БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ, АНАЛИЗ КОНЦЕПЦИИ

АННОТАЦИЯ

БЕЗОПАСНОСТЬ АВТОМОБИЛЯ

Рабинович Б.А., д.т.н., проф.

Затрагивается проблема снижения количества ДТП. Сделан вывод о необходимости учета физиолого-психолоических свойств человека при создании систем безопасности дорожного движения и проектировании автомобиля. Приводятся результаты экспериментальных исследований влияния ударных перегрузок на организм человека. Предложено внедрение в конструкцию автомобиля видео системы, связанной со средствами активной и пассивной безопасности и фиксирующей процесс движения транспортного средства.

VEHICLE SAFETY

Rabinovich B., Dr.Sc. prof.

The problem of decrease road-accidents quantity is mentioned. The conclusion about necessity of the account of physiological and psychological properties of the human being at systems of safety creation and automobile design is made. Results of experimental researches of influence of shock overloads on human organism of are generalized. Introduction in automobile design of the video system connected to means of active and passive safety and fixing process of movement of a vehicle is offered.

Рабинович Б.А., д.т.н., проф.

Продолжение (начало Журнал ААИ №1(54)2009)

5. ВЛИЯНИЕ УПРУГОСТИ СИСТЕМЫ «ЧЕЛОВЕК-КРЕСЛО»

На рис. 7 показана схема сил при натяжении диагонально-поясного ремня, применяемого на большинстве автомашин.


При углах a > 0 эффективность использования диагональной лямки ремня резко снижается. Появляются большие упругие силы, которые существенно увеличивают ударное воздействие на голову за счет удара головы о подголовник в фазе упругого отскока (рис. 8).


Существенное значение имеет также выбор материала мягкой обивки подголовника. Мягкая толстая упругая обивка на подголовнике увеличивает травмоопасность удара.

Существенное значение для снижения травмоопасности удара головы о подголовник имеет жесткость конструкции самого подголовника.

Совокупная большая упругость мягкой обивки и конструкции подголовника может в 3–4 раза повысить травмоопасность удара головы о подголовник.

Наилучшими амортизационными характеристиками будет обладать подголовник высокой жесткости, мягкая обивка которого должна иметь диаграмму обжатия в форме ветви кубической параболы (см. [9] ).

6. ПРИМЕРЫ

На рис. 9 показана система фиксации летчика в современном катапультном кресле, созданном в России, которое признано лучшим в мире [11; 12].


Рисунок 9. Схема фиксации летчика в современном катапультном кресле


Все элементы системы фиксации срабатывают в течение 0,04–0,05 сек после подачи сигнала:

- выдвигаются толкатели ног, которые снимают ноги летчика с педалей системы управления;

- затягиваются плечевые и поясные ремни;

- ограничители рук опускаются и поджимают руки к туловищу.

Летчик в кресле благополучно переносит процесс аварийного катапультирования из самолета при скорости до 2500 км/час и скоростном напоре до 10 тонн/м2; перегрузка «спина-грудь» при этом может достигать величин (-nx ) = 20 … 30 при длительности пиковых значений порядка 1…3 секунд.

На рис 10 показана система фиксации космонавта в амортизационном кресле космического корабля «Союз».


Рисунок 10. Схема фиксации космонавта в амортизационном кресле


Амортизационное кресло с испытателями — добровольцами прошло успешные испытания на воздействие ударных перегрузок применительно к случаю аварийного приземления корабля.

В экспериментах на нижнюю часть туловища испытателя по направлению «грудь-спина» действовала максимальная ударная перегрузка до (nx ) = 60…75 при общей длительности порядка t = 0,075 сек; на верхнюю часть туловища и голову до (nx ) = 30.

В обоих приведенных примерах ремни системы фиксации, а также конструкция кресел имели высокую жесткость; дополнительные нагрузки на испытателя за счет упругости ремней и кресла были практически исключены.

Медико-технические испытания кресел, показанных на рис. 9; 10, проводились с участием большой группы испытателей-добровольцев. Использование критериев, изложенных выше в п. 4, позволило эффективно решить сложные технические проблемы, имеющие важное государственное значение.

7. КРИТЕРИЙ ТРАВМЫ ГОЛОВЫ HIC (HEAD INJURY CRITERIA)

В практике испытаний автомобилей во всех странах мира используется критерий HIC, который имеет вид:


Индекс HIC был введен в практику около 50 лет назад. По структуре и физическому смыслу он близок к скорости теряемой при ударе.

Однако, как видно из формулы, этот индекс не учитывает скорость нарастания перегрузки, действующей на человека. Его тотальное применение представляется не корректным, поскольку могут быть искажены оценки травмоопасности результатов испытаний.

Границы применимости критерия HIC нуждаются в специальном анализе с учетом результатов современных теоретических и экспериментальных исследований по данной проблеме.

8. ПСИХО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА-ОПЕРАТОРА

В системе «человек-автомашина» человек представляет собой одно из звеньев системы управления автомашиной.

Представляют интерес данные о свойствах этого особого звена управления. На рис. 11 показаны результаты исследования влияния возраста человека на длительность его сенсомоторной реакции. Наиболее быстрая реакция имеет место у лиц в возрасте около 20 лет. После 40 лет время реакции увеличивается в 1,5…2,5 раза. Замедленная реакция наблюдается также у лиц моложе 20 лет [13].


Рисунок 11. Влияние возраста на длительность (т) простой сенсо-моторной реакции человека

На рис. 12 приведены данные о времени, которое затрачивает человек на принятие решения. В случае простой задачи — одно логическое условие — время на принятие решения составляет около 4 секунд. В сложных задачах время на принятие решения быстро растет. Если оператору приходится принимать решение исходя из четырех — пяти логических условий — время на принятие решения возрастает в пять — десять раз [13].


Рисунок 12. Зависимость времени (t) , затраченного испытателем на принятие решения, от числа логических условий.

На рис 13 [11] показаны результаты тестирования группы испытателей. Испытатель, расположенный в кресле, получал команду (загоралось световое табло) на включение привода катапульты. Фиксировалось время, которое затрачивал испытатель на исполнение команды.


Рисунок 13. Распределение времени, потребного пилоту на включение привода катапульты, после получения команды на катапультирование.

Как видно из графика, около 50% испытателей затратили на выполнение команды более 2 секунд.

Приведенные материалы показывают, что при скоротечных событиях (располагаемое время t <= 1…2 секунды), которые характерны для формирования ДТП в процессе движения автомашины, большинство водителей не может принимать и реализовывать решения по предотвращению ДТП в силу психо-физилогических особенностей личности.

Решения, адэкватные скоротечным событиям при формировании ДТП, а также своевременная их реализация возможны только с использованием бортового компьютера. Отметим, что бортовые компьютеры уже применяются на ряде типов автомашин для управления системой активной безопасности.

Учет психологии водителей автомашин представляет собой значительный резерв в предупреждении ДТП.

В [1] отмечено, что по вине водителей происходит более 80% ДТП, и основным направлением борьбы за предупреждение ДТП следует считать воздействие на человеческий фактор.

В [4] сообщается, что на тех участках дорог, где были установлены видеокамеры для контроля за движением автотранспорта, число ДТП достоверно снизилось.

Из приведенных материалов следует, что в целях существенного снижения числа ДТП назрела необходимость устанавливать на каждой автомашине систему приборов под условным названием «бортовой компьютерный инспектор» — далее БКИ.

В состав БКИ должны входить:

– комплект видеокамер кругового обзора, которые должны вести регистрацию процесса движения автомашины на всех его этапах;

– бортовой компьютер, на который должна идти запись с видеокамер и который должен работать в контурах систем активной и пассивной безопасности автомашины.

По нашему мнению, установка на каждую автомашину БКИ — наиболее эффективный метод предупреждения ДТП.

Из отечественной и мировой промышленной практики хорошо известно, что человек-оператор, действия которого непрерывно контролируются независимым инспектором, активно стремится выполнять свою работу строго по правилам. Близкий пример — все мы хорошо знаем, что на экзаменах в автошколе, когда инструктор сидит рядом с абитуриентом, абитуриент активно старается проехать трассу, не нарушая правил.

9. ВЫВОДЫ

Из приведенных материалов могут быть сделаны следующие выводы.

1. В целях предупреждения ДТП, более 80% которых по статистике происходит по вине водителей, представляется целесообразным устанавливать на каждой автомашине систему приборов под условным названием «бортовой компьютерный инспектор».

В состав БКИ должны входить:

– комплект видеокамер кругового обзора, которые должны вести регистрацию в реальном масштабе времени процесса движения автомашины на всех его этапах, включая синхронную съемку указателя скорости и дорожной обстановки.

– бортовой компьютер, на который должна идти запись с видеокамер.

При этом бортовой компьютер должен работать в контурах систем активной и пассивной безопасности автомашины и приводить в действие систему пассивной безопасности с необходимым упреждением до воздействия на человека ударных перегрузок.

Должна быть предусмотрена также возможность сохранения записей бортового компьютера при и после ДТП для их расшифровки, а также для целей технического осмотра автомашины.

2. На случай возникновения ДТП система пассивной безопасности автомашины должна проектироваться исходя из предельных научно обоснованных физиологических возможностей человека по переносимости аварийных перегрузок. При этом упругость всех элементов системы пассивной безопасности должна быть минимальной.

3. В целях обеспечения объективности результатов испытаний автомашин на безопасность представляется целесообразным уточнить границы применимости критериев, традиционно используемых для оценки безопасности автомашин в настоящее время, с учетом результатов современных теоретических и экспериментальных исследований по данной проблеме.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Р.Г. Нургалиев. Доклад. 2-й Международный конгресс «Безопасность на дорогах ради безопасности жизни». С-Перербург.17 — 19.09.08. www.gibdd.ru

2. Автостроение за рубежом. №4. 1998г.

3. Автостроение за рубежом. №8. 1998г.

4. Обзор: «2-й Международный конгресс. Безопасность на дорогах ради безопасности жизни». www.gibdd.ru

5. Stapp J.P. Taylor E.R. Space cabin landing impact vector effects of human physiology. Aerospace Medicine. Dec. 1964.

6. Вестник авиации и космонавтики. №5. 2002 г.

7. Курме Д.А. Купч А.Я. Черепно-мозговые повреждения в зависимости от пусковых механизмов. Тр. Рижск. НИИ травмотол. и ортопедии. Вып. 13. Рига. 1975г.

8. Swearingen J.J. et all. Human voluntary tolerance to vertical impact. Aerosp. Medic. 1960. V31. №12. р.989.

9. Рабинович Б.А. Безопасность человека при ускорениях. (биомеханический анализ). М. 2007г. 208с. илл.

10. Аруин А.С. Зациорский В.М. Эргономическая биомеханика. М. 1988г. 256с. илл.

11. Severin G.I. Comprehensive approach to the problem of the crew emergency escape from flying vehicles. Aircraft safety conference, Zhukovsky, Russia, 1993.

12. Severin G.I. New escape system of “Zvezda”. Military Parade. Julyaug. 1994.

13. Меньшов А.И. Космическая эргономика. Л. 1971. 296с. илл.