Измерители для оценки перегрузок и деформаций

В результате проведения исследований механизмов травмирования и биомеханики движений человека при ДТП было выявлено их существенное отличие при различных видах столкновения. Особенно высокий уровень перегрузок автомобиля при фронтальном столкновении вызывает довольно сильное травмирование человека. Таким образом, перегрузки являются основными измерителями ударно – прочностных свойств автомобиля.

Если в автомобиля отсутствуют специальные защитные удерживающие устройства, то, как правило, между человеком и деталями интерьера автомобиля имеется значительное расстояние, поэтому контакт с данными элементами, находящимися в зоне возможного соударения, происходит по окончании процесса деформирования автомобиля. После контакта кинетическая энергия человека, находящегося в автомобиле, расходуется только на деформирование деталей интерьера и тела самого человека. На перегрузки человека влияет в основном только изменение скорости движения автомобилей в первой фазе столкновения, при этом не рассматриваются характеристики деталей интерьера, с которыми возможен контакт человека. Таким образом параметром, косвенно оценивающим перегрузки автомобиля в случае отсутствия специальных защитных удерживающих средств, можно считать изменение скорости движения автомобиля при столкновении.

Если же в автомобиле предусмотрено наличие специальных защитных удерживающих средств (например, ремни безопасности), то контакт человека с ними происходит как правило до окончания процесса деформации автомобиля. В таком случае кинетическая энергия перемещения находящегося в автомобиле человека расходуется на деформацию удерживающих средств и на перегрузки человека влияют особенности процесса замедления автомобиля, т.е. его ударно – прочностные свойства. [ ]

Чтобы предотвратить травмирование человека из-за деформации кузова (кабины) необходимо обеспечить наличие в автомобиле пространства для водителя и пассажиров, в пределах которого исключается вероятность травмоопасного контакта человека с элементами интерьера и (или) грузом, размещаемым в багажнике. При отсутствии внешних сил это пространство должно быть не менее объема, занимаемого телом человека, а его форма должна соответствовать фиксированному с помощью защитных удерживающих средств положению тела человека на определенном месте в автомобиле. Таким образом, разработка критериев оценки деформаций должна основываться на анализе антропометрических параметров человека. [ ]

При действии внешних сил (сил инерции) отдельные части тела человека, имеющие частичную удерживающую связь с элементами удерживающих средств, могут перемещаться и занимать положения, при которых их связь с защитным удерживающим средством становится удерживающей. Начальным адаптивным положением человека в автомобиле называется такое положение человека, при котором он принимает характерную позу для начальной стадии определенного типа ДТП. Далее в процессе ДТП может происходить перемещение тела человека относительно автомобиля из–за деформации специальных удерживающих средств. Конечным адаптивным положением человека в автомобиле называется такая поза человека (в отсутствии контакта с квазизащитными удерживающими средствами), при которой его скорость относительно автомобиля равна нулю.

Под жизненным пространством понимается минимальное пространство в автомобиле, необходимое для жизнеобеспечения человека, использующего защитные удерживающие средства, в условиях ДТП без болевых ощущений в результате его контакта с элементами кузова (кабины). Совокупность антропометрических параметров тела человека и данных биомеханики движения человека при ДТП, оказывающих непосредственное влияние на координаты, характеризующие адаптированное положение человека в автомобиле, определяет размеры и форму жизненного пространства.

Адаптированное положение человека в автомобиле при фронтальных столкновениях определяется на основе биомеханического анализа перемещений человека (манекена), закрепленного диагонально – поясными ремнями безопасности. Поза человека в начальном адаптированном положении такова: голова наклонена максимально вперед (на 50 ± 10 °), ноги размещены вплотную к сиденью, голени перпендикулярны полу. При этом в сравнении с нормальной посадкой человека в автомобиле наклон головы требует увеличения жизненного пространства впереди и позволят несколько уменьшить его сверху, размещение голеней у сиденья позволяет значительно уменьшить пространство впереди, но требует некоторого увеличения пространства в области размещения колен. Жизненное пространство для этого положения ограничено контуром с контрольными точками а-б-в-г-д-з-и-к (см. рисунок). На схеме дано минимальное количество точек, которые в совокупности дают достаточную характеристику пространства, занимаемого телом человека. Этими точками являются: передняя точка головы, верхняя точка головы, передняя точка груди, верхняя точка колена, передняя точка колена, нижняя точка живота, носок ступни. При определении размеров жизненного пространства все измерения производят относительно точки Н, характеризующей положение сидящего человека в салоне легкового автомобиля и представляющей собой след на вертикальной плоскости теоретической оси вращения ноги относительно туловища (в случае замены человека манекеном). Однако положение самой точки Н в автомобиле зависит от положения сиденья, в то же время положение точек з-и-к (по вертикали) не зависит от положения сиденья и от положения точки Н.

Таким образом, координаты контрольных точек жизненного пространства имеют значения, указанные в таблице.

Таблица – Координаты контрольных точек жизненного пространства

Для практических измерений определение жизненного пространства в двух системах координат, точка начала отсчета одной из которых (точка Н) подвижна, весьма затруднительно, поэтому целесообразно выбрать единую неподвижную относительно кузова автомобиля систему координат. За начало отсчета такой системы выбираются наименее подверженные деформациям в процессе фронтального столкновения зоны – средняя стойка двери с передней линией в районе замка двери и верхней линией – порог двери (см. рисунок). [ ]

Рисунок – Система координат для измерения жизненного пространства

При определении позы человека в конечном адаптированном положении принято, что перемещение за счет растяжения ремней безопасности происходит относительно неподвижных ступней ног в положении, характерном для начального адаптированного. Ноги могут занять такое положение, как вследствие допустимой деформации передней стенки кузова, так и вследствие специфической позы человека, оправданной с точки зрения получения минимальных размеров жизненного пространства. Принцип обеспечения жизненного пространства при ДТП предполагает соблюдение начального адаптированного положения. В поперечной плоскости автомобиля эти размеры должны сохраняться по ширине 400 мм, по 200 мм вправо и влево от средней линии сиденья.

Способ оценки жизненного пространства в лабораторных условиях заключается в следующем: если оценка жизненного пространства проводится по результатам испытаний или имеется возможность провести подробные измерения с использованием модели автомобиля после ДТП, то порядок определения следующий:

· строится графическая схема интерьера салона легкового автомобиля до и после испытаний с нанесением на нее координат наиболее выступающих внутрь салона элементов интерьера;

· затем на схему наносится определенное с помощью модели манекена положение точки Н относительно фактического положения сиденья;

· строится схема жизненного пространства в начальном адаптированном положении по координатам точек таблицы;

· далее на полученную схему наносятся координаты деформированных элементов интерьера и определяются источники травмирования человека.

Перемещения человека изучаются относительно недеформируемой части автомобиля, а также поверхности дороги. В качестве базовых точек, характеризующих положение человека в автомобиле, принимаются точки Н и R (точка, соответствующая положению точки Н и имеющая координаты относительно конструкции автотранспортного средства) (рисунок).

Оценка других показателей безопасности при фронтальном столкновении заключается в измерении перемещения торца рулевого вала в двух плоскостях, данное перемещение в соответствии с Правилами ЕЭК ООН № 12 не должно превышать 127 мм. [ ]