Безопасность рулевых управлений

У автомобилей при фронтальном ударе картер рулевого механизма с рулевой колонкой значительно смещается в сторону водителя. В результате этого он получает тяжелые травмы груди, брюшной полости, шеи, лица и т.д. Для защиты водителя ступицу рулевого колеса делают большего диаметра, что позволяет увеличить площадь контакта тела и рулевого колеса. Применяют энергопоглощающие накладки и оболочки. Контактная площадь рулевых колес современных легковых автомобилей колеблется в пределах 300-600 см², а у гоночных эта площадь несколько меньше.

Спицы и каркас обода, штампованные из листовой стали, при больших нагрузках учитываются, а обод располагается параллельно грудной клетке. Для этой же цели под рулевым колесом размещают гофрированный энергопоглощающий элемент сильфонного типа.

На рис. Приведена принципиальная схема безопасного рулевого управления.

Рис. . Принципиальная схема безопасного рулевого управление:

С₁, С₂, С₃ — энергопоглощающие упругие элементы; 1 — энергопоглощающие шарниры; 2 — рулевое колесо; 3 — вал рулевой; 4 — крепление рулевой колонки к раме или кузову; 5 — накладка обода.

Чтобы уменьшить возможность проникновения рулевого вала в салон применяют валы с карданными шарнирами, отклоняющиеся при ударах вверх или в сторону. Для поглощения кинетической энергии удара тела водителя в обод используют энергопоглощающие механизмы: перфорированные трубы; упругие пластины; шлицевые втулки с предохранителями; колонки телескопические, у которых между наружной и внутренней трубами имеются кольцевые пояса со стальными шарнирами и др.

Тяжесть травмирования водителя при соударении с рулевым колесом зависит не только от кинетической энергии удара и параметров перемещения рулевой колонки и тела водителя навстречу друг к другу.

Ремни безопасности

Наиболее простым и эффективным средством, ограничивающим перемещение водителя и пассажиров внутри автомобиля при ДТП, являются ремни безопасности. Из используемых наибольшее распространение получили диагонально-поясные ремни, крепящиеся к кузову автомобиля в трех точках.

Согласно Правил ЕЭК ООН и Гостов верхняя точка крепления плечевого ремня должна быть позади точки опоры водителя на сиденье и выше нее. Необходимо, чтобы точки крепления поясного ремня выдерживали не менее 22,7 кН, а плечевого ремня — не менее 22,9 Н. Ширина лямки ремня должна быть не менее 51 мм. Лямки пристегнутого ремня должны проходить по осям человеческого скелета и не передавать усилий на органы, не защищенные грудной клеткой.

Правильное использование ремней безопасности в легковых автомобилях уменьшает число травм на 60-75% и почти в 2 раза снижает тяжесть последствий. При отсутствии ремней или если ремни не были пристегнуты смертельный исход при фронтальном ударе возможен при скорости 11-12 м/с, а при использовании ремней вероятность такого исхода появляется лишь при скорости более 15-16 м/с.

Перемещение человека, пристегнутого ремнем безопасности, можно оценить по формуле

где m_ч — масса человека; С_л — жесткость ремня; t — время движения.

Максимальную силу, приложенную к телу человека,

где S — перемещение автомобиля в момент удара.

С ростом деформации передней части автомобиля нагрузка, испытываемая человеком при ударе, снижается достаточно сильно. Например, при V₀=15 м/с Р=58 кН в случае, когда DS_пер=0,2 м, а при DS_пер = 0,4 м Р=12 кН.

Перемещение человека при ударах снижается при использовании ремней безопасности с инерционными подушками, которые блокируют ремень при ускорениях 0,5-0,5g.

Подушки безопасности

Недостатки ремней безопасности вынудили конструкторов использовать для ограничения перемещения людей подушек безопасности различной конструкции. Подушки изготавливают из тонкой резины (h = 0,3-0,4 мм) или нейлона и размещают в ступице рулевого колеса, щитке приборов и т.д. Сигнал от датчиков подается на приводное устройство )детонатор), которое, взрываясь, разрушает металлическую перегородку в баллоне со сжатым до 200-250 МПа азотом или аргоном, после чего газ с большой скоростью заполняет подушку. На срабатывание датчиков приводного устройства и заполнение подушек затрачивается примерно 0,05-0,1 с.

Недостаток надувных подушек — большой шум при их заполнении (³160 дБ), что может разрушить барабанные перепонки уха. Подушки плохо защищают человека при опрокидывании, боковом ударе. Имеется вероятность произвольного срабатывания системы заполнения.

Для ограничения перемещения головы при ударе сзади на спинках сидений устанавливаются подголовники с мягкой обивкой.