Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav automobilové dopravy
PASIVNÍ BEZPEČNOST OSOBNÍCH AUTOMOBILŮ Bakalářská práce
Brno 2006
Vedoucí bakalářské práce:
Vypracoval:
Doc. Ing. Pavel Sedlák, CSc.
Jan Tomšej
Prohlášení
Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma Pasivní bezpečnost osobních automobilů vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém soupisu literatury. Zároveň souhlasím, aby práce byla uložena v knihovně Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity v Brně a zpřístupněna ke studijním účelům. V Brně, dne 10. 5. 2006 Podpis…………………
Poděkování
Děkuji tímto vedoucímu bakalářské práce Doc. Ing. Pavlu Sedlákovi, CSc. za odborné vedení, cenné rady a připomínky ke zpracování tématu bakalářské práce. Děkuji také rodičům za podporu při studiu Mendelovy zemědělské a lesnické univerzity.
Annotation This bachelor work is about problems of passive safety in cars. Main idea of the work is to rate individual items of passive safety, their construction and the latest trends in car development. There is an analysis of traffic accidents and its consequences in the first – introduction part. Next part devotes to individual systems of passive safety and protection of passengers against the consequences of traffic accidents. A chapter called „Nárazové zkoušky“(Bump exams) is about measurement´s methods of passive safety and rating cars.
Obsah: 1 2
ÚVOD ...................................................................................................................7 PŘEDPISY A NORMY K ZAJIŠTĚNÍ PASIVNÍ OCHRANY .....................8 2.1
Základní bezpečnostní kritéria..........................................................................8
2.2
Mezinárodní předpisy EHK - OSN...................................................................8
3
VĚDNÍ OBLASTI PRO KONSTRUKCI BEZPEČNOSTNÍCH PRVKŮ ..10 3.1
Analýza dopravních nehod .............................................................................10
3.2
Biomechanika .................................................................................................13 3.2.1 Biomechanická kritéria ...........................................................................13 ZÁDRŽNÉ SYSTÉMY .....................................................................................14
4 4.1
Bezpečnostní pásy...........................................................................................15 4.1.1
4.2
Airbagy ...........................................................................................................17 4.2.1 4.2.2
4.3 5
Konstrukce a použití airbagů ..................................................................18 Aktivace airbagu .....................................................................................19
Dětské zádržné systémy..................................................................................21 BEZPEČNOST KAROSERIE A INTERIÉRU..............................................21
5.1
Struktura karoserie, deformační vlastnosti karoserie......................................21 5.1.1 5.1.2
5.2
5.3 6
Čelní deformační zóna ............................................................................22 Boční deformační zóna ...........................................................................23
Bezpečnostní prvky vnitřního prostoru karoserie...........................................24 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4
Bezpečnostní řídící ústrojí a pedály........................................................24 Sedadla a opěrky hlavy ...........................................................................24 Zasklení karoserie ...................................................................................25 Opatření proti vznícení vozidla...............................................................25
Ochrana chodců ..............................................................................................25 NÁRAZOVÉ ZKOUŠKY .................................................................................26
6.1
Nárazové zkoušky podle Euro NCAP ............................................................26 6.1.1 6.1.2 6.1.3 6.1.4 6.1.5
6.2 7 8
Konstrukce samonavíjecího bezpečnostního pásu s navíječi .................16
Test čelního nárazu .................................................................................27 Test bočního nárazu ................................................................................28 Test bočního nárazu na sloup..................................................................29 Test střetu automobilu s chodcem ..........................................................30 Hodnocení testovaných vozů ..................................................................30
Testovací figuríny ...........................................................................................31 ZÁVĚR ...............................................................................................................33 LITERATURA ..................................................................................................34
Seznam obrázků a tabulek: Obr. 3.1 Četnost výskytu jednotlivých nárazů Obr. 3.2 Četnost kolizí v závislosti na relativní kolizní rychlosti dvou vozidel Obr. 3.3 Figurína FMVSS č. 208 Obr. 4.1 Účinnost bezpečnostního pásu na místě řidiče podle druhu srážky Obr. 4.2 Pyrotechnický napínač bezpečnostního pásu (OPEL) Obr. 4.3 Součásti airbagu řidiče Obr. 4.4 Čelní airbagy Mercedes-Benz třída S Obr. 4.5 Časový průběh aktivace airbagu pro řidiče a spolujezdce Obr. 5.1 Struktura karoserie s trubkami v bočních dveřích (OPEL Vectra Combi) Obr. 6.1 Test čelního nárazu Obr. 6.2 Test bočního nárazu Obr. 6.3 Test bočního nárazu na sloup Obr. 6.4 Hodnocená místa na vozidle Obr. 6.5 Crash test Škoda Fabia Obr. 6.6 Testovací figurína Hybrid III
Tab. 3.1 Stupnice závažnosti úrazu AIS
1 Úvod Všichni výrobci osobních automobilů kladou v dnešní době na bezpečnost svých vozidel velký důraz. Vývoj jde neustále kupředu, automobily jsou stále rychlejší a výkonnější a zvláště při dnešní hustotě dopravy je pravděpodobnost nehody poměrně velmi vysoká. Jen na evropských silnicích je každý rok v průměru 25 000 mrtvých a okolo milionu zraněných řidičů a jejich spolujezdců. Proto patří co nejvyšší bezpečnost automobilu při jeho vývoji k hlavním prioritám. Vozidla se od počátku konstruovala jako dopravní prostředky, které měly umožnit přepravu osob nebo nákladu. Nejprve se jednalo hlavně o přepravní funkci, později se začal dávat větší důraz také na komfort cestování, vnitřní prostor a pohodlí posádky. S přibývajícím počtem vozidel rostl i počet dopravních nehod a tím i zranění a úmrtí cestujících. Výrobci tedy byli nuceni řešit zvýšení bezpečnosti vozidel a ochranu cestujících. Problematika pasivní bezpečnosti byla poprvé řešena v USA v padesátých letech. Vozidla byla tehdy z pohledu ochrany posádky velmi nebezpečná, dokonce některé typy svou konstrukcí následky havárií zhoršovaly. Zde se prováděly první testy na zvířatech, teprve až o mnoho let později se začaly používat testovací figuríny. Ještě v 70. letech patřily například bezpečnostní pásy do nadstandardní příplatkové výbavy. Až v 80. letech se začaly standardně montovat do osobních vozidel. Velké zvýšení pasivní bezpečnosti přinesl vynález bezpečnostního nafukovacího vaku – airbagu. S jeho vývojem začala už roku 1967 automobilka Mercedes-Benz, ale až v roce 1980 sjel z montážní linky závodu Mercedes-Benz první sériový automobil vybavený tímto prvkem pasivní bezpečnosti. Bezpečnost u osobních vozidel
rozdělujeme na dvě kategorie – bezpečnost
aktivní a pasivní. Aktivní bezpečnost jsou opatření, která zmenšují možnost vzniku dopravní nehody. Pasivní bezpečností naproti tomu rozumíme všechna opatření, která zmenšují následky nehody pro všechny zúčastněné osoby. Nezahrnuje tedy jen vnitřní bezpečnost, tzn. ochranu vlastních cestujících, ale také ochranu ostatních účastníků silničního provozu. Pasivní
bezpečností tedy rozumíme souhrn všech konstrukčních a výrobních
opatření, jejichž posláním je omezení možnosti poranění a ztrát na lidských životech, popř. i snížení hmotných ztrát, dojde-li k nehodě, ať již zaviněné lidským činitelem, vozovkou, či technickým stavem vozidla.
7
2 Předpisy a normy k zajištění pasivní ochrany 2.1 Základní bezpečnostní kritéria Ochrana cestujících je určována vnitřní a vnější kompatibilitou. K vnitřní kompatibilitě patří např. sladěnost zádržných systémů s průběhem zpoždění kabiny za dodržení biomechanických mezních hodnot, zachování neporušeného prostoru pro cestující (až na dovolené vniknutí) a také vytvoření vnitřního prostoru s ohledem na možné oblasti úrazu. Vnější kompatibilitou rozumíme sladění deformačních sil a deformačních drah se zřetelem na rozdělení nárazové (absorbované) energie všech účastníků nehody, k dodržení mezních biomechanických hodnot a zachování prostoru pro přežití.
[7]
Opatření k zajištění vnitřní a vnější bezpečnosti slouží k tomu, aby všem účastníkům silniční dopravy byla v případě nehody zajištěna co největší naděje na přežití a riziko poranění bylo co nejmenší. Dojde-li k nehodě, potom o přežití a minimálním ohrožení člověka rozhodují tato základní kritéria: − maximální vzniklé přetížení organismu a doba jeho trvání − zbytkový prostor pro přežití − možnost poranění o řídící a ovládací ústrojí vozidla, resp. o povrch vnitřního prostoru − možnost včas vozidlo opustit − riziko vzniku požáru Pasivní bezpečnost plní své poslání jednak při nárazu – tehdy rozeznáváme její vnější funkci (tj. míru agresivnosti vůči ostatním účastníkům silničního provozu) a vnitřní funkci (schopnost ochrany posádky) a jednak po nárazu, kdy na ní závisí možnost vyproštění posádky i míra snížení rizika požáru. Pro zvýšení pasivní bezpečnosti automobilů je nutno soustavně analyzovat dopravní nehody a provádět systematický biomechanický výzkum.
2.2 Mezinárodní předpisy EHK - OSN Všechny automobily prodávané v Evropě musí splnit zákonné požadavky a homologační předpisy Evropské hospodářské komise EHK – OSN. Předpisů,
8
týkajících se pasivní bezpečnosti vozidel je několik desítek. Je jim ale společné to, že stanovují minimální povinnou úroveň, kterou musí vozidlo splňovat, aby mohlo být prodáváno. Členské státy Evropské hospodářské komise OSN uzavřely v roce 1958 v Ženevě „Dohodu o přijetí jednotných podmínek pro homologaci a o vzájemném uznávání homologace výstroje a součástí motorových vozidel“. Tento dokument stanovuje rámcové podmínky, konkrétní předpisy jsou řešeny přílohami. Mezinárodní předpisy EHK – OSN obsahují řadu předpisů z oblasti pasivní bezpečnosti, aby mohla být vozidla v rámci smluvních stran Ženevské dohody připuštěna do silničního provozu. Tyto předpisy nespecifikují přímo konstrukční řešení, ale požadují předepsané účinky a vlastnosti. Předpisy EHK – OSN: předpis EHK – R 11 stanovuje podmínky pro odolnost zámků a závěsů dveří předpis EHK – R 12 obsahuje požadavky na bezpečnostní řízení vozidla předpis EHK – R 14 stanoví podmínky pro kontrolu zakotvení bezpečnostních pásů, kontroluje se umístění a pevnost kotevních míst předpis EHK – R 16 stanoví homologační podmínky bezpečnostních pásů pro dospělé osoby předpis EHK – R 17 se týká pevnosti sedadel a jejich upevnění v podlaze předpis EHK – R 21 stanoví podmínky pro vnitřní vybavení vozidla a to včetně uspořádání ovládacích orgánů, střechy a opěradel předpis EHK – R 25 stanovuje podmínky pro pevnost a geometrii opěrek hlavy předpis EHK – R 32 je zkouška, která napodobuje náraz do vozidla zezadu předpis EHK – R 33 se vztahuje na chování nosné konstrukce prostoru pro cestující při čelním nárazu předpis EHK – R 34 specifikuje provedení palivové soustavy, elektrické instalace a nádrže vozidla předpis EHK – R 44 stanovuje podmínky pro montáž zádržných systémů pro děti předpisy EHK – R 58 a 93 stanovují podmínky pro přední ochranná zařízení proti podjetí předpis EHK – R 94 stanoví ochranu cestujících při čelním nárazu, platí od roku 1996. Určuje zkušební metodiku pro schválení vozidla při zkoušce čelním nárazem viz. Kapitola 6.1.1 předpis EHK – R 95 určuje ochranu cestujících při bočním nárazu pro homologaci vozidla viz. Kapitola 6.1.2
[8] 9
3 Vědní oblasti pro konstrukci bezpečnostních prvků 3.1 Analýza dopravních nehod Výzkum silničních nehod a jejich analýza je v souvislosti s bezpečností vozidla velmi důležitou vědní oblastí. Tyto výzkumy poskytují informace o nejčastějších druzích nárazů, při jakých rychlostech k nim dochází a které části těla jsou nejčastěji poraněny. Analýzou dopravních nehod lze také získat přehled o účinnosti jednotlivých bezpečnostních prvků na vozidle. Úkolem výzkumu nehod je: získání přehledu o celkovém průběhu nehody zařazení jednotlivých výsledků do celkové problematiky silničních dopravních nehod vyšetřování typických vlastností vozidla z hlediska nehod a úrazů zjištění účinnosti jednotlivých opatření ke zvýšení bezpečnosti vozidla možnosti, jak tato opatření zmenší následky nehod.
[7]
Při výzkumu bezpečnosti vozidla se vychází ze standardních nehod, tzn. ty, které jsou nejčastější. Vyhodnocením těchto nehod se získají údaje o příčinách a následcích nehod na člověka, vozidlo a okolí. Při střetu dvou vozidel dochází nejčastěji k čelní srážce, boční srážce a k najetí jednoho vozidla na druhé zezadu. Jen na přední část vozidla připadá přes cca 60 % srážek (Obr. 3.1), na boky vozidla pak celkem asi 25 %, přičemž převažuje náraz na levou stranu. Z četností kolizí plyne, že nejdůležitější jsou bezpečnostní opatření pro čelní a boční náraz. Tyto části vozidla jsou při nárazu nejvíce poškozeny. K čelním nárazům totiž dochází nejčastěji při vysokých rychlostech. Boční náraz způsobuje i při nízké střetové rychlosti velké poškození, neboť karoserie není v tomto směru dostatečně tuhá a možnost vytvoření deformačních zón je minimální.
10
Obr. 3.1 Četnost výskytu jednotlivých nárazů Dalším kritériem pro navržení bezpečnostních prvků je nárazová rychlost. Asi 93 % nehod vzniká při rychlostech menších než 60 km/h. Četnost kolizí ukazuje, že vyšší rychlost při srážce je u vozidel protijedoucích než při srážkách na křižovatce nebo najetí vozidel zezadu. Na základě těchto výsledků je možné navrhovat bezpečnostní opatření na určité rychlostní oblasti. Například při čelní srážce vzniká asi 50 % nehod pod hranicí 17 m/s, při rychlostech 20 m/s je to již asi 70 % nehod. Při nárazech zezadu je 80 % nehod při rychlosti jen kolem 8 m/s (Obr. 3.2).
Obr. 3.2 Četnost kolizí v závislosti na relativní kolizní rychlosti dvou vozidel
11
Častý je též střet vozidla s chodcem a vozidla s cyklistou. S chodcem je nejčastější střet v oblasti přídě vozidla (cca 35 %) a z pravé strany (cca 20 % pravý přední roh vozidla a asi 22 % pravá strana kapoty). Místo střetu závisí na tělesné výšce chodce, u dospělých je častý náraz hlavou na čelní sklo, u dětí jsou místa nárazů zejména v oblasti čela a kapoty vozu. Při srážce vozidla s cyklistou je 60 % všech nárazů čelních, z toho asi polovina do boku jízdního kola na křižovatce. Místa nárazů jsou výše než u chodců a časté jsou nárazy do čelního skla. Podobné je to i při střetu s motocyklistou, často je však řidič motocyklu až přehozen přes vozidlo a spolujezdec častěji naráží do vozidla. Nebezpečnost střetu vozidla s nechráněnými osobami je velmi vysoká a velmi časté jsou smrtelné úrazy. Jedním z nejdůležitějších výsledků analýzy dopravních nehod jsou poznatky o nejčastěji se vyskytujících zraněních částí těla člověka. Nejčastější a nejvíce nebezpečná jsou poranění hlavy. Je to cca 50 % všech úrazů, z toho asi 70 % smrtelných. Dále jsou to poranění hrudi (cca 20 % všech úrazů), zranění břicha (cca 8 %) a zranění krční páteře (cca 8 %). Z končetin jsou nejvíce ohroženy nohy (cca 40 % všech úrazů), nejčastější jsou zranění kolen, potom ramenních kloubů a paží. Požár vozidla není tak častý (cca 0,2 %), zato však velmi často končí smrtelným zraněním.
Tab. 3.1 Stupnice závažnosti úrazu AIS Kategorie míry Index Druh zranění - příklad závažnosti 0 BEZ ZRANĚNÍ odřeniny, otlačení, 1 MALÁ popáleniny 1. stupně až 70%, bez ztráty vědomí velkoplošné odřeniny, lehké poranění hlavy, 2 MÍRNÁ popáleniny 2 stupně do 20 %, krátkodobá ztráta vědomí otevřené rány s poškozením nervů a cév, TĚŽKÁ 3 popáleniny 2. stupně 30 %, (není životu nebezpečné) ztráta vědomí 5 - 10 min rány s nebezpečným krvácením, zlomeniny s TĚŽKÁ poškozením orgánů, poranění mozku, 4 (životu nebezpečné, popáleniny 3. stupně 10 %, přežití pravděpodobné) ztráta vědomí 10 - 30 min roztržení orgánů, poškození mozku, TĚŽKÁ 5 popáleniny 3. stupně až 50 %, (přežití nejisté) bezvědomí 30 min až 1 h MAXIMÁLNÍ 6 (smrtelné úrazy)
12
[8]
Ke klasifikaci závažnosti poranění se používá stupnice AIS (Abbreviated Injury Scale) americké společnosti při automobilním lékařství (Tab. 3.1). Samotný mechanismus poranění a odolnost lidského těla zkoumá vědní obor nazývaný biomechanika.
3.2 Biomechanika Biomechanika je vědní obor, který popisuje mechanismus poranění a zkoumá mechanickou odolnost lidského těla. Úkolem je zjišťovat zatižitelnost částí lidského těla, které jsou při nehodách zraňovány a stanovit mezní hodnoty, aby bylo možné přezkoušet bezpečnostní opatření na vozidle. Základní fakta získává biomechanika z experimentů, z analýz dopravních nehod a z bariérových zkoušek (tzv. cash – testů). Poté shromažďuje údaje o únosných tolerancích lidského těla při zatíženích, kterým je člověk při dopravních nehodách vystaven (rázy, vymrštění, zbrzdění, zrychlení, komprese apod.). Biomechanika sleduje především tyto faktory: •
špičkové zpomalení a zrychlení
•
střední zrychlení
•
výsledné zrychlení
•
dobu trvání zrychlení
•
změny hodnot zrychlení v závislosti na čase
•
lokalizaci sil působících na tělo řidiče
•
rozdělení sil na ploše těla
•
závislost síly a dráhy
•
závislost síly a času.
Biomechanické pokusy zjišťují všechny mezní hodnoty odolnosti lidského těla vůči různým formám dynamického zatížení a vytvářejí podklady pro maximální pasivní bezpečnost při konstrukci vozidel.
3.2.1 Biomechanická kritéria Hranice mezi přípustnými a nepřípustnými hodnotami jsou tzv. kritéria poranění, ze kterých jsou poté odvozeny kritéria ochrany. Kritéria ochrany (bezpečnostní limity)
13
představují mezní hodnoty mechanického zatížení, které lze měřit na zvláštních zkušebních figurínách. Hlavní biomechanická kritéria: •
maximální zatížení člověka při zpoždění
•
poranění hlavy s průměrnými kritickými hodnotami pevnosti lebky a odolnosti mozku vůči poranění
•
poranění hrudníku a některých nitrohrudních orgánů
•
poranění vnitrobřišních orgánů
•
hraniční hodnoty pevnosti obratlů, páteře a pánve, rozsah a kritické hodnoty pevnosti kostní pánve.
[6]
Nejčastější a také nejvíce nebezpečné je zranění hlavy. Limity pro zatížení hlavy určuje křivka WSU, která udává zpoždění hlavy v závislosti na době účinku. Základní únosný limit pro hlavu je stanoven na 80 g po dobu 3 ms. Biomechanické kriterium hlavy se označuje HPC (Head Performance Criterion) a nesmí přesáhnout hodnotu 1000. Pro hrudník je dáno kriterium VC (Vision Criterion), VC ≤ 1,0 m/s. Pro měření se používají speciální zkušební figuríny – pro čelní náraz Hybrid III, pro boční náraz EuroSID II. V USA je to figurína FMVSS č. 208 (Obr. 3.3). Další kriterium je dostatečný prostor pro tělo při nárazu. Požadavky na tento vnitřní prostor se měří při čelním nárazu na pevnou bariéru při rychlosti 48,3 km/h.
Obr. 3.3 Figurína FMVSS č. 208
4 Zádržné systémy Zádržné systémy mají za úkol pevně držet cestujícího při zpožďování vozidla při nárazu. Slouží k dodržení bezpečnostních limitů, které drží posádku vozu, aby se nepohybovala při nárazu kupředu se stejným zpožděním, jako vozidlo. Nejpoužívanější
14
zádržné systémy u osobních vozidel jsou bezpečnostní pásy a nafukovací vaky (airbagy), pro děti pak dětské sedačky.
4.1 Bezpečnostní pásy Bezpečnostní pásy jsou jedním z nejstarších prvků pasivní bezpečnosti. Jejich používání za jízdy je povinné. Připoutání pasažéra bezpečnostním pásem zvyšuje možnost přežití při nehodě až o 77 % (Obr. 4.1). Dnešní bezpečnostní pásy fungují v součinnosti s airbagem.
[8]
77%
49% 43%
Čelní
Druh srážky
39%
Boční
Zezadu
Převrácení
Obr. 4.1 Účinnost bezpečnostního pásu na místě řidiče podle druhu srážky Bezpečnostní pásy se rozdělují podle počtu bodů, v kterých jsou připevněny k vozidlu. Nejčastěji jsou používány pásy tříbodové, kdy jeden bod je nahoře nad ramenem a další dva po stranách sedačky. Pás tedy vede úhlopříčkou přes tělo od ramena přes hrudník k pasu, kde je pod úrovní sedadla uchycen a kde je také spona se zámkem, odtud vede přes břicho na protilehlou stranu sedačky, kde je třetí upevňovací bod. Horní kotvící bod se provádí jako výškově stavitelný pro dosažení optimální polohy pásu na těle, pás se nesmí dotýkat krku. Bezpečnostní pásy jsou na všech sedadlech, na předních i všech zadních. Na zadních sedadlech se kromě tříbodových pásů používá jeden pás dvoubodový, který se zapíná pouze přes pas a je umístěn na prostřední sedačce. Tříbodové a dvoubodové pásy jsou předepsané u osobních
15
automobilů, sportovní vozy používají pásy čtyřbodové. Některé vozy mají bezpečnostní pásy integrované už v sedadle (např. Audi kabriolet).
4.1.1 Konstrukce samonavíjecího bezpečnostního pásu s navíječi Bezpečnostní pásy u osobních automobilů jsou dnes konstrukčně řešeny jako samonavíjecí. Umožňují volný pohyb těla při jízdě a automatické přizpůsobení délky pásů tělesným rozměrům. Bezpečnostní pás je veden přes průvlečný úchyt na boční stěně do navíjecí cívky, která vtahuje pás zpět pomocí navíjecí hřídele. Při nárazu je cívka s pásem zablokována proti odvíjení. Navíjecí zařízení je montováno do dutiny spodní části středového sloupku karoserie, horní úchyt průvleků pásů je posuvný, tedy výškově nastavitelný. Blokovací funkce samonavíjecího zařízení je uvedena v činnost dvěma způsoby: rychlým vytáhnutím popruhu (blokovací zařízení je uvedeno do provozu např. setrvačníkovým kolem na ose cívky) nebo zrychlením při nárazu vozidla (blokování je většinou dosaženo vykývnutím kyvadla). U mechanických tříbodových pásů blokuje zabudovaná rychle reagující západka navíjecí cívku při dosažení určitého zpomalení vozidla. Při nárazech v rychlostech nad 40 km/h mají bezpečnostní pásy však již jen omezený účinek z důvodu volného bezpečnostního pásu, roztažnosti pásu a časově zpožděného účinku navíjecího zařízení. Protože v těchto rychlostech již nemohou plně zabránit nárazu těla na volant nebo přístrojovou desku, montují se bezpečnostní pásy s tzv. napínači. Napínač je přídavný mechanismus, který pomocí pyrotechnické patrony přemístí samonavíjecí mechanismus o předem nastavenou vzdálenost proti pohybu pásu a tak eliminuje vliv zpoždění náběhu navíječe bezpečnostního pásu. Ke zmenšení dopředného přemístění cestujícího v průběhu nárazu se používá napnutí vlastního bezpečnostního pásu nebo zámku pásu. Napínací zařízení může být: -
mechanické
-
pyrotechnické.
16
Obr. 4.2. Pyrotechnický napínač bezpečnostního pásu (OPEL) Na obr. 4.2 je pyrotechnický napínač bezpečnostního pásu. Při aktivaci se elektricky odpálí pyrotechnická nálož, tlak plynu působí na píst, který pomocí lanka táhne za zámek bezpečnostního pásu.
[5]
Napínače se montují spolu s airbagy a jsou řízeny společnou jednotkou. Bezpečnostní pás se po havárii musí vyměnit, protože protažení je nevratné a tedy při případném dalším nárazu bude držet tělo příliš tvrdě, což může vést ke zraněním. U bezpečnostních pásů s napínači je výměna po aktivaci nutná, protože mechanismus napínače je konstruován jen „na jedno použití“.
4.2 Airbagy Airbag je bezpečnostní nafukovací vak, který se aktivuje při nárazu vozidla. Senzory zpomalení umístěné v jednotlivých částech vozu vyhodnocují nutnost spuštění tohoto bezpečnostního zařízení. Airbagy chrání posádku před přímým nárazem těla na vnitřní části vozidla při srážce. Moderní vozy mají dnes standardně airbagy čelní a boční, běžné jsou také boční hlavové nebo okenní airbagy. Poslední novinkou jsou airbagy kolení. Dokonce se zkoušejí v prototypech i vnější airbagy, montované např. do kapot, které chrání při srážce chodce či cyklisty. Čelní airbagy spolupracují společné s předpínači pásů, které snižují rychlost nárazu hlavy a hrudníku do vaku, proto musí být posádka připoutána bezpečnostními pásy, jinak se účinnost airbagu snižuje. V současnosti se stále výrazněji prosazují tzv. inteligentní airbagy, jejichž rychlost naplnění a objem vzduchu ve vaku je regulován podle síly nárazu.
17
4.2.1 Konstrukce a použití airbagů Každý airbag se skládá z vlastního vaku z polyamidové tkaniny a z inflátoru neboli plynového generátoru, kde se vyvíjí plyn pro naplnění airbagu. Důležitou částí je řídicí jednotka airbagů, která aktivuje na základě informací vyslaných ze snímačů zrychlení, resp. zpomalení, správný airbag. Pro čelní airbagy je snímač zpomalení zabudován v řídicí jednotce, která je umístěna na bezpečném místě ve vnitřním prostoru vozu, což je zpravidla přední část středového tunelu. Snímače zpomalení pro boční, hlavové a okenní airbagy jsou ve většině případů umístěny na příčnících pod předními sedadly blíže ke dveřím. Airbag řidiče (Obr.4.3) je společně s inflátorem ve tvaru nízkého válce umístěn v hlavě volantu a je ukrytý pod plastovým krytem. Airbag spolujezdce je ukryt pod krytem v přístrojové desce a při jeho aktivaci se tento kryt, stejně jako kryt na volantu, roztrhne v předem definovaných místech. Tablety pro tvorbu plynu v inflátoru jsou zapáleny elektrickým můstkovým zapalovačem s roznětkou zabudovanou v tělese inflátoru. Hlavní součástí vzniklého plynu je dusík a plyn je tak neškodný pro člověka. Ihned po nafouknutí se aktivuje vypouštěcí ventil, přes který uniká plyn z airbagu ven. Je to proto, aby nedošlo k udušení, zablokování těla v nepřirozené poloze nebo zpětného vymrštění na sedadlo a tím zvýšení přetížení. Dnešní airbagy mají odpouštění plynu řízeno dvoufázově, nejprve se odpustí plyn částečně a teprve za delší čas úplně.
Obr. 4.3 Součásti airbagu řidiče: 1 - kryt, 2 - složený vak, 3 - vyvíječ plynu, 4 - snímač zrychlení, 5 - spouštěcí zařízení, 6 - upevňovací kroužek s deaktivačním zařízením,7 – granule (náplň zplynujícího prášku)
18
Objem nafouknutého airbagu je v případě řidiče přibližně 65 litrů, u spolujezdce 90 litrů (Obr. 4.4) a boční airbagy, které jsou ukryty na vnější straně opěradel předních sedadel, mají objem okolo 15 litrů. Okenní airbagy bývají dlouhé až 2 metry a široké asi 35 cm. Přesné rozměry vaku však záleží na výrobci a typu vozidla.
Obr. 4.4 Čelní airbagy Mercedes-Benz třída S
Jednotlivým druhům nárazu odpovídá použití daného airbagu, který nejlépe ochrání cestující. Čelní airbagy chrání zejména hlavu a hrudník cestujících na předních sedadlech. Boční airbag se zaměřuje na ochranu hrudníku a částečně chrání i hlavu osoby na předním sedadle na straně nárazu. Hlavový airbag pak zajišťuje ochranu hlavy. Okenní airbagy se mohou rozvinout od A-sloupku až po C-sloupek a chrání tak hlavu a hrudník cestujících na předních i zadních sedadlech. Na místě spolujezdce vpředu s airbagem se nesmí přepravovat děti v dětských sedačkách, pokud tento airbag nelze vypnout. Aktivovaný airbag již nelze znovu použít, proto se po opravě vozidla musí vždy namontovat nový. Je to dáno tím, že je obtížně proveditelné složit již jednou aktivovaný vak do přesně stejného tvaru a tím hrozí jeho selhání nebo roztržení při nafukování. Výrobce vozidel pak doporučuje provést výměnu airbagů po 10 až 15 letech podle daného typu vozidla.
4.2.2 Aktivace airbagu K aktivaci čelních airbagů dochází pouze tehdy, je-li směr nárazu totožný s podélnou osou vozu nebo v úhlu menším než +/-30 stupňů od podélné osy. Intenzita nárazu by měla odpovídat rychlosti nárazu větší než 20 km/h do pevné bariéry. Z tohoto důvodu nedojde k aktivaci airbagu při nárazech malou rychlostí, například při parkování nebo pomalém pojíždění v koloně, při extrémní jízdě, například přejetí obrubníku, ale ani při střetu s lesní zvěří či jiným volným předmětem menších rozměrů. Podobná 19
podmínka platí i pro aktivaci bočních, hlavových a okenních airbagů, které jsou spuštěny na straně nárazu, pouze je-li směr nárazu totožný s příčnou osou vozu nebo jeli úhel nárazu menší než +/-30 stupňů od příčné osy. Naplnění airbagů probíhá velmi rychle a celý cyklus od nárazu do začátku vyprazdňování vaku proběhne v časovém úseku zhruba 150 ms. Přesto musí airbag splnit svou ochranou funkci. Časový průběh aktivace airbagu pro řidiče a spolujezdce (Obr 4.5): 0 ms 25 ms
náraz elektronický senzor aktivuje odpálení roznětky pro tvorbu plynu v modulu pro řidiče
30 ms
vak se začíná plnit a kryt řidičova modulu se trhá
35 ms
aktivuje se odpálení roznětky pro tvorbu plynu v modulu pro spolujezdce
40 ms
po otevření krytu modulu pro airbag spolujezdce se vak začíná plnit
54 ms
řidičův vak je naplněn a řidič se začíná ponořovat do vaku
66 ms
spolujezdcův vak je naplněn a spolujezdec padá do vaku
84 ms
řidič je maximálně položen do vaku a začíná se pohybovat zpět od volantu
98 ms 150 ms
spolujezdec je maximálně ponořen, a také se začíná pohybovat zpět řidič a spolujezdec se pohybují zpět do sedaček, vaky se vyprazdňují a prostor před cestujícími je opět volný.
Obr. 4.5 Časový průběh aktivace airbagu pro řidiče a spolujezdce
20
[2]
4.3 Dětské zádržné systémy Při návrhu dětských zádržných systémů se musí zohledňovat rozdílné rozdělení hmotnosti dětí narozdíl od dospělých. Děti, které nedosahují tělesné výšky 1,5 m, nesmí být připoutány normálním bezpečnostním pásem bez použití dětských zachycovacích bezpečnostních systémů, protože by jinak mohlo dojít v oblasti břišní krajiny a krku k těžkým zraněním. Nezabezpečené děti jsou ve vozidle vystaveny sedminásobně vyššímu riziku, než děti připoutané v dětské autosedačce. Každý zádržný systém se musí do vozidla uchytit buď pomocí bezpečnostních pásů pro dospělé, nebo nověji některé typy systémem ISOFIX (součást vozidla, montuje se již v prvovýrobě). Některé zádržné systémy jsou konstruovány jako vícestupňové, kdy se po překročení určité hmotnosti dítěte odpojí opěradlo sedačky a používá se pouze sedací část a bezpečnostní pásy ve vozidle. Typové třídy dětských sedaček: •
Třída 0 – pro nejmenší děti do 9 kg (cca do 9 měsíců)
•
Třída I – pro děti mezi 9 - 18 kg (cca 6 měsíců až 4 roky)
•
Třída II – pro děti mezi 15 - 25 kg (cca 3 až 6 let)
•
Třída III – pro děti mezi 22 – 36 kg (cca 6 až 12 let)
[4]
5 Bezpečnost karoserie a interiéru Ochrana cestujících vlastního vozidla v případě nehody závisí z hlediska konstrukce karoserie na její struktuře, vnitřním vybavení karoserie, vlastnostech zadržovacích systémů a zabránění vzniku požáru. Při návrhu karoserie je nutno též zabezpečit kompatibilitu vozidla ve vztahu k chodci, cyklistovi a ve vztahu k jiným vozidlům.
5.1 Struktura karoserie, deformační vlastnosti karoserie Struktura karoserie by měla z hlediska pasivní bezpečnosti splňovat dvě základní funkce: nosná struktura musí mít při kolizi podle druhu namáhání dostatečnou schopnost absorpce energie, která zaručuje nepřekročení biomechanických limitů. Zároveň nesmí být deformace nosné struktury tak velká, aby byl narušen vnitřní prostor pro posádku. Vnitřní prostor musí být tedy dostatečně tuhý, zádržné systémy bezpečně
21
ukotveny, je nutno omezit vniknutí různých částí do kabiny na minimum a musí být zachován tzv. minimální prostor pro přežití. Tento pevný prostor má tři zóny k zachycení sil při nehodě. Při čelním nárazu slouží jako hlavní deformační zóna přední rám. V horní části je zatížení přenášeno k přednímu sloupku výztuhami blatníků. Pomocný tuhý rám tvoří spodní deformační zónu. Při nárazu pouze z jedné strany přenáší příčný člen předního blatníku sílu nárazu i na druhý bok vozidla, který se rovněž stává deformační zónou.
[1]
5.1.1 Čelní deformační zóna K absorpci nárazové energie je vhodná přední a zadní část vozidla vzhledem k dostatečným délkám deformačních zón. Délka těchto deformačních zón je 300 až 800 mm. Boční struktura snese menší zatížení, neboť deformační zóny jsou malé. Čelní struktura automobilu je obvykle tvořena dvěma podélnými nosníky, které jsou při čelním nárazu zatěžovány hlavně ve směru podélné osy vozidla. Používá se také koncepce struktury vidlicových podélníků. Tato konstrukce zlepšuje deformační vlastnosti přídě při tzv. přesazeném čelním nárazu (offset). Zadní části vozidla mohou být dimenzovány na menší síly vzhledem k nižším nárazovým rychlostem. Při konstrukci vozidla s motorem vpředu je k dispozici pro deformaci celá zadní struktura. Moderní vozidla se samonosnými karoseriemi umožňují řešit deformační zóny přídě s programovatelnou účinností, kdy se zpoždění rovnoměrně rozděluje na celou dobu deformace. Deformační charakteristika má stupňovitý progresivní průběh se čtyřmi stupni: ochrana při nízkých rychlostech, kompatibilita, vlastní ochrana a prostor pro přežití. Celá deformační zóna je optimalizována z hlediska sil, které budou při plném i přesazeném nárazu na vozidlo působit. Důležité je vytvořit zónu sice příčně velmi tuhou a pevnou, ale na druhé straně podélně poddajnou. Příčná tuhost je nutná z hlediska uložení přední nápravy a přenosu sil při přesazeném nárazu i do nezasažené části. Tuhost oblasti přední masky je důležitá, aby se při nárazu do úzké překážky (sloupy, stromy – nejhorší možné zatížení) celá přední část nezkroutila okolo jednoho bodu. K deformační zóně vozidla patří i nárazníky. Mají za úkol zachytit a rozložit náraz na celou přední část vozidla, musí být tedy dostatečně tuhé a pevné. Dnes jsou konstruovány jako výlisek z ocelového plechu, který překrývá plastový kryt, zlepšující aerodynamiku a má také účinek estetický. 22
Problémem jsou tuhé díly (např. motor). Je třeba zabránit jejich vniknutí do vnitřního prostoru karoserie. Proto se používá speciální zavěšení motoru které umožňuje při nárazu zasunutí motoru pod podlahu vozidla.
5.1.2 Boční deformační zóna Boční struktura karoserie je vzhledem k malým deformačním zónám (100 – 150 mm) schopna pohltit jen malé množství energie při nárazu. Proto nelze vytvořit stejně hodnotnou boční deformační zónu jako v přední nebo zadní části vozidla. Při bočním nárazu jsou vnější nosné díly karoserie v oblasti prostoru pro cestující, zejména prahy dveří a nosníky dveří, namáhány na ohyb. Boční tuhost tohoto prostoru se zvyšuje např. příčnými traverzami ve střeše a v podlaze. Také struktura dveří musí být pevná na tah a ohyb a vytvářet uzavřenou vazbu s boční strukturou. Při bočním nárazu nad prahem musí být zvýšena bezpečnost dokonalým vedením dveří (otvor pro dveře je vybaven tuhým prolisem). Ve středu dveří bývají namontovány ocelové trubky (Obr. 5.1) vysoké pevnosti pro zvýšení odolnosti dveří při bočním nárazu. Zámky a závěsy dveří musí zabránit vytržení dveří a zároveň zabránit vzpříčení dveří při čelním nárazu. Dveře se nesmí při nehodě otevřít, ale po nehodě musí zůstat otvíratelné. Aby se dveře při nárazu nemohly zaklínit a bylo je možné otevřít, jsou v jejich spodní části namontovány ocelové čepy. Ty se při zavření dveří zasunou do otvorů vyztužených jímek v prahu rámu dveří. Pro zachování funkčních schopností dveří musí všechny připevňovací prvky ke karoserii zůstat při nárazu nepoškozeny.
Obr. 5.1 Struktura karoserie s trubkami v bočních dveřích (OPEL Vectra Combi)
23
5.2 Bezpečnostní prvky vnitřního prostoru karoserie 5.2.1 Bezpečnostní řídící ústrojí a pedály Volant a jeho hřídel ohrožují řidiče zejména při čelním nárazu. Hlava volantu musí být čalouněná, musí mít dostatečný prostor pro uložení airbagu. Věnec volantu se nesmí lámat, ale pouze deformovat a po nárazu sklopit tak, aby proti hrudníku řidiče působil co největší možnou plochou. Řídící ústrojí (tyč řízení, hlava volantu) pak nesmí vniknout do prostoru posádky při deformaci přídě čelním nebo šikmým nárazem. To je vyřešeno konstrukcí hřídele volantu. Je konstruován jako vícedílný, jednotlivé díly jsou spojeny klouby. Jiná konstrukce – lomený hřídel – umožňuje jeho vybočení. Další speciální konstrukce používá pro dělící deformační člen hřídele řízení pružný vlnovec s velkou torzní tuhostí, který umožňuje při nárazu nezávisle pohyby obou částí hřídele. Pedály mohou způsobit poranění dolních končetin. Proto jsou dnes některá vozidla vybavována upravenou pedálovou skupinou, která se při nárazu odpojí od karoserie v závěsu pedálů a minimalizuje riziko poranění dolních končetin. Také ovládací páčky a vypínače mohou způsobit zranění. Při nárazu nesní dojít ke kolizi s řidičem, páčky musí mít zaoblené hrany, při jejich případném zlomení nesmí vznikat ostré hrany.
5.2.2 Sedadla a opěrky hlavy Pro bezpečnost posádky je důležitá celková konstrukce sedadla. Sedadlo musí mít pevnou kostru a materiály, kterým je vyplněno musí absorbovat energii při nárazu vozidla. Nejmodernější je speciální uchycení sedadla WHIPS od firmy Volvo, které výrazně omezuje riziko poranění krční páteře. Snižuje zatížení zad a krku při nárazu vozidla pohybem opěradla vzad a současným zvednutím a posunutím horní části opěradle vpřed. Moderní sedadla mají protiponořovací konstrukci, která zabraňuje podklouznutí těla pod bezpečnostní pás. Vhodně tvarovaná sedadla také snižují riziko poranění při bočním nárazu.
[4]
Opěrka hlavy zabraňuje nadměrnému záklonu hlavy při nárazu zezadu a také zpětnému překmitnutí hlavy při pohybu těla zpět do sedačky při nárazu čelním. Firma OPEL zavedla tzv. aktivní opěrky hlavy, které snižují riziko poranění krční páteře a míchy při nárazech zezadu. Tyto opěrky jsou vybaveny pákovým mechanizmem, jenž při nárazu zezadu vysune opěrku dopředu a nahoru, čímž zajistí rychlejší a účinnější zpomalení hlavy pasažéra. Pro efektivní využití opěrky hlavy je však nutné její správné 24
seřízení. Nesmí vadit při jízdě, ale vzdálenost mezi hlavou a opěrkou musí být co nejmenší. Opěrky hlavy mají dnes standardně všechna sedadla v osobních automobilech.
5.2.3 Zasklení karoserie Pro zasklení oken karoserie se používají bezpečnostní skla podle mezinárodních předpisů. Pro čelní sklo se nejčastěji používají vrstvená skla, kdy se mezi dvě nebo i více vrstev skla lepí speciální plastová lepící folie. Při rozbití tato folie drží úlomky skla pohromadě a zabraňuje poranění cestujících. Toto sklo také umožňuje dostatečný výhled při jeho prasknutí. Boční skla bývají tvrzené jednovrstvé, tepelně zpracované kalením. Při rozbití se toto sklo rozpadne na malé úlomky s tupými hranami.
[7]
5.2.4 Opatření proti vznícení vozidla Protipožární opatření jsou u moderních osobních automobilů na vysoké úrovni. Požár vozidla se vyskytuje asi u 0,0006 % všech nehod v ČR. Palivová nádrž nesmí být součástí deformační zóny. Proto bývá umístěna pod zadním sedadlem před zadní nápravou. Nádrž musí být plastová, opatřená zpětným ventilem a nárazovým čidlem, které vypne podávací čerpadlo. Pro zvýšení protipožární ochrany se vyrábí čalounění interiéru z nehořlavých materiálů.
5.3 Ochrana chodců Srážka vozidla s chodcem je velmi nebezpečná. Pro chodce končí většinou velmi tragicky, s těžkými zraněními nebo smrtí. Charakter této srážky velmi závisí na vlastnostech karoserie, jako je její tvar a tuhost. Profil přídě ovlivňuje místo nárazu, tedy styk části těla chodce s částí vozidla. Příď vozidla by měla mít co nejvíce zaobleny hrany, oblé tvary a přední hranu kapoty posunutu za nárazník. Délka kapoty by měla být pokud možno co největší, aby již při malých rychlostech nenarazila hlava chodce na tvrdý rám čelního skla a nedošlo k odhození chodce na vozovku. Zmenšení nebezpečí zlomenin nohou chodců je možné docílit obložením nárazníků a přední hrany kapoty pružnými materiály (pryžová lišta, pěnový polyuretan). Jsou testovány i nafukovací polštáře, tzv. airbagy pro chodce. Tento airbag není uveden v činnost nárazem chodce, ale signálem čidla. Tyto polštáře mohou pokrývat
25
příď, kapotu nebo čelní sklo vozidla. Není však možné docílit takové ochrany chodců, jako je tomu u posádky vozidla.
6 Nárazové zkoušky Pro hodnocení vozidel z hlediska ochrany cestujících se používají různé nárazové zkoušky, tzv. crash – testy. Tyto zkoušky musí co nejvíce simulovat skutečné havárie. Zkoušky se provádí pro srovnatelnost a vyhodnocování míry bezpečnosti jednotlivých vozidel. Automobily jsou vybaveny stejně jako pro běžný provoz včetně hmotností náplní. Kritéria hodnocení: •
druh nárazu
•
směr nárazu
•
rychlost nárazu
Tyto zkoušky mají simulovat srážky vozidel, jako je čelní srážka, boční srážka a náraz zezadu. Pro schválení modelu vozidla je nutné splnit v Evropě předpis EHK – OSN 94. Jedná se o čelní náraz do betonové zdi v rychlosti 50 km/h bez použití testovacích figurín a záznamových systémů, což je v dnešní době nedostatečné. Téměř každý výrobce osobních automobilů má svoje testovací programy a také hodnocení jiné, podle nichž není možné vozidla objektivně srovnávat. V Evropě je nejznámější a nejuznávanější nezávislá testovací zkušebna Euro NCAP.
6.1 Nárazové zkoušky podle Euro NCAP Zkoušky Euro NCAP (European New Cars Assessment Programme) zahrnují typy nejčastějších kolizí, které vedou k vážným až smrtelným zraněním. Do testu jsou vybírány nejprodávanější modely své řady a jsou zakoupeny náhodně. Výrobce do této volby nemůže zasahovat. Euro NCAP používá čtyři kategorie testů, které simulují: čelní náraz, boční náraz, boční náraz na sloup a střet s chodcem. V testovaném voze jsou čtyři figuríny: dvě dospělé figuríny vpředu a dvě dětské vzadu.
26
6.1.1 Test čelního nárazu Tato zkouška splňuje mezinárodní normu EHK – OSN 94. Automobil naráží rychlostí 64 km/h do deformovatelné bariéry se 40 % přesazením (Obr. 6.1). Jedná se o tzv. offset. Bariéra má šířku 1000 mm a deformace může dosáhnout až 540 mm. Minimální hmotnost bariéry je 70 tun. Proti zákonným předpisům pro čelní náraz je rychlost ještě o 8 km/h vyšší. Používá se zkušební figurína Hybrid III. Sledují se následující kritéria: Hlava – výsledné zrychlení ar (je to výsledná hodnota zpoždění hlavy, zahrnuje zrychlení všemi směry) nesmí přesáhnout 80 g po dobu 3 ms. Současně biomechanické kriterium hlavy HPC (Head Performance Criterion) nesmí být vyšší než 1000. Pro posouzení zranění hlavy se dále používá index zatížení hlavy HIC (Head Injury Criterion), jehož mezní hodnota nesmí být vyšší než 1000. Hrudník – biomechanické stlačení hrudníku ThCC musí být menší než 50 mm a současně kritérium měkké tkáně hrudníku VC (Vision Criterion) musí být menší než 1 m/s, maximální ohybový moment šíje nesmí přesáhnout 57 Nm. Stehna – kritérium stlačení stehenní kosti TCFC musí být menší než 8 kN. Dalším kritériem je zachování dostatečného prostoru pro přežití posádky. To je stanoveno v předpisu EHK – OSN 33.
Obr. 6.1 Test čelního nárazu
27
6.1.2 Test bočního nárazu Vozík s deformačním čelem o rozměrech 1500 mm x 500 mm naráží do boku stojícího auta na straně řidiče v rychlosti 50 km/h (s tolerancí 1 km/h). Pohyblivá bariéra má hmotnost 950 kg (tolerance 20 kg), rozchod kol 1500 mm a rozvor 3000 mm (Obr. 6.2). Pro boční náraz se používá figurína EuroSID II. Tato zkouška splňuje normu EHK – OSN 95. Sledují se tato kritéria: Hlava – výsledné zrychlení ar nesmí přesáhnout 80 g po dobu 3 ms a současně HPC nesmí být vyšší než 1000. Tyto hodnoty jsou stejné jako u čelního nárazu. Hrudník – největší deformace žeber RDC (Rib Deflection Criterion) může být 42 mm a současně kriterium měkké tkáně hrudníku VC musí být menší než 1 m/s. Pánev, břicho – biomechanické zatížení pánve PSPF (Pubic Symphysis Peak Force), tj. maximální zatížení stydkých kostí, musí být maximálně 6 kN. Maximální zatížení břicha APF (Abdomen Peak Force) musí být menší než 2,5 kN.
Obr. 6.2 Test bočního nárazu
28
6.1.3 Test bočního nárazu na sloup Jedná se nový test určující míru poskytnuté ochrany při nárazu v rychlosti 29 km/h do pevného sloupu o průměru 254 mm , který obvykle proniká hluboko do boku vozidla (Obr. 6.3). V případech, kdy vozidlo není opatřeno bočním airbagem, může hlava řidiče narazit silně do sloupu natolik, že dojde ke smrtelnému zranění. Míra poranění hlavy v takovém případě běžně dosahuje hodnoty 5000 HIC (Head Injury Criterion), která je 5x větší, než hodnota určující pravděpodobné vážné poranění mozku (1000 HIC). Pokud je vůz vybaven bočními airbagy, je míra poranění hlavy 100 až 300 HIC. Při bočním nárazu na sloup může tedy instalace bočních airbagů chránících hlavu řidiče zachránit život. Standardně vybavují těmito airbagy své modely např. automobilky Volvo, BMW, Saab a Mercedes – Benz.
Obr. 6.3 Test bočního nárazu na sloup
29
6.1.4 Test střetu automobilu s chodcem Zkouška simuluje střet auta s chodcem při 40 km/h rychlosti. Sledují se místa nárazu jednotlivých částí těla dospělého člověka a dítěte. Tato místa nárazu se označují barevně podle míry možnosti poranění chodce při nárazu (Obr. 6.4). Tento test je brán jako dodatečný a není zapisován do základního protokolu Euro NCAP.
Obr. 6.4 Hodnocená místa na vozidle
6.1.5 Hodnocení testovaných vozů Do protokolu Euro NCAP se uvádí čelní náraz, boční náraz a podle nové metodiky byl přidán test bočního nárazu na sloup, aby vedl výrobce k montování bočních airbagů. Každý test je hodnocen bodově. Za čelní náraz je maximální možný počet bodů 16, za boční náraz také 16. K tomuto testu se ještě připočítávají 2 body za boční náraz na sloup. Další body je možno získat za nové bezpečnostní systémy, např. systém upozorňující na nezapnuté bezpečnostní pásy. Maximální možný počet bodů je tedy 37. Podle tohoto bodování jsou uděleny vozu hvězdičky za bezpečnost. Maximum je 5 hvězdiček a je udělováno po dosažení 33 bodů. Dále se hodnotí ochrana dětí a střet automobilu s chodcem. Tyto dva testy jsou však hodnoceny zvlášť. Prvním vozem oceněným 5 hvězdičkami byl Renault Laguna II. Bodové rozsahy určují následující hodnocení: 33 b – 37 b => 25 b – 32 b => 17 b – 24 b => 09 b – 16 b => 01 b – 08 b =>
[8]
30
Obr. 6.5 Crash test Škoda Fabia
6.2 Testovací figuríny Testovací figuríny, tzv. dummies, jsou figuríny dospělých osoby obou pohlaví, u nichž se dbá na správné proporce a hmotnosti jednotlivých částí těla, kloubová spojení jednotlivých končetin jsou totožné s člověkem. Kvůli zvýšení bezpečnosti dětských pasažérů byli vyvinuty i dětské figuríny. V současné době existuje mnoho typů a provedení dummies. Dummies jsou vybaveny mnoha senzory a čidly, podle nichž se vyhodnocuje zatížení organismu a účinky jednotlivých prvků
pasivní
bezpečnosti.
Výhodou
dummies
je
jejich
mechanická odolnost a tedy možnost mnohonásobného použití. Dummies se také postupně vyvíjí, přibývají velikosti a hmotnosti, zvyšuje se počet čidel. Pro zkoušky Euro NCAP se používají figuríny Hybrid III (Obr 6.6) pro čelní náraz, na boční nárazy jsou to figuríny EuroSID II, speciální dummies jsou určeny pro zjišťování následků nehod dětských pasažérů. Liší se stavba, senzory a zaznamenávané signály. Hlava je vyrobena z hliníku a pokryta gumovou "kůží". Uvnitř jsou umístěny tři měřiče zrychlení a každý z nich Obr. 6.6 Testovací figurína Hybrid III
poskytuje informace o tom, jaké síly působí na mozek při nárazu. Krk obsahuje zařízení na měření ohybu a pnutí v šíji, když je
hlava při nárazu vržena vpřed a vzad. Pro měření hrudníku při čelním nárazu se používá figurína Hybrid III se třemi ocelovými žebry vybavenými snímači, které zaznamenávají
31
namáhání hrudního koše při testování čelního nárazu. Pro boční náraz je to EuroSID II se zcela jinou konstrukcí hrudníku se třemi žebry určenými k měření deformace a rychlosti deformace. Paže neobsahují žádné přístroje a při nárazu se volně pohybují. Vážná poranění bývají neobvyklá a pokud k nim dojde, je obtížné poskytnout jim patřičnou ochranu. Další přístroje má figurína EuroSID II umístěny v její pánevní oblasti. Ty slouží k zaznamenání bočního pohybu, který by mohl způsobit zlomeniny pánevní kosti či vymknutí kyčle. Dolní končetiny jsou rozděleny na tři části. V horní části nohou jsou tlakové snímače umístěny ve stehenní kosti. Poskytují při testu čelního nárazu informace o všech částech stehenní kosti, včetně kyčelního kloubu, který může utrpět zlomeninu nebo být vyklouben. Další čidlo je umístěno na kolenou. Měří síly přenášené na kolena, obzvláště pokud pak narazí na spodní část přístrojové desky. Přístroje, zabudované v dolní části uvnitř nohou, měří ohyb, smyk, tlak a pnutí, tj. síly, které by mohly způsobit poranění holenní a lýtkové kosti. Měření možnosti poranění chodidel a kotníků je založena na tom, jak moc je poškozen vůz a vnitřní prostor, zejména pak na měření deformací a posunů v pedálové oblasti.
32
7 Závěr Cílem mé práce bylo podat ucelený přehled o současné problematice pasivní bezpečnosti osobních automobilů, uvést současný stav a zhodnotit metodiku měření. V úvodní části jsou uvedeny základní normy a předpisy, které je nutno dodržet pro konstrukci bezpečného vozu. Na tuto část navazuje analýza dopravních nehod a biomechanika člověka. Podle těchto vědních oborů určujeme jednotlivé druhy a míry poranění lidského organismu. Kapitola 4 a 5 je věnována již samotným konstrukčním prvkům pasivní bezpečnosti. Poslední kapitola je věnována metodice měření a hodnocení vozidel podle kritérií, které určují mezinárodní normy. Tyto nárazové zkoušky jsou velmi náročné a drahé, existuje jich velké množství a téměř každá automobilka má jiné testy a hodnocení. Mezinárodně uznávané měření provádí nezávislá agentura Euro NCAP, která uděluje každému hodnocenému vozu hvězdičky podle míry a účinnosti jednotlivých prvků pasivní bezpečnosti. Toto hodnocení je pozitivně přijímáno laickou veřejností i v odborných kruzích. Pasivní bezpečnost automobilů je tedy dnes jedním z nejdůležitějších kritérií při konstrukci osobního automobilu. Automobilky investují nemalé finanční prostředky k neustálému zlepšování jednotlivých konstrukčních prvků zvyšujících pasivní bezpečnost. Velkou roli však hraje i lidský faktor. Pokud například nebudeme ve vozidle vybaveném osmi airbagy připoutáni bezpečnostním pásem, jsou tyto bezpečnostní prvky při dopravní nehodě prakticky zbytečné. Nejvyššího možného stupně ochrany posádky tedy dosáhneme, pokud budeme důsledně používat všechny předepsané bezpečnostní prvky ve vozidle.
33
8 Literatura [1]
APETAUR, M. a kolektiv.: Karosérie. 2. vydání. Praha: Vydavatelství ČVUT, 1993. 150 s.
[2]
Firemní literatura ŠKODA Auto, a. s., Mladá Boleslav: 1999. 38 s.
[3]
JAN, Z.; VÉMOLA, A.; ŽĎÁRSKÝ, B.: Automobily. 1. vydání. Brno: Akademické nakladatelství CERM, s.r.o., 2003. 266 s. ISBN 80-2458745-6
[4]
JAROŠ, M.: Bezpečnost sedaček. AUTO 7, číslo 6/05, 8. února 2005, Praha: Vydavatelství MOTOR-PRESSE BOHEMIA, s.r.o. 46 s.
[5]
KOLÁR, F.: Bezpečnostní pásy v automobilech. Auto TIP, číslo 15, červenec 2005, Praha: Vydavatelství Axel Springer. 58 s.
[6]
VLK, F.: Automobilová technická příručka. 1. vydání. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2003. 792 s. ISBN 80-238-9681-4
[7]
VLK, F.: Stavba motorových vozidel. 1. vydání. Brno: Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, 2003. 500 s. ISBN 80-238-8757-2
[8]
Webové stránky:
www.auto.cz
www.automix.cz
www.besip.cz
www.euroncap.com
www.euroncap.cz
www.renault.cz
34
