Наша сеть партнеров Banwar
Наука і життя // Ілюстрації
З метою безпеки деталі рульового механізму в автомобілях ВАЗ "заховані" всередині колісної бази.
Датчик удару видає сигнал на спрацьовування подушки безпеки через 3 мс після удару, через 20 мс подушка починає надуватися, через 30 мс - досягає грудей, а через 40 мс - голови водія або пасажира. Після 100 мс тиск в подушці падає.
Брус безпеки в двері "Лади-Калини".
Перші автомобільні ремені безпеки мали форму перевернутої латинської букви Y, зараз застосовують ремені V-подібної форми.
Наука і життя // Ілюстрації
<
>
З моменту своєї появи автомобіль породив серйозну недовіру у обивателів. Швидкість, з якою пересувалися перші саморухомі коляски, за нинішніми мірками, звичайно, не висока, але у сучасників викликала якщо не жах, то, по крайней мере, острах. Противники автомобілів заявляли, що організм людини не здатний перенести рух з такою жахливою швидкістю. Перевантаження і ривки, які виникають при поворотах, розгоні і гальмуванні, приведуть до перенапруження м'язів шиї і спини, ускладнять дихання; б'ють в обличчя вітер і пил зіпсують очі; мелькають мимо "будки, баби, хлопчиська, лавки, ліхтарі, палаци, сади, монастирі, бухарці, сани, городи, купці, халупки, мужики, бульвари, вежі, козаки, аптеки, магазини моди, балкони, леви на воротах і зграї галок на хрестах "розсіють увагу водія, зробивши неминучими аварії. Не варто забувати і про переляканих гуркотом механічних екіпажів конях. Ці сумирні і в спокійному стані надзвичайно корисні тварини, злякавшись, можуть наробити чимало лиха. Та й для неуважних пішоходів авто становить неабияку небезпеку: при шалених швидкостях 12-15 верст на годину, з якими гуркочуть і чадячі монстри несуться по вулиці, недовго потрапити під колеса або зачепитися за стирчать в різні боки крила, фари, дверні ручки, радіаторні пробки з фігурками летять срібних фей, оленів, ягуарів і іншої живності, що прикрашають твори інженерної думки.
Деякий час всі заперечення пішохідної частини населення носили характер бурчання класної дами з приводу пустощів телепнів-гімназистів, але після перших серйозних аварій і загибелі кількох спортсменів-автомобілістів і ні в чому не винних глядачів проблемою безпеки стали займатися серйозно, в тому числі і на законодавчому рівні . Так, в Парижі в 1903 році були введені жорсткі обмеження швидкості (не більше 12 км / ч), в тому ж році французи змусили всіх власників автомобілів зареєструвати свої машини в мерії і повісити на них таблички з номером. Обмежили швидкість руху і в інших містах, в тому числі в Петербурзі і Москві. Після кількох нещасних випадків на автомобільних гонках у Франції заборонили проведення змагань в населених пунктах. До речі, заборона на пристрій швидкісних ділянок в населених пунктах на змаганнях з автомобільного ралі діє і зараз.
За трохи більше ніж вікову історію автомобіля список небезпек, що підстерігають самих автомобілістів, їх пасажирів та залишилися за бортом пішоходів майже не змінився. Однак змінився, і істотно, підхід до їх оцінки і способам подолання.
Отже, спробуємо розібратися в тому, чим же небезпечний автомобіль. Залишимо проблему забруднення повітря вихлопними газами, мова зараз не про них, а про автомобільні травмах. Почнемо з того, що будь-яка механічна травма, яку отримує людина, пов'язана з виникненням великих перевантажень, а вони, в свою чергу - з великими прискореннями. Отже, щоб знизити наслідки аварії для людини, потрібно позбавити його можливості випробувати ці прискорення, а значить, створити пристрої, що гасять (або приймають на себе) енергію автомобілем під час руху. Пристрої, здатні знизити прискорення, що виникають при аваріях, прийнято називати засобами пасивної безпеки. Одним з перших таких пристроїв став звичайний автомобільний бампер. Довгий час його в побуті називали буфером, за аналогією з пружними буферами залізничних вагонів. Головним завданням бампера був захист дорогого полірованого кузова при зіткненні з іншою машиною, стіною або возом. Однак швидко з'ясувалося, що якщо бампер винести подалі від кузова, а кріплення зробити не надто жорстким, то енергія зіткнення витрачається не на руйнування кузова і травмування знаходяться в ньому пасажирів, а на деформацію і руйнування елементів бампера і його кріплення. І все було б добре, якби швидкості залишалися колишніми - 10-12 км / год. Хоча і на такій швидкості можна отримати дуже серйозні травми. До речі, якщо комусь здається, що 12 верст на годину (трохи більше 3 м / с) - швидкість маленька, то в помилковості цієї думки легко переконатися на простому досвіді: дійдіть до стіни зі звичайною швидкістю пішохода (6 км / год, або 1,5 м / с) і зупиніться, загальмувавши фізіономією об стінку. Імпульс тіла масою 75 кг складе при такій швидкості 112,5 кг м / с, що "всього" в десять разів більше імпульсу кулі бойового карабіна (вага кулі 15 г, швидкість 750 м / с). Якщо ж врахувати, що вже на початку століття спортивні автомобілі перетнули межу 100 км / год, а "цивільні" легкові машини стали легко розганятися до 60-80 км / ч, то стане зрозуміло, що енергії зіткнення людських тіл з мчить на такій швидкості автомобілями або їх частинами з життям несумісні. Все це змусило конструкторів автомобілів найсерйознішим чином задуматися про пасивної безпеки.
Елементи пасивної безпеки прийнято ділити на внутрішні і зовнішні. Зовнішня безпека досягається винятком на поверхні машини гострих кутів і виступаючих деталей. До елементів зовнішньої безпеки можна віднести гладкий похилий капот і лобове скло, що складаються при ударі дзеркала і антени, втоплені дверні ручки. Між іншим, за сучасними вимогами до пасивної безпеки між верхньою точкою двигуна і капотом має бути відстань 6-8 см, що дозволяє капоту значно деформуватися, якщо в результаті ДТП на нього потрапить пішохід.
До елементів внутрішньої безпеки відноситься безліч предметів в автомобілі. Найвідоміший з них - ремінь безпеки, однак почати слід не з нього, а з безпеки самого кузова машини.
До середини 40-х років минулого століття автомобільні кузова встановлювали на жорсткі міцні рами. При аварії кузов (особливо при фронтальному ударі) практично не деформувався. Дещо гірше йшли справи в разі бокового удару, але і тут рама могла частково захистити сідоків. Втім, жорстка рама таїла в собі іншу біду: при зіткненні з перешкодою машина останавлива лась майже миттєво. Водій, як правило, бився об рульове колесо, пасажири або вилітали через лобове скло, або билися об сидіння, стійки і важелі. Бампери допомагали мало. Потрібні були якісь зони, які, деформуючись, поглинали б енергію удару. Зробити це в кузові, жорстко стоїть на рамі, виявилося майже неможливо. Положення змінилося, коли з'явилися несучі кузова. Їх порівняно невисока жорсткість, цілком достатня для кріплення всіх агрегатів, в той же час забезпечувала значну деформацію при ударі. Залишалося зрозуміти, як змусити деформуватися одні зони, щоб інші, ті, де знаходяться екіпаж і пасажири, зберігалися цілими.
У 1947 році американський автомобільний дизайнер Реймонд Лоуі запропонував для легкового автомобіля "Студебекер" кузов трьохоб'ємна форми - з чітко вираженими моторним відсіком, пасажирським салоном і багажником. Така форма кузова отримала назву седан. З точки зору безпеки седан виявився вельми перспективним: і спереду і ззаду від жорсткого пасажирського салону з'явилися великі зони, деформація яких при ударі не завдає шкоди пасажирам. Зона, в якій знаходяться люди, обмежується жорстким каркасом. Щоб ця зона деформувалася якомога менше, її елементи роблять дуже міцними і жорсткими. Так, наприклад, в машинах Волзького автомобільного заводу підставу кузова (підлогу салону) виконують з більш товстого металу і підсилюють коробчатими лонжеронами. Бічні сторони статі посилені порогами складного коробчатого перетину. У деяких елементах конструкції профілі зварені з двох, а то й трьох шарів металу. До підлоги кріпиться щит моторного відсіку, призначення якого не тільки відгородити салон від двигуна, але і надати жорсткість конструкції пасажирської капсули. З боків до підлоги приварені стійки, на яких тримається дах. Всі ці елементи навіть при сильних ударах не повинні значно деформуватися. В ідеальному випадку після серйозної аварії люди в пасажирської капсулі залишаються неушкодженими. Деталі кузова автомобілів ВАЗ отштамповани з металу товщиною від 0,7 до 2,5 мм і з'єднані точкової електрозварюванням. До речі, точкове зварювання, зручна з технологічної точки зору, корисна і з точки зору безпеки. Саме її використання дає можливість "організувати" складання деформуються панелей "гармошкою": точки зварювання при ударі грають роль центрів освіти складок.
У передній частині машини є відносно легка, але дуже небезпечна при аварії деталь - капот. На старих машинах лобовий удар часто супроводжувався тим, що капот зривався з кріплень і, як ніж гільйотини, "в'їжджав" через вітрове вікно в салон. На сучасних машинах при такому ж ударі капот складається "будиночком", приймаючи на себе при цьому значну частку енергії удару.
При фронтальному ударі першим в контакт з перешкодою вступає моторний відсік. Що робиться з капотом, ми вже знаємо, подивимося, що відбувається з "начинкою" моторного відсіку. Крім двигуна (якщо це, звичайно, не "Запорожець" або "Порше", у яких мотор ззаду) там сховалися коробка передач і рульовий механізм. При аварії ці агрегати впираються в перешкоду і майже неминуче повинні опинитися всередині навалився на них салону. Щоб не пошкодити ноги пасажирів на передньому сидінні і водія, силовий агрегат повинен сповзти вниз і опинитися не в салоні, а під підлогою. Першим вітчизняним автомобілем, в якому в повній мірі здійснено таку ідея, був ВАЗ 2101. Рік, що минає під машину двигун врятував чимало життів у важких аваріях.
Гірше справа йде з рульовим механізмом. Як не крути, а вихід в салон він повинен мати. (Екзотичні поки схеми електричного і мікропроцесорного рульового управління розглядати не будемо.) "Бублик" і рульовий вал довгий час залишалися винуватцями важких травм, каліцтв і навіть загибелі водіїв при зіткненнях. Варіантів обмеження переміщення рульової колонки в салон існує багато. Насамперед конструктори постаралися скоротити довжину рульового вала і розмістити редуктор і рульову трапецію якнайдалі від передка, за віссю передніх коліс всередині колісної бази. Так розташований рульовий механізм на всіх моделях ВАЗ. З'явилися рейкові механізми рульового управління стали розміщувати ще далі від передка - на моторному щиті за двигуном. Залишилося "перемогти" рульовий вал і рульову колонку. І тут була використана маса схем. Деякі автомобілі постачали телескопічними системами: при ударі колонка і вал частково зсувалися. В інших варіантах в колонку вставляли руйнуються або деформуються елементи. Сам же рульовий вал в кінці кінців став складовим, сполученим карданними шарнірами. При ударі такий вал складається. Схема дуже проста, надійна, та ще й дає можливість зробити колонку регульованою по висоті і положенню.
Отже, переміщення керма всередину салону обмежити вдалося. Тепер потрібно зробити так, щоб водій не постраждав сильно, якщо все ж "дотягнеться" до керма в результаті аварії, навіть якщо буде пристебнутий ременем безпеки. Для цього всі сучасні "бублика" роблять травмобезпечними: в середині розташована масивна плоска накладка, закрита пружним пластиковим чохлом; маточина керма тримається на гофрованому або перфорованому стакані (він при ударі деформується); обід рульового колеса теж деформується, знижуючи ударне навантаження.
До цих пір мова йшла про елементи, які працюють при фронтальних ударах. На жаль, нерідкі випадки, коли удар доводиться в борт автомобіля. Захистом в таких ситуаціях стають боковини і двері. Для збільшення жорсткості в дверях стали встановлювати спеціальні бруси безпеки. Найчастіше їх роблять з труби досить великого діаметру. Встановлюють її горизонтально або з невеликим нахилом всередині двері. Такі бруси не тільки захищають від бокового удару, але і підвищують подовжню жорсткість кузова.
Важливу роль у захисті людей при аварії грають подушки безпеки. Ще років двадцять тому вони були екзотикою, зараз же екзотикою стають машини без подушок. У багатьох країнах передні подушки стали обов'язковим елементом пасивної безпеки і без них машина продаватися не може. Втім, подушки безпеки це не окремий елемент, а ціла система, що працює за досить складного алгоритму. Сучасні подушки вже через 3 мс після зіткнення починають надуватися, а вже через 0,1 с тиск в них падає.
Однак здавалися спочатку порятунком від усіх бід подушки володіють декількома важливими недоліками. Перший з них - різкий удар по фізіономії, неприємний сам по собі і має до того ж серйозні наслідки, якщо людина в окулярах або з сигаретою в зубах. Друга обставина - різкий стрибок тиску в салоні при спрацьовуванні подушок. Уявіть собі, що вікна в машині закриті, а спрацювали подушки майже миттєво зайняли половину його обсягу. Такі фокуси можуть привести і до контузії, і до важких травм слухового апарату. При цьому, чим більше подушок встановлено в автомобілі і чим більше їх одночасно спрацює, тим більшим виявиться стрибок тиску. Дана обставина змусила конструкторів відмовитися від установки так званих повнорозмірних подушок, що захищають все тіло вище пояса. Сучасні подушки призначені виключно для захисту голови. Постійно вдосконалюються системи управління подушками. Так, в деяких дорогих моделях машин в передніх сидіннях встановлюють датчики ваги: подушка не спрацює, якщо навантаження на сидінні менше певної.
Подушки можуть послужити погану службу, якщо пасажир страждає серцевими захворюваннями. Різкий хлопок і удар по обличчю здатні викликати шок. Лякаються подушок і діти, а малолітніх подушка може навіть серйозно травмувати. На багатьох сучасних автомобілях пасажирську подушку можна відключити самостійно або на станції сервісу. Якщо пасажирська подушка не відключається, то возити дитину на передньому кріслі, навіть в спеціальному дитячому сидінні, не можна.
А тепер поговоримо про ремені безпеки. Справа в тому, що всі наші попередні міркування не стоять і ламаного гроша, якщо водій або пасажир не пристебнуті.
Вважається, що ремені безпеки придумали шведи, встановивши трохи більше сорока років тому триточковий ремінь (з трьома точками кріплення до кузова) в автомобілі VOLVO. Справедливості заради зазначимо, що цього винаходу щось близько чотирьох тисяч років. Пам'ятається хтось Одіссей, відправившись з Трої до рідних берегів, прив'язав себе ременем до щогли якраз в цілях безпеки. У наш час ременями стали користуватися льотчики і тільки потім автомобілісти. Перший патент на ремені безпеки виданий в Німеччині в 1907 році, проте "в серію" вони не пішли. У п'ятдесятих роках два американських льотчика - Роджер Грисволд і Хут Де Хавен - запропонували триточкові ремені Y-подібної форми. У 1959 році таку схему запатентова ла фірма "VOLVO". Конструкція, розроблена інженером Нільсом Болін, встановлювалася на автомобілі Volvo P 120 Amazon і PV 544. Звичні нам діагонально-поясні ремені V-подібної форми почали випускати з 1962 року, а в 67-му їх уже стали ставити і на задні сидіння. У 1972 році з'явилися інерційні ремені, а з 87-го набули поширення механізми попереднього натягу ременів безпеки.
Перші ж ремені показали себе з найкращої сторони. Якщо в автомобілі без ременів людина могла вважати себе у відносній безпеці при лобовому зіткненні з нерухомою перешкодою зі швидкістю 20-25 км / год, то в машині, обладнаній ременями, поріг безпеки піднявся майже до 64 км / ч. Правда, за умови правильного регулювання і підгонки ременів. Ремінь працює за призначенням тільки в тому випадку, якщо він реально обмежує переміщення пасажира або водія щодо кузова автомобіля. Зауважимо при цьому, що швидкість людини щодо самого ременя в момент їх зіткнення повинна бути мінімальною, простіше кажучи, ремінь повинен бути підігнаний і затягнуть на тілі, лише в цьому випадку рятівні деформації кузова мають сенс.
Крім того, що ремінь повинен щільно тримати пасажира або водія, він повинен тримати його за цілком певне місце, а саме - за тазові кістки. Потрапивши на живіт або шию, ремінь із засобу порятунку перетвориться в натуральну (і вельми ефективну) зашморг.
Однак багато наших співвітчизників чомусь забувають про призначення ременя і просто накидають його, навіть не застібаючи, а для інерційних ременів придумали спеціальні затискачі, "щоб не тиснув на груди". Більшою дурницею може бути, мабуть, тільки одне - не пристібатися взагалі. Пасажири кажуть, що ремінь обмежує свободу їх пересування (можна подумати, що під час поїздки потрібно бігати по салону), заважає залізти в бардачок або подивитися в дзеркало. Нісенітниця, звичайно, повна, сучасні інерційні ремені ніякої свободи не обмежують, на повільні рухи їх замки не реагують. Багато водіїв стверджують, що ремінь заважає їм керувати машиною. Нісенітниця нітрохи не менша. Неодноразовий переможець змагань з автомобільного ралі, майстер спорту міжнародного класу, випробувач Волзького автомобільного заводу Віктор Шкільний, та й інші автогонщики завжди пристібаються так, що і палець під ремінь не просунеш. Мало того, що в даному випадку ремені утримують водія в разі аварії, але і управляти машиною, будучи "закріпленим" в сидінні, простіше: не треба на купині і поворотах триматися за кермо і упиратися ногами в педалі, та й контакт з машиною в пристебнутий положенні повніше. Непристебнутий ж або ослаблений ремінь в разі аварії не виконує своїх функцій і стає додатковим джерелом важких травм.
Поява інерційних ременів пов'язано як раз з необхідністю тримати їх постійно щільно натягнутими. Але і при використанні таких ременів бувають ситуації, коли зазор між стрічкою ременя і тілом залишається занадто великим. Щоб зменшити його, останнім часом з'явилися спеціальні натяжители. Вони спрацьовують, коли датчик їх включення фіксує прискорення, що перевищує певний, заздалегідь задане значення. Отже, інерційні ремені роблять за людину майже все, потрібно тільки не забувати їх пристібати і регулювати положення верхньої точки кріплення в тих машинах, де така можливість передбачена.
Поговоримо тепер про самих ременях, точніше, про матеріал, з якого вони виготовляються. Перш за все, це широка пласка стрічка, вона не витягується в тонку мотузку навіть при дуже високому навантаженні: зусилля повинне розподілятися на якомога більшу площу людського організму. Але в критичному випадку ця стрічка все ж може злегка розтягнутися, поглинаючи "зайву" енергію. Сучасні стрічки "тягнуться" на 6-8% - більше не можна: переміщення грудної клітки повинна бути не більше 30 см, а таза - 20 см. В іншому випадку тіло може потрапити в зону небезпечних деформацій кузова: водій вдариться об рульову колонку, пасажир - про передню панель.
А тепер повернемося до подушок безпеки. Розповідає головний конструктор ВАТ "АВТОВАЗ" Володимир Губа: "Без подушок без-небезпеки ми, звичайно, вже не мислимо машини. Хоча, наприклад, наші десятка і" Калина ", і навіть" Нива "відповідають сучасним європейським вимогам без (!) Подушок безпеки. Забезпечення порога уповільнення для голови і тулуба, обмеження переміщення структур кузова досягнуто за рахунок його конструкції, підбором ременів, їх попереднього натягу і використанням котушок з лімітуючим зусиллям. При досягненні певного зусилля такі котушки починають плавно тпускать ремінь, зберігаючи постійним його натяг, і удар виходить плавним, розтягнутим у часі.
Наявність подушок багато в чому суб'єктивно сприймається пасажиром і водієм як велика ступінь безпеки. Дійсно, при серйозних аваріях вони рятують, але тільки в комбінації з ременем безпеки. Потрібно обов'язково пам'ятати, що без ременів безпеки подушки марні. Ремені повинні чітко сформувати напрямок переміщення. Якщо людина при аварії промахується ся мимо подушки, то вона тільки заважає. Ремінь повинен задати траєкторію, щоб торс або голова потрапляли точно на подушку безпеки, а не мимо.
На жаль, зараз багато водіїв (чи не більшість) їздять непристебнутими. На Заході, в Америці культура водіння виховувалася довго. Елементом цієї культури є і використання ременів. Я думаю, що і до нашим водіям згодом це розуміння прийде, тільки дорогою ціною - ціною життя ".
Крім уже перерахованого в машині є багато інших засобів пасивної безпеки. Не останнє місце серед них займають підголовники. Зроблені вони для того, щоб захистити шийний відділ хребта від травми при ударі ззаду. В Європі та Америці, з їх багатокілометровими колонами їдуть з однаковою швидкістю машин, послідовні зіткнення декількох автомобілів явище зовсім не рідкісне. Підголівники в такій ситуації дуже потрібні. Порівняно недавно з'явилися так звані активні підголовники. Спеціальний механізм змушує підголівник рухатися вперед при ударі ззаду і буквально ловити голову вершника.
"КАЛИНА" БУДЕ БЕЗПЕЧНІШЕ
АВТОВАЗ почав співпрацювати зі шведською компанією "Autolive" - однієї з провідних фірм в області розробки подушок безпеки. Уже розглянуті технічні питання щодо створення подушок безпеки для сімейства "Калини".
Постачальником ременів безпеки для машин ВАЗ є естонська фірма "Norma", яка не раз доводила свою надійність і оперативність. Ремені Norma будуть встановлені і на машинах сімейства "Калина". .