АВТОМОБИЛЬ НЕ РОСКОШЬ, А СРЕДСТВО ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ
По материалам ОАО "АВТОВАЗ"
С момента своего появления автомобиль породил серьезное недоверие у обывателей. Скорость, с которой передвигались первые самобеглые коляски, по нынешним меркам, конечно, не высока, но у современников вызывала если не ужас, то, по крайней мере, оторопь. Противники автомобилей заявляли, что организм человека не способен перенести движение с такой кошмарной быстротой. Перегрузки и рывки, которые возникают при поворотах, разгоне и торможении, приведут к перенапряжению мышц шеи и спины, затруднят дыхание; бьющие в лицо ветер и пыль испортят глаза; мелькающие мимо "будки, бабы, мальчишки, лавки, фонари, дворцы, сады, монастыри, бухарцы, сани, огороды, купцы, лачужки, мужики, бульвары, башни, казаки, аптеки, магазины моды, балконы, львы на воротах и стаи галок на крестах" рассеют внимание водителя, сделав неизбежными аварии. Не стоит забывать и об испуганных грохотом механических экипажей лошадях. Эти смирные и в спокойном состоянии в высшей степени полезные животные, испугавшись, могут наделать немало бед. Да и для зазевавшихся пешеходов авто представляет немалую опасность: при бешеных скоростях 12-15 верст в час, с которыми грохочущие и чадящие монстры несутся по улице, недолго угодить под колеса или зацепиться за торчащие в разные стороны крылья, фары, дверные ручки, радиаторные пробки с фигурками летящих серебряных фей, оленей, ягуаров и прочей живности, украшающими произведения инженерной мысли.
Некоторое время все возражения пешеходной части населения носили характер ворчания классной дамы по поводу шалостей оболтусов-гимназистов, но после первых серьезных аварий и гибели нескольких спортсменов-автомобилистов и ни в чем не повинных зрителей проблемой безопасности стали заниматься серьезно, в том числе и на законодательном уровне. Так, в Париже в 1903 году были введены жесткие ограничения скорости (не более 12 км/ч), в том же году французы заставили всех владельцев автомобилей зарегистрировать свои машины в мэрии и повесить на них таблички с номером. Ограничили скорость движения и в других городах, в том числе в Петербурге и Москве. После нескольких несчастных случаев на автомобильных гонках во Франции запретили проведение соревнований в населенных пунктах. Кстати, запрет на устройство скоростных участков в населенных пунктах на соревнованиях по автомобильному ралли действует и сейчас.
За чуть более чем вековую историю автомобиля список опасностей, подстерегающих самих автомобилистов, их пассажиров и оставшихся за бортом пешеходов почти не изменился. Однако изменился, и существенно, подход к их оценке и способам преодоления.
Итак, попробуем разобраться в том, чем же опасен автомобиль. Оставим проблему загрязнения воздуха выхлопными газами, речь сейчас не о них, а об автомобильных травмах. Начнем с того, что любая механическая травма, которую получает человек, связана с возникновением больших перегрузок, а они, в свою очередь - с большими ускорениями. Следовательно, чтобы снизить последствия аварии для человека, нужно лишить его возможности испытать эти ускорения, а значит, создать устройства, гасящие (или принимающие на себя) энергию движущегося автомобиля. Устройства, способные снизить ускорения, возникающие при авариях, принято называть средствами пассивной безопасности. Одним из первых таких устройств стал обычный автомобильный бампер. Долгое время его в обиходе называли буфером, по аналогии с упругими буферами железнодорожных вагонов. Главной задачей бампера была защита дорогого полированного кузова при столкновении с другой машиной, стеной или телегой. Однако быстро выяснилось, что если бампер вынести подальше от кузова, а крепление сделать не слишком жестким, то энергия соударения тратится не на разрушение кузова и травмирование находящихся в нем пассажиров, а на деформацию и разрушение элементов бампера и его крепления. И все было бы хорошо, если бы скорости оставались прежними - 10-12 км/ч. Хотя и на такой скорости можно получить очень серьезные травмы. Кстати, если кому-то кажется, что 12 верст в час (чуть более 3 м/с) - скорость маленькая, то в ошибочности этого мнения легко убедиться на простом опыте: дойдите до стены с обычной скоростью пешехода (6 км/ч, или 1,5 м/с) и остановитесь, затормозив физиономией о стенку. Импульс тела массой 75 кг составит при такой скорости 112,5 кг м/с, что "всего" в десять раз больше импульса пули боевого карабина (вес пули 15 г, скорость 750 м/с). Если же учесть, что уже в начале века спортивные автомобили перешагнули рубеж 100 км/ч, а "гражданские" легковые машины стали легко разгоняться до 60-80 км/ч, то станет понятно, что энергии соударения человеческих тел с мчащимися на такой скорости автомобилями или их частями с жизнью несовместимы. Все это заставило конструкторов автомобилей самым серьезным образом задуматься о пассивной безопасности.
Элементы пассивной безопасности принято делить на внутренние и внешние. Внешняя безопасность достигается исключением на поверхности машины острых углов и выступающих деталей. К элементам внешней безопасности можно отнести гладкий покатый капот и лобовое стекло, складывающиеся при ударе зеркала и антенны, утопленные дверные ручки. Между прочим, по современным требованиям к пассивной безопасности между верхней точкой двигателя и капотом должно быть расстояние 6-8 см, позволяющее капоту значительно деформироваться, если в результате ДТП на него попадет пешеход.
К элементам внутренней безопасности относится множество предметов в автомобиле. Самый известный из них - ремень безопасности, однако начать следует не с него, а с безопасности самого кузова машины.
До середины 40-х годов прошлого века автомобильные кузова устанавливали на жесткие прочные рамы. При аварии кузов (особенно при фронтальном ударе) практически не деформировался. Несколько хуже обстояли дела в случае бокового удара, но и здесь рама могла частично защитить седоков. Впрочем, жесткая рама таила в себе другую беду: при столкновении с препятствием машина останавлива лась почти мгновенно. Водитель, как правило, ударялся о рулевое колесо, пассажиры либо вылетали через лобовое стекло, либо бились о сиденья, стойки и рычаги. Бамперы помогали мало. Нужны были какие-то зоны, которые, деформируясь, поглощали бы энергию удара. Сделать это в кузове, жестко стоящем на раме, оказалось почти невозможно. Положение изменилось, когда появились несущие кузова. Их сравнительно невысокая жесткость, вполне достаточная для крепления всех агрегатов, в то же время обеспечивала значительную деформацию при ударе. Оставалось понять, как заставить деформироваться одни зоны, чтобы другие, те, где находятся экипаж и пассажиры, сохранялись целыми.
В 1947 году американский автомобильный дизайнер Реймонд Лоуи предложил для легкового автомобиля "Студебекер" кузов трехобъемной формы - с отчетливо выраженными моторным отсеком, пассажирским салоном и багажником. Такая форма кузова получила название седан. С точки зрения безопасности седан оказался весьма перспективным: и спереди и сзади от жесткого пассажирского салона появились обширные зоны, деформация которых при ударе не наносит вреда пассажирам. Зона, в которой находятся люди, ограничивается жестким каркасом. Чтобы эта зона деформировалась как можно меньше, ее элементы делают очень прочными и жесткими. Так, например, в машинах Волжского автомобильного завода основание кузова (пол салона) выполняют из более толстого металла и усиливают коробчатыми лонжеронами. Боковые стороны пола усилены порогами сложного коробчатого сечения. В некоторых элементах конструкции профили сварены из двух, а то и трех слоев металла. К полу крепится щит моторного отсека, назначение которого не только отгородить салон от двигателя, но и придать жесткость конструкции пассажирской капсулы. По бокам к полу приварены стойки, на которых держится крыша. Все эти элементы даже при сильных ударах не должны значительно деформироваться. В идеальном случае после серьезной аварии люди в пассажирской капсуле остаются невредимыми. Детали кузова автомобилей ВАЗ отштампованы из металла толщиной от 0,7 до 2,5 мм и соединены точечной электросваркой. Кстати, точечная сварка, удобная с технологической точки зрения, полезна и с точки зрения безопасности. Именно ее использование дает возможность "организовать" складывание деформируемых панелей "гармошкой": точки сварки при ударе играют роль центров образования складок.
В передней части машины есть относительно легкая, но весьма опасная при аварии деталь - капот. На старых машинах лобовой удар часто сопровождался тем, что капот срывался с креплений и, как нож гильотины, "въезжал" через ветровое окно в салон. На современных машинах при таком же ударе капот складывается "домиком", принимая на себя при этом значительную долю энергии удара.
При фронтальном ударе первым в контакт с препятствием вступает моторный отсек. Что делается с капотом, мы уже знаем, посмотрим, что происходит с "начинкой" моторного отсека. Кроме двигателя (если это, конечно, не "Запорожец" или "Порше", у которых мотор сзади) там спрятались коробка передач и рулевой механизм. При аварии эти агрегаты упираются в препятствие и почти неизбежно должны оказаться внутри навалившегося на них салона. Чтобы не повредить ноги пассажиров на переднем сиденье и водителя, силовой агрегат должен сползти вниз и оказаться не в салоне, а под полом. Первым отечественным автомобилем, в котором в полной мере осуществлена такая идея, был ВАЗ 2101. Уходящий под машину двигатель спас немало жизней в тяжелых авариях.
Хуже дело обстоит с рулевым механизмом. Как ни крути, а выход в салон он должен иметь. (Экзотические пока схемы электрического и микропроцессорного рулевого управления рассматривать не будем.) "Баранка" и рулевой вал долгое время оставались виновниками тяжелых травм, увечий и даже гибели водителей при столкновениях. Вариантов ограничения перемещения рулевой колонки в салон существует много. Первым делом конструкторы постарались сократить длину рулевого вала и разместить редуктор и рулевую трапецию как можно дальше от передка, за осью передних колес внутри колесной базы. Так расположен рулевой механизм на всех моделях ВАЗ. Появившиеся реечные механизмы рулевого управления стали размещать еще дальше от передка - на моторном щите за двигателем. Осталось "победить" рулевой вал и рулевую колонку. И здесь была использована масса схем. Некоторые автомобили снабжали телескопическими системами: при ударе колонка и вал частично сдвигались. В других вариантах в колонку вставляли разрушаемые или деформируемые элементы. Сам же рулевой вал в конце концов стал составным, соединенным карданными шарнирами. При ударе такой вал складывается. Схема очень простая, надежная, да еще и дает возможность сделать колонку регулируемой по высоте и положению.
Итак, перемещение руля внутрь салона ограничить удалось. Теперь нужно сделать так, чтобы водитель не пострадал сильно, если все же "дотянется" до руля в результате аварии, даже если будет пристегнут ремнем безопасности. Для этого все современные "баранки" делают травмобезопасными: в середине расположена массивная плоская накладка, закрытая упругим пластиковым чехлом; ступица руля держится на гофрированном или перфорированном стакане (он при ударе деформируется); обод рулевого колеса тоже деформируется, снижая ударную нагрузку.
До сих пор речь шла об элементах, работающих при фронтальных ударах. Увы, нередки случаи, когда удар приходится в борт автомобиля. Защитой в таких ситуациях становятся боковины и двери. Для увеличения жесткости в дверях стали устанавливать специальные брусья безопасности. Чаще всего их делают из трубы достаточно большого диаметра. Устанавливают ее горизонтально или с небольшим наклоном внутри двери. Такие брусья не только защищают от бокового удара, но и повышают продольную жесткость кузова.
Важную роль в защите людей при аварии играют подушки безопасности. Еще лет двадцать назад они были экзотикой, сейчас же экзотикой становятся машины без подушек. Во многих странах передние подушки стали обязательным элементом пассивной безопасности и без них машина продаваться не может. Впрочем, подушки безопасности это не отдельный элемент, а целая система, работающая по весьма сложному алгоритму. Современные подушки уже через 3 мс после столкновения начинают надуваться, а уже через 0,1 с давление в них падает.
Однако казавшиеся вначале спасением от всех бед подушки обладают несколькими важными недостатками. Первый из них - резкий удар по физиономии, неприятный сам по себе и имеющий к тому же серьезные последствия, если человек в очках или с сигаретой в зубах. Второе обстоятельство - резкий скачок давления в салоне при срабатывании подушек. Представьте себе, что окна в машине закрыты, а сработавшие подушки почти мгновенно заняли половину его объема. Такие фокусы могут привести и к контузии, и к тяжелым травмам слухового аппарата. При этом, чем больше подушек установлено в автомобиле и чем больше их одновременно сработает, тем большим окажется скачок давления. Данное обстоятельство заставило конструкторов отказаться от установки так называемых полноразмерных подушек, защищающих все тело выше пояса. Современные подушки предназначены исключительно для защиты головы. Постоянно совершенствуются системы управления подушками. Так, в некоторых дорогих моделях машин в передних сиденьях устанавливают датчики веса: подушка не сработает, если нагрузка на сиденье меньше определенной.
Подушки могут сослужить плохую службу, если пассажир страдает сердечными заболеваниями. Резкий хлопок и удар по лицу способны вызвать шок. Пугаются подушек и дети, а малолетних подушка может даже серьезно травмировать. На многих современных автомобилях пассажирскую подушку можно отключить самостоятельно или на станции сервиса. Если пассажирская подушка не отключается, то возить ребенка на переднем кресле, даже в специальном детском сиденье, нельзя.
А теперь поговорим о ремнях безопасности. Дело в том, что все наши предыдущие рассуждения не стоят и ломаного гроша, если водитель или пассажир не пристегнуты.
Считается, что ремни безопасности придумали шведы, установив чуть более сорока лет назад трехточечный ремень (с тремя точками крепления к кузову) в автомобиле VOLVO. Справедливости ради заметим, что этому изобретению что-то около четырех тысяч лет. Помнится некто Одиссей, отправившись из Трои к родным берегам, привязал себя ремнем к мачте как раз в целях безопасности. В наше время ремнями стали пользоваться летчики и только потом автомобилисты. Первый патент на ремни безопасности выдан в Германии в 1907 году, однако "в серию" они не пошли. В пятидесятых годах два американских летчика - Роджер Грисволд и Хут Де Хавен - предложили трехточечные ремни Y-образной формы. В 1959 году такую схему запатентова ла фирма "VOLVO". Конструкция, разработанная инженером Нильсом Болином, устанавливалась на автомобили Volvo P 120 Amazon и PV 544. Привычные нам диагонально-поясные ремни V-образной формы начали выпускать с 1962 года, а в 67-м их уже стали ставить и на задние сиденья. В 1972 году появились инерционные ремни, а с 87-го получили распространение механизмы предварительного натяжения ремней безопасности.
Первые же ремни показали себя с самой лучшей стороны. Если в автомобиле без ремней человек мог считать себя в относительной безопасности при лобовом столкновении с неподвижной преградой со скоростью 20-25 км/ч, то в машине, оборудованной ремнями, порог безопасности поднялся почти до 64 км/ч. Правда, при условии правильной регулировки и подгонки ремней. Ремень работает по назначению только в том случае, если он реально ограничивает перемещение пассажира или водителя относительно кузова автомобиля. Заметим при этом, что скорость человека относительно самого ремня в момент их соприкосновения должна быть минимальной, проще говоря, ремень должен быть подогнан и затянут на теле, лишь в этом случае спасительные деформации кузова имеют смысл.
Кроме того, что ремень должен плотно держать пассажира или водителя, он должен держать его за вполне определенное место, а именно - за тазовые кости. Попав на живот или шею, ремень из средства спасении превратится в натуральную (и весьма эффективную) удавку.
Однако многие наши соотечественники почему-то забывают о назначении ремня и попросту набрасывают его, даже не застегивая, а для инерционных ремней придумали специальные зажимы, "чтобы не давил на грудь". Большей глупостью может быть, пожалуй, только одно - не пристегиваться вообще. Пассажиры говорят, что ремень стесняет свободу их передвижения (можно подумать, что во время поездки нужно бегать по салону), мешает залезть в бардачок или посмотреться в зеркало. Чушь, конечно, полная, современные инерционные ремни никакой свободы не ограничивают, на медленные движения их замки не реагируют. Многие водители утверждают, что ремень мешает им управлять машиной. Чушь ничуть не меньшая. Неоднократный победитель соревнований по автомобильному ралли, мастер спорта международного класса, испытатель Волжского автомобильного завода Виктор Школьный, да и другие автогонщики всегда пристегиваются так, что и палец под ремень не просунешь. Мало того, что при таком варианте ремни удерживают водителя в случае аварии, но и управлять машиной, будучи "закрепленным" в сиденье, проще: не надо на кочках и поворотах держаться за руль и упираться ногами в педали, да и контакт с машиной в пристегнутом положении полнее. Непристегнутый же или ослабленный ремень в случае аварии не выполняет своих функций и становится дополнительным источником тяжелых травм.
Появление инерционных ремней связано как раз с необходимостью держать их постоянно плотно натянутыми. Но и при использовании таких ремней бывают ситуации, когда зазор между лентой ремня и телом остается слишком большим. Чтобы уменьшить его, в последнее время появились специальные натяжители. Они срабатывают, когда датчик их включения фиксирует ускорение, превышающее определенное, заранее заданное значение. Итак, инерционные ремни делают за человека почти все, нужно только не забывать их пристегивать и регулировать положение верхней точки крепления в тех машинах, где такая возможность предусмотрена.
Поговорим теперь о самих ремнях, точнее, о материале, из которого они изготовляются. Прежде всего, это широкая плоская лента, она не вытягивается в тонкую веревку даже при очень высокой нагрузке: усилие должно распределяться на как можно большую площадь человеческого организма. Но в критическом случае эта лента все же может слегка растянуться, поглощая "лишнюю" энергию. Современные ленты "тянутся" на 6-8% - больше нельзя: перемещение грудной клетки должно быть не более 30 см, а таза - 20 см. В противном случае тело может попасть в зону опасных деформаций кузова: водитель ударится о рулевую колонку, пассажир - о переднюю панель.
А теперь вернемся к подушкам безопасности. Рассказывает главный конструктор ОАО "АВТОВАЗ" Владимир Губа: "Без подушек без-опасности мы, конечно, уже не мыслим машины. Хотя, например, наши десятка и "Калина", и даже "Нива" отвечают современным европейским требованиям без (!) подушек безопасности. Обеспечение порога замедления для головы и туловища, ограничение перемещения структур кузова достигнуто за счет его конструкции, подбором ремней, их предварительного натяжения и использованием катушек с лимитирующим усилием. При достижении определенного усилия такие катушки начинают плавно отпускать ремень, сохраняя постоянным его натяжение, и удар получается плавным, растянутым во времени.
Наличие подушек во многом субъективно воспринимается пассажиром и водителем как большая степень безопасности. Действительно, при серьезных авариях они спасают, но только в комбинации с ремнем безопасности. Нужно обязательно помнить, что без ремней безопасности подушки бесполезны. Ремни должны четко сформировать направление перемещения. Если человек при аварии промахивает ся мимо подушки, то она только мешает. Ремень должен задать траекторию, чтобы торс или голова попадали точно на подушку безопасности, а не мимо.
К сожалению, сейчас многие водители (едва ли не большинство) ездят непристегнутыми. На Западе, в Америке культура вождения воспитывалась долго. Элементом этой культуры является и использование ремней. Я думаю, что и к нашим водителям со временем это понимание придет, только дорогой ценой - ценой жизни".
Кроме уже перечисленного в машине есть много других средств пассивной безопасности. Не последнее место среди них занимают подголовники. Сделаны они для того, чтобы защитить шейный отдел позвоночника от травмы при ударе сзади. В Европе и Америке, с их многокилометровыми колоннами едущих с одинаковой скоростью машин, последовательные столкновения нескольких автомобилей явление совсем не редкое. Подголовники в такой ситуации очень нужны. Сравнительно недавно появились так называемые активные подголовники. Специальный механизм заставляет подголовник двигаться вперед при ударе сзади и буквально ловить голову седока.
"КАЛИНА" БУДЕТ БЕЗОПАСНЕЕ
АВТОВАЗ начал сотрудничать со шведской компанией "Autolive" - одной из ведущих фирм в области разработки подушек безопасности. Уже рассмотрены технические вопросы по созданию подушек безопасности для семейства "Калины".
Поставщиком ремней безопасности для машин ВАЗ является эстонская фирма "Norma", которая не раз доказывала свою надежность и оперативность. Ремни Norma будут установлены и на машинах семейства "Калина". .
Читайте в любое время
