Введение
В мае 2013 года Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщила, что ежегодно на дорогах мира погибает более 270 000 пешеходов, что составляет 22% от общего числа 1,24 миллиона смертей в дорожно-транспортных происшествиях. Несмотря на серьезность проблемы, большинство попыток снизить смертность пешеходов исторически ограничивались образованием и регулированием дорожного движения. Начиная с 1970-х годов, инженеры, занимающиеся анализом аварий, стали применять принципы проектирования, успешно используемые для защиты водителей и пассажиров, для разработки конструкций транспортных средств, снижающих риск получения пешеходами травм при столкновении с автомобилем, или предотвращающих само столкновение. Это включает в себя перепроектирование бампера, капота, лобового стекла и стоек для поглощения энергии удара (смягчения) без ущерба для прочности конструкции автомобиля. С появлением ADAS (Automated Advanced Driver Assist Systems) с 2005 года, новые системы обнаружения пешеходов и предотвращения или смягчения последствий столкновения обеспечивают улучшение безопасности за счет активных, а не пассивных систем защиты. Например, технология кругового обзора позволяет водителю видеть пространство вокруг автомобиля перед началом движения. Все большее число регионов требует от производителей оснащать грузовые автомобили системами прямой видимости пешеходов, вместо использования только зеркал.
Анатомия столкновения пешехода
Многие дорожно-транспортные происшествия с участием пешеходов связаны с движущимся вперед легковым автомобилем (в отличие от автобусов и других транспортных средств с вертикальным капотом). В таких случаях пешеход, стоящий или идущий, сталкивается с автомобилем, ускоряется до его скорости, а затем продолжает движение вперед, пока автомобиль не остановится. Пешеход испытывает два удара – сначала от автомобиля, а затем от земли, однако большинство смертельных травм возникают в результате взаимодействия с автомобилем. Конструкторы автомобилей обычно сосредотачиваются на изучении взаимодействия автомобиля и пешехода, которое характеризуется следующей последовательностью событий: бампер автомобиля первым контактирует с нижними конечностями пешехода, передняя кромка капота ударяет по верхней части бедра или таза, а голова и верхняя часть туловища получают удар о верхнюю поверхность капота и/или лобовое стекло.
Сокращение травм пешеходов
Большинство смертей пешеходов происходит из-за травматического повреждения головного мозга, вызванного сильным ударом головы о жесткий капот или лобовое стекло. Помимо этого, хотя обычно не приводящие к летальному исходу, травмы нижних конечностей (как правило, коленного сустава и длинных костей) являются наиболее частой причиной инвалидности. Система фронтальной защиты (FPS) – это устройство, устанавливаемое на переднюю часть транспортного средства для защиты пешеходов и велосипедистов при фронтальном столкновении. Конструкция автомобиля оказывает значительное влияние на характер и тяжесть травм, получаемых пешеходами в дорожно-транспортных происшествиях. Компания Volvo разработала систему ADAS с функцией распознавания пешеходов и велосипедистов и автоматическим торможением, предназначенную для снижения числа столкновений с пешеходами. Некоторые модели автомобилей также оснащены технологией предотвращения открытия двери навстречу движущемуся велосипедисту. В 2017 году в США наблюдался резкий рост числа травм и смертей пешеходов, что связано с такими факторами, как увеличение размеров автомобилей и рост числа случаев отвлечения внимания водителей из-за развлекательных и коммуникационных систем в автомобилях, поэтому системы помощи водителю, повышающие безопасность пешеходов, могут стать широко распространенными.
Защита головы
Капот большинства транспортных средств обычно изготавливается из листового металла, который является податливой энергопоглощающей конструкцией, представляющей сравнительно небольшую опасность. Наиболее серьезные травмы головы возникают при недостаточном зазоре между капотом и жесткими элементами двигателя. Зазора примерно в 10 см обычно достаточно, чтобы обеспечить контролируемое замедление головы пешехода и значительно снизить риск смертельного исхода. Создание пространства под капотом не всегда просто, поскольку обычно существуют и другие конструктивные ограничения, такие как аэродинамика и дизайн. В некоторых областях это невозможно, например, по краям крепления капота и в районе стыка капота с лобовым стеклом. Инженеры пытались решить эту проблему, используя деформируемые крепления, а также разрабатывая более сложные решения, такие как подушки безопасности, которые активируются при столкновении и закрывают жесткие участки капота. Некоторые модели, такие как Citroën C6 и Jaguar XK, оснащены инновационной конструкцией капота, который при ударе, зарегистрированном бампером, поднимается, добавляя 6,5 см (2,5 дюйма, C6) дополнительного зазора над блоком двигателя. В 2012 и 2015 годах Volvo V40 и Land Rover Discovery Sport получили подушку безопасности, расположенную под капотом, которая срабатывает при ударе о капот. Эта подушка безопасности также предназначена для защиты стоек лобового стекла, чтобы снизить риск травмы головы пешехода. Однако широкого распространения такие подушки безопасности для пешеходов пока не получили.
Защита конечностей
Большинство травм конечностей происходит в результате прямого удара бампером и передней кромкой капота. Это приводит к контактным переломам бедренной кости и большеберцовой/малоберцовой костей, а также к повреждению связок коленного сустава из-за сгибания сустава. Таким образом, для снижения тяжести этих травм предпринимаются попытки уменьшить пиковые силы при контакте за счет смягчения бампера и увеличения площади контакта, а также ограничить степень сгибания колена путем изменения геометрии передней части автомобиля. Компьютерное моделирование и эксперименты на трупах показывают, что при более низком расположении бампера бедро и голень вращаются как единое целое, что уменьшает сгибание колена и, следовательно, снижает риск повреждения связок. Углубленные профили бампера и конструкции под бампером (например, аэродинамический обтекатель) также могут способствовать ограничению вращения ноги.
Трамваи
Ранний пример можно найти на трамваях в виде предохранительного устройства, предотвращающего попадание пешеходов между колесами передней тележки в случае столкновения. Когда пешеход задевал это устройство, автоматически опускался ковш/решетка перед трамваем. Это защищало трамвай от схода с рельсов, а также уменьшало вероятность смертельного исхода для пешехода. Предохранительные устройства были обязательными на британских трамваях с начала 1900-х годов.