История и новейшие достижения в области пассивной безопасности автомобиля⁠⁠

Наши дороги — это круглосуточно действующий полигон краш-тестов: каждые три минуты в России происходит ДТП. Все мы убеждены, что умеем водить без лишнего риска, и стараемся не думать о том, что в любой момент из переулка наперерез выскочит автомобиль, водитель которого отвлекся, чтобы сменить радиостанцию. К неизбежному удару мы чаще всего абсолютно не готовы. К счастью, автомобиль готов. Он обязан уметь держать удар, таким он создан. И чем новее модель, тем совершеннее она по части безопасности.

В этой статье мы расскажем об истории и новейших достижениях в области пассивной безопасности. Этим термином называют технические решения, которые срабатывают в момент столкновения, когда все способы, призванные предотвратить ДТП — средства активной безопасности, — не помогли избежать аварии. Подушки, ремни, детские кресла, конструктивные особенности кузова и салона — все это должно правильно сработать в роковую секунду. А если быть более точным, счет идет на миллисекунды.

Кузов. Как мятый металл спасает жизни

Моя машина — моя крепость, полагали создатели автомобилей со времен первых самобеглых экипажей. Чем массивнее и прочнее конструкция — тем лучше. Так считалось вплоть до середины XX века, но с ростом скоростей оказалось, что слишком жесткий кузов не только не решает всех проблем, но даже вредит делу.

Если в кастрюлю положить лампочку и уронить кастрюлю на пол, то прочность самой кастрюли никак не спасет лампочку — это очевидно. А если же снаружи и изнутри стенки кастрюли оклеить поролоном, то шансы на «выживание» у лампочки резко увеличиваются.

Примерно так устроен любой автомобильный кузов в наши дни: в его основе — жесткая силовая клетка, снаружи окруженная сминаемыми зонами, а изнутри имеющая травмобезопасный интерьер. Первым такую конструкцию довел до ума венгерский инженер Бела Барени, работавший в середине прошлого века на Mercedes. Полученный им в 1952 году патент пошел в серию уже в 1959 году, когда на конвейер встал представительский седан Mercedes-Benz в кузове W111 — родоначальник S-класса.

Это первый в истории автомобиль, кузов которого получил зоны с запрограммированной деформацией, поглощающие удар. Кроме того, в салоне Бела Барени впервые применил складывающуюся рулевую колонку и травмобезопасный руль. Считается, что именно Барени первым обозначил пассивную безопасность как один из главных принципов конструирования автомобиля.

По сей день при проектировании машин больше всего сил и времени тратится на разработку силовой структуры кузова. При ударах спереди и сзади на небольших скоростях основную нагрузку принимают на себя так называемые краш-боксы — элементы с запрограммированной деформацией. Они сжимаются, как гармошка, не пропуская энергию удара дальше. Если же удар сильнее, то нагрузка распределяется по всем силовым элементам: лонжеронам, подрамникам, стойкам крыши и т.п. Вся структура в случае столкновения должна работать как единое целое. Одна беда: заранее никогда неизвестно, в какое место придется удар…

Лучше всего автомобили, конечно, защищены спереди: из числа опасных ДТП большинство — фронтальные, а на втором месте — удары сзади. Но от таких ударов и защититься легче, ведь спереди и сзади можно разместить довольно массивные сминаемые зоны. А вот обезопасить седоков от ударов сбоку намного сложнее. Внутрь дверей встраивают прочные брусья безопасности, а центральную стойку и пороги проектируют таким образом, чтобы энергия удара перетекала на поперечные усилители пола и крыши.

Это видео на примере Lexus ES наглядно демонстрирует, насколько сложна структура кузова современного автомобиля

Лет 10–15 назад автомобили становились тяжелее с каждым поколением: конструкторам приходилось создавать все более массивные сминаемые зоны, чтобы кузов хорошо выдерживал краш-тесты. Сейчас тенденция обратная: все производители стремятся снизить массу машины ради экономичности и динамики. При этом безопасность кузовов не страдает, а только растет — спасибо высокопрочным сплавам стали.

Кузов кабриолета обязан выдерживать переворот не хуже, чем автомобиль с жесткой крышей, поэтому здесь максимально усилены стойки лобового стекла, а за головами седоков — дуги безопасности. У некоторых моделей они утоплены в кузов и «выстреливают» только в нужный момент

Еще одно сравнительно недавнее новшество в проектировании кузовов — это стремление защитить не только людей в автомобиле, но и пешеходов. Об этом, конечно, задумывались и раньше: в частности, ради защиты пешеходов с капота «Волги» ГАЗ-21 в 60-е годы исчезла фигура оленя. Но в наше время производители придумали много дополнительных решений, спасающих людей. В случае наезда на человека капот теперь способен приподниматься вверх, чтобы сгладить удар. Для этого в его креплении используют специальные шарниры (иногда с пиропатронами, выстреливающими в нужный момент). Ну а высшую степень защиты пешеходов обеспечивает специальная внешняя подушка безопасности. Она есть, например, у некоторых моделей Volvo.

Ремни. Обязательный минимум

До 50-х годов XX века привязные ремни считались сугубо авиационным решением. На автомобили их устанавливали только в порядке эксперимента. Считается, что одним из первых в этой области был французский ученый и изобретатель Густав Дези Лебе. Он установил пятиточечные ремни безопасности на автомобиль еще в 1903 году. Но в серию это изобретение тогда не пошло.

Ничего удивительного: даже в наши дни многие автомобилисты видят в ремнях только лишние неудобства. И глубоко ошибаются! По статистике, при фронтальном ударе ремни уменьшают риск серьезных травм в 2–2,5 раза, а при перевороте — в 5 раз!

Ремень безопасности сплетен из нитей полиэстера и рассчитан на нагрузку до трех тонн

После Второй мировой войны автопроизводители рассматривали несколько вариантов ремней безопасности. Одной поясной лямки (как на креслах пассажирских самолетов) в автомобиле недостаточно: в салоне машины много опасных мест, о которые можно удариться головой. Диагональная лямка от этого защищает, но из-под нее человек может выскользнуть. Совместил эти два решения шведский инженер Нильс Ивар Болин, который сначала работал в авиационном подразделении SAAB, а потом перешел в Volvo. Именно с его подачи в конце 50-х годов на конвейер встали привычные нам трехточечные ремни. Первыми их получили модели Volvo PV 544 и P 120 Amazon.

За прошедшие с тех пор полвека инженерная мысль не стояла на месте: современные ремни имеют гораздо более сложную конструкцию, чем во времена господина Болина. Конструкция шведского инженера была статичной — то есть каждому седоку приходилось подгонять ремень по фигуре. В 70-е годы автопром берет на вооружение инерционные ремни, которые сами сматываются в катушку. При резком движении тела вперед специальный механизм блокирует катушку, и ремень надежно удерживает седока. Кстати, катушка блокируется не только от движения лямки, но и от ускорения в любом направлении. То есть при ударе сбоку или сзади ремень сработает правильно.

Не менее важным изобретением стали преднатяжители ремня. В момент аварии срабатывают пиропатроны, туго затягивающие лямки. Когда-то это был инженерный прорыв, а сейчас такое решение фактически стало стандартным для всех автомобилей.

Самое свежее усовершенствование, которое мы получили в XXI веке, — это надувные (!) ремни. Речь о том, что в диагональную лямку встроена специальная подушка. Надуваясь при аварии, она увеличивает площадь контакта ремня с телом человека и таким образом уменьшает риск травм. Это решение стремительно завоевывает популярность в последние годы. Концепт был представлен Мерседесом в 2009 году, а уже на следующий год японцы запустили эту конструкцию в серию. Первой машиной, получившей надувные ремни, в 2010 году стал Lexus LFA. Вскоре их установили на Ford Explorer и Mondeo, потом Mercedes S-класса и другие модели.

На этом эволюция ремней безопасности не заканчивается. Автопроизводители уже подумывают о внедрении адаптивных ремней, которые автоматически будут подстраивать параметры своей работы под рост, вес и даже возраст седока. Разумеется, все это будет работать в комплексе с подушками безопасности

Подушки безопасности. Взрыв во благо

Некоторые наши сограждане настолько убеждены в эффективности подушек, что пристегиваться считают лишним. Любопытно, что в прежние годы эту идею даже поддерживали многие производители. В 70-е годы американские марки предлагали подушки в качестве опции, заменяющей ремни. Но опыт показал, что удерживающие устройства эффективно работают только вместе, когда ремни с пиропатронами и подушки безопасности связаны в единую систему.

Напомним известную истину: не пристегиваться при наличии подушки — опасно! При ударе человека, не удерживаемого ремнем, мгновенно бросает вперед. Для этого даже большая скорость не нужна. И тогда он встречается с не до конца раскрывшейся подушкой, которая летит ему в лицо со скоростью более 300 км/ч. Таким образом, даже при легком ДТП можно получить серьезные травмы. Не говоря уже о том, что непристегнутый человек рискует вовсе не попасть головой по подушке (или встретиться с ней по касательной) и дальше удариться обо что-то жесткое. Например, о стойку крыши.

Первая машина, получившая штатную подушку безопасности водителя и преднатяжители ремней, появилась в 1980 году, и это был Mercedes S-класса в кузове W126. Пассажирскую подушку в качестве базового оснащения начали ставить в 1987 году, и дебютировало это оборудование на Porsche 944 Turbo. Тогда же подушки безопасности взял на вооружение японский автопром: подобное оборудование начали ставить на Honda Accord.

Современные подушки безопасности обладают чудесным свойством: они молниеносно раскрываются именно с той стороны, откуда пришелся удар, а ложные срабатывания практически исключены. Главное, конечно, скорость раскрытия. Первые экспериментальные разработки 50-х годов использовали баллон со сжатым воздухом, но он слишком медленно надувал подушку. Достаточную скорость может дать только энергия взрыва. Такую обеспечили пиропатроны с твердотопливным зарядом азида натрия (NaN3). Его поджигает электрический импульс, и всего через 30-60 миллисекунд после зафиксированного удара купол подушки полностью раскрывается. И почти сразу начинает сдуваться — для этого в задней части подушки предусмотрены специальные отверстия. Таким образом, человек не «впечатывается» в кресло и может самостоятельно выйти из салона.

Команду раскрыть подушки подают датчики ускорений. Ранние разработки представляли собой механические датчики, в которых металлические грузики смещались под действием ускорений и замыкали контакты, активирующие Airbag. Точность их срабатывания оставляла желать лучшего. Но уже к 90-м годам все производители перешли на миниатюрные пьезоэлектрические акселерометры, способные мгновенно оценивать силу ускорения. Исходя из нее блок управления подушками решает, нужно ли открывать подушки, и какие именно. От легкого бокового удара раскроются только шторки с нужной стороны. А при возникновении риска переворота весь салон заполнится подушками.

Кстати, сколько подушек нужно в идеале? На Западе сейчас считается, что шесть — минимум. Законодательно это не закреплено, но модель без боковых подушек автоматически получает ноль баллов за боковой краш-тест и, как следствие, не более трех звезд в итоговом рейтинге (о краш-тестах — немного ниже). Поэтому меньше шести подушек европейцам не предлагает ни один производитель. Больше — пожалуйста. Седьмая, коленная подушка для водителя, уже давно стала распространенным явлением. В некоторых случаях производители идут еще дальше: скажем, у Toyota iQ есть подушки за головами задних седоков. Их роль понятна: в столь миниатюрной машинке удар сзади особенно опасен.

Детские кресла. Готовятся изменения в ПДД

В этом году исполняется 10 лет с того момента, когда в российских ПДД появилось обязательное требование использовать детские автокресла или иные специальные удерживающие устройства при перевозке пассажиров до 12 лет. Штатные крепления Isofix теперь есть в базовых версиях практически всех автомобилей, продающихся в нашей стране, включая Гранту и Калину. Это новшество успело спасти тысячи жизней, но могло бы спасти и гораздо больше. К сожалению, требования к детским удерживающим устройствам в нашей стране слишком мягкие, и многие подобные изделия, продающиеся в России, не только не полезны, но даже вредны в случае ДТП.

Обычные ремни безопасности не подходят маленьким пассажирам: лямки неверно удерживают тело, и в результате в большинстве случаев ребенок подныривает под поясную лямку, которая, в свою очередь, съезжает на живот и наносит тяжелые травмы брюшной полости. Испытания доказали, что полноценное детское кресло позволяет снизить нагрузку на живот втрое. А простой бустер — подушка, которая делает посадку ребенка выше, — уменьшает нагрузку в полтора раза. Проблема в том, что наши правила допускают использование не только детских кресел и бустеров, но и «иных средств» для пристегивания детей. Речь об адаптерах, представляющих собой своеобразную «сбрую» — систему ремешков и накладок, либо о бескаркасных сиденьях. Краш-тесты с использованием таких устройств, проведенные нашими коллегами из «Авторевю», доказали, что в случае аварии нагрузки на тело ребенка — запредельные.

Бустеры при фронтальном ударе могут сработать правильно, а вот при боковом почти бесполезны. Защитить от удара головой о дверь они не способны. То же, к сожалению, относится и к большинству трансформируемым в детские штатным сиденьям автомобилей.

Что же касается полноценных кресел, то и с ними, к сожалению, есть масса проблем. Только с 2015 года российские правила сертификации привели в соответствие с международными. Беда в том, что на рынке множество изделий, сертификаты которых — натуральная «липа». В России более десятка организаций имеют право выдавать такие сертификаты, при этом оборудование для проведения полноценных тестов есть только в НАМИ и на «АвтоВАЗе».

Недорогие кресла зачастую фиксируются только штатным ремнем безопасности, а этого недостаточно. При лобовом столкновении такое сиденье смещается далеко вперед, а кивок головой создает избыточную нагрузку на шею и голову. При покупке детского кресла лучше всего выбирать ту модель, которая надежно фиксируется Isofix-крепежом и «якорным» ремнем

Летом 2016 года в правилах, касающихся перевозки детей, наметились некоторые важные изменения. МВД опубликовало проект поправок в ПДД, которые запретят использование «иных средств», с помощью которых пристегивают детей. Авторы поправок признали, что адаптеры, подтягивающие лямки штатных ремней под размеры ребенка, на деле оказываются даже опаснее, чем ремни без адаптеров. По новым правилам детей старше 7 лет можно будет перевозить на задних сиденьях вообще без использования дополнительных приспособлений. А спереди — только в детском кресле. Для детей младше 7 лет допустимо только кресло — как впереди, так и сзади. Согласно поручению, которое президент России дал правительству этой весной, к 1 декабря 2016 года власти должны обеспечить внесение в законодательство изменений, которые разрешат перевозить детей до 7 лет только в машинах, оборудованных детскими креслами.

Краш-тесты. Какая методика точнее?

Когда независимые организации начали проводить краш-тесты автомобилей, выяснилась неприятная для производителей правда: многие модели, даже принадлежащие именитым маркам, при аварии ведут себя совсем не так, как ожидалось. Произошло это сравнительно недавно. Например, испытания Euro NCAP начали проводить в 1997 году.

Подборка первых краш-тестов Euro NCAP образца 1997 года. Десятка «худших» в плане безопасности автомобилей

Надо отметить, что в Америке краш-тесты Национальной администрации по безопасности движения на автомобильных дорогах (NHTSA) появились раньше — в 1979 году, а австралийский ANCAP существует с 1993 года, но именно европейская методика, взятая на вооружение в конце 90-х годов, перевернула весь автопром. Эта программа испытаний оказалась более жесткой, а оценка результатов стала вестись более подробно. Именно специалисты Euro NCAP первыми начали рассчитывать вероятность травм тех или иных органов, присваивая нагрузкам «зеленый», «желтый» или «красный» уровень в зависимости от их опасности.

Вслед за европейской организацией появился корейский KNCAP, китайский С-NCAP, латиноамериканский Latin NCAP и другие, а в 2010 году был учрежден Global NCAP, который призван объединить существующие программы испытаний. Почти все они сегодня базируются на европейской методике — фронтальный удар на скорости 64 км/ч о сминаемый барьер с 40-процентным перекрытием. Исключение составляют краш-тесты NHTSA, которые проводятся по-старинке: удар о недеформируемый барьер со 100-процентным перекрытием на скорости 56 км/ч.

Разбивать ежегодно десятки машин — дорогое удовольствие. Откуда у независимых организаций такие бюджеты? Например, Euro NCAP примерно половину своих средств получает непосредственно из денег европейских налогоплательщиков (проект совместно финансируют Германия, Франция, Великобритания, Швеция, Нидерланды и Каталония), а также от общественных организаций. Вторую половину средств организация получает от немецких и французских автопроизводителей. При этом Euro NCAP удается сохранить независимость. Представители комитета имеют право брать автомобили прямо с конвейеров заводов без предварительного уведомления

У других методик тоже есть индивидуальные особенности. Скажем, все существующие программы испытаний, кроме Latin NCAP, предполагают помимо фронтального еще и боковой удар. Не во всех странах в рейтинге учитывают безопасность пешеходов и работу электронных систем активной безопасности. Наиболее детальную картину разных видов ДТП сегодня могут дать две организации — западноевропейская Euro NCAP и американская IIHS.

Какая из них дает более достоверные данные? Сторонники заокеанской программы испытаний скажут, что она дает более полную информацию, поскольку IIHS проводит два фронтальных удара: один, как и в Европе, с 40-процентным перекрытием, а второй — с 25-процентным. Эта ситуация гораздо опаснее, ведь лонжерон и сминаемые зоны «передка» в этом случае толком не гасят удар.

С другой стороны, в европейской методике едва ли не каждый год появляются те или иные новшества в оценках, делающие требования к автомобилям все жестче и жестче. И мировой автопром вынужден подстраиваться под нормы Euro NCAP. Приведенный выше пример с 6 подушками, ставшими на Западе обязательными с подачи Euro NCAP, — лишь один из множества подобных случаев.

К сожалению, если российский покупатель пробует руководствоваться иностранными рейтингами при выборе автомобиля, то во многих случаях оказывается, что эти оценки неприменимы к машинам, продающимся у нас в стране. Дело в том, что к нам зачастую поступают комплектации, урезанные с точки зрения безопасности — все ради того, чтобы цены выглядели привлекательнее. Такие модели, как Toyota Corolla, Ford Focus, Skoda Yeti, Volkswagen Jetta и многие другие на Западе уже «в базе» имеют как минимум 6 подушек и ESP, а у нас это оборудование можно получить только за доплату.

Насколько безопасны младшие и самые «бедные» комплектации автомобилей? Трудно сказать, раньше их не испытывали. И только с 2016 года комитет Euro NCAP может присуждать автомобилю двойной рейтинг. Первая оценка касается базовой комплектации, вторая — «нафаршированному» с точки зрения безопасности автомобилю. Основным является первый рейтинг.

Независимые краш-тесты сыграли свою историческую роль: благодаря им смертность на европейских дорогах в последние 20 лет продолжает неуклонно снижаться. Euro NCAP и другие программы испытаний уже давно представляют собой не только краш-тесты, но и оценку работы всех систем активной безопасности. Более того, с 2016 года в методике Euro NCAP пассивная безопасность стала играть даже меньшее, чем прежде, значение. Ранее баллы, полученные за защиту взрослых седоков, имели 50-процентную долю в итоговой оценке, а теперь лишь 40%. Защита пассажиров-детей, как и прежде, имеет 20-процентную долю. Столько же и у защиты пешеходов. А вот электронные системы безопасности, которые ранее оценивались лишь в 10% итоговой суммы, теперь имеют 20%. Системы автоматического экстренного торможения, слежения за разметкой и тому подобные «автопилоты» становятся все совершеннее. Именно в области активной безопасности в последние годы случаются главные прорывы. Но это тема для другой статьи.

Источник: drom.ru