Системы пассивной безопасности: вчера и сегодня

Пожелтевшие страницы одного из журналов 1969 года демонстрируют, несомненно, прогрессивные разработки тех лет в области пассивной безопасности. Развитую силовую структуру кузова в виде дуг, заключенных в стойки крыши. Специальную травмобезопасную обивку интерьера и камеру вместо зеркал заднего вида. Топливный бак, отделенный от салона герметичной перегородкой, и систему пожаротушения в моторном отсеке. Апофеозом технической мысли конца 70-х воспринимается передний бампер, с помощью гидроопор способный поглощать энергию столкновения. В общем, этакий аналог нынешних SRS — Supplementary Restraint System — систем пассивной безопасности. Правда, без привычных сегодня атрибутов вроде ремней с преднатяжителями и подушек.

Да, представления о безопасности тогда были весьма своеобразные. Впрочем, как и заказчики, исполнители, а также реакция со стороны общественности и политиков. Например, приведенными выше решениями был напичкан автомобиль с пафосным названием New York. Разрабатывала его авиационная компания Republic aviation, известная истребителями времен Второй мировой и войны во Вьетнаме. Заказчиком в 1962 году выступал NHTSA — американский Комитет по безопасности движения на автомобильных дорогах. Машина в серию не пошла, более того, скорее всего, существовала только в макетах. А уже в 1970-м та же организация попыталась обязать все автокомпании через три года оснастить свои модели подушками безопасности. На нормальном уровне технологически выполнить это было невозможно. Отказ производителей поддержали СМИ и политики. В итоге обязательное использование подушек ввели только 20 лет спустя.

Судя по всему, автомобиль New York не был воплощен даже в виде полноразмерного макета. Во всяком случае, достоверной информации о том нет. Зато есть описание и схемы, которые красноречиво говорят — в конце 60-х годов будущая SRS находилась в зачаточном состоянии

В 70-х годах компанией Republic Aviation и купившей ее авиакомпанией Fairchild все-таки были созданы два прототипа под названием ESV, которые были разбиты при фронтальном краш-тесте о жесткий барьер на скорости 50 миль/час. Серийно автомобиль не выпускался

Система оценок

Показательно, что сейчас именно американская методика проведения краш-тестов наиболее прогрессивная и жесткая. В середине 2012 года Американский страховой институт IIHS провел первую серию испытаний по следующим правилам: 64 км/ч, 25% перекрытия и жесткий барьер. В этом случае удар приходится в колесо, возможно, мимо лонжерона и тем более других деформируемых зон передней части автомобиля. Всю нагрузку воспринимает силовая клетка салона. В результате почти провалили тест такие автомобили, как Mercedes-Benz C-класса, Lexus IS 250/350, Acura TSX, Audi A4, Volkswagen CC, Lincoln MKZ, Lexus ES 350, BMW 3-й серии и Toyota Camry. То есть те, в хорошей безопасности которых по итогам испытаний Euro NCAP сомневаться не приходится.

Краш-тест Lexus IS 250/350 с 25%-м перекрытием

Но в середине 90-х годов прошлого века ситуация была гораздо хуже. Государственных стандартов не существовало. Полномасштабные испытания по безопасности проводили только самые обеспеченные производители. Лишь в 1996 году законодательно удалось принудить фирмы к исполнению норм ЕЭК ООН №94: 56 км/ч, 40% перекрытие и удар о сминаемый барьер. Всего через год независимый европейский комитет (Euro NCAP — The European New Car Assessment Programme) провел серию краш-тестов по тем же правилам, но на скорости 64 км/ч. Несмотря на то что скорость столкновения выросла менее чем на 15%, кинетическая энергия от удара возросла более чем на 30%. Что любопытно, испытания Euro NCAP до сих пор не носят государственного статуса (официально существуют те же стандарты №94), хотя и спонсируются рядом стран. И все-таки именно они — отправная точка при разработке автомобилей всеми цивилизованными производителями. Так уж сложилось (причем довольно быстро), что без нормального рейтинга от Euro NCAP марке путь на европейский рынок заказан. Это произошло, например, с китайцами, которых удивило подобное цивилизованное отношение потребителей Старого света к своей продукции.

Краш-тест Audi A4 последнего поколения по методике Euro NCAP. Пять звезд или 93% защиты передних пассажиров. Габариты салона практически не изменились, дверь открывается без усилий, у водителя и пассажира хорошая защита всех частей тела

Краш-тест Audi A4 по методике IIHS — те же 64 км/ч, но жесткий барьер и 25% перекрытия. Нарушена силовая структура салона, смята дверь, порвана колесная арка. В целом защита при фронтальном ударе оценена как слабая

Модернизация скелета

Что же изменилось за время «реформ» в области пассивной безопасности? Прежде всего, силовая структура кузова. Это хорошо заметно на фотографиях и по отчетам, если сравнивать модели конца 90-х и автомобили, появившиеся 10-12 годами позже. Отличия — разительные! У первых почти во всех случаях смятая передняя стойка крыши, расположенная за «ударным» колесом, или даже сама крыша. Водительская дверь иногда была открыта, в некоторых эпизодах, напротив, помята и заблокирована. Руль «входил» в салон, туда же подавалась площадка пола под педалями. На ряде машин водитель сильно ударялся о баранку головой и грудью. Почти всегда опасному контакту с передней панелью подвергались колени, голени и стопы водителя. Самые вопиющие ситуации — разрыв колесом арки и ниши для ног водителя.

Между Peugeot 306 (слева) образца 1993 года и его преемником с индексом 307 (справа) 2000-го модельного года, прошедших через краш-тесты по методике Euro NCAP, огромная разница. В первом случае обращает на себя внимание смятая стойка крыши и дверь. У водителя оказалась плохо защищенной грудная клетка, а левая нога могла получить повреждения о переднюю панель. При создании 307-го французы учли это — автомобиль гораздо лучше защищает сидящих внутри, в том числе при боковом ударе

Сейчас даже меньшее из этого — повод усомниться в успехе модели на рынке. При подвесках, нередко кочующих из поколения в поколение, становятся значительно жестче подрамники. А силовые структуры кузовов за минувшие полтора десятка лет серьезно эволюционировали. Речь не об углепластиковых монококах иных спорткаров. Или об алюминии, широкое употребление которого обусловлено новыми технологиями соединения деталей, например, их склеиванием. В конце концов, это прерогатива самых дорогих автомобилей. У таких уже не удивляет даже использование сверхлегких магниевых сплавов, хотя еще недавно этот спорный для автомобилестроения металл применялся, в основном, в спорте. Новые материалы пришли в демократичные классы, начиная с гольф-сегмента. С каждой новой генерацией увеличивается доля прочных и высокопрочных сталей, которая сейчас может доходить до 50-80%. Из нее изготавливаются лонжероны, пороги, тоннель пола, стойки крыши, усилители бамперов. В иных случаях — моторный щит, пол, арки задних колес. Как следствие, жесткость кузова на кручение увеличилась до 30000 Нм/град, иногда до 40000 Нм/град, то есть в полтора-два раза. А компьютерное моделирование позволило еще до воплощения в металле рассчитывать правильную деформацию передних силовых элементов.

Силовая структура современных автомобилей наполовину состоит из высокопрочных сталей. Но, например, Volkswagen использует до 80% таких материалов. Из них сделан почти весь «скелет», включая некоторые мелкие детали

Прогресс затронул даже такой консервативный транспорт, как пикапы. Проводить их краш-тесты Euro NCAP начала в 2008 году. Тогда повторилась ситуация 1997-го в отношении легковушек. Только с поправкой на рамную конструкцию, которая дает мало возможностей для реализации сминаемых зон. Большинство испытуемых получило по одной-две звезды. И лишь Mitsubishi L200, появившийся в 2006-м, удостоился четырех. Но, к примеру, последняя новинка в классе — Ford Ranger — заработала уже пять звезд. В конструкции кабины «Рейнджера» также используется высокопрочная сталь, из которой выполнены пороги и стойки крыши. Основной же удар принимают на себя лонжероны рамы, теперь способные грамотно поглощать энергию. В ущерб обычной прочности. Не зря ремонтники отмечают — рамы пикапов, да и вообще внедорожников, выпущенных за последние годы, уже не столь кондовые, как раньше. Восстанавливать их намного сложнее, если в принципе подобное возможно.

Результаты краш-теста Nissan Navara оказались весьма плачевными. Лонжерон рамы с «ударной» стороны вмяло в пол, педальный узел значительно сместился назад, преднатяжители ремней и подушек безопасности сработали не вовремя. Водитель и пассажир испытали высокие нагрузки на голову и грудь. У последнего к тому же при ударе есть риск повредить шейные позвонки. Ноги обоих манекенов жестко контактировали с передней панелью. В итоге всего одна звезда, да и то перечеркнутая

Ford Ranger доказал, что и пикап может быть «пятизвездочным». Хорошее распределение кинетической энергии, целая кабина, отличная защита водителя и пассажиров

Затянуть ремни!

В отличие от силовой структуры кузова, которая под психологическим воздействием от краш-тестов Euro NCAP стремительно менялась последние полтора десятилетия, один из видимых элементов пассивной безопасности прошел куда более долгий путь. Первые прообразы ремней появились еще в конце XIX века, предлагались они для кучеров. С начала XX столетия ремнями начали обзаводиться редкие тогда автомобили. Да и не ремнями вовсе — так, поясными лямками. Подобные, кстати, просуществовали на задних сиденьях до 80-х годов. Передние же изменили свою конструкцию на нынешнюю трехточечную в 1957-м. Через пару лет со Швеции и Volvo начался постепенный переход на них в других странах и у остальных ведущих автопроизводителей.

Ничего более прогрессивного пока не придумано. Более того, до нынешнего своего вида ремни эволюционировали постепенно. Например, только в 1972 году был сконструирован инерционный механизм натяжения, определяющий свободу перемещений в нормальных условиях, но при резкой остановке блокировавший ремень. Благодаря ему удалось резко сократить вероятность травм брюшной полости и грудной клетки, а также исключить возможность «подныривания» человека под лямки.

Дальнейшим совершенствованием инерционного ремня стало появление в 1987 году преднатяжителя. Предыдущий механизм ограничивал перемещения только по факту столкновения. Преднатяжитель же срабатывает в первый момент удара и на то, чтобы «затянуть ремни покрепче», у него есть «целых» 250-300 миллисекунд — столько «длится» сам контакт с препятствием. Но все происходит в 20-25 раз быстрее — устройству нужно подготовить водителя и пассажира к встрече с подушками. Есть разные варианты преднатяжителей — шариковые, реечные, роторные, тросовые. Их объединяет два нюанса. Во всех основным рабочим инструментом выступает пиропатрон. И у любого есть ограничитель усилия натяжения, позволяющий не допустить критических нагрузок на организм человека: приспускающий ремень или имеющий варианты его удлинения.

Поясная лямка наподобие той, что используется в самолетах, применялась на передних сиденьях автомобилей до конца 50-х годов. А сзади просуществовала еще 30 лет, в основном в Америке

Не мягче, но больше

И по времени действия, и по своей сути подушки безопасности — последний редут обороны сидящих внутри людей. Необходимость в чем-то подобном авиаконструкторы осознали еще в 40-х годах. Однако о подушках для автомобилей задумались только к концу 60-х, когда для властей и общественности США стало очевидно — уровень смертности на дорогах сопоставим с потерями при боевых действиях. Наличие систем безопасности в автомобилях утвердили законодательно, даже вспомнили об идее подушки, которую в 1953 году одновременно предложили два инженера по разные стороны океана. И о ключевом, как впоследствии оказалось, элементе системы — шариковом сенсоре (изобретен в 1967-м), обязанном сообщать о резком замедлении. Отмену этой инициативы быстро пролоббировали. Но о разработках не забыли. В той или иной степени подушками заинтересовались Ford, Chrysler, GM. У последнего концерна в 1972 году даже появился Oldsmobile Toronado с air bag за доплату. Но популярной эта опция не стала. А вот с Mercedes-Benz 500SEL образца 1983-го дело пошло быстрее. С 1993-94 годов все серьезные производители начали оснащать свои автомобили минимум водительской подушкой, а зачастую еще и пассажирской. Тогда же появились боковые надувные элементы, чуть позже шторки.

Принципиально со времен своего появления схема срабатывания подушек не изменилась. Момент столкновения фиксируется датчиками ускорения (ранее шариковыми, механическими, теперь электронными), у которых под воздействием сил инерции, грубо говоря, замыкаются контакты. Сигнал поступает к пиропатрону, а он, в свою очередь, надувает подушку. По пути от изобретения до массового потребления решалось, прежде всего, два технологических вопроса — материал самой подушки и топливо в пиропатроне. В первом случае остановились на нейлоне толщиной в полмиллиметра, изнутри для герметичности покрытом резиной. Именно эта «ткань» при скорости развертывания подушки в 250-300 км/ч оказалась оптимальной по травмобезопасности. Ну а в качество топлива после ряда неудач выбрали азид натрия, который в процессе горения превращается в азот и углекислый газ. Первый не представляет опасности, второй в полость подушки не пропускает фильтр.

Эти элементы, как неизменные, были приняты еще до эпохи повальных краш-тестов, тем более под эгидой Euro NCAP. В последнее же время специалисты работают над самим процессом открытия подушек. Меняют общее время (от 20 до 30 миллисекунд), делают его поэтапным, дабы смягчить встречу головы с куполом. Регулируют промежуток между этапами, привязывая вторую стадию открытия к силе удара. Недавно появившиеся системы способны учитывать вес и габариты людей, а также расстояние лица до места установки подушки. Есть варианты передних пассажирских air bag, которые, в первую очередь, принимают на себя плечи и грудную клетку, и только потом голову. Ведутся работы над тем, чтобы разгрузить от ударных нагрузок брюшную полость. Никого уже не удивляет подушка для коленей водителя. На некоторых моделях боковые подушки и шторки способны не сдуваться до 10 секунд, обеспечивая безопасность при опрокидывании. На новом S-классе задние пассажиры защищены «эйр бэгом», встроенным в ремень, при этом маленькая подушка под коленями защищает их от проскальзывания под лямками. А Volvo V40 CC стал первым автомобилем, защищающим пешеходов не только поднимающимся капотом, но и целым надувным «матрацем», прикрывающим низ лобового стекла и стойки крыши.

Объем водительской подушки безопасности лежит в пределах 60-80 литров. Пассажирский air bag достигает объема до 130 литров. Однако сейчас производители увеличивают размеры подушек и меняют их форму так, чтобы принимать сначала плечи и грудь, и только потом голову

Расстояние между задними пассажирами и спинками передних кресел достаточно велико. Поэтому, чтобы защитить людей, сейчас стали использовать подушки, встроенные в ремни безопасности

Volvo V40 и V40 Cross Country первым получил пешеходную подушку безопасности. Прячется она у лобового стекла и выстреливает только после того как благодаря пиропатронам подскочит задний край капота

Российская специфика

В Европе шесть подушек безопасности, включая шторки, стали стандартным оснащением даже на некоторых представителях сегмента B, не говоря уже о гольф-классе. У нас ситуация другая. Пока мы не готовы платить за безопасность, и производителям об этом известно. Максимум, на что могут рассчитывать российские потребители C-класса, — две фронтальных подушки, иногда даже одна. Остальные предлагаются либо в верхних оснащениях, либо за доплату в рамках соответствующих пакетов.

Да и при покупке автомобиля из разряда second hand на работоспособность всей системы, на наличие подушек мало кто обращает внимание. Хотя как минимум эти данные должны быть в сервисных книжках, если они имеются. Или, как максимум, определяться элементарной диагностикой. Конечно, стоимость полного восстановления SRS обойдется недешево. Скажем, цена каждой из передних подушек в зависимости от марки и модели лежит в пределах 7000-12000 руб. Датчики, которых (включая боковые) может набраться до десяти, оцениваются в 2500-6000 руб. Впрочем, тут уже возникает вопрос, стоит ли вообще заниматься ремонтом автомобиля, — при таких-то повреждениях. Но после небольшого ДТП SRS можно «оживить» по цене хорошей «музыки» от дилера или даже дешевле.

Skoda Rapid, которая должна появиться в России в апреле этого года, для европейского рынка уже в «базе» имеет фронтальные и боковые подушки безопасности, а также шторки. Но у нас даже флагман Superb в стандартном оснащении располагает только двумя «эйр бэгами». Та же ситуация и с другими новыми моделями, предлагающимися на нашем рынке. На полный пакет безопасности можно рассчитывать лишь в D или E классах

О минусах того комплекса, который называется пассивной безопасностью, говорить вроде бы не приходится. Естественно, он не бесплатен. Вложенные в него средства поднимают стоимость автомобиля. Но, к примеру, то же можно сказать и о различных мультимедиа, бортовых компьютерах, некоторых сервисных функциях, зачастую напрямую не связанных ни с управлением автомобилем, ни с его комфортом, ни тем более с безопасностью. Ведь выбор, если так ставить вопрос, в пользу подушек, ESP и прочих систем очевиден, не так ли? А еще, что принципиально, безопасность автомобиля, количество и качество электронных помощников, которыми он напичкан, никак не сказывается на надежности и ресурсе его агрегатов. Разве что кузовной ремонт далеко не всегда финансово целесообразен и точно не способен «аутентично» воссоздать прежнюю силовую структуру. Вполне адекватная плата за сохранение здоровья и жизни.

Что нужно знать о системе пассивной безопасности автомобиля

Безопасность автомобиля – очень важный фактор, над которым конструкторы и инженеры постоянно работают. Обширное внедрение электроники в конструкцию авто позволило создать системы, в задачу которых входит предотвращение аварии. Делается это путем стабилизации авто в разных условиях движения, внесение корректив в работу ряда узлов и исправление ошибок водителя. Таких систем на современном автомобиле множество и называются они одним общим названием – система активной безопасности.

Но как бы хорошо активная безопасность не работала, очень часто аварии не избежать. И здесь уже стоит задача сохранения жизни пассажиров, находящихся в машине, и снижение вероятности получения тяжелых травм. Эти условия уже обеспечивает система пассивной безопасности.

Примечательно, что первые устройства, повышающие безопасность авто, относятся именно к этой системе. То есть все начиналось именно с нее.

Устройства и механизмы системы

Сейчас система пассивной безопасности включает в себя обширный ряд конструктивных решений и устройств, повышающих травмобезопасность пассажиров автомобиля.

К ней относятся:

• Ремни безопасности;
• Подушки и шторки;
• Безопасная конструкция кузова;
• Травмобезопасная рулевая колонка;
• Активные подголовники;
• Преднатяжители ремней;
• Аварийный размыкатель АКБ.

Существующие устройства, повышающие безопасность, постоянно совершенствуются, а также создаются новые, поэтому этот перечень считать завершенным невозможно.

Ремни

Ремни – первые элементы безопасности, которыми стали комплектоваться авто. В их задачу входит предотвращение инерционного движения тела при столкновении авто с препятствием. Тем самым он упреждает вылет водителя и пассажиров через лобовое стекло, получение травм из-за ударов о руль и переднюю панель. По сути, ремень удерживает людей в кресле.

Ремни безопасности различаются между собой по количеству точек крепления. Они бывают двух-, трех-, четырех-, пяти- и шеститочечные. Чем выше количество точек, тем лучше происходит распределение энергии движения тела, что снижает вероятность получения травм. Но при этом большее количество точек затрудняет пользование ремнем. Поэтому самым оптимальным и наиболее распространенным является трехточечный вариант.

Подушки и шторки

Подушки безопасности – начали разрабатываться практически одновременно с ремнями и одно время использовались как устройство, которое заменяет ремни. Со временем выяснилось, что максимальный эффект от этих устройств достигается только в сочетании с ремнями.

Суть подушек такая: имеются тканевые мешки, спрятанные под облицовкой руля, передней панели и т. д. Каждый из них подключен к специальному устройству пиропатрону. При столкновении этот пиропатрон срабатывает, в нем проходит химическая реакция с выделением большого количества газа, который поступает в мешок. В результате подушка «выстреливает» навстречу телу и гасит его энергию.

Отметим, что пиропатрон с подушкой – лишь исполнительный механизм. В конструкцию этой системы также входит электронный блок, подающий сигнал на срабатывание и датчики удара, на основе которых блок и работает. То есть, при ДТП датчики определяют, что произошло столкновение и сообщают об этом блоку, а тот задействует пиропатрон. Цепь вроде и длинная, но срабатывает все практически мгновенно – между сигналом от датчиков и развертыванием подушек проходят доли секунды.

В современных авто используется несколько видов таких подушек:

• Фронтальные (развертываются перед водителем и передним пассажиром при лобовом столкновении);
• Боковые (для защиты грудной клетки при боковых ударах);
• Головные, они же – шторки (защищают от травмирования головы при боковых ударах);
• Коленные (обеспечивают защиту ног при фронтальных столкновениях);
• Центральная (предотвращает удары водителя и пассажира друг о друга при боковом ударе);
• В ремнях безопасности (сводят на нет возможность получения травмы о ремень).

Для повышения эффективности подушки постоянно совершенствуются, устанавливаются новые датчики, задействуются для их работы вспомогательные системы, к примеру, аварийного опускания стекол.

Кузов

Безопасная конструкция кузова применяться начала не так и давно. Ее особенность заключается в том, что некоторые его части имеют программируемую зону деформации. То есть, при ударе часть энергии гаситься за счет смятия этих частей. Такие зоны делаются как в передней части авто, так и задней.

При этом для повышения безопасности пассажиров кабина делается из прочных и устойчивых к деформации материалов. Получается, что при столкновении перед или зад авто сминается «гармошкой», а вот кабина остается неповрежденной, хотя при столкновении на высоких скоростях кабина все же получает повреждения.

На автомобилях применяют безопасную конструкцию кузова, в которой программируемая деформация не только гасит энергию удара, она еще и обеспечивает увод двигателя вниз, чтобы исключить вероятность его вхождения в салон.

Рулевая колонка

Травмобезопасная рулевая колонка исключает вероятность удара водителя об руль. При фронтальном ударе двигатель смещается назад и толкает рулевой механизм. До использования безопасной колонки, такая ситуация приводила к тому, что руль «выходил» навстречу водителю. Но этого не происходит с травмобезопасной конструкцией. Вал колонки состоит из нескольких частей, что позволяет ему «ломаться». Благодаря этому даже при смещении рулевого механизма, руль остается на месте.

Подголовники

Активные подголовники снижают вероятность травмирования шейных позвонков при тыльном столкновении. При ударе в зад авто, тело удерживает спинка сиденья, а вот голова получает сильное инерционное ускорение назад, что приводит к повреждению шеи. Активные подголовки при таком ударе автоматически поднимаются вверх, фиксируя голову и не давая ей отклониться назад.

Преднатяжители

Преднатяжители являются дополнением ремней. Большинство ремней – инерционные, что позволяет проводить фиксацию тела любой комплекции без каких-либо регулировок длины. Но инерционный механизм срабатывает с запозданием, поэтому при фронтальном ударе тело человека все же несколько передвигается вперед, что грозит получением травмы о сам ремень. В задачу преднатяжителей входит исключение недостатка инерционного механизма. При столкновении преднатяжитель за счет пиропатрона или электропривода максимально натягивает ремень, предотвращая перемещение тела.

Аварийный размыкатель АКБ

Аварийный размыкатель АКБ обеспечивает отключение элемента питания от бортовой сети при ДТП. Это исключает вероятность образования искры и воспламенение от нее топлива. Размыкатель обычно используется в авто, у которых АКБ размещается в салоне или багажном отсеке. В его конструкции также используется пиропатрон, хотя есть и релейные устройства.

Новые разработки

Выше перечислены основные составляющие, которые включает в себя система пассивной безопасности. Но как отмечено, эта система постоянно совершенствуется.

Одним из вариантов повышения безопасности являлся отпадающий при столкновении бак, но эта технология на автомобилях не прижилась.

К современным тенденциям пассивной безопасности можно отнести внешние подушки безопасности и пиропатроны капота, которые направлены на снижение травмирования пешеходов при столкновении с авто.

Также последнее время автокомпании озаботились безопасностью задних пассажиров, так как риск травм для них уже стал выше тех, кто занял передние сиденья. Испытываются подушки безопасности, которые развертываются с потолка или спинки переднего сиденья.

Риск получения травм при ДТП всегда будет присутствовать, особено при столкновениях на высоких скоростях, но передовые разработки сводят его на все более низкий уровень.

Системы активной и пассивной безопасности автомобиля

Введение

Если верить исследованиям, от 80 до 85% транспортных аварий и катастроф приходится на автомобили. Производители авто понимают, что безопасность транспортного средства – важное преимущество над соперниками на рынке, а так же то, что от безопасности одного автомобиля зависит безопасность движения на дороге в целом. Причины аварий могут различными – это и человеческий фактор, и состояние дороги, и метеорологические условия, и конструкторам приходится учитывать весь спектр угроз. Поэтому современные системы безопасности обеспечивают и активную, и пассивную защиту автомобиля, и состоят из сложного комплекса различных устройств и приспособлений, от антиблокировочной системы колёс (далее – АБС) и противозаносных систем до подушек безопасности.

Активная безопасность и предотвращение ДТП

Надёжное транспортное средство позволяет водителю сохранить свою жизнь и здоровье, а вместе с тем – жизнь и здоровье пассажиров на современных, битком забитых трассах. Безопасность автомобиля принято делить на пассивную и активную. Активная означает те конструкторские решения или системы, которые уменьшают вероятность дорожно-транспортного происшествия.

Активная безопасность зависит от конструкции машины, большое значение имеет эргономичность сидений и салона в целом, системы, предотвращающие обмерзанием стёкол, козырьки. Системы, сигнализирующие о поломках, предотвращающие блокировку тормозов или следящие за превышением скорости так же относят к активной безопасности.

Заметность автомобиля на дороге, которая определяется его цветом, тоже может сыграть свою роль в предотвращении аварии. Так, яркие жёлтые, красные и оранжевые автомобильные кузова считаются более безопасными, а при отсутствии снега к их числу добавляется и белый цвет.

Ночью за активную безопасность отвечают различные отражающие свет поверхности, которые машину заметной в свете фар. Например, поверхности номерных знаков, покрытые специальной краской.

Кликните по картинке для увеличения

Системы пассивной безопасности

Если авария всё же случилась, водитель и пассажиры оказываются под защитой средств и систем пассивной безопасности. Большая часть специальных устройств и систем пассивной безопасности находится в передней части салона, поскольку при авариях страдает в первую очередь ветровое стекло, рулевая колонка, передние двери автомобиля и приборная панель.

В настоящее время во многих государствах, в том числе, в России, их наличие и использование обязательно.

Созданные изначально как альтернатива ремню и средство, позволяющее избежать травм грудной клетки водителя (травмы о рулевое колесо – одни из самых распространённых при авариях), в современных авто подушки могут быть установлены не только впереди водителя и пассажира, но и вмонтированы в двери для того, чтобы уберечь от бокового удара. Недостатком этих систем являет чрезвычайно громкий звук при наполнении их газом. Шум настолько силён, что превышает болевой порог и может даже повредить барабанную перепонку. Так же подушки не спасут при опрокидывании машины. По этим причинам проводят эксперименты по внедрению сеток безопасности, которые в дальнейшем заменят подушки.

У водителя при лобовом ударе есть возможность травмировать ноги, потому в современных автомобилях педальные узлы тоже должны быть травмобезопасными. При столкновении в таком узле происходит отделение педалей, что позволяет уберечь ноги от травм.

Кликните по картинке для увеличения

Заднее сиденье

Детские автомобильные сиденья и специальные ремни, которые надёжно фиксируют тело ребёнка и предупреждают его перемещение по салону в случае аварии, могут обеспечить безопасность совсем юных пассажиров, для которых не подходят обычные ремни безопасности.

При резком возникновении перегрузки, воздействующей на туловище пассажира, есть возможность повредить шейные позвонки. Поэтому, задние сиденья, как и передние, оснащаются подголовниками.

Надёжное крепление сидений тоже очень важно: перегрузку в 20g должно выдержать пассажирское сиденье, чтобы обеспечить должную безопасность в случае аварии.

Особенности конструкции

Как уже говорилось, автомобиль и сам по себе должен быть сконструирован так, чтобы обеспечивать максимальную безопасность людям. И достигается это не только эргономикой. Не последнее значение имеет прочность различных элементов конструкции. У одних элементов она должна быть повышена, а у других – напротив.

Так, чтобы обеспечить надёжную пассивную безопасность пассажиров и водителя, средняя часть кузова или рамы должна обладать повышенной прочностью, а передняя и задняя части – напротив. Тогда, при сминании передней и задней частей конструкции часть энергии удара тратится на деформацию, а более прочная средняя часть легко выдерживает столкновение, не деформируется и не ломается. Те части, которые должны быть смяты при ударе, делают из хрупких материалов.

Поэтому ступицы руля изготавливают большого диаметра и покрывают упругими амортизирующими материалами.

Стёкла в автомобилях тоже служит целям пассивной безопасности: в отличие от обычного оконного стекла, оно не разбивается на большие куски с острыми кромками, а крошится на мелкие кубики, которые не могут нанести порезы ни водителю, ни пассажирам.

Технологии на службе активной безопасности

Современный рынок предлагает множество надёжных и эффективных систем активной безопасности. Самые распространённые и известные – антиблокировочные системы, которые предотвращают скольжение колёс, возникающее при блокировке колёс. Если нет скольжения, то автомобиль не заносит.

Электроника АБС получает сигналы с датчиков вращения колёс. Затем она анализирует информацию и посредством гидромодулятора влияет на тормозную систему, на короткие периоды времени «отпуская» тормоза, чтобы те проворачивались. Это и позволяет избежать заноса и скольжения.

На конструктивной основе АБС построены антипробуксовочные системы, которые анализируют данные о частоте вращения колёс и управляют крутящим моментом двигателя.

Системы курсовой устойчивости повышают безопасность автомобиля, удерживая направление его движения. Такие устройства сами могут определить аварийную ситуацию, интерпретируя действия водителя в сравнении с параметрами движения авто. Если система распознаёт ситуацию как аварийную, она начинает корректировать движение машины несколькими способами: подтормаживанием, изменением крутящего момента мотора, регулировкой положения передних колёс. Есть устройства, которые так же сигнализируют водителю об опасности и нагнетают давление в тормозной системе, повышая её эффективность.

Снизить смертность сбитых пешеходов на 20% позволяют системы обнаружения пешеходов. Они распознают человека по курсу движения автомобиля и автоматически снижают его скорость. Использование специальной подушки безопасности для пешеходов в комплексе с этой системой позволяют сделать автомобиль ещё более безопасным для тех, у кого автомобиля нет.

Для того, чтобы предотвратить блокировку задних колёс, применяют систему перераспределения давления. Её задача – выровнять давление тормозной жидкости, основываясь на показаниях датчиков.

Выводы

Пассивная безопасность строится вокруг поглощения энергии удара частей кузова, двигателя либо тела пассажира и предотвращения опасных деформаций конструкции, которые могут привести к травмам находящихся в салоне людей.

Активная безопасность направлена на предупреждение водителя об угрозе и регулировку систем управления, торможения, изменение крутящего момента.

Технологии в данной отрасли развиваются стремительно, и рынок постоянно наполняется новыми, более современными и эффективными системами, делая движение по дорогам всё безопасней с каждым годом.

Система пассивной безопасности от получения тяжелых травм при столкновении

К основным компонентам системы относятся:

• ремни безопасности с натяжителями и ограничителями;
• подушки безопасности;
• безопасная конструкция кузова;
• детские удерживающие устройства;
• аварийный размыкатель аккумуляторной батареи;
• активные подголовники;
• система экстренного вызова;
• другие менее распространенные устройства (например, система защиты при опрокидывании на кабриолете).

В современных автомобилях все элементы SRS взаимосвязаны между собой и имеют общее электронное управление, обеспечивающее эффективность работы большинства компонентов.

Однако, основными элементами защиты в момент аварии в автомобиле остаются ремни и подушки безопасности. Они являются частью системы SRS (Supplemental Restraint System), которая также включает в себя еще множество механизмов и устройств.

Эволюция устройств пассивной безопасности

Самым первым устройством, созданным для обеспечения пассивной безопасности человека в автомобиле, стал ремень безопасности, впервые запатентованный еще в 1903 году. Однако массово устанавливать ремни в автомобили начали только во второй половине ХХ века – в 1957 году. В то время устройства устанавливались на передние сиденья и фиксировали водителя и пассажира в области таза (двухточечный).

Трехточечный ремень безопасности был запатентован в 1958 году. Спустя еще один год устройство начали устанавливать на серийных автомобилях.

В 1980 году конструкция ремней была значительно усовершенствована с помощью установки натяжителя, обеспечивающего наиболее плотное прилегание ленты в момент столкновения.

Подушки безопасности (airbags) появились в автомобилях значительно позже. Несмотря на то, что первый патент на подобное устройство был выдан в 1953 году, оснащать подушками серийные автомобили начали лишь в 1980 году в США. Сначала airbags устанавливались только для водителя, а позже – и для переднего пассажира. В 1994 году в транспортных средствах впервые появились подушки для защиты при боковом ударе.

Сегодня ремни и подушки безопасности обеспечивают основную защиту людей, находящихся в автомобиле. Однако следует помнить, что они эффективны только при условии пристегнутого ремня. В противном случае сработавшие подушки могут нанести дополнительные травмы.

Типы ударов

Согласно данным статистики, более половины (51,1%) серьезных аварий с пострадавшими сопровождаются фронтальным ударом в переднюю часть автомобиля. На втором месте по частоте – боковые удары (32%). Наконец, небольшое число аварий происходит в результате удара в заднюю часть автомобиля (14,1%) или опрокидывания (2,8%).

В зависимости от направления удара, система SRS определяет, какие именно устройства должны быть задействованы.

• При фронтальном ударе срабатывают натяжители ремня безопасности, а также фронтальные подушки безопасности водителя и пассажира (если удар не сильный, система SRS может не задействовать airbag).
• При фронтально-диагональном ударе могут быть задействованы только натяжители ремня. Если удар более сильный, потребуется задействовать передние и/или головные и боковые подушки безопасности.
• При боковом ударе могут сработать головные и боковые подушки безопасности, а также натяжители ремня с той стороны, на которую пришелся удар.
• Если удар произошел в заднюю часть автомобиля, то может сработать натяжитель ремня безопасности и размыкатель АКБ.

Логика срабатывания элементов пассивной безопасности автомобиля зависит от конкретных обстоятельств аварии (силы и направления удара, скорости в момент столкновения и т.д.), а также от марки и модели автомобиля.

Временная диаграмма столкновения

Столкновение автомобилей происходит в одно мгновение. Например, машина, ехавшая со скоростью 56 км/ч и столкнувшаяся с неподвижным препятствием, полностью останавливается в течение 150 миллисекунд. Для сравнения, за это же время человек может успеть моргнуть глазами. Не удивительно, что ни водитель, ни пассажиры не успеют принять каких-либо действий для обеспечения собственной безопасности в момент удара. Это должна сделать за них система SRS. Она активирует натяжитель ремня безопасности и систему подушек.

Временная диаграмма столкновения при фронтальном и боковом ударах

При ударе сбоку, боковые подушки безопасности открываются еще быстрее – не более чем за 15 мс. Зона между деформированной поверхностью и телом человека совсем небольшая, поэтому удар водителя или пассажира о кузов автомобиля произойдет за меньший промежуток времени.

Чтобы обезопасить человека от повторного удара (например, при опрокидывании автомобиля или съезде в кювет), боковые подушки остаются наполненными в течение более длительного промежутка времени.

Датчики удара

Работоспособность всей системы обеспечивается благодаря датчикам удара. Эти устройства определяют, что произошло столкновение, и посылают соответствующий сигнал в блок управления, который, в свою очередь, активирует подушки безопасности.

Изначально в автомобилях устанавливались только датчики фронтального удара. Однако по мере того, как транспортные средства стали комплектовать дополнительными подушками, количество датчиков также было увеличено.

Расположение основных элементов SRS в автомобиле

Главная задача датчиков – определить направление и силу удара. Благодаря данным устройствам при ДТП сработают только нужные подушки безопасности, а не все, что имеются в автомобиле.

Традиционными являются датчики электромеханического типа. Их конструкция проста, но надежна. Главные элементы — шарик и металлическая пружина. Благодаря инерции, возникающей при ударе, шарик распрямляет пружину, замыкая контакты, после чего датчик удара посылает импульс на блок управления.

Повышенная жесткость пружины не позволяет механизму срабатывать при резком торможении или несильном ударе о препятствие. Если автомобиль движется на небольшой скорости (до 20 км/ч), то силы инерции также не хватит для того, чтобы воздействовать на пружину.

Вместо электромеханических датчиков во многих современных автомобилях устанавливаются электронные устройства – датчики ускорения.

В упрощенном представлении датчик ускорения устроен как конденсатор. Некоторые из его пластин жестко закреплены, а другие являются подвижными и работают как сейсмическая масса. При столкновении данная масса перемещается, изменяя емкость конденсатора. Информацию об этом расшифровывает система обработки данных, посылая полученные данные в блок управления подушками безопасности.

Датчики ускорения можно разделить на два основных вида: емкостный и пьезоэлектрический. Каждый из них состоит из чувствительного элемента и электронной системы обработки данных, находящихся в одном корпусе.

Принцип работы датчика удара

Основу системы пассивной безопасности автомобиля составляют устройства, успешно демонстрирующие свою эффективность на протяжении многих лет. Благодаря постоянной работе инженеров и конструкторов, совершенствующих системы безопасности, автомобилистам и пассажирам удается избежать тяжелых травм в момент аварии.

Что нужно знать о системе пассивной безопасности автомобиля

Статья о важнейших элементах системы пассивной безопасности автомобиля: внутренняя и внешняя системы, их устройство и особенности. В конце статьи — видео о пассивной безопасности в машине.

• Что представляет собой система пассивной безопасности
• Особенности внутренней «пассивки»
• Особенности внешней системы
• Видео о пассивной безопасности в машине

Мы настолько привыкли к автомобилям, что представить современную жизнь без них крайне сложно — машины не занимают много места и позволяют быстро добраться до нужной точки. Но не стоит забывать и об опасности, которая исходит от авто. И для предотвращения последствий аварий служит система пассивной безопасности автомобиля.

Что представляет собой система пассивной безопасности

Система пассивной безопасности – это набор элементов и приспособлений, которые автоматически срабатывают при возникновении аварии и обеспечивают минимальные повреждения обитателям салона и за его пределами. Ее принято делить на внутреннюю и внешнюю.

Внутренняя система направлена на снижение травматизма людей, находящихся внутри авто, и представлена следующими составляющими:

• элементы кузова;
• элементы салона;
• ремни безопасности;
• подушки безопасности;
• особенности конструкции сидений.

Внешняя система призвана снизить риск травматизма иных участников аварии, таких как пешеходы и пассажиры других машин. Она представлена бамперами, стеклами и приспособлениями защиты пешеходов.

Особенности внутренней «пассивки»

Первым удар на себя принимает кузов авто. Поэтому элементы его конструкции не должны создавать дополнительных повреждений находящимся в салоне людям — нужно, чтобы на нем не было острых выступов, кузов должен изготавливаться из мнущихся материалов, способных максимально погашать кинетическую энергию, возникающую при ударе.

Салон «железного коня» не должен создавать дополнительных травм водителю и пассажирам при столкновении. Для этого предусмотрено складывание руля и педалей, что уменьшает риск травмирования ног и рук. Кроме того, проводка и элементы топливной системы должны проходить снизу, чтобы снизить риск возгорания.

Ремни безопасности снижают перемещение водителя и пассажиров по салону при аварии. При столкновении участники ДТП продолжают двигаться вперед по инерции, рискуя при этом вылететь через лобовое стекло (для передних сидений) или столкнуться с передними креслами (для задних сидений). В целях предотвращения выбросов пассажиров и применяются ремни. Они немного растягиваются при ДТП, позволяя частично погасить возникающие нагрузки на пассажиров, и препятствуют дальнейшему перемещению по салону, чтобы может послужить причиной серьезных травм и даже смерти.

Современные конструкции предлагают использовать ремни с газовыми наполнителями. Площадь их соприкосновения с пассажирами увеличивается во время аварии, что позволяет гасить кинетические энергии с меньшими перегрузками. Ведь при столкновении на большой скорости ремни безопасности могут запросто сломать ребра и повредить внутренние органы человека.

Подушки безопасности призваны предотвратить удары головой о руль или переднюю панель авто. Они были изобретены в начале восьмидесятых и в данный момент прошли кучу модификаций и оправдали свое изготовление. При столкновении срабатывает определенный датчик подушки, который посылает сигнал на пиропатрон, служащий для моментального заполнения воздухом подушки. Скорость и сила заполнения настолько велика, что может нанести некоторые травмы пассажирам. Поэтому пассажир должен быть пристегнут, а при перевозе маленьких детей передние сидения дополняются детским креслом, которое может регулироваться по высоте.

Помимо передних, многие автоконцерны активно используют боковые подушки, которые оберегают от бокового удара, и головные, препятствующие смещениям головы во время аварии.

Конструкция сидений автомобиля предполагает расположение подголовника, регулируемого по высоте. Его основная задача – фиксировать голову водителя или пассажира от смещения при ударе сзади. Сила удара смягчается подголовником и препятствует травмированию позвоночника. Чтобы снизить риск травмы до минимума, необходимо отрегулировать подголовник под рост водителя и его привычное положение за рулем.

Особенности внешней «пассивки»

Автомобили двигаются по дорогам не в гордом одиночестве, поэтому необходимо предотвращать нанесение травм и другим участникам движения. Для этого и служат элементы внешней «пассивки».

Важнейшим элементом внешней защиты являются бамперы автомобилей. Их конструкция представляет собой набор материалов и компонентов, которые деформируются при ДТП, значительно гася кинетическую энергию удара.

Заменить поврежденный бампер не представляет особой сложности, поэтому он всегда должен быть в работоспособном состоянии, предотвращая авто от серьезных последствий аварий. Бампер не только уменьшает повреждение машины, но и значительно снижает риск нанести серьезную травму пешеходам.

Защита пешеходов от травм является одной из основных задач внешней системы пассивной безопасности, поэтому с 2011 года некоторые автомобилестроительные компании оснащают свои продукты дополнительной системой безопасности пешеходов. Она состоит из:

• датчиков;
• системы управления;
• элементов исполнения.

Датчики в основном монтируются в передние бамперы автомобилей и посылают сигналы в блок управления при столкновении с пешеходом. В дальнейшем система отправляет сигналы на элементы исполнения, которые автоматически открывают капот авто, создавая некое подобие подушки безопасности для пешехода. Площадь удара увеличивается, снижая при этом риск нанесения серьезной травмы пешему участнику дорожного движения.

В Volvo пошли еще дальше, оснащая свои продукты подушками безопасности в бампере, заботясь таким образом о дополнительной безопасности пешеходов при возможном ДТП.

Заключение

Возникновение аварии – всегда риск для водителя и пассажиров. Предотвратить ДТП порой бывает практически невозможно. Тем не менее как мы видим, системы пассивной безопасности помогают получить минимальные повреждения при ДТП. Если постоянно пользоваться элементами системы и не пренебрегать необходимым ремонтом ее составляющих, когда это потребуется, риск получения серьезной травмы снизится примерно на 70%.

Пассивная безопасность автомобиля

Пассивная безопасность автомобиля, это совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на снижение тяжести дорожно-транспортного происшествия. Если сказать проще, это способность автомобиля сохранить жизнь и здоровье пассажиров, если нештатная ситуация всё-таки произошла. Большинство систем пассивной безопасности срабатывают во время столкновения, когда активные системы безопасности не смогли помочь водителю предотвратить или избежать столкновения.

Системы безопасности водителя и пассажиров

В случае ДТП системы пассивной безопасно­сти предназначены для минимизации ускоре­ний и сил, воздействующих на пассажиров и смягчения последствий ДТП. В этом контек­сте жизненно важный вклад вносят следую­щие системы защиты пассажиров (рис. «Системы безопасности пассажиров»):

• Ремни безопасности с натяжными устрой­ствами и ограничителями усилия ремней;
• Различные подушки безопасности;
• Системы защиты при опрокидывании ав­томобиля.

Ремни безопасности с натяжными устрой­ствами обеспечивают большую часть за­щитного эффекта, поглощая 50-60% кинетической энергии пассажиров. Фронтальные подушки безопасности поглощают около 70% энергии, если правильно синхронизиро­вано время их срабатывания.

Для достижения оптимальной защиты реакция всех компонентов системы защиты пассажиров должна быть согласована. Это становится возможным благодаря соответ­ствующим датчикам и высокоскоростной обработке сигналов. Алгоритмы управле­ния натяжными устройствами, подушками безопасности и системами защиты при опро­кидывании автомобиля хранятся в комбинированном ЭБУ.

Ремни безопасности и натяжные устройства ремней безопасности

Функция ремней безопасности

Ремни безопасности служат для ограничения перемещений водителя или пассажира, когда автомобиль наезжает на препятствие. Таким образом, пассажиры уже на ранней стадии вовлекаются в замедление автомобиля при ударе (рис. «Замедление автомобиля до полной остановки и смещение вперед водителя при столкновении с препятствием на скорости 50 км/ч»). Стандартное оборудование представляет собой трехточечный ремень безопасности с инерционной катушкой, ко­торая все чаще используется и на среднем си­денье заднего ряда. У регулируемых систем пряжка ремня прикреплена прямо к сиденью, а инерционная катушка — к средней или зад­ней стойке (рис.»Системы безопасности пассажиров»).

Неплотно натянутый ремень (например, когда надет толстый пуховик) при ударе не позволит пассажиру быть вовлеченным в замедление ав­томобиля на ранней стадии. Сначала пассажир продолжает движение без удержания, что умень­шает защитный эффект ремня. Кроме того, осла­блению натяжения ремня способствует эффект замедления инерционной катушки (эффект «ленточно-катушечный») и растяжение ремня.

Из-за ослабления натяжения трехточечные ремни безопасности обеспечивают ограни­ченную защиту в случае лобового столкно­вения на скорости более 40 км/ч с твердыми препятствиями, так как не могут безопасно предотвратить удар головы и туловища о рулевое колесо и панель приборов. В случае возникновения лобового столкновения на­тяжное устройство более плотно прижимает ремень безопасности к телу водителя (пасса­жира) и таким образом удерживает верхнюю часть туловища в положении, располагаемом как можно ближе к спинке сиденья. Это пре­дотвращает чрезмерное смещение водителя (пассажира) вперед, вызываемое инерцией масс. Натяжные устройства ремней безопас­ности улучшают ограничивающие характе­ристики трехточечного инерционного ремня безопасности и увеличивают степень защиты от возможного ранения.

Предварительное условие оптимальной за­щиты состоит в том, чтобы первое движение водителя (пассажира) оставалось минималь­ным, поскольку они замедляют свое движе­ние одновременно с автомобилем. Активация натяжных устройств ремней безопасности решает эту проблему практически с момента удара и обеспечивает удержание пассажиров на максимально ранней стадии. Максималь­ное движение вперед с предварительно на­тянутыми ремнями безопасности составляет около 2 см; механическое преднатяжение длится 5-10 мс .

Натяжные устройства ремней безопасно­сти активируются, в частности, при лобовых ударах, но это все чаще происходит и при боковых ударах. Это нужно для того, чтобы в случае ДТП с боковым ударом пассажиры были лучше защищены более плотно натяну­тыми ремнями.

Конструкция и принцип действия ремней безопасности

Натяжитель диагональной ветви трехточеч­ного ремня

Во время столкновения натяжитель диа­гональной ветви трехточечного ремня компенсирует ослабление ремня и замедленное действие натяжного устройства путем втяги­вания и натяжения ленты ремня. Это иниции­рует защитный эффект ремня на ранней ста­дии. При скорости наезда 50 км/ч эта система достигает максимального эффекта в течение первых 20 мс столкновения и таким образом поддерживает защитный эффект подушки безопасности, для которой требуется около 40 мс до ее полного надувания.

При активации система электрически за­жигает пиропатрон (рис. «Натяжитель диагональной ветви трехточечного ремня»). Давление взры­вающегося газа воздействует на поршень, соединенный со стальным тросом, который вращает катушку ремня, так чтобы он плотно прилегал к телу водителя (пассажира). Поэтому, ремень натягивается уже до того, как водитель (пассажир) начнет смещаться впе­ред. Эти натяжители позволяют втянуть ремень за 10 мс на 12 см .

Активация натяжителя запускается датчи­ками ускорения, встроенными в ЭБУ. Кроме того, в передней части автомобиля устанав­ливаются датчики, обеспечивающие быстрое и безопасное обнаружение экстренных ситуа­ций. В основном используются микромеханические датчики ускорения. Аналитические алгоритмы в ЭБУ непрерывно считывают данные датчиков и определяют, имеет ли место ДТП.

Поскольку воспламенение пиропатрона — процесс необратимый, решение о воспла­менении должно приниматься взвешенно; должно делаться различие с такими ситуа­циями, как, например, наезд на бордюр, когда срабатывания быть не должно. Сигналы должны обрабатываться как можно быстрее, чтобы натяжитель ремня срабатывал вовремя после наезда на препятствие.

Натяжитель пряжечного типа

При срабатывании от воспламенения пиропа­трона или пружинных систем этот натяжитель оттягивает пряжку ремня и одновременно под­тягивает диагональный и поясной ремни. На­тяжитель пряжечного типа повышает защиту от выскальзывания из-под поясного ремня безопасности («эффект подныривания»).

Натяжение происходит за то же время, что и у натяжителей диагональных ремней.

Сочетание двух натяжителей

Сочетание двух натяжителей — диагонального ремня и пряжечного типа-для одного ремня обе­спечивает большую длину натяжения, позволяя добиться большего удерживающего эффекта. На­тяжитель пряжечного типа активируется либо при достижении определенного уровня серьезности ДТП, либо в ответ на определенную задержку после срабатывания натяжителя диагонального ремня.

Ограничитель усилия ремня

В этом случае натяжные устройства ремней сначала натягивают их полностью (напри­мер, с максимальным усилием около 4 кН) и удерживают пассажиров. При превышении определенного натяжения ремня он осла­бляется и позволяет пассажиру сместиться вперед в большей степени. Кинетическая энергия пассажира преобразуется деформа­ционными элементами в энергию деформации. Примеры деформационных элементов, используемых в этой ситуации являются торсион в валу инерционной катушки и шов в ремне для управления срабатыванием.

Другим вариантом является электронно­управляемый одноступенчатый ограничитель усилия, уменьшающий натяжение ремня до 1-2 кН путем зажигания детонатора, напри­мер, благодаря специальным швам в ремне, через определенное время после выпуска вто­рой ступени передних подушек безопасности (т.е. при полностью надутых подушках) и по­сле определенного смещения вперед.

Ограничитель усилия натяжения ремня предотвращает возникновение пиков ускоре­ния и, соответственно, предотвращает риск перелома ключиц и ребер при получении внутренних травм.

Подушка безопасности

Передняя подушка безопасности

Задача передних подушек безопасности — защита водителя и переднего пассажира от травм головы и верхней части тела в случае наезда на препятствие (т.е. лобового удара) (рис. «Системы защиты водителя и пассажира с натяжным устройством ремня и фронтальными подушками безопасности»). При серьезном ДТП ремень безопас­ности с натяжным устройством не может предотвратить удар головой о рулевое колесо или панель приборов. Для выполнения задачи исключения такого удара подушки безопас­ности имеют разные объемы и формы, адап­тированные к параметрам автомобиля в зависимости от точки установки, типа автомобиля и свойств структурной деформации (при ДТП автомобили деформируются разными пу­тями). Пассажирам обеспечивается наиболее эффективная защита, если системы ремней безопасности и передних подушек безопасности работают с оптимальной координацией.

Принципы работы передней подушки безопасности

При обнаружении датчиками ускорения стол­кновения автомобиля с препятствием пиротех­нические газогенераторы надувают подушки безопасности водителя и переднего пасса­жира (рис. «Динамическое наполнение подушки безопасности водителя»). Для достижения максималь­ной защиты подушка безопасности должна быть полностью надута до того, как водитель (пассажир) коснется нее. Когда водитель (пас­сажир) касается подушки, она частично сду­вается через специальные клапаны. Энергия удара, воздействующего на водителя (пасса­жира), «мягко» поглощается при некритичных (в плане травмирования) поверхностном давлении и замедлении.

На скорость надувания и жесткость надутой подушки в случае с двухступенчатыми пиротех­ническими газогенераторами можно повлиять через задержку зажигания второй ступени.

Максимально допустимое смещение во­дителя вперед до надувания его подушки составляет 12,5 см. По времени это соответ­ствует приблизительно 40 мс после начала столкновения (в случае с наездом на твердое препятствие на скорости 50 км/ч). Электро­нике требуется 10 мс на обнаружение столкновения и детонирование пиропатрона; на надувание подушки уходит 30 мс. Затем по­душка сдувается через специальные клапаны в течение еще 80-100 мс . Таким образом, весь процесс занимает чуть больше одной десятой секунды.

Определение столкновения

Один или несколько датчиков, измеряющих ускорение вдоль продольной оси автомобиля и большей частью встроенных в ЭБУ, фиксируют замедление при столкновении. На основе этого замедления вычисляются изменение скорости и движение пассажиров вперед. Чтобы можно было лучше обнаруживать столкновение по касательной и смещенные столкновения, алгоритм срабатывания может также учитывать сигналы датчика бокового ускорения.

Помимо обнаружения столкновения необхо­дима также его оценка. Подушка безопасности не должна срабатывать от удара молотком при ремонте автомобиля в мастерской, легкие толчки и удары по кузову, движение через бор­дюры или выбоины на проезжей части. Чтобы этого не случилось, посредством алгоритмов цифрового анализа производится обработка сигналов датчиков ускорения, чья чувствитель­ность предварительно оптимизировалась моде­лированием различных ударных воздействий.

Каждое транспортное средство обладает своими характеристиками ускорения, которые зависят, в частности, от оборудования авто­мобиля и деформационных характеристик кузова. С помощью характеристик ускорения определяются установочные параметры, необ­ходимые для определения чувствительности в алгоритме анализа и, в конечном итоге, для срабатывания надувной подушки безопасно­сти и натяжителей ремней безопасности.

Еще как минимум один датчик ускорения размещается в ЭБУ для предотвращения не­корректного срабатывания подушки в случае неисправности основного датчика ускорения. Для надувания подушки при ДТП у этого дат­чика также должен быть превышен заданный порог срабатывания.

Первый порог срабатывания у натяжного устройства достигается в течение 8-30 мс в зависимости от типа или серьезности удара, а первый порог срабатывания фронтальной подушки безопасности — через 10-50 мс .

Адаптированное надувание подушек безопасности

Во избежание травмирования подушками безопасности водителя и пассажиров, нахо­дящихся в нестандартном положении (напри­мер, наклонившихся слишком далеко вперед) или детей в детских креслах (обращенных на­зад) срабатывание и надувание фронтальных подушек должны быть адаптированы к си­туации. Здесь существуют следующие меры:

• Кнопка отключения — для деактивации пас­сажирской подушки безопасности можно использовать кнопку отключения;
• Все шире становится выбор стандарти­зированных систем крепления (детские кресла ISOFIX). В замки устройств крепления сидений должны быть встроены автоматические выключатели действия надувной подушки безопасности для пассажира, что будет отображаться лампой на панели приборов.

Подушки безопасности с уменьшенным поглощением энергии

В США предпринимаются попытки уменьшить активное усилие надувания путем внедрения подушек безопасности, у которых мощность пиротехнического газогенератора уменьшена на 20…30%, что уменьшает скорость нагнета­ния, тяжесть последствий наполнения и риск получения травм. Крупным и тяжелым во­дителю и пассажирам легче продавить такие подушки, т.е. они отличаются пониженным поглощением энергии.

В США в настоящее время предпочтитель­ным является метод срабатывания «с малым риском ». Это означает, что в ситуациях с «не­стандартным» положением водителя (пасса­жира) у фронтальных подушек срабатывает только первая ступень. При тяжелых ударах может достигаться полная мощность газогене­ратора- за счет срабатывания обеих ступеней.

Еще один способ реализации срабатыва­ния подушек с «малым риском» при односту­пенчатом газогенераторе-оставлять выпуск­ные клапаны полностью открытыми.

Интеллектуальные системы подушек безопасности

Для постепенного снижения риска травми­рования применяются интеллектуальные системы надувных подушек безопасности с улучшенными функциями и вариантами управления процессом наполнения подушки. К функциональным улучшениям относятся:

• Выявление степени серьезности удара путем оптимизации алгоритма срабаты­вания или использования одного или двух передних датчиков. Передние датчики — это датчики ускорения, устанавливаемые в зоне смятия (например, на поперечине радиатора), помогающие заблаговременно распознать различные типы ударов, такие как ODB (удар со смещением о деформи­руемое препятствие), удар о столб или въезд под фуру. Они также позволяют оценить энергию удара. В менее серьезных ДТП, где достаточно защитного эффекта, обеспечиваемого натяжным устройством ремня безопасности, срабатывание по­душки не обязательно (снижение затрат на ремонт);
• Определение использования ремней без­опасности;
• Определение занятости сиденья, положения и веса пассажира;
• Использование натяжных устройств рем­ней безопасности с различными лимитиру­емыми усилиями натяжения в зависимости от массы водителя (пассажира);
• Определение положения сиденья и на­клона спинки;
• Использование фронтальных надувных по­душек безопасности с многоступенчатым циклом газогенератора или с одноступен­чатым газогенератором и пиротехнически активированным газогенераторным клапа­ном; скорость надувания и жесткость подушек безопасности можно адаптировать к серьезности и характеру ДТП посредством нескольких порогов срабатывания;
• Обмен данными с другими системами, на­пример, ESP (системой динамической ста­билизации), датчики которых позволяют использовать информацию в течение фазы, непосредственно предшествующей стол­кновению, для оптимизации срабатывания удерживающих систем. Например, исполь­зуя данные ESP , в некоторых ДТП с опрокидыванием можно активировать боковую подушку безопасности раньше.

Подушка безопасности для защиты коленей

На некоторых типах автомобилей передние подушки безопасности устанавливаются вме­сте с подушками для защиты коленей. Они обеспечивают вращательное движение впе­ред верхней части тела и головы, необходи­мое для оптимальной защиты подушкой безопасности. Кроме того, подушка для защиты коленей предотвращает контакт с консолью панели приборов и снижает риск травмирова­ния в этой области.

Боковая подушка безопасности

Боковые подушки безопасности, надувае­мые вдоль потолочной обшивки для защиты головы (например, оконные подушки, надуваемые занавески) или для защиты верхней части туловища от двери или спинок сидений (подушки защиты грудной клетки). Подушки плавно смягчают удары и таким образом за­щищают водителя и пассажиров от травм при боковом столкновении.

Принцип работы боковых подушек безопасности

Из-за недостатка зоны сжатия и минималь­ного расстояния между водителем и пасса­жирами и кузовом автомобиля, обеспечить своевременное наполнение боковых наду­вных подушек безопасности не просто. Поэ­тому в случае серьезных столкновений время на определение удара и активацию боковой подушки должно составлять 5-10 мс. Надува­ние подушек защиты грудной клетки объе­мом 12 л может длиться не дольше 10 мс.

Эти требования могут быть выполнены путем оценки сигналов датчиков периферий­ного, поперечного ускорения и давления. Эти датчики устанавливаются в соответствующих точках на кузове, например, средней стойке или двери.

Датчики PAS передают данные ускорения на центральный ЭБУ через цифровой интер­фейс. Центральный ЭБУ приводит в действие боковые надувные подушки безопасности при условии, если датчик поперечного уско­рения подтверждает боковое столкновение посредством контроля достоверности дан­ных.

Изменения давления, вызванные дефор­мацией двери (давление воздуха в дверной полости) могут также измеряться датчиком периферийного давления (PPS ). Это при­ведет к быстрому обнаружению ударов в двери. Подтверждение правдоподобия теперь выполняется датчиками ускорения, устанавливаемыми на опорных периферий­ных структурных компонентах. Эта система неоспоримо быстрее центральных датчиков поперечного ускорения.

Системы защиты при опрокидывании автомобиля

При возникновении аварии, связанной с опроки­дыванием транспортного средства, автомобили с открытым верхом, такие как кабриолеты, откры­тые внедорожные автомобили и т.п., становятся уязвимы с точки зрения отсутствия защитной структуры крыши, как это имеет место у авто­мобилей с закрытым верхом. Поэтому первона­чально специальные системы аварийной индикации и защиты при опрокидывании автомобиля устанавливались исключительно на легковых автомобилях с откидным верхом и родстерах, не имеющих фиксированных защитных брусьев.

Сегодня системы предупреждения об опро­кидывании используются и в легковых автомо­билях с закрытым верхом. При опрокидывании автомобиля существует опасность выпадания непристегнутых пассажиров через боковые окна или высовывания через окна частей тела пристегну­тых пассажиров (например, рук) и их серьезного травмирования. Для обеспечения защиты в таких случаях активируются уже существующие удер­живающие системы, такие как натяжные устрой­ства ремней безопасности и боковые и передние подушки безопасности. В кабриолетах выдвига­ются защитные брусья или верхние ограничители.

Принцип действия систем защиты при опрокидывании автомобиля

Современные системы датчиков вызывают сра­батывание системы безопасности при превы­шении порога, соответствующего ситуации, и лишь в случае наиболее часто происходящего типа опрокидывания (вокруг продольной оси). Концепция определения момента опрокидыва­ния фирмы Bosch предполагает использование поверхностно-микромеханического датчика по­ворота вокруг вертикальной оси (рыскания) и датчиков ускорения с высокой разрешающей способностью в поперечном и вертикальном направлениях движения автомобиля (оси у и z). Датчик рыскания является главным, а датчики ускорения по осям у и z используются для про­верки правдоподобия и определения типа опро­кидывания (наезд на насыпь, бордюр и т.п.). В си­стемах Bosch эти датчики включены в устройство срабатывания подушек безопасности.

Срабатывание систем защиты пассажиров адаптируется к ситуации согласно типу опроки­дывания, скорости вращения вокруг вертикаль­ной оси и боковому ускорению, т.е. системы срабатывают через 30-3000 мс путем автома­тического выбора и использования алгоритма, соответствующего типу опрокидывания.

Компоненты систем защиты при опрокидывании автомобиля

Электронный блок управления (ЭБУ)

Оптимальная защита водителя (переднего пас­сажира) при лобовом, смещенном под некото­рым углом столкновении или наезде на мачту уличного освещения достигается посредством точно скоординированной взаимосвязи между передними надувными подушками безопас­ности с пиротехническим электровоспламе­нением и натяжными устройствами ремней безопасности. Для того чтобы оптимизиро­вать эффект обоих защитных устройств, они должны приводиться в действие с максималь­ной чувствительностью ко времени срабаты­вания, обеспечиваемой общим электронным блоком управления (ЭБУ) подушками безопасности, установленным в салоне. В него интегрированы также функции управления боковыми подушками и защиты при опро­кидывании. В центральный ЭБУ в настоящее время интегрированы следующие функции:

• Определение столкновения датчиком ускорения и предохранительным выклю­чателем (механическим выключателем ускорения у более старых ЭБУ) или двумя датчиками ускорения без предохрани­тельного выключателя (резервированное, полностью электронное считывание);
• Быстрое приведение в действие перед­них подушек безопасности и натяжных устройств ремней безопасности в ответ на различные виды столкновений в продоль­ном направлении (например, лобовое, под некоторым углом, смещенное, наезд на столб, наезд сзади);
• Определение опрокидывания датчиками скорости вращения вокруг вертикальной оси и ускорения по осям у и z (боковое ускорение и ускорение в направлении вер­тикальной оси) в нижнем диапазоне g (до приблизительно 5 g);
• Активация оборудования для защиты при опрокидывании;
• Для активации боковых подушек ЭБУ работает в увязке с центральным датчи­ком поперечного ускорения, двумя или четырьмя периферийными датчиками ускорения и периферийным датчиком давления (PPS), установленным в каждой дверной полости;
• Преобразователь напряжения и аккумуля­тор энергии в случае подачи питания от аккумуляторной батареи должны отключаться;
• Селективное срабатывание натяжителей ремней безопасности в зависимости от со­стояния пряжек ремней: подушка безопасности срабатывает только при застегнутой пряжке ремня (определение через выклю­чатель в пряжке);
• Установка множественных пороговых зна­чений приведения в действие натяжных устройств ремней безопасности и передних надувных подушек безопасности с двумя стадиями действия в зависимости от количества пристегнутых ремней;
• Считывание сигналов классификации во­дителя и пассажиров (датчик усилия iBolt ) и соответствующее срабатывание удержи­вающих систем;
• Чтобы выполнить экстренный вызов после удара и активировать вторичные системы безопасности (сигнальные огни, отпирание центрального замка, отключение топлив­ного насоса, отсоединение аккумулятор­ной батареей и т.д.), ЭБУ системы подушек безопасности отправляет сигнал об обна­руженном ударе, например, по шине CAN.

Газогенераторы (пиропатрон)

Пиропатроны газогенераторов для подушек безопасности и натяжных устройств активи­руются за счет электрического зажигания. Газогенератор надувает подушку безопас­ности газом.

Пиропатрон (рис. «Пиропатрон») имеет резервуар с за­рядом и запалом. Пиропатрон соединяется с ЭБУ подушки через контактные выводы штырьки и двухпроводной контур. Чтобы сработала подушка безопасности, ЭБУ с помощью двух зажигательных каскадов генерирует электрический ток, который протекает через запал внутри пиропатрона. Провод рас­каляется и активирует заряд.

Подушка безопасности водителя, встроен­ная в ступицу рулевого колеса (объем около 60 л) и подушка безопасности пассажира, встроенная в пространство перчаточного ящика (примерно 120 л) надуваются при­мерно через 30 мс после детонации.

Датчики в салоне автомобиля

Классификация пассажиров

Для классификации пассажиров использу­ется метод измерения абсолютного веса, iBolt («интеллектуальный болт»). Болты iBolt (рис.»Системы безопасности пассажиров»), измеряющие возникающие силы, крепят раму сиденья к передвижному основанию (подвешенное сиденье), заменяя обычно уста­навливаемые четыре монтажных болта. Они измеряют зависящее от веса изменение зазора между втулкой и внутренним болтом со встро­еной интегральной схемой с датчиками Холла, подключенной к передвижному основанию.

Определение нестандартного положения

Для определения нестандартного положения могут использоваться следующие оптиче­ские методы:

• Принцип «Время полета» ( TOF) — система передает импульсы инфракрасного света и измеряет время их отражения в зависимо­сти от расстояния до пассажиров. Измеряе­мые промежутки времени имеют порядок пикосекунд;
• Метод «Фотонного микшера» (PMD) — дат­чик формирования изображения передает световые импульсы и обеспечивает пространственное видение и триангуляцию;
• Стереовидеокамера «iVision» в салоне на базе технологии CMOS — определяет поло­жение пассажира, размер и способ удержа­ния и также может управлять функциями комфорта (настройками сидений, зеркал и радио) для отдельных пассажиров.

Единого стандарта для системы датчиков в салоне еще не создано. Могут также ис­пользоваться коврики для классификации пассажиров в сочетании с ультразвуковыми датчиками.

Перспективные разработки в области пассивной безопасности автомобиля

В области защиты пассажиров разрабатыва­ются следующие дополнительные новшества.

Подушки безопасности с системой активной вентиляции

Эти подушки имеют управляемый клапан для выпускания газа и поддержания внутреннего давления в подушке постоянным даже если в нее уткнется пассажир, чтобы свести к мини­муму травмы. Упрощенная версия — подушка с «интеллектуальными выпускными клапа­нами». Эти выпускные клапаны остаются закрытыми (чтобы подушка не сдувалась) вплоть до роста давления из-за удара пасса­жира о подушку, после которого они открыва­ются, позволяя подушке сдуться. В результате способность подушки поглощать энергию полностью сохраняется до момента, когда включается ее амортизирующая функция.

Объединение функций пассивной и активной безопасности

Примерами синергизма в использовании датчиков различных систем безопасности (в данном случае системы динамической стабилизации, ESP) являются такие функции, как расширенное определение опрокидыва­ния, раннее распознавание наезда на столб и смягчение вторичного столкновения.

Расширенное определение опрокидывания

Расширенное определение опрокидывания использует сигналы ESP, передаваемые по шине CAN для улучшения распознавания ситуаций с опрокидыванием на грунт. Эти данные используются ЭБУ подушек безопас­ности для вычисления вектора скорости и бо­ковой скорости. На их основе определяются отклонение вектора движения автомобиля от его продольной оси и, соответственно, по­перечное перемещение автомобиля.

ESP может использовать сигналы датчи­ков ускорения в диапазоне малых значений g (оси у и z ) для улучшения определения нестабильных по динамике ситуаций.

Раннее распознавание наезда на столб

Раннее распознавание наезда на столб также использует сигналы ESP для улучшения рас­познавания бокового удара о столб. Система берет за основу тот факт, что в случае боко­вого удара о столб автомобиль перед ударом заносит, и занос определяется датчиками ESP. Затем информация о поперечном пере­мещении автомобиля используется в алго­ритме срабатывания для ускорения срабаты­вания боковых подушек безопасности.

Смягчение вторичного столкновения

При ДТП за первоначальным столкновением могут последовать другие, например, в результате потери контроля над автомо­билем. Этот феномен угрожает рисками и пассажирам автомобиля, и другим участни­кам движения. Функция смягчения вторич­ного столкновения обеспечивает помощь в случае таких ДТП. При столкновении ЭБУ подушек безопасности передает сигнал на ЭБУ системы ESP. Система ESP использует специально рассчитанные притормаживания для замедления автомобиля или — где это необходимо — выключения двигателя. Таким образом, можно избежать вторичных стол­кновений или снизить их опасность.

Путем объединения ЭБУ системы ESP и по­душек безопасности можно использовать обнаружение нестабильных или критических ситуаций для принятия более конкретных мер по обеспечению безопасности. При обнару­жении нестабильного состояния меры по обе­спечению безопасности могут приниматься поэтапно. К ним можно отнести закрывание окон и сдвижной крышки люка и повторно используемая (реверсируемая) подтяжка ремней безопасности с электроприводом. В критической ситуации это уменьшает про­висание ремня и неконтролируемое боковое перемещение пассажира, и позволяет боко­вой подушке обеспечить оптимальную за­щиту при последующем столкновении.

Имеется тенденция к созданию стандартизи­рованной системы безопасности, в которой функции активной и пассивной безопасности будут скомбинированы в одном блоке.

Обнаружение опасности столкновения

Для дальнейшего совершенствования функ­ции срабатывания подушек безопасности и раннего обнаружения опасности столкновения используются микроволновые радары, ультразвуковые датчики или лидары (лазер­ные локаторы инфракрасного диапазона) для определения относительной скорости, расстояния и угла удара при лобовом стол­кновении.

В этой связи внедряются реверсивные преднатяжители ремней безопасности с электро­механической активацией. Их реверсивность означает возможность подтяжки ремней еще до потенциального столкновения. Таким образом, провисания ремней можно избежать уже вна­чале удара, что позволяет водителю и пасса­жирам участвовать в замедлении автомобиля с самого начала.

Другие варианты подушек безопасности

Еще одно улучшение удерживающего эф­фекта будут обеспечивать подушки, встроен­ные в грудную часть ремня безопасности («воздушные ремни», «надувные трубчатые грудные ограничители» или «подушка в ремне»), уменьшающие риск перелома ребер.

В настоящее время разрабатываются на­дувные подголовники (адаптивные ограничи­тели для предупреждения шейно­позвоночных травм), надувные напольные коврики (для предотвращения травмирова­ния ног и лодыжек) и двухступенчатые натяжители ремней безопасности и «активные сиденья». В последнем случае в передней части сиденья надувается подушка, увеличи­вающая угол наклона и уменьшающая эффект подныривания (сползание пассажира вперед).

Источник https://www.drom.ru/info/misc/27478.html

Источник https://style-2.ru/stati/chto-nuzhno-znat-o-sisteme-passivnoj-bezopasnosti-avtomobilya.html

Источник https://press.ocenin.ru/passivnaya-bezopasnost-avtomobilya/

Источник