Система Пассивной Безопасности|АвтоЦентр

menu
person

Система Пассивной Безопасности

Рассмотрим что такое пассивная безопасность транспортных средств и ее устройство. Пассивная безопасность — это свойства транспортного средства, снижающие тяжесть последствий дорожно транспортного происшествия. 

  1. Пассивная безопасность автомобиля
    1. Кузов автомобиля безопасности
    2. Как работает пасивная система безопасности в автомобиле
    3. Подушки безопасности и устройство
    4. Активные подголовники
    5. Принцип действия ремней безопасности и устройство

Система Пассивной Безопасности

Пассивная безопасность транспортного средства — это система технических устройств транспортного средства, позволяющая уменьшить тяжесть последствий дорожно транспортного происшествия, если ДТП оказалось не предотвратимым.

Пассивная система безопасности включает в себя:

  • кузов, устойчивый к деформации;

  • травмобезопасную рулевую колонку, складывающуюся при смещении моторного отсека;

  • травмобезопасную обшивку салона кузова, панели приборов, дверей, исключающую контакт пассажира с деталями интерьера салона, острыми углами и тупыми жесткими поверхностями;

  • ремни безопасности, удерживающие пассажира транспортного средства от возможных перемещений в момент столкновения;

  • подушки безопасности, замедляющие скорость перемещения пассажира и отдельных частей его тела внутри салона транспортного средства до момента его контакта с поверхностями салона;

  • подголовники, удерживающие шею человека в плоскости спинки сиденья и не дающие голове запрокидываться назад;

  • ряд других защитных устройств (аварийный размыкатель аккумуляторной батареи; система защиты при опрокидывании на кабриолете; детские системы безопасности — крепления, кресла, детские ремни безопасности; преднатяжители ремней безопасности; запасные выходы и др.).

Кузов автомобиля безопасности

Кузов является важным элементом системы пассивной безопасности современного автомобиля. Он представляет собой конструкцию, предназначенную для выживания водителя и пассажиров при столкновениях транспортного средства с препятствием.

Основной метод уменьшения нагрузок, действующих на пассажира, — восприятие кинетической энергии удара при помощи демпфирующей системы. По существу, чем продолжительнее период замедления автомобиля, тем меньше инерционные нагрузки и, следовательно, меньше усилия, воздействующие на предмет. Кинетическая энергия удара может восприниматься как самим автомобилем, так и системой ограничения перемещения пассажира внутри кузова.

При лобовом ударе возникают наиболее высокие ударные нагрузки, поэтому этот случай аварии требует особого внимания при конструировании автомобиля. Проектировщик должен стремиться к тому, чтобы уменьшить пиковые инерционные нагрузки, подчинить контролю темп нарастания величины замедления, установить допустимый уровень замедления, свести к минимуму толчок, ощущаемый пассажиром в начальный момент удара, обеспечить отклонение в безопасном направлении предметов, проникающих внутрь салона, предусмотреть достаточно жесткую конструкцию салона. При лобовом ударе с начальной скоростью 80 км/ч замедления могут достигать 65 g. При соответствующем же изменении конструкции автомобиля значение пикового замедления можно уменьшить до 35-45 g.

Конструкция кузова автомобиля разрабатывается исходя из следующих принципов:

  • для поглощения энергии столкновения передняя и задняя части автомобиля должны быть деформируемыми (складываемыми);
  • для выживания пассажиров каркас салона автомобиля должен иметь максимальную жесткость и прочность.

Деформация (складывание) передней и задней частей автомобиля обеспечивается путем продольного складывания, т. н. «гармошки». Для этого коробчатые профили, из которых изготавливается кузов, имеют утолщения и утоньшения в определенных расчетных местах — точках концентрации напряжений. При расчете условий складывания передней части автомобиля учитываются дополнительные силы инерции и жесткость таких элементов, как двигатель и подвеска колес, а также жесткость самих колес.

Важнейшая особенность подмоторной рамы таких автомобилей — такая форма и жесткость передних частей лонжеронов, благодаря которым она при ударе автомобиля отгибается вверх и назад над поперечиной узла подвески передних колес. Одновременно концы лонжеронов несколько расходятся в стороны, принимая V-образную форму. Таким образом, деформация передка автомобиля в направлении его продольной оси при ударе протекает постепенно в два этапа и тем существенно демпфирует силу удара.

Рис. 1.8. Оптимальный характер деформации передней и задней частей автомобиля соответственно при наезде на препятствие и при ударе сзади

Такие же принципы безопасности применены и в отечественных автомобилях ВАЗ.

Рис 1.9. Характер деформации кузова автомобиля ВАЗ 2121 «Нива» при наезде на фронтальное препятствие и ударах и сзади

Чтобы силовая конструкция кузова могла соответствовать предъявляемым требованиям, в ней используются прочные и особо прочные материалы. В сильно нагруженных зонах каркаса салона используются конструктивные элементы, изготовленные методом горячей штамповки и вставки из высокопрочных материалов. Применение таких элементов позволяет уменьшить массу кузова и обеспечить более высокую жесткость каркаса салона в случае аварии.

Как работает пасивная система безопасности в автомобиле

При фронтальном столкновении особое внимание уделяется минимизации смещения элементов конструкции автомобиля в пространство для ног водителя и пассажира. Требования к прочности кузова при ударе сзади складываются из жесткости каркаса салона и деформируемости задней части кузова. Защита топливной системы от удара сзади обеспечивается геометрией задней подвески и расположением топливного бака.

При боковом столкновении важнейшими конструктивными элементами, воспринимающими основную энергию бокового удара, являются средняя стойка и двери. При их изготовлении используются сверхвысокопрочные материалы. Центральным звеном системы жесткости каркаса кузова является средняя стойка, которая переносит возникающие силы на порог и каркас крыши. Двери, усиленные диагональными брусьями безопасности, также гасят чрезмерную энергию столкновения еще и тем, что образуют замкнутую кинематическую цепь двери с каркасом кузова, в проеме которого располагаются двери. Таким образом при боковом столкновении достигается невысокая скорость смятия и минимальное смещение конструктивных элементов внутрь салона.

В ряде моделей автомобилей, наряду со стальными элементами кузова, применяются алюминиевые конструкции. Благодаря рациональному использованию стали и алюминия обеспечиваются высокие показатели по прочности и жесткости конструкции и сбалансированное распределение веса.

При тяжелой аварии есть опасность, что двигатель и другие агрегаты могут проникнуть в кабину водителя. Поэтому кабина окружена особой «решеткой безопасности», представляющей собой абсолютную защиту в подобных случаях. Такие же ребра и брусья жесткости можно найти и в дверях автомобиля (на случай боковых столкновений). Сюда же относятся и области погашения энергии.

Рис. 1.10. Элементы силового каркаса кузова

Рис. 1.11. Деформируемые участки элементов кузова автомобиля «Мерседес Бенц» при фронтальном и боковом ударе

При проектировании кузовов необходимо найти способ уменьшить скорость замедления для того, чтобы уменьшить нагрузки на тело человека. Одним из способов решения данной задачи и является проектирование областей разрушения, гасящих энергию столкновения, в передней и задней части кузова. Разрушения автомобиля будут более тяжелыми, зато пассажиры останутся целыми (и это по сравнению со старыми «толстокожими» рамными машинами, когда машина отделывалась «легким испугом», зато пассажиры получали тяжелые травмы).

Конструкция кузова предусматривает, что при столкновении части кузова деформируются как бы по отдельности, складываются как «гармошка». Плюс к этому в конструкции использованы высоконапряженные металлические листы. Это делает машину более жесткой, а с другой стороны позволяет ей быть не такой тяжелой.

Обычно для поглощения энергии удара автомобилем при столкновении требуется значительное расстояние смятия (до 1 м и более). Такое расстояние обеспечивают располагают деформируемые передняя и задняя части автомобилей.

При ударе сбоку для поглощения этой энергии имеется расстояние всего около 25 см. Однако было обнаружено, что при ударе одного автомобиля в бок другого последний начинает скользить в сторону движения ударившей машины, а это позволяет ему поглотить энергию почти на таком же расстоянии, какое имеется при деформации передней и задней частей автомобиля.

Из этого следует, что кузов транспортного средства не может обладать единым параметром жесткости конструкции. Жесткость кузова будет зависеть от места контакта кузова с препятствием: фронтальный контакт, угловой контакт, боковой контакт, задний контакт, а также контакт в зоне расположения силовых элементов кузова — лонжеронов и траверсы, или между ними. Поэтому рекомендуемый некоторыми специалистами метод расчета скорости по величине деформации кузова с применением коэффициентов жесткости кузова может дать достоверный результат только в том направлении удара, в котором установлен (принят) коэффициент жесткости кузова.

Коэффициент жесткости кузова во фронтальном направлении не может быть равен коэффициенту жесткости в боковом направлении. Также как и коэффициент жесткости при фронтальном лобовом столкновении будет иным, чем при фронтальном, но угловом столкновении. Этим можно объяснить, что в иных лобовых столкновениях, например автомобиля «Рено Логан», при ударе в средней фронтальной части не срабатывают фронтальные подушки безопасности. Это объясняется тем, что место контакта приходится на конструктивные элементы, расположенные между продольными лонжеронами и не обладающие их жесткостью.

Подушки безопасности и устройство

Подушки безопасности

Устройство и принципы работы надувных подушек безопасности будут подробнее рассмотрены в главе 2, здесь же охарактеризуем их как важный элемент пассивной безопасности транспортного средства.

Подушки безопасности также называют дополнительной удерживающей системой — системой SRS (Supplemental Restraint System). Система призвана при столкновении автомобиля удержать человека в салоне на месте, чтобы избежать его бесконтрольного перемещения по салону.

SRS состоит из ремней безопасности, уже рассмотренных ранее, датчиков удара, блока управления и собственно «подушек безопасности».

Подушка безопасности (airbag) — воздушная сумка (мешок), которая дополняет действие ремней безопасности, рассчитана на обязательное пристегивание людей в салоне автомобиля ремнем безопасности и замедляет движение людей при столкновении, смягчая удары о рулевое колесо, элементы кузова, окна или элементы интерьера салона при автомобильной аварии.

Цель подушки безопасности заключается в том, чтобы замедлить инерционное движение пассажира насколько возможно равномерно в имеющиеся у нее доли секунды. Время срабатывания, например, самых распространенных систем безопасности с одновременно раскрывающимися лишь фронтальными подушками безопасности водителя и переднего пассажира и только при фронтальных лобовых ударах составляет около 40-50 мс (0,04-0,05 с).

Время неодинаково для всех типов подушек безопасности и зависит от быстродействия системы управления, а также от конструкции кузова и размещения агрегатов автомобиля, а именно величины и жесткости его деформируемых зон, так как жесткость кузова во фронтальном направлении больше, чем в боковом. Как уже указывалось ранее, это определено геометрией расположения силовых элементов кузова. Сдувание оболочки подушки безопасности происходит одновременно с ее надуванием. Это возможно потому, что оболочка подушек безопасности выполнена с множеством отверстий.

Для эффективной амортизации верхней части тел пассажиров подушки безопасности должны быть развернуты и готовы к действию в течение очень короткого промежутка времени (около 40 мс). Только в этом случае водитель будет защищен от удара о рулевую колонку, который при отсутствии предохранительного устройства произойдет через 70 мс, а пассажир — от удара о панель приборов (90 мс после столкновения).

В первые 3 мс быстродействующий сенсор определяет удар и отдает команду на срабатывание системы безопасности.

На протяжении последующих 20 мс происходит срабатывание пиросистемы, образование азота (он выбран потому, что не горюч) и открытие подушки. На 35 мс после удара подушка открыта полностью, и спустя 5 мс происходит защита водителя и пассажира, а кинетическая энергия верхней части тела рассеивается путем упорядоченного истечения газа из подушки в атмосферу.

Уже на 105 мс после удара происходит вентиляция системы и сдутие подушки. Действие системы завершено.

Движение в автомобиле, оборудованном подушками безопасности, в частности фронтальными, при пассажирах и водителе, не пристегнутых ремнями безопасности, может для них закончиться катастрофически.

Устройство подушки безопасности

Подушка безопасности представляет собой эластичную оболочку, наполняемую газом, которая выполняются в одном узле с газогенератором, который служит для наполнения оболочки. Сама подушка безопасности выполняется из нейлона толщиной 0,45-0,55 мм. В качестве смазки и для предохранения от слеживания в подушках безопасности применяют тальк или крахмал. После срабатывания подушек безопасности из них вместе с газом вылетает смазка и оказывается в салоне автомобиля.

В газогенераторе (пиропатроне), используется твердое топливо, при быстром сгорании которого выделяется газ, заполняющий (надувающий) подушку. В качестве топлива обычно применяют ядовитый азид натрия (NaN3). 45 % твердого топлива при сгорании превращается в чистый азот, безвредный для человека, а остальное — в углекислый газ (СО2), окись углерода (СО), воду (Н2О) и твердые частицы. Хотя процесс происходит быстро, но он не носит взрывного характера.

Время наполнения подушки в среднем составляет около 30-35 мс. Газ в подушку поступает через специальный фильтр, который пропускает только азот, безвредный для человека. В развернутом состоянии подушка находится очень короткое время, не более 1 с, затем газ через специальные отверстия в оболочке подушки быстро выходит в салон, чтобы подушка не задушила защищаемого пассажира. Во время надувания скорость поступления газов намного больше, чем выпуск газов через отверстия, и практически не мешает надуванию. Полностью оболочка подушки безопасности сдувается через 4-9 с после раскрытия. Человек должен попасть в уже расправленную подушку. Иначе оболочка ударит его, раскрываясь навстречу человеку со скоростью около 300 км/час, или отбросит в сторону, дополнительно ударив о детали интерьера.

В некоторых моделях автомобилей вместо азида натрия в качестве топлива применяют нитроцеллюлозу. Для разворачивания подушки безопасности нитроцеллюлозы требуется меньше, чем азида натрия, всего 8 г вместо 50 г азида натрия. При этом также не требуется установка фильтра.

Сигналом для срабатывания пиропатрона подушки безопасности служит электрический импульс от датчиков удара (ускорения/замедления или давления), поступающий напрямую или через электронный блок.

На срабатывание датчиков подушек безопасности влияют как скорость автомобиля (мгновенное изменение скорости), так и вид столкновения (под каким углом, с каким препятствием). На случай выхода из строя аккумуляторной батареи или прерывания электропитания в связи с аварией некоторые системы управления подушками безопасности снабжают специальным конденсатором, который отдаст накопленную электроэнергию для открытия подушек безопасности.

При срабатывании пиропатрона наполнения подушки безопасности ее наружная поверхность двигается по направлению к лицам в салоне автомобиля со скоростью более 300 км/час. Для взрослого, пристегнутого ремнем безопасности человека это не представляет опасности. Такая скорость дает подушке безопасности возможность раскрыться раньше, чем человек ударяется в нее лицом. По лицу подушка не ударит — не достанет, она рассчитана на встречное перемещение груди (около 300 мм) и головы (еще примерно столько же) человека во время столкновения, а при самопроизвольном раскрытии оболочки подушки безопасности человек неподвижен относительно автомобиля.

При непристегнутом человеке в салоне автомобиля тело его под действием силы инерции будет перемещаться вперед со скоростью движения автомобиля, а навстречу ему будет двигаться подушка безопасности со скоростью около 300 км/час. В момент контакта купол подушки безопасности не успевает полностью раскрыться, поэтому его плотность при встрече с лицом человека будет сродни боксерской груше. В этом случае значительно увеличиваются шансы получения травм головы и шейных позвонков (см., например, краш-тест «Авторевю»). По данным краш-тестов у водителя и пассажира переднего сиденья при не пристегнутом ремне безопасности и срабатывании подушек безопасности в 98 % происходит повреждение шейного отдела позвоночника.

При наполнении подушек безопасности в салоне автомобиля (а в современных автомобилях их может быть от 2 до 6 и более, возникает повышенный шум и увеличение давления в салоне, что опасно для барабанных перепонок. Уровень шума достигает 140 дБ, а давление увеличивается на 0,04 атм. Во избежание непоправимых последствий время срабатывания подушек безопасности разносится во времени. Например, через 20 мс после столкновения срабатывает подушка безопасности водителя, еще через 17 мс — пассажирские подушки безопасности. Причем если защищать некого, подушки безопасности не срабатывают, так как в сиденья устанавливают специальные датчики веса.

Датчики служат для формирования и передачи сигналов блоку управления. Они могут быть как механическими, так и электронными. Часто датчики совмещают с модулем подушки или блоком управления. Датчики фронтального удара закрепляют на лонжеронах, бокового — на порогах около средних стоек кузова. Как правило, чем совершеннее система, тем больше устанавливается датчиков или тем они технически сложнее, вплоть до чувствительности срабатывания к ударам с нескольких направлений или опрокидыванию.

Датчики удара реагируют на мгновенное замедление (мгновенное изменение скорости) транспортного средства при столкновении с препятствием для движения.

Верхний порог срабатывания подушек безопасности у всех производителей, как правило, составляет около 15 g (g — ускорение земного притяжения, равное 9,81 м/с2). Это соответствует мгновенному замедлению с ускорением около 147 м/с2.

Так как при торможении на сухом асфальтобетоне максимальное замедление может достигать 0,8 g, то есть 7,84 м/с2, то, следовательно, при торможении, а тем более заносе величины порога мгновенного замедления не создается.

Блок управления анализирует показания датчиков и управляет работой всей системы. Также он диагностирует систему и информирует водителя о ее состоянии с помощью контрольной лампы, находящейся, как правило, на приборной панели. А сам блок управления располагают в наиболее защищенном месте — как правило, в туннеле пола под панелью приборов или около рычага управления коробкой передач.

По месту расположения различают:

  • Фронтальные подушки безопасности (рис. 1.30) — в ступице рулевого колеса (для водителя) и в панели приборов (пассажирская). Они защищают голову и верхнюю часть тела (грудь, плечи) человека. На современных машинах объем подушки водителя — около 60-80 л, а переднего пассажира — 80-130 л, (в больших автомобилях до 130 л), поскольку ее опора — панель приборов — дальше от человека, чем рулевое колесо.

Рис. 1.30. Фронтальные подушки безопасности

  • Боковые подушки безопасности (рис. 1.31) — сбоку в спинках или подушках сидений. Они дополняют фронтальные, а иногда предохраняют живот и таз. Боковые подушки безопасности в сиденьях имеют объемы около 12 л.

Рис. 1.31. Боковые подушки безопасности в спинках передних сидений

  • Напольные и коленные подушки безопасности — на полу и в нижней части панели приборов, чтобы обезопасить, соответственно, колени, голени и ступни. Располагаются под рулевым колесом. Впервые применены на автомобилях Kia в 1996 году. В ряде моделей устанавливается коленная подушка безопасности переднего пассажира, которая устанавливается под вещевым ящиком на передней панели. Например, автомобиль БМВ 7-й серии оснащен подушкой безопасности для ног, а головные подушки безопасности остаются в надутом положении до 7 с, что предохраняет пассажиров от значительных телесных повреждений при многократных переворотах.

Рис. 1.32. Коленная подушка безопасности

  • Головные подушки безопасности (иначе — «шторки», «занавески безопасности») служат, как следует из названия, для защиты головы при боковом столкновении. Впервые «занавески безопасности» начала устанавливать компания Toyota в 1998 году. Они располагаются в зависимости от модели автомобиля в передней части крыши, между стойками и в задней части крыши, а также встроенными в потолок над дверьми. Подушки защищают пассажиров переднего и заднего рядов сидений. Головные «занавески» имеют объемы около 25 л.

Рис. 1.33. Схема расположения головных подушек безопасности («шторки» или «занавески»)

Рис. 1.34. Головные подушки безопасности («шторки» или «занавески»)

Принцип работы газогенератора

Рис. 1.35. Принципиальное устройство и схема работы системы наполнения подушек безопасности

Рис. 1.36. Внешний вид газогенератора

Рассмотрим работу системы наполнения подушек безопасности

В случае дорожно-транспортного происшествия подушки за доли секунды автоматически раскрываются. Это происходит за счет наполнения их специальным газом. Водитель и пассажиры обычно даже не успевают заметить момент раскрытия подушек.

При этом подушка раскрывается таким образом, чтобы заполнить собой пространство между человеком и элементами автомобиля. В случае ДТП человек избегает жесткого удара об элементы автомобиля (руль, стойки, панель и т. д.) Удар приходится на достаточно мягкую подушку. Это во многих случаях позволяет либо полностью избежать травм, либо частично уменьшить влияние на организм.

Кроме того, мягкая подушка позволяет избежать и внутренних травм. Одна из причин гибели людей при ДТП — удар внутренних органов о кости человека при быстром замедлении. Например, смерть может наступить из-за удара мозга о череп человека в момент ДТП. Подушки безопасности помогают уменьшить замедление, т. е. провести остановку тела более равномерно.

Сразу же после столкновения подушки выпускают газ, чтобы не мешать водителю и пассажирам выбираться из автомобиля. Обратите внимание, подушки безопасности помогают только при первом ударе автомобиля (бывают ДТП с несколькими последовательными ударами).

Исследования влияния надувных подушек безопасности на вероятность гибели водителя или переднего пассажира при фронтальных столкновениях показали, что такая вероятность уменьшается на 20-25 %.

В случае если подушки безопасности сработали или были каким-либо образом повреждены, они не могут быть отремонтированы. Вся система подушек безопасности является одноразовой и подлежит замене. Эта система включает в себя ремни безопасности, подушки безопасности и преднатяжители ремней безопасности.

Фронтальная подушка безопасности водителя в зависимости от модели и типа транспортного средства имеет объем от 60 до 80 литров, а переднего пассажира — до 130 литров. Нетрудно представить, что при срабатывании системы объем салона уменьшается на 200-250 литров в течение 0,04 сек. (см. блок-схему), что дает немалую нагрузку на барабанные перепонки.

При оснащении салона транспортного средства подушками безопасности задних сидений этот объем еще значительно увеличивается.

Кроме того, вылетающая со скоростью более 300 км/ч подушка безопасности таит в себе немалую опасность для людей, если они не пристегнуты ремнем безопасности и ничто не задерживает инерционное движение тела навстречу подушке.

Если в машине имеются подушки безопасности, не стоит размещать повернутые назад детские сиденья на сиденье автомобиля, где эта подушка безопасности находится. При надувании подушка безопасности может сдвинуть сиденье и нанести травму ребенку.

Подушки безопасности на пассажирском месте повышают вероятность гибели детей до 13 лет, сидящих на этом месте. Ребенок ростом ниже 150 см может получить удар в голову воздушной подушкой, открывающейся со скоростью около 300 км/ч.

Современная подушка — это модуль, объединяющий оболочку и наполняющее устройство.

В последнее время конструкторы средств безопасности движения стали разрабатывать средства пассивной безопасности не только для людей, находящихся в салоне автомобиля, но и для водителей мотоциклов и даже пешеходов.

Активные подголовники

Подголовники предназначены для снижения вероятности травмирования шейного отдела позвоночника при возникновении «хлыстового» воздействия на тело человека в момент аварии (задний удар, действие обратного движения тела при фронтальных ударах и т. д.).

Различают активные и пассивные подголовники

В пассивных системах безопасность шеи предохраняется упором в неподвижный подголовник. Положение подголовника регулируется вручную и только по высоте расположения шейной подушки.

Активный подголовник при аварии за счет встроенных механизмов в момент удара приближается к голове, тем самым уменьшается вероятность травмирования шейного отдела позвоночника. Конструкция активного подголовника может иметь механический или электрический привод.

Механический привод более простой. При аварии инерционное движение человека в сидении автомобиля передается через рычажный механизм к подголовнику, который перемещается к голове. Как только давление на спинку сидения снижается, пружина возвращает подголовник в исходное положение.

Рис. 1.12. Схема регулируемого подголовника

Реализация электрического привода активного подголовника предполагает наличие электронной системы управления. В состав системы управления входят датчики удара, блок управления и собственно механизм привода. Основу механизма составляет пиропатрон с электрическим воспламенением. Датчики удара устанавливаются в задней части автомобиля. Сигналы от датчиков принимает общий блок управления элементами пассивной безопасности. В зависимости от силы и направления удара он регулирует работу привода. Недостаток привода этого типа заключается в том, что он не реагирует на обратное движение пассажира, закрепленного ремнем безопасности при фронтальном столкновении.

Принцип действия ремней безопасности и устройство

Принцип действия ремней безопасности

При столкновении автомобиля с препятствием тело человека по инерции продолжает движение вперед. В этот момент ремень безопасности блокируется в инерционной катушке, фиксируя человека на сидении.

При медленном перемещении ветвей ремня безопасности инерционная катушка не блокируется и имеется возможность изменить длины ветвей ремня безопасности в соответствии с габаритами тела человека на сидении.

Инерционная катушка обеспечивает автоматическое сматывание ленты ремня безопасности. Вытянуть же ее обратно можно только плавным движением. Резко размотать лямку при такой катушке не получится, поскольку механизм при быстром разматывании блокирует ее.

Рис. 1.16. Принцип крепления и расположения ремней безопасности на примере автомобиля «Фольксваген Пассат»: 1 — регулятор высоты крепления ремня безопасности; 2 — верхняя проушина ремня безопасности; 3 — проушина стойки, закреплена двумя винтами с крестообразным шлицем, момент затяжки 1,5 Нм; 4 — ремень безопасности с механическим втягивающим устройством (инерционной катушкой втягивания ремня безопасности), положение механизма автоматического втягивания определяется стопорным язычком: при ослаблении болта механизма автоматического втягивания преднатяжитель блокируется, при затяжке болта восстанавливается работоспособность преднатяжителя; 5 — замок переднего ремня безопасности; 6 — болт с шестигранной головкой 40 Нм

Использование инерционной катушки решило сразу несколько проблемы — при отстегивании лента сама сматывается, что очень удобно. Также катушка самостоятельно регулирует натяжку, выбирая лишнюю часть ремня. Еще одно положительное качество — блокировка катушки при резком разматывании. Она не дает размотаться ремню, поэтому он «ловит» тело, не давая ему сильно уйти вперед. Но есть и негативное качество — она блокируется не сразу и длина ремня все же немного увеличивается, из-за чего туловище успевает набрать небольшое ускорение. А это повышает вероятность травмирования.

Устройство ремней безопасности

Рис. 1.18. Втягивающее устройство ремней безопасности с шариковым натяжителем

Если ремень безопасности втянут на катушку, то она будет работать в режиме аварийной блокировки. В режиме аварийной блокировки ремень безопасности не нарушает удобства пассажира. В случае столкновения автомобиля инерционная катушка блокирует выдачу ремня безопасности, который удерживает пассажира на месте. Если полностью вытянуть ремень безопасности с катушки, то она переключится в режим автоматической блокировки ремня.

Если ощущается сильное натяжение ремня или он затрудняет движения пассажира при неподвижном автомобиле или во время езды, то возможной причиной является переключение инерционной катушки в режим автоматической блокировки после того как ремень был слишком сильно вытянут с катушки. Для того чтобы вернуть инерционную катушку в более удобный режим аварийной блокировки, остановите автомобиль в безопасном месте на горизонтальной площадке и полностью сдайте ремень на инерционную катушку. При этом катушка переключится в режим аварийной блокировки ремня. Затем снова вытяните ремень безопасности на необходимую длину, для того чтобы пристегнуться.

Преднатяжители ремней безопасности

В дополнение к механическим натяжителям ремней безопасности, которыми являются инерционные катушки автоматического втягивания ветвей ремня безопасности, и надувным фронтальным подушкам безопасности степень безопасности водителя и переднего пассажира, пристегнутых ремнями, может быть повышена благодаря установке преднатяжителей с пиропатронами в автоматические устройства сматывания передних трехточечных ремней и включенных в цепь датчиков срабатывания фронтальных подушек безопасности.

Также повышается степень безопасности пассажиров, пристегнутых ремнями, на боковых местах заднего сиденья благодаря установке преднатяжителей с пиропатроном в автоматические устройства сматывания трехточечных ремней.

Эта система приводится в действие в случае сильных фронтальных ударов посредством специальных сенсоров. У каждого надетого на человека ремня безопасности в сматывающем автомате поджигается пиропатрон. При этом ремни безопасности натягиваются.

При легких фронтальных столкновениях, боковых ударах и ударах в заднюю часть автомобиля, при опрокидывании, а также при других видах аварий, когда не возникает сколько-либо значительных направленных по ходу движения сил, натяжители в действие не приводятся.

Например, при скорости 56 км/ч с момента столкновения с неподвижным препятствием до полной остановки автомобиля проходит около 150 миллисекунд. Водитель и пассажир автомобиля не успевают принять какие-либо меры за такой короткий промежуток времени. Они являются пассивными участниками аварийной ситуации. За это мгновение должны активироваться:

  • натяжители ремней безопасности;
  • подушки безопасности;
  • аварийный выключатель АКБ.

В условиях столкновения ремни безопасности должны демпфировать уровень энергии, который приблизительно равен кинетической энергии человека, падающего с высоты четвертого этажа многоэтажного здания. Ввиду возможного ослабления ремня безопасности применяется натяжное устройство (натяжитель), которое компенсирует это ослабление.

Натяжитель ремня безопасности сматывает ремень при столкновении в обратном направлении. Это помогает уменьшить свободу прилегания ремня безопасности (зазор между ремнем безопасности и телом). Таким образом, с помощью ремня безопасности заранее предотвращается перемещение пассажира вперед (относительно движения автомобиля).

Преднатяжители ремней безопасности, или, по-другому, аварийные натяжители ремней безопасности, бывают двух типов — механическими и пиротехническими. В механическом устройстве для натяжения ремня безопасности используется обыкновенная пружина, в пиротехническим — пиропатрон.

В зависимости от конструкции и принципа действия различают следующие типы натяжителей ремней безопасности:

  • шариковый натяжитель;
  • роторный натяжитель;
  • реечный натяжитель;
  • тросовый натяжитель.

Шариковый натяжитель ремня безопасности

Рис. 1.19. Принцип действия шарикового натяжителя при отсутствии сигнала столкновения

Натяжитель ремня безопасности приводится в действие шариками. Шарики помещены в трубку. При столкновении по сигналу блока управления подушек безопасности срабатывает выталкивающий заряд.

Рис. 1.20. Принцип действия шарикового натяжителя при срабатывании пиропатрона

Если выталкивающий заряд подожжен, то расширяющиеся газы перемещают шарики и перегоняют их через зубчатое колесо в резервуар для сбора шариков. Так как катушка ремня безопасности прочно соединена с зубчатым колесом, то она вращается при помощи шариков, и ремень втягивается.

Роторный натяжитель ремня безопасности (натяжитель Ванкеля)

Рис. 1.21. Устройство роторного натяжителя ремня безопасности

Роторный натяжитель ремня безопасности работает по принципу ротора. Он устанавливается главным образом в зоне задних сидений.

Натяжитель состоит из:

  • ротора;
  • пиропатрона;
  • приводного механизма.

Принцип действия роторного натяжителя следующий. Первый патрон срабатывает электрически от сигнала с блока управления. Расширяющийся газ вращает ротор натяжителя, имеющего треугольную форму. Так как ротор соединен с валом ремня, то ремень безопасности начинает втягиваться.

После достижения определенного угла вращения ротор освобождает перепускной канал ко второму патрону. Под действием рабочего давления в камере 1 зажигается второй патрон. За счет этого ротор продолжает вращаться. Сгоревший газ из камеры 1 выходит через выпускной канал.

При достижении второго перепускного канала под действием рабочего давления в камере 2 зажигается третий патрон. Ротор продолжает вращаться, и сгоревший газ из камеры 2 выходит через выпускной канал.

Рис. 1.22. Принцип работы роторного натяжителя ремня безопасности

Реечный натяжитель ремня безопасности

Реечный натяжитель ремня безопасности и автоматический механизм втягивания представляют собой один узел.

Реечные натяжители ремней безопасности устанавливаются для сиденья водителя и сиденья переднего пассажира.

Устройство реечного натяжителя ремня безопасности

Рис. 1.23. Устройство реечного натяжителя ремня безопасности

По сигналу блока управления подушек безопасности зажигается выталкивающий заряд газогенератора. За счет сброса давления поршень, соединенный с зубчатой рейкой, перемещается вверх. Зубчатая рейка вращает при помощи шестерни оба зубчатых колеса, 1 и 2.

Зубчатое колесо 2 прочно соединено с внешним кольцом обгонной муфты торсионного вала. Если теперь вращается это внешнее кольцо, то ролики вдавливаются внутрь до тех пор, пока не застревают между внешним кольцом и торсионным

валом, за счет чего достигается силовое замыкание. Вращение передается на торсионный вал, и ремень безопасности начинает втягиваться.

Устройство тросового натяжителя ремня безопасности

Рис. 1.24. Устройство тросового натяжителя ремня безопасности (сигнал столкновения отсутствует)

Тросовый натяжитель ремня безопасности и автоматический механизм втягивания представляют собой один узел.

Тросовые натяжители ремней безопасности устанавливаются для сиденья водителя и сиденья переднего пассажира.

При срабатывании газогенератора образуется газовая смесь, которая внутри трубки перемещает поршень вверх при помощи подсоединенного к нему троса. В результате натяжения трос плотно прилегает к муфте, соединенной с валом механизма втягивания, и вращает ее в направлении втягивания.

Устройство тросового натяжителя ремня безопасности при наличии сигнала столкновения

Рис. 1.25. Устройство тросового натяжителя ремня безопасности при наличии сигнала столкновения

Кроме механических натяжных устройств, в настоящее время многие производители оборудуют автомобили пиротех

ническими натяжителями.

Рис. 1.26. Схема работы не встроенного пиротехнического преднатяжителя ремня безопасности:

1 — ремень безопасности; 2 — пиротехнический патрон; 3 — поршень

Пиротехнический преднатяжитель действует на замок РБ и подтягивает обе лямки одновременно.

Он срабатывает, когда встроенный в систему датчик регистрирует превышение ранее заданного порога замедления, свидетельствующего о начале столкновения. При этом включается детонатор пиротехнического патрона. При взрыве патрона выделяется газ, давление которого действует на поршень, соединенный с ремнем безопасности. Поршень быстро перемещается и натягивает ремень. Обычно время срабатывания устройства составляет не более 25 мс после начала удара.

При срабатывании преднатяжителей выделяется дым. Это ни в коем случае не свидетельствует о возникновении очага пожара в автомобиле.

Преднатяжителем устройство называется потому, что срабатывает перед выбросом фронтальной подушки безопасности. Тело водителя или пассажира с помощью ремня безопасности преднатяжителем прижимается к спинке сиденья, чем предотвращается его перемещение вперед. Преднатяжители в момент ДТП срабатывают от датчиков подушек безопасно -сти или самостоятельных датчиков и уменьшают зазор между грудью и ремнем безопасности с ходом ремня до 150 мм. На современных автомобилях преднатяжители, как правило, действуют на втягивающее устройство, закручивая инерционный механизм или, что предпочтительнее, на замок ремня безопасности, натягивая сразу обе ветви лямок.

Пиковое значение усилия натяжения лямок при срабатывании преднатя-жителя не должно превышать 1 000—1 500 Н (100-150 кг), так как ключицу, а также три нижних открытых ребра ломает уже при 800 Н (80 кг). Усилие «подтяга» ремня лимитирует предохранительное устройство — обычно слабый разрываемый элемент (специальная сшивка ремня). При срабатывании преднатяжителя от действия продольных инерционных сил вперед перемещается только голова человека на расстояние, не превышающее 300 мм.

При этом голова попадает в уже развернувшуюся подушку безопасности и не создает дополнительных травм человеку. Ограничители (предохранители) удерживающего усилия снижают вероятность травмирования человека ремнем. Как только оно достигает максимального значения, ограничитель позволяет лямке удлиниться и усилие снижается, но ремень уже заблокирован. Преднатяжитель обеспечивает сматывание свободного отрезка ремня безопасности длиной до 130 мм за время около 13 мс.

Правильно надетые ремни безопасности удерживают водителя и пассажиров в сидячем положении. Ремни в значительной степени снижают энергию движения, которая гасится при фронтальном столкновении. Тем самым они предотвращают неуправляемое выбрасывание водителя и пассажиров с их мест, в результате которого возможно нанесение тяжелых травм.

Силы, действующие на соприкасающиеся тела при ударе, настолько велики, что остальными силами можно пренебречь. Ударные нагрузки могут разрушить самые прочные и массивные детали автомобиля: лонжероны рамы, каркас кузова, картеры и балки мостов, блок цилиндров.

Человек может выдержать без вреда кратковременную перегрузку (в течение 0,05-0,10 с) около 40-50g. Некоторые водители считают, что смогут уменьшить силу удара при встречном столкновении, опираясь на рулевое колесо или упираясь ногами в пол кузова. Ошибочность такого мнения станет ясной, если сравнить силу инерции, действующую на водителя при лобовом ударе (8-10 кН), с мускульными усилиями рук (0,6-0,8 кН) и ног (1,0-1,5 кН). Передний пассажир не имеет опоры для рук, к тому же он менее внимательно следит за дорогой, чем водитель и, как правило, не может своевременно подготовиться к удару.

Иная картина событий возникает, если водитель и пассажиры в салоне автомобиля пристегнуты ремнем безопасности.

В активной фазе удара тело пассажира, пристегнутого ремнем безопасности, по инерции продолжает движение вперед. Наличие элементов плечевой ветви ремня безопасности ведет к тому, что верхняя часть тела получает вращательное движение вперед, в результате чего значительно увеличиваются инерционные нагрузки, приходящиеся на грудную клетку. Голова, перемещаясь по инерции вперед, вызывает изгиб позвонков. Однако нижняя челюсть при этом опирается на верхнюю часть грудной клетки, и сравнительно небольшие напряжения сдвига позвонков не приводят к такому их перемещению, которое будет сопровождаться ущемлением спинного мозга.

Если в результате столкновения пассажир ударяется о ветровое стекло или переднее сиденье, то к простому изгибу добавляется продольное усилие сжатия, что может повлечь за собой раздавливание хрящевых позвоночных дисков и серьезные повреждения самих позвонков. Это является важным аргументом для оборудования автомобиля таким образом, чтобы обеспечить возможно более свободное пространство между пассажирами и стенками, о которые они рискуют удариться.

Во время возврата водитель или пассажир резко возвращаются на сиденье, что вызывает опрокидывание головы назад под действием силы инерции. Позвоночник при этом находится в сверхнапряженном состоянии, грозящем серьезными повреждениями позвонков и нервных центров. Эту опасность можно частично нейтрализовать, применяя подголовники, жестко соединенные со спинкой сиденья. Но тем не менее замедление, сообщаемое пассажиру при возврате его назад, остается практически таким же высоким (до 40 g), как и в случае прямого удара.

Для исключения эффекта «второго удара» в системе ремней безопасности применяют инерционные катушки. Они позволяют пользоваться ремнем безопасности, вытягивая его из катушки без особых усилий при медленном вытягивании, а в случае резкого ускорения вытягивания он надежно блокируется фиксирующим устройством (Ломакин В. В., «Безопасность транспортных средств»).

Рис. 1.27. Движение вперед

Рис. 1.28. Движение назад

Как видно из приведенного примера, при одинаковом силовом воздействии в салоне автомобиля на людей, пристегнутых и не пристегнутых ремнями безопасности, последствия при фронтальном ударе будут различными. Сегодня изготовители ремней безопасности гарантируют сохранение жизни людей при скоростях движения до 50 км/час. При применении дополнительных средств пассивной безопасности — фронтальных подушек безопасности — до 80 км/час и выше. Если удар не фронтальный, ремень безопасности не поможет. 

Ремень безопасности воспринимает только усилия продольного инерционного движения людей в салоне автомобиля. При боковых силовых воздействиях человек в салоне автомобиля оказывается незащищенным и может быть выброшен из-под ремня. Мало того, при боковых силовых воздействиях ремни безопасности могут нанести пассажиру или водителю дополнительные травмы, не связанные с ударом.

Так, например, плечевая ветвь ремня может ребром нанести резаную травму шеи, поясная ветвь ремня может нанести резаную травму живота. Поэтому для защиты людей в салоне транспортного средства от боковых ударов следует устанавливать боковые подушки безопасности, предохраняющие людей в салоне от тех воздействий, от которых их не защищает ремень безопасности. В любом случае защита человека в салоне автомобиля — это комплексная проблема, и предложенная классификация является условной.

Маркировка ремней безопасности нанесена на ярлыке, пришитом к ленте. Например, маркировка zAr4mpe (Br4N) означает следующее: ремень — часть удерживающей системы (z) с креплением в трех точках (А), снабженный устройством поглощения энергии (е), оборудованный втягивающим устройством типа 4 (r4), обладающим множественной чувствительностью (m), с преднатяжителем (p) и устройством ограничения пикового усилия удержания человека и поглощения энергии (e).  

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Несущая система. Кузов | Добавил: autodromcar (09.04.2020)
Просмотров: 36 | Теги: Ремень, пассажир, кузов, Безопасность, подушка, устройство, человек, столкновение, автомобиль, удар | Рейтинг: 3.0/1

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar