В автоспорте каркас безопасности критически важен для защиты водителя и пассажиров, а также для повышения жесткости кузова. Эта статья рассматривает различные виды каркасов, или «клеток», и методы их установки. Вы узнаете о функциональности каркасов и возможностях самостоятельного монтажа, что поможет вам осознанно модернизировать автомобиль, обеспечивая безопасность и улучшенные характеристики на трассе.
Что такое каркас безопасности
Пространственный каркас безопасности защищает кузов от деформаций при перевороте или столкновении. Установка этой конструкции обязательна по международным стандартам спортивной ассоциации FIA и другим регулирующим организациям.
Эксперты в области автомобильной безопасности подчеркивают важность каркасов безопасности и жесткости кузова для защиты пассажиров в случае аварии. Современные автомобили оснащаются высокопрочными материалами, такими как сталь и алюминий, которые значительно увеличивают прочность конструкции. Это позволяет не только снизить риск травм при столкновении, но и улучшить общую управляемость автомобиля.
Специалисты отмечают, что правильная геометрия кузова и распределение силовых элементов играют ключевую роль в поглощении ударной энергии. В результате, современные модели автомобилей проходят строгие краш-тесты, что подтверждает их высокую степень безопасности. Таким образом, каркас безопасности становится неотъемлемой частью проектирования, обеспечивая защиту и уверенность водителей и пассажиров на дороге.
Жесткость кузова
Жесткость кузова современных автомобилей являет собой важный параметр, от которого зависит его безопасность. Чем меньше жесткость кузова, тем быстрее в нагруженных местах начнут появляться трещины, усталость металла.
С другой стороны, при попадании в дорожно-транспортное происшествие, кузов с небольшим запасом жесткости деформируется сильнее. Это увеличивает вероятность смертельного исхода при одинаковой скорости по сравнению с машиной, у которой этот показатель на порядок выше.
Кроме того, этот параметр характеризует общую прочность транспортного средства, степень пассивной безопасности и долговечности. Кузов является несущей конструкцией всего автомобиля, навесных элементов, пассажиров и перевозимых грузов.
Если жесткость на кручение недостаточная, при проезде по неровностям машина начинает «играть». Это приведет к неправильной работе подвески, непрогнозируемому ее поведению на высокой скорости. Кручение нужно снизить настолько, насколько это вообще возможно.
Главный параметр, опираясь на который, специалисты проводят тестирование – жесткость кузова на кручение вдоль продольной оси. Задача определить, какое усилие нужно приложить к кузову, чтобы вызвать деформацию на 1 градус. Измеряется жесткость в Нм/градус.
Наиболее жесткими считаются автомобили с однообъемной компоновкой кузова, когда силуэт напоминает форму куба, например минивэны. Куда меньшее сопротивление имеют двух и трехобъемные кузова. Большое количество дверей также снижает показатель. Самая низкая жесткость у автомобилей с открытым верхом.
Читайте также:
| Элемент кузова | Функция в обеспечении безопасности/жесткости | Влияние на безопасность при повреждении |
|---|---|---|
| Лонжероны | Обеспечивают продольную жесткость, поглощают энергию удара при лобовом столкновении | Деформация или разрушение лонжеронов приводит к значительному снижению защиты водителя и пассажиров |
| Поперечины | Обеспечивают поперечную жесткость, предотвращают деформацию кузова при боковом ударе | Деформация или разрушение поперечин может привести к проникновению в салон и серьезным травмам |
| Столбы кузова (A, B, C) | Обеспечивают жесткость крыши, защищают пассажиров от сдавливания при опрокидывании | Деформация или разрушение стоек может привести к обрушению крыши и серьезным травмам |
| Арки колес | Повышают жесткость кузова, защищают от деформации при боковом ударе | Деформация арок может привести к повреждению подвески и снижению управляемости |
| Балки безопасности (передняя и задняя) | Поглощают энергию удара, предотвращают деформацию салона | Деформация или разрушение балок снижает эффективность защиты пассажиров |
| Пороговые балки | Повышают жесткость кузова, защищают от бокового удара | Деформация порогов может привести к проникновению в салон и травмам ног |
| Клетки безопасности | Создают жесткий каркас вокруг пассажирского отсека | Обеспечивают максимальную защиту пассажиров при сильных столкновениях |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о каркасах безопасности и жесткости кузова автомобилей:
-
Технология “поглощения энергии”: Современные автомобили оснащены каркасами, которые специально спроектированы для поглощения энергии удара. Это достигается за счет использования зон деформации, которые при столкновении прогибаются и поглощают ударную силу, уменьшая риск травм для пассажиров.
-
Материалы высокой прочности: Для повышения жесткости кузова и безопасности автомобилей производители все чаще используют высокопрочные стали и композитные материалы. Например, некоторые модели используют боросодержащую сталь, которая в 2-3 раза прочнее обычной, что позволяет создавать более легкие и жесткие конструкции.
-
Краш-тесты и стандарты безопасности: Автомобили проходят множество краш-тестов, прежде чем поступить в продажу. Эти тесты помогают определить, насколько эффективно каркас безопасности защищает пассажиров в различных сценариях столкновения. Результаты тестов влияют на рейтинг безопасности автомобиля, который может стать решающим фактором для покупателей.
Таблица значений жесткости кузова
| Модель | Жесткость (Нм/гр) |
|---|---|
| Koenigsegg Agera R | 65000 |
| Koenigsegg Agera | 58000 |
| ВАЗ-21106 (гоночный) Желтая акула | 51800 |
| Bugatti Veyron | 50000 |
| Audi A8 D4 | 45000 |
| Porsche Cayman 981 | 42000 |
| Mercedes S-Class W222 | 40500 |
| Rolls-Royce Phantom | 40500 |
| Audi R8 | 40000 |
| Lexus LFA | 39130 |
| BMW 7 серии F01 | 37500 |
| BMW F10 | 37500 |
| VW Phaeton | 37000 |
| Bentley Flying Spur mk2 | 36500 |
| Audi A8 D3 | 36000 |
| Lamborghini Aventador | 35000 |
| Ferrari F50 | 34600 |
| Porsche 911 Turbo 997 | 34000 |
| Range Rover mk3 | 32500 |
| VW Passat B6 | 32400 |
| BMW Z4 Coupe mk1 | 32000 |
| Alfa Romeo 159 | 31400 |
| BMW 7 серии E65 | 31200 |
| Porsche 911 Carrera S 991 | 30400 |
| Mazda Rx-8 | 30000 |
| Mercedes E-Class W212 | 29920 |
| Aston Martin Vanquish | 28500 |
| Koenigsegg CC-8 | 28100 |
| BMW X5 E70 | 28000 |
| Land Rover Freelander 2 | 28000 |
| Mercedes S-Class W221 | 27500 |
| Lancia Kappa Coupe | 27350 |
| Ford GT | 27100 |
| Aston Martin DB9 Coupe | 27000 |
| Mazda CX-5 | 27000 |
| Pagani Zonda F | 27000 |
| Porsche 911 Turbo 996 | 27000 |
| Pagani Zonda C12 S | 26300 |
| Porsche Carrera GT | 26000 |
| Audi A8 D2 | 25000 |
| BMW F30 | 25000 |
| Porsche Panamera | 25000 |
| VW Golf V GTI | 25000 |
| Mini 2003 | 24500 |
| Alfa Romeo 166 | 24400 |
| Bentley Continental Supersports | 24000 |
| BMW E39 | 24000 |
| BMW E60 | 24000 |
| Seat Leon 2005 | 23800 |
| Mazda CX-7 | 23700 |
| BMW X5 E53 | 23100 |
| Lamborghini Gallardo | 23000 |
| Peugeot 407 | 22700 |
| Toyota Prius 2001 | 22700 |
| BMW E90 | 22500 |
| Audi TT Roadster mk2 | 22000 |
| Jaguar X-Type Sedan | 22000 |
| Saab 43533 Sedan mk2 | 22000 |
| Ford Mustang 2005 | 21000 |
| Saab 43533 Sportcombi mk2 | 21000 |
| Chrysler Crossfire | 20140 |
| Lamborghini Murcielago | 20000 |
| Volvo S60 mk1 | 20000 |
| Fiat Punto 3d | 19700 |
| Ford Focus 3d mk1 | 19600 |
| Mercedes SL R231 | 19400 |
| Audi TT Coupe mk1 | 19000 |
| Bugatti EB110 | 19000 |
| ВАЗ-2180 Лада Веста | 19000 |
| Alfa Romeo 147 3d | 18800 |
| Alfa Romeo 156 | 18800 |
| Volvo S80 mk1 | 18600 |
| Opel Combo 1999 | 18500 |
| Bentley Azure | 18000 |
| Maserati Quattroporte 2008 | 18000 |
| Mercedes SLS Roadster | 18000 |
| Pagani Zonda Roadster | 18000 |
| Ford Focus 5d mk1 | 17900 |
| Volkswagen Fox 2007 | 17900 |
| Alfa Romeo MiTo | 17650 |
| BMW E34 | 17200 |
| Citroen Picasso mk1 | 17000 |
| Ford GT40 MkI | 17000 |
| Mercedes SL R230 | 16400 |
| Jaguar X-Type Estate | 16300 |
| Alfa Romeo 147 5d | 16250 |
| Ford Mustang 2003 | 16000 |
| Jaguar XK mk2 | 16000 |
| Aston Martin DB9 Convertible | 15500 |
| Mazda Rx-7 FD | 15000 |
| Ferrari 575M Maranello | 14700 |
| BMW Z4 Roadster mk1 | 14500 |
| Daewoo Nubira 1997 | 14500 |
| ВАЗ-21109 Консул | 14300 |
| Renault Twingo 1995 | 14200 |
| BMW E46 Wagon | 14000 |
| McLaren F1 | 13500 |
| Porsche 911 Turbo 993 | 13500 |
| BMW E46 Sedan | 13000 |
| Opel Omega 1999 | 13000 |
| ВАЗ-2191 Лада Гранта седан | 13000 |
| Porsche 959 | 12900 |
| BMW E46 Coupe | 12500 |
| ВАЗ-21106 | 12200 |
| ВАЗ-2123 Шеви-Нива | 12000 |
| ВАЗ-2170 Лада Приора | 12000 |
| Audi A2 | 11900 |
| Opel Astra 4d 1998 | 11900 |
| Opel Astra 5d 1998 | 11700 |
| ВАЗ-2191 Лада Гранта лифтбек | 11700 |
| Porsche 911 Turbo 996 Convertible | 11600 |
| Saab 43533 Cabriolet mk2 | 11500 |
| ВАЗ-1119 Лада Калина хэтчбек | 11000 |
| BMW E36 Touring | 10900 |
| Fiat Bravo | 10600 |
| BMW E46 Convertible | 10500 |
| BMW Z8 | 10500 |
| Daewoo Lanos 3d 1997 | 10500 |
| Lotus Elise S2/ Exige 2004 | 10500 |
| Opel Astra 3d 1998 | 10500 |
| Toyota Corolla 3d 1995 | 10500 |
| ВАЗ-21108 Премьер | 10500 |
| Audi TT Roadster mk1 | 10000 |
| Renault Sport Spider | 10000 |
| ВАЗ-2120 Лада Надежда | 10000 |
| ВАЗ-1117 Лада Калина универсал | 10000 |
| Ford Mustang Convertible 2005 | 9500 |
| Chevrolet Corvette C5 | 9100 |
| Fiat Brava | 9100 |
| ВАЗ-21213 Нива | 8900 |
| Opel Vectra 4d 1999 | 8800 |
| Ferrari 360 Spider | 8500 |
| ВАЗ-21102 | 8400 |
| Nissan Sunny 3d 1995 | 8200 |
| ВАЗ-21083 | 8200 |
| ВАЗ-2112 | 8100 |
| Opel Corsa 3d 1999 | 8000 |
| Peugeot 206 CC | 8000 |
| ВАЗ-2110 | 8000 |
| Lotus Elan | 7900 |
| Dodge Viper Coupe mk2 | 7600 |
| Toyota Starlet 5d 1995 | 7600 |
| Nissan Prairie 4×4 5d 1995 | 7500 |
| ВАЗ-2111 | 7400 |
| ВАЗ-2131 Нива | 7400 |
| ВАЗ-2105 | 7300 |
| ВАЗ-2107 | 7200 |
| ВАЗ-1111Э Ока | 7000 |
| Dodge Durango mk1 | 6800 |
| ВАЗ-21093 | 6800 |
| Fiat Tempra | 6700 |
| Ford Fiesta 3d 1995 | 6500 |
| Opel Corsa 3d 1995 | 6500 |
| ВАЗ-2106 | 6500 |
| ВАЗ-21043 | 6300 |
| Lotus Esprit SE Turbo | 5850 |
| BMW Z3 mk1 | 5600 |
| ВАЗ-21099 | 5500 |
| ВАЗ-2115 | 5500 |
| Ford Mustang Convertible 2003 | 4800 |
| ГАЗ-М20 Победа | 4600 |
| Ford Maverick 5d 1995 | 4400 |
| Nissan Micra 1995 | 4000 |
| МЗМА-400 Москвич | 2500 |
В повседневной жизни владельцы автомобилей могут столкнуться с проблемой жесткости кузова. Например, при использовании домкрата или при заезде на препятствие одним колесом. В таких ситуациях может возникнуть трудность с открыванием навесных элементов кузова, таких как двери и капот. Это связано с недостаточной жесткостью конструкции кузова.
Способы увеличения жесткости
Увеличение показателей жесткости кузова достигается не
только путем приваривания или прикручивания каркаса, существуют и менее
радикальные способы.
Навесные усилители жесткости
При разработке нового автомобиля важна жесткость кузова. Производители закладывают запас прочности, но для обычных автомобилей выдающихся характеристик ожидать не стоит.
Одно из простых решений — установка усилителей жесткости, или распорок (УЖи). Они делятся на три типа:
- Верхний УЖ. Соединяет стаканы, фиксируя их положение и равномерно распределяя нагрузку между стойками.
- Нижний УЖ. Предотвращает расхождение лонжеронов на неровных дорогах. В сочетании с верхней распоркой значительно увеличивает жесткость, формируя прочную раму.
- Задний УЖ. Увеличивает жесткость задних стаканов, равномерно распределяя нагрузку.
Существуют также дополнительные усилители для конкретных марок и моделей: подрамные распорки, элементы вдоль порогов, косынки на крыльях и каркас под бампер — башбар (bash bar).
Установка распорок не заменяет полноценную подготовку автомобиля для автогонок, разве что на любительском уровне.
Усиление кузова
Это уже более продвинутый способ увеличения жесткости, весьма
трудоемкий и затратный в финансовом плане.
-
Читайте также:
При интегрированном усилении, места точечной сварки обвариваются
дополнительно. Точки крепления агрегатов и особо нагруженные места кузова,
усиливаются дополнительными слоями металла. Особое внимание уделяется зонам
деформации, предусмотренным производителем. На эти места ввариваются косынки и
перемычки.
Однако, для подготовки к участию в профессиональных спортивных
дисциплинах, потребуется установка каркаса.
Виды каркасов
Существует два типа каркасов безопасности: болтовой и вварной. Рассмотрим каждую категорию подробнее.
Болтовой каркас безопасности
Также называется сборно-разборным. Крепится к боковым стойкам, порогам и полу при помощи болтов. В любой момент конструкцию можно полностью разобрать. Как правило, болтовый каркас пользуется популярностью среди начинающих автогонщиков, а также владельцев, использующих транспортное средство в комбинированном режиме – для повседневной езды и участия в соревнованиях.
Устанавливая такой каркас нужно выбирать качественный крепеж. Если болты будут плохими, при аварии конструкция может отстегнуться и повредить водителя.
Вварной каркас безопасности
Приложение J
Являет собой официальный документ, выпущенный международной автомобильной федерацией FIA (Fédération Internationale de l’Automobile).
Правила повышения безопасности кузова каркасным методом прописаны в статье 253. Там указаны технические параметры каждого элемента конструкции, используемого в «клетке». Читать перевод статьи в формате PDF.
-
Читайте также:
Источник (там же переводы других статей данного приложения).
Приложение 14
Созданный Российской автомобильной федерацией, этот документ определяет правила применения автомобильных каркасов безопасности и важен для участников национальных чемпионатов. Подробности в приложении.
Каркас безопасности своими руками
Как показывает практика, самой удобной платформой для
постройки спорткара является отечественный кузов ВАЗ. Разработать и воплотить в
реальность конструкцию каркаса можно и самостоятельно.
При изготовлении «клетки», в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 8734-58, используется стальная труба двух сортаментов – 45х2,5 и 40х2,0 см. Сталь должна быть нелегированной, с содержанием углерода не более 0,3%. Это нужно для того, чтобы каркас был достаточно гибким и не лопался при деформации.
Также придется обзавестись трубогибом, чтобы придавать рабочему материалу оптимальную форму под нужным углом, поскольку нагрев категорически запрещен. При изгибе труба все равно будет плющиться, и разница между меньшим и большим диаметром не должна превышать 10%.
Чтобы точно отрезать и подогнать трубу, можно воспользоваться сервисом После того как программа сделает развертку, нужно распечатать ее на принтере и перенеси на трубу.
Варить лучше на аргоном или полуавтоматом. Основные точки сварки – стойки крыши, пороги. Используются как продольные элементы с левой и правой стороны кузова, так и косынки с накладками для повышения жесткости центральных стоек при боковом столкновении.
Косынки в омологированной конструкции обязательно должны иметь отверстия для инспекции сварного шва.
Обратите внимание на схему создания системы безопасности
автомобиля ВАЗ, начиная с «копейки» и заканчивая «семеркой».
Если вы планируете принимать участие в соревнованиях на профессиональном уровне, забудьте о самостоятельном изготовлении. Придется покупать омологированный каркас. Это конструкция, прошедшая официальные испытания, качество которой гарантирует производитель. Она обязательно должна быть сварной и отвечать всем требованиям, предъявляемым официальными организациями.
Тестирование и сертификация каркасов безопасности
Тестирование и сертификация каркасов безопасности являются важными этапами в процессе разработки и производства автомобилей. Эти процедуры направлены на оценку прочности и устойчивости кузова автомобиля в случае аварийной ситуации, что напрямую влияет на безопасность водителя и пассажиров.
Существует несколько стандартов и методик, по которым проводятся испытания каркасов безопасности. Одним из наиболее известных является метод испытаний на деформацию кузова, который позволяет оценить, как конструкция автомобиля реагирует на ударные нагрузки. В ходе таких испытаний используются специальные стенды, на которых автомобиль подвергается ударам с различной силой и направлениями. Результаты этих тестов помогают инженерам выявить слабые места в конструкции и внести необходимые изменения.
Кроме того, важным аспектом тестирования является использование краш-тестов, которые проводятся как в лабораторных условиях, так и в реальных дорожных ситуациях. Краш-тесты позволяют оценить, как каркас безопасности защищает пассажиров от травм в случае столкновения. В ходе таких испытаний используются манекены, оснащенные датчиками, которые фиксируют уровень нагрузки на различные части тела. Эти данные затем анализируются для определения эффективности конструкции.
Сертификация каркасов безопасности осуществляется на основе полученных результатов тестирования. В большинстве стран существуют национальные и международные стандарты, которым должны соответствовать автомобили. Например, в Европе это стандарты Euro NCAP, которые оценивают безопасность автомобилей по нескольким критериям, включая защиту взрослых пассажиров, детей и пешеходов. Автомобили, прошедшие сертификацию, получают соответствующие оценки, которые публикуются и могут быть использованы потребителями при выборе автомобиля.
Важно отметить, что сертификация каркасов безопасности не является разовой процедурой. Производители автомобилей обязаны регулярно обновлять свои модели и повторно проходить тестирование, чтобы соответствовать новым стандартам безопасности. Это связано с постоянным развитием технологий и материалов, которые используются в автомобилестроении, а также с изменением требований к безопасности со стороны потребителей и регулирующих органов.
В заключение, тестирование и сертификация каркасов безопасности играют ключевую роль в обеспечении безопасности автомобилей. Эти процессы помогают выявлять недостатки в конструкции и способствуют внедрению новых технологий, что в конечном итоге приводит к снижению числа травм и fatalities на дорогах.
Вопрос-ответ
Увеличивает ли каркас безопасности жесткость шасси?
Каркасы безопасности. Забудьте о нескольких простых распорках, крепящихся болтами. Каркас безопасности — это настоящее средство укрепления шасси и жизненно важная часть любого гоночного автомобиля, отчасти для того, чтобы соответствовать правилам безопасности, отчасти для того, чтобы значительно увеличить жесткость шасси автомобиля.
Можно ли ездить с каркасом безопасности?
Теоретически да. В принципе, действующее российское законодательство не запрещает устанавливать на свой легковой автомобиль каркас безопасности, а также специальные кресла с пятиточечными ремнями безопасности.
Каковы недостатки каркаса безопасности?
Зоны деформации больше не будут работать так, как задумано. Каркас безопасности будет мешать работе подушек безопасности. Недаром в автомобилях с каркасом безопасности используются пятиточечные ремни безопасности вместо стандартных трёхточечных. Существует риск столкновения с каркасом безопасности при аварии, поэтому шлемы обязательны для гонщиков с каркасом безопасности.
На что влияет жесткость кузова?
Чем она выше, тем лучше кузов противостоит скручивающимся нагрузкам, которые на него действуют в поворотах и при проезде препятствий. Самый наглядный пример – наезд одним колесом на бордюр, отчего у иных машин перестают открываться двери: их перекашивает в проемах из-за низкой жесткости кузова.
Советы
СОВЕТ №1
При выборе автомобиля обращайте внимание на наличие современных каркасов безопасности, таких как кузова с усиленной структурой и зоной деформации. Эти элементы значительно повышают уровень защиты пассажиров в случае аварии.
СОВЕТ №2
Изучите результаты краш-тестов, проводимых независимыми организациями, такими как Euro NCAP. Эти тесты помогают понять, насколько жесткость кузова и каркас безопасности автомобиля соответствуют современным стандартам безопасности.
СОВЕТ №3
Регулярно проверяйте состояние кузова вашего автомобиля. Микротрещины и коррозия могут ослабить жесткость кузова, что негативно скажется на безопасности. При необходимости обращайтесь к специалистам для проведения диагностики и ремонта.
СОВЕТ №4
При модификации автомобиля, например, при установке спортивной подвески или изменения кузова, учитывайте влияние этих изменений на жесткость кузова и каркас безопасности. Неправильные модификации могут снизить уровень защиты в случае ДТП.
