Внутрішня пасивна безпека
Вона розглядається як сукупність властивості автомобіля, трактори, що забезпечують збереження життя й здоров'я водіїв та пасажирів при ДТП. До внутрішньої пасивної безпеки автомобіля ставлять дві основних вимоги:
- створення умов, при яких людина могла б безпечно витримати значні перевантаження, що виникають під дією великого сповільнення;
- виключення травмонебезпечних елементів усередині кузова (кабіни). Автомобіль (трактор) при наїзді на нерухому перешкоду, зіткненні з іншими транспортними засобами має велику кінетичну енергію удару. Вся ця енергія повинна розсіятися за частки секунди. Як правило, ця енергія перетворюється в роботу деформації елементів конструкції.
При лобовому зіткненні автомобіля (трактора) з перешкодою відбувається переміщення водія й пасажира до переднього щитка й вітрового скла, що може привести до травмування людини при ДТП (рис. 8.8.)
Рис. 8.8. Відносне положення голови й колін пасажира при ударі
Таким чином, пасивна безпека автомобіля (трактора) визначається його здатністю поглинати енергію удару при зіткненні. Водій і пасажири при зіткненні після миттєвої зупинки автомобіля (трактори) ще продовжують рухатися, зберігаючи швидкість руху, що вони мали в момент до зіткненню. Саме в цей відрізок часу відбувається більша частина важких травм у результаті удару головою до вітрового скла, грудей до кермового колеса, колін до нижнього краю щитка приладів. Це явище називають вторинним ударом.
До конструктивних заходів, що забезпечують внутрішню пасивну безпеку, відносять:
- забезпечення життєвого простору усередині кузова (кабіни);
- зниження інерційних навантажень у процесі удару;
- обмеження переміщень людей усередині автомобіля (трактора);
- обмеження переміщень вантажів і інших предметів, що перебувають в автомобілі (тракторі).
У зв’язку цим повинні бути передбачені міри, що знижують важкість наслідків при зіткненні:
- кермове колесо й колонка повинні переміщатися й поглинати енергію удару без нанесення йому травм водію;
- повинні бути передбачені індивідуальні захисні й утримуючі засоби для всіх пасажирів і водія (ремені безпеки, підголівники, надувні подушки безпеки);
- перед пасажирами й водієм не повинне бути травмонебезпечних елементів;
- скла (вітрові, бічні) повинні бути травмонебезпечні;
- повинна бути виключена можливість випадання пасажирів або водія (надійність дверних замків).
Захисні властивості кузова
При лобовому ударі з початковою швидкістю 80 км/год. сповільнення досягають 65g. При відповідних змінах конструкції автомобіля значення пікового сповільнення можна зменшити до 35…45g.
Якщо в конструкції передньої частини кузова використати матеріали, що мають підвищену ударну енергоємність, наприклад, різні матеріали стільникової структури, гідравлічні амортизатори та алюмінієві труби, то захисні властивості кузова при лобовому ударі істотно зростуть. При використанні для амортизації удару алюмінієвих труб вага конструкції зростає незначно, в той час як характер перебігу інерційних навантажень при ударі значно змінюється. Крім того, позитивних результатів можна домогтися за допомогою звичайних сталевих елементів кузова, якщо при конструюванні виходити із завдання забезпечення прогресивної деформації передньої частини кузова при ударі. Таким чином, розробляючи кузов «безпечного» автомобіля, не можна обмежуватися додаванням окремих безпечних елементів до існуючих конструкцій.
Відповідно до патенту ФРН № 854157, який виданий фірмі Мерседес-Бенц ще у 1952 р., «безпечний» автомобіль повинен мати жорсткий салон зовні і двері з надійними замками. Всі внутрішні елементи салону повинні бути деформованими, а ремені - пластично розтяжними. Система «автомобіл-паси безпеки-людина» повинна створюватися таким чином, що сповільнення у часі автомобіля, кермової колонки й панелі приладів відбувалось відповідно до можливостей людського енергосприйняття. Такі конструкції несучої системи одержали назву «стільникових». Фірма Мереседес-Бенц запатентувала ряд конструктивних заходів, що забезпечують створення кузова з особливо міцною й твердою «коробкою» пасажирського приміщення та енергопоглинаючими передньою та задньою частинами.
|
Рис. 2.3.1. Патент ФРН № 854157 на безпечний легковий автомобіль 1952 р. |
У 1950-х рр. почали випускатися серійні мерседеси, які втілювали в собі запатентовані раніше принципи. Найважливіша особливість рами таких автомобілів - форма й жорсткість передніх частин лонжеронів, завдяки яким вона при ударі автомобіля відгинаються вгору й назад над поперечкою вузла підвіски передніх коліс. Одночасно кінці лонжеронів трохи розходяться в сторони, приймаючи V-подібну форму. Таким чином, деформація передка автомобіля в напрямку його поздовжньої осі при ударі проходить поступово у два етапи й тим істотно гасить енергію удару.
Рис. 2. Оптимальний характер деформації передньої й задньої частин автомобіля при наїзді
на перешкоду й при ударі ззаду відповідно
а б в
Рис. 4. Процес деформації передньої частини легкового автомобіля й переміщення його силового агрегату після зіткнення: а - положення легкового автомобіля у момент його зіткнення з перешкодою; б - деформація передньої частини автомобіля (поглинання кінетичної енергії), переміщення силового агрегату; в - закінчення деформування передньої частини автомобіля й переміщення силового агрегату під підлогу
Слід звернути увагу на особливу міцність і жорсткість лонжеронів рами на ділянці від поперечини підвіски до щита передка кузова, а також форми лонжеронів, що охороняють картер кермового механізму від сприйняття енергії удару. Конструкція, розміри й загальна жорсткість передньої частини рами вибрані так, що при лобових зіткненнях автомобілів (з повним навантаженням) на швидкості 80 км/год. деформація лонжеронів і передніх крил коліс закінчується ще до того, як силовий агрегат може зіткнутися з перешкодою. Конструкція кузова мерседес має запобіжні поперечини зі сталі з високою міцністю на розрив, які розміщають між внутрішніми й зовнішніми дверними панелями, добре витримують удар і запобігають його стрибок нагору. Крім того, у цій конструкції кузова посилені замки й петлі дверей, а також дверні стійки на ділянці від їхньої середини до підлоги кузова. Перетин зазначеної запобіжної балки - поперечини становить 5,1 х 20,3 см, і чотири таких поперечини, використовувані звичайно в автомобілі, важать близько 22,7кг.
Більші навантаження в поздовжньому, поперечному й вертикальному напрямках діють при ударах на двері, дверні замки й петлі дверей. Двері повинні захищати салон збоку від проникнення усередину нього сторонніх предметів при аварії. Зараз двері є найбільш уразливими деталями в зовнішній оболонці кузова. Вони не повинні відкриватися при аварії, для того щоб збільшити загальну жорсткість салону, а також, щоб пасажири не могли випасти з кузова. Для захисту пасажирів застосовуються комбіновані вертикальні елементи, що сприяють посиленню дверей. Крім того, захисні властивості дверей зростають при застосуванні посилюючих кронштейнів, що амортизують матеріалів і високих лонжеронів, верхня поверхня яких розташовується на одному рівні з бамперами. Найкращі результати дає одночасне поєднання всіх способів посилення дверей.
Звичайно для поглинання енергії удару автомобілем при зіткненні потрібне значна відстань зминання (до 1 м і більше). Такою відстанню розташовують деформовані передня й задня частини автомобілів (мал.2.3.3). При ударі збоку для поглинання цієї енергії є відстань усього близько 25 мм. Однак було виявлено, що при ударі одного автомобіля в бік іншого останній починає сковзати убік руху машини, що вдарила, а це дозволяє йому поглинути енергію майже на такій же відстані, яке є при деформації передньої й задньої частин автомобіля.
Підвищення вимог до забезпечення безпеки водіїв і пасажирів привело до того, що в США кожна нова модель автомобіля, призначена для продажу після 1 січня 1968 р., повинна бути піддана випробуванням на зіткнення з нерухомим бар'єром при швидкості 48 км/год., і конструкції цих моделей повинні бути модифіковані відповідно до вимог стандартів. Основні європейські автомобілебудівні фірми також створили установки для бар'єрних випробувань. У цих установках автомобіль переміщається до бар'єра за допомогою простих буксирних пристроїв. Подібні випробування проходять як існуючі, так і нові конструкції - прототипи автомобілів.