Исследование процесса удержания автомобиля дорожным ограждением и механизм защиты человека при данном ДТП

УДК 656.13.08:652.745.5

Д.А. Загарин, А.А. Барашков, М.В. Лыюров НИЦИАМТ ФГУП «НАМИ»

Из общего количества дорожно-транспортных происшествий, происходящих в Российской Федерации, 29 680 (14%) приходится на долю опрокидываний и 71 670 (33%) на долю столкновений автотранспортных средств. Общее количество погибших в указанных ДТП составляет 17 902 (50%), а раненных 150 729 (56%) человек. Основное количество опрокидываний произошло на автомобильных дорогах вне населенных пунктов (66,4 %). В основном, опрокидывания связаны с непреднамеренным съездом автотранспортных средств с проезжей части дорог, а столкновения — из-за выезда на полосу встречного движения.

Дорожные ограждения являются основным средством, позволяющим снизить величину подобных дорожно-транспортных происшествий, и особенно, встречных столкновений, которые являются особо опасными на федеральных трассах, где скорости движения автотранспорта весьма высоки. Разделение транспортных потоков дорожными ограждениями позволило снизить количество погибших на 9% и раненых на 4,7%.

Анализ статистики ДТП в США показывает, что при вынужденных съездах с дорог наименее защищенными от ударов оказываются люди, находившиеся в легковых автомобилях, по сравнению с грузовиками и автобусами. Вероятность гибели людей в малогабаритных легковых автомобилях выше на 83%, а в автомобилях средних размеров — на 42%, чем в крупногабаритных.

Скорость движения автомобилей на дорогах России постоянно возрастает, что, естественно, отражается на количестве и тяжести последствий ДТП. Анализ интенсивности движения и скоростей автомобилей на дорогах различных технических категорий, который был проведен в конце 70-х годов XX века в СССР, был основанием для разработки ГОСТ 26804-86, регламентирующего конструкции дорожных ограждений на тот период времени. При разработке ограждений в 80-х годах принимались следующие расчетные скорости:

- для легковых автомобилей — 80 км/ч с обеспеченностью 85% (дороги I-III технических категорий) и 70 км/ч (дороги IV и V технических категорий);

- для грузовых автомобилей — 60 км/ч.

В настоящее время расчетные скорости увеличились на 30-50%.

Для разработки современных конструкций дорожных удерживающих ограждений необходимо проанализировать действующие в настоящее время показатели ударных взаимодействий автомобиля с ограждением, характер взаимодействия автомобиля с тем или иным ограждением, а также оценить эффективность конструкций эксплуатируемых ограждений на основе натурных испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52721-2007.

Подавляющее большинство эксплуатируемых в настоящее время конструкций дорожных удерживающих ограждений спроектировано, в основном, для удержания от опрокидывания и наездов легковых автомобилей, движущихся со скоростями 100 км/ч и менее. Это обусловлено тем, что на автомобильных дорогах транспортный поток, в основном, состоит из легковых автомобилей (до 80%) и именно эти транспортные средства чаще всего попадают в ДТП.

Грузовые автомобили реже попадают в ДТП, а тяжесть последствий ДТП с ними бывает менее серьезной из-за малого количества пассажиров в кабине.

Еще реже ДТП происходит с автобусами, но тяжесть последствий таких ДТП чрезвычайно высока из-за большого количества пассажиров в салоне.

За долгие годы специалисты в разных странах и у нас в России научились создавать конструкции дорожных ограждений, способные удерживать легковые автомобили без опрокидывания и значительных инерционных перегрузок. В настоящее время требуется разработка новых, универсальных конструкций ограждений, способных безопасно взаимодействовать как с легковыми, так и с грузовыми автомобилями и автобусами.

Для снижения тяжести последствий ДТП при наезде на дорожные ограждения современных транспортных средств необходимо выполнить три главных требования:

- должны правильно задаваться параметры конструкций дорожных ограждений при проектировании;

- должны быть качественно изготовлены сами конструкции ограждений;

- должны соблюдаться требования по установке дорожных ограждений в соответствии с ГОСТ Р 52289-2004.

Современные ограждения оцениваются по следующим характеристикам:

- максимальная удерживающая способность, Е (кДж);

- индекс безопасности, И;

- безопасность выбега автомобиля после взаимодействия с ограждением;

- максимальный прогиб ограждения, Уmax (м).

Проектировщики конкретного участка дороги, в зависимости от сложности рельефа местности и опасности возникновения ДТП, должны использовать для установки те или иные конструкции дорожных ограждений, прошедшие натурные испытания в соответствии с ГОСТ Р 52721-2007 и имеющие сертификат соответствия.

Фактическая удерживающая способность ограждения Е определяется по формуле 1:

Е = 0,5 m (V . sin a)2 (1)

где: m — масса автомобиля, т;

m — скорость движения автомобиля при столкновении с ограждением, м/с;

a — угол наезда автомобиля на ограждение.

Индекс безопасности И (обобщенный показатель инер- ционной перегрузки в центре масс автомобиля) рассчи- тывается по формуле 2:

И = [(Nx / 12)2 + (Ny / 9)2 + (Nz / 10)2 ]0.5 (2)

где: Nx , Ny , Nz — средние значения инерционных перегрузок, возникающих в центре масс автомобиля, при взаимодействии автомобиля с ограждением вдоль продольной, поперечной и вертикальной осей автомобиля (соответственно).

Безопасность выбега автомобиля после взаимодействия с ограждением устанавливается исходя из условий обеспечения безопасности других участников движения, движущихся по дороге.

Безопасным считается выбег, при котором автомобиль, после взаимодействия с ограждением, движется в пределах полосы шириной К по коридору длиной В. Длину коридора принимают равной 10 м для легкового автомобиля и 20 м — для автобуса и грузового автомобиля. Ширину коридора вычисляют по формуле 3:

К = C + 0,16 L + 0,22 B (3)

где: C — габаритная ширина автомобиля, используемого при испытаниях дорожного ограждения, м;

L — габаритная длина автомобиля, м.

В 1998 году в России начались интенсивные испытания новых конструкций ограждений, которые в обязательном порядке проводились методами столкновения с ограждением автобуса или грузовика.

При испытаниях ограждения автобусом или грузовиком в основном оцениваются предельная удерживающая способность Е дорожного ограждения, максимальный прогиб Уmax ограждения и ширина коридора К. Указанные параметры и влияют, в основном, на показатели безопасности ограждения при возникновении ДТП.

При испытаниях ограждения легковым автомобилем оцениваются индекс безопасности и безопасность выбега автомобиля после взаимодействия с ограждением.

В 2008–2009 гг. ФГУП «НАМИ» выполнена НИР на тему: «Исследование процесса удержания автомобиля дорожным ограждением дорожной группы и механизма защиты человека при данном ДТП». Исследования проведены в рамках «Федеральной целевой программы повышения безопасности дорожного движения в 2006 — 2012 гг.

Для оценки безопасности водителя и пассажира при взаимодействии автомобиля с дорожным ограждением, на передних сиденьях автомобилей Лада «Приора» и Ford Escort были размещены манекены Гибрид III, отвечающие предписаниям по регулировке и оборудованные измерительными датчиками для оценки критериев травмирования человека в условиях фронтального столкновения.

Установленные датчики позволяли произвести оценку следующих критериев: травмирования головы (НРС), травмирования шеи (NIC), сжатия грудной клетки (ThCC), травмирования мягких тканей (V*C), нагрузки на бедра (FFC), сжатия голеней (TCFC), показатели травмирования голеней (TJ) и смещение коленных шарниров.

Данная методика используется для оценки безопасности автомобиля при смещенном столкновении по Правилам ЕЭК ООН № 94-01. Накопление данных показаний датчиков производилось с помощью бортовой «Системы сбора данных (DAS EME Corp. Nanodas)». Обработка полученных данных измерений производилась с помощью программного обеспечения «Nanodas». Полученные данные регистрировались через индивидуальные каналы с соответствующими классами канала частотных характеристик (КЧХ).

Все измерения, необходимые для проверки критериев травмирования, проводились с помощью измерительных приборов, отвечающих спецификациям Приложения 8 Правил ЕЭК ООН № 94-01. Общий вид манекенов, расположенных на сиденьях в автомобиле Лада «Приора» перед испытаниями дорожного ограждения, приведен на рис. 1.


Рисунок 1. Манекены, размещенные на передних сиденьях автомобиля Лада «Приора»

Примеры записи параметров для оценки критериев травмирования водителя и пассажира приведены на рисунках 2–4.


Рисунок 2. Суммарное ускорение головы водителя и пассажира


Рисунок 3. Изгибающий момент шеи водителя и пассажира


Рисунок 4. Сжатие грудной клетки водителя и пассажира

Результаты оценки критериев травмирования водителя и переднего пассажира приведены в табл. 1.

Таблица 1. Результаты оценки критериев травмирования водителя и переднего пассажира при столкновении с ограждением:
1. Автомобиль — Лада «Приора», ограждение — 11ДО У4 (300), с двухволновой балкой
2. Автомобиль — Ford Escort, ограждение — 11ДО У4 (300), с трехволновой балкой


При столкновении автомобиля Лада «Приора» с ограждением 11ДОУ4(300) (с двухволновой балкой) манекены, находящиеся в автомобиле, получили незначительные перегрузки и силовые воздействия. Критерии травмирования отдельных частей тела манекенов не были превышены ни в одной области. Это говорит о том, что столкновение с ограждением не представляет опасности для людей, находящихся в автомобиле.

В процессе взаимодействия автомобиля с ограждением, в результате полной деформации консолей и частичного подъема балки, автомобиль «поднырнул» под двухволновую балку и правым передним колесом ударился в стойку ограждения.

При дальнейшем движении автомобиль правой передней подвеской сбил три стойки ограждения, развернулся на 180? по часовой стрелке на 12-метровом участке и остановился на площадке перед ограждением (проезжей части дороги).

Автомобиль после взаимодействия с ограждением двигался в пределах предписываемого коридора. Однако после взаимодействия с ограждением, автомобиль стал практически неуправляемым из-за повреждения правого переднего колеса и разрыва рулевых тяг. Учитывая, что автомобиль остановился на таком коротком участке, возникает серьезная опасность, что при плотном потоке движения он может представлять большую угрозу для движущегося сзади транспорта, что может привести к последующему дорожно-транспортному происшествию с серьезными травмами людей, находящихся в этом автомобиле и в автомобилях, движущихся сзади. При плотном потоке движения такое поведение автомобиля после взаимодействия с ограждением может привести к ДТП со многими автомобилями.

Характер повреждения автомобиля после взаимодействия с ограждением представлен на рис. 5.


Рисунок 5. Автомобиль Лада «Приора» после взаимодействия с ограждением

При испытаниях дорожного ограждения (изготовленного по ГОСТ 26804-86) автомобилем ВАЗ-21013 также был отмечен удар передним правым колесом в стойку дорожного ограждения. После столкновения с ограждением было отмечено разрушение подвески переднего правого колеса и рулевых тяг, и произошло опрокидывание автомобиля вдоль ограждения (рис. 6). Причиной такого «поведения» легковых автомобилей при столкновении с дорожными ограждениями является наличие большого просвета между нижней кромкой балки и поверхностью дорожного полотна.


Рисунок 6. Повреждение обода правого переднего колеса автомобиля ВАЗ-21013 после удара в стойку ограждения

При высоте ограждения (с одной двухволновой балкой) 0,75 м, просвет между нижней кромкой балки и дорожным полотном составляет 0,45 м. В результате недостаточной длины жесткой консоли (250-300 мм) или большой деформации консоли, произошел удар колеса легкового автомобиля в стойку ограждения, что привело к опрокидыванию автомобиля, либо к его развороту на проезжей части дороги, и возникновению серьезных предпосылок для дорожно-транспортного происшествия с тяжелыми последствиями.

Для исключения «подныривания» переднего колеса легкового автомобиля под балку ограждения, в конструкции ограждения должны быть предусмотрены специальные элементы, исключающие возможность прямого удара колеса в стойку, либо должны применяться недеформируемые консоли длиной не менее 350 мм, чтобы расстояние от внешней кромки ограждения до стойки составляло не менее 400 мм (необходима зона деформации легкового автомобиля, исключающая попадание колеса в стойку).

Ограждение высотой 750 мм, с трехволновой балкой и просветом между балкой и поверхностью дороги 200 мм, проходило испытания методом наезда автомобилем Ford Escort на скорости 102 км/ч. На месте водителя и переднего пассажира были размещены два манекена «Гибрид III», инструментированные аналогично, как и при испытаниях с автомобилем Лада «Приора».

Критерии травмирования отдельных частей тела манекенов не были превышены ни по одному показателю, что говорит об обеспечении необходимого уровня безопасности людей, находящихся в автомобиле, при взаимодействии его с ограждением. Величины критериев травмирования манекенов представлены в табл. 1.

Автомобиль при взаимодействии с ограждением не получил серьезных повреждений ходовой части и рулевых тяг. После столкновения автомобиль прошел вдоль ограждения в допустимом коридоре.

Натурные испытания дорожных ограждений, проведенные в 2008-2009 гг. показывают, что их конструкции, за счет применения стоек С-образного и G-образного сечений, позволяют улучшить показатели удерживающей способности дорожных ограждений до 300-400 кДж при одинаковой металлоемкости изделий с ограждениями, изготовленными по ГОСТ 26804-86.

Разработанные конструкции ограждений позволяют безопасно взаимодействовать с ними разным категориям транспортных средств, что важно для условий эксплуатации на дорогах Российской Федерации.

При взаимодействии автомобилей и автобусов с конструкциями дорожных ограждений, прошедших сертификационные испытания в 2006-2009 гг., обеспечивается необходимый уровень безопасности для пассажиров, находящихся в транспортных средствах.

При соблюдении требований по установке дорожных ограждений в соответствии с ГОСТ Р 52289-2004 и правильном выборе их типа на строящихся и ремонтируемых участках дорог можно добиться значительного снижения количества ДТП, связанных с непреднамеренным съездом автотранспортных средств с проезжей части.

Установка двухсторонних дорожных ограждений с удерживающей способностью до 400 кДж, разделяющих транспортные потоки, движущиеся во встречных направлениях, позволяет обеспечить значительное снижение ДТП, связанных со встречными столкновениями.

Для исключения случаев «подныривания» легкового автомобиля под балку дорожного ограждения с последующим ударом колеса в стойку ограждения, опрокидыванием или разворотом автомобиля, в конструкциях дорожных ограждений должны быть предусмотрены специальные элементы, исключающие прямой удар колесом в стойку или должны применяться недеформируемые консоли длиной не менее 350 мм.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Федеральная целевая программа «Повышение безопасности дорожного движения в 2006-2012 годах». Утв. Правительством РФ. Постановлением № 100 от 20.02.2006 — М., «Фирма Вариант», 2006, 135 с.

2. Буйленко В.Я., Сахарова И.Д. Расчетные параметры воздействия автомобилей на ограждающие устройства автомобильных дорог и мостов. — В сб. «Вопросы создания безопасных конструкций дорожных и мостовых ограждений, опор дорожных знаков, матч освещения». Труды СоюздорНИИ. М., 1982 г.

3. Астров В.А., Малинин П.К., Лыюров М.В. Безопасное фронтально-боковое дорожное ограждение. «Автомобильные дороги» — 1989 г. — № 5. — с. 11-12.

4. ГОСТ Р 52289-2004 Технические средства организации дорожного движения. Правила применения дорожных знаков, разметки, светофоров, дорожных ограждений и направляющих устройств.

5. ГОСТ Р 52607-2006 Технические средства организации дорожного движения. Ограждения дорожные удерживающие боковые для автомобилей. Общие технические требования.

6. ГОСТ Р 52721-2007 Технические средства организации дорожного движения. Методы испытаний дорожных ограждений.

7. ГОСТ 26804-86 Ограждения дорожные металлические барьерного типа. Технические условия.

8. Шестериков В.И. Влияние элементов мостового полотна на безопасность дорожного движения / Науч. тр. НПО Росдорнии. — М., 1990 г.