В области автомобильной безопасности травмы головы манекенов для краш-тестов являются одним из ключевых показателей оценки уровня пассивной безопасности при столкновении. В соответствии с действующими стандартами, чрезмерные травмы головы, возникающие при ударе о жёсткие поверхности, привлекают всё большее внимание. На основе экспериментальных результатов в данном исследовании анализируется, почему традиционный подход снижения травм головы за счёт увеличения толщины пеноматериала перестал быть эффективным, и предлагается новая концепция конструкции: исключение любых жёстких элементов в зоне удара головы и минимизация препятствий для криволинейного движения головы манекена вдоль спинки сиденья с целью снижения показателей травмирования головы.
Традиционно для снижения пикового ускорения, испытываемого головой манекена при столкновении, применялся утолщённый пеноматериал. Однако экспериментальные результаты показывают, что при ударе головы о спинку сиденья на более высоких скоростях существующие конструкции с утолщённым пеноматериалом не позволяют удовлетворить требования безопасности. Целью данного исследования является разработка нового конструктивного подхода к контролю травм головы манекена с целью дальнейшего повышения уровня автомобильной безопасности.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что скорость удара головы является одним из основных факторов, приводящих к превышению допустимого уровня травм головы манекена. При скорости столкновения 50 км/ч голова манекена ударяется о спинку сиденья с высокой скоростью.
Хотя увеличение толщины пеноматериала позволяет снизить пиковое ускорение, наличие любых жёстких элементов внутри пеноматериала приводит к увеличению длительности импульса ускорения. В результате расчётное значение критерия травмирования головы (HIC, Head Injury Criterion) может превышать нормативные пределы. Поэтому требуется внедрение новых конструктивных решений для снижения показателей травм головы.
Для снижения значений травмирования головы манекена новая концепция проектирования сосредоточена на исключении жёстких элементов в зоне удара головы и минимизации препятствий для её криволинейного движения вдоль спинки сиденья. Основные меры включают:
1. Исключение жёстких элементов
При проектировании зоны удара головы необходимо устранить все потенциальные жёсткие элементы, способные вызвать травмы. Это требует тщательного подбора материалов и конструктивных решений, обеспечивающих гладкую поверхность спинки сиденья без выступов и твёрдых включений.
2. Снижение сопротивления движению головы
Для уменьшения сопротивления криволинейному движению головы могут применяться следующие меры:
Оптимизация кривизны спинки сиденья
Формирование точных контуров спинки сиденья, позволяющих голове перемещаться по плавной криволинейной траектории при ударе, снижая трение и сопротивление.
Снижение толщины спинки сиденья
Избыточная толщина спинки увеличивает площадь контакта с головой и, соответственно, сопротивление при ударе. Рациональное уменьшение толщины способствует снижению риска травм головы.
Реализуемость и эффективность новой концепции могут быть подтверждены как расчётными, так и экспериментальными методами:
Компьютерное моделирование
С использованием программных средств инженерного анализа (CAE) возможно оценить различные варианты конструкции и оптимизировать ключевые параметры.
Физические испытания
Лабораторные или полномасштабные краш-тесты позволяют сравнить значения травм головы при различных конструктивных решениях и объективно оценить эффективность предложенного подхода.
