Системы пассивной безопасности: вчера и сегодня

Пожелтевшие страницы одного из журналов 1969 года демонстрируют, несомненно, прогрессивные разработки тех лет в области пассивной безопасности. Развитую силовую структуру кузова в виде дуг, заключенных в стойки крыши. Специальную травмобезопасную обивку интерьера и камеру вместо зеркал заднего вида. Топливный бак, отделенный от салона герметичной перегородкой, и систему пожаротушения в моторном отсеке. Апофеозом технической мысли конца 70-х воспринимается передний бампер, с помощью гидроопор способный поглощать энергию столкновения. В общем, этакий аналог нынешних SRS — Supplementary Restraint System — систем пассивной безопасности. Правда, без привычных сегодня атрибутов вроде ремней с преднатяжителями и подушек.

Да, представления о безопасности тогда были весьма своеобразные. Впрочем, как и заказчики, исполнители, а также реакция со стороны общественности и политиков. Например, приведенными выше решениями был напичкан автомобиль с пафосным названием New York. Разрабатывала его авиационная компания Republic aviation, известная истребителями времен Второй мировой и войны во Вьетнаме. Заказчиком в 1962 году выступал NHTSA — американский Комитет по безопасности движения на автомобильных дорогах. Машина в серию не пошла, более того, скорее всего, существовала только в макетах. А уже в 1970-м та же организация попыталась обязать все автокомпании через три года оснастить свои модели подушками безопасности. На нормальном уровне технологически выполнить это было невозможно. Отказ производителей поддержали СМИ и политики. В итоге обязательное использование подушек ввели только 20 лет спустя.

 
Судя по всему, автомобиль New York не был воплощен даже в виде полноразмерного макета. Во всяком случае, достоверной информации о том нет. Зато есть описание и схемы, которые красноречиво говорят — в конце 60-х годов будущая SRS находилась в зачаточном состоянии

В 70-х годах компанией Republic Aviation и купившей ее авиакомпанией Fairchild все-таки были созданы два прототипа под названием ESV, которые были разбиты при фронтальном краш-тесте о жесткий барьер на скорости 50 миль/час. Серийно автомобиль не выпускался

Система оценок

Показательно, что сейчас именно американская методика проведения краш-тестов наиболее прогрессивная и жесткая. В середине 2012 года Американский страховой институт IIHS провел первую серию испытаний по следующим правилам: 64 км/ч, 25% перекрытия и жесткий барьер. В этом случае удар приходится в колесо, возможно, мимо лонжерона и тем более других деформируемых зон передней части автомобиля. Всю нагрузку воспринимает силовая клетка салона. В результате почти провалили тест такие автомобили, как Mercedes-Benz C-класса, Lexus IS 250/350, Acura TSX, Audi A4, Volkswagen CC, Lincoln MKZ, Lexus ES 350, BMW 3-й серии и Toyota Camry. То есть те, в хорошей безопасности которых по итогам испытаний Euro NCAP сомневаться не приходится.

Краш-тест Lexus IS 250/350 с 25%-м перекрытием

Но в середине 90-х годов прошлого века ситуация была гораздо хуже. Государственных стандартов не существовало. Полномасштабные испытания по безопасности проводили только самые обеспеченные производители. Лишь в 1996 году законодательно удалось принудить фирмы к исполнению норм ЕЭК ООН №94: 56 км/ч, 40% перекрытие и удар о сминаемый барьер. Всего через год независимый европейский комитет (Euro NCAP — The European New Car Assessment Programme) провел серию краш-тестов по тем же правилам, но на скорости 64 км/ч. Несмотря на то что скорость столкновения выросла менее чем на 15%, кинетическая энергия от удара возросла более чем на 30%. Что любопытно, испытания Euro NCAP до сих пор не носят государственного статуса (официально существуют те же стандарты №94), хотя и спонсируются рядом стран. И все-таки именно они — отправная точка при разработке автомобилей всеми цивилизованными производителями. Так уж сложилось (причем довольно быстро), что без нормального рейтинга от Euro NCAP марке путь на европейский рынок заказан. Это произошло, например, с китайцами, которых удивило подобное цивилизованное отношение потребителей Старого света к своей продукции.

Краш-тест Audi A4 последнего поколения по методике Euro NCAP. Пять звезд или 93% защиты передних пассажиров. Габариты салона практически не изменились, дверь открывается без усилий, у водителя и пассажира хорошая защита всех частей тела

Краш-тест Audi A4 по методике IIHS — те же 64 км/ч, но жесткий барьер и 25% перекрытия. Нарушена силовая структура салона, смята дверь, порвана колесная арка. В целом защита при фронтальном ударе оценена как слабая

Модернизация скелета

Что же изменилось за время «реформ» в области пассивной безопасности? Прежде всего, силовая структура кузова. Это хорошо заметно на фотографиях и по отчетам, если сравнивать модели конца 90-х и автомобили, появившиеся 10-12 годами позже. Отличия — разительные! У первых почти во всех случаях смятая передняя стойка крыши, расположенная за «ударным» колесом, или даже сама крыша. Водительская дверь иногда была открыта, в некоторых эпизодах, напротив, помята и заблокирована. Руль «входил» в салон, туда же подавалась площадка пола под педалями. На ряде машин водитель сильно ударялся о баранку головой и грудью. Почти всегда опасному контакту с передней панелью подвергались колени, голени и стопы водителя. Самые вопиющие ситуации — разрыв колесом арки и ниши для ног водителя.

 
Между Peugeot 306 (слева) образца 1993 года и его преемником с индексом 307 (справа) 2000-го модельного года, прошедших через краш-тесты по методике Euro NCAP, огромная разница. В первом случае обращает на себя внимание смятая стойка крыши и дверь. У водителя оказалась плохо защищенной грудная клетка, а левая нога могла получить повреждения о переднюю панель. При создании 307-го французы учли это — автомобиль гораздо лучше защищает сидящих внутри, в том числе при боковом ударе

Сейчас даже меньшее из этого — повод усомниться в успехе модели на рынке. При подвесках, нередко кочующих из поколения в поколение, становятся значительно жестче подрамники. А силовые структуры кузовов за минувшие полтора десятка лет серьезно эволюционировали. Речь не об углепластиковых монококах иных спорткаров. Или об алюминии, широкое употребление которого обусловлено новыми технологиями соединения деталей, например, их склеиванием. В конце концов, это прерогатива самых дорогих автомобилей. У таких уже не удивляет даже использование сверхлегких магниевых сплавов, хотя еще недавно этот спорный для автомобилестроения металл применялся, в основном, в спорте. Новые материалы пришли в демократичные классы, начиная с гольф-сегмента. С каждой новой генерацией увеличивается доля прочных и высокопрочных сталей, которая сейчас может доходить до 50-80%. Из нее изготавливаются лонжероны, пороги, тоннель пола, стойки крыши, усилители бамперов. В иных случаях — моторный щит, пол, арки задних колес. Как следствие, жесткость кузова на кручение увеличилась до 30000 Нм/град, иногда до 40000 Нм/град, то есть в полтора-два раза. А компьютерное моделирование позволило еще до воплощения в металле рассчитывать правильную деформацию передних силовых элементов.

Силовая структура современных автомобилей наполовину состоит из высокопрочных сталей. Но, например, Volkswagen использует до 80% таких материалов. Из них сделан почти весь «скелет», включая некоторые мелкие детали

Прогресс затронул даже такой консервативный транспорт, как пикапы. Проводить их краш-тесты Euro NCAP начала в 2008 году. Тогда повторилась ситуация 1997-го в отношении легковушек. Только с поправкой на рамную конструкцию, которая дает мало возможностей для реализации сминаемых зон. Большинство испытуемых получило по одной-две звезды. И лишь Mitsubishi L200, появившийся в 2006-м, удостоился четырех. Но, к примеру, последняя новинка в классе — Ford Ranger — заработала уже пять звезд. В конструкции кабины «Рейнджера» также используется высокопрочная сталь, из которой выполнены пороги и стойки крыши. Основной же удар принимают на себя лонжероны рамы, теперь способные грамотно поглощать энергию. В ущерб обычной прочности. Не зря ремонтники отмечают — рамы пикапов, да и вообще внедорожников, выпущенных за последние годы, уже не столь кондовые, как раньше. Восстанавливать их намного сложнее, если в принципе подобное возможно.

Результаты краш-теста Nissan Navara оказались весьма плачевными. Лонжерон рамы с «ударной» стороны вмяло в пол, педальный узел значительно сместился назад, преднатяжители ремней и подушек безопасности сработали не вовремя. Водитель и пассажир испытали высокие нагрузки на голову и грудь. У последнего к тому же при ударе есть риск повредить шейные позвонки. Ноги обоих манекенов жестко контактировали с передней панелью. В итоге всего одна звезда, да и то перечеркнутая

Ford Ranger доказал, что и пикап может быть «пятизвездочным». Хорошее распределение кинетической энергии, целая кабина, отличная защита водителя и пассажиров

Затянуть ремни!

В отличие от силовой структуры кузова, которая под психологическим воздействием от краш-тестов Euro NCAP стремительно менялась последние полтора десятилетия, один из видимых элементов пассивной безопасности прошел куда более долгий путь. Первые прообразы ремней появились еще в конце XIX века, предлагались они для кучеров. С начала XX столетия ремнями начали обзаводиться редкие тогда автомобили. Да и не ремнями вовсе — так, поясными лямками. Подобные, кстати, просуществовали на задних сиденьях до 80-х годов. Передние же изменили свою конструкцию на нынешнюю трехточечную в 1957-м. Через пару лет со Швеции и Volvo начался постепенный переход на них в других странах и у остальных ведущих автопроизводителей.

Ничего более прогрессивного пока не придумано. Более того, до нынешнего своего вида ремни эволюционировали постепенно. Например, только в 1972 году был сконструирован инерционный механизм натяжения, определяющий свободу перемещений в нормальных условиях, но при резкой остановке блокировавший ремень. Благодаря ему удалось резко сократить вероятность травм брюшной полости и грудной клетки, а также исключить возможность «подныривания» человека под лямки.

Дальнейшим совершенствованием инерционного ремня стало появление в 1987 году преднатяжителя. Предыдущий механизм ограничивал перемещения только по факту столкновения. Преднатяжитель же срабатывает в первый момент удара и на то, чтобы «затянуть ремни покрепче», у него есть «целых» 250-300 миллисекунд — столько «длится» сам контакт с препятствием. Но все происходит в 20-25 раз быстрее — устройству нужно подготовить водителя и пассажира к встрече с подушками. Есть разные варианты преднатяжителей — шариковые, реечные, роторные, тросовые. Их объединяет два нюанса. Во всех основным рабочим инструментом выступает пиропатрон. И у любого есть ограничитель усилия натяжения, позволяющий не допустить критических нагрузок на организм человека: приспускающий ремень или имеющий варианты его удлинения.

Поясная лямка наподобие той, что используется в самолетах, применялась на передних сиденьях автомобилей до конца 50-х годов. А сзади просуществовала еще 30 лет, в основном в Америке

Не мягче, но больше

И по времени действия, и по своей сути подушки безопасности — последний редут обороны сидящих внутри людей. Необходимость в чем-то подобном авиаконструкторы осознали еще в 40-х годах. Однако о подушках для автомобилей задумались только к концу 60-х, когда для властей и общественности США стало очевидно — уровень смертности на дорогах сопоставим с потерями при боевых действиях. Наличие систем безопасности в автомобилях утвердили законодательно, даже вспомнили об идее подушки, которую в 1953 году одновременно предложили два инженера по разные стороны океана. И о ключевом, как впоследствии оказалось, элементе системы — шариковом сенсоре (изобретен в 1967-м), обязанном сообщать о резком замедлении. Отмену этой инициативы быстро пролоббировали. Но о разработках не забыли. В той или иной степени подушками заинтересовались Ford, Chrysler, GM. У последнего концерна в 1972 году даже появился Oldsmobile Toronado с air bag за доплату. Но популярной эта опция не стала. А вот с Mercedes-Benz 500SEL образца 1983-го дело пошло быстрее. С 1993-94 годов все серьезные производители начали оснащать свои автомобили минимум водительской подушкой, а зачастую еще и пассажирской. Тогда же появились боковые надувные элементы, чуть позже шторки.

Принципиально со времен своего появления схема срабатывания подушек не изменилась. Момент столкновения фиксируется датчиками ускорения (ранее шариковыми, механическими, теперь электронными), у которых под воздействием сил инерции, грубо говоря, замыкаются контакты. Сигнал поступает к пиропатрону, а он, в свою очередь, надувает подушку. По пути от изобретения до массового потребления решалось, прежде всего, два технологических вопроса — материал самой подушки и топливо в пиропатроне. В первом случае остановились на нейлоне толщиной в полмиллиметра, изнутри для герметичности покрытом резиной. Именно эта «ткань» при скорости развертывания подушки в 250-300 км/ч оказалась оптимальной по травмобезопасности. Ну а в качество топлива после ряда неудач выбрали азид натрия, который в процессе горения превращается в азот и углекислый газ. Первый не представляет опасности, второй в полость подушки не пропускает фильтр.

Эти элементы, как неизменные, были приняты еще до эпохи повальных краш-тестов, тем более под эгидой Euro NCAP. В последнее же время специалисты работают над самим процессом открытия подушек. Меняют общее время (от 20 до 30 миллисекунд), делают его поэтапным, дабы смягчить встречу головы с куполом. Регулируют промежуток между этапами, привязывая вторую стадию открытия к силе удара. Недавно появившиеся системы способны учитывать вес и габариты людей, а также расстояние лица до места установки подушки. Есть варианты передних пассажирских air bag, которые, в первую очередь, принимают на себя плечи и грудную клетку, и только потом голову. Ведутся работы над тем, чтобы разгрузить от ударных нагрузок брюшную полость. Никого уже не удивляет подушка для коленей водителя. На некоторых моделях боковые подушки и шторки способны не сдуваться до 10 секунд, обеспечивая безопасность при опрокидывании. На новом S-классе задние пассажиры защищены «эйр бэгом», встроенным в ремень, при этом маленькая подушка под коленями защищает их от проскальзывания под лямками. А Volvo V40 CC стал первым автомобилем, защищающим пешеходов не только поднимающимся капотом, но и целым надувным «матрацем», прикрывающим низ лобового стекла и стойки крыши.

Объем водительской подушки безопасности лежит в пределах 60-80 литров. Пассажирский air bag достигает объема до 130 литров. Однако сейчас производители увеличивают размеры подушек и меняют их форму так, чтобы принимать сначала плечи и грудь, и только потом голову

Расстояние между задними пассажирами и спинками передних кресел достаточно велико. Поэтому, чтобы защитить людей, сейчас стали использовать подушки, встроенные в ремни безопасности

Volvo V40 и V40 Cross Country первым получил пешеходную подушку безопасности. Прячется она у лобового стекла и выстреливает только после того как благодаря пиропатронам подскочит задний край капота

Российская специфика

В Европе шесть подушек безопасности, включая шторки, стали стандартным оснащением даже на некоторых представителях сегмента B, не говоря уже о гольф-классе. У нас ситуация другая. Пока мы не готовы платить за безопасность, и производителям об этом известно. Максимум, на что могут рассчитывать российские потребители C-класса, — две фронтальных подушки, иногда даже одна. Остальные предлагаются либо в верхних оснащениях, либо за доплату в рамках соответствующих пакетов.

Да и при покупке автомобиля из разряда second hand на работоспособность всей системы, на наличие подушек мало кто обращает внимание. Хотя как минимум эти данные должны быть в сервисных книжках, если они имеются. Или, как максимум, определяться элементарной диагностикой. Конечно, стоимость полного восстановления SRS обойдется недешево. Скажем, цена каждой из передних подушек в зависимости от марки и модели лежит в пределах 7000-12000 руб. Датчики, которых (включая боковые) может набраться до десяти, оцениваются в 2500-6000 руб. Впрочем, тут уже возникает вопрос, стоит ли вообще заниматься ремонтом автомобиля, — при таких-то повреждениях. Но после небольшого ДТП SRS можно «оживить» по цене хорошей «музыки» от дилера или даже дешевле.

Skoda Rapid, которая должна появиться в России в апреле этого года, для европейского рынка уже в «базе» имеет фронтальные и боковые подушки безопасности, а также шторки. Но у нас даже флагман Superb в стандартном оснащении располагает только двумя «эйр бэгами». Та же ситуация и с другими новыми моделями, предлагающимися на нашем рынке. На полный пакет безопасности можно рассчитывать лишь в D или E классах

О минусах того комплекса, который называется пассивной безопасностью, говорить вроде бы не приходится. Естественно, он не бесплатен. Вложенные в него средства поднимают стоимость автомобиля. Но, к примеру, то же можно сказать и о различных мультимедиа, бортовых компьютерах, некоторых сервисных функциях, зачастую напрямую не связанных ни с управлением автомобилем, ни с его комфортом, ни тем более с безопасностью. Ведь выбор, если так ставить вопрос, в пользу подушек, ESP и прочих систем очевиден, не так ли? А еще, что принципиально, безопасность автомобиля, количество и качество электронных помощников, которыми он напичкан, никак не сказывается на надежности и ресурсе его агрегатов. Разве что кузовной ремонт далеко не всегда финансово целесообразен и точно не способен «аутентично» воссоздать прежнюю силовую структуру. Вполне адекватная плата за сохранение здоровья и жизни.

P.S. Столкновение двух автомобилей с разницей в возрасте в 50 лет: 1959 Chevrolet Bel Air против 2009 Chevrolet Malibu: