Устройство пассивной безопасности автомобиля

Устройство и принцип работы системы пассивной безопасности SRS

Автомобиль – это не только привычное средство передвижения, но и источник опасности. Постоянно увеличивающееся число транспортных средств на дорогах России и мира, растущие скорости движения неизбежно приводят к росту числа ДТП. Поэтому задача конструкторов заключается в том, чтобы разработать не только комфортный, но и безопасный автомобиль. Решить эту задачу помогает система пассивной безопасности.

Что включает в себя система пассивной безопасности

Система пассивной безопасности автомобиля включает в себя все устройства и механизмы, предназначенные для защиты водителя и пассажиров от получения тяжелых травм в момент аварии.

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.

Система пассивной безопасности автомобиля: устройство и задачи

По мере совершенствования автомобиля подверглись изменению не только его технические характеристики, такие как скорость, аэродинамика, устойчивость на дороге, мощность двигателя, но и устройства, отвечающие за безопасность водителя и пассажиров. Чем выше скорость, тем сильнее удар.

Система пассивной безопасности защищает водителя и пассажиров посредством особенностей конструкции элементов кузова и наличием дополнительных удерживающих устройств.

Факторы риска и защита от них

Основной задачей системы безопасности является защита жизни и здоровья находящихся внутри автомобиля людей. В настоящее время система ориентирована не только на тех, кто находится внутри, но и на пешеходов. Разрабатываются новые более эффективные способы и технологии защиты людей.

Лобовое столкновение

Столкновение двух автомобилей, движущихся с большой скоростью, представляет повышенную опасность, что требует особых расчётов и применение новых технологий, использования соответствующих конструкционных материалов.

При лобовом столкновении система выполняет следующие задачи:

Гашение энергии удара;
Защита пассажиров от гибели и травм;
Возможность выбраться из автомобиля после столкновения.

Снижение скорости движения автомобиля должно быть плавным, чтобы избежать резкого удара. Чем дольше происходит замедление, тем оно плавнее. Такая мера позволяет затормозить тела находящихся в салоне людей медленно, насколько это возможно. Конструкция кузова машины выполнена таким образом, чтобы передняя часть была достаточно мягкой, т. е. легко сминалась. Она выполняет роль буфера. Часть кузова, находящаяся непосредственно вокруг пассажиров, имеет жёсткую, прочную конструкцию. Сделано это с тем, чтобы не было её смятия, иначе люди окажутся зажатыми внутри.

Следующим элементом защиты являются подушки безопасности в сочетании с ремнями. Такая комбинация удерживает тело от перемещения вперёд при лобовом ударе. Подушка безопасности и ремень работают в паре. Электронный блок отслеживает нужные параметры и оказывает соответствующие им управляющие воздействия как на подушку, так и на натяжитель ремня. Раскрытие первой не должно быть слишком резким. В противном случае человек может оглохнуть или быть задушенным. В момент удара натяжитель ремня создаёт большее усилие для того, чтобы удержать тело от движения вперёд. Жёсткое закрепление ремня будет оказывать высокое давление на область тела, находящуюся под ним. Поэтому ремень может перемещаться, но с усилием, замедляя движение человека.

Защита ног водителя обеспечивается возможность педального узла отделяться, что снижает риск перелома.

Элементы кузова изготавливаются таким образом, чтобы обеспечить максимальную жёсткость и защиту от деформации. Замки дверей разрабатываются так, чтобы даже при сильном столкновении была возможность их открыть.

Боковое столкновение

Если при лобовом ударе между людьми внутри автомобиля и препятствием есть буфер (передняя часть), то при боковом дело обстоит по-другому. Скорость при ударе в такой момент, как правило, меньше, чем во время лобового столкновения. Однако, это не сильно снижает опасность.

Ввиду таких особенностей удара и, следовательно, малой защищённости людей внутри салона, конструкция дверей выполнена с брусьями жёсткости. Кроме технологии самого кузова, применяются боковые подушки безопасности.

Заднее столкновение

Во время заднего удара происходит смещение автомобиля вперёд, т. е. пассажиров и водителя будет прижимать к спинке сидений. Движение тела человека происходит до тех пор, пока не встретится препятствие, которым служит сидение. Создать препятствие для головы очень важно, чтобы не допустить перелом шеи. Функция для достижения этой цели выполняется подголовниками. Бывают активные подголовники, приводимые в движение электроприводами. Последние включаются электронным блоком управления. Роль буфера выполняется бампером и задней частью кузова.

Состав системы пассивной безопасности

Факторы риска формулируют задачи и определяют совокупность устройств системы. Пассивная безопасность — это защита человека во время аварии, в отличие от системы активной безопасности, которая призвана не допустить ДТП. Перечень исполнительных устройств, входящих в систему пассивной безопасности включает в себя следующие элементы:

Электроприводы подголовников;
Подушки безопасности;
Натяжители ремней;
Устройство отключения аккумулятора.

Все эти элементы вступают в работу при возникновении аварии. Однако, есть и другие составляющие системы. К ним относятся:

Датчик прямолинейного ускорения/скорости;
Наличия пассажира на сидении;
Датчики подушки безопасности.

У разных моделей автомобилей перечень элементов системы может отличаться. Это зависит от года выпуска и технической оснащённости устройствами безопасности.

Система пассивной безопасности автомобиля. Обзор средств пассивной безопасности.

В таком сложном агрегате как автомобиль, очень легко позабыть об одной из самых основных систем — системе защиты и безопасности. И если активная безопасность всегда подробно освещается как СМИ, так и самими дилерами или продавцами, то пассивная безопасность – не что иное как серая мышка внутри сложной конструкции транспортного средства.

Что такое пассивная безопасность автомобиля

Пассивная безопасность – это набор свойств и приспособлений транспортного средства, которые имеют свои уникальные конструктивные и эксплуатационные отличия, однако функционально направлены на обеспечение максимально безопасных условий при попадании в аварию. В отличии от активной системы безопасности, действие которой направлены на сохранение автомобиля от аварий, система пассивной безопасности автомобиля активизируется уже после того как авария имело место быть.

Для того, чтобы снизить последствия аварии применяется целая совокупность из устройств, цель которых снизить тяжесть возникшего ДТП. Для более точной классификации используют разделение на две основные группы:

Внутренняя система – в её состав входят:

Подушки безопасности
Ремни безопасности
Конструкция сидений (подголовники, подлокотники, и т.д.)
Энергопоглотители кузова
Другие мягкие элементы интерьера

Внешняя система –еще одна, не менее важная группа, представляется в виде:

Бамперов
Выступов на кузове
Стекол
Усилителей стоек

С недавнего времени, на страницах известных информационных агентств начали подробно освещать пункты, которые сообщают о всех элементах пассивной безопасности в авто. Кроме того, не стоит забывать и деятельности независимой организации Euro NCAP (European New Car Assessment Programme). Этот комитет уже довольно долгое время проводит краш-тесты всех выходящих на рынок моделей, присуждая ведомости о результатах проверки как активной системы безопасности так и пассивной. С данными по результатам краш-тестов может ознакомится любой желающий, удостоверившись в каждой из составляющих системы защиты.

Внутренняя пассивная безопасность

Все элементы пассивной безопасности входящие в этот список призваны обезопасить всех находящихся в салоне автомобиля, который попал в аварию. Именно поэтому, очень важно помимо оснащения автомобиля специальным оборудованием (исправного вида), его необходимо использовать всеми участниками езды по назначению. Только соблюдение всех правил позволит получить наивысшую защиту. Далее мы рассмотрим самые основные пункты, которые входят в перечень внутренней пассивной безопасности.

Кузов – основа всей системы безопасности. Прочность автомобиля и возможные деформации его частей напрямую зависят от материала, состояния, а также конструктивных особенностей кузова автомобиля. Чтобы обезопасить пассажиров от попадания подкапотного содержимого в салон, конструкторы специально используют «решетку безопасности» — прочный пласт, который не позволяет нарушить салонную основу.
Безопасность салона от элементов конструкции – это целый перечень устройств и технологий, которые призваны обезопасить здоровье водителя и пассажиров. Например, многие салоны предусматривают наличие складывающегося руля, который не позволяет нанести дополнительный урон водителю. Кроме того, современные автомобили оснащены травмобезопасным педальным узлом, действие которого предусматривает отсоединение педалей от креплений, снижая нагрузку на нижние конечности.

Ремни безопасности – от принятого стандарта поясных 2-х точечных ремней, которые удерживали пассажира обычной стяжкой через живот или грудь, отказались еще в середине прошлого века. Подобные пассивные средства безопасности требовали улучшений, которые пришли в виде многоточёчных ремней. Повышенная функциональность такого типа устройств позволяла равномерно распределить кинетику по всему телу, не подвергая травматизации отдельных областей тела.
Подушки безопасности – вторая по важности (первую строчку здесь уверенно удерживают пояса безопасности), пассивная система безопасности. Получив признание в конце 70-ых гг. они плотно вошли в состав всех транспортных средств. Современный автопром начали оснащать целым набором из систем подушек безопасности, которые окружают водителя и пассажиров со всех сторон, перекрывая потенциальные зоны повреждений. Резкое раскрывание камеры с хранением подушки активирует стремительное наполнение последней воздушной смесью, которая амортизирует приближающегося по инерции человека.
Сиденья и подголовники – само по себе сиденье не представляет дополнительных функций во время аварии, кроме как выполнение фиксации пассажира на месте. Однако подголовники, напротив, свой функционал раскрывают как раз в момент столкновения, предотвращая запрокидывание головы с последующей травматизацией шейных позвонков.
Другие средства внутренней пассивной безопасности – во многих автомобилях предусмотрено наличие высоконапряженных листов из металла. Такой апгрейд позволяет сделать автомобиль более жестким к ударам, одновременно снижая его массу. Во многих автомобилях также используется активная система областей разрушения, которые при столкновении гасят возникающую кинетику, а сами при этом разрушаются (повышенные деструкции автомобиля ничто в сравнении с жизнью и здоровьем человека).

Внешняя пассивная безопасность

Если в предыдущем пункте мы рассматривали средства и устройства автомобиля, защищающие пассажиров и водителей в момент совершения аварии, то в этот раз поговорим о комплексе, который позволяет максимально обезопасить здоровье пешехода, попавшего под колеса рассматриваемого автомобиля.

Бамперы – в конструкции современных бамперов входит несколько энерго- и кинетически-поглощающих элементов, которые присутствуют как на передней части автомобиля так и сзади. Их предназначением является абсорбация возникающей от удара энергии за счёт подверженных к сминанию блоков. Это не только позволяет понизить риск нанесения урона пешеходу, но и здорово уменьшает повреждения внутри салона авто.
Наружные выступы автомобилей – как правило, к полезным свойствам таких элементов приписать тяжело. Однако, как это может показаться на первый взгляд, большинство из этих элементов имеют схожий принцип самодеструкции, описанный ранее в пункте 6. раздела «Внутренняя пассивная безопасность».
Приспособления для защиты пешеходов – отдельные компании-производители в лице Bosch, Siemens, TRW и других, на протяжении нескольких десятилетий активно разрабатывают системы обеспечивающие дополнительную безопасность пешеходам, попавшим в ДТП. Например, система Electronic Pedestrian Protection позволят поднимать крышу капота, увеличивая область столкновения того с телом пешехода, выступая при этом в роли «щита» от более твердых и не ровных частей моторного отсека.