CC BY
14
УДК 629.3.02: 614.862
РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ ЛЮДЕЙ С ОГРАНИЧЕННЫМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ ЗДОРОВЬЯ
С.А. Васин, А.А. Кошелева
Рассмотрены вопросы эргономической проработки и безопасности при проектировании транспортных средств для людей с ограниченными возможностями здоровья. Выявлены основные направления повышения удобства и комфортности водителя автомобиля. Сформулированы условия, обеспечивающие снижения риска травматизма водителя с ОВЗ.
Ключевые слова: автомобиль, дизайн-проект, безопасность, эргономика, кресло водителя.
Дизайн-проектирование автомобиля для людей с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ) требует учета требований эргономики и безопасности, повышения комфортности для водителя и пассажиров.
При дизайн-проектировании транспортного средства были поставлены следующие задачи:
- удобное размещение людей в салоне,
- использование эргономичных кресел;
- комфортная посадка-высадка водителя с ОВЗ и пассажиров,
- оптимальные размеры и форма дверных проемов,
- хорошая обзорность,
- проработанная приборная панель,
- доступность органов управления (ОУ), оптимальные усилия, прикладываемые к ОУ,
- благоприятный микроклимат (температура, состав воздуха), снижение шума, вибраций,
- безопасность людей в случае аварии.
Удобство водителя и пассажиров предполагает достаточно просторный салон с внутренней шириной не менее 1250 мм. Высота салона относительно сиденья для автомобилей данного класса должна быть не менее 875 мм при расчетной величине угла наклона спинки 8°.
Проектирование салона проводилось для человека по 95-му уровню репрезентативности, затем осуществлялась проверка комфортности по 10 -му и 50-му перцентилям. Выполненные эргономические схемы показали удовлетворительные значения для роста пассажиров 1630, 1750 и 1870 мм (рис. 1). При выполнении эргономических схем учитывалась возможность регулирования сиденья и наклона спинки.
В проработанной конструкции нет выступающих частей, препятствующих свободной посадке и высадке.
Рис. 1. Эргономическая схема салона проектируемого автомобиля
При расположении ног водителя необходимо учесть наличие колесного обвода, боковины кузова, выступы над коробкой передач и карданным валом.
Следует сохранить пространство под передним рядом сидений для возможности пассажиров во втором ряду свободно помещать стопы.
При размещении пассажиров в заднем ряду следует также учитывать выступающие обводы задних колесных шин - это влияет на положение сидений.
Посадка-высадка пассажиров и водителя с ОВЗ может осуществляться различными способами. Сегодня производителями разработаны поворотно-выдвижные механизмы (TURNY и др.), поворотные механизмы (TURNOUT), внутрисалонные поворотные механизмы (например, 6 WayBase, компания Autoadapt), многофункциональные инвалидные коляски (кресло Carony), расширители сиденья, также используются пандусы, подъемные платформы и т.д.
В рассматриваемом проекте использован поворотный механизм Turny EVO с электроприводом. Величина подъема-опускания 390 мм, угол поворота 113 ° (рис. 2).
Рис. 2. Дизайн-проект автомобиля с поворотным сиденьем
Двери размещаются относительно сидений с учетом рекомендаций (рис. 3) [1].
Рис. 3. Расположение дверей относительно сидений в автомобиле
Сиденья должны обеспечивать:
- удобное положение водителя и пассажиров;
- равномерное распределение давления на участки тела,
- фиксацию тела в удобном положении,
- защиту от вибраций,
- передачу необходимых динамических воздействий, позволяющих «чувствовать машину»,
- возможность изменения позы.
Рекомендуемая высота сиденья водителя автомобиля рассматриваемого класса - 260 мм, пассажира - 345 мм. Глубина сидений находится в диапазоне 450.. .500 мм, высота спинки 500.. .560 мм.
Сиденье оборудуется опорными валиками, препятствующими скольжению туловища человека вперед и в боковом направлении.
Выбранный материал сиденья паропроницаем, обеспечивает термоизоляцию, обивка износостойка, легко чистится, при этом не изнашивает одежду.
Сиденье выполнено подрессоренным. Анализ аналогов показал, что в качестве упругих элементов в сиденьях для гашения колебаний часто используются пружины непрерывного плетения, вспененные синтетические материалы и др. Для проекта выбрано сиденье с нелинейной характеристикой упругости, т.е. его жесткость возрастает при увеличении сжимающей силы. В таком случае опасные явления резонанса наблюдаются слабее.
Предусмотрена система подогрева сиденья. Для повышения безопасности сиденья снабжены подголовниками.
Согласно рекомендациям, минимальная высота подголовника над сиденьем 700 мм при величине угла наклона спинки 25°. Ширина подголовников - не более 170 мм. Конструкция подголовника не позволяет смещаться назад более чем на 102 мм при нагрузке 890 Н [1, 5].
При проектировании кузова и выбора положения ветрового стекла учитывались требования хорошей обзорности для водителя.
Обзорность определяет возможность хорошего восприятия визуальной информации. При рассмотрении данных вопросов необходимо опираться на ГОСТ Р 51266-99, другие нормативные документы [2 - 4].
Оптимальная зона обзора (зона 4, рис. 3): 3° вверх, 1° вниз, 13° влево, 20° вправо [2]. Данная зона должна полностью очищаться от пыли и осадков.
Рис. 4. Зоны обзора водителя: 1 и 8 - боковые стекла; 2 и 7 - боковые стойки окна; 3 - зона очистки переднего окна; 4 - оптимальная зона обзора; 5 - функциональная зона обзора; 6 - переднее стекло; 9 - нормативное поле обзора
В нормативном поле обзора 9 (рис. 4) все области должны просматриваться, за исключением зон, создаваемых стойками окон, стеклоочистителями, зеркалами заднего вида. При этом учитывается бинокулярность зрения человека.
1 2 3 4 5
6
7 8
На эргономических схемах проработано расположение зеркал заднего вида, предназначенных для наблюдения за дорогой позади и сбоку от автомобиля.
Большое внимание уделено ОУ. Форма рукояток должна обеспечивать плотный контакт с рукой. Это повышает точность перемещения рукоятки, следовательно, и управления автомобилем. Ручные ОУ должны распознаваться наощупь для снижения вероятности ошибки водителя. Рукоятка должна быть, с одной стороны, шероховатой во избежание проскальзывания, с другой стороны - легко очищаться от возможных загрязнений, применяемых автомобильных масел и жидкостей, а также иметь низкую теплопроводность, не вызывать аллергических реакций, не создавать блики.
Кожух рукоятки может выполняться из пластика или кожи (обычно черной, бежевой, серой). В качестве покрытия рукоятки используют дерево, карбон, сталь.
Автомобили для людей с ОВЗ оборудуются дополнительно ручными органами управления (управление педалями газа и тормоза). Данные механизмы устанавливаются на автомобиль с автоматической коробкой передач или автоматическим сцеплением.
Ручное управление для инвалидов может быть навесное (крепится на рулевую колонку) или напольное.
В проекте используется напольная система Carospeed Menox Hand Control. Перемещение рукоятки вперед обеспечивает торможение автомобиля, назад - ускорение. Общий ход рукоятки - 7 см. На ручке размещены кнопки управления прочими функциями, фиксатор для удержания педали тормоза.
Производители предусмотрели возможность адаптации системы под каждого водителя по высоте и углу наклона спинки. Данный механизм можно устанавливать даже при наличии подушек безопасности, предохраняющих ноги водителя.
При проектировании руля учитывалось, что для удобства управления любая точка рулевого колеса должна быть удалена на расстояние не менее 80 мм от других деталей автомобиля за исключением кнопок, которыми водители пользуются, не снимая рук с рулевого колеса.
Угол наклона рулевого колеса от горизонтали не менее 15°.
Основная информация поступает водителю по зрительному каналу - до 95 %. Поэтому разработка приборной панели является одной из важнейших задач, обеспечивающих безопасное движение. Водитель постоянно следит за дорогой, обращаясь к приборам лишь на доли секунды. Считывание информации происходит в ограниченный промежуток времени, поэтому очень важна рациональная компоновка приборов, сводящая ошибки считывания информации к минимуму.
Разработанная приборная панель размещена в оптимальной зоне обзора, хорошо видна между ободом рулевого колеса и ступицей. При построении схем учитывалось размещение рук водителя.
Для правильного считывания показаний приборов и исключения искажения необходимо, чтобы приборы располагались перпендикулярен взгляду. Расположение может быть уточнено после выполнения макета кабины в натуральную величину.
Для размещения ОУ и средств отображения информации (СОИ) можно также использовать зоны справа и слева от руля, на консоли передней панели, на потолке. Например, световые индикаторы размещены над приборной панелью вблизи кромки окна.
Количество элементов на приборной панели должно быть минимальным и достаточным. Целесообразно разные элементы располагать функциональными блоками. Это уменьшает время поиска необходимой информации. Функциональные зоны панели выделяются цветом и формой.
Был проведен выбор общего количества СОИ, проанализированы типовые маршруты глаз. Расстояние между СОИ достаточное, чтобы дифференцировать один элемент относительно другого. Сформирована структура поля отображения информации. Выявлена приборы постоянного и периодического использования. Выбраны места их расположения. СОИ выполнены разными по форме, размерам с учетом их важности. Для безошибочного считывания информации важны цвета приборов, цвет фона, цветовые сочетания.
Отображаемая информация может быть количественная (например, скорость, величина пробега) и качественная (включено-выключено и др.).
Для представления количественной информации используются цифровые либо стрелочные индикаторы. Практика показывает, что стрелочные приборы имеют преимущества при динамическом процессе. Цифровые применяются, если показания меняются реже 2 раз в секунду [1].
Для отражения качественной информации используются световые лампочки и т.д. При использовании сигнальных ламп используется цветовое кодирование: зеленый цвет сигнализирует о штатной работе, желтый -предупреждение, красный - аварийный сигнал.
Использование дисплея позволяет постоянно отражать на экране нужную информацию.
В оптимальной зоне обзора расположены спидометр, тахометр, общий индикатор тревожного изменения показателей.
На панели размещены счетчик пройденного пути, индикатор топл ива в баке, указатели температуры охлаждающей жидкости, давления масла.
На циферблатах цветом выделены опасные зоны. Проработана оцифровка шкалы. Согласно рекомендациям наиболее целесообразной для спидометра является оцифровка с десятичным модулем, единица измере-
ния 5 км/ч. Для тахометра используется единичный модуль с указанием общего множителя (*1000).
Для спидометра и тахометра ввиду их близкого расположения выбрана единая система штрихов, шрифта. Ориентация цифр горизонтальная. Высота цифр на шкалах 8 мм при толщине линий 0,5.1 мм. Ширина штриха 1 мм. Размер шкал 120 мм.
Известно, что цвет и цветовые сочетания влияют на надежность считывания показаний приборов. Для деталей интерьера, расположенных в передней части салона, используются темные ахроматические цвета, это способствует концентрации водителя на дороге. Сочетание приглушенного белого и черного цвета на приборах обеспечивает нужный контраст штрихов и фона.
Выполнена подсветка приборов рассеянным светом. Цвет подсветки спидометра меняется от зеленого при малых скоростях до красного при больших скоростях. Предлагается использовать световоды из прозрачной пластмассы для подсветки шкал [2 - 4].
Одним из источников ошибок водителя являются блики. Водителю мешает и отражение в стекле. Поэтому над приборами размещены козырьки. Рулевое колесо и другие ОУ также не должны быть глянцевыми, чтобы не отражаться в стеклах индикаторов.
Разработка фар осуществлялась на основе нормативных документов. Фары ближнего и дальнего света расположены симметрично относительно продольной плоскости автомобиля. На приборной панели предусмотрен индикатор, сигнализирующий о включении фар.
С учетом требований безопасности, фары габаритного света расположены на расстоянии менее 400 мм от габаритной поверхности автомобиля, нижняя кромка на высоте не менее 350 мм от дороги. Контрольный сигнал на приборной панели для водителя обязателен [1].
Указатель поворота совмещен с габаритным огнем. Присутствует контроль водителя.
Установлены белые противотуманные фары. Световой поток фары ближнего света ассиметричен: в сторону от дороги (вправо) светит на большее расстояние, сверху ограничен. Расположение фар в пределах нормативных показателей: по высоте 500.1200 мм, по ширине - не более 400 мм от габаритов автомобиля.
На задней части кузова расположены осветитель номерного знака, фары заднего хода, стоп-сигнал, фары габаритного света, указатели поворота, противотуманный свет.
Решены вопросы создания комфортной среды и оптимального микроклимата в салоне. Кондиционирование воздуха позволяет поддерживать необходимые параметры: температуру - 20.22°, влажность - 30.70 %. Предусмотрена очистка воздуха от пыли.
Конструкция транспортного средства исключает попадание в кабину отработанных газов.
Предлагается использовать специальную пленку окислов металла на наружной поверхности ветрового стекла. По пленке пропускается ток для нагрева стекла в морозную погоду и улучшения видимости.
Для шумоизоляции проводится герметизация салона, устранение акустических дыр (щелей, технологических отверстий и др.). В конструкцию вводятся демпферы, глушителей шума. Используется виброзащита.
Важная роль отводится материалам, используемым для изготовления кузова и отделки салона. Они должны иметь такие характеристики, как хорошая шумоизоляция, шумопоглощение, стойкость к перепадам температуры, минимум светоотражения для исключения бликов, стойкость к загрязнению, легкое удаление грязи, низкая воспламеняемость, малая скорость горения, не токсичность при горении.
Обеспечение безопасности транспортных средств включает выполнение целого комплекса требований, уменьшающих риск и тяжесть дорожно-транспортных происшествий (ДТП), а также вредное влияние на экологию.
При дизайн-проектировании автомобиля для людей с ОВЗ были рассмотрены вопросы активной, пассивной, послеаварийной и экологической безопасности. Активная безопасность - меры, обеспечивающие снижение вероятности ДТП. Достигается совершенной технической базой, правильно оборудованным водительским местом, информативностью. Пассивная безопасность предполагает уменьшение тяжести последствий ДТП. Чтобы наметить пути повышения безопасности транспортного средства, необходимо рассмотреть процесс его деформирования при столкновении.
При ударе автомобиля данного класса первоначально происходит деформация кузова (первичный удар), разрушение его элементов. Пассажиры по инерции продолжают двигаться вперед, возможен вторичный удар о выступающие элементы кабины. Статистические данные показывают, что на данном этапе человек получает существенную часть травм. При больших скоростях происходит удар внутренних органов человека - это третий удар.
Поэтому пассивная безопасность требует выполнения условий: кузов должен поглотить максимальную кинетическую энергию, деформироваться, при этом салон должен сохранить первоначальную форму, пространство, где не произойдет сдавливания пассажиров.
Для решения поставленной задачи применяется энергопоглощаю-щий бампер. Принцип его работы основан на преобразовании кинетической энергии удара в деформацию (упругую или пластическую) либо в тепло.
Передняя и задняя часть кузова выполнены легко деформирующимися материалами при ударных нагрузках. Для этого в раме предполагается ослабление ланжеронов и поперечин путем изменения поперечных сечений либо за счет применения хрупких материалов. С целью создания безопасного пространства салона следует уделить внимание его ударно -прочностным свойствам.
Для исключения вторичных ударов водителя внутри кабины прорабатывается конструкция рулевого узла, который должен поглощать энергию удара, быть утапливаемым, не наносить травмы человеку.
Разработчиками предлагаются разнообразные конструкторские решения безопасного рулевого механизма: оснащение встроенными элементами, поглощающими энергию удара или разрушающимися при нагрузках (упругие муфты, гофрированные сетки, встроенные в рулевую колонку), складывающийся рулевой вал и др. [1].
ОУ утоплены или покрыты мягким материалом, поглощающим энергию. Торцевые части выступающих рычагов имеют площадь более 200 мм , радиус закругления более 2,5 мм. Высота ОУ не превышает 9,5 мм. Также используются от соединяющиеся или обламывающиеся при ударах ОУ, кронштейны и т.д.
Противосолнечные козырьки и узлы их крепления закруглены. Нижняя поверхность приборной панели закруглена на величину более 19 мм.
Механизмы открывания люка размещены вне зоны возможного положения головы человека при ударе. Радиусы скругления открывающейся крыши более 5 мм.
Стекло для снижения риска травматизма выполняется трехслойным или закаленным однослойным, поглощающим энергию удара, не дающим острых осколков.
Двигатель установлен на отдельной подвеске, которая при ударе перемещается по траектории вне салона.
На наружной части автомобиля отсутствуют выступающие части во избежание травмирования пешеходов.
Предусмотрены ремни безопасности, подголовники, пневмоподуш-ки. В проектируемом автомобиле используются трехточечные диагонально-поясные ремни. Возможно их дополнение специальными фиксирующими ремнями, разработанными для инвалидов («Карева Комби Кит»).
Послеаварийная безопасность предусматривает разработку конструктивных узлов и дополнительных устройств, снижающих тяжесть последствий ДТП. Возможные опасные последствия: заклинивание дверей, возгорание и т.д.
Выбрана надежная конструкция дверных замков.
Компоновка моторного отсека исключает накопление топлива для снижения риска возникновения пожаров. Топливный бак выполнен проч-
ным, коррозионностойким. Не выступает за габариты автомобиля. Его размещение исключает возможность попадания бензина на двигатель при заправке.
Также предусмотрена защита системы электрооборудования. Установлены датчики, отключающие электропитание при перегрузках.
Целесообразна аэродинамическая форма автомобиля.
Проработанная аэродинамика, помимо экономичности и высокой скорости, позволяет повысить управляемость и устойчивость транспортного средства. Аэродинамика в основном определяется внешней формой, обтекаемостью форм продольного и поперечного сечений. Также влияют: сопротивление мелких элементов на кузове, трение, внутренние потоки воздуха в функционирующих системах.
При дизайн-проектировании автомобиля была поставлена задача создания форм с хорошими аэродинамическими характеристиками. Разработанная форма обеспечивает безотрывное обтекание кузова потоком воздуха с учетом боковых ветров. Особое внимание уделено носовой части. Выполнено снижение лобовой площади автомобиля.
Учтены рекомендации по повышению аэродинамичности: отрицательный угол тангажа, усиление наклона крышки капота, ветрового стекла, облицовки радиатора, увеличение закругления верхней и боковых кромок кузова, избавление от выступающих элементов, устранение водостоков, гладкое днище, обеспечивающее без вихревое протекание воздуха в подднищевой зоне и др. [1].
Предусмотрены обтекатели (задние спойлеры), герметизация мест соединения дверей, капота, аэродинамические закрылки на колесах.
Разработанный автомобиль отличает продуманная эргономика, использование современных конструкторских решений, позволяющих водителю с ОВЗ сделать поездку комфортной и безопасной.
Работа выполнена в рамках Гранта правительства Тульской области в сфере науки и техники в номинации «Инновационные архитектурно -промышленные решения и дизайн».
Список литературы
1. Автомобили и тракторы. Основы эргономики и дизайна: учеб.для студентов вузов / И.С. Степанов, А.Н. Евграыов, А.Л. Карунин, В.В. Ломакин, В.М. Шарипов; под общ ред. В.М. Шарипова. М.: МГТУ «МАМИ», 2002. 230 с.
2. ГОСТ Р ИСО 4040-2011. Эргономика транспортных средств. Расположение элементов ручного управления, индикаторов и сигнализаторов в автомобиле. М.: Стандартинформ, 2012.
3. ГОСТ Р ИСО 12214-2011. Эргономика транспортных средств. Стереотипы направлений движения для элементов ручного управления автомобилем. М.: Стандартинформ, 2012.
4. ГОСТ Р 51266-99. Автомобильные транспортные средства. Обзорность с места водителя. Технические требования. Методы испытаний. М.: ИПК «Изд-во стандартов», 2000.
5. Требования к транспортным средствам категорий М1 и N1, предназначенным для лиц с ограниченными физическими возможностями (п. 15. Приложения № 3 к ТР ТС 018/2011).
Васин Сергей Александрович, д-р техн. наук, проф., vasin_sa53@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кошелева Алла Александровна, д-р техн. наук, доц., проф., al-lakos2002@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
SOLUTION OF SAFETY ISSUES WHEN DESIGNING A CAR FOR PEOPLE WITH
DISABILITIES
S.A. Vasin, A.A. Kosheleva
The issues of ergonomic development and safety in the design of vehicles for people with disabilities. The main directions of improving the convenience and comfort of the driver of the car. The conditions for reducing the risk of injury to a driver with disabilities are formulated.
Key words: car, design project, safety, ergonomics, driver's seat.
Vasin Sergey Aleksandrovich, doctor of technical sciences, prof., va-sin_sa53 @mail. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Kosheleva Alla Aleksandrovna, doctor of technical sciences, docent, рrofessor al-lakos2002@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University
Reference
1. Cars and tractors. Fundamentals of ergonomics and design: studies. for students of higher education institutions / I.S. Stepanov, A.N. Evgrayov, A.L. Karunin, V.V. Lomakin, V.M. Sharipov; under общ edition of V.M. Sharipov. M.: MSTU of "MAMI", 2002. 230 pages.
2. GOST P ISO 4040-2011. Ergonomics of vehicles. Arrangement of elements of manual control, indicators and signaling devices in the car. M.: Standartinform, 2012.
3. GOST P ISO 12214-2011. Ergonomics of vehicles. Stereotypes of driving directions for elements of manual control the car. M.: Standartinform, 2012.
4. GOST P 51266-99. Automobile vehicles. Visibility from driver's seat. Technical requirements. Test methods. M.: IPK "Publishing House of Standards", 2000.
5. Requirements to the vehicles of categories M1 and N1 intended for disabled persons (item 15. Appendices No. 3 to TR CU 018/2011).
УДК 622.831+502.604
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТНОГО СОСТАВА ГАЗОВ КАЛИЙНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
А.Н. Земсков, М.Ю. Лискова
Подземная разработка месторождений калийных солей практически во всем мире осложняется выделениями природных газов. Первые сведения о наличии газов в калийных солях датируются 1851 г. Однако несмотря на достигнутые успехи, практика ведения горных работ в калийных рудниках свидетельствует о том, что проблема газодинамических явлений и в настоящее время остается актуальной. Рассматриваются особенности формирования компонентного состава газов калийных месторождений. Приведенный анализ данных о выделении природных ядовитых газов в шахтах и рудниках показал недостаточную проработку этого вопроса, что предполагает продолжение системных исследований по определению газоносности калийных солей с целью обеспечения безопасных условий труда горнорабочих.
Ключевые слова: газоносность, газы, калийные месторождения, рудник, серо-водородсодержащие газы, безопасные условия труда.
В практике разработки калийных месторождений ведение горных работ на рудниках серьезно осложняется выделениями природных газов. Первые сведения о наличии газов в калийных солях приводятся в работе немецкого ученого Бунзена, датируемой 1851 г. Затем эти исследования были продолжены в 1906-1910 гг. Х. Претчем, Э. Эцдманном и другие, которыми, помимо получения данных о содержании газов в каменносоля-ных породах, были выдвинуты гипотезы об их происхождении [1, 2].
Работы по определению газоносности соляных пород и оценке газовой опасности при разработке калийных пластов были интенсифицированы в пятидесятых годах XX века после двух катастроф, происшедших в 1951 году на калийных рудниках Южного Гарца (Германия). Первые исследования газоносности соляных пород на Верхнекамском калийном месторождении были начаты в 1936 году Ю.В. Морачевским и А.А. Черепен-никовым [3]. В 1953 - 1959 гг. изучением газоносности солей занималась З.Н. Несмелова [4].
В 70 - 80-е годы значительные по объему исследования были проведены сотрудниками Пермского политехнического института (ныне Пермский национальный исследовательский политехнический университет) Г.Д. Поляниной, Н.Ф. Красюком и А.Н. Земсковым [5 -7].
Газы, находящиеся в породах калийных месторождений в свободном и микро включённом виде, - сложные смеси горючих, кислых и
