Критерии оценки эффективности системы пассивной безопасности легковых автомобилей

Исследования безопасности автомобиля, проведенные И.С. Джонсом, стали отправной точкой для исследований многих ученых в этой области. В своей работе Джонс рассмотрел основные типы ДТП, провел анализ аварийности и влияния на нее различных показателей по маркам легковых автомобилей. [ ]

Джонс доказал, что различие в числе ДТП для автомобилей разных моделей нельзя полностью объяснить разницей в пробеге, поскольку на число ДТП оказывают влияние и другие важные факторы. К ним можно отнести различие водителей, характеристик моделей автомобиля. У Джонса для каждой модели устанавливается зависимость числа ДТП от пола и возраста водителя и предлагается метод, при помощи которого влияние этих факторов можно снять или уменьшить, а это означает, что сохранившаяся разница между моделями по числу ДТП может быть объяснена лишь различием характеристик автомобилей. Если исключить влияние водителя, то ДТП вида «автомобиль–автомобиль» можно использовать для прогнозирования пробега и вывести альтернативный критерий расчета относительного числа ДТП. Такой метод позволяет рассмотреть большее число моделей, чем это было возможно при использовании данных только о пробегах.

В 1972 г. в СССР под руководством А.В. Арутюнова и В.А. Ларионова были проведены испытания трех легковых автомобилей «Волга» ГАЗ -21. В данном исследовании был подробно описан процесс удара, произведено его деление на фазы, а также рассмотрен характер движения автомобиля после столкновения с препятствием. Был введен и экспериментально определен коэффициент восстановления (так для ГАЗ-21 К_уд =0,11–0,17). Данные испытания дали толчок в развитии исследований пассивной безопасности в СССР. Однако нельзя не отметить, что испытания проводились на автомобиле, разработанном в начале 50–х гг., и на момент исследования данный автомобиль морально устарел и был снят с производства. [ ]

В работе И. Корнера дается наиболее эффективная в теоритическом плане методика прогнозирования на стадии проектирования автомобиля влияния внедренных мероприятий по повышению пассивной безопасности на снижение тяжести травмирования при ДТП. [ ]

В своей работе Корнер исходит из предпосылки, что в результате анализа ДТП можно получить для отдельных видов ДТП распределение ДТП по их тяжести; распределение водителей и пассажиров автомобилей по тяжести ДТП, участниками которых они являлись (или же могут быть); интегрированный риск травмирования в зависимости от тяжести ДТП; зависимость риска (вероятности) получения травм от тяжести ДТП. Использование метода Корнера в настоящее время затруднено, т.к. отсутствует общая шкала тяжести ДТП для отдельных видов ДТП. Существующее множество видов и типов ДТП требует интегрированного анализа механизмов травмирования участников ДТП. Это необходимо для выявления разновидностей ДТП, в которых в наибольшей степени проявляется травмобезопасность различных конструктивных элементов автомобиля. С другой стороны, даже при наличии такой шкалы и интегрированных критериев травмирования при ДТП необходимы детальные данные о ДТП, которые позволили бы построить зависимости риска травмирования от тяжести ДТП и т.д.

В качестве критерия сравнительной оценки эффективности конструктивной безопасности может использоваться показатель опасности ДТП К_оп , который получен на основании коэффициентов тяжести ДТП:

где Р₁ – показатель тяжести ДТП с повреждением автомобилей без травмирования участников ДТП, равный 1;

Р₂ – показатель тяжести ДТП с повреждением автомобилей при легком ранении человека, равный 1,2;

Р₃ – показатель тяжести ДТП с повреждением автомобилей при ранении, повлекшем инвалидность, равный 2,8;

Р₄ – показатель тяжести ДТП с повреждением автомобилей при гибели взрослого человека, равный 8,1;

Р₅ – показатель тяжести ДТП с повреждением автомобилей при гибели ребенка, равный 106;

n_1-5 – число ДТП соответствующей группы.

При этом среднее значение показателя опасности ДТП:

где N – общее число ДТП.

В Германии используется условный показатель опасности происшествий Рейнольдса [ ]:

где N₁ – число ДТП без нанесения повреждений;

N₂ – число ДТП с легкими ранениями участников;

N₃ – число ДТП с тяжелыми ранениями участников;

N₄ – число ДТП со смертельными ранениями участников;

В₁ , В₂ , В₃ , В₄ – коэффициенты тяжести разных типов ДТП, равные 1, 5, 70, 130 соответственно.

При этом средняя тяжесть ДТП V_ср определяется по следующей формуле:

В Австрии для оценки тяжести ДТП был введен коэффициент К, определяемый из отношения общего суммарного числа тяжело раненых и погибших к общему числу ДТП. [ ] Тяжесть последствий ДТП также может быть оценена по обобщенному коэффициенту, определяемому как отношение числа погибших к числу раненых за определенный период времени.

Для оценки уровня пассивной безопасности были предложены показатели обеспеченности безопасности в салоне автомобиля К_с , К_т, К_л и комплексный показатель пассивной безопасности К_о. Эти показатели определяются из следующих выражений:

где n_c , n_т.т , n_л.т. – число смертельно, тяжело и легко травмированых соответственно;

N – общее число ДТП;

В_л, В_т, В_с – коэффициенты тяжести травм, равные для легко, тяжело раненых и погибших соответственно 1; 23,4; 64,5.

Также И.К. Коршаковым был предложен коэффициент опасности, определяемый как:

где n_c , n_т.т , n_л.т. – число смертельно, тяжело и легко травмированых соответственно;

В₁, В₂, В₃ – коэффициенты тяжести потерь от легких, тяжелых и смертельных травм соответственно. Они принимаются равными 0,015; 0,36; 1,0. [ ]

Анализ показателей, используемых для оценки уровня безопасности, показывает, что с их помощью достаточно достоверная оценка может быть проведена только при использовании данных сплошного анализа ДТП, т.к. при расчете не учитывается тяжесть последствий рассматриваемых ДТП. Это подтверждает необходимость применения специальных измерителей, позволяющих достоверно оценить эффективность функционирования системы обеспечения пассивной безопасности и ее подсистем при использовании результатов выборочных наблюдений. [ ]

Для сравнительной оценки и анализа различных по степени тяжести последствий ДТП применяют так называемый коэффициент тяжести ДТП К_т, определяемый как отношение количества погибших n_п к числу раненых n_р за определенный период времени:

Кроме того тяжесть последствий ДТП может быть охарактеризована показателями, определяемыми как отношение количества погибших или раненых к общему числу ДТП:

Для оценки тяжести отдельного вида ДТП используется показатель, представляющий собой отношение количества погибших или раненых на 1000 ДТП данного вида:

где – общее количество погибших (раненых) при данном виде ДТП;

общее количество ДТП данного вида.

Тяжесть ДТП определяется также применяемыми удельными показателями: абсолютным числом погибших (раненых) на 1 млн. автомобилей, на 1 млн. жителей, на 1 млрд. км пробега.

Однако, проанализированные выше показатели не могут в полной мере использоваться для комплексной оценки пассивной безопасности автомобилей, т.к. не учитывают конструкцию автомобиля. Б.М. Фиттерман предложил использовать для оценки уровня пассивной безопасности автомобилей следующую зависимость:

где N₁ число правил ЕЭК ООН, которым соответствует конструкция автомобилей;

N_{ЕЭК ООН} число правил ЕЭК ООН, распространяющихся на данный тип автомобиля. [ ]

Учитывая, что в настоящее время интенсивно растет число требований к пассивной безопасности автомобилей и быстрыми темпами идет совершенствование их конструкции, применение такого показателя для оценки пассивной безопасности автомобиля нельзя считать достаточно эффективным.

Можно также отметить, что до настоящего времени в области оценки пассивной безопасности имеется недостаточно публикаций, а особенно отечественных. В имеющихся публикациях, как правило, отсутствует общая теория и методология по выбору критериев оценки. Оценка уровня пассивной безопасности и эффективности вновь создаваемых конструктивных решений позволяет разработать комплекс мероприятий, направленных на снижение числа пострадавших и тяжести травм при ДТП.

В 2003 – 2004 гг. журнал «За рулем» провел серию испытаний автомобилей на пассивную безопасность. Однако проведенные испытания носили скорее «потребительский» характер: лобовое столкновение автомобилей ВАЗ 2110 и Daewooo Matiz, краш–тест микроавтобуса «Газель», ВАЗ 2106. Такие испытания также необходимо проводить, их результаты становятся известными широкой общественности и активно обсуждаются. Они предоставляют отечественным производителям автомобилей возможность изучения проблемы как бы со стороны, без пристрастия.

Попытка разработки метода интегральной оценки пассивной безопасности автомобиля была сделана в работе Э.З. Батманова. [ ] В качестве критерия оценки им был использован интегральный показатель, выраженный в баллах, впервые предложенный А.А.Токаревым и позволяющий вести количественную обобщенную оценку, в том числе и пассивной безопасности автомобиля. В соответствии с разработанной методикой оценка ведется в два этапа:

1. экспертная оценка факторов (их уровней);

2. расчетная интегральная оценка пассивной безопасности.

На основе анализа информации осуществляется выбор факторов, оказывающих существенное влияние на пассивную безопасность автомобилей; степень влияния определяется с помощью коэффициентов весомости факторов, которые оценивают социально – экономический ущерб от ДТП. В методике принимается условие, что каждый фактор может иметь один из трех уровней: нижний (-1), средний (0) и верхний (+1). Распределение уровней экспертной оценки принимается по случайному процессу, описываемому, например, синусоидой, на которой взяты три характерные точки: нижняя, средняя и верхняя. Задача эксперта заключается в определении уровня, на котором находится его фактор. В качестве оценочного критерия при оценке пассивной безопасности легковых автомобилей принимается интегральный показатель, определяемый по соответствующему уравнению регрессии (в баллах). При этом также используются три оценочные категории: высшая, первая, вторая. Определение интегрального показателя осуществляется в следующей последовательности:

1. выбор факторов и коэффициентов их весомости;

2. определение уровней факторов и интервалов их варьирования;

3. составление расчетного уравнения интегрального показателя, в котором коэффициенты регрессии равны интервалам варьирования факторов.

В общем виде линейное уравнение регрессии для подсчета интегрального показателя выглядит следующим образом:

где – интегральный показатель пассивной безопасности легковых автомобилей (в баллах);

– коэффициенты регрессии при переменных факторах;

– переменные факторы, выраженные в кодированной форме, имеющие три уровня.

Также в данной работе была приведена расчетная величина частоты попадания легковых автомобилей различных марок в ДТП:

где – частота попадания легковых автомобилей данной модели в ДТП данного типа, ед./тыс. км пробега;

– среднегодовое количество автомобилей данной модели, участвовавших в ДТП данного типа, ед.;

N – среднее списочное количество автомобилей данной модели, ед.;

L – средний годовой пробег автомобилей данной модели, тыс. км.

Для определения итоговых зависимостей по всем ДТП для рассматриваемых моделей в работе используется следующая зависимость:

где – частота попадания в ДТП легковых автомобилей данной модели, ед./тыс. км пробега;

– среднегодовое количество автомобилей данной модели, участвовавших в ДТП, ед.

С учетом данных, полученных на автополигоне НАМИ, в работе приведены зависимости изменения скорости от деформации автомобиля при ДТП: для автомобилей ВАЗ 2108 – 09 ; для автомобилей ГАЗ 3102 – 10 . Разработанная Э.З. Батмановым методика имеет практическую ценность, направленную на повышение информативности ДТП.

По немецким данным при оценке процесса столкновения различают энергию деформации и изменение скорости поврежденного транспортного средства в процессе столкновения. [ ] В 1980 г. было дано определение EES (Energy Equivalent Speed) – энергия эквивалентная скорости:

Часть кинетической энергии транспортного средства, особенно при касательных или эксцентричных ударах, преобразуется в ротационную энергию (при вращательном движении) или во фрикционную работу (при планировании). Точно также, например, придвижении по инерции после планирования еще может сохраняться энергия движения от удара, которая должна быть ликвидирована шинами (работа деформации и трения). Следующую долю энергии привносят упругие обратные деформации. Согласно оценкам различных аварийных тестов эти упругие составляющие энергии следует рассматривать как очень малые по отношению к энергии деформации. Поэтому при обычных тестах взаимодействия с твердым препятствием со 100 % - м перекрытием скорость удара может быть принята приблизительно равной EES.

Исследования профессора Чирвы из Великобритании затрагивают весь спектр ДТП с легковыми автомобилями. В его работах приводятся данные о пассивной безопасности автомобилей, как при лобовых и боковых столкновениях, так и при опрокидывании. Данные реальных испытаний автомобилей сравниваются с результатами математического моделирования. Эти исследования также имеют практическую ценность. [ ]

Из приведенного анализа различных критериев оценки пассивной безопасности автомобилей можно сделать вывод, что критерия однозначно оценивающего пассивную безопасность автомобиля при ДТП не существует.