Избрать мотошлем достаточно легко: нужно исключить китайские поделки за $25 (при первом ударе они могут разлететься на маленькие черепки). Но как появляются и как испытываются мотошлемы, которые должны обеспечивать безопасность наших с вами голов?

Жесткий либо довольно мягенький мотошлем?

Уже лет 40, как мотошлем обязателен по закону в почти всех странах, но нередко решающим моментом при выборе является не столько уровень защиты, сколько уникальный вид либо раскраска. Но сначала при выборе мото шлема необходимо уделять свое внимание на его способность как можно больше всасывать энергию удара, чтоб не доставалось голове. А для этого мото шлем должен верно деформироваться и даже отчасти разрушаться при ударе. Энергия удара, которая не добивается головы, практически уничтожает мотошлем. При всем этом один мощнейший направленный удар делится мотошлемом на несколько рассеянных и поболее слабеньких.

Итак, мы решили выяснить, как проектируются и делаются мотошлемы, чтоб посодействовать вам в правильной оценке при выборе и покупке мотошлема. Мотошлем состоит из 2-ух оболочек, сделанных из различных материалов и выполняющих различные функции. Объединённые в процессе производства, они должны распределять энергию удара на наивысшую площадь и сразу всасывать её.

Как поведет себя мото шлем при ударе?

Виртуальная модель состоит из огромного количества базисных частей. После крэш-теста мотошлема можно детально следить деформацию внешней оболочки и внутреннего демпфирующего слоя из пенопласта.

Внешняя оболочка мото шлема – жёсткая скорлупа, сделанная из различных материалов (термопластов либо композитов). Из термопластов в большинстве случаев употребляется Абс (дешёвый, эластичный, но просит несколько большей толщины материала) либо поликарбонат (более дорогой, крепкий, допускающий наименьшую толщину материала), либо их разные консистенции с промежными чертами. Для композитных материалов употребляются волокна и ткани разного типа: стеклоткань, кевлар, карбон, которые время от времени армируются железной сетью. 2-ой компонент композита – это связывающий материал: ткань может быть за ранее им пропитана, он может быть нанесен вручную либо автоматом. В качестве связывающего употребляются полимерные, эпоксидные смолы либо термопластики с разными присадками. Связующие материалы определяют свойства готового изделия приблизительно на 10%. Их выбор находится в зависимости от баланса функциональности, цены, технологии производства и критерий эксплуатации.

Различия меж композитной и термопластиковой оболочками – в стоимости, в весе изделия и объёмах производства. Оболочки мотошлемов из термопластиков штампуются под давлением в литьевые формы, которые очень дороги. Оболочки из композитных материалов мото-шлемов делаются по матрице, которая еще дешевле. Но процессы в главном производятся вручную, и цена начальных материалов еще выше. К тому же объёмы производства меньше, это тоже определяет более высшую стоимость изделия из композита.

Внутренний слой мотошлема делается, обычно, из пенопласта с добавлением разных присадок. Он может быть неизменной либо переменной плотности, время от времени состоит из нескольких частей. Задачка внутреннего слоя -демпфирование резких перегрузок. Процесс проектирования нового мото шлема начинается, сначала, с выбора материалов и определения сектора рынка, на который будет нацелен продукт. Поначалу делаются наброски, потом наступает фаза моделирования в пластилине. По готовой модели делаются геометрические обмеры, по которым делаются штампы.

Этот обычный метод очень рискованный, здесь всё зависит только от производственного опыта, позволяющего «на глаз» оценить форму, избрать нужную толщину материала, чтоб мото шлем хорошо исполнил свои функции. Преимущество этого способа в том, что он позволяет с самого начала процесса работать с реальной физической моделью.

Одна модель мото шлема и два года на его проект

Чтоб лучше осознать современный компьютеризированный процесс проектирования мото шлема, мы посетим предприятие Omega в Тортоне, которое является частью Итало-Испанской промышленной группы, имеющей создание также в Восточной Европе и Азии.

Тестирование мотошлема на удар о бордюрный камень

Анализ поведения математической модели, состоящей из тыщ базисных частей. Элемент сероватого цвета симулирует бордюрный камень. Для поглощения энергии удара имеют значение не только лишь деформация и смещение частей, да и перенаправление ударной волны в другие зоны мото шлема.

Итальянское отделение группы занимается проектированием мото и вело шлемов. Проектирование ведется не только лишь по внутреннему заданию компании, да и по заказу для других производителей. В Тортоне находится оборудование и лаборатории для проектирования и проведения различных тестов готовой продукции. Там же проводится официальная сертификация и омологация мото-шлемов.

Зона удара мотошлема

Слева – внутренности мото шлема. Вверху – распространение ударной волны при боковом ударе: зона подбородка также участвует в поглощении энергии, хотя и находится на расстоянии от точки удара.

Компьютерное проектирование нового мотошлема обычно начинается с эскизов на бумаге. После выбора подходящих вариантов перебегают к математическому моделированию. В 30-программах в куцее время строят математическую модель – форму грядущего мотошлема. На дисплее он смотрится полностью близко к реальности, уже на этом шаге его можно тщательно визуализировать со всеми деталями и отверстиями, прямо до наклеек, уплотнителей и вариантов раскраски. Потом модель-форма мотошлема преобразуется в законченный трёхмерный объект со всеми деталями.

Материалы для мотошлемов

Стекловолокно, карбон, кевлар: слева заготовки мото шлемов из стекловолокна и полиэфирной смолы, слева вверху – из незапятнанного карбона с эпоксидкой.

Программки, применяемые для моделирования, используются также в аэрокосмической области и в автомобилестроении. Но в авиации хоть и употребляются похожие композиты, продукция не рассчитана на выживание при катастрофах. Соответственно от материалов не требуется данного поведения при разнонаправленных механических нагрузках. В автомобилестроении, напротив, используют структуры из однородных материалов, за ранее подвергнутых формованию из пластинок. Там всё подчинено одной цели: поглотить и распределить энергию удара оковём запрограммированной деформации структуры. Перед проектировщиками мото-шлема стоит сложная задачка: в объёме еще наименьшем, чем у автомобиля, сделать зоны программируемой деформации, дозволяющие обеспечить высочайший уровень безопасности при столкновении. Но внедрение «автомобильных» материалов и технологий тут нереально из-за жёстких требований к весу изделия – мотошлем придётся носить на голове.

Повреждение мотошлема есть, даже если его не видно

Изображение разреза материала оболочки с сотовой структурой под микроскопом до и после ударного теста. Снаружи кажется, что материал только поцарапан, снутри же видны значимые повреждения. В этом месте крепкость оболочки снижена. Мотошлем – ведь разовая!

Программки, в каких проектируется мотошлем, учитывают характеристики и механические свойства материалов, которые подразумевается использовать. В их заблаговременно вводятся статические характеристики (упругость и сопротивление извиву, сжатию и разрыву) и динамические (удар). Виртуальные материалы с данными определёнными качествами позволяют перейти от эстетической трёхмерной модели-формы к близкой к реальности модели грядущего шлема. Вся структура виртуального мото шлема состоит из малеханьких частей, соединённых меж собой и образующих сетку. Для проведения виртуальных крэш-тестов симулируются условия, подобные испытаниям при омологации.

Изображение материалов наружной оболочки различной плотности. Абс (понизу) и поликарбонат (сверху) реагируют на удар по-разному.

Виртуальный мотошлем надевают на виртуальную голову с определёнными размерами и весом и потом виртуально лупят, принуждают падать и роняют на него виртуальные наковальни данной формы. Во время этих испытаний может появиться необходимость поменять форму либо размеры оболочки, и в этот период дизайнерам и испытателям приходится работать в тесноватом контакте.

Когда модель станет удовлетворять требованиям виртуальных тестов, начинается изготовка макета мотошлема. По характеристикам виртуальной модели с помощью лазера спекается порошок из нейлона и стекловолокна, и синтезируется внешняя оболочка (разработка трёхмерного «выращивания» объекта – прим. перев.), внутренний слой делается фрезерованием из пенопласта. Макет нужен для оценки эстетических свойств грядущего мотошлема. На эстетическую проработку требуется от 2-ух до 24-х месяцев (этот срок находится в зависимости от взыскательности и требовательности производителя), последующие три-четыре месяца нужно выделить для математических расчётов, потом ещё два-три месяца занимает изготовка штампов для оболочки и внутреннего слоя из пенопласта. После тестирования первых образцов ещё один-два месяца уходит на ликвидацию просчётов и ошибок, которые неминуемы при проектировании. Корректно реализованная математическая модель мото шлема на 88% гарантирует соответствие промышленного эталона результатам виртуальных тестов. При всем этом есть возможность симулировать любые деформации и повреждения всех частей мотошлема, участвующих в поглощении удара, и их взаимодействие меж собой. В расчётах непременно учитываются вероятные производственные погрешности, такие как непостоянная плотность пенопласта внутреннего слоя либо смещения частей друг относительно друга в процессе сборки, также вероятные варианты в дизайне изделия.

Свойства мотошлема в промышленном выполнении должны соответствовать всем требованиям даже в наихудшем сочетании всех погрешностей и ошибок, которые безизбежно появляются в производстве.

Крэш тест мотошлема? Непременно!

На европейском рынке действуют нормативы ECE/ONU 22 (принятые в мае 2000 года), в Америке же продаваемые мотошлемы должны соответствовать требованиям DOT SS218, действующим ещё с 1985 года. С момента принятия DOT южноамериканские конструкторы мотошлемов сертифицируют свою продукцию без помощи других. Для соответствия же нормам ЕСЕ все омологационные испытания должны проводиться под контролем представителя Министерства транспорта.

Забрала тоже испытывают

Проводится серия тестов на нагрев и остывание забрала мото шлемов до —20° С. Слева изображены тесты на сопротивление резвым ударам (не предусмотренные ЕСЕ), понизу тесты на плотность сопряжения.

На южноамериканском рынке также действует Snell Memorial Foundation, организация, занимающаяся сертификацией мотошлемов, требования которой превосходят нормы DOT. Удостоверение Snell не является неотклонимым условием для получения разрешения реализации на местности США но, все же, является официальным знатным техническим и коммерческим инвентарем. Не так издавна в США организацией National Highway Traffic Safety Administration были протестированы мотошлемы, взятые из торговой сети. Если мото шлем не проходил тест, он изымался из реализации. Результаты были размещены в печати (ЕС) и на официальном веб-сайте в вебе (http:/nhtsa.com).

Тесты для ЕСЕ касаются всех частей мотошлема, от оболочки и забрала до ремешков и застёжек. Поначалу мотошлем проходит геометрический контроль, зачем он надевается на «голову» соответственного размера (тесты проводятся для каждого размера), и он должен закрыть зону, окрашенную красноватым цветом, которая соответствует малой поверхности по требованиям ЕСЕ. По регламенту Snell тестовая поверхность размещена выше, что даёт несколько огромную свободу в выборе формы мотошлема. На последующем шаге проверяется обзорность. (Как минимум 210° по горизонтали, 45° вниз и 7° ввысь.) Потом контролируется смещение мотошлема относительно головы. Особое устройство проворачивает шлем, для ЕСЕ допускается наибольшее смещение на 30° вперёд, для тестов по версии Snell довольно, чтоб мотошлем не снимался с головы.

Нелегкая жизнь тестового эталона мотошлема

Динамические (падение груза со смещением) и статические тесты на сдавливание. Тест на скольжение по абразивной поверхности, имитирующей неровный асфальт с выбоинами. Все эти испытания проводятся как при обычной комнатной температуре, так и в критериях, имитирующих горячую и морозную погоду.

Фаза испытаний на крепкость начинается с проверки сопротивления боковому и продольному сжатию. После нескольких переменных циклов сдавливания контролируется геометрия мотошлема, которая должна остаться прежней. Способность мотошлема держать удар инспектируют на ударном щите в два шага. Поначалу имитируют падение на плоскую поверхность, потом лупят особым грузом с гранью 90°, имитирующим бордюрный камень.

«Манекены», применяемые в испытаниях ЕСЕ, имитируют голову человека, они откалиброваны по размерам и весу (от 3,1 до 6,1 кг). Они обустроены 30-акселерометрами, которые регистрируют ударные нагрузки в различных направлениях. При омологации для Snell употребляются осевые акселерометры, измеряющие нагрузки исключительно в направлении удара. Ударные тесты мотошлема проводятся в 5 главных точках (боковая, верхняя, задняя, передняя и зона подбородка). Для испытаний по версии Snell тоже употребляются «головы» различных размеров, но одной массы, закреплённые на специальной недвижной станине. Это устройство время от времени просит распиливания зоны подбородка, потому многие инженеры считают южноамериканские испытания наименее близкими к реальности по сопоставлению с европейскими.

О чем гласит этикетка мото-шлема?

«Е» с номером показывает на европейскую омологацию с кодом страны, которая эту омологацию проводила. «05» подтверждает прохождение тестов и соответствие требованиям ЕСЕ22/05. Последующая буковка показывает на конструкцию фронтальной части мотошлема (зоны подбородка): Р – интеграл с силовой фронтальной частью, NP – интеграл с фронтальной частью, не включенной в силовой каркас шлема и не защищающей от удара, J значит открытый мото шлем» без фронтальной части. Последние числа – код модели шлема

Одни и те же ударные тесты повторяются с имитацией различных погодных критерий. При обычной (21° С), низкой (-21°С, что критично для пенопластового слоя) и высочайшей (50° С, принципиально для внешней оболочки) температурах. Сами тесты для ЕСЕ представляют собой одиночный удар грузом со скоростью 7,5 м/с (27 км/ч); масса груза равна массе «головы», и означает, энергия удара растет с повышением размера мотошлема. Для Snell (как для прошлых ЕСЕ 22/02 и 03) делается двойной удар, но этот метод отражает статистически наименее возможный случай. Проверяется также сопротивляемость материалов шлема растворителям (70% октана и 30% толуена) и особый тест на старение, когда мотошлем помещается на 48 часов в специальную камеру с откалиброванным уф-излучением. Дополнительно проводят испытания на коррозийную устойчивость в соляном тумане.

Но основное предназначение мото шлема – демпфирование и ослабление энергии удара. По мед свидетельствам установлены максимально допустимые пиковые нагрузки и ускорения (д) прямолинейного и вращательного типа и их сочетание. Нормы допускают максимум 275 g в любом направлении (для Snell – 300 g в направлении опции акселерометра).

Последующие проверки касаются наличия разных выступов, резиноподобных покрытий, отбортовок и аксессуаров. Они не должны препятствовать свободному скольжению мотошлема по асфальту, чтоб исключить возможность дополнительных толчков от попадания в выбоины. Особое устройство трёт мото-шлем по покрытию, напоминающему наждачку, и определяет вращательные ускорения, которые могут нанести возможный вред. Все тесты проводятся и с интегралами, и со шлемами с подъёмным забралом, у каких ни в коем случае оно не должно само раскрываться. По другому тест не будет считаться пройденным.

Ремешок мотошлема тестируется раздельно: за ранее оттягивается грузом в 30 кг (при всем этом ремешок не должен растянуться больше чем на 35 мм), потом дополнительно подвешивается груз в 10 кг и сбрасывается с высоты 75 см, симулируя резкую нагрузку на разрыв. Остаточная деформация не должна быть больше 25 мм. Ремешки с застёжками, состоящими из 2-ух железных колец, подвергаются повторяющимся испытаниям на разрыв, после этого устройство должно сохранять работоспособность. Самостоятельное открытие застёжки и смещение ремешка мото шлема в системах регулирования длины не допускаются.

Забрала мото шлемов должны соответствовать требованиям по прохождению ультрафиолетовых лучей, оставаться прозрачными и эластичными при температурах до -20° С и выдерживать без разрушения ударный тест: падение заострённого бойка весом три килограмма с метровой высоты. Другие испытания касаются сопротивления абразивным воздействиям, рефракции (искривления изображения), адекватному восприятию символов красноватого, жёлтого и голубого цвета.

По воззрению многих профессионалов, нормативы ЕСЕ более реалистичны, чем Snell. Рвение к совершенству нескончаемо, и методики, непременно, будут усложняться и зарастать новыми требованиями. К примеру, по измерениям вращательных ускорений головы (как в авто тестах). И, конечно, систем вентиляции: мед испытания обосновывают, что повышение температуры головы негативно оказывает влияние на время реакции и концентрацию. В текущее время не предусматривается контроль удобства использования мотошлемом в очках. Может быть, в дальнейшем будут оцениваться и рассчитываться также и эти нюансы.

Как лицезреем, существующая омологация ЕСЕ – никак не «для галочки», и только апробированный схожим образом экземпляр может считаться настоящей защитой. Вроде бы ни был велик соблазн приобрести мотошлем без буковкы «Е» в кружочке, прельстившись на забавную стоимость или любознательный дизайн в стиле нацистской каски с рожками.