Анализ степени влияния активных элементов системы пассивной безопасности легкового автомобиля на травмируемость водителя при боковом ударе о столб

Введение (постановка задачи и актуальность). Повышение уровня пассивной безопасности транспортных средств, несмотря на постоянное совершенствование конструкций и систем, остаётся одной из приоритетных задач современного автомобилестроения. Особую сложность представляет обеспечение защиты водителя при боковых столкновениях, которые, обладая относительно невысокой вероятностью возникновения, характеризуются крайне тяжёлыми последствиями из-за минимальной зоны поглощения энергии удара. В таких условиях безопасность человека во многом зависит от эффективности работы активных элементов системы пассивной безопасности (ремень безопасности и боковые подушки безопасности).

Цель исследования – оценка степени влияния активных элементов системы пассивной безопасности на показатель (суммарный балл) пассивной безопасности легкового автомобиля.

Методология и методы. Для проведения виртуальных испытаний использован комплексный подход численного моделирования. Метод конечных элементов применён для воспроизведения процесса деформации кузова автомобиля при боковом ударе о столб, а также для анализа взаимодействия антропоморфного манекена с элементами интерьера автомобиля и ремнём безопасности. Для высокоточного моделирования процесса наполнения газом и взаимодействия боковых подушек безопасности с манекеном использован метод корпускулярных частиц.

Результаты и научная новизна заключаются в разработке балльно-рейтинговой системы, оценивающей пассивную безопасность по совокупности установленных Правилами ООН № 135 критериев травмирования при боковом ударе о столб, и в оценке вклада каждого элемента пассивной безопасности в снижение травмируемости водителя при боковом ударе о столб.

Практическая значимость состоит в создании инструмента (балльно-рейтинговая система) для количественной оценки пассивной безопасности при боковом ударе о столб, позволяющего сводить различные критерии травмирования в единый интегральный показатель для комплексной оценки травмируемости водителя.

1. Otte D., Haasper C., Eis V., Schafer R. Characteristics of pole impacts to side of passenger cars in European traffic accidents and assessment of injury mechanisms – analysis of German and UK in-depth data // Stapp Car Crash J. – 2008. – No. 52. – P. 1–14. DOI: 10.4271/2008-22-0014.

2. Long C., Chung Kim Yuen S., Gerald N. Analysis of a car door subjected to side pole impact // Latin American Journal of Solids and Structures. – 2019. – V. 16 (8). – P. 1–17. DOI: 10.1590/1679-78255753.

3. Сулегин Д.А. Оптимизация конструкции основания кузова грузопассажирского автомобиля в целях повышения энергоёмкости при боковом ударе // Инженерный журнал: наука и инновации. – 2021. – № 2 (110). EDN: PQOPFN.

4. Sivabalan A.S., Bragadeshwaran A., Eswaramoorthy G. et al. Vehicle side safety enhancement through door intrusion barrier analysis and recuperation // SAE Technical Paper. – 2019. – P. 1–13. DOI: 10.4271/2019-26-0001.

5. Baskara T., Cimendag M., Yılmaz Ulu E. Analysis and simulation of B-pillar for a vehicle // Journal of Current Researches on Engineering Science and Technology. – 2021. – V. 7. – No. 1. – P. 1–18. DOI: 10.15282/jmes.11.2.2017.11.0245.

6. Ikpe A.E., Owunna I.B., Satope P. Design optimization of a B-pillar for crashworthiness of vehicle side impact // Journal of Mechanical Engineering and Sciences. – 2017. – V. 11. – No. 2. – P. 2693–2710. DOI: 10.15282/jmes.11.2.2017.11.0245.

7. Гончаров Р.Б., Зузов В.Н. Совершенствование конструкций кабин грузовых автомобилей на стадии проектирования для обеспечения требований пассивной безопасности при ударе и минимизации массы // Труды НАМИ. – 2019. – № 4 (279). – С. 28–37. EDN: XXVGQA.

8. Четвериков М.В., Гончаров Р.Б., Бутарович Д.О. Исследование остаточного напряжённо-деформированного состояния несущей системы минипогрузчика при многократном нагружении по требованиям стандарта безопасности ROPS // Труды НАМИ. – 2023. – № 1 (292). – С. 46–55. DOI: 10.51187/0135-3152-2023-1-46-55. EDN: DETBGE.

9. Зузов В.Н., Сулегин Д.А. Исследование влияния на энергоёмкость основных силовых элементов кузова автомобиля в зоне бокового удара // Вестник ЮУрГУ. Серия: Машиностроение. – 2020. – Т. 20. – № 4. – С. 20–34. EDN: MJDFIQ.

10. UN Regulation No. 135 (E/ECE/324/Rev.2/Add.134/Rev.2 – E/ECE/TRANS/505/Rev.2/Add.134/Rev.2). Uniform provisions concerning the approval of vehicles with regard to their Pole Side Impact performance (PSI). UN, 2025. – 54 p.

11. Humanetics Group. Technical documentation: UM W50M test dummy (Revision K). – Humanetics Group, 2020. URL: https://www.humaneticsgroup.com/sites/default/files/2020-11/um-w50m_rev_k.pdf (дата обращения: 25.10.2025).

12. European new car assessment program (Euro NCAP). Assessment protocol – adult occupant protection, 2024, ver. 9.3. URL: https://cdn.euroncap.com/cars/assets/euro_ncap_assessment_protocol_aop_v93_f17b8fd21c.pdf (дата обращения: 25.10.2025).

13. C-NCAP management regulation. China Automotive Technology and Research Center Co. Ltd. (CATARC). 2024. URL: https://c-ncap.org.cn/articledetail/1760235142548373506 (дата обращения: 25.10.2025).

14. Marzougui D., Samaha R.R., Nix L., Kan C.-D. Extended validation of the finite element model for the 2010 Toyota Yaris Passenger Sedan. – Working paper NCAC 2012-W-005, 2012.

15. Xu T., Sheng X., Zhang T. et al. Development and validation of dummies and human models used in crash test // Applied Bionics and Biomechanics. – 2018. – No. 8. – P. 1–12. DOI: 10.1155/2018/3832850.

16. Tahan F., Marzougui D., Kan C.D. Development of LSTC WorldSID dummy finite element model (50th Percentile Male). 15th International LS-DYNA Users Conference, 2018. URL: https://lsdyna.ansys.com/wpcontent/uploads/2022/11/development-of-lstc-worldsiddummy-finite-element-model-50th-percentile-male.pdf (дата обращения: 25.10.2025).

17. Гонсалес А.А.В., Гончаров Р.Б., Петюков А.В. Физико-математическое моделирование процесса взаимодействия подушки безопасности легкового автомобиля с антропоморфным манекеном // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки. – 2022. – № 4 (103). – С. 4–21. DOI: 10.18698/1812-3368-2022-4-4-21. EDN: NJQZLI.

18. Pedrazzi C., Elsäßer K., Schaub S. Aspects of seat belt material simulation / Third European LS-DYNA Conference. Paris, 2001. URL: https://lsdyna.ansys.com/wp-content/uploads/attachments/34.pdf (дата обращения: 25.10.2025).

19. Dubois D., Markiewicz E., Cord H. et al. F.E. analysis of seat belt behaviour under dynamic loadings. Analyse e.f. du comportement de ceintures de sécurite sous chargements dynamiques. TILT / ICD 2003: conference proceedings. Lille, 2003. URL: https://www.researchgate.net/publication/274952930_fe_analysis_of_seat_belt_behaviour_under_dynamic_loadings_analyse_ef_du_comportement_de_ceintures_de_securite_souschargements_dynamiques (дата обращения: 26.10.2025).

20. Bendjaballah D., Bouchoucha A., Sahli M.L., Gelin. J.-C. Numerical analysis of side airbags deployment in out-of-position situations // International Journal of Mechanical and Materials Engineering. – 2017. – V. 12. – No. 1. DOI: 10.1186/s40712-016-0070-2.

21. Chawla A., Mukherjee S., Jangra J., Nakatani T. Issues in ALE simulation of airbags // International Journal of Crashworthiness. – 2007. – V. 12. – No. 5. – P. 559–566. DOI: 10.1080/13588260701492939.

22. Hirth A., Haufe A., Olovsson L. Airbag Simulation with LS-DYNA: Past-Present-Future / 6th European LS-DYNA Users’ Conference: conference proceedings, 2007. URL: https://lsdyna.ansys.com/wp-content/uploads/attachments/airbag-simulation-with-ls-dynapast-2013-present.pdf (дата обращения: 26.10.2025).

23. Tang X.Q., Alibrandi U., Koh C.G. Numerical simulation of sediment erosion and transport using consistent particle method // Advances in Water Resources. – 2025. – V. 205. DOI: 10.1016/j.advwatres.2025.105105.

24. Petyukov A.V., Goncharov R.B., Gonsales Astua A.V. Numerical simulation of airbag module operating features // AIP Conference Proceedings. – 2023. – No. 2833 (1). – P. 020043. DOI: 10.1063/5.0151985.

25. Teng H., Wang J., Bhalsod D. The recent progress and potential applications of corpuscular method in LSDYNA / 11th International LS-DYNA Users Conference. – Munich, 2010. – P. 85–103. URL: https://www.dynalook.com/conferences/international-conf-2010/Automotive-3-4.pdf (дата обращения: 01.11.2025).

26. Lin C.H., Cheng Y.P. Evaluation of LS-DYNA corpuscular particle method for side impact airbag deployment applications / 13th International LS-DYNA Users Conference, 2018. URL: https://lsdyna.ansys.com/wp-content/uploads/attachments/evaluation-of-lsdyna-r-corpuscular-particle-method-for-side-impactairbag-deployment-applications.pdf (дата обращения: 01.11.2025).

27. Гонсалес Астуа А.В. Структурно-функциональный анализ гибридных газогенераторов модулей подушек безопасности автомобиля // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. – 2024. – № 1 (148). – С. 36–54. EDN: CTXJNK.

28. Farmer C.M., Braver E.R., Mitter E.L. Two-vehicle side impact crashes: the relationship of vehicle and crash characteristics to injury severity // Accident Analysis and Prevention. – 1997. – V. 29. – No. 3. – P. 399–406. DOI: 10.1016/S0001-4575(97)00006-7.

29. Gabler H.C., Fitzharris M., Scully J., Fildes B.N., Digges K.H., Sparke L.J. Far-side impact injury risk for belted occupants in Australia and the United States / Proceedings of the 19th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV). 2005. URL: https://www.academia.edu/105031021/Far_side_impact_injury_risk_for_belted_occupants_in_Australia_and_the_United_States (дата обращения: 03.11.2025).

30. Gabler H., Digges K., Fildes B., Sparke L. Side impact injury risk for belted far side passenger vehicle occupants // SAE Technical Papers. – 2005. DOI: 10.4271/2005-01-0287.