Современные требования к пассивной безопасности конструкций легковых автомобилей

До 50-х годов нашего столетия вопросам безопасности конструкции уделялось мало внимания. Ведущие зарубежные фирмы в погоне за прибылью и с целью привлечения покупателей больше внимания уделяли ежегодному изменению формы и отделки кузова выпускаемых моделей, нежели вопросам безопасности конструкции. Этим объясняется появление в 40 - 50-х годах автомобилей с причудливой формой кузова, множеством декоративных деталей как снаружи, так и внутри его. Однако интенсивный рост числа ДТП и тяжести их последствий сделали проблему повышения безопасности дорожного движения актуальной.

В феврале 1953 г. начала свою деятельность Группа WP 29 [17] под названием "Группа экспертов по конструкции транспортных средств" Подкомитета дорожных транспортных средств Экономической комиссии ООН для стран Европы. 20 марта 1958 г. в Женеве было принято "Соглашение о принятии единообразных условий официального утверждения и о взаимном признании официального утверждения предметов оборудования и частей моторных перевозочных средств". В составе Группы WP 29 представлены правительственные администрации 28 стран, из которых четыре неевропейские (Австралия, Канада, Япония и США). Главный принцип, которым эксперты руководствуются в своей работе, заключается в том, чтобы исключить из дорожного движения те автомобили, которые более заслуживают того, чтобы их "потерять", нежели приобрести. На настоящий момент Группой WP 29 разработаны и официально утверждены Генеральным Секретарем ООН в качестве Правил 49 предписаний, относящихся практически ко всем техническим характеристикам автомашин и их оборудования (освещение, световая и звуковая сигнализации, тормозные свойства, обзорность с места водителя, прочность конструкции, удерживающие системы, устройство управления, содержание выхлопных газов, противоугонные устройства, риск загорания, внутреннее и внешнее оборудование и т. д.). Около половины из них относятся к пассивной безопасности конструкции транспортных средств. Международные рекомендации легли в основу национальных стандартов всех стран, производящих и экспортирующих автомобили. В нашей стране требования к конструкции легковых автомобилей в части их пассивной безопасности определены государственными и отраслевыми стандартами (табл. 1).

Таблица 1

К легковым автомобилям предъявляются требования по защите водителя от травмирования об устройство управления под воздействием двух типов сил: вызванной фронтальным столкновением и смещением в результате него рулевого управления назад (рис. 12); вызванной инерцией тела водителя и ударом грудью о рулевое колесо (рис. 13).

Рис. 12. Схема смещения рулевого управления назад (положения руля до столкновения Л и после столкновения В)

Под термином "устройство управления" понимаются рулевое колесо, рулевая колонка, дополнительные элементы покрытия, вал рулевого колеса, картер рулевого управления, а также все остальные элементы, предназначенные для рассеивания энергии в случае удара грудью о руль.

Рис. 13. Схема удара водителя грудью о рулевое колесо при лобовом столкновении

К конструкции рулевого управления предъявляются следующие требования: отсутствие шероховатых и острых краев, способных увеличить риск или тяжесть ранений водителя в случае удара; отсутствие элементов и вспомогательных принадлежностей, включая привод звукового сигнала и элементы покрытия, способных цепляться за одежду водителя при совершении обычных движений по управлению автомобилем.

При испытании порожнего автомобиля без манекена на столкновение с барьером при скорости 48 - 53 км/ч происходит горизонтальное смещение верхней части рулевой колонки и вала рулевого колеса назад, параллельно продольной оси автомобиля, которое должно составлять не более 12,7 мм по отношению к точке автомобиля, не затронутой ударом. Испытание на столкновение осуществляется на прямой горизонтальной дороге; барьер образуется железобетонным блоком, прочно врытым в землю, шириной 3 м, высотой 1,5 м и массой не менее 70 т. Таким образом, к приводу управления предъявляются требования, позволяющие уменьшить степень травмирования водителя, который при фронтальных столкновениях на больших скоростях может удариться грудью о рулевое колесо. На указанной скорости столкновения при наличии ремней безопасности водитель может полностью избежать травм.

С целью сохранения "жизненного пространства" в салоне легкового автомобиля при различных видах ДТП к его конструкции предъявляются специальные требования, которые предусматривают поведение кузова при испытаниях на лобовой удар, удары в бок и сзади и опрокидывание.

При определении ударно-прочностных характеристик кузова автомобиля (рис. 14), подвергаемого испытаниям на удар сзади, лобовой и боковой удары и опрокидывание замеряются: остаточное пространство на уровне груди и ног человека, размещенного на переднем сиденье, в зоне расположения задних пассажиров; пространство между боковыми стойками, а также между крышей и полом. Все эти размеры не должны превышать допустимые и должны исключить возможность травмирования находящихся в салоне людей при применении ими ремней безопасности. В салоне должны отсутствовать какие бы то ни было жесткие элементы, которые могли бы создать опасность получения тяжких ранений, а боковые двери должны оставаться закрытыми. После удара должна обеспечиваться возможность открытия дверей для эвакуации людей, находящихся в машине, без применения каких-либо специальных инструментов.

Рис. 14. Испытания автомобиля на лобовой удар методом наезда на неподвижное малодеформируемое препятствие

Испытания креплений сиденья и систем блокировки осуществляются путем приложения к сиденью силы по величине, равной двадцатикратной массе сиденья и проходящей через центр его тяжести, в прямом и обратном направлениях.

В ходе этих испытаний не должно быть никаких отклонений в конструкции сидений, системах крепления, регулировки, перемещения, а также в устройствах их блокировки. Защелки системы блокировки сидений не должны рассоединяться под воздействием горизонтально направленной нагрузки величиной 20 g.

Специальные требования предъявляются также к безопасности конструкций деталей внутреннего оборудования автомобилей (за исключением зеркал заднего вида), таким, как органы управления, панель приборов, спинка и задняя сторона сидений. Эти требования устанавливаются с целью исключения опасности травмирования или увеличения тяжести последствий ДТП при ударе водителя или пассажиров о детали интерьера автомобиля. Для этого предусматривается обивка мягкими материалами, ликвидация острых краев и кромок, острых углов и ограниченных контактных поверхностей. Эффективность указанных мер значительно снижается, если лица, находящиеся в машине, не используют ремни безопасности.

Все детали внутреннего оборудования автомобиля, расположенные в зоне возможного удара головой человека, должны быть восприимчивы к смягчению удара (поглощению энергии), иметь закругления либо должны устанавливаться, изгибаться или отрываться под действием определенной силы, равной 38,6 даН.

Таким образом в конструкцию транспортных средств уже на стадии проектирования закладываются определенные технические требования, направленные на защиту людей от тяжелых последствий ДТП. Уровень этих требований постоянно повышается в соответствии с развитием технической мысли, накоплением опыта по изучению реальных ДТП и поведения как конструкции самого автомобиля, так и людей, находящихся в нем при ДТП.

Причем при испытаниях автомобилей все характеристики пассивной безопасности их конструкции тесно увязаны с применением водителем и пассажирами ремней безопасности. Какие же требования предъявляются к конструкции самих ремней безопасности и местам их крепления в кузове?

Группой экспертов по безопасности дорожного движения Комитета по внутреннему транспорту Европейской Экономической Комиссии ООН утверждены в качестве Правил "Единые предписания, касающиеся официального утверждения привязных ремней для взрослых пассажиров механических транспортных средств" (Правила № 16), а также "Единые предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении крепления привязных ремней на легковых автомобилях" (Правила № 14) [17]. В странах, производящих автомобили, разработаны специальные стандарты, устанавливающие технические требования к расположению и наклону лямок ремней, материалу ленты ремня, замыкающим приспособлениям, местам крепления и установке ремней в салоне автомобиля. Изготовление и произвольное крепление ремней без учета требований этих стандартов недопустимо.

В СССР действуют ГОСТ 18837 - 73 "Ремни безопасности для водителей и пассажиров автотранспортных средств. Технические требования и методы испытаний" и ГОСТ 21015 - 75 "Автомобили легковые. Места крепления ремней безопасности. Технические требования. Методы испытаний".

Для того чтобы ремень безопасности действительно обладал всеми ожидаемыми защитными качествами, к нему предъявляются многочисленные технические требования:

достаточная прочность ремня и механических деталей;

способность поглощать энергию без ее обратной отдачи;

сохранение (при условии правильной эксплуатации) первоначальных характеристик в течение всего времени использования;

обеспечение возможности фиксации замка ремня одной рукой (даже при управлении автомобилем);

расположение размыкающего приспособления ремня, которое в экстренных случаях легко и просто отстегивается как самим водителем или пассажирами, так и спасателями;

конструкция самого ремня безопасности при его правильной установке и использовании должна обеспечивать надежную работу и не травмировать тело в случае ДТП, в том числе при разрыве ленты или поломках металлических деталей.

Все жесткие части ремня безопасности, такие как замки, устройства регулирования, детали крепления, не должны вызывать травмирование пользователя и других лиц, находящихся в автомобиле, а также, иметь острые углы, которые могут привести к износу или перетиранию ремня.

Конструкция замка ремня должна исключать возможность его неправильного использования и не иметь положений, при которых замок мог бы остаться полузакрытым. Он не должен открываться по неосторожности или без приложения к нему усилия, равного 6 даН.

Регулирующее устройство ремней безопасности должно быть легко доступно для пользователя с тем, чтобы он мог без всяких затруднений установить нужную длину ремня с учетом своего телосложения и положения сиденья. Ремни должны иметь такие характеристики, чтобы давление, которое они оказывают на тело пользователя, распределялось как можно более равномерно по всей ширине ремня и чтобы они не скручивались как под нагрузкой, так и без нее. Они должны обладать свойством поглощать и рассеивать энергию.

Ремни безопасности подвергаются и специальным динамическим испытаниям. Комплект ремня устанавливается на тележке с манекеном, установленным на сиденье (рис. 15), между спиной которого и спинкой сиденья помещается доска толщиной 25 см. Ремни безопасности плотно подгоняются по телу манекена, после чего доска вынимается и манекен остается в требуемом положении по отношению к спинке сиденья. Этот зазор (25 мм) устанавливается при подгонке ремня по телу. Тележка приводится в движение таким образом, чтобы в момент удара скорость ее свободного качения составляла 50±1 км/ч, а положение, в котором находится манекен, оставалось устойчивым. После указанного испытания все элементы конструкции ремня не должны иметь поломок, разрывов и трещин.

Рис. 15. Динамические испытания ремней безопасности: а - схема проведения испытаний; б - схема установки манекена перед испытанием

К местам крепления ремней безопасности в салоне легкового автомобиля также устанавливаются специальные требования в отношении их прочности, обеспечения таких углов прохождения диагональной и поясной лямок ремня, которые обеспечивают расположение лямок на наименее болезненных частях тела человека, не вызывая при ударе о ремень опасных перемещений. Поэтому изготовление отдельных мест крепления или их перенос по своему усмотрению недопустимы.