СПОСОБ ПРОВЕДЕНИЯ КРАШ-ТЕСТА АВТОМОБИЛЕЙ НА ФРОНТАЛЬНЫЙ УДАР
METHOD TO CRASH-TEST CARS WITH FRONTAL ATTACK

Изобретение относится к автомобилестроению, к области обеспечения безопасности автомобиля, водителя и пассажиров.
Известен способ испытания (краш-тест) автомобилей путем столкновения автомобиля на скорости, определяемой стандартом EURO-NCAP, либо стандартом NCAP с фронтальным препятствием с оценкой степени защиты от травматизма водителя и переднего пассажира по этим стандартам (см. http.://www.autoreview.ru/sv-glaz/num21/1000 test.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, линейным электродвигателем, автомобиль разгоняется до определенной скорости, величина которой задается стандартом EURO-NCAP или NCAP и ударяется в препятствие, упругое или бетонное в зависимости от примененного стандарта, 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-ти 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 бамперных 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 фронтальный 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 фронтальный 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, линейным электродвигателем автомобиль, установленный на тележку, разгоняется до определенной скорости, величина которой задается стандартом EURO-NCAP или NCAP, и отцепляется от тележки, которая тормозится, линейный двигатель отключается, а автомобиль ударяется в упругое согласно стандарту EURO-NCAP или в бетонное препятствие согласно стандарту NCAP, 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 злементов 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-ти балльной) или по звездной системе стандарта NCAP (5-ти 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 бампер защитного устройства (без корпуса и упругогистерезисного элемента) с закрепленными внутри коробки бампера на его внутренней стенке в его среднем сечении датчиком ускорений и датчиком перемещений, в креслах водителя и переднего пассажира пристегивают ремнями безопасности иммитаторы 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, и у - текущее значение деформации автомобиля, определенное по показаниям датчика перемещений, установленных на переднем бампере, которую затем используют для расчета параметров бамперного 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 полностью смонтированное бамперное защитное устройство, 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.
Бампер бамперного защитного устройства жестко крепится к обеим полкам швеллера силовой рамы автомобиля, что исключает «заваливание» бампера при фронтальном ударе, позволяет почти полно реализовать огромный потенциал поглощающих свойств, разработанных нами бамперных защитных устройств, и при размещении внутри жесткой коробки бампера датчиков ускорения и перемещения построить некоторую обобщенную упругопластическую характеристику автомобиля, позволяющую расчетным путем определить параметры бамперного защитного устройства, эффективно защищающего автомобиль при «сильном» фронтальном ударе.
1
1
1
В случае упругого препятствия с внутренней стороны стенки упругого препятствия, воспринимающей удар, в месте, ответном месту постановки датчика перемещений на переднем бампере, ставится датчик перемещений, по показаниям которого строится упругая характеристика препятствия P(y), где y - текущее значение деформации упругого препятствия в месте постановки датчика, используемая затем для расчета параметров бамперного защитного устройства, а текущее значение деформации автомобиля определяется как разность y-y.
Отметим, что манекены Hibrid 111, обычно применяемые в этих испытаниях, дороги и отсутствие их на первом этапе краш-испытаний увеличивает ресурс их эксплуатации.
Кроме того, датчики ускорений могут быть установлены и на капот, пол, крышу и кресла автомобиля, а также на задний бампер автомобиля в его среднем сечении могут быть установлены датчики ускорений и перемещений.
С целью установления эффективности постановки на автомобиль бамперного 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 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.
Кроме того, на автомобиль для второго этапа краш-испытаний устанавливаются датчики ускорений и перемещений в те же места переднего и заднего бампера и в случае удара в упругое препятствие ставится датчик перемещений на то же место стенки препятствия, что и на первом этапе, по замерам этих датчиков определяются амплитудные значения ударной силы, и деформации автомобиля на первом размахе системы «упругое препятствие - автомобиль», и эффективность бамперного защитного устройства оценивается также как разности значений этих параметров на первом и втором этапах краш-испытаний.
В случае проведения краш-испытаний с коэффициентом перекрытия, существенно отличным от 100%, например со стандартным значением 40% внутри коробки переднего бампера, на его задней стенке в концевом сечении бампера со стороны ударного воздействия устанавливают еще один датчик ускорения и датчик перемещения, а на упругое препятствие с внутренней стороны стенки препятствия, воспринимающей удар, в месте, ответном соответствующему датчику перемещений автомобиля, ставят еще один датчик перемещений.
Предлагаемое изобретение поясняется рисунками:
на фиг.1 изображен автомобиль с закрепленным на нем бампером защитного устройства, с установленными на нем датчиками ускорений и перемещений, иммитаторами масс водителя и переднего пассажира, подготовленный для первого этапа краш-испытаний;
на фиг.2 изображена схема проведения краш-испытаний автомобиля;
на фиг.3 изображен выносной элемент А на фиг.2;
на фиг.4 представлен ожидаемый качественный характер зависимости P(y) первой фазы ударного воздействия на автомобиль, когда ударная сила возрастает;
на фиг.5 изображен пример постановки на автомобиль тросового бамперного защитного устройства, подготовленный ко второму этапу краш-испытаний;
на фиг.6 изображено сечение по Б-Б на фиг.5 тросового бамперного защитного устройства;
на фиг.7 изображены манекены водителя и переднего пассажира с установленными на них датчиками ускорений.
Предлагаемый способ краш-испытаний автомобиля на фронтальный удар состоит в том, что краш-испытания проводят в два этапа. На первом этапе (см. фиг.1) на укомплектованном штатными подушками безопасности автомобиле 1 (на его силовой раме 24 закрепляют бампер 2 защитного устройства (без сминаемой оболочки 3 защитного устройства и его упругогистерезисного элемента 4, см. фиг.5. и 6), с датчиком ускорений 5 и датчиком перемещений 6, закрепленными внутри коробки бампера 2, на его внутренней стенке, в среднем сечении бампера. При необходимости датчики ускорений могут быть установлены и на капот, пол, крышу и кресла автомобиля, а также датчик ускорений и датчик перемещений могут быть установлены на задний бампер в его среднем сечении (на фиг. не показаны). В креслах 7 водителя и переднего пассажира размещают иммитаторы 8 их масс и пристегивают их ремнями безопасности 9.
На первом этапе краш-испытаний на автомобиль могут быть не установлены фары, поворотники и другие детали, не оказывающие заметного влияния на его упругопластическую характеристику.
В случае использования упругого препятствия 10 (согласно стандарту EURO-NCAP) на его упругий элемент 11 (см. фиг.2) в специальном корпусе 12 (см. фиг.3) с внутренней стороны стенки 13 препятствия, контактирующей с автомобилем, в месте, ответном месту постановки датчика 6, ставится датчик перемещений 14. Затем автомобиль 1 устанавливают на тележку 15 (см. фиг.2) и фиксируют на ней. Линейным электродвигателем (электродвигатель на фиг.2 не показан) автомобиль 1, установленный на тележку 15, разгоняется до определенной скорости, величина которой задается стандартом EURO-NCAP или NCAP, и отцепляется от тележки, которая тормозится, линейный двигатель отключается, а автомобиль 1 ударяется в упругое согласно стандарту EURO-NCAP или в бетонное препятствие согласно стандарту NCAP. Процесс удара снимается высоко скоростной кинокамерой 16 с записью текущего времени и записывается датчиками ускорений и перемещений.
По киносъемке, по показаниям датчиков строят «опорную» упругопластическую характеристику автомобиля в виде зависимости Р(y), где Р - текущее значение ударной силы, определяемое по показаниям датчика ускорений 5, и y - текущее значение деформации автомобиля, замеряемое датчиком перемещений 6.
1
1
1
В случае удара об упругое препятствие 10 по показаниям датчика ускорений 5 и датчика перемещений 14 строят упругую характеристику P(y) упругого препятствия 10, где y - текущая деформация упругого препятствия 10. При построении «опорной» упругопластической характеристики автомобиля текущее значение ударной силы в этом случае определяется также как в случае удара о бетонное препятствие по показаниям датчика ускорений 5, а текущее значение деформации автомобиля определяется как разность y-y. Затем используют упругую характеристику препятствия и построенную указанным образом «опорную» характеристику автомобиля для расчета параметров бамперного защитного устройства и рассеянной им энергии при фронтальном ударе.
Качественный характер «опорной» характеристики автомобиля Р(у) на первой фазе ударного процесса, когда ударная сила растет, представлен на фиг.4 весьма приблизительно. На первом участке 17 этой характеристики детали автомобиля деформируются упруго, на втором участке 18 характер протекания характеристики в основном определяется пластическими деформациями (смятием) «мягких» деталей передка автомобиля и на третьем участке 19 происходит упругая или упругопластическая деформация «жестких» деталей автомобиля.
Затем проводится второй этап краш-испытания, для чего на другом автомобиле 1 (см. фиг.5) этой же марки и с такой же комплектацией средств индивидуальной защиты устанавливают полностью смонтированное бамперное защитное устройство 20 (см. фиг.5 и 6), полностью подготавливают автомобиль к краш-испытаниям по стандарту EURO-NCAP или NCAP - закрепляют в креслах 7 манекены водителя 21 и переднего пассажира 22 средней массы и размеров устанавливают датчики ускорений 23 (см. фиг.7) 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-ти балльной) или по звездной системе стандарта NCAP (5-ти звездной) определяют в баллах или количестве звезд уровень безопасности автомобиля.
Кроме того, в автомобиле 1 (см. фиг.1 и 7), подготовленном к первому этапу краш-испытаний, в креслах 7 закрепляют ремнями безопасности 9 манекены 21 и 22 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 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.
Кроме того, на автомобиль 1 (см. фиг.5) для второго этапа краш-испытаний устанавливаются датчики ускорений 5 и перемещений 6 в те же места переднего бампера 2 (см. фиг.1) и в случае удара в упругое препятствие 10 ставится датчик перемещений 14 (см. фиг.3) на то же место стенки 13 препятствия 10, что и на первом этапе, по замерам этих датчиков определяются амплитудные значения ударной силы, и осредненной деформации автомобиля на первом размахе системы «упругое препятствие - автомобиль» и эффективность бамперного защитного устройства оценивается также, как разности значений этих параметров на первом и втором этапах краш-испытаний.
В случае проведения краш-испытаний с коэффициентом перекрытия, существенно отличным от 100%, например, со стандартным значением 40% внутри коробки бампера 2 (см. фиг.1), на его задней стенке, в концевом сечении бампера со стороны ударного воздействия устанавливают еще один датчик ускорения и датчик перемещения, а на упругое препятствие 10 (см. фиг.2 и 3) с внутренней стороны стенки препятствия, воспринимающей удар, в месте, ответном соответствующему датчику перемещений автомобиля, ставят еще один датчик перемещений (все эти датчики на фиг. не показаны).
Предложен ряд конструкций бамперных защитных устройств для легковых автомобилей (см.патент на полезную модель: №78463. Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., от 10.07.08 г; №79845. Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., от 15.09.08 г; №82171. Пенальное защитное устройство для повышения безопасности водителя и пассажиров при аварии автомобиля, авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., от 20.04.09 г.; №84791. Устройство, повышающее уровень защиты от травматизма водителя и пассажиров, авторы Эскин И.Д., Алкеев Р.И., от 20.07.09 г; №95611. Защитное устройство, повышающее безопасность водителя и пассажиров при аварии автомобиля, авторы Эскин И.Д., Сусликов В.И., Храмова А.А., от 10.07.10 г.), рассеивающих в десятки и даже в сотню раз больше кинетической энергии удара, чем современные конструкции бамперов и конструкции бамперов, предлагаемые в современных зарубежных патентах (патенты: Canadian patent application СА 25713902 A1 2006/11/23. Buper with crush cones and energy absorber / Evans, Darin, US; United States Patent № US 6,755,452 B2, Jun. 29,2004. Energy absorption unit / Peter J, Cate; Canadian patent application CA2485712 Al 2003/12/18. Bamper with integrated energy absorber and beam. / Evans, Darin, US).
Разработаны методики расчета предложенных бамперных защитных устройств, являющиеся нашим «ноу-хау».
Предложенный способ краш-испытаний позволяет расчетным путем определить параметры этих 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 бамперного защитного устройства для данной модели легкового автомобиля.
В заключение отметим, что при наличии МКЭ-модели автомобиля оптимальные параметры предложенных бамперных защитных устройств и самого автомобиля могут быть определены расчетным путем, а краш-испытания могут быть проведены стандартным способом по стандарту EURO-NCAP или NCAP и будут носить проверочный характер, подтверждающий результаты расчетов.