Введение
Как правило, автопроизводители знают, что покажет на краш-тестах та или иная их продукция, задолго до того, как она станет жертвой EuroNCAP или другого независимого экспертного бюро. Совершенствование пассивной безопасности съедает солидную долю бюджета, выделенного на разработку новой модели. Например, испытательный полигон французской группы PSA Peugeot-Citroen в Сошо каждый год проводит 700 различных тестов на пассивную безопасность. Сам центр занимает площадь 430 га, в нем работает 1300 человек. Краш-тесты проводятся на всех этапах создания автомобиля. Даже прототип тестируется по всем видам удара, не говоря уже о предсерийных моделях. Кроме того, «на бойню» отправляется один случайно выбранный автомобиль каждой действующей модели в год.
Кстати, испытательный центр АвтоВаЗа почти не уступает европейским ни по оснащенности, ни по уровню инженерной мысли.
Как рассказали в дирекции по техническому развитию АвтоВаЗа, в заводском испытательном центре каждый год устраивается 70-80 полномасштабных испытаний автомобилей на фронтальный и боковой удары, около 70% из них проводится в рамках НИОКР, остальные – это периодические проверки серийных машин. При создании автомобилей АвтоВаЗ ориентируется на требования к безопасности, принятые во всем мире. Правда, ближе к серийному производству высокая цель превращается в задачу-минимум – НИЦИАМТ, проще – Дмитровского полигона. При сертификации отечественных легковушек краш-тесты не требуются, таким испытаниям в обязательном порядке подвергаются лишь кабины грузовиков и автобусов. Поэтому легковые автомобили в Дмитрове бьют только по заказам со стороны – от производителей, дилеров, автомобильных изданий.
Глава 1. Аксидентология
В толковом словаре такого слова нет. В энциклопедическом тоже. Нет и в словаре иностранных слов. Вероятно, потому, что термин этот появился недавно. Аксидентологией – в настоящее время называют науку об авариях, об их причинах, последствиях и, конечно, о том, как аварии предотвращать: accident – это и есть авария, несчастный случай.
Первые же серии начавшихся в 1996 году независимых краш-тестов по программе EuroNCAP вызвали шок. Полный провал тогдашней «трешки» BMW: два балла из 16 возможных при фронтальном ударе. Если подходить формально, то такой результат в ходе тестов Авторевю показали Ока из Набережных Челнов и ИЖ-2126. Под сомнение были поставлены достижения в сфере пассивной безопасности и не только немецких, но и шведских производителей. Со многими японскими, итальянскими и английскими машинами – вообще беда. Досталось и французам.
Глава 2. Методика проведения краш-тестов
І старая методика – по которой проводились тесты по 1999 г. заключительно. Она включает:
— лобовое столкновение с жестким барьером;
— боковое столкновение с деформируемым барьером.
ІІ новая методика – (с 2000 г.) включает:
— лобовое столкновение с жестким барьером;
— лобовое столкновение с 40%-ым перекрытием с деформируемым барьером (методика EuroNCAP);
— боковое столкновение с деформируемым барьером (методика EuroNCAP).
2.1. Лобовое столкновение
В данном случае манекены располагаются на обоих передних сидениях (водитель и пассажир). Оба манекена пристегиваются ремнями безопасности. Столкновение с бетонным препятствием происходит на скорости 55 км/ч (допустимое отклонение ± 1 км/ч). На манекенах проверяется вероятность травмирования головы, шеи, грудной клетки и ног. Оцениваются повреждения и деформации автомобиля. По этим результатам дают оценку степени защиты пассажиров по 5- бальной шкале.
2.2. Лобовое столкновение с 40%-ым перекрытием
При данном тесте манекены также располагаются на передних сидениях (водитель и пассажир). Оба манекена пристегиваются ремнями безопасности. Столкновение происходит с алюминиевыми сотами в виде блока 40%-ым перекрытием со стороны водителя, т.е. удар приходится на 40% ширины передней части автомобиля со стороны водителя. Скорость столкновения 64 км/ч (допустимое отклонение ± 1 км/ч). На манекенах проверяется вероятность травмирования головы, шеи, грудной клетки и ног. Оцениваются повреждения и деформации автомобиля. По этим результатам дают оценку степени защиты пассажиров по 5-ти бальной шкале.
Так как тест происходит при столкновении с препятствием частью автомобиля, сила, действующая на манекены меньше, чем при «полном» лобовом столкновении. Однако, при «полном» лобовом столкновении проверяются в основном средства удержания пассажиров, такие как подушка безопасности, а при столкновении с 40%-ым перекрытием оценивается степень деформации кузова автомобиля и вероятность травмирования вследствие этих деформаций.
2.3. Боковое столкновение
Боковые столкновения наиболее опасны для водителя и пассажиров, в зависимости от стороны удара. Тест проводится следующим образом: тележка весом 950 кг и шириной 1,5 метра на скорости 55 км/ч (допустимое отклонение ± 1 км/ч) ударяет неподвижный автомобиль в бок со стороны водителя. На манекене водителя проверяется вероятность травмирования головы, грудной клетки, живота и таза. Результаты оцениваются по 5-ти бальной шкале.
Передняя часть ударяющей тележки сделана похожей на перед обычного автомобиля. Кроме того, она имеет ударопоглощающие алюминиевые сотоы, которые обеспечивают жесткость переда тележки такую же, как у обычного автомобиля.
2.4. Характеристики манекенов
В тестах при лобовом столкновении используется манекен Hybrid ІІІ, изготавливаемый в США, который имитирует взрослого человека, средней комплектности: рост 178 и вес 85 кг.
В тестах при боковом столкновении используется манекен Европейского производства Euro SID-1, имеющий рост 178 см и вес 75 кг.
2.5. Оценка результатов тестов
По 1999 г. включительно проводились тесты по старой методике. Результаты тестов оценивались по 5-ти бальной системе. Каждая оценка означает следующее:
5 – вероятность повреждения головы или шеи очень низкая;
4 – вероятность повреждения головы и шеи очень низкая; других частей тела – низкая;
3 – вероятность повреждения головы или шеи низкая;
2 – вероятность повреждения головы или шеи низкая; других частей тела также низкая;
1 – вероятность получения повреждения головы и шеи значительная;
0 – высокая вероятность получения повреждения головы и шеи.
С 2000 года тесты проводятся по новой методике и по результатам трёх тестов даётся общая (средняя) оценка безопасности автомобиля по 5-ти бальной шкале и в очках. Результаты каждого теста также оцениваются по 5-ти бальной шкале и количеством очков. Следует отметить, что в отличие от старой методики, по новой оценка указывается с точностью до десятых.
Дополнительно указывается нагрузка на наиболее важные части тела человека.
2.6. Допускаемые нагрузки на различные части тела человека
| Максимальная безопасная величина | Травмоопасная граница (вероятность серьёзной травмы 50%) | |
| Суммарные перегрузки голова HIC (Head Injury Criteria) | 650 | 1000 |
| Изгибающий момент шеи, Нм | 42 | 57 |
| Сжатие грудной клетки, мм | 22 | 50 |
| Нагрузка на бедренную кость, кН | 3,8 | 9,07 |
| Критерий травмы голени, TI | 0,4 | 1,3 |
| Допускаемые деформации | ||
| Смещение рулевой колонки, мм | — | 110 |
| Смещение педали тормоза, мм | 100 | 200 |
Так выглядит основной арсенал безопасности европейских машин. Российские автомобили будут лишены надувных «занавесок» защиты головы, но передние ремни с преднатяжителями и водительская подушка войдут в «базу». Обратите внимание на верхние, горизонтальные, усилители дверей (по словам инженеров, они повысили жесткость «клетки» салона на треть) и поперечину под передней панелью – она перераспределяет энергию при боковом ударе.
Распределение нагрузок при лобовом столкновении. Удары на скорости 15 км/ч должна принять на себя легкосъёмная поперечина под бампером, которая крепится к торцам лонжеронов на болтах
Подрамник силового агрегата крепится к кузову с помощью специальных кронштейнов (показаны красным), которые при сильном ударе ломаются и не позволяют деформировать пол под ногами передних седоков
Защиту пешеходов при наезде обеспечивает зазор в 70 мм между капотом и двигателем (на рисунке схематически изображены »головы» ребенка и взрослого пешехода).
При фронтальном краш-тесте (Frontal Impact Test) столкновение происходит на скорости 64 км/ч с барьером из алюминиевых сот. Удар приходится на 40% ширины передней части автомобиля со стороны водителя. Максимальный балл – 16.
Боковой краш-тест (Side Impact Test) происходит на скорости 50 км/ч. Тележка весом 950 кг с деформируемым барьером врезается в переднюю дверь со стороны водителя. Если автомобиль оснащен боковыми надувными шторками, то проводиться ещё один тест – имитация бокового наезда на препятствие (Pole Test). Максимальный балл – 16.
Глава 3. Травма водителей и пассажиров внутри автомобиля
Повреждения внутри автомобиля возникают преимущественно при столкновении автомобиля с другими транспортными средствами или неподвижными предметами, реже при опрокидывании автомобиля и его падении с высоты. Внезапная остановка машины сопровождается наклоном тела и нередко выбрасыванием его вперёд. Нижние конечности, грудь голова водителя и пассажира ударяются о части и механизмы кабины или кузова автомобиля (щиток приборов управления, крышу, рулевое колесо, ветровое стекло и др.). В момент удара образуется основное количество контактных повреждений. Чем больше скорость автомобиля и внезапнее его остановка, тем выше ускорение и сила удара о части кабины.
Водитель плотно фиксирует свое тело: упирается ногами на педали, руками – на рулевое колесо, что в известной степени ограничивает смещение его тела при неожиданном и резком торможении. Тело пассажира менее «устойчиво». При резких толчках оно легко смещается, сильнее ударяется о части кабины и получает при этом большее число повреждений иного вида, особенностей и тяжести. Повреждения у водителей и пассажиров внутри автомобиля могут быть локальными и отдаленными, специфическими, характерными и нехарактерными.
Специфические и характерные повреждения в большинстве случаев позволяют с большой достоверностью определить вид травмы и место, занимаемое пострадавшим в автомобиле в момент происшествия.
При травме внутри автомобиля имеются две фазы повреждений: 1-ая соударение смещаемого по инерции тела с частями и деталями кабины; 2-ая сдавление тела между сместившимися частями кабины и сиденьем. В 1-й фазе повреждения обусловлены ударным воздействием, а во 2-й – сдавлением. В результате удара о рулевое колесо, панель щитка приборов управления, ветровое стекло у водителя и пассажира возникают локальные повреждения в области стоп, коленных суставов, кистей, грудной клетки и живота, шеи и головы. Одновременно с локальными образуются отдаленные повреждения в области голеней, бёдер, таза, груди и шейного отдела позвоночника
В 1-й фазе травмы внутри автомобиля у водителя возникают локальные повреждения одежды и тела: отпечаток на подошве обуви рельефа педали или коврика разрыв ранта обуви у мыска; отрыв каблука; механические повреждения – разрывы перчаток в промежутке между первым и вторым пальцами; обширные кровоизлияния на подошвенной и боковой поверхностях стопы от удара ею о педаль и пол автомобиля закрытые локальные переломы костей плюсны, таранной, пяточной и другой костей от удара стопой о педаль и о пол автомобиля; поперечно расположенные ссадины и кровоизлияния, ушибленные раны на передней поверхности верхней трети голени и коленном суставе от удара ими о панель приборов управления; локальные переломы верхней трети голени берцовой кости и надколенника от удара о панель приборов управления ссадины и кровоизлияния на внутренней поверхности бёдер в средней и нижней трети от удара о рулевую колонку; ссадины, кровоизлияния, ушибленные раны на наружной поверхности левого бедра, отображающие форму, иногда размеры отдельных частей дверцы кабины.
Локальными повреждениям у водителя, возникающим в 1-й фазе, всегда соответствуют отдаленные повреждения: конструкционные переломы костей голеней, бедра, костей таза, в частности вертлужной впадины, рёбер по подмышечным линиям, костей предплечья и плечевого пояса, рваные раны задней поверхности локтевого сустава с разрывом суставной капсулы и задним вывихом костей предплечья. Все эти повреждения – результат действия силы по оси конечностей (нижней и верхней) при фиксированном туловище.
Во 2-й фазе травмы внутри автомобиля возникают локальные повреждения (разрывы) перикарда, сердца, дуги аорты, легких с массивными кровоизлияниями в клетчатку средостения и в плевральные полости. Кроме того, наблюдаются обширные разрывы и размножения печени, селезёнки, почек с кровоизлияниями в брюшную полость и клетчатку забрюшинного пространства (рис. 3.6).
У пассажиров, находящихся на переднем сиденье, от удара о панель щитка приборов управления на передней поверхности шеи возникают ссадины, кровоподтёки, кровоизлияния в глубокие мышцы, переломы подъязычной кости, хрящей гортани и повреждения органов шеи.
У водителей и пассажиров почти одинаково часто наблюдаются повреждения мягких тканей передних поверхностей коленных суставов или верхней трети голеней от удара о щиток приборов управления; они имеют вид подкожную жировую клетчатку и мышцы, иногда с переломами надколенника, мыщелков большой берцовой кости.
У пассажиров в отличие от водителей встречаются множественные разнообразной формы и величины резаные раны мягких тканей кистей и предплечий от осколков ветрового стекла или дверцы.
3.1. Переломы костей черепа
Переломы костей черепа у водителей и пассажиров наблюдаются довольно часто. Место удара, как правило, — лобная или лобно-височная область. Переломы чаще закрытые линейные или вдавленные, располагаются одновременно в области свода и основания черепа. Иногда вдавленные переломы отображают форму и размеры детали автомобиля. У пассажиров переломы костей черепа всегда более обширные, чем у водителя, что объясняется особенностями положения пассажира в автомобиле. Нередки переломы костей лицевого скелета, зубов, открытые переломы нижней челюсти. Повреждаются оболочки и вещество головного мозга, их сосуды. Морфологические особенности этих повреждений такие же, как и при ударе головой в результате выпадения из автомобиля.
3.2. Повреждения позвоночника
Повреждения позвоночника у пассажиров наблюдаются в 1,5 раза чаще, чем у водителей. Преобладают переломы шейного отдела позвоночника. Повреждения шейных позвонков происходят в результате чрезмерного сгибания или разгибания шеи при движении головы по инерции вперед или назад. Это так называемые хлыстообразные (или хлыстовые) повреждения (рис. 3.7).
3.3. Повреждения грудной клетки
Повреждения грудной клетки у водителей и пассажиров возникают от удара передней, боковой, реже задней поверхностью туловища о части и детали кабины и кузова. Наибольшее значение имеют переломы рёбер и грудины. Переломы рёбер у водителей встречаются реже, чем у пассажиров. Они преимущественно закрытые, располагаются по окологрудинной, средне ключичной и реже передней подмышечной линиям с одной или обеих сторон и возникают по типу прямых переломов. На левой половине обычно повреждается большее число рёбер, чем на правой. Преобладают повреждения І–VІ рёбер. У пассажиров чаще бывают множественные двусторонние переломы рёбер преимущественно по боковым поверхностям грудной клетки, больше справа.
Значительную группу составляют повреждения ІІІ–VІІІ рёбер. В момент удара грудью возникает прямой поперечный перелом грудины на границе тела и рукоятки или в области тела. Он сочетается с повреждениями хрящей ІІ–ІV рёбер, ключиц и грудиноключичных сочленений.
3.4. Механизм закрытой черепно-мозговой травмы
Черепно-мозговая травма весьма разнообразна в своих морфологических проявлениях. Поэтому очень важно систематизировать все встречающиеся проявления черепно-мозговой травмы, чтобы в дальнейшем руководствоваться этим и в практической работе, и в теоретических исследованиях проблемы.
Черепно-мозговая травма подразделяется на открытую и закрытую. Несмотря на глубокое и всестороннее изучение проблемы травмы мозга, до сих под нет единого и точного определения закрытой черепно-мозговой травмы.
Н. Н. Бурденко (1951), Б. А. Самотокин (1951), В. В. Гориневская (1952), А. А. Арендт (1954) и др. понимают под закрытой травмой черепно-мозговые повреждения, при которых не нарушена целость покровов черепа. Ряд авторов под закрытой черепно-мозговой травмой понимают нарушение либо костей черепа при сохранении целости кожных покровов, либо повреждения мягких покровов черепа без нарушения костей черепа (М. Г. Рамм, 1952; И. С. Бабчин, 1958; В. М. Угрюмов, 1958; В. Д. Баранов, 1959; X. Н. Зильберштейн, 1962; И. М. Иргер, 1963, и др.) и считают, что при закрытой травме головного мозга могут возникать такие повреждения мягких покровов, которые не сопровождаются нарушением целости непосредственно подлежащих костей черепа.
Если же имеется одновременное повреждение мягких покровов и костей черепа, то такая травма должна быть отнесена к открытым переломам. Пограничными между закрытой и открытой травмами черепа В. М. Угрюмов считает перелом его основания. Если имеются переломы пирамид височных костей решетчатой пластинки лобной кости или переломы костей, вскрывающие придаточные полости черепа (носа, уха, основной кости), то такие переломы следует считать открытыми.
В.П. Недохлебов (1940), А.Н. Новиков (1955). Wertheimer и Descotes (1951), Linclenberg и Freytag (I960) и др. допускают при закрытых травмах нарушение мягких покровов головы и переломы костей черепа без нарушения целости твердой мозговой оболочки.
Л.И. Смирнов (1947) и Х.Н. Зильберштейн (1962) пришли к заключению, что патологоанатомический процесс открытой и закрытой черепно-мозговой травмы в смысле патогенного действия механической энергии и патологоанатомической картины повреждений мозга мало чем отличается, хотя в клинике подобное разграничение имеет большое практическое значение.
К закрытой черепно-мозговой травме следует относить такую травму, при которой не нарушается герметичность полости черепа. Это будет правильно и с клинической, и с морфологической точки зрения.
Так как до сих пор нет общепринятого определения закрытий травмы черепа, о ней нет и сколько-нибудь точный статистических данных о частоте ее встречаемости, а имеются только разрозненные сведения. Так, по данным И.С. Бабчина (1949), закрытая черепно-мозговая травма встречается в 82,8%, а открытая — в 17,8%. По отношению же вообще ко всем травмам закрытые черепно-мозговые травмы по данным И. С. Бабчина, составляют 23,2%, по данным А. В. Каплана (1956) — 28,5%.
Среди повреждений военного и мирного времени, закончившихся смертью, травмы головы занимают ведущее место — по данным А. В. Русакова (1952), они составляют 40 %.
Закрытые травмы черепа и мозга в военное время приобретают особый удельный вес. По данным С. В. Гольмана (1949), во время Великой Отечественной войны закрытая травма головного мозга без повреждений костей черепа-составляла 63,3%, закрытая травма с повреждением костей черепа — 36,7%.
Импрессионная травма бывает при ударе о череп небольшого предмета. Череп в основном остается в покое, а сила исчерпывается в месте удара из-за прогиба кости. При ударе (местное воздействие и с ним небольшое ускорение) изменения в основном выражены на стороне удара. Компрессионная травма возникает вследствие избыточного давления при прохождении снаряда через череп. При этом возможно повышение давления внутри черепа до 20-40 атм., распространяющегося со скоростью 1 м/сек. Это давление через кору мозга может передаваться костям черепа и вызывать взрыв черепной коробки (Sellier, Unterharnscheidt, 1963).
Направление удара также имеет значение. Welte (1956) и другие авторы различают 6 типов направления удара при травме черепа: 1 тип- удар сзади, в сагиттальном направлении; II тип- удар спереди, в область лба, в направлении кзади; III тип- удар справа- налево; IV тип- удар слева направо; V тип- удар сверху, в направлении позвоночника; VI тип- удар снизу- вверх, при падении на ноги, ягодицы.
- — тип удара называется еще классическим, так как встречается чаще всего при падении назад и ударе затылком. Особенно часто наблюдается у лиц, находящихся в состоянии опьянения.
- — тип удар лбом, встречается нечасто. Наблюдается у пассажиров автомашин от ударов о ветровое стекло при резком торможении. Иногда встречается при падении, может быть у эпилептиков.
- и IV — типы ударов встречаются нечасто. Этому типу ударов препятствует при падении плечо, что смягчает удар.
- — тип ударов встречается редко, при падении на темя с большой высоты, при падении на голову тяжелых предметов.
- — тип удара также встречается редко при падении с большой высоты на ноги или ягодицы, например, при парашютных прыжках.
При анализе черепно-мозговой травмы в конкретном случае необходимо учитывать все эти особенности типов черепно-мозговой травмы и направления удара.
Изучению механизма закрытой черепно-мозговой травмы посвящены исследования многих авторов (Gur-djan и Webster, 1959; Schneider, 1948; Lenggenhager, 1947; Gross, 1958; Sellier, I960; Sellier и Muller, I960; Unterharnscheidt, 1963; Sellier и Unterharnscheidt, 1963, и др.). Только зная, что происходит в полости черепа при воздействии на него тупой силы, можно понять и морфологические изменения, обнаруживаемые в полости черепа. Механизм закрытой черепно-¬мозговой травмы при воздействии на голову тупой силы — это физическая проблема, которая и должна изучаться специалистами, владеющими физическими методами исследования. Поэтому следует прежде всего изложить современные данные точных физико-механических исследований механизма закрытой черепно-мозговой травмы и их краткую историю.
В последние годы на основании точных физических исследований Sellier и Unterharnscheidt (1963) было доказано, что при воздействии тупой силы на череп при закрытой черепно-мозговой травме морфологические изменения вещества мозга в области противоудара, а иногда и удара вызываются возникающим отрицательным давлением и развивающейся в связи с этим кавитацией. Первым указал на значение отрицательного давления для образования очагов в области противоудара еще в 1873 г. Felizet (цит. по David, Frank, Marx, 1965). В дальнейшем это было подтверждено Lenggenhager (1947), Schneider (1948) и Fride (1955), Schneider (1948, 1951) в связи с разработкой предохранительных шлемов для головы, предупреждающих ее повреждения, изучал механизмы травмы, в частности физические анализы противоударных повреждений. Он пришел к выводам, что противоударные повреждения могут возникать только там, где голова при ударе получает ускорение. При этом в области противоудара возникает вакуум, чем обусловлено возникновение разрывов в веществе мозга (рис. 3.8).