4361

21

где Рδi и Pi – единичные показатели базовой и сравниваемой компоновки соответственно; i – номер показателя.

С учетом этого для базовой компоновки Vδ = 1, если Vc > l при определенных δi, то сравниваемая компоновка лучше базовой, а если Vc < 1 - хуже базовой.

В качестве примера приведем расчет средневзвешенного показателя активной безопасности по единичным показателям, определяющим тяговоскоростные свойства легковых автомобилей Audi A4 1,6, Opel Vectra 1,6i 16V и BMW

316i., Chevrolet Spark, Ваз-21074.

Коэффициенты значимости δi приняты исходя из принципа недостаточного основания Лапласа. Единичные показатели автомобилей представлены в табл. 4 и 5.

Преимущества компоновки автомобиля с двигателем спереди продольно и приводом на передние колеса над остальными определяется большей статической нагрузкой на переднюю ведущую ось, которая компенсирует динамическое перераспределение нагрузки на заднюю ось при разгоне. Влияние тяговых сил передних ведущих колес при движении определяет свойства недостаточной поворачиваемости, что обеспечивает стабильные показатели устойчивости и управляемости.

Благодаря компактности конструкции и отсутствию некоторых конструктивных узлов (редуктор заднего моста, карданный вал, полуоси) снаряженная масса переднеприводных автомобилей меньше на 3-5 %, чем у автомобилей классической компоновки, соответственно для обеспечения необходимых динамических показателей требуются меньшие показатели мощности и крутящего момента двигателя.

При размещении спереди двигателя, коробки передач и главной передачи в современных переднеприводных автомобилях в снаряженном состоянии на переднюю ось приходится довольно высокая статическая нагрузка, составляющая до 65 % массы. Это положительно сказывается на тяговых свойствах, характеризующих скорости, ускорения и предельные условия, в которых возможно движение автомобиля с заданными конструктивными параметрами.

Обобщая сказанное, отметим, что автомобили переднеприводной компоновки не требуют для большинства водителей повышенного мастерства управления легковым автомобилем малого класса, и с учѐтом конструктивных особенности данной компоновочной схемы еѐ можно считать оптимально обеспе-

22

чивающей эффективность функционирования системы ЧАДС, с точки зрения активной безопасности.

23

24

Практическая работа № 5

Проведение исследования и расчет толерантности (терпимости) тела человека к импульсным нагрузкам в условиях ДТП

Цель работы: Изучить толерантность организма человека или отдельных его частей к импульсным нагрузкам в условиях ДТП.

В настоящее время отсутствует общепринятое понятие толерантности (терпимости) организма человека или отдельных его частей к импульсным нагрузкам. Под толерантностью человека мы будем понимать способность переносить определенную перегрузку в течение заданного промежутка времени без получения тяжелых и необратимых травм.

Толерантность может быть общей и локальной. При рассмотрении общей толерантности имеют в виду результат воздействия на человека перегрузок, действующих практически на весь организм. При определении пределов локальной толерантности рассматривается соударение отдельных частей тела с объектом соударения.

Рассмотрим и проанализируем данные, характеризующие пределы толерантности человека в условиях воздействия перегрузок при основных типах ДТП.

Тяжесть травмирования человека в автомобиле при фронтальных столкновениях в основном определяется повреждением головы, грудной клетки и тазобедренного сустава.

Толерантность грудной клетки нормируется двумя показателями: результирующей перегрузкой, измеренной по трем плоскостям в центре тяжести туловища, и усилием при ударе водителя грудью о рулевое колесо. Предельно допустимая перегрузка 60 g в течение 3 мс (стандарт США № 208), а максимально допустимое усилие при ударе – 1134 кгс (ГОСТ 37.001.002-70, Правила ЕЭК ООН № 12, стандарт США № 203 и др.). Толерантность тазобедренного сустава (точнее, системы коленная чашечка-бедро-таз) нормируется величиной максимально допустимого динамического усилия в бедре, равного 635 кгс (стандарт США № 208).

Наиболее подверженной травмам частью тела человека при ДТП является голова. Несмотря на многообразие механизмов травмирования, толерантность

25

головы определяется, как правило, на основе данных экспериментов на добровольцах, трупах и животных (в основном обезьянах и свиньях) при использовании в качестве показателя величины ускорения на черепной коробке.

Травмирование головы может происходить как с переломом черепа (при малой площади контакта с объектом соударения), так и без перелома. Травмирование в последнем случае может происходить в результате следующих явлений:

–церебральной травмы вследствие удара мозгового вещества о черепную коробку, вызывающего кровоизлияние в мозговую оболочку и ткань с переполнением центральных желудочков;

–церебральной травмы вследствие образования каверн со стороны, противоположной месту удара;

–растяжения ретикулярной формации и защемления мозгового вещества в верхней конической части позвоночного столба (теория нарушения ретикулярной формации);

–кровоизлияния в мозг, вследствие разрыва вен, соединяющих отдельные участки мозга (при вращении головы с большими ускорениями);

–повышения давления мозговой жидкости в головном мозгу, вызывающего деформации поверхности мозга (теория гидростатического напряжения);

–нарушения биохимических реакций в организме из-за макро - и микроразрушений тканей (клеток) организма (теория биохимического эффекта).

Результаты проведенных до настоящего времени экспериментальных ме- дико-биологических исследований, которые могут быть приняты за базовые при нормировании толерантности головы, подразделяется на две основные группы:

–данные, полученные при динамических испытаниях на трупах и животных в условиях соударения головы с твердой поверхностью;

–данные, полученные на добровольцах-испытателях, закрепленных специальными удерживающими средствами, при имитации условий импульсного нагружения без непосредственного контакта головы испытуемого с возможными объектами соударения.

Проведенные исследования показали существенное влияние перегрузок при вращательном движении на степень травмирования головы. В экспериментах на животных отмечены кровоизлияния на поверхности головного мозга при ускорениях 150000 рад/с2, а начиная с 200000 рад/с2 повреждения носят тяжелый характер. Смертельные кровоизлияния в мозг возникают у человека в ре-

26

зультате разрыва крупных вен, соединяющих отдельные участки мозга при ускорении 1600…10000 рад/с2, которые появляются, в частности, при соударении водителя с рулевым управлением.

Анализ проведенных исследований о механизмах травмирования головы при импульсном нагружении показывает, что существующий уровень медикобиологических знаний не позволяет оценить достоверность предлагаемых индексов, а автомобильной промышленности широко использовать прямые показатели толерантности головы при оценке пассивной безопасности автотранспортных средств.

Рассмотрим исследования кинематики водителя при фронтальном столкновении грузового автомобиля с учетом конструктивных особенностей и размещения рулевого управления. В этом случае травмоопасные нагрузки воздействуют на область живота.

Р.Л. Сталлнакером по результатам испытаний на животных предлагается следующая зависимость между тяжестью травмирования и условием нагружения:

ESI log (Ftma)2 , (5)

где ESI – степень травмирования, которая может изменяться от 1 (легкая) до 5 (тяжелая);

F – сила удара; t – время удара; m – масса тела;

a – площадь тела в зоне контакта.

По данным Р. Снайдера и И. Янга, предельно допустимая нагрузка при соударении брюшной полостью с рулевым колесом лежит в пределах 400…500 кгс.

Тяжесть травмирования человека в автомобиле при ДТП типа удара сзади определяется в основном повреждениями шейного отдела позвоночника.

В 1967 г. А.К. Омайа, Н. Ярнеял, А.К. Хирш на основе экспериментов с обезьянами предложили границу повреждаемости шейного участка позвоночника человека при хлыстовом нагружении, определяемую величинами углового ускорения головы и длительностью действия перегрузок. Однако использовать указанные зависимости практически трудно из-за несовершенства шейного сочленения современных антропометрических манекенов.

27

Косвенным измерителем толерантности шейного сегмента при ударе сзади является угол поворота головы назад (предельно допустимая величина 40 °), который реализован Правилами ЕЭК ООН № 25 в требованиях к подголовникам сидений, в виде предельно допустимого перемещения головы (102 мм). Поскольку вопрос обеспечения пассивной безопасности автомобилей в этой части практически решается все более широкой установкой подголовников, объем медикобиологических работ в этом направлении за последнее время несколько снизился.

При разработке эффективных систем пассивной безопасности, оказывающих существенное на толерантность человека, необходимо придерживаться принципа единства критериев. Так как наиболее комплексным измерителем эффективности любой системы является коэффициент, представляющий собой отношение характеристики выхода системы к характеристике ее входа, т.е. цели системы, то учитывая, что основной характеристикой входа СПБ является скорость автотранспортного средства в момент ДТП, а выхода – толерантность участников ДТП, примем за измерители эффективности системы коэффициен-

где чс – число погибших в ДТП; чт – число травмированных в ДТП;

K v – коэффициент тяжести ДТП; ч – число участников ДТП.

Проведенные исследования механизмов травмирования и толерантности человека при ДТП позволили сделать следующее:

1) разработать основные принципы биомеханических исследований

ДТП;

2)определить возможные причины травмирования человека в автомобиле и основные травмоопасные элементы в автомобиле при различных типах и видах ДТП;

3)определить основные измерители и показатели тяжести травмирования отдельных частей тела человека в условиях различных типов ДТП;

4)определить механизмы травмирования для основных типов ДТП и типов автомобилей с учетом месторасположения человека в автомобиле;

28

Примечание: Kv принимаем равным ESI, чт – находим вычитанием числа погибших из числа участников ДТП

29

5)определить основные функциональные требования к элементам средств пассивной безопасности с учетом антропометрических и биомеханических свойств человека, а также механики ДТП;

6)определить зоны возможного перемещения и соударения отдельных частей тела человека при ДТП с учетом антропометрических и биомеханических свойств человека, а также путем клинических и судебно-медицинских исследований характерных травм водителей и пассажиров.

Выходными характеристиками системы обеспечения пассивной безопасности дорожного движения, определяющими толерантность человека при ДТП, являются:

– перегрузки тела (частей тела) человека в результате соударения с элементами автомобиля (дороги);

– деформация (перемещение) элементов автомобиля, груза и объектов соударения автомобиля в пределы жизненного пространства;

– эжектирование человека из автомобиля.

30

Практическая работа № 6

Проведение исследования по методу DyMesh

в условиях столкновения транспортных средств с барьерами

Цель работы: Изучить методы столкновений транспортных средств с барьерами по методу DyMesh.

Метод DyMesh имеет возможность дифференциации жесткости оболочки транспортного средства в тех пределах, в которых она корректна без учета вторичных деформаций элементов конструкции транспортного сред-

ства. Однако ниже, при рассмотрении и оценке результатов проверки метода, надо иметь в виду конечную цель авторов метода – добиться наименьшей ошибки отклонения симуляции столкновения транспортных средств от фактического столкновения при сохранении возможности интерактивной работы эксперта. Последнее, в частности, означает, что время расчета столкновения на компьютере должно быть небольшим, в пределах нескольких минут, а исходные данные – минимальны и доступны.

Точность модели собственно удара транспортных средств не является единственным фактором, определяющим точность симуляции столкновения, включающего кроме удара движение транспортных средств как до, так и после удара. Тогда возникает естественный вопрос – какова должна быть точность модели удара, обеспечивающая высокую точность симуляции?

«Проверка метода DyMesh для столкновений транспортных средств с барьерами» (Terry D. Day and Allen R. York. Validation of DyMESH for Vehicle vs Barrier Collisions. SAE Paper № 2000-01-0844), и работы Т. Дэя «Проверка модели SIMON для управляющихся транспортных средств и симуляции столкновений – сравнение результатов с экспериментами и иными моделями» (Terry

D. Day. Validation of the SIMON Model for Vehicle Handling and Collision Simulation – Comparison of Results with Experiments and Other Models. SAE Paper № 2004-01-1207).

Ниже обсуждается влияние вида зависимости силы сопротивления от деформации транспортного средства. Фактические зависимости суммарной силы сопротивления транспортного средства от деформации, как правило, носят нелинейный характер. Метод DyMesh имеет возможность априорного определения любого вида зависимости силы от деформации. Так, например, на рисунке