СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ КРАШ-ТЕСТА АВТОМОБИЛЕЙ НА БОКОВОЙ УДАР
METHOD FOR VEHICLE SIDE IMPACT CRASH-TESTING

Изобретение относится к автомобилестроению, к области обеспечения безопасности автомобиля, водителя и пассажиров.
Известен способ испытания (краш-тест) автомобилей путем наезда на неподвижный автомобиль на скорости, определяемой стандартом EURO-NCAP либо стандартом NCAP, препятствия с оценкой степени защиты от травматизма водителя и переднего пассажира по этим стандартам (см. http.://www.autoreview.ru/sv-glaz/num21/1000test.htm).
Этот способ испытания состоит в том, что на манекены водителя и переднего пассажира средней массы и размеров устанавливают датчики ускорений, на голову, грудь, бедро, колени, голени, предполагаемые места контактов манекенов с элементами кабины, рычагами управления и рулем мажут краской, усаживают манекены в кресла автомобиля, укомплектованного штатными подушками безопасности, пристегивают манекены ремнями безопасности, препятствие заданной массы устанавливают на четырехколесную тележку, разгоняют ее до определенной скорости, величина которой задается стандартом EURO-NCAP или NCAP, и ударяют в бок неподвижного автомобиля, процесс удара снимается скоростной киносъемкой с записью текущего времени и также записывается датчиками ускорений на манекенах, по киносъемке, по показаниям датчиков, а также по пятнам краски в салоне автомобиля судят о касании манекенами элементов салона - руля, передней панели, дверей, рычагов управления, остекления, осматривают автомобиль на предмет установления деформаций двигательного отсека, подвески, пола, дверей, кресел, остекления и по величинам деформаций, по местам касания манекенами элементов салона и величинам ускорений частей манекенов, зафиксированных датчиками, делают заключение о возможных травмах водителя и пассажира и по информации о возможных травмах по балльной системе стандарта EURO-NCAP (16-балльной) или по звездной американской NCAP (5-звездной) определяют уровень безопасности автомобиля в баллах или звездах.
Недостатком этого способа испытаний является то, что он не дает количественных оценок вклада в уровень повышения безопасности автомобиля, водителя и пассажиров при аварии характеристик деформаций как автомобиля, так и встроенных в него для поглощения кинетической энергии удара защитных боковых устройств.
Эти характеристики нужны для расчета параметров защитных устройств, их способности поглощения кинетической энергии удара и определения их вклада в обеспечение пассивной безопасности автомобиля.
Ставится задача разработки способа краш-испытания автомобиля на боковой удар с получением обобщенной базовой характеристики автомобиля, которая позволила бы рассчитать параметры защитного устройства, его поглощающую способность и проверить в процессе испытаний его эффективность.
Способ краш-испытания автомобиля (см. http.://www.autoreview.ru/sv-glaz/num21/1000test.htm) по технической сущности наиболее близок к предлагаемому способу и принят за прототип.
Поставленная задача решается тем, что предлагается способ краш-испытаний автомобиля на боковой удар, состоящий в том, что на манекены водителя и переднего пассажира средней массы и размеров устанавливают датчики ускорений на голову, грудь, бедра, колени, голени, предполагаемые места контактов манекенов с элементами кабины, рычагами управления и рулем мажут краской, усаживают манекены в кресла автомобиля, укомплектованного штатными подушками безопасности, и пристегивают ремнями безопасности, препятствие заданной массы, установленное на четырехколесную тележку, разгоняют до определенной скорости, величина которой задается стандартом EURO-NCAP или NCAP, и ударяют в неподвижно стоящий автомобиль, процесс удара снимается высокоскоростной киносъемкой с записью текущего времени и записывается датчиками ускорений, по киносъемке, записям датчиков и по пятнам краски в салоне автомобиля судят о касании манекенами элементов салона, рычагов управления, руля и по величинам ускорений частей манекенов, зафиксированных датчиками, делают заключение о возможных травмах водителя и пассажира и по этой информации по балльной системе стандарта EURO-NCAP (16-балльной) или по звездной системе стандарта NCAP (5-звездной) определяют в баллах или количестве звезд уровень безопасности автомобиля, отличающийся тем, что краш-испытания проводят в два этапа, на первом этапе на автомобиль устанавливают только боковое защитное устройство (без упругогистерезисного элемента) с закрепленными, на его свободной стенке, в середине устройства датчиком ускорений и датчиком перемещений и устанавливают также датчик ускорений и датчик перемещений в аналогичном месте защитного устройства с другой стороны автомобиля, в креслах водителя и переднего пассажира пристегивают ремнями безопасности имитаторы их масс и проводят краш-тест, по показаниям датчиков и киносъемки строят «опорную» характеристику автомобиля в виде зависимости Р(у), где Р - текущее значение ударной силы, определенное по показаниям датчика ускорений, на защитном устройстве не подвергавшемся удару, и у - осредненное текущее значение деформации автомобиля, определенное как полусумма показаний датчиков перемещения, установленных на обоих сторонах автомобиля, которую затем используют для расчета параметров бокового защитного устройства и рассеянной им энергии при ударе, затем проводится второй этап краш-испытания, для чего на другом автомобиле этой же марки и такой же комплектации устанавливают с обоих сторон автомобиля полностью смонтированные боковые защитные устройства, полностью подготавливают автомобиль к краш-испытаниям по стандарту EURO-NCAP или NCAP - закрепляют в креслах манекены и все требуемые датчики ускорений, проводят краш-испытания и оценивают в баллах или количестве звезд безопасность автомобиля.
Отметим, что манекены Hibrid 111, обычно применяемые в этих испытаниях, дорогие и отсутствие их на первом этапе краш-испытаний увеличивает ресурс их эксплуатации.
Кроме того, датчики ускорений могут быть установлены на пол, крышу и кресла автомобиля.
С целью установления эффективности постановки на автомобиль бокового защитного устройства в приращениях баллов или количества звезд в автомобиле, подготовленном к первому этапу краш-испытаний, в креслах закрепляют манекены и оборудуют их и сам автомобиль датчиками согласно стандарту EURO-NCAP или NCAP и проводят краш-испытания с балльной или звездной оценкой, после проведения второго этапа краш-испытаний оценивают эффективность постановки бокового защитного устройства на автомобиль в приращениях баллов или количества звезд, вычисляемых как разность балльных или звездных оценок безопасности автомобиля на втором и первом этапах краш-испытаний.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен автомобиль с закрепленным на нем боковым защитным устройством, с установленными на его узлах датчиками ускорений и имитаторами масс водителя и переднего пассажира, подготовленный для первого этапа краш-испытаний;
на фиг. 2 изображена схема проведения краш-испытаний автомобиля;
на фиг. 3 изображен пример постановки на автомобиль-внедорожник бокового пенального защитного устройства, срабатывающего при ударе о ступеньку, подготовленный ко второму этапу краш-испытаний;
на фиг. 4 изображено сечение по А-А на фиг. 3 бокового пенального защитного устройства;
на фиг. 5 представлен ожидаемый качественный характер зависимости Р(у) первой фазы ударного воздействия на автомобиль, когда ударная сила возрастает;
на фиг. 6 изображены манекены водителя и переднего пассажира с установленными на них датчиками ускорений.
Предлагаемый способ краш-испытаний автомобиля на боковой удар состоит в том, что краш-испытания проводят в два этапа. На первом этапе (см. фиг. 1) на автомобиле 1, укомплектованном штатными подушками безопасности, закрепляют под днищем автомобиля (к силовой раме автомобиля, на фиг. она изображена тонкой сплошной линией) с обеих его сторон корпусы 2 защитного устройства 3 (без их упругогистерезисных элементов 4, см. фиг.3 и 4) с установленными на корпусах 2 датчиком ускорений 5 и датчиком перемещений 6 (см. фиг. 1). Аналогичные датчики устанавливают на корпусы 2 с другой стороны автомобиля. В креслах 7 водителя и переднего пассажира размещают имитаторы 8 их масс и пристегивают их ремнями безопасности 9. При необходимости датчики ускорений могут быть установлены и на пол, крышу и кресла автомобиля.
В процессе краш-испытаний заданной массы тележка 10 на определенной скорости ударяет или по нормали в закрепленную на защитном устройстве подножку 11 стоящего автомобиля 1 (согласно стандарту EURO-NCAP), (см. фиг. 2а), или с развернутыми колесами под углом к подножке, имитируя движение автомобиля (по стандарту NCAP), (см. фиг. 2б). Процесс удара снимается высокоскоростной кинокамерой с записью текущего времени и записывается датчиками ускорений и перемещений.
По киносъемке, по показаниям датчиков строят «опорную» характеристику автомобиля в виде зависимости Р(у), где Р - текущее значение ударной силы, определяемое по показаниям датчика ускорений 5 (см. фиг. 1), и у - осредненное текущее значение деформации автомобиля, определенное как полусумма показаний датчиков перемещения 6, установленных с обеих сторон автомобиля.
Затем используют построенную указанным образом «опорную» характеристику автомобиля для расчета параметров бокового защитного устройства и рассеянной им энергии при ударе.
Качественный характер «опорной» характеристики автомобиля Р(у) на первой фазе ударного процесса, когда ударная сила растет, представлен на фиг. 5 весьма приблизительно. На первом участке 12 этой характеристики детали автомобиля деформируются упруго, на втором участке 13 характер протекания характеристики в основном определяется пластическими деформациями (смятием) «мягких» деталей автомобиля и на третьем участке 14 происходит упругая или упругопластическая деформация «жестких» деталей автомобиля.
Затем проводится второй этап краш-испытания, для чего на другом автомобиле 1 (см. фиг. 3) этой же марки и такой же комплектации устанавливают полностью смонтированное боковое защитное устройство 3 (см. фиг. 3 и 4), полностью подготавливают автомобиль к краш-испытаниям по стандарту EURO-NCAP или NCAP - закрепляют в креслах 7 (см. фиг. 6) манекены водителя 15 и переднего пассажира 16 средней массы и размеров, устанавливают датчики ускорений 17 на голову, грудь, бедра, колени, голени, предполагаемые места контактов манекенов с элементами кабины, рычагами управления и рулем мажут краской, усаживают манекены в кресла 7 автомобиля, укомплектованного штатными подушками безопасности (на фиг. не показаны), и пристегивают ремнями безопасности 9.
Проводят краш-испытания вышеописанным образом. По записям датчиков и по пятнам краски в салоне автомобиля судят о касании манекенами элементов салона, рычагов управления, руля и по величинам ускорений частей манекенов, зафиксированных датчиками, делают заключение о возможных травмах водителя и пассажира и по этой информации по балльной системе стандарта EURO-NCAP (16-балльной) или по звездной системе стандарта NCAP (5-звездной) определяют в баллах или количестве звезд уровень безопасности автомобиля.
Кроме того, в автомобиле 1 (см. фиг. 1 и 6), подготовленном к первому этапу краш-испытаний, в креслах 7 закрепляют ремнями безопасности 9 манекены 15 и 16 и оборудуют их и сам автомобиль датчиками 17 согласно стандарту EURO-NCAP или NCAP и проводят краш-испытания с балльной или звездной оценкой. После проведения второго этапа краш-испытаний оценивают эффективность постановки бамперного защитного устройства на автомобиль в приращениях баллов или количества звезд, вычисляемых как разность балльных или звездных оценок безопасности автомобиля на втором и первом этапах краш-испытаний.
Нами предложен ряд конструкций боковых пенальных защитных устройств для легковых автомобилей (патент на полезную модель №82171, МПК B60R 19/00. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля / И.Д. Эскин, Р.И. Алкеев. - Опубл. 20.04.2009. Бюл. №11), рассеивающих в десятки и даже в сотню раз больше кинетической энергии удара, чем современные конструкции защитных устройств, предлагаемые в современных зарубежных патентах (патент Канады СА 2571390 A1 2006/11/23 DEMANDE DE BREVET CANADIEN CANADIAN PATENT APPLICATION / Bumper with crush cones and energy absorber / Evans, Darin, US. Publication Date: 23.11.2006. См. http://opic.gc.ca · Ottava - Hull KIA 0C9 · http://cipo.gc.ca, патент США US 2003/0034658 A1. Energy absorption unit / Peter J. Cate, Padraig Naughton. Pub. Date: 20.02.2003, патент США Patent No.: US 6,755,452 B2. Date of Patent: 06.29.2004. Energy absorption unit / Peter J. Cate, Padraig Naughton, патент Канады CA 2485712 A1 2003/12/18. DEMANDE DE BREVET CANADIEN CANADIAN PATENT APPLICATION / Bumper with integrated energy absorber and beam /. Evans, Darin, US. Pub. Date: 18.12.2003. См. http://opic.gc.ca · Ottava - Hull KIA 0C9 · http://cipo.gc.ca).
Разработаны методики расчета предложенных боковых пенальных защитных устройств, являющиеся нашим «ноу-хау».
Предложенный способ краш-испытаний позволяет расчетным путем определить параметры защитных устройств даже в случае отсутствия конечно
- элементной модели автомобиля (МКЭ - модели), создание которой очень трудоемко, позволяет успешно и в этом случае решить задачу оптимального подбора параметров бокового защитного устройства для данной модели легкового автомобиля.
В заключение отметим, что при наличии МКЭ - модели автомобиля оптимальные параметры предложенных боковых защитных устройств и самого автомобиля могут быть определены расчетным путем, а краш-испытания могут быть проведены по стандарту EURO-NCAP или NCAP.