Файл: Н. В. Пеньшин организация транспортных услуг и безопасность транспортного процесса тамбов .pdf

271
лобовые столкновения – 56,5% от общего числа ДТП; наезд сзади –
7,8%; 43,9% от числа лобовых ударов приходится на взаимное столк- новение автомобилей, а 12,6% на столкновения одиночных автомо- билей; 50% лобовых ударов происходит при скорости ниже 65 км/ч.
Тяжесть лобового удара проще всего моделировать на примерах свободно падающего тела. Например, тяжесть травмирования, полу- ченного пассажиром при лобовом столкновении автомобилей со ско- ростью 30 км/ч, соответствует падению человека с высоты 4 м. Тя- жесть лобового удара быстро растёт с увеличением скорости. Если скорость удваивается, то эквивалентная высота растёт в 4 раза. По тяжести травм, которые получают пассажиры, лобовые столкновения автомобилей разделяются на: лёгкие (при скорости менее 15 км/ч); средней тяжести (при скорости 15…40 км/ч); тяжёлые (при скорости более 40 км/ч). Автомобильные ДТП рекомендуется классифици- ровать по двум диапазонам скоростей: до 50 км/ч – диапазон вынос- ливости пострадавших; до 100 км/ч – диапазон выживания постра- давших.
Столкновение автомобилей происходит в течение десятых, а ино- гда и сотых долей секунды. Конструкция и скорость – вот основные факторы, влияющие на величину разрушения (деформации) и его время.
Время поглощения кинетической энергии деформацией рассмат- риваемого элемента конструкции автомобиля можно распределить следующим образом: смятие бампера – 0,01 с; фар – 0,02 с; радиатора –
0,003 с; капота – 0,005 с; вентилятора, – 0,0003 с; сдвиг двигателя –
0,008 с; дальнейшая деформация кузова с перемещением двигателя –
0,03 с. Итого общее время деформации – 0,0588 с для скорости соуда- рения около 50 км/ч.
Когда два транспортных средства, например автомобили, сталки- ваются, то между ними происходит взаимодействие, называемое уда- ром. Удар – это явление, происходящее в механической системе, ха- рактеризуемое резким изменением скоростей её точек за очень малый промежуток времени и обусловленное кратковременным действием очень больших сил.
Процесс удара в случае столкновения автомобилей между собой или с неподвижным препятствием разделяют на три фазы. В течение первой фазы соударяющиеся тела, сближаясь, деформируются, их ки- нетическая энергия частично переходит в потенциальную и частично затрачивается на разрушение, перемещение и нагрев деталей. Во вто- рой фазе накопленная потенциальная энергия снова превращается в кинетическую, и тела начинают расходиться. В течение третьего пе- риода тела не контактируют, их энергия расходуется на преодоление внешнего сопротивления.

272
Известно, что при наезде автомобиля на неподвижное препятст- вие длительность первой фазы составляет 0,05…0,10 с, а второй
0,02…0,04 с.
Максимальное замедление центра масс автомобиля при скорости
8,3…14,0 м/с достигает (45...60)g.
Средние замедления для грузовых автомобилей равны (20...25)g, а для пассажирских (15...20)g. Остаточные деформации пассажирских автомобилей после удара о плоскую стенку достигают 400…500 мм, а грузовых – 150…180 мм, что обусловлено большей жёсткостью по- следних.
При ударе о сосредоточенное препятствие (столб, дерево) дефор- мация может быть значительно больше.
Основной причиной разрушения автомобилей и травмирования людей при ДТП являются ударные нагрузки. Эти нагрузки имеют им- пульсный характер, и хотя действие их кратковременно, они достига- ют больших величин вследствие резкого изменения скорости автомо- биля. При встречных столкновениях автомобилей и наезде автомобиля на неподвижное препятствие замедление имеет особенно большое зна- чение в зоне переднего бампера и достигает величины (300...400)g, уменьшаясь по направлению к задней части автомобиля. Среднее зна- чение замедления в центре масс автомобиля может достигать
(40...60)g. Мгновенные значения замедления центра масс больше сред- них и составляют (80...100)g. Ещё больше замедления тела человека в процессе вторичного удара.
Качество легкового автомобиля с точки зрения безопасности пас- сажиров определяется его способностью поглощать энергию удара при столкновении, т.е. проходить после удара такое расстояние, которое могло бы ограничить усилия, действующие на водителя и пассажиров в течение долей секунды после удара. В процессе наиболее тяжёлых
ДТП (столкновения, наезд на неподвижные препятствия, опрокидыва- ния) вначале деформируется кузов легкового автомобиля, рама грузо- вого автомобиля, происходит первичный удар. Кинетическая энергия при этом тратится на поломку и деформацию деталей. Водитель и пас- сажиры при столкновении автомобиля с другим транспортным средст- вом или с препятствием после мгновенной его остановки продолжают двигаться в направлении первоначального движения ещё в течение некоторого времени со скоростью, предшествовавшей моменту ава- рии. Силы, удерживающие их тела (мышечные усилия конечностей, трение о поверхность сиденья), невелики по сравнению с инерцион- ными нагрузками и не могут воспрепятствовать перемещению. Когда человек контактирует с деталями автомобиля (рулевым колесом, пане- лью приборов, ветровым стеклом и т.п.) происходит вторичный удар.

273
Параметры вторичного удара зависят от скорости и замедления авто- мобиля, перемещения тела человека, формы и механических свойств деталей, о которые он ударяется. При высоких скоростях автомобиля возможен также третичный удар, т.е. удар внутренних органов челове- ка. Возникающие при этом перегрузки могут привести к серьёзным повреждениям внутренних органов и разрушению кровеносных сосу- дов и нервных волокон. Большую часть травм водители и пассажиры получают во время вторичного удара.
Характер и тяжесть травмы зависят от многих причин: вида ДТП, скорости и конструкции автомобиля, наличия защитных приспособле- ний, возраста и здоровья человека. В среднем человек может выдер- жать без вреда кратковременную (в течение 0,01…0,10 с) перегрузку
(40...50)g. В существующих конструкциях автомобилей расстояние от головы до ветрового стекла почти всегда меньше, чем расстояние от тела пассажира до приборного щитка. При перемещении не зафикси- рованного на сиденье тела чаще всего голова ударяется о лобовое стекло, воспринимая основную энергию удара, в то время как тело ещё не дошло до приборного щитка. Расстояние от коленей пассажира до щитка или кузова обычно ещё меньше, чем от туловища до щитка.
Такое расположение приводит к следующим движениям человека:
1) если колени находятся рядом со щитком, то при столкновении они ударяются о щиток, туловище поворачивается так, что голова води- теля или пассажира ударяется о верх ветрового стекла или раскладку;
2) если колени удалены на значительное расстояние от щитка приборов, то туловище пассажира двинется вперёд, голова ударится о стекло, а затем всё туловище ударится о щиток.
Это простейшие виды перемещения людей, которые приняты сейчас для анализа безопасности автомобилей при столкновениях.
Фактически перемещение человека значительно сложнее.
Внешние повреждения автомобиля. При определении степени серьёзности аварии обычно используют величину деформации авто- мобиля. В конкретных условиях удара энергия, затрачиваемая на де- формацию, будет являться функцией скорости. При оценке аварийной деформации автомобиля необходимо воспользоваться каким-либо ме- тодом подсчёта энергии в зависимости от величины деформации.
К важнейшим параметрам, влияющим на деформацию наружных час- тей автомобиля, относятся:
− начальная скорость удара;
− вид ДТП;
− зона удара или та часть автомобиля, на которую приходится удар;

274
− направление удара; жёсткость ударяемого предмета (автомо- биль – стена;
− автомобиль – автомобиль; автомобиль – столб; автомобиль – человек);
− геометрия предмета; размеры предмета; конструкция кузова автомобиля.
Многие из перечисленных факторов взаимосвязаны, и все они должны быть учтены при оценке деформации наружных частей авто- мобиля в целях определения силы удара.
При университете г. Бирмингема (Англия) была организована ис- следовательская группа для всестороннего изучения аварий автомоби- лей. Всего было обследовано 636 дорожных происшествий, в том чис- ле 482 (76%) в городе и 154 (24%) в сельской местности и на автомо- бильных магистралях. В обследовавшихся ДТП участвовало 1049 ав- томобилей, из них 72,3% легковых и лёгких грузовых автомобилей типа фургон.
Количество повреждений передней части автомобилей вследствие фронтальных ударов о движущееся или неподвижное препятствие со- ставляло около 50% всех повреждений, а количество повреждений бо- ковой задней части (вследствие наездов сзади) и опрокидываний равно соответственно 25 и 10% от общего количества всех повреждений.
Опрокидывание автомобилей может происходить как без столк- новения, например вследствие заноса, так и в результате столкновения автомобиля с движущимся или неподвижным препятствием. Опроки- дывание тяжёлых грузовых автомобилей происходит довольно редко
(всего менее 4%). Лёгкие грузовые автомобили типа фургон перевора- чиваются чаще, чем легковые автомобили, что объясняется высоким расположением их центра тяжести. У каждого опрокинувшегося авто- мобиля замерялась величина деформации крыши и регистрировались травмы пассажиров. Отмечено, что травмы пассажиров при деформа- циях крыши более 150 мм (39% всех случаев опрокидывания автомо- билей) значительно тяжелее, чем в случаях опрокидывания с меньшей величиной деформации крыши.
В результате исследования было установлено:
1. Число наездов автомобилей на пешеходов вне города очень ма- ло. Наезд на пешеходов обычно происходит с небольшой скоростью, в среднем 32 км/ч.
2. Число столкновений автомобилей с объектами, расположенны- ми вне дорог, велико как при движении в городе (14,4%), так и при движении за городом (28,7% случаев).

275
3. При загородном движении почти 25% происшествий происхо- дит вследствие наездов автомобилей на насыпи, канавы, что указывает на необходимость улучшения планировки загородных дорог.
4. Столкновения автомобилей с другими автомобилями состав- ляют почти две трети всех дорожных происшествий как в городских условиях, так и при движении по загородным дорогам.
На обследованных пострадавших автомобилях имелось 1740 две- рей, из которых 197 (11%) открылись во время аварии. Чаще других открываются передние двери: 15,1% случаев, когда открывались двери у водителя; 12,3% – у переднего пассажира. Задние двери открываются значительно реже (обращённые к оси улицы – 5,3% случаев, а обра- щённые к тротуару – 4,1%).
Пассажиры, вылетающие из пострадавшего автомобиля наружу через раскрывшиеся двери, получают особенно серьёзные, часто смер- тельные травмы.
Двери автомобиля открываются в основном потому, что при оп- рокидывании автомобиля наружная ручка или кнопка запорного меха- низма приходит в соприкосновение с поверхностью дороги, вследст- вие чего не запертая на запорное приспособление дверь открывается.
Она также может открыться в результате скручивания кузова автомо- биля во время опрокидывания, когда язык замка выходит из гнезда.
Подобное явление наблюдается и при ударе в бок автомобиля, при котором возникают деформации на противоположной стороне. Это явление реже наблюдается при дверных замках, имеющих устройство, препятствующее появлению зазора между дверью и проёмом кузова.
Например, число открывшихся дверей (у водителя), оборудованных замками со стягивающими устройствами и без них, составило соответ- ственно 7,7 и 17,5%, а для всех обследованных дверей соответственно
4,3 и 12%. Двери открываются также из-за удара о них пассажира или сиденья; это часто случается в автомобилях, оборудованных сиденья- ми типа диван, когда они ударяют в дверь, элементы конструкции ко- торой уже находятся под динамическими воздействиями; дверь води- теля открывается чаще, чем другие двери.
Защитные свойства кузова. Основной метод уменьшения нагру- зок, действующих на пассажира, восприятие кинетической энергии удара при помощи демпфирующей системы. По существу, чем про- должительнее период замедления автомобиля, тем меньше инерцион- ные нагрузки и, следовательно, меньше усилия, воздействующие на предмет. Кинетическая энергия удара может восприниматься как са- мим автомобилем, так и системой ограничения перемещения пассажи- ра внутри кузова. При лобовом ударе возникают наиболее высокие ударные нагрузки, поэтому этот случай аварии требует особого вни-

276
мания при конструировании автомобиля. Проектировщик должен стремиться к тому, чтобы уменьшить пиковые инерционные нагрузки; подчинить контролю темп нарастания величины замедления; устано- вить допустимый уровень замедления; свести к минимуму толчок, ощущаемый пассажиром в начальный момент удара; обеспечить от- клонение в безопасном направлении предметов, проникающих внутрь салона; предусмотреть достаточно жёсткую конструкцию салона. При лобовом ударе с начальной скоростью 80 км/ч замедления достигают
65
g. При соответствующем же изменении конструкции автомобиля значение пикового замедления можно уменьшить до 35…45
g.
Если в конструкции передней части кузова использовать мате- риалы, обладающие повышенной ударной энергоёмкостью, как, на- пример, различные материалы сотовой структуры, гидравлические амортизаторы и хрупкие алюминиевые трубы, то защитные свойства кузова при лобовом ударе существенно возрастут. При использовании для амортизации удара алюминиевых труб вес конструкции возрастает незначительно, в то время как характер протекания инерционных на- грузок при ударе значительно изменяется. Кроме того, положительных результатов можно добиться и при помощи обычных стальных эле- ментов кузова, если при их конструировании исходить из задачи обес- печения прогрессивной деформации передней части кузова при ударе.
На некоторых моделях американских автомобилей впереди жёсткой оболочки средней части кузова размещена усиленная перегородка, которая является не только поперечной деталью пространственной конструкции кузова, но служит и преградой, способной отклонить вниз двигатель, который при лобовом ударе стремится переместиться в сторону салона. При сильном лобовом ударе демпфирующая способ- ность передней перегородки недостаточна. Поэтому необходимо пре- дотвратить проникновение тяжёлого агрегата внутрь салона введением дополнительных элементов и изменением конструкции рамы или под- рамника. Защитная зона вокруг водителя и пассажиров обеспечивается благодаря жёсткому каркасу пассажирского салона в сочетании с легко деформирующимися при ударе передней и задней частями кузова. Та- кого рода «мягкие» части кузова предназначены в возможно большей степени поглощать энергию удара и тем самым не допускать деформа- ции кузова непосредственно вокруг пассажиров, одновременно снижая возникающие при этом ускорения людей в автомобиле.
В автомобилях рамной конструкции увеличению жёсткости сред- ней части кузова способствует рама, однако она в известной мере за- трудняет обеспечение прогрессивной деформации передней части ку- зова; для устранения этого недостатка на американских автомобилях
Ford и Mercuri и применяется рама с изменённой конфигурацией