Повреждения автомобиля и травмирование участников движения

Что же происходит при столкновении автомобилей? Во-первых, удар самого автомобиля о препятствие, так называемый "первичный удар", в результате чего, например, при лобовом (фронтальном) ударе деформируется передняя часть кузова. При этом под лобовым, или фронтальным, подразумевается удар, приходящийся на переднюю часть автомобиля (столконовение транспортного средства передней частью с движущимся или покоящимся объектом, причем действие ударной силы совпадает с направлением движения центра тяжести) [2]. Во время испытаний автомобиля методом наезда на малодеформируемое препятствие со скоростью 50 км/ч передняя часть кузова деформируется примерно на 60 см за 0,1 с, а кинетическая энергия автомобиля стандартных размеров массой 1800 кг ,в момент удара равна 16 800 Дж. Вся эта энергия при столкновении должна поглотиться за доли секунды.

Если тело человека не удерживается на сиденье специальной системой, например, ремнями безопасности, то оно под действием сил инерции продолжает двигаться вперед со скоростью, которую имел автомобиль в момент "первичного удара", т. е. 50 км/ч. При этом человек ударяется о детали внутреннего оборудования уже во время остановки самого автомобиля, подвергаясь крайне высоким перегрузкам. В этот момент происходит "вторичный удар" уже человека об элементы конструкции внутри автомобиля. Деформация элементов внутреннего оборудования кузова от удара о них тела человека составляет 2 - 5 см. Различие в величинах деформаций передней части кузова (60 см) в результате удара автомобиля о препятствие и деталей его внутреннего оборудования под действием тела человека (2 - 5 см) означает, что человек воспринимает значительно большие перегрузки, чем автомобиль. В результате полученного удара замедление на уровне груди достигает 30 - 40 g, т. е. почти сорокократные перегрузки, а на уровне головы 70 g. На рис. 6 показаны последовательно фазы перемещения и удары тела водителя, не закрепленного ремнями безопасности, при лобовом (фронтальном) ударе автомобиля.

Рис. 6. Фазы (0 - 5) перемещения человека, не закрепленного ремнями безопасности, внутри автомобиля при фронтальном столкновении

Доказано, что при лобовом ударе о препятствие люди, находящиеся внутри автомобиля, испытывают те же перегрузки, что и при падении с различной высоты. Например, тяжесть травм, получаемых человеком при наезде автомобиля на препятствие со скоростью 30 км/ч, соответствует падению человека с высоты 3,5 м. Тяжесть травмирования при лобовом ударе автомобиля резко возрастает с увеличением скорости его движения, при этом .возрастание скорости в 2 раза эквивалентно росту высоты падения в 4 раза (рис. 7) [24].

Причиной травматизма при ДТП является большая кинетическая энергия, накопленная массой человека при движении автомобиля. При его резком замедлении в результате лобового удара на скорости 55 км/ч эта энергия по своему значению соответствует падению с высоты 10 м и составляет 75 Дж при массе человека 75 кг. Чем меньше путь торможения, тем больше будет тормозящая сила, которая на пути 1; 0,1 и 0,01 м составит соответственно 7,5; 75 и 750 кН. Если человек будет падать с высоты 10 м на асфальт [2], то он получит серьезные травмы, которые могут вызвать даже смертельный исход; при падении на цветочную клумбу тяжесть его травм будет гораздо ниже, а в случае падения на спасательный пожарный брезент человек вообще избежит травм. Приведенный пример позволяет судить об эффективности ремня безопасности. Благодаря упругим деформациям передней части кузова тормозной путь, совершаемый человеком, который закреплен ремнями безопасности, может достигать 1 м. Причем амортизация самого ремня еще больше снижает действие тормозной силы.

Рис. 7. Схема соответствия тяжести последствий при лобовом наезде автомобиля с различной скоростью (v) на препятствие падению человека с различной высоты (Н)

Когда водитель (пассажир) надежно закреплен на сиденье ремнями безопасности, они удерживают его тело от опасных перемещений после фронтального удара и остановки автомобиля, тем самым снижая действие перегрузок до минимума.

На рис. 8 схематично показаны последовательно фазы перемещения человека в результате применения различных удерживающих систем.

Поясной ремень безопасности (см. рис. 8, а) позволяет достаточно надежно фиксировать таз человека, но при этом незакрепленная верхняя часть тела под действием сил инерции наклоняется к коленям, вызывая резкий кивок головы.

Применение диагонального ремня безопасности (см. рис. 8, б) в сочетании с амортизирующим надколенником дает несколько большую свободу перемещения нижней части тела, но исключает резкий наклон головы к коленям.

И, наконец, использование воздушной подушки (см. рис. 8, в) исключает наклон головы и верхней части туловища к ногам, однако достаточно большое перемещение нижней части тела вперед может привести к опасному ее контакту с деталями внутреннего оборудования кузова.

Рис. 8. Фазы (0 - 3) перемещения человека при фронтальном столкновении в случае применения: а - поясного ремня безопасности; б - диагонального ремня в сочетании с амортизирующим надколенником; в - надувной подушки

Как показали исследования последствий ДТП за рубежом и в нашей стране, даже при скоростях 30 - 40 км/ч возможны тяжкие и смертельные травмы у водителей и пассажиров, не использующих ремни безопасности. Результаты проведенного Всесоюзным научно-исследовательским институтом безопасности дорожного движения МВД СССР исследования пассивной безопасности легковых автомобилей позволили определить зависимость удельного числа травм на 100 ДТП (С_уд) и их тяжести у водителей и передних пассажиров от приведенной скорости (v_пр) фронтальных столкновений (рис. 9). При этом приведенная скорость столкновения двух легковых автомобилей при фронтальном прямом ударе v_np= (v₁ + v₂)/2, где v₁ и v₂ - скорости, предшествующие столкновению первого и второго автомобилей.

Рис. 9. Зависимость удельного числа травм (Суд) от приведенной скорости (vпр) при фронтальном столкновении: а - у водителя; б - у пассажира на переднем сиденье; 1 - легкие травмы; 2 - менее тяжкие; 3 - тяжкие; 4 - смертельные

С увеличением скорости при фронтальных столкновениях наблюдается возрастание и тяжести последствий ДТП. Так, у пассажиров уже при скорости 20 км/ч отмечаются менее тяжкие и тяжкие травмы, число которых резко возрастает с увеличением скорости до 80 - 90 км/ч, а при ее дальнейшем увеличении растет число смертельных травм. У водителей тяжесть травмирования несколько ниже, чем у пассажиров передних сидений. Это объясняется тем, что водители в процессе управления автомобилем следят за дорожной ситуацией, как правило, предвидят неизбежность столкновения и более готовы к восприятию нагрузок, возникающих в результате удара автомобиля о препятствие: прижимаются грудью к рулевому колесу, поворотом руля непроизвольно стараются подставить под удар более отдаленную от себя правую переднюю часть автомобиля и т. п. Кроме того, водитель в некоторой степени защищен рулевым колесом при невысоких скоростях столкновения от значительных по величине перемещений внутри кузова. Но и у водителей, начиная со скорости 90 км/ч, число смертельных травм растет довольно быстро.

Автомобильной травмой в судебно-медицинской практике называется повреждение или комплекс повреждений, причиненных человеку наружными или внутренними частями движущегося автомобиля или других механических безрельсовых транспортных средств, а также повреждения, полученные при выпадении из них. Основными источниками нанесения травм водителям являются рулевое колесо и лобовое стекло, а пассажирам передних сидений панель приборов и лобовое стекло. Ниже приведены элементы внутреннего оборудования автомобиля, при ударе о которые происходят ранения различной тяжести для водителя и пассажира (в %):

Никто сегодня не возьмется оспаривать тот факт, что все меры по обеспечению пассивной безопасности не смогут оказать надежной защиты находящимся в автомобиле людям, если не будут ограничены их перемещение и возможность соударения с деталями внутреннего оборудования автомобиля.

Известно множество конструктивных решений удерживающих систем, от самых простых до самых сложных, степень обеспечения безопасности которых часто не соответствует простоте или сложности конструкции. Наиболее оптимальными с точки зрения стоимости, простоты конструкции и организации серийного производства являются ремни безопасности. Более чем десятилетний опыт их применения в большинстве стран мира позволил уже спасти немало жизней.

Разумеется, степень защиты, обеспечиваемая привязными ремнями, имеет свои границы и зависит от целого ряда факторов (скорость движения, правильная регулировка по телу пользователя, объект удара и его направление и др.). Их. применение позволяет избежать травмы головы, переломов грудной клетки, тазобедренного сустава, кожные ранения лица и т. д., которые, даже не будучи фатальными, могут явиться причиной длительной потери трудоспособности.

Наиболее распространенными и обеспечивающими достаточно высокий уровень защиты являются диагонально-поясные ремни безопасности статического или инерционного типов с креплением в трех точках. Такие ремни безопасности разработаны, освоены отечественной промышленностью и выпускаются Производственным объединением "Норма" Министерства местной промышленности Эстонской ССР. К 1982 г. выпущено более 26 млн. штук таких ремней для всех моделей отечественных легковых автомобилей. Схема установки статических ремней безопасности в автомобиле "Жигули" показана на рис. 10.

Рассмотрим теперь, каким образом ремень безопасности позволяет обеспечить защиту человека, находящегося в автомобиле, в момент фронтального удара. На рис. 11 показана запись на кинопленку всех фаз перемещения манекена, закрепленного диагонально-поясным ремнем безопасности при испытаниях, соответствующих лобовому удару автомобиля со скоростью около 50 км/ч о неподвижное препятствие. I фаза соответствует движению автомобиля до его удара о препятствие, II - моменту соприкосновения его с объектом соударения. При этом манекен еще остается неподвижным. III фаза соответствует началу деформации передней части кузова автомобиля, а IV - концу этой деформации. Момент начала деформации сопровождается резким движением вперед всего тела человека и ударом его о диагональную и поясную ветви ремня безопасности. В этот момент выбирается первоначальный зазор, с которым ветви ремня прилегали к телу пользователя. Именно от величины этого зазора и растяжения ленты самого ремня зависит величина максимального перемещения человека внутри салона транспортного средства при лобовом ударе.

Рис. 10. Схема установки статических ремней безопасности в легковом автомобиле 'Жигули': 1, 2, 3 - места крепления

В этот же момент времени лента ремня, все детали его крепления и замыкающее устройство подвергаются максимальным нагрузкам, поглощая кинетическую энергию тела человека, накопленную при движении автомобиля до его столкновения с препятствием.

Рис. 11. Фазы (I - V) перемещения манекена, закрепленного диагонально поясным ремнем безопасности, при динамическом испытании

После удара о ремень и поглощения им части энергии человека происходит возврат тела назад (IV фаза). Кинетическая энергия, с которой тело человека прижимается к спинке сиденья, является уже незначительной и зависит от первоначальной скорости, силы удара, величины, и характера деформации автомобиля, упругих характеристик применяемой конструкции ремня безопасности, роста и массы человека. Как видно из рис. 11 (V фаза), при возврате манекена назад под действием упругих деформаций ремня его руки, ноги и голова, не удерживаемые ремнями, продолжают движение. V фаза перемещения манекена происходит в тот момент, когда уже закончилась предельная деформация кузова автомобиля.

Туловище манекена прижато к спинке сиденья, голова возвращается в исходное положение. Во время IV и V фаз руки и ноги подвержены возможности травмирования о детали внутреннего оборудования автомобиля. Однако возможность получения травм и их тяжесть значительно ниже, чем при отсутствии ремней, так как основная часть кинетической энергии уже была воспринята ремнем безопасности во время III фазы.

Как видно на киноленте (V фаза), при свободном перемещении руки и ноги человека могут ударяться о предметы и дополнительное оборудование, которое некоторые водители зачастую устанавливают и закрепляют на панели приборов и под ней, как например, выступающие внутри салона приемники, магнитофоны, ящики для мелких вещей, сувениры и т. п. Поэтому п. 27.2.46 Правил дорожного движения запрещает устанавливать на транспортном средстве предметы декоративного оборудования, ограничивающие обзорность с места водителя, которые могут явиться дополнительным источником травмирования.

Весь процесс перемещения манекена по фазам можно разбить по времени его протекания: I - II фазы - от 0,00 до 0,04 с; II - III - от 0,04 до 0,08 с; III - IV - от 0,08 до 0,16 с и IV - V - от 0,16 до 0,20 с.

При больших скоростях столкновения возвращение головы назад может быть довольно резким (V фаза). Чтобы избежать травм шейных позвонков не только при ударах сзади, но и при лобовых ударах с использованием ремней безопасности, на спинки сидений устанавливают подголовники.

При столкновениях человек может перенести довольно значительные перегрузки (50 - 100 g), действующие мгновенно, т. е. если время их действия определяется десятитысячными долями секунды, а соприкосновение тела происходит с упругими опорными поверхностями большой площади. При использовании диагонально- поясного ремня организм человека способен выдержать нагрузки без всяких последствий при замедлении автомобиля, равном 45 g, в течение 0,06 с и 80 g за время приблизительно 0,001 с.

Степень опасности перегрузки зависит от времени ее действия. За время действия 8 с перегрузка в 6 g вызывает повреждение пальцев рук водителя, 25 g - костей тазобедренного сустава, 40 g - ключицы, 80 g - общую контузию, 110 g - повреждение черепа при жестком ударе, 500 g - повреждение черепа при упругом ударе, при 700 g все получаемые телом травмы смертельны. Все эти данные учитываются при разработке требований безопасности к конструкции автомобиля.

При опрокидывании автомобиля удары человека, не закрепленного на сиденье ремнями безопасности, о детали внутреннего оборудования еще более сильны и продолжительны, так как сам процесс опрокидывания длится значительно дольше, чем удар. В случае же открывания дверей при опрокидывании люди могут выпасть из автомобиля и оказаться под транспортным средством.

Применение ремней безопасности необходимо на всех местах автомобиля. Они позволяют не только снизить тяжесть травмы пассажиров задних сидений, но и исключить возможность наносить дополнительные травмы пассажирам передних сидений.