Элементы кузова, повышающие безопасность

Наиболее вероятная скорость автомобилей при соударениях составляет 80 км/ч при лобовых и задних ударах и 64 км/ч при боковых ударах. Эти цифры являются исходными для расчета прочности кузовов и разработки конструктивных мер, обеспечивающих безопасность легковых автомобилей.

Повышение безопасности автомобилей включает в себя меры «активной» безопасности, которые способствуют предотвращению возникновения аварий, и меры «пассивной» безопасности, которые закладываются в конструкцию автомобиля для обеспечения безопасности водителя и пассажиров, если аварию предотвратить не удастся.

Меры «активной» безопасности автомобиля предусматривают разработку конструкций деталей и узлов, обеспечивающих эффективность торможения и надежность работы тормозного привода, противоблокировочных систем, позволяющих автомобилю двигаться в заданном направлении при торможении, а также меры по увеличению обзора дороги и окружающей обстановки с места водителя. Сюда относят установку двухрежимного стеклоочистителя, отопителя, вентилятора, которые не допускают обледенения и запотевания стекол.

Меры «пассивной» безопасности предусматривают предотвращение или уменьшение травматизма водителя и пассажиров при аварии. Результат достигается обеспечением защитной зоны вокруг каждого пассажира, ограничением возможности перемещения водителя и пассажиров относительно сиденья, уменьшением уровня травматизма от ударов о внутренние поверхности салона, обеспечением возможности выхода водителя и пассажиров из потерпевшего аварию автомобиля.

Обеспечение защитных свойств кузова заключается в разработке и внедрении таких конструктивных решений, которые позволяют образовать вокруг водителя и пассажиров защитную зону.

Жесткий салон в сочетании с энергопоглощающими передней и задней частями кузова позволяет снизить ускорения людей в момент соударения и в наилучшей степени обеспечивает защитную зону вокруг пассажиров. Кузова такой конструкции строят по принципу прогрессивной энергоемкости, т. е. с заданной степенью усиления одних деталей при максимально допустимом смятии других в целях поглощения энергии удара.

Очень большие нагрузки при ударах в разных направлениях (продольном, поперечном и вертикальном) действуют на двери, петли дверей и дверные замки. Двери защищают салон от проникновения внутрь посторонних предметов при аварии и не должны открываться во время соударения, чтобы пассажиры не могли выпасть из кузова. Дверные замки оборудуются надежной системой блокировки, предотвращающей случайное их отпирание под действием инерционных нагрузок или при ударе в момент аварии, так как и сами двери не исключаются из общего контура жесткости салона кузова.

Для защиты водителя и пассажиров при боковых столкновениях в двери кузова встроены защитные брусья коробчатого сечения. Брус размещен внутри двери между опускным стеклом и наружной панелью. Кроме защиты салона от проникновения ударяющего автомобиля, брусья как бы сдвигают ударенный автомобиль в сторону.

Бамперы в современных легковых автомобилях обладают защитными свойствами в сочетании с декоративными особенностями, созданными дизайнерами. Сегодня устанавливают бамперы широкого профиля с наиболее закругленными формами. Их защитные свойства высоки, бамперы предохраняют автомобиль от повреждений при легких столкновениях и должны соответствовать международным нормам безопасности.

Системы, ограничивающие перемещение водителя и пассажиров внутри кузова, включают в себя сиденья и ремни безопасности.

Уровень травматизма при авариях снижается наиболее эффективно, если в конструкции автомобиля предусмотрено надежное крепление пассажира к сиденью, которое, в свою очередь, не должно отрываться от пола кузова под действием аварийных перегрузок. Сиденья закрепляют так, чтобы они выдерживали требования безопасности по продольным нагрузкам, действующим в обоих направлениях, а также по крутящему моменту.

Ремни безопасности имеют простое замковое устройство, обеспечивающее надежное крепление, а при необходимости позволяющее быстро отстегнуться. В рабочем положении ремни обеспечивают достаточную свободу перемещений водителя и не мешают управлению автомобилем.

Расчеты и практика показывают, что ремни безопасности надежно защищают пассажиров при фронтальном соударении со скоростью до 80 км/ч.

Следующий элемент – руль. Безопасность руля заключается в исключении случаев тяжелого травмирования водителей при фронтальных столкновениях автомобилей. В соответствии с требованиями во время испытания автомобиля на столкновение с железобетонным барьером массой не менее 70 т при скорости 48,3 км/ч верхняя часть рулевой колонки и рулевого вала не должны перемещаться в заднем направлении горизонтально и параллельно продольной оси транспортного средства более чем на 12,7 см. Если рулевая колонка сталкивается с моделью туловища, которая ударяется об эту колонку с относительной скоростью не менее 24,1 км/ч, то сила, с которой рулевая колонка воздействует на переднюю часть модели туловища, не должна превышать 11,35 кН (1135 кгс).

Ветровые стекла автомобилей должны соответствовать требованиям правил ЕЭУ ООН. Например, стекла автомобилей ВАЗ трехслойные, они состоят из двух профилированных полированных стекол с прослойкой из липкого прозрачного пластика. Основное преимущество слоистого ветрового стекла заключается в том, что трещины при ударе распространяются из центра удара, осколки удерживаются на пластмассовой прослойке, стекло сохраняет свою прозрачность, форму и не выпадает из проема кузова.

Заднее и боковые стекла изготовляют из закаленного стекла, они проходят специальную термообработку, обеспечивающую повышенную прочность. При разрушении эти стекла распадаются на множество мелких осколков без острых углов и граней, способных вызвать глубокие ранения.

Подголовники должны исключить тяжелые травмы, выражающиеся в повреждении шейных позвонков и позвонков верхних отделов грудной клетки. Такие травмы наносятся при ударе движущегося автомобиля в заднюю часть стоящего автомобиля. При таком виде дорожно-транспортного происшествия подголовники по прочности должны соответствовать международным правилам ЕЭК ООН, а их конструкция исключать возможность травмирования заднего пассажира при фронтальном столкновении автомобилей.

Важное значение имеет интерьер кузова. Он включает в себя внутреннюю отделку салона, которая должна отвечать современным эстетическим и эргономическим требованиям.

Панель приборов изготовляют без выступающих деталей и острых кромок, с удобным размещением контрольно-измерительных приборов и органов управления. Энергоемкость панели обеспечивается не только мягкой обивкой, но и введением в конструкцию каркаса стальных тонколистовых панелей, способных при ударе поглощать энергию за счет их частичной деформации.

Подлокотники, двери и противосолнечные козырьки облицовывают мягкими материалами. Ручки дверей, стеклоподъемников, кнопки переключателей и блокировки замков дверей размещают и изготовляют так, чтобы в случае удара пассажир не мог получить травмы.

Повреждения автомобиля при авариях

Наибольшее количество соударений автомобилей приходится на переднюю часть, несколько меньше – на заднюю и наименьшее – на боковые.

Повреждения кузовов, полученные в результате соударения, делят на три категории. К первой относят очень сильные повреждения, в результате которых необходима замена кузова. Ко второй категории относятся повреждения средней тяжести, при которых большая часть деталей требует замены или сложного ремонта. К третьей относятся менее значительные повреждения – пробоины, разрывы на лицевых панелях, вмятины и царапины, полученные при ударе во время движения с малой скоростью. Эти повреждения не представляют опасности для пассажиров и водителя при эксплуатации автомобиля, хотя его внешний вид не отвечает эстетическим требованиям.

Наиболее разрушительные повреждения кузова наблюдаются при фронтальных столкновениях – соударениях, нанесенных автомобилю непосредственно в переднюю часть кузова или под углом не более 40–45° в районе передних стоек. Такие столкновения происходят, как правило, между двумя движущимися навстречу транспортными средствами, скорости которых складываются, что и создает высокие ударные нагрузки. Количество энергии, которое должно поглотиться при таких соударениях, огромно: около 80 100 кДж для автомобиля массой около одной тонны. Эта энергия поглощается при деформации автомобиля за время менее 0,1 с. Кузов автомобиля разрушается, особенно его передняя часть, а действующие при этом большие нагрузки в продольном, поперечном и вертикальном направлениях передаются всем смежным деталям каркаса кузова и особенно его силовым элементам. Рассмотрим сказанное на примерах.

Итак, фронтальное соударение автомобиля произошло передней частью кузова в районе левого переднего крыла, лонжерона и левой фары. Разрушительные повреждения получают панель передка, крылья, капот, брызговики, передние лонжероны, рама ветрового окна и крыша. Эта деформация устанавливается визуально. Невидимая деформация происходит в передних, центральных и задних стойках с обеих сторон, в левых передней и задней дверях, в левом заднем крыле и даже в задней панели багажника.

Или: соударение произошло передней частью кузова автомобиля под углом 40–45°. Разрушительные повреждения получили передние крылья, капот, панель передка, брызговики, передние лонжероны. Восстановить базовые точки передней части кузова без замены деформированных деталей новыми практически невозможно. При этом необходимо восстановление размеров по проемам передних дверей и положению передних и центральных стоек, так как силовые нагрузки передавались через передние двери на передние и центральные стойки кузова, создавая сжимающие усилия на порог и верхнюю часть боковины кузова.

Еще пример: удар нанесен сбоку в переднюю часть кузова автомобиля в районе сопряжения передней панели с передними частями лонжерона и левого крыла. Разрушительные повреждения получают оба передних крыла, панель передка, брызговики, лонжероны, капот. Растягивающие усилия нарушают проем левой передней двери, сжимающие усилия вызывают деформацию в проеме правой двери и в боковине левой передней двери. Передние и центральные стойки также получают значительные силовые перегрузки и отклоняются от своего первоначального положения.

Удар получен сбоку в переднюю стойку кузова автомобиля с левой стороны. При этом значительно деформированы левая передняя стойка, рама ветрового окна, крыша, пол и лонжероны переднего пола, панель передка, капот, крылья, брызговики и передние лонжероны. Передок кузова автомобиля сдвинулся влево, порог и верхняя часть правой боковины восприняли растягивающие нагрузки, а центральные и задние стойки – сжимающие нагрузки; правый брызговик в сопряжении с передней стойкой испытывал разрывающие усилия.

При внешнем осмотре аварийного кузова можно установить наличие перекосов по выдвижению или западанию дверей, крышки багажника и капота относительно неподвижных поверхностей кузовных деталей. Нарушение равномерности зазоров по линиям сопряжения навесных и неподвижных деталей также свидетельствует о наличии деформаций в деталях каркаса кузова, вызванных аварией. При этом следует помнить, что внешним осмотром нельзя определить отклонения линейных размеров проемов кузова и геометрических параметров по базовым точкам основания кузова. Для этих целей необходимо применять измерительные средства, специальные контрольные приспособления и стенды, описания которых даны в соответствующих главах книги.

Повреждения кузова, возникшие при эксплуатации

В этой главе речь идет о менее значительных повреждениях кузова, возникших в процессе эксплуатации автомобиля и ухудшающих внешний вид.

Вмятины появляются в результате остаточной деформации при ударе, неправильном ремонте, а также вследствие некачественной сборки кузова.

Вмятины бывают простыми и легко поддающимися ремонту и сложными – с острыми загибами и складками или располагаться в труднодоступных для ремонта местах.

Трещины – это часто встречающиеся повреждения кузова. Они могут появиться в любом месте в результате перенапряжения металла (ударов, изгибов), а также в результате непрочного соединения узлов и деталей и недостаточной прочности конструкции.

Разрывы и пробоины подразделяют на простые, принимающие после правки металла вид трещины, и сложные, требующие при ремонте поврежденного места постановки заплат.

Обрывы в деталях кузова характеризуются величиной порванной части панели или оперения. Большие обрывы часто устраняют постановкой вставок сложного профиля, а в некоторых случаях производят полную замену детали.

Растянутые поверхности металла различают по месту их нахождения: на поверхности панели в виде бугра и в отбортовках деталей (растянуты борта и кромки).

Коррозия по своему внешнему проявлению может встречаться в виде равномерной, когда металл разрушается равномерно по всей поверхности, и местной, когда металл разрушается на отдельных участках. Последняя форма коррозии обнаруживается по темным пятнам или глубоким черным точкам на металле, она более опасна, так как металл может в короткий срок разрушиться с образованием сквозных отверстий.

Нарушение сварных соединений встречается в узлах деталей, которые соединены точечной сваркой, и в сплошных сварных швах кузова.

Нарушение клепаных швов