В табл. 2.2 приведены критерии оценки основных свойств системы обеспечения пассивной безопасности, принятые с учетом целей функционирования системы и ее подсистем, полученные на основе изучения механизмов травмирования и биомеханики человека при ДТП.
При оценке ударно-прочностных свойств целесообразно использовать три основных измерителя:
- перегрузки человека (автомобиля) Nч(а);
- деформации (перемещения) автомобиля Sадеф;
- вероятность выбрасывания человека из автотранспортного средства РЭч.
Таблица 2.2. Критерии оценки основных свойств системы обеспечения пассивной безопасности
Перегрузки человека Nч и автомобиля Nа изменяются в процессе ДТП: Nч(а)=f(t), где t - время процесса столкновения.
Деформации автомобиля возникают и изменяются в процессе ДТП Sадеф=f(t) и оцениваются значением Sадеф для i-го элемента, способного вызвать нарушение жизненного пространства или исключить возможность (затруднить) эвакуации человека из автомобиля.
Вероятность выбрасывания человека из автотранспортного средства РЭч зависит от угловой скорости ша и изменения поступательной Ava скорости движения автомобиля в процессе ДТП.
Возгораемость автомобиля измеряется вероятностью его воспламенения РГ при ДТП и характеризуется ее изменениями в процессе ДТП Рг=f(ωa, Δva).
Структуры системы обеспечения пассивной безопасности и ее подсистем показаны на рис. 2.2. Принятое подразделение элементов: автомобиль, человек, объект соударения, груз, удерживающее средство и т.д. - обусловлено особенностями ее функционирования в определенных условиях движения.
Рис. 2.2. Структурная схема системы и подсистем обеспечения пассивной безопасности
Исключение (снижение) вероятности травмирования человека (водитель и пассажир - в автомобиле и пешеход - вне автомобиля) в процессе дорожного движения является основной целью функционирования системы обеспечения пассивной безопасности и ее подсистем. При этом основными показателями являются антропометрические и биомеханические данные человека, характеризующие его положение внутри автомобиля (или относительно его наружных частей) и способности отдельных частей тела человека выдерживать перегрузки. Кроме того, человек рассматривается и как элемент понятия «среда», в этом случае дополнительной характеристикой являются вероятности (частости) столкновения человека с транспортным средством.
Показатели следующего элемента - автомобиля - должны способствовать исключению (снижению) травмирования человека при ДТП внутри автомобиля (внутренняя пассивная безопасность) и вне его (внешняя пассивная безопасность). При этом автомобиль рассматривается с двух позиций: и как транспортное средство, и как возможный объект соударения.
Под удерживающим средством понимается устройство (система устройств), обеспечивающее связь между автомобилем и человеком (грузом) при нагружении человека, не превышающем норм перегрузок для его тела, и исключающее или снижающее вероятность (тяжесть) травмирования человека в условиях ДТП. Связь считается удерживающей, если соотношения между координатами и скоростями точек системы, обусловленные этой связью, выражаются аналитически уравнением вида:
где t - время; xi, уi, zi - координаты i-й системы; x'i = dxi/dt; у=dyi/dt; zi=dzi/dt.
Удерживающие средства подразделяются на защитные (безопасные) и травмоопасные. Защитным считают устройство, обеспечивающее удерживающую связь при таком нагружении человека, которое не превышает безопасных перегрузок для его тела и исключает или снижает вероятность (тяжесть) травмирования при ДТП. В противном случае устройство является травмоопасным.
Удерживающие средства, используемые в конструкции автомобиля, можно условно подразделить на квазизащитные и специальные.
Квазизащитные удерживающие средства (обладают, как правило, защитными свойствами в ограниченных пределах) - это устройства, основное функциональное назначение которых не связано с обеспечением пассивной безопасности человека, расположенные как в зонах возможного удара человека (элементы интерьера), так и в зонах возможного перемещения груза (элементы кабины, кузова и грузовой платформы). К таким квазизащитным удерживающим средствам человека внутри автомобиля относятся рулевые управления, панели приборов, сиденья - для сидящих сзади пассажиров, элементы фиксации дверей, внутренняя часть несущих элементов кузова (кабины) - крыша, стойки и др. Квазизащитными удерживающими средствами груза являются задняя стенка кабины, элементы крепления сиденья и т.д.».
Специальные удерживающие средства - это средства, устанавливаемые в автомобиле для повышения эффективности связи человека или груза с автомобилем. К ним относятся ремни безопасности, пневматические защитные устройства, экраны или специальные крепления для защиты от перемещающегося при ударе груза и т.д.
Для подсистемы 1-го уровня «автомобиль - объект соударения» основным является повышение пассивной безопасности автомобиля и элементов обустройства дорог как объектов возможного соударения с другими автомобилями - участниками движения.
Для подсистемы «автомобиль - пешеход» основным является повышение внешней безопасности автомобиля как объекта возможного соударения с пешеходом.
Подсистема «автомобиль - человек (пассажир, водитель) - удерживающее средство для человека» должна обеспечивать удерживающую связь между автомобилем и человеком при безопасном уровне перегрузок его тела. Для этого решают задачи по созданию и применению специальных защитных удерживающих средств (ремней безопасности, пневматических удерживающих устройств и т.д.) в комплексе с оптимизацией ударно-прочностных свойств кузова, повышением энергопоглощающих свойств и травмобезопасности рулевого управления, панели приборов, спинки сидений и др. В настоящее время повышение пассивной безопасности автотранспортных средств происходит в основном при повышении эффективности функционирования именно этой подсистемы.
Задачей подсистемы «автомобиль - груз - удерживающее средство для груза - человек» является снижение вероятности и тяжести травмирования человека вследствие нарушений жизненного пространства в кабине автомобиля, перемещающегося в результате столкновения с грузом.
Все подсистемы прямо и обратно связаны с системой обеспечения пассивной безопасности. Аналогичные связи существуют также между подсистемой «автомобиль - объект соударения» с подсистемами «автомобиль - человек - удерживающее средство для человека» и «автомобиль - груз - удерживающее средство для груза - человек».