Безопасность автомобиля

Безопасность зависит от трех важных характеристик автомобиля: размер и вес, средства пассивной безопасности, которые помогают выжить в аварии и избежать травм, и средства активной безопасности, которые помогают избегать дорожных происшествий. Однако при столкновении более тяжелые машины с относительно плохими оценками в краш-тестах могут показать лучшие результаты, чем легкие автомобили с отличными оценками. В компактных и малых автомобилях погибает в два раза больше людей, чем в больших. Об этом стоит всегда помнить.

Пассивная безопасность

Средства пассивной безопасности помогают водителю и пассажирам выжить в аварии и остаться без серьезных травм. Размер автомобиля – это тоже средство пассивной безопасности: больше = безопаснее. Но есть и другие важные моменты.

Ремни безопасности стали лучшим из когда-либо придуманных устройств защиты водителя и пассажиров. Здравая идея привязать человека к сиденью, чтобы спасти ему жизнь при аварии, появилась еще в 1907 году. Тогда водителя и пассажиров пристегивали только на уровне талии. На серийных автомобилях первой ремни поставила шведская компания Volvo в 1959 году. Ремни в большинстве машин трехточечные, инерционные, в некоторых спортивных автомобилях используются и четырехточечные и даже пятиточечные, чтобы лучше удержать водителя в седле. Ясно одно: чем плотнее тебя прижимает к креслу, тем безопаснее. Современные системы ремней безопасности имеют автоматические преднатяжители, которые при аварии выбирают провисания ремней, повышая защиту человека, и сохраняют место для раскрытия подушек безопасности. Важно знать, что хотя подушки безопасности и защищают от серьезных травм, ремни безопасности абсолютно необходимы для обеспечения полной безопасности водителя и пассажиров. Американская организация безопасности движения NHTSA на основании своих исследований сообщает, что использование ремней безопасности снижает риск смертельного исхода на 45-60% в зависимости от типа автомобиля.

Столько подушек должно быть в современном автомобиле

Без подушек безопасности в машине никак нельзя, этого теперь не знает только ленивый. Они нас и от удара спасут, и от разбитого стекла. Но первые подушки были как бронебойный снаряд - раскрывались под воздействием датчиков удара и выстреливали навстречу телу со скоростью 300 км/ч. Аттракцион на выживание, да и только, не говоря уже о том ужасе, который испытывал человек в момент хлопка. Теперь подушки встречаются даже в самых дешевых автомобильчиках и умеют раскрываться с разной скоростью в зависимости от силы столкновения. Устройство пережило много модификаций и вот уже 25 лет спасает человеческие жизни. Однако опасность остается до сих пор. Если забыл или поленился пристегнуться, то подушка легко может... убить. Во время аварии, даже при небольшой скорости, тело по инерции летит вперед, раскрывшаяся подушка его остановит, зато голову с огромной скоростью отфутболит назад. У хирургов это называется "хлыстовая травма". В большинстве случаев это грозит переломом шейных позвонков. В лучшем -вечной дружбой с вертеброневрологами. Это такие врачи, которым иногда удается поставить ваши позвонки на место. Но шейные позвонки, как известно, лучше не трогать,они проходят под категорией неприкасаемых. Именно поэтому во многих машинах раздается противный писк, который не столько напоминает нам, что нужно пристегиваться, сколько сообщает, что подушка НЕ раскроется, если человек не пристегнут. Внимательно прислушайтесь к тому, что вам поет ваша машина. Подушки безопасности разработаны специально, чтобы работать вместе ремнями безопасности и ни в коем случае не исключают необходимость их использования. По сведениям американской организации NHTSA использование подушек безопасности снижает риск смертельного исхода при аварии на 30-35% в зависимости от типа автомобиля. Во время столкновения ремни и подушки безопасности работают совместно. Комбинация их работы на 75% более эффективна в предотвращении серьезных травм головы и на 66% более эффективна в предотвращении травм грудной клетки. Боковые подушки безопасности тоже значительно улучшаю защиту водителя и пассажиров. Производители автомобилей используют также двухступенчатые подушки безопасности, которые раскрываются поэтапно одна за другой, чтобы избежать возможных травм, наносимых детям и невысоким взрослым от применения одноступенчатых, более дешевых подушек безопасности. В связи с этим, правильней сажать детей только на задние места в автомобилях любых типов.

Активные подголовники

Подголовники призваны предотвращать травмы от внезапного резкого движения головы и шеи при столкновении задней частью автомобиля. В действительности часто подголовники практически не защищают от травм. Эффективная защита при использовании подголовника может быть достигнута, если он находится точно на линии центра головы на уровне ее центра тяжести и не далее 7 см от задней ее части. Помните, что некоторые опции сидений изменяют размер и положение подголовника. Значительно повышают безопасность активные подголовники. Принцип их работы основан на простых физических законах, в соответствии с которыми голова откидывается назад несколько позднее корпуса. Активные подголовники используют давление корпуса на спинку сидения в момент удара, что вызывает смещение подголовника вверх и вперед, предотвращая вызывающее травму резкое откидывание головы назад. При ударе в заднюю часть автомобиля, новые подголовники срабатывают одновременно со спинкой сиденья, чтобы снизить риск травмы позвонков не только шейного, но и поясничного отделов. После удара, поясница сидящего в кресле непроизвольно движется вглубь спинки, при этом встроенные датчики дают «команду» подголовнику выдвинуться вперед-вверх, чтобы равномерно распределить нагрузку на позвоночник. Выдвигаясь при ударе, подголовник надежно фиксирует затылочную часть головы, предотвращая чрезмерный изгиб шейных позвонков. Стендовые испытания показали, что новая система эффективнее аналогичной уже существующей на 10-20%. При этом, однако, многое зависит от того, в каком положении находится человек в момент удара, его веса, а также того, пристегнут ли тот ремнем безопасности.

Каркас не должен сминаться

Структурная целостность (целостность каркаса автомобиля) это ещё один важный компонент пассивной безопасности автомобиля. Для каждого автомобиля он тестируется, перед тем как пойти в производство. Детали каркаса не должны изменять свою форму при столкновении, в то время как другие детали должны поглощать энергию удара. Сминаемые зоны спереди и сзади стали, пожалуй, тут самым серьезным достижением. Чем лучше будут сминаться капот и багажник, тем меньше достанется пассажирам. Главное, чтобы двигатель во время аварии уходил в пол. Инженеры разрабатывают все новые и новые комбинации материалов, чтобы погасить энергию удара. Результаты их деятельности можно очень наглядно увидеть на страшилках краш-тестов. Между капотом и багажником, как известно, находится салон. Так вот он и должен стать капсулой безопасности. И этот жесткий каркас ни в коем случае не должен смяться. Прочность жесткой капсулы дает возможность выжить даже в самом маленьком автомобиле. Если спереди и сзади каркас защищен капотом и багажником, то по бокам за нашу безопасность отвечают только металлические брусья в дверях. При самом страшном ударе, боковом, они не могут защитить, поэтому тут используют активные системы - боковые подушки безопасности и шторки, которые тоже блюдут наши интересы.

Также к элементам пассивной безопасности относятся:
-передний бампер, поглощающий часть кинетической энергии при столкновении;
-травмобезопасные детали внутреннего интерьера пассажирского салона.

Активная безопасность автомобиля

В арсенале активной безопасности автомобиля существует много противоаварийных систем. Среди них есть старые системы и новомодные изобретения. Перечислим только некоторые из них: антиблокировочная система тормозов (ABS), traction control, electronic stability control (ESC), система ночного видения и автоматический круиз-контроль – эти модные технологии, которые помогают водителю на дороге сегодня.

Антиблокировочная система тормозов (ABS) помогает остановиться быстрее и не потерять управление автомобилем, особенно на скользких поверхностях. В случае экстренной остановки ABS работает по-другому нежели обычные тормоза. С обычными тормозами внезапная остановка часто приводит к блокировке колес, что вызывает занос. Антиблокировочная система тормозов определяет, когда колесо заблокировано и отпускает его, управляя тормозами в 10 раз быстрее, чем это может сделать водитель.При срабатывании ABS раздается характерный звук и ощущается вибрация на педали тормоза. Для эффективного использования ABS следует изменить технику торможения. Не нужно отпускать и снова нажимать педаль тормоза,поскольку это отключает систему ABS. В случае экстренного торможения следует один раз нажать на педаль и аккуратно удерживать её до остановки автомобиля.

Traction Control (TCS) применяется для предотвращения пробуксовывания ведущих колёс, независимо от степени нажатия педали газа и дорожного покрытия. Принцип действия её основан на снижении выходной мощности двигателя при возрастании частоты вращения ведущих колёс. О частоте вращения каждого колеса компьютер, управляющий этой системой, узнаёт от датчиков, установленных у каждого колеса и от датчика ускорения. Точно такие же датчики применяются в системах ABS и в системах контроля крутящего момента, поэтому часто эти системы применяются одновременно. По сигналам датчиков, указывающих на то, что ведущие колёса начинают пробуксовывать, компьютер принимает решение о снижении мощности двигателя и оказывает на него действие, аналогичное уменьшению степени нажатия на педаль газа, причем степень сброса газа тем сильнее, чем выше темпы нарастания пробуксовки.

Так действует ESC

ESC (electronic stability control) — она же ESP. Задача ESC — сохранить стабильность и управляемость автомобиля в предельных режимах поворота. Отслеживая боковые ускорения автомобиля, вектор поворота, тормозное усилие и индивидуальную скорость вращения колес, система определяет ситуации, угрожающие заносом или опрокидыванием автомобиля, и самостоятельно сбрасывает газ и притормаживает соответствующие колеса. Рисунок наглядно иллюстрирует ситуацию, когда водитель превысил максимальную скорость вхождения в поворот, и начался занос (или снос). Красная линия — это траектория движения машины без ESC. Если её водитель начнёт тормозить, у него есть серьёзный шанс развернуться, а если нет — то улететь с дороги. ESC же выборочно подтормозит нужные колёса так, чтобы автомобиль остался на нужной траектории. ESC– наиболее сложное устройство, которое сотрудничает с антиблокировочной (ABS) и антипробуксовочной (TCS) системами, контролирует тягу и управление дроссельной заслонкой. Система ESС на современном автомобиле почти всегда отключаемая. Это может помочь в нестандартных ситуациях на дороге, например при раскачивании застрявшего автомобиля.

Круиз-контроль — это система, автоматически поддерживающая заданную скорость движения вне зависимости от изменений профиля дороги (подъемы, спуски). Управление работой данной системы (фиксация скорости, ее снижение или увеличение) осуществляется водителем путем нажатия кнопок на подрулевом выключателе или руле после разгона автомобиля до необходимой скорости. При нажатии водителем педали тормоза или газа система моментально отключается.Круиз-контроль значительно уменьшает появление усталости у водителя в длительных поездках, поскольку позволяет ногам человека находиться в расслабленном состоянии. В большинстве случаев круиз-контроль снижает расход топлива, поскольку поддерживается стабильный режим работы двигателя; увеличивается моторесурс двигателя, так как при поддерживаемых системой постоянных оборотах отсутствуют переменные нагрузки на его детали.

Активный круиз-контроль

Активный круиз-контроль, кроме поддержания постоянной скорости движения, одновременно отслеживает соблюдение безопасной дистанции до впереди идущего автомобиля. Основной элемент активного круиз-контроля - ультразвуковой датчик, установленный в переднем бампере или за радиаторной решеткой. Его принцип работы аналогичен датчикам парковочного радара, только радиус действия составляет несколько сотен метров, а угол охвата, наоборот, ограничен несколькими градусами. Посылая ультразвуковой сигнал, датчик ждет ответа. Если луч нашел препятствие в виде автомобиля, движущегося с меньшей скоростью и вернулся - значит, необходимо снизить скорость. Как только дорога вновь освобождается, машина разгоняется до первоначальной скорости.

Еще одним из важных элементов безопасности современного автомобиля являются шины. Подумайте: они единственное, что связывает машину с дорогой. Хороший комплект шин дает большое преимущество в том, как машина реагирует на экстренные маневры. Качество шин также заметно сказывается на управляемости машин.

Рассмотрим для примера оснащение Mercedes S-класса. В базовой комплектации автомобиля есть система Pre-Safe. При угрозе ДТП, которую электроника определяет по резкому торможению или слишком сильному скольжению колес, Pre-Safe подтягивает ремни безопасности и надувает воздушные камеры в мультиконтурных передних и задних сиденьях, чтобы лучше зафиксировать пассажиров. Помимо этого Pre-Safe «задраивает люки» – закрывает стекла и люк в крыше. Все эти приготовления должны уменьшить тяжесть возможного ДТП. Отличника контраварийной подготовки из S-класса делают всевозможные электронные помощники водителя – система стабилизации ESP, антипробуксовочная система ASR, система помощи при экстренном торможении Brake Assist. Система помощи при экстренном торможении в S-классе совмещена с радаром. Радар определяет расстояние до едущих впереди машин. Если оно становится угрожающе коротким, а водитель тормозит слабее необходимого, электроника начинает ему помогать. При экстренном торможении стоп-сигналы автомобиля мигают. По заказу S-класс можно оборудовать системой Distronic Plus. Она представляет собой автоматический круиз-контроль, очень удобный в пробках. Устройство с помощью того же радара контролирует дистанцию до впереди идущего автомобиля, при необходимости останавливает машину, а когда поток возобновляет движение, автоматически разгоняет ее до прежней скорости. Тем самым Mercedes избавляет водителя от каких-либо манипуляций помимо вращения руля. Distronic работает на скоростях от 0 до 200 км/ч. Парад антиаварийных приспособлений S-класса завершает инфракрасная система ночного видения. Она выхватывает из темноты предметы, спрятавшиеся от мощных ксеноновых фар.

Рейтинг безопасности автомобилей (краш-тесты EuroNCAP)

Главным светочем пассивной безопасности является «Европейская ассоциация испытания новых автомобилей», или сокращенно «EuroNCAP». Основанная в 1995 году, эта организация занимается тем, что регулярно уничтожает новенькие автомобили, выставляя оценки по пятизвездной шкале. Чем больше звездочек, тем лучше. Итак, если, выбирая новый автомобиль, вы в первую очередь заботитесь о безопасности, отдайте предпочтение модели, получившей максимально возможные пять звезд от «EuroNCAP».

Фронтальный краш-тест: 64 км/ч, перекрытие - 40%, деформируемый барьер. Максимальный балл - 16 Боковой краш-тест: 50 км/ч, деформируемый барьер. Максимальный балл - 16

Все серии испытаний проходят по одному сценарию. Сначала организаторы отбирают популярные на рынке автомобили одного класса и одного модельного года и анонимно закупают по две машины каждой модели. Испытания проводятся на двух известных независимых исследовательских центрах - английском TRL и голландском TNO. Начиная с первых тестов 1996 года и до середины 2000 года рейтинг безопасности EuroNCAP был «четырехзвездочным» и включал в себя оценку поведения автомобиля в двух видах испытаний - при фронтальном и боковом краш-тестах.

Удар в столб на скорости 29 км/ч (только для машин со специальными подушками защиты головы)

Но летом 2000 года эксперты EuroNCAP ввели еще одно, дополнительное, испытание - имитацию бокового удара о столб. Автомобиль размещают поперечно на подвижной тележке и на скорости 29 км/ч направляют водительской дверью в металлический столб диаметром примерно 25 см. Этот тест проходят только те автомобили, которые оснащены специальными средствами защиты головы водителя и пассажиров - «высокими» боковыми подушками или надувными «занавесками». Если машина прошла три теста, то вокруг головы манекена на пиктограмме степени безопасности при боковом столкновении появляется ореол в виде звезды. Если ореол зеленый, это означает, что автомобиль успешно прошел третий тест и получил дополнительные баллы, способные переместить его в пятизвездочную категорию. А те машины, у которых в стандартном оснащении нет «высоких» боковых подушек или надувных «занавесок», проходят испытания по обычной программе и не могут претендовать на высшую оценку Euro-NCAP. Оказалось, что эффективно сработавшие защитные приспособления могут более чем на порядок снизить риск травм головы водителя при боковом ударе о столб. Например, без «высоких» подушек или «занавесок» коэффициент вероятности повреждения головы НIС (Head Injury Criteria) при «столбовом» тесте может достигать 10000! (Пороговой величиной НIС, за которой начинается область смертельно опасных повреждений головы, медики считают 1000.) Зато с применением «высоких» подушек и «занавесок» НIС падает до безопасных величин - 200-300.

Тест наезда на пешехода

Пешеход – самый беззащитный участник дорожного движения. Однако его безопасностью EuroNCAP озаботилось лишь в 2002 году, разработав соответствующую методику оценки автомобилей (зеленые звезды). Изучив статистику, специалисты пришли к выводу, что большинство наездов на пешехода происходит по одному сценарию. Вначале автомобиль бампером бьет по ногам, а затем человек, в зависимости от скорости движения и конструкции автомобиля, ударяется головой либо о капот, либо о ветровое стекло.

Перед проведением теста бампер и переднюю кромку капота расчерчивают на 12 участков, а капот и нижнюю часть лобового стекла делят на 48 частей. Затем последовательно по каждому участку наносят удары имитаторами ног и головы. Сила удара соответствует столкновению с человеком на скорости 40 км/ч. Внутри имитаторов размещены датчики. Обработав их данные, компьютер присваивает каждому размеченному участку определенный цвет. Зеленым обозначаются наиболее безопасные участки, красным – самые опасные, желтым – занимающие промежуточное положение. Затем, по совокупности оценок, выставляется общая «звездная» оценка автомобилю за безопасность пешеходов. Максимально возможный результат – четыре звезды.

За последние годы прослеживается четкая тенденция – все больше новых автомобилей получают «звезды» в пешеходном тесте. Проблемными остаются только крупные вседорожники. Причина – в высокой передней части, из-за чего в случае наезда удар приходится не по ногам, а по туловищу.

И еще одно новшество. Все больше автомобилей оснащаются системами напоминания о непристегнутом ремне безопасности (СНРБ) - за наличие такой системы на водительском месте эксперты EuroNCAP начисляют один дополнительный балл, за оснащение обоих передних мест - два балла.

Американская национальная ассоциация безопасности дорожного движения NHTSA проводит краш–тесты по собственной методике. При фронтальном ударе автомобиль на скорости 50 км/ч врезается в жесткий бетонный барьер. Более суровы и условия бокового удара. Тележка весит почти 1400 кг, а автомобиль движется со скоростью 61 км/ч. Такой тест проводится дважды – производятся удары в переднюю, а затем в заднюю двери. В США профессионально и официально бьет машины еще одна организация – Институт транспортных исследований для страховых компаний IIHS. Но ее методика несущественно отличается от европейской.

Заводские краш-тесты

Даже не специалисту понятно, что описанные выше тесты не охватывают всех возможных видов аварий и, следовательно, не позволяют достаточно полно оценить безопасность автомобиля. Поэтому все крупные автопроизводители проводят собственные, нестандартные, краш–тесты, не жалея при этом ни времени, ни денег. Например, каждая новая модель Мерседес до начала производства проходит 28 испытаний. В среднем на одно испытание уходит около 300 человеко-часов. Некоторая часть тестов проводится виртуально, на компьютере. Но они играют роль вспомогательных, для окончательной доводки автомобилей их разбивают только в «реале».Самые тяжелые последствия наступают в результате лобовых столкновений. Поэтому основная часть заводских испытаний имитирует именно этот вид аварий. При этом автомобиль врезают в деформируемые и жесткие препятствия под разными углами, с разными скоростями и разными величинами перекрытия. Однако и такие тесты не дают всей полноты картины. Производители стали сталкивать автомобили между собой, причем не только «одноклассников», но и машины разных «весовых категорий» и даже легковые с грузовиками. Благодаря результатам таких тестов на всех «фурах» с 2003 года стали обязательными противоподкатные балки.

С выдумкой заводские специалисты по безопасности подходят и к испытания боковыми ударами. Разные углы, скорости, места ударов, равновеликие и разновеликие участники – все, как с фронтальными тестами.

Кабриолеты и крупные вседорожники испытывают еще и на переворот, ведь по статистике число погибших в таких авариях достигает 40%

Часто производители испытывают свои автомобили ударом сзади на небольших скоростях (15-45 км/ч) и перекрытии до 40%. Это позволяет оценить, насколько защищены пассажиры от хлыстовых травм (повреждения шейных позвонков) и насколько защищен бензобак. Фронтальные и боковые удары при скоростях до 15 км/ч помогают определить степень ущерба (т.е. затраты на ремонт) при мелких авариях. Отдельным испытания подвергаются сиденья и ремни безопасности.

А что предпринимают автопроизводители для защиты пешеходов? Бампер изготавливают из более мягкого пластика, а в конструкции капота применяют как можно меньше усилительных элементов. Но главная опасность для жизни человека – подкапотные агрегаты. При наезде голова проминает капот и натыкается именно на них. Здесь идут двумя путями – стараются максимально увеличить свободное пространство под капотом, либо снабжают капот пиропатронами. Датчик, расположенный в бампере, при ударе подает сигнал на механизм, вызывающий срабатывание пиропатрона. Последний, выстреливая, приподнимает капот на 5-6 сантиметров, защищая тем самым голову от удара о жесткие выступы подкапотного пространства.

Куклы для взрослых

Все знают, что для проведения краш – тестов используются манекены. Но далеко не всем известно, что к такому, казалось бы простому и логичному решению пришли не сразу. В начале для испытаний использовались человеческие трупы, животные, а в менее опасных тестах участвовали живые люди - добровольцы.

Пионерами в борьбе за безопасность человека в автомобиле выступили американцы. Именно в США еще в 1949 году был изготовлен первый манекен. По своей «кинематике» он больше походил на большую куклу: его конечности двигались совсем не так, как у человека, а тело было цельным. Только в 1971 году GM создали более-менее «человекоподобный» манекен. А современные «куклы» отличаются от своего предка, примерно как человек от обезьяны.

Сейчас манекены изготавливаются целыми семействами: два варианта «отца» разного роста и веса, более легкая и миниатюрная «супруга» и целый набор «детей» - от полуторагодовалого до десятилетнего возраста. Вес и пропорции тела полностью имитируют человеческое. Металлические «хрящи» и «позвонки» работают как человеческий позвоночник. Гибкие пластины заменяют ребра, а шарниры – суставы, даже ступни ног подвижны. Сверху этот «скелет» обтянут виниловым покрытием, упругость которого соответствует упругости человеческой кожи.

Внутри манекен с ног до головы напичкан датчиками, которые во время испытаний передают данные в блок памяти, расположенный в «грудной клетке». В итоге стоимость манекена составляет – держитесь за стул – свыше 200 тысяч долларов. То есть, в несколько раз дороже подавляющего большинства испытуемых автомобилей! Зато такие «куклы» универсальны. В отличие от предшественников, они годятся для проведения и фронтальных, и боковых тестов, и наезда сзади. Подготовка манекена к проведению испытания требует точной настройки электроники и может занимать несколько недель. Кроме того, непосредственно перед тестом, на различные участки «тела» наносят метки краской, чтобы определить, с какими частями салона происходит контакт во время аварии.

Мы живем в компьютерном мире, а потому специалисты по безопасности активно используют в своей работе виртуальное моделирование. Это позволяет собрать гораздо больше данных и, кроме того, такие манекены практически вечны. Программисты Toyota, например, разработали более десятка моделей, имитирующих людей всех возрастов и антропометрических данных. А на Volvo даже создали цифровую беременную женщину.

Заключение

Каждый год во всем мире в ДТП погибают около 1,2 миллиона человек, а полмиллиона получают травмы и увечья. Стремясь привлечь внимание к этим трагическим цифрам, ООН в 2005 году объявило каждое третье воскресенье ноября Всемирным днем памяти жертв дорожных аварий. Проведение краш – тестов позволяет повысить безопасность автомобилей и снизить тем самым вышеприведенную печальную статистику.