Обеспечение безопасности пешеходов при наезде автомобиля
Анализ статистики ДТП свидетельствует о том, что одним из наиболее часто встречающихся видов ДТП является наезд автомобиля на пешехода. В РФ данный вид ДТП составляет около 40% от общего числа ДТП и большие усилия, прилагаемые для снижения количества наездов только за счет совершенствования правил и организации дорожного движения, не могут дать существенного положительного результата.
Рис. 3.27. Кинематика пешехода при наезде автомобиля
В большинстве случаев удар при наезде наносится деталями передней торцевой поверхности автомобиля (рис. 3.27), через которые энергия автомобиля передается телу пострадавшего. Динамические показатели наезда и тяжесть травмирования пешехода в значительной мере зависят от конфигурации передней части автомобиля, которая входит в непосредственный контакт с телом пешехода (см. рис. 3.27). Различают следующие характерные формы передней части кузова автомобиля (рис. 3.28): клиновидная (А); трапецеидальная (В); понтонная (С) и вагонная или вертикальная (D).
Рис. 3.28. Разновидности формы передней части кузова автомобиля: А - клиновидная; В - трапецеидальная; С - понтонная; D - вагонная
Для клиновидной формы (рис. 3.28,А) характерно, что расстояние передней кромки капота двигателя от опорной поверхности не превышает 0,7 м, а угол наклона капота относительно горизонтальной оси не больше 20%.
Для трапецеидальной формы различают три характерных случая:
- при горизонтальном (условно) расположении капота - угол наклона передней части кузова не превышает 70°, а угол наклона панели капота - не больше 20° (рис. 3.28,В, поз. а);
- при наклонном расположении капота - угол наклона передней части кузова не превышает 70%, а угол наклона панели капота - больше 20° (рис. 3.28,В поз. б);
- для закругленной формы капота двигателя радиус закругления передней части кузова (в области передней кромки капота) больше 0,25 м (рис. 3.28,В поз. в).
Для понтонной формы кузова характерно, что угол наклона передней части кузова превышает 70° (рис. 3.28,С).
Вагонную форму имеют передние части автобусов и грузовых автомобилей, где передняя панель располагается практически вертикально.
Кроме конфигурации передней части кузова автомобиля, на механизм взаимодействия автомобиля с телом пострадавшего оказывают влияние рост (Н) и высота центра масс пешехода (Нц), а так же высота расположения в момент первоначального контакта точки (зоны) результирующего ударного воздействия автомобиля на пешехода (hs), а так же еще в большей степени соотношение Δh между Нц и hs (рис. 3.29):
Δh = Нц/hs.
Рис. 3.29. Параметры, влияющие на механизм взаимодействия автомобиля и пешехода
В зависимости от значения этого соотношения Δh возможны следующие особенности взаимодействия тела пешехода с передней частью автомобиля.
Вариант «A» (значение соотношения Δh < 0) - это случай наезда на высокого пешехода или ребенка автомобиля с клиновидной формой кузова, когда ударная сила воздействует на уровне переднего бампера - выше центра масс пешехода.
Вариант «В» (значение соотношения Δh > 0) - это случай наезда, когда ударная сила воздействует на высоте между передним бампером и передней кромкой капота двигателя. При наезде на взрослого пешехода ударная сила действует ниже центра масс человека.
Вариант «С» (значение соотношения Δh = 0) - случай наезда, когда ударная сила взаимодействует на высоте, примерно соответствующей высоте расположения центра масс пешехода. Такой случай характерен, когда микроавтобус совершает наезд на взрослого пешехода или легковой автомобиль с понтонной формой передней части наезжает на ребенка в возрасте до 6-ти лет.
Вариант «D» (значение соотношения Δh < 0 и hs значительно превышает Нц) - случай, когда ударная сила воздействует на высоте, существенно превышающей высоту центра масс пешехода. Такая ситуация характерна, когда автобус или грузовой автомобиль с вертикальной передней панелью совершает наезд на взрослого пешехода, либо легковой автомобиль с понтонной формой передней части совершает наезд на ребенка в возрасте до 3-х лет.
В зависимости от значений соотношения Δh отмечаются следующие особенности перемещений пешехода в процессе наезда:
- в момент первичного контакта происходит относительное сближение тела пешехода и автомобиля (для всех вариантов наезда);
- после первичного контакта тело пешехода находится в относительном движении в направлении переднего стекла автомобиля (забрасывается на капот) - для вариантов наезда «A» и «В» либо в противоположном направлении (вариант «D»), Для варианта наезда «С» возможны оба случая;
- наиболее сильный удар пешехода головой наблюдается для варианта «A» - скорость головы при ударе может быть до 40% больше скорости автомобиля при наезде (вследствие заброса тела пешехода в сторону автомобиля). Для случая наезда микроавтобусом характерно, что скорость удара головой и скорость при наезде практически равны (так как удар головы о кузов автомобиля происходит в момент первичного контакта). При малых скоростях при наезде грузовым автомобилем или автобусом удар головы пешехода о переднюю часть кузова может вообще не произойти;
- для варианта «D» характерно, что скорость пешехода в момент потери контакта с кузовом автомобиля практически равна скорости при наезде.
На основе анализа механизмов наезда, взаимодействия и травмирования тела пешехода о наружную поверхность автомобиля можно сформулировать следующие основные требования к конструкции автотранспортных средств для обеспечения внешней физиологической безопасности (защиты) пешеходов:
- выступающие части наружной поверхности автомобиля не должны иметь радиус кривизны менее 2,5 мм, а также остроконечных и режущих частей или выступов (регламентируется Правилами ООН № 26 и 61);
- элементы передней части автомобиля с которыми чаще всего может контактировать тело пешехода (бампер, передняя кромка капота, капот) должны иметь энергопоглощающие характеристики, исключающие, по возможности, возникновение травмоопасных перегрузок при наезде (регламентируется Правилами ООН № 127 и ГТП ООН № 9);
- конструкция автомобиля должна исключать вероятность попадания пешехода между колесами передней и задней осей автомоби-ля(регламентируется Правилами ООН № 73, относящимися к грузовым автомобилям).
Наиболее эффективными по уровню защиты пешехода являются предписания Правил ООН № 127 и ГТП ООН № 9, регламентирующие требования к передней части автомобилей категорий М1 и N1 по обеспечению безопасности пешеходов при наезде на них автомобилей, движущихся со скоростью 40 км/ч.
В них воспроизводятся условия удара в бок пешехода, движущегося перпендикулярно движению автомобиля путем динамического нагружения соответствующих зон передней части автомобиля (бампера, зон передней части панели радиатора и капота) посредством моделей, имитирующих голень, бедро и голову пешехода (рис. 3.30).
Рис. 3.30. Нагружения передней части автомобиля, предусмотренные Правилами ООН № 127 и ГТП ООН № 9
Оценочные испытания проводятся со скоростью движения моделей в пределах 11,1...9,7 м/с. При проведении испытаний бампера ударом модели по нижней части ноги оценивается соответствие требованиям безопасности предельных значений угла бокового изгиба колена, сдвига колена и бокового ускорения голени. При испытании моделью бедра оцениваются предельные значения мгновенной суммы сил при ударе с учетом времени и крутящего момента, прилагаемого к испытательному устройству. Эффективность защиты головы определяется с использованием критерия травмирования головы (HIC), позволяющего оценить риск получения тяжелой травмы головы при ДТП.
Для обеспечения соответствия конструкции автомобилей требованиям по травмоопасности пешеходов реализуют мероприятия по повышению энергоемкости бамперов, исключению резкого и обеспечению энергоемкого перехода зоны размещения радиатора к капоту, а также исключения жестких элементов в зоне возможных контактов головы ребенка и взрослого пешехода на капоте и передних стойках кузова.
Одним из широко используемых приемов для исключения травмоопасного контакта головы пешехода с капотом вследствие размещения на близком расстоянии под капотом жестких частей двигателя является автоматический подъем капота вверх с помощью пневмоцилиндров по сигналу от датчиков, расположенных в передней части автомобиля и срабатываемых при наезде (рис. 3.31).
Рис. 3.31. Устройство для предотвращения травмоопасного взаимодействия головы с жесткими деталями подкапотного пространства: а - испытания устройства; б - пневмоподъемники капота
Обеспечение безопасности водителей и пассажиров автомобилей - партнеров по ДТП
Понятно, что основным направлением работ по обеспечению внешней пассивной безопасности является разработка мероприятий по снижению тяжести травмирования пешеходов. Однако одновременно конструкция АТС, по возможности, не должна быть опасной для партнеров по ДТП. Рассмотрим две разновидности столкновений, при которых существенно сказывается влияние внешней пассивной безопасности, а именно: встречное столкновение легковых автомобилей и столкновение легкового автомобиля с грузовым.
Наиболее тяжелые последствия встречных столкновений легковых автомобилей наблюдаются при существенной разнице масс и скоростей движения сталкивающихся легковых автомобилей.
Внешнюю безопасность автомобилей как объектов соударения с другими транспортными средствами (иначе - совместимость автомобилей) целесообразно рассматривать в первую очередь для процессов фронтальных (встречных) столкновений однотипных автомобилей, так как наиболее травмоопасным типом столкновений легковых автомобилей, при котором основной причиной травмирования в настоящее время можно считать характеристики автомобиля - объекта соударения, являются встречные столкновения. Задачи обеспечения безопасности человека в автомобилях меньшей массы при фронтальных столкновениях при большой разнице масс соударяющихся автомобилей (например, при столкновении легкового автомобиля или грузового с грузовым) за счет повышения внешней безопасности практически не осуществимы; повышение внешней безопасности грузовых автомобилей при других типах столкновений (боковых, наездах сзади) с легковыми достигается в основном исключением или уменьшением вероятности экстремальных нарушений жизненного пространства за счет установки на грузовых автомобилях специальных устройств, препятствующих въезду легкового автомобиля под кузов.
Многочисленные исследования реальных ДТП и краш-тестов, воспроизводящих столкновения легковых автомобилей разных масс (соотношение масс может составлять 2...2,5 и более) показали, что в настоящее время отсутствуют реальные пути обеспечения адекватной внешней «пассивной» безопасности автомобилей разных масс при столкновении. На рис. 3.32 показаны изменения скоростей движения автомобилей «Ситроен СЗ» и «Мерседеса» при центральном встречном столкновении, движущихся с одинаковой скоростью 60 км/ч (максимально допустимой скоростью по требованиям ПДД в городских условиях). Анализ показывает, что при таком столкновении в конструкции автомобиля меньшей массы («Ситроен СЗ») для защиты водителя и пассажиров необходимо предусматривать мероприятия, обеспечивающие безопасность в ДТП при изменении скорости равной ЛУбез = 80 км/ч, т.е. для них проводить сертификацию (краш-тесты) в условиях наезда на препятствие со скоростью 80 км/ч, вместо принятых в настоящее время 56 км/ч. Учитывая, что автомобили большой массы в момент столкновения могут двигаться со значительно большей скоростью, чем 60 км/ч, то ЛУбез для легковых автомобилей должна быть еще большей. В настоящее время обеспечить такой высокий уровень пассивной безопасности в автомобилях малой массы невозможно и поэтому водители и пассажиры в них менее защищены, чем в автомобилях большей массы.
Рис. 3.32. Изменение скоростей движения при встречном столкновении автомобилей «Мерседес» и «Ситроен СЗ»: при V1=V2. V - скорость движения автомобилей после столкновения, ΔV1 - изменение скорости движения автомобиля «Мерседес», ΔV2 - изменение скорости движения автомобиля «Ситроен СЗ»
В наибольшей степени регламентация внешней пассивной безопасности коснулась конструкций грузовых автомобилей.
Правила ООН № 58 предписывают необходимость наличия в конструкции грузового автомобиля заднего защитного устройства (ЗЗУ), предотвращающего вероятность подъезда легкового автомобиля под заднюю часть грузовой платформы грузового автомобиля при разнице скоростей движения до 50 км/ч (рис. 3.33).
Рис. 3.33. Геометрические параметры ЗЗУ (а) и точки приложения нагрузок при испытаниях ЗЗУ (б)
Правилами ООН № 73 регламентируется наличие в грузовых автомобилях боковых ограждающих устройств, предотвращающих попадание сбоку между передними и задними консами велосипедистов, мотоциклистов и пешеходов.
Правила ООН № 93 ограничивают подъезд легкового автомобиля под переднюю часть грузового при встречных столкновениях за счет установки на грузовых автомобилях переднего противоподкатного защитного устройства (поперечного элемента) на высоте не более 400...450 мм.