Текст книги "Организация безопасности движения и управление перевозочным процессом на автомобильном транспорте"

Раздел 2.
Требования к безопасности автотранспортных средств

Тема 2.1.
Конструкционная и эксплуатационная безопасность транспортных средств

В действующем с 2002 г. Федеральном законе «О техническом регулировании» №184-ФЗ введено законодательно понятие безопасности продукции, процессов производства, перевозок и т. д. как состояние, при котором отсутствует недопустимый риск, связанный с причинением вреда, в частности, жизни и здоровью граждан, имуществу, окружающей среде. Величину риска принято оценивать вероятностью (или частотой) воздействия фактора риска, рассматриваемого как случайное событие.

Конструкционная безопасность (безопасность конструкции АТС) обеспечивается как при проектировании и создании новых моделей АТС, так и при производстве АТС. Перед началом проектирования изучаются имеющиеся законодательные акты (законы, ведомственные постановления, ПДД, требования к дорогам, топливам, системы сертификации и т. д.). Затем определяется объём нормативов, которым должна соответствовать разработанная модель. Основные нормативные документы:

• Правила ЕЭК ООН (они являются базой ГОСТов);

• стандарты ISO (Международной организации по стандартизации);

• директивы ЕС (Европейского сообщества);

• ПДД;

• ГОСТы, ОСТы, РД;

• национальные стандарты стран-импортёров;

• фирменные нормативы.

Минимальным объёмом нормативов является перечень требований, которым должна соответствовать конструкция при сертификации автомобиля. Сертификация – комплекс мероприятий по подтверждению соответствия конструкции автомобиля установленным в Российской Федерации нормативным предписанием в соответствии с «Системой сертификации механических транспортных средств и прицепов» (ГОСТ Р), который регулярно пересматривается (раз в несколько лет) (см. п. 1.2.).

Перед началом производства АТС предприятие-изготовитель должно получить сертификат, который является одним из основных документов при регистрации каждого автомобиля в органах ГИБДД. При производстве АТС контроль осуществляется за счёт функционирования на заводе-изготовителе системы качества и проведения представителями органа по сертификации регулярных инспекций уровня обеспечения качества выпускаемой сертифицированной продукции на заводе.

Конструкционная безопасность автомобиля является сложным свойством. Учитывая разнообразие источников возникновения факторов риска причинения вреда, конструктивную безопасность принято в принципе, разделять на активную, пассивную, послеаварийную и экологическую (рис. 1.2). Повышение уровня активной и пассивной безопасности ТС, прежде всего, за счёт усиления требований к разработке и установке на ТС конструктивных элементов, обеспечивающих защиту жизни и здоровья участников дорожного движения, предусмотрено Федеральной целевой программой «Повышение безопасности дорожного движения в 2013 – 2020 гг.».

Активная безопасность автомобиля – свойство автомобиля, позволяющее водителю предотвращать ДТП (снижать вероятность риска возникновения ДТП). Уровень активной безопасности (АБ) автомобиля проявляется в нештатной ситуации, когда водитель в состоянии изменить характер движения.

Пассивная безопасность автомобиля – свойство автомобиля предотвращать и снижать тяжесть причинения вреда жизни и здоровью участникам движения (уменьшать вероятность риска травмирования, гибели, потери имущества) при ДТП. Различают внутреннюю пассивную безопасность, снижающую травматизм пассажиров и водителя, обеспечивающую сохранность груза и внешнюю пассивную безопасность, которая уменьшает вероятность нанесения вреда другим участникам движения. Уровень пассивной безопасности (УПБ) автомобиля можно характеризовать ударно-прочностными свойствами и возгораемостью (внутренняя ПБ), а безопасность элементов обустройства дорог (внешняя ПБ) – ударно-прочностными свойствами.

Эффективность ПБ во многом зависит от наличия удерживающих средств: специальных и квазизащитных.

Специальные – средства, установленные для повышения эффективности связи водителя, пассажира или груза с автомобилем (ремни безопасности, пневматические защитные устройства, экраны или спецкрепления для защиты от перемещений при ударе груза).

Квазизащитные – это средства, основное функциональное назначение которых не связано с обеспечением ПБ. Они размещены в зоне возможного удара человека (элементы управления и интерьера) и в зонах возможного перемещения грузов (задняя стенка кабины, элементы крепления сиденья).

Послеаварийная безопасность автомобиля – свойство автомобиля снижать тяжесть последствий ДТП в конечной фазе и после ДТП. К послеаварийной безопасности (ПаБ) относятся:

• пожаробезопасность – показатель, характеризующий величину, обратную вероятности риска причинения вреда при возгорании автомобиля. Показатель определяется как конструкцией автомобиля, так и наличием средств пожаротушения;

• герметичность – показатель, характеризующий величину, обратную вероятности риска проникновения воды в салон, кабину, фургон при погружении автомобиля в воду или затоплении;

• эвакоприспособленность – показатель, характеризующий возможность быстрой эвакуации пострадавших и оказания первичной медицинской помощи. Показатель определяется как конструкцией замков, дверей, так и наличием запасных выходов, аварийной сигнализации, медицинской аптечки.

В большинстве случаев провести чёткую границу между требованиями ПБ и ПаБ не всегда возможно. Так, например, замки автомобильных дверей должны выдерживать большие перегрузки, не открываясь, чтобы предотвратить выпадение пассажиров при ДТП (ПБ). Вместе с тем, они не должны заклиниваться и препятствовать эвакуации пострадавших из автомобиля (ПаБ). В этом случае послеаварийную безопасность следует рассматривать в составе пассивной безопасности ТС.

Экологическая безопасность автомобиля – это свойство автомобиля, позволяющее уменьшить риск причинения вреда участникам движения и окружающей среде в условиях эксплуатации. Под экологической безопасностью (ЭБ) автомобиля мы будем понимать комплекс конструктивных свойств, минимизирующих объёмы выбросов вредных веществ с отработавшими газами и мелкодисперсными частицами, уменьшающих уровни шума и вибрации, снижающих отходы при ТО и Р в процессе эксплуатации автомобиля.

Экологическая безопасность автомобиля, как и любой другой промышленной продукции, в соответствии с международными и национальными требованиями (ГОСТ Р ISO 14040—14043), должна оцениваться в течение всего жизненного цикла. Данный подход принят как наиболее адекватный для оценки эффективности конструкционных, технологических и эксплуатационных мероприятий и реализуется практически на всех автомобильных фирмах мира.

Рассмотренные виды конструктивной безопасности автомобиля взаимосвязаны, влияют один на другой, как в плане повышения уровня вида безопасности, так и его возможного снижения при удовлетворении приоритетных требований.

Наиболее чётко взаимосвязь и взаимовлияние видов конструктивной безопасности проявляется при ДТП. В каждом ДТП условно можно выделить три фазы: начальную, кульминационную и конечную. Продолжительность ДТП составляет от долей секунд до нескольких минут, и все три фазы неразрывно связаны между собой.

Начальная фаза ДТП характеризуется условиями движения автомобилей и других участников движения перед их взаимодействием с объектами соударения. Включает нештатную и аварийную ситуации. Под нештатной ситуацией (обстановкой) принимают такую дорожную ситуацию (обстановку), при которой участники движения могут принять меры по предотвращению ДТП. Если эти меры не приняты или оказались неэффективными, то обстановка переходит в аварийную. Аварийной ситуацией называют такую дорожную ситуацию, при которой участники движения не располагают технической возможностью предотвратить ДТП.

Кульминационная фаза ДТП характеризуется взаимодействием автомобиля с объектом соударения.

Конечная фаза следует за кульминационной, и её окончание совпадает с прекращением динамического и любого другого воздействия (например, пожара) на автомобиль.

Требования ЭБ автомобиля должны обеспечиваться во всех фазах ДТП. Розлив ГСМ – характерное проявление снижения ЭБ автомобиля при ДТП.

Взаимосвязь различных видов безопасности и противоречивость требований, предъявляемых к конструкции автомобиля, вынуждают конструкторов и эксплуатационников принимать компромиссные решения. При этом неизбежно ухудшаются одни свойства, менее существенные для автомобиля данного типа, и улучшаются другие, имеющие большее значение.

Эксплуатационная безопасность АТС

Возможность эффективного использования автомобиля по назначению определяют по его эксплуатационным свойствам. Согласно классификации, предложенной академиком Е. А. Чудаковым, к эксплуатационным свойствам автомобиля относятся: динамичность, топливная экономичность, устойчивость, проходимость, плавность, надёжность, вместимость и т. д.

Последствия количественного роста подвижного состава, увеличения скоростного режима и плотности движения транспортных средств создали объективную потребность системного изучения факторов, влияющих на безопасность и эксплуатационные свойства автомобилей в составе двух компонентов – конструктивной и эксплуатационной безопасности транспортных средств.

Как и другие эксплуатационные свойства, безопасность, является функцией общих параметров автомобиля, выходных характеристик агрегатов и их технического состояния.

По статистике значительное число ДТП с тяжёлыми последствиями связано с неудовлетворительным техническим состоянием транспортных средств. Ройтман Б. А. приводит данные Института общественной безопасности США: неисправности автомобиля стали причиной 4—5% происшествий (с вероятностью 100%), 9 – 13% происшествий (с вероятностью не менее 80%), 15 – 25% происшествий (с вероятностью менее 80%). По данным НИЦ ГИБДД МВД России аварийность из-за неудовлетворительного технического состояния автомобилей в Российской Федерации доля происшествий может достигать до 15%. Для этой группы характерны ДТП из-за неисправности тормозных систем (40 – 50%), внешних световых приборов и устройств обзорности дороги (25 – 30%) и состояния шин (5 – 10%). Основными положениями по допуску транспортных средств к эксплуатации и обязанностям должностных лиц по обеспечению безопасности дорожного движения установлен перечень неисправностей и условий, при которых запрещается эксплуатация транспортных средств.

Проблема содержания автомобилей в исправном состоянии, с точки зрения обеспечения безопасности дорожного движения и окружающей среды, поставлена в развитых странах в ряд важных государственных задач. Снижение количества участвующих в движении неисправных автомобилей – это постоянное требование и для настоящего дня.

Обеспечение безопасности при эксплуатации АТС (эксплуатационная безопасность) на первом этапе осуществляется при допуске к эксплуатации (регистрации АТС в органах ГИБДД), когда проверяется наличие сертификата, а также может ограничиваться допуск к эксплуатации автомобилей с большим сроком эксплуатации (5 или 10 лет); автомобилей, не предназначенных для правостороннего движения и т. д. Система поддержания безопасного технического состояния АТС осуществляется эксплуатирующей организацией (или собственником).

Тема 2.2.
Пассивная безопасность АТС

Пассивная безопасность – это набор свойств и приспособлений транспортного средства, которые имеют свои уникальные конструктивные и эксплуатационные отличия, однако функционально направлены на обеспечение максимально безопасных условий при попадании в аварию. В отличии от активной системы безопасности, действие которой направлены на сохранение автомобиля от аварий, система пассивной безопасности автомобиля активизируется уже после того как авария имело место быть.

Для того, чтобы снизить последствия аварии применяется целая совокупность из устройств, цель которых снизить тяжесть возникшего ДТП. Для более точной классификации используют разделение на две основные группы.

Внутренняя система – в её состав входят:

• Подушки безопасности;

• Ремни безопасности;

• Конструкция сидений (подголовники, подлокотники, и т.д.);

• Энергопоглотители кузова;

• Другие мягкие элементы интерьера.

Внешняя система – еще одна, не менее важная группа, представляется в виде:

• Бамперов;

• Выступов на кузове;

• Стекол;

• Усилителей стоек.

С недавнего времени, на страницах известных информационных агентств начали подробно освещать пункты, которые сообщают о всех элементах пассивной безопасности в авто. Кроме того, не стоит забывать и деятельности независимой организации Euro NCAP (European New Car Assessment Programme). Этот комитет уже довольно долгое время проводит краш-тесты всех выходящих на рынок моделей, присуждая ведомости о результатах проверки как активной системы безопасности так и пассивной. С данными по результатам краш-тестов может ознакомится любой желающий, удостоверившись в каждой из составляющих системы защиты.

Внутренняя пассивная безопасность

Все элементы пассивной безопасности входящие в этот список призваны обезопасить всех находящихся в салоне автомобиля, который попал в аварию. Именно поэтому, очень важно помимо оснащения автомобиля специальным оборудованием (исправного вида), его необходимо использовать всеми участниками езды по назначению. Только соблюдение всех правил позволит получить наивысшую защиту. Далее мы рассмотрим самые основные пункты, которые входят в перечень внутренней пассивной безопасности.

Кузов – основа всей системы безопасности. Прочность автомобиля и возможные деформации его частей напрямую зависят от материала, состояния, а также конструктивных особенностей кузова автомобиля. Чтобы обезопасить пассажиров от попадания подкапотного содержимого в салон, конструкторы специально используют «решетку безопасности» – прочный пласт, который не позволяет нарушить салонную основу.

Безопасность салона от элементов конструкции – это целый перечень устройств и технологий, которые призваны обезопасить здоровье водителя и пассажиров.

Например, многие салоны предусматривают наличие складывающегося руля, который не позволяет нанести дополнительный урон водителю.

Кроме того, современные автомобили оснащены травмобезопасным педальным узлом, действие которого предусматривает отсоединение педалей от креплений, снижая нагрузку на нижние конечности. Ремни безопасности – от принятого стандарта поясных 2-х точечных ремней, которые удерживали пассажира обычной стяжкой через живот или грудь, отказались еще в середине прошлого века. Подобные пассивные средства безопасности требовали улучшений, которые пришли в виде многоточёчных ремней. Повышенная функциональность такого типа устройств позволяла равномерно распределить кинетику по всему телу, не подвергая травматизации отдельных областей тела.

Подушки безопасности – вторая по важности (первую строчку здесь уверенно удерживают пояса безопасности), пассивная система безопасности. Получив признание в конце 70-ых гг. они плотно вошли в состав всех транспортных средств. Современный автопром начали оснащать целым набором из систем подушек безопасности, которые окружают водителя и пассажиров со всех сторон, перекрывая потенциальные зоны повреждений. Резкое раскрывание камеры с хранением подушки активирует стремительное наполнение последней воздушной смесью, которая амортизирует приближающегося по инерции человека.

Сиденья и подголовники – само по себе сиденье не представляет дополнительных функций во время аварии, кроме как выполнение фиксации пассажира на месте. Однако подголовники, напротив, свой функционал раскрывают как раз в момент столкновения, предотвращая запрокидывание головы с последующей травматизацией шейных позвонков.

Другие средства внутренней пассивной безопасности – во многих автомобилях предусмотрено наличие высоконапряженных листов из металла. Такой апгрейд позволяет сделать автомобиль более жестким к ударам, одновременно снижая его массу. Во многих автомобилях также используется активная система областей разрушения, которые при столкновении гасят возникающую кинетику, а сами при этом разрушаются (повышенные деструкции автомобиля ничто в сравнении с жизнью и здоровьем человека).

Внешняя пассивная безопасность

Если в предыдущем пункте мы рассматривали средства и устройства автомобиля, защищающие пассажиров и водителей в момент совершения аварии, то в этот раз поговорим о комплексе, который позволяет максимально обезопасить здоровье пешехода, попавшего под колеса рассматриваемого автомобиля.

Бамперы – в конструкции современных бамперов входит несколько энерго– и кинетически-поглощающих элементов, которые присутствуют как на передней части автомобиля так и сзади. Их предназначением является абсорбация возникающей от удара энергии за счёт подверженных к сминанию блоков. Это не только позволяет понизить риск нанесения урона пешеходу, но и здорово уменьшает повреждения внутри салона авто.

Наружные выступы автомобилей – как правило, к полезным свойствам таких элементов приписать тяжело. Однако, как это может показаться на первый взгляд, большинство из этих элементов имеют схожий принцип самодеструкции, описанный ранее в пункте 6. раздела «Внутренняя пассивная безопасность».

Приспособления для защиты пешеходов – отдельные компании– производители в лице Bosch, Siemens, TRW и других, на протяжении нескольких десятилетий активно разрабатывают системы обеспечивающие дополнительную безопасность пешеходам, попавшим в ДТП. Например, система Electronic Pedestrian Protection позволят поднимать крышу капота, увеличивая область столкновения того с телом пешехода, выступая при этом в роли «щита» от более твердых и не ровных частей моторного отсека.

Методология испытаний

Используется четыре основных метода для оценки, соответствия автомобиля и его элементов требованиям пассивной безопасности. Всего 126 Правил ЕЭК ООН по безопасности (активной, пассивной, экологической, послеаварийной), из них 25 Правил касаются пассивной безопасности и требуется проведение испытаний по этим Правилам, касающихся пассивной безопасности. Самые дорогостоящие полномасштабные (ударные) испытания. Расчетные методы годятся только для предварительной оценки, а для окончательной – краштесты.

Испытания на ПБ дорогие, доводка автомобилей до уровня требований по ПБ сложная, оборудование для испытаний дорогое. Часто оборудование для испытаний берется в аренду (так для имитации фронтального удара необходимо min 2 манекена по 60 тыс. долларов США каждый, а еще нужно измерительное оборудование, оборудование для видеосъемки и т.д.).

Методы полномасштабных испытаний – краштесты. Новый автомобиль в процессе доводки и сертификации испытывается имитацией всех четырех типов ДТП.

Фронтальное столкновение

По мере совершенствования технологии испытаний использовались:

• удар в стенку прямой при V_а = 50 км/ч;

• удар в жесткое препятствие под 30° относительно поперечной оси автомобиля со стороны рулевого управления при V_а = 50 км/ч;

• смещенный удар с перекрытием 40% ширины автомобиля при V_а = 50 км/ч.

Используется 2 манекена, нежесткое деформируемое препятствие, имитирующее жесткость передней части легкового автомобиля, изготовленное из сотового алюминия.

Раньше оценивалась по механическим показателям (по перемещению рулевой колонки, нарушению жизненного пространства). Сейчас оценка по биомеханическим показателям датчиков (датчики в голове, груди, коленях) на манекене. Сейчас осуществляется комплексная оценка автомобиля и удерживающих систем (РБ, надувных подушек и т.д).

Боковое столкновение

Тележка с деформируемым элементом, имитирующим жесткость передней части легкового автомобиля со скоростью 50 км/ч наезжает на боковину испытываемого автомобиля.

По показаниям датчиков в манекенах оценивается пассивная безопасность.

Заднее столкновение

Тележка с жесткой плоской плитой ударяет по задней части испытываемого автомобиля со скоростью 35—50км/ч.

Оценивается пожарная безопасность, возможность открывания дверей и нарушение жизненного пространства.

Опрокидывание

Для легковых автомобилей испытания не проводятся, для грузовых автомобилей и автобусов используется метод опрокидывания с уклона или выступа высотой 0,8 м.

Для оценки результатов краштестов используются данные, полученные в результате исследований толерантности и механизмов травмирования человека в автомобиле с учетом биомеханики и биодинамики отдельных видов ДТП.

Оценка перегрузок

Тяжесть травмирования человека в автомобиле при фронтальном столкновении определяется в основном повреждениями головы, грудной клетки и тазобедренного сустава.

Тяжесть травм при действии перегрузки определяется с помощью антропометрических манекенов. Определять перегрузку головы и груди с помощью манекенов сложно. Можно использовать упрощенный показатель – срднеинтегральное значение перегрузки автомобиля.

Оценка деформаций

Для предотвращения травмирования человека вследствие деформации кузова (кабины) необходимо наличие в автомобиле пространства для водителя и пассажиров, в пределах которого исключается вероятность травмоопасных контактов человека с элементами интерьера, а также перемещаемом при ДТП грузом. Оно должно быть не менее объема, занимающего телом человека и должно соответствовать его положению на определенном месте в автомобиле.

Назовем позу человека, закрепленного в автомобиле ремнем безопасности (без закрепления нет смысла нормировать величины деформаций), при котором он занимает характерные положения для определенного типа ДТП адаптированным положением человека в автомобиле.

Под жизненным пространством понимается минимальное пространство в автомобиле, необходимое для жизнеобеспечения человека в адаптированном положении, и использующего ремни безопасности в условиях ДТП без болевых ощущений при его контакте с элементами кузова (кабины).

Жизненное (остаточное) пространство определяется для каждого типа ДТП (фронтального столкновения, опрокидывания и т.д.). При оценке жизненного пространства используются линейные измерения в кабине относительно точек Н (R) до и после испытаний, а также макеты, выполненные, как правило, из легкого деформируемого материала (пенополиуретана).

Точка Н – контрольная точка сиденья, определяется с помощью трехмерного манекена как место расположения тазобедренного сустава. Точка R – это точка Н закоординированная относительно элементов кабины.