Подголовник – надежная опора в автомобиле
Главная роль подголовника – защита водителя и пассажира при ударе сзади, когда происходит запрокидывание головы и возникает центробежная сила от чрезмерного перемещения головы назад. Современное движение по улицам на больших скоростях приводит к тому, что штатные подголовники не всегда обеспечивают достаточно эффективной защиты при ДТП. Кроме того, и водители, и пассажиры недостаточно тщательно регулируют и подгоняют под себя подголовник. Чаще всего голова водителя или пассажира находится далеко от подголовника, а значит, при наезде на автомобиль сзади человек может получить травму шейного отдела позвоночника.
Угроза травмы шейных позвонков возникает при наезде сзади уже на низких скоростях. Повреждения шеи, которые получают водитель и пассажиры, когда в задний бампер бьется другой автомобиль, считаются второй по распространенности травмой при ДТП. Лечение обходится очень дорого. В год таких травм только в ЕС насчитывается свыше 1 млн случаев, расходы на лечение в пределах 8-10 млрд евро. В Японии и Южной Корее наезды сзади составляют 30-34% от общего числа ДТП.
Вследствие того что голова запрокидывается назад сильнее, чем туловище, удерживаемое спинкой, шейный отдел позвоночника резко изгибается дугой в направлении назад. Травмы, полученные таким образом, часто требуют длительной реабилитации. Лишь 50% пострадавших полностью выздоравливают через месяц. В таких случаях возникают болевые ощущения в мягких тканях головы, шее, плечах. Более сложные ситуации сопровождаются повреждением мышц, связок, позвонков. Болезненные ощущения сохраняются большее или меньшее время. В ряде случаев последствия травмы могут ощущаться многие годы, если это связано с повреждением нервов.
Существующие международные стандарты на сиденья автомобилей не всегда могут обеспечить безопасность водителя и пассажиров при наезде сзади. Комиссия EuroNCAP создала новую методику испытаний сидений по оценке степени защиты от хлыстовых травм (Whiplash) и проводит оценку автомобилей в соответствии с ней.
В ходе первых испытаний выяснилось, что характеристики сидений, касающиеся хлыстовых травм и предусмотренные законодательными требованиями, такие как величина динамического смещения модели головы назад при имитации удара сзади, способность поглощения энергии при ударе модели головы о подголовник и т.д. необходимо дополнять новыми свойствами и совершенствовать.
Методика Whiplash
Оценка легковых автомобилей по защите водителя и пассажиров от хлыстовых травм шеи проводится согласно Европейской программе EuroNCAP оценки новых автомобилей по протоколам:
• «Динамическая оценка сидений по защите от хлыстовых травм шеи», версия 3.1;
• «Защита взрослого пассажира», версия 5.4.
Для оценки автомобиля по Whiplash проверяется геометрия и проводятся инерционные испытания переднего сиденья, установленного на специальной площадке инерционного стенда.
Первые испытания по Whiplash в рамках оценки автомобилей проведены в 2008 году, и с тех пор официальные результаты публикуются на сайте euroncap.com. При выборе методической скорости удара тележки инерционного стенда для динамической оценки по Whiplash использовались исследования страховых компаний о столкновениях двух автомобилей. Большинство хлыстовых травм при ударе автомобиля сзади происходит на скорости 15-20 км/ч, поэтому испытания импульсом малой и средней тяжести проводятся на скорости 16 км/ч. Чтобы проводить анализ систем защиты автомобиля для более сложных ситуаций, специалисты EuroNCAP решили добавить испытание импульсом высокой тяжести на скорости 24 км/ч. В итоге сейчас проводится три динамических испытания импульсом низкой, средней и высокой степени тяжести, определяемые скоростью, величиной и длительностью действия замедления.
В салазковых испытаниях используется антропометрический манекен BioRID II массой 78 кг, который размещается на сиденье и пристегивается трехточечным ремнем безопасности. Положение манекена BioRID II на сиденье при испытании базируется на контрольных измерениях, выполненных с помощью манекена HPM для определения точки «Н» и устройства для измерения геометрии подголовника HRMD. Испытательное положение манекена перед инерционным испытанием приближено к реальному положению водителя, пассажиров при езде на автомобиле: туловище смещают вперед от спинки сиденья и от базовой точки сиденья на 20 мм.
Движения тележки, манекена, сиденья и подголовника в процессе испытания записываются с помощью высокоскоростной видеокамеры. Площадь охвата съемки должна быть такой, чтобы полностью держать в кадре все испытание в течение 300 мс, контактные датчики должны регистрировать начало и длительность контакта головы с подголовником. По параметрам видеоданных определяются скорость обратного хода головы манекена (один из критериев оценки хлыстовой травмы), динамический угол наклона спинки сиденья, характер движения манекена. Основная часть параметров регистрируется датчиками манекена BIO RID II.
Геометрия сидений
Для проверки геометрии используeтся манекен HPM типа SAE J826 с приспособлением HRMD. Сиденье устанавливается на специально изготовленный остов, выполненный по геометрическим размерам поверхности пола кузова. Для ступней манекена применяется площадка, установленная под углом, повторяющим конфигурацию педали акселератора. В протокол заносятся значения геометрии сиденья для двух положений подголовника (испытательного и самого худшего):
• «заднее расстояние»;
• «высота подголовника».
Худшее положение – крайнее нижнее положение, возможное при установке подголовника. Испытательное положение – это среднее положение сиденья по ходу салазок и по диапазону регулировки подголовника.
Величина максимального перемещения системы «голова – шея» зависит от расстояния между затылком и головой. Известно, что оптимальное «заднее расстояние» 30-50 мм, а «высота подголовника» должна быть не ниже верхушки головы, когда и перемещение системы «голова – шея» минимально, и есть зазор между головой и подголовником для комфортной езды. Касание затылком подголовника для обычного положения водителя или пассажира считается некомфортным (менее 20 мм), хотя величина углового перемещения головы манекена назад будет минимальна.
Величина «заднего расстояния» очень важна. Сегодня, когда появились проактивные подголовники, автоматически уменьшающие «заднее расстояние» и срабатывающие при определенных ситуациях, комиссия EuroNCAP решила ввести контроль этого расстояния, чтобы повысить безопасность сидений (в старых версиях законодательных правил этот параметр присутствовал). Контроль «заднего расстояния» может исключить непредсказуемые ситуации, например, для низких скоростей, когда проактивный подголовник может не сработать, а определенная фиксированная величина «заднего расстояния» уменьшит хлыстовой эффект в любом случае.
Оценка Whiplash
По методике Whiplash проводится динамическая и статическая оценка сиденья по защите водителя и пассажиров от хлыстовых травм шеи.
Статическая оценка
Оцениваются значения геометрии сиденья для двух положений подголовника. Для испытательного и наихудшего положения проверяется «заднее расстояние». Лучшим значением для высоты является 0 мм, для «заднего расстояния» 40 мм.
Для проведения статической оценки рассчитываются средние значения геометрии для 9 замеров высоты и «заднего расстояния» подголовников сиденья. Геометрия проверяется для испытательного и наихудшего положения и может составить максимум 2 балла.
Динамическая оценка
В динамической оценке участвуют восемь параметров, которые определяются по показаниям датчиков манекена и по видеоматериалам с использованием реперных точек на объекте испытания.
Критерии динамической оценки:
• время контакта головы манекена BioRID II с подголовником;
• скорость отскока головы;
• ускорение;
• отклонение спинки сиденья в динамике;
• перерезывающее и растягивающее усилие манекена в верхнем участке шеи;
• критерии травмирования шеи NIC и Nkm, определяемые математически с использованием нескольких параметров.
Начисление баллов для каждого конструктивного параметра проводится с применением скользящей шкалы, в которой имеются два предельных значения: лучший показатель с высокими требованиями, выше которого присваивается максимальное количество баллов, и худший показатель с низкими требованиями, ниже которого не присваивается ни одного балла. Если значение находится между двумя пределами, итоговое количество баллов рассчитывается при помощи линейной интерполяции. Максимальная оценка для каждого параметра 0,5 балла, для каждого испытания максимально возможное количество баллов – 3. Сумма по итогам трех испытаний может составлять 9 баллов.
Максимально возможное количество баллов в результате проведения трех испытаний с различными импульсами и проверки геометрии равно 11 баллам – это 4 балла в пересчете.
В июле 2013 года изменилась методика оценки автомобилей (протокол «Защита взрослого пассажира», версия 6.0). Для передних сидений будет максимальная оценка 2 балла, для задних – 1 балл.
Перспективы
Методика защиты водителя и пассажиров от травм шеи достаточно нова и постоянно совершенствуется, ожидается ее изменение в ближайшее время.
Предполагается ввод требований Whiplash не только при ударе сзади, но и при фронтальном ударе, также ожидается проверка заднего сиденья. В данное время динамическая оценка задних сидений проблематична, необходима разработка манекена BIORID II нового типа с углом наклона спинки менее 25°, более характерным для заднего сиденья. По законодательным требованиям заднее расстояние определяется при угле наклона спинки стандартного трехмерного манекена HPM, равном 25°, но на автомобилях хозяйственного назначения (грузовики, фургоны) установка спинки под таким углом нереальна, поэтому было предложено на новом измерительном приспособлении ввести контрольный угол 22°.
Впервые появится официальное определение неиспользуемого, крайнего нижнего положения подголовника заднего сиденья. Теперь потребитель сможет однозначно определить нерабочее положение подголовника и при посадке выставить его по своей конституции, если на автомобиле нет механизма автоматической установки подголовников.
Ввод методики Whiplash от EuroNCAP подтолкнул ввод аналогичных законодательных норм. Комитет по транспорту ЕЭК ООН разработал проект глобальных технических правил (ГТП) № 7, касающихся подголовников, наиболее близких к Whiplash. Испытание по ГТП 7 проводят с манекеном BioRID II на скорости 17 км/ч с критериями травмирования, перекликающимися с Whiplash. По ГТП 7 предложена особая методика проверки механизма блокировки подголовника для каждого положения, подголовник должен остаться на месте при приложении силы 500 Н сверху с допуском 25 мм. Сейчас проект ГТП 7, касающийся подголовников и хлыстовых травм, находится на ратификации.
Заключение
Сейчас лучшие автомобили по результатам испытаний по Whiplash: Opel Vauxhall Astra (2009 г.), Ford C-Max (2010 г.), Geely Emgrand EC7 (2011 г.) c 3,7 балла. Автомобиль Volvo XC60 с 3,5 балла, полученными в 2008 году, сохраняет лидерство до сих пор. Довольно сложная методика не позволяет улучшить величину 3,7 балла по Whiplash, полученную автопроизводителями пять лет назад. Затраты на разработку совершенных сидений высоки. Но все понимают, наличие хорошей оценки по Whiplash – весомый аргумент в рекламе автомобилей. Результаты испытаний по новой методике EuroNCAP подтолкнули производителей совершенствовать и улучшать конструкцию сидений и подголовников. Полученный опыт по влиянию характеристик деталей сидений и подголовников на общую оценку автомобиля по Whiplash используется при проектировании новых типов сидений.
Создание систем защиты от хлыстовых травм шеи – перспективное направление современного автомобилестроения и весомый аргумент в конкурентной борьбе.
