспортного средства на землю топлива, которое может вытечь из бака, заливной горловины и его соединений. Ни одна из частей топливного бака не должна выступать за пределы габаритной ширины кузова и находиться ближе 60 см от передней части ТС и ближе 30 см от задней.

Топливный бак и связанное с ним вспомогательное оборудование не должны накапливать статический заряд электричества. Заливная горловина не должна находиться ни в салоне, ни в багажнике, ни в моторном отсеке. Если она расположена на боковой стороне, то пробка в закрытом состоянии не должна выступать над поверхностью кузова.

Топливо, которое может пролиться при наполнении топливного бака, не должно попадать на систему выхлопа, его нужно отводить на грунт.

Электрические провода должны крепиться к корпусу или к стенкам. В местах, в которых они проходят через стенку, должна быть обеспечена защита от повреждения изоляции. Каждая электрическая цепь, питающая любой элемент оборудования, за исключением стартера, цепи зажигания, устройства остановки двигателя, зарядной цепи и аккумуляторной батареи, должны иметь плавкий предохранитель или выключатель.

В конструкции транспортного средства необходимо предусматривать аварийный выключатель для снижения опасности возникновения пожара после остановки. Он должен располагаться в легкодоступном для сидящего на своём месте водителя, быть чётко обозначенным, иметь защитную крышку и другие средства предотвращения случайного пользования.

Тенденция к снижению массы автомобилей за счёт широкого применения синтетических материалов приводит к ухудшению противопожарных качеств. Широко используемый в автомобилестроении полиуретан легко воспламеняется при столкновении автомобилей и представляет серьёзную опасность. Использование полиуретана для отделки крыльев, изготовления корпуса обогревателя, аккумуляторной батареи, кожуха, вентилятора также приводит к снижению пожарной безопасности. В зарубежной практике используют специальные добавки к полиуретану, замедляющие скорость его горения.

Для уменьшения опасности пожаров и их последствий в США разработан стандарт безопасности FVWSS302 «Горючесть материалов, используемых для внутреннего оборудования автомобилей», предусматривающий ограничение времени горения материалов.

В ряде случаев люди, не успевшие быстро покинуть горящий автомобиль, получают отравления или погибают от удушья. В связи с этим регламентируется состав газов, выделяющихся при сгорании отделки салона, и предельные нормы содержания токсических веществ, превышение концентрации которых вызывает удушье, потерю сознания и смерть находящихся в салоне людей.

Необходимым и важным условием послеаварийной безопасности является быстрая эвакуация людей из повреждённого автомобиля.

Причинами, затрудняющими эвакуацию, могут быть: изменение размеров проходов к выходам, их недоступность; недостаточный угол открытия дверей из-за ограничивающих устройств; заклинивание дверей из-за изменения геометрии проёмов, повреждений замков и деформации петель. В этих условиях важнейшим свойством транспортного средства становится соответствие пропускной способности выходов числу пассажиров.

Поэтому для обеспечения эвакуации пассажиров из автобусов в обязательном порядке предусматривают запасные выходы. В качестве запасных выходов в автобусе устраивают запасные двери, запасные окна и аварийные люки.

Требования к общей конструкции, минимальному числу и размерам запасных выходов регламентированы национальными и международными стандартами. Так, в отношении запасных дверей, окон и аварийных люков, эти требования следующие:

– запасные двери, окна и аварийные люки должны открываться изнутри и снаружи, запасное окно должно иметь легко разбиваемое безопасное стекло;

– запасные двери и окна должны навешиваться снаружи и открываться наружу, аварийный люк должен иметь возможность сниматься как изнутри, так и снаружи;

– каждый запасной выход и приборы управления им должны обозначаться соответствующими надписями снаружи и внутри ТС.

В частности, ГОСТ Р 41.36–99, являющийся идентичным текстом Правил № 36 ЕЭК ООН, устанавливает требования к минимальным размерам и числу запасных выходов для автобусов (табл. 4.1).

Аварийные люки обязательны на крыше междугородних и туристских автобусов. Ими могут оборудоваться и городские автобусы.

Минимальное число люков в автобусе определяется числом пассажиров: 1 люк при пассажировместимости не более 50 и 2 люка при бльшем числе. Аварийные люки должны устраиваться в средней части 4.1. Минимальное число запасных выходов для автобусов Число Минимальное общее Число Минимальное общее пассажиров число выходов пассажиров число выходов крыши, когда имеются два люка, расстояние между ними должно быть не менее 2 м.

Также в национальных и международных стандартах пассажирских транспортных средств установлены требования к размерам и наклону проходов, размерам свободного пространства для сидящих пассажиров, доступу к запасным дверям и окнам, к аварийному люку.

ГОСТ Р 41.11–99 (Правила № 11 ЕЭК ООН) установлены минимальные эксплуатационные требования безопасности к замкам и петлям боковых дверей.

При действии продольных нагрузок замок и фиксатор автомобильной двери должны выдерживать предельную нагрузку 11,34 кН в положении полного запирания и 4,53 кН – в положении неполного запирания. При действии поперечных нагрузок замок и фиксатор должны выдерживать предельную нагрузку 9,07 кН в положении полного запирания и 4,53 кН – в положении неполного запирания. Автомобильный дверной замок в полном комплекте (замок, защёлка, наружная дверная ручка, барабан замка с прорезью для ключа и все тяги) должен оставаться в положении полного запирания при действии на него инерционной нагрузки в любом направлении при ускорении 30 g.