Лекция. Безопасная конструкция легкового автомобиля

Муниципальное автономное образовательное учреждение
дополнительного образования детей
«Детско-юношеский центр»

Лекция к разделу
Основы безопасности дорожного движения
Безопасная конструкция легкового автомобиля

Салехард, 2015
Безопасная конструкция автомобиля – сложное понятие. Безопасность, заложенную в конструкции автомобиля, для удобства изучения отдельных ее аспектов делят на активную, пассивную, послеаварийную и экологическую.
Активная безопасность автомобиля – свойство автомобиля предотвращать ДТП или снижать его вероятность. Активная безопасность проявляется в период, соответствующий начальной фазе ДТП, когда водитель в состоянии изменить характер движения автомобиля.
Пассивная безопасность – свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий ДТП. Пассивная безопасность проявляется в период, когда водитель, несмотря на принятые меры безопасности, не может изменить характер движения автомобиля и предотвратить ДТП (кульминационная фаза ДТП). Различают внутреннюю пассивную безопасность, снижающую травматизм пассажиров, водителя и обеспечивающую сохранность грузов, перевозимых автомобилем, и внешнюю пассивную безопасность, которая уменьшает возможность нанесения повреждений другим участникам движения.
Внутреннюю пассивную безопасность обеспечивают элементы, предусматривающие снижение инерционных перегрузок в процессе удара, ограничение перемещения людей в салоне, отсутствие травмоопасных деталей, закрепление багажа и инструмента.
Послеаварийная безопасность автомобиля – свойство автомобиля уменьшать тяжесть последствий ДТП после остановки (конечная фаза ДТП). Это свойство характеризуется возможностью быстро ликвидировать последствия происшествия и предотвращать возникновение новых аварийных ситуаций.
Экологическая безопасность автомобиля – свойство автомобиля, позволяющее уменьшить вред, наносимый участникам движения и окружающей среде в процессе нормальной эксплуатации. Таким образом, экологическая безопасность, проявляющаяся во время повседневной работы автомобиля, коренным образом отличается от перечисленных выше трех видов безопасности, которые выявляются лишь при дорожно–транспортном происшествии.
Описанные виды безопасности рассматриваются изолированно один от другого лишь для простоты их изучения. В действительности, все они тесно связаны между собой, влияют один на другой, и не всегда между ними можно провести четкую границу. Так, хорошая тормозная система, позволяющая остановить автомобиль на коротком расстоянии, повышает вероятность предотвращения ДТП, улучшая активную безопасность автомобиля. Кроме того, чем эффективнее тормозная система, тем большее замедление автомобиля она обеспечивает на том же расстоянии. Следовательно, если даже не удается предотвратить наезд или столкновение, то вероятность тяжести последствий ДТП все же будет меньше, т. е. повысится пассивная безопасность. Замки автомобильных дверей должны выдерживать большие перегрузки, не открываясь, чтобы предотвратить выпадение пассажиров при ДТП (пассивная безопасность). Вместе с тем они не должны заклиниваться или препятствовать эвакуации пострадавших из автомобиля (послеаварийная безопасность).
Как и все другие эксплуатационные свойства, безопасное является функцией общих параметров автомобиля, выходных характеристик технического состояния агрегатов.
При формировании элементов конструкции, создающих активную безопасность автомобиля с учетом его габаритов и массы, обеспечивается достаточная динамичность для безопасного маневра (ускоренного обгона или движения с повышенной скоростью в пределах требований Правил дорожного движения) благодаря запасу мощности двигателя. При торможении, без заноса, помимо требуемого замедления должны быть необходимая устойчивость автомобиля, особенно на скользкой дороге, и правильное распределение тормозных усилий.
Большое значение для создания активной безопасности имеет информативность автомобиля, под которой понимают свойство его обеспечивать необходимой информацией водителя и других участников движения. Водитель в зависимости от конструкции автомобиля получает информацию об окружающей обстановке, характере его движения, режиме работы агрегатов и систем. Другие участники движения благодаря информативности автомобиля могут определять его тип, скорость и направление движения, прогнозировать расположение его на дороге, и расстояние до других транспортных средств.
Основной причиной разрушения автомобилей и травмирования людей при ДТП являются ударные нагрузки. Эти нагрузки имеют импульсный характер и, хотя действие их кратковременно, достигают больших величин из-за резкого изменения скорости автомобиля. При встречных столкновениях и наезде автомобиля на препятствие среднее замедление центра тяжести автомобиля может достигать 40...60 g.
Для снижения инерционных нагрузок в конструкцию легковых автомобилей вводят элементы, способствующие увеличению продолжительности деформации деталей. Чтобы создать защитную зону вокруг водителя и пассажиров, устраивают жесткий каркас в сочетании с легкосминающимися при ударах передней и задней частями кузова (рис. 1). При встречных столкновениях рулевой механизм смещается назад, приближая рулевое колесо к водителю. В то же время тело водителя под действием инерционных сил резко перемещается вперед. В результате удара о рулевое колесо водитель может получить тяжелые травмы груди, брюшной полости, а иногда и сердца.

Рис. 1. Зоны деформации автомобиля при столкновении
Для защиты водителя ступицу рулевого колеса делают большого размера с мягкой деформируемой оболочкой и утапливают ее относительно обода. Спицы и каркас обода при больших нагрузках изгибаются, смягчая удар об него.
Конструкции безопасных рулевых управлений весьма разнообразны. Чтобы, например, уменьшить возможность перемещения и снизить усилия, воспринимаемые рулевым колесом, применяют рулевые валы с карданными шарнирами, отклоняющимися при ударах вверх или в сторону, или имеющими безопасную муфту, разрушающуюся при ударах.
К числу наиболее эффективных систем индивидуальной зашиты водителей и пассажиров при всех видах ДТП следует отнести ремни безопасности. Применение ремней безопасности, как показывает практика, в 90 % серьезных ДТП спасает жизнь человека, находящегося в автомобиле, и потому их применение является обязательным. На отечественных легковых автомобилях устанавливается трехточечный комбинированный диагонально–поясной ремень статического или инерционного типа. Особое значение имеет величина натяжения ремня безопасности, которая в ремнях статического типа регулируется индивидуально для каждого человека. При нормальной длине ремня между ремнем и туловищем человека должна проходить ладонь. В этом случае обеспечивается необходимое удержание человека при ДТП. Для обеспечения автоматической регулировки ремня инерционного типа применяют инерционные катушки, втягивающие ремень с заданным усилием и фиксирующиеся при кренах, резком ускорении и торможении. Блокировка катушки происходит при ускорении 0,5g.
Способность элементов конструкции воспринимать значительные растягивающие усилия и обеспечивать поглощение достаточно большой части кинетической энергии удара является однократной. Поэтому, например, ремни после ДТП подлежат обязательной замене, так как при нагрузках, превышающих предельные, в ремне происходят необратимые изменения, резко снижающие его прочность и энергопоглощающие свойства.
При попутных столкновениях часто страдают пассажиры переднего автомобиля. От резкого удара в автомобиль сзади, голова под действием силы инерции откидывается резко назад (рис. 55), и это может привести к повреждению шейных позвонков. Для защиты пассажиров 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. Под воздействием замедления не менее 8 g подголовник должен ограничивать отклонение головы назад относительно линии торса на угол не более 45°.
По действующим Правилам жизнь водителя и пассажиров должна быть сохранена при наезде автомобиля на неподвижное препятствие со скоростью 50,7 км/ч; в случае удара сзади по автомобилю предметом массой, равной массе автомобиля, движущегося со скоростью 36,5 км/ч, при боковом ударе (под углом 90°) со скоростью 36,5 км/ч, во время переворачивания автомобиля (удар по крыше) со скоростью 10,8 км/ч.