Умные автомобили должны охранять здоровье седоков

Автомобиль, как и всякое произведение рук человеческих, имеет свои недостатки. И это не только сжигание дефицитных углеводородов и выбросы ядовитых газов, но и прямая угроза жизни. Естественно, ни водители, ни производители машин не желают мириться с такой ситуацией, и неутомимый конструкторский разум постоянно трудится над тем, чтобы сделать автомобили более безопасными.

Концепция безопасности автомобиля состоит из двух принципиальных частей — активной и пассивной. Системы активной безопасности призваны уберечь водителя от попадания в ДТП, а пассивной — свести к минимуму потери в случае аварии.

Комфорт и эргономика

Системы активной безопасности — это понятие достаточно расплывчатое. Их предназначение — снизить риск попадания в аварию, а потому к ним можно отнести буквально все. Скажем, неудобное сидение — казалось бы, мелочь, однако это тоже существенный фактор риска. Измученный болями в спине, ёрзающий в попытках устроиться поудобнее, водитель отвлекается от дороги и может не успеть вовремя отреагировать на опасность. Или, к примеру, кондиционер — медики утверждают, что при температуре воздуха в салоне более тридцати градусов реакция водителя ухудшается на 20%. Значит, в жаркий день ездить без кондиционера просто опасно.

К активной безопасности относятся системы, снижающие утомляемость водителя, а значит, увеличивающие его эффективность. Это кондиционеры и климат-контроль, автоматическая коробка передач, атермальные стекла, круиз-контроль, электропакет и прочие устройства, облегчающие водителю жизнь. Чем меньше он отвлекается на второстепенные функции, тем больше внимания достается непосредственно управлению. Информативность

Чем больше информации о дорожной обстановке получает водитель, тем правильнее он реагирует на сложные ситуации. К информативности непосредственно относится обзорность. Если водитель отчаянно крутит головой, пытаясь рассмотреть поворот за толстыми стойками кузова, то о безопасном маневре речи уже не идет. Отнесем сюда же зеркала заднего вида — они должны давать хороший неискаженный обзор, без «мертвых зон», — а также всевозможные очистители-омыватели стекол.

В эту же группу входят внешние световые приборы — водитель должен видеть дорогу и днем, и ночью, и в дождь, и в туман. Сегодня спектр технических решений не ограничивается яркими фарами — современные автомобили умеют даже «заглядывать за угол», поворачивая световой пучок в направлении поворота. Большие перспективы открывают всевозможные устройства дополнительной информации — например, радарные или ультразвуковые датчики, предупреждающие водителя о препятствиях на дороге, об автомобиле в «мертвой зоне», о сокращении дистанции до впереди идущей машины, о пересечении линии разметки и т. д.

Управляемость

К этому пункту активной безопасности относятся: тяговооруженность автомобиля — то есть его способность резко увеличить скорость, избегая опасной ситуации (например, быстро совершить обгон), его устойчивость — то есть способность сохранять движение по нужной траектории, не срываясь в занос и не создавая опасных кренов, его поворачиваемость — способность автомобиля быстро и правильно реагировать на движения руля в повороте. Для реализации всех этих требований требуются немалые технические ухищрения, порождающие наборы загадочных аббревиатур в буклетах производителей.

Скажем, что нужно, чтобы автомобиль имел «запас под педалью», то есть был способен экстренно ускориться? Самое простое решение — мотор побольше, не так ли? Однако большой двигатель имеет соответствующий расход топлива, а вся его мощь используется крайне редко, поэтому конструкторы прибегают к хитростям. Скажем, можно взять действительно большой двигатель и отключать в движении половину цилиндров, подключая их по мере надобности — для того самого рывка. А можно использовать систему VTEC, изменяющую работу клапанов в зависимости от нагрузки, или в нужный момент поддать мощности турбиной.

Для увеличения устойчивости сейчас принято использовать электронные системы, например ESP (Electronic Stability Program) или DSC (Dynamic Stability Control). Эти устройства призваны удержать машину на заданной траектории с помощью автоматического подтормаживания отдельных колес. Первая программа электронной стабилизации была создана совместными усилиями компаний Bosch и Daimler-Benz в середине 1990 года и применялась в дорогих версиях лимузинов Mercedes S-класса, но сейчас она используется на многих автомобилях. ESP и DSC, по сути, умеют всего две вещи: дозируют усилие торможения для каждого колеса по отдельности и могут «придушить» в нужный момент двигатель, чтобы лишняя тяга не сорвала колеса в занос.

Вопросы же поворачиваемости сейчас решаются динамическим изменением передаточного числа рулевого управления в зависимости от скорости. Чем быстрее едет автомобиль, тем «острее» и чувствительнее руль и тем легче водителю совершить маневр. Для этого существуют две конкурирующие системы: VGRS (Variable Gear Ratio Steering) и Active Steering.

Тормозные характеристики

Несмотря на все вышеописанные хитрости, основным средством предотвращения аварий остается все-таки торможение. Тем более что надавить на тормоз — первая и естественная (хотя не обязательно самая правильная) реакция рядового водителя на опасность.

При торможении важно, чтобы сила, развиваемая тормозным механизмом, не превышала силы сцепления с дорогой, зависящей от весовой нагрузки на колесо и состояния дорожного покрытия. Иначе колесо заблокируется и начнет скользить, что может привести к заносу автомобиля и увеличению тормозного пути. Практически все системы безопасного торможения основаны на использовании ABS, которая контролирует скорость вращения колес и не дает им заблокироваться при торможении. Официальной датой рождения ABS считается 1978 год, когда система антиблокировки тормозов вышла в серийное производство, хотя патент на изобретение ABS (принадлежащий Bosch) был получен ещё в 1936 году. Сама по себе эта система уже стала привычной — в Европе она давно входит в список обязательных опций. Но предела совершенству нет — если уж мы можем контролировать вращение каждого колеса, то грех этим не воспользоваться! Так появляются системы типа Traction Control — это ценная опция, которая улучшает торможение и устойчивость при поворотах на скользкой дороге, используя контроль двигателя, трансмиссии и ABS.

Главная цель современных тормозных систем — свести к минимуму роль водителя. В идеале, наличие опасного препятствия определят ультразвуковые датчики, команду на торможение даст компьютер, а тормозные механизмы отработают с учетом скорости, состояния дороги и направления ветра. Водителю останется только сказать «Ой!». Технически это может быть реализовано хоть завтра, но человек пока не готов полностью доверить свою жизнь электронным системам. Так что на сегодняшний день производители ограничиваются полумерами — например, системой Brake Assist, которая, если вы надавили на тормоз недостаточно решительно, дожмёт педаль за вас.

Последний рубеж

Если, несмотря на обилие электронных систем активной безопасности, водитель все-таки ухитрился попасть в аварию, в действие вступают системы пассивной безопасности. Раз без ущерба уже не обойтись, то надо жертвовать восстановимым ресурсом — железом, спасая невосстановимый — человеческую жизнь. На пути совершенствования средств пассивной безопасности конструкторы пытались использовать весьма прихотливые решения — чего стоят, например, выстреливающие вперед бамперы! Или мягкая обшивка потолка, соскальзывающая по направляющим полозьям на ветровое стекло, и специальный колпак, выскакивающий из-за подголовника, чтобы накрыть голову наподобие шлема. Подобные «находки» не прижились. Сегодня концепция безопасности стоит на трех китах — ремни, подушки и структура кузова.

Пристегните ремни!

Здравая идея привязать человека к сиденью, чтобы спасти ему жизнь при аварии, появилась ещё в 1907 году. Тогда водителя и пассажиров пристегивали только на уровне талии. В 1951 году американские инженеры-авиаторы Хью Де-Хэйвен (Hugh De Haven) и Роджер Грисуолд (Roger W. Griswold) изобрели Y-образную систему крепления с замком на груди, но её использовали в основном в авиации. На серийных автомобилях первой ремни поставила шведская компания Volvo в 1959 году.

Принцип действия ремней прост и очевиден каждому — они фиксируют человека на сидении. Здесь приходится учитывать человеческую психологию и соблюдать баланс между безопасностью и удобством. Так, например, наиболее совершенны пятиточечные фиксированные ремни, которые используют автогонщики, однако каждый раз застегивать на себе эту сбрую согласится далеко не всякий водитель. Так что конструкторам приходится идти на хитрости — например, инерционный ремень, доставляющий минимум дискомфорта, в момент столкновения резко натягивается и надёжно фиксирует водителя в кресле. Надо сказать, что все остальные устройства безопасности автомобиля без ремней теряют смысл, так что пристегивайтесь всегда!

Лицом в подушку

Подушки безопасности разработаны специально, чтобы работать вместе с ремнями безопасности и ни в коем случае не исключают необходимость их использования. Раскрытая подушка безопасности останавливает непроизвольное движение головы и предотвращает удар о торпеду, рулевое колесо или лобовое стекло. По сведениям американской Национальной администрации безопасности дорожного движения (NHTSA), использование подушек безопасности снижает риск смертельного исхода при аварии на 30–35% в зависимости от типа автомобиля. Первоначально подушки защищали только лицо водителя от удара о рулевую колонку и имели объем 10–15 л, но, доказав свою эффективность, они выросли в объеме до 40–70 л и количестве — до трех-четырех штук на каждого человека: одна подушка удерживает голову и тело, в другую упираются колени, а остальные предохраняют от бокового удара. Специальные ультразвуковые датчики отключают при этом подушки на свободных местах.

Система подушек безопасности включает в себя два основных компонента. Первый — это непосредственно сам модуль подушки безопасности, выполненный из блока наполнения и нейлоновой основы. А второй — это датчики определения удара (один или несколько), расположенные в передней части машины. Они приводятся в действие, измеряя степень торможения автомобиля в результате удара.

Конечно, определяющее значение имеет надежность системы: она не должна срабатывать от сотрясения при проезде ям — мало кому понравится получить по носу внезапно выстрелившей подушкой. Но в то же время система должна гарантированно включиться при столкновении. Современные подушки умеют раскрываться в несколько этапов, в зависимости от тяжести аварии — если столкновение не тяжелое, то и подушка надуется не до конца. Ведь само по себе раскрытие подушек может стать причиной травмы. Представьте себе, в тесном салоне неожиданно выстреливает десяток подушек. Тут возможна даже баротравма из-за резкого повышения давления, и потому некоторые системы разбивают боковые стекла специальными молоточками!

В железной клетке

Многие считают, что при столкновении меньше пострадает тот, чей автомобиль крепче. То есть, если взять вместо бампера изрядный швеллер, приварить его к мощной раме, и на эту конструкцию уже водрузить кузов — то аварий бояться нечего. Однако водители больших рамных джипов, устроенных по этом принципу, страдают при авариях гораздо чаще, чем владельцы легковушек! Дело в том, что сминаемая часть автомобиля — бампер, капот, лонжероны, — поглощают энергию столкновения, расходуя её на деформацию металла. Это снижает нагрузку собственно на водителя, главное — чтобы мотор при этом ушел вниз, а не въехал в салон. Так что современная концепция безопасного кузова — это легко и правильно сминаемые части, плюс жесткая капсула салона. Для обеспечения этого используют вмонтированные силовые элементы и усиленные точки сварки кузовных панелей, а также ударопрочные материалы, содержащие алюминиевые сплавы, которые увеличивают жесткость кузова на кручение. Для обеспечения безопасности при боковых ударах автомобили оснащаются узлами, предупреждающими складывание дверей внутрь кузова, — специальными брусьями.

Среди новинок в сфере пассивной безопасности стоит отметить безопасные педальные узлы. Конструкция педалей позволяет при столкновениях расстыковывать механизмы сцепления и тормоза, в результате минимизируется риск травм стоп и голеней водителя.

Надо сказать, что современные автомобили все чаще оборудуют не отдельными средствами пассивной безопасности, а единой системой. Время её функционирования исчисляется десятыми долями секунды, но успевает она многое: отключить зажигание, подтянуть ремни безопасности, «укоротить» рулевую колонку, надуть и затем «сдуть» подушки, разблокировать двери, а кроме того, послать на «полицейской волне» кодированное сообщение с указанием точных координат аварии, включить радиомаяк и, при необходимости, систему пожаротушения, да ещё сохранить в памяти бортового компьютера все параметры движения за десяток секунд до аварии.

Впрочем, ни одна система не является панацеей. Единственный выход — это соблюдение скоростного режима и правил дорожного движения. Выезжая на дорогу, включите главную систему безопасности — свою голову.