Ролинг-бар: устройство и назначение

Ролинг-бар — это элемент конструкции автомобиля, представляющий собой усиленную дугу или каркас, устанавливаемый за сиденьями водителя и пассажиров. Основное назначение ролинг-бара — защита occupants (пассажиров) при опрокидывании транспортного средства, а также повышение жёсткости кузова. Термин происходит от английского roll bar (буквально «дуга безопасности» или «противоперекатная дуга»). В русскоязычной технической литературе также используются названия «дуга безопасности», «каркас безопасности» и «защитная дуга».

Назначение и принцип работы

Ролинг-бар выполняет функцию пассивной безопасности. При опрокидывании автомобиля крыша и стойки кузова могут деформироваться, создавая угрозу для головы и шеи находящихся в салоне людей. Дуга, изготовленная из высокопрочной стали, принимает на себя часть ударной нагрузки и предотвращает полное смятие зоны над головами пассажиров. В сочетании с ремнями безопасности и подголовниками ролинг-бар образует так называемое «пространство выживания» — минимальный объём, в котором человек не получает смертельных травм.

Помимо защиты, ролинг-бар увеличивает жёсткость кузова на кручение. Это особенно актуально для открытых кузовов (родстеров, кабриолетов, багги), где отсутствует жёсткая крыша. Установка дуги снижает вибрации и улучшает управляемость автомобиля на высоких скоростях и в поворотах.

История

Первые прототипы защитных дуг появились в автоспорте в 1950-х годах. Гонщики и инженеры заметили, что при авариях с переворотом пилоты часто гибли из-за смятия крыши. В 1960-х годах Международная автомобильная федерация (FIA) ввела обязательные требования к каркасам безопасности для гоночных автомобилей. С 1966 года дуги стали обязательным элементом экипировки машин, участвующих в кольцевых гонках и ралли.

В гражданском автомобилестроении ролинг-бары получили распространение в 1970–1980-х годах, сначала на спортивных моделях и внедорожниках. В 1970-х годах компания Porsche начала устанавливать встроенные дуги за сиденьями на модели 911 Targa. Позже подобные решения появились у других производителей. В 1990-х годах, с развитием нормативов пассивной безопасности, автоматические выдвижные дуги стали устанавливать на кабриолеты (например, Mercedes-Benz SLK, BMW Z4). При срабатывании датчиков крена они выстреливают из-за подголовников за доли секунды.

Конструкция и виды

Ролинг-бары классифицируются по конструкции, способу установки и назначению.

По конструкции

• Простая дуга (hoop) — одна П-образная труба, закреплённая за спинками сидений. Часто используется на пикапах и внедорожниках.
• Каркас безопасности (roll cage) — пространственная конструкция из нескольких дуг, стоек и раскосов, охватывающая весь салон. Применяется в гоночных автомобилях. Каркас может быть вварен в кузов или закреплён болтовыми соединениями.
• Выдвижная дуга — телескопическая конструкция, которая в обычном состоянии утоплена в корпус, а при опасности опрокидывания выдвигается вверх.
• Комбинированные системы — дуги, объединённые с подголовниками или интегрированные в силовую структуру кузова.

По материалу

Основной материал — холоднотянутая или горячекатаная сталь. Для гоночных каркасов применяются легированные стали (например, 25ХГСА) с пределом текучести не менее 350 МПа. В любительском тюнинге иногда используют алюминиевые сплавы, однако они менее прочны и редко допускаются к официальным соревнованиям. Трубы каркаса обычно имеют диаметр от 40 до 60 мм с толщиной стенки 2–3 мм.

По способу установки

• Ввариваемые — неразъёмное соединение с кузовом, обеспечивающее максимальную прочность. Требуют сварочных работ и последующей антикоррозийной обработки.
• Болтовые (съёмные) — крепятся к штатным или усиленным точкам кузова. Удобны для серийных автомобилей, так как не требуют необратимой модификации.
• Гибридные — комбинация сварки и болтовых соединений.

Требования и стандарты

В автоспорте конструкция ролинг-баров регламентируется техническими регламентами FIA (приложение J, статья 253) и национальными федерациями. Основные требования: минимальное сечение труб, количество точек крепления, радиусы изгибов, обязательное наличие накладок из мягкого материала в зонах возможного контакта с головой пилота.

Для гражданских автомобилей требования к дугам безопасности устанавливаются национальными стандартами. В России действует ГОСТ Р 41.94-99 (правила ЕЭК ООН № 94), касающийся защиты водителя и пассажиров при опрокидывании. Однако для серийных легковых автомобилей ролинг-бар не является обязательным элементом — его наличие определяется конструкцией транспортного средства. Обязательны дуги для квадроциклов, некоторых категорий сельскохозяйственной техники и строительных машин (в соответствии с ГОСТ Р ИСО 3471).

Применение

Основные сферы использования ролинг-баров:

• Автоспорт: ралли, кольцевые гонки, дрэг-рейсинг, трофи-рейды. Каркас безопасности обязателен для всех гоночных автомобилей.
• Внедорожники и пикапы: защита при езде по пересечённой местности, где высок риск опрокидывания на склонах.
• Кабриолеты и родстеры: компенсация отсутствия жёсткой крыши.
• Сельскохозяйственная и строительная техника: тракторы, погрузчики, экскаваторы-погрузчики. Для них устанавливаются дуги или кабины с защитными каркасами (ROPS — Roll-Over Protective Structures).
• Тюнинг и стайлинг: декоративные дуги, не несущие реальной защитной функции, устанавливаются для придания автомобилю спортивного вида.

Критика и ограничения

Установка ролинг-бара на гражданский автомобиль имеет ряд недостатков. Во-первых, дуга уменьшает полезное пространство салона и затрудняет посадку на задний ряд сидений. Во-вторых, при аварии без опрокидывания жёсткая труба может стать источником травм для пассажиров, если они ударятся о неё головой. Поэтому для гражданского использования дуги часто обшивают мягким материалом. В-третьих, некорректно установленный или самодельный ролинг-бар может снизить безопасность, нарушив кинематику деформации кузова. Известны случаи, когда жёсткий каркас, не имеющий достаточных точек крепления, при ударе срывался с креплений и причинял дополнительные травмы. В связи с этим в автоспорте запрещены самодельные конструкции, не прошедшие техническую инспекцию.

Интересные факты

• В некоторых автомобилях (например, Mercedes-Benz SLK первого поколения) выдвижные дуги срабатывают не только при опрокидывании, но и при сильном ударе в заднюю часть, когда вероятность переворота высока.
• На гоночных автомобилях каркас безопасности, помимо защиты, является силовым элементом, к которому крепятся точки крепления ремней безопасности и огнетушители.
• В трофи-рейдах дуги часто окрашивают в яркие цвета и наваривают на них дополнительные поручни для эвакуации экипажа.

Источники

• ГОСТ Р 41.94-99 «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении защиты водителя и пассажиров при лобовом столкновении».
• ГОСТ Р ИСО 3471-2014 «Машины землеройные. Устройства защиты при опрокидывании. Технические требования и методы испытаний».
• Технический регламент FIA, приложение J, статья 253 (Safety Equipment).
• Справочник по автоспортивным конструкциям, изд. SAE International.