Интенсивность движения на дорогах непрерывно возрастает,вовлекая все большие массы людей и материальных средств. Большую роль в этом процессе играют совершенство конструкции автомобилей и методы их испытаний, совершенство этих методов.
Под пассивной безопасностью автомобилей понимают совокупность конструктивных средств, позволяющих избежать или снизить тяжесть травмирования участников движения при ДТП.В последнее время в этой области все большее внимание уделяется комплексному (системному) подходу, в частности, методам оценки безопасности автомобилей. Внедрение комплекса мероприятий по модернизации выпускаемых моделей и разработка более безопасных автомобилей связаны в большей степени с конкурентной борьбой фирм за рынки сбыта, что в конечном итоге ведет к систематическому уменьшению количества ДТП и их тяжести.Как считают специалисты, такая стратегия может дать наибольший эффект для общества в целом. Нет сомнений, что повышение пассивной безопасности АТС и, в частности, легковых автомобилей, является одним из приоритетных направлений в общем комплексе задач и мер по повышению безопасности дорожного движения.
В настоящее время большая роль в разработке и внедрении мероприятий по повышению пассивной безопасности автомобилей отводится использованию методов оценки условий и последствий ДТП на базе анализа реальных проишествий. При этом выделяемые на совершенствование пассивной безопасности автомобилей финансовые и материальные ресурсы, как правило, ограничены. [1]
Исследования внутренней пассивной безопасности автомобиля являются стандартной и многогранно регламентированной процедурой для автомобильной промышленности. Основным исследуемым объектом является множество вариаций различных факторов, влияющих на поведение автомобиля в момент аварии.
Однако, при массовых испытаниях пассивной безопасности легковых автомобилей производителями, исследовательскими институтами, международными и прочими организациями, исследования пассивной безопасности автопоезда, как единой конструкции, имеют незначительную долю. Одним из наиболее популярных примеров является независимое испытание фронтального столкновения автопоезда на базе ВАЗ 2110 (рисунок 1), проведенного редакцией журнала «За Рулем».
Рис. 1 – фронтальное столкновение автопоезда на базе автомобиля ВАЗ 2110.
Однако, большинство таких испытаний (в основной массе –полномасштабные натурные эксперименты) проводятся исключительно для демонстрации и разовой визуальной оценки тяжести последствий ДТП с участием легкового автопоезда, чем для качественной оценки, анализа и улучшения безопасности ТС целиком.
Так как проведение полномасштабных натурных экспериментов очень ресурсоемкий и затратный метод испытаний, активно используются современные системы конечно-элементного моделирования. В настоящее время пакеты типа ABAQUS, ANSYS, LS-Dyna, MSC.Dytran и т.п. активно используются для моделирования поведения транспортных средств при ДТП. Крупные автомобильные фирмы, располагая солидной вычислительной техникой, имеют для своих автомобилей разработанные детальные модели (сотни тысяч и миллионы конечных элементов), на которых выполняют разнообразные исследования действующих моделей и прототипов новых, выполняя широкий круг исследований по аэродинамике, прочности и динамике. Уровень развития численного моделирования в настоящее время настолько высок, что разработаны даже стандарты для таких исследований.[2]
Актуальность проблемы повышения пассивной безопасности автомобилей требует постоянного совершенствования методов ее оценки свойств на всех стадиях проектирования конструкций. В этой связи возникает потребность дальнейшего развития существующих методик расчетной оценки безопасности кузовов автомобилей. При этом на начальных этапах проектирования конструкций и исследования концепций, целесообразно использование упрощенных методов при условии получения достоверных результатов. [3]
В качестве объектаисследования в первом приближении был выбран абстрактный автопоезд, с усредненными параметрами среднестатистических легкового автомобиля и прицепа. Для проведения качественного анализа фронтального столкновения данного автопоезда была создана конечно-элементная модель в пакете SimuliaAbaqus с небольшим количеством элементов, и было проведено несколько симуляций фронтальных столкновений модели, позволяющие установить влияние массы прицепа (в интервале от 500 до 1000 кг) и процента перекрытия (по определению EuroNCAP – доли от самой широкой части кузова [4])на пассивную безопасность автомобиля-тягача.
Первичными критериями оценки уровня пассивной безопасности были избраны соотношения расстояний между конечными точками недеформированных элементов кузова, деформированных при столкновении только тягача и деформированных при столкновении автопоезда. [5]
На рисунках 2и 3 показаны полученные в ходе исследования соотношения величин исходного и деформированного состояния в зависимости от изменения процента перекрытия при столкновении. Данные были получены исходя из следующих постоянных условий: масса тягача – 1750 кг., масса прицепа – 500 кг., скорость при ударе – 17,7 м/с (64 км/ч – по нормам EuroNCAP).
Обозначения, принятые на рисунках 2, 3: LT – Верхняя левая продольная грань кузова; LB – Нижняя левая продольная грань кузова; RT – Верхняя правая продольная грань кузова; RB – Нижняя правая продольная грань кузова.Недеформированный кузов обозначен маркирован как “Исходное состояние”.
Рис. 2 – зависимость деформаций кузова от процента перекрытия при столкновении тягача
Рис. 3 – зависимость деформаций кузова тягача от процента перекрытия при столкновении автопоезда
На рисунке 4 продемонстрирована зависимость конечных деформаций от массы прицепа. Соответственно, применены начальные условия, аналогичные предыдущему испытанию, за исключением перекрытия, которое постоянно и равно 100% от ширины кузова автомобиля.
Рис. 4 – зависимость деформаций кузова тягача от массы прицепа при столкновении автопоезда.
Создание детальной модели, позволяющей учесть большинство величин, регламентированных нормативными документами, требует больших временных и машинных затрат, не оправданных в данном случае. Поэтому модель для данного исследования ограничена небольшим количеством структурных элементов, отсутствием деталей интерьера и рядом допущений (недеформируемый прицеп, упрощенная компоновка автомобиля и т.д.)[5].
Данное исследование позволило дать качественную оценку базовых параметров, влияющих на остаточное жизненное пространство в кузове тягача после столкновения, как отдельной конструкцией, так и в составе автопоезда. Выявленные зависимости дают возможность определить критерии, влияющие на пассивную безопасность тягача в составе автопоезда, а более углубленное изучение проблемы с применением моделей с высшим уровнем детализации и расширенным набором переменных факторов позволит значительно улучшить безопасность конструкции тягачей для малотоннажных легковых автопоездов.
Литература:
Методика интегральной оценки пассивной безопасности легковых автомобилей. / Токарев А.А., Батманов Э.З. // Московский автомобильно-дорожный институт (государственный технический университет). – М.,2003г. – 174 с.
http://www.tesis.com.ru/infocenter/downloads/abaqus/abaqus_es08_vgtu.pdf
Орлов, Л.Н. Основы разработки конечно-элементных моделей кузовных конструкций авто- транспортных средств. Расчеты на безопасность и прочность: учеб. пособие / Л.Н. Орлов, А.В. Тумасов, Е.В. Кочанов [и др.]; под. ред. Л.Н. Орлова // Нижегородский государственный технический университет. им. Р.Е. Алексеева. – Н. Новгород, 2009. – 153 с.
Шевяков, Е.А. Анализ пассивной безопасности автопоездов при фронтальном столкновении // XXIII Международная инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов (МИКМУС – 2011): материалы конференции (Москва, 14-17 декабря 2011 г.). / М: Изд-во ИМАШ РАН, 2011. – 289 с.
