Биомеханика основных видов ДТП
При изучении перемещений человека в автомобиле при ДТП тело человека с учетом требований общей биомеханики целесообразно рассматривать как биомеханическую систему, состоящую из биокинематических звеньев с наложенными связями, определяющими характеристики движений. Биокинематическая цепь (базисная модель) тела состоит из следующих основных подвижно соединенных твердых звеньев: головы, туловища, бедра и голени. Перемещения человека изучаются относительно недеформируемой части автомобиля и поверхности дороги. В качестве базовых точек, характеризующих положение человека в автомобиле, принимаются точки координаты относительно конструкции автотранспортного средства.
Для исследования повреждений, которые люди получают при ДТП, ученые в основном используют манекены.
Большинство исследователей для измерения повреждений используют манекены. На таких манекенах определяют и измеряют повреждение организма во время ДТП.
При изучении кинематики и динамики человека в автомобиле в условиях ДТП с учетом современных требований к техническому оснащению биомеханических исследований, как правило, используют скоростную киносъемку (скорость съемки 6001000 кадров в секунду), измерительно-регистрирующий комплекс электронной аппаратуры с применением автоматизированной обработки результатов на ЭВМ и кинодешифраторе. В пределах, допустимых техникой безопасности, объектом исследования является человек, в случаях невозможности выполнения техники безопасности исследования проводятся на антропометрических манекенах. Биокинематика и биодинамика движений человека при ДТП в большой степени определяются использованием водителями и пассажирами специальных защитных удерживающих средств. В настоящее время наиболее распространенным типом специальных защитных удерживающих средств являются ремни безопасности, поэтому биомеханика движений человека при ДТП должна исследоваться как для случая применения ремней безопасности, так и для случая их отсутствия.
Преимущества манекенов в том, что они могут быть использованы в гораздо большем количестве экспериментов. Однако для анализа желательно сравнивать результаты отдельных экспериментов, проводимых с одним и тем же или, в крайнем случае, с похожими манекенами. Неудобство использования манекенов заключается в отсутствии прямого ме-тода измерений повреждений манекена. Схожесть скелета манекена и человека ограничена позвоночным столбом, ребрами и несколькими другими костями. Сочленения скелета - обычные шарниры, в то время как у человека в каждом сочленении имеется большее число степеней свободы. Из-за иного способа прикрепления мягких тканей при ударе возникают иные силы и ускорения, которые вызывают иные повреждения, чем у реального человека. Стандартный манекен является аналогом мужчины среднего роста и имеет соответствующие размеры, вес и свободу перемещений в отдельных суставах. Одно из важных требований к манекену - это совпадение центра тяжести отдельных его частей с реальными данными для мужчины среднего роста, так как в противном случае кинематика частей манекена при аварии не будет отражать реальной картины, происходящей при ДТП.
Основная трудность при разработке стандартов на манекены заключается в том, что в настоящее время очень мало данных, характеризующих антропометрию и кинематику движения человеческого тела. Поэтому трудно вывести какие-нибудь усредненные достаточно достоверные данные. Работа в этом направлении ведется, причем классификация осуществляется по половому и возрастному признакам с учетом физического состояния. Манекены обычно изготавливают из резины и снабжают стальным каркасом с необходимым числом шарнирных соединений. Шарнирам металлического каркаса стремятся придать жесткость, идентичную жесткости суставов скелета человека, а прочность отдельных частей сделать равной прочности соответствующих частей человеческого тела.
Довольно трудной задачей оказалась надежная регистрация места, характера и степени тяжести травмы, полученной манекеном. Один из применяемых приемов - покрытие наружной поверхности манекена двумя слоями краски, внутреннего слоя - красной и весьма прочной, а наружного слоя - белой и сравнительно непрочной. Такой прием дает возможность достаточно точно фиксировать места травм по участкам обнажившейся красной краски, но не позволяет оценивать тяжесть травмы и лишь весьма приблизительно характеризует истинную реакцию человеческого тела при аварии.
Наружная оболочка головы манекена имеет слоистую структуру, имитирующую строение кожи и лицевых мышц. Голова присоединена к туловищу таким образом, что сохраняет вертикальное положение до ускорения 2 g. Строение туловища манекена допускает его посадку в такой позе, которую занимает человек на сиденье автомобиля. Грудная клетка манекена должна быть достаточно твердой, упругой и иметь соответствующую жесткость. Для определения величины замедления в процессе испытаний в голове, груди, коленях и других местах манекена размещают датчики-десселерометры инерционного типа, соединенные проводами с электронным регистрирующим устройством на пульте управления. В большинство постоянно используемых манекенов встраивают травмозаписывающие датчики.