Системи пасивної безпеки автомобіля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Системи пасивної безпеки автомобіля

Пасивна безпека - сукупність конструктивних і експлуатаційних властивостей автомобіля, спрямованих на зниження тяжкості дорожньо-транспортної події [2, 38]. Пасивна безпека об'єднує елементи та системи автомобіля, які включаються у роботу безпосередньо у момент аварії. їх головне завдання - врятувати життя пасажирів та звести ймовірність виникнення травм до мінімуму.

У 60-і роки минулого століття вийшла у світ книга вашингтонського адвоката Ральфа Нейдера, де він привів безліч фактів ДТП у вигляді зіткнень автомобілів, їх перекидання і займання, що призводили до людських жертв і травматизму яких, за його висновками, можна було б уникнути, якби автомобілі проектувалися навіть з мінімальним врахуванням факторів безпеки. Потужні організації на захист прав автомобілістів, що з'явилися незабаром після появи книги, почали боротьбу за безпеку транспортних засобів, яка була підтримана владою країн Європи і Північної Америки. Багатьом вимогам широкої громадськості була надана сила закону.

Автомобілебудівники були вимушені відреагувати на те, що відбувається і перше, що вони зробили, це переглянули свої підходи до компонувальних схем і проектування кузовів автомобілів, де на перше місце поставили вимогу захисту водія і пасажирів у ДТП. Коротко ці підходи можна сформулювати так:

- Салон автомобіля - капсула, зона максимальної безпеки, яка має бути немнучкою ні спереду, ні ззаду, ні із сторін.

- Ніщо з устаткування у салоні не має бути травмонебезпечним для водія та пасажирів.

- Усе, що в автомобілі навколо капсули безпеки, повинно гасити кінетичну енергію зіткнення, знижуючи вірогідність ушкодження капсули, а двигун, агрегати трансмісії і вузли підвісок повинні "йти" під неї.

- Розміщення паливного бака, паливних магістралей та інших елементів паливної системи, а також елементів електричних і електронних систем має бути таким, щоб вірогідність виникнення пожежі була мінімальною.

- Стійкість до перекидання повинна бути максимальна.

Розрізняють зовнішню і внутрішню пасивну безпеку автомобіля.

Зовнішня пасивна безпека зменшує травматизм інших учасників руху: пішоходів, водіїв і пасажирів інших транспортних засобів, залучених у ДТП, а також зменшує механічні ушкодження самих автомобілів. Це досягається конструктивним виключенням із зовнішньої поверхні кузова гострих кутів, виступаючих ручок, інших елементів.

До внутрішньої пасивної безпеки автомобіля пред'являються дві основні вимоги: створення умов, при яких людина могла б безпечно витримати значні перевантаження та виключення травмонебезпечних елементів у салоні (кабіні).

Основа сучасного захисту людей - частини кузова, що деформуються при ударі та поглинають його енергію, міцні дуги безпеки, посилені передні стойки даху, травмобезпечні (м'які, без гострих кутів, ребер, кромок і тому подібне) деталі інтер'єру автомобіля, які створюють певну "решітку безпеки" для водія та пасажирів. Діючі нормативні документи установлюють лише критерії тяжкості ушкоджень людей при зіткненнях у заданих умовах - по напряму удару, швидкості, положенню перешкоди та тому подібне. Способи виконання цих вимог не регламентовані. При тяжкій аварії відбувається різке зменшення швидкості, яке призводить до значних перевантажень на тіла людей, які можуть бути фатальними. Тому ставиться задача знайти спосіб "розтягування" цього перевантаження у часі та по поверхні тіла. Розроблена система пасивної безпеки SRS2 повинна при зіткненні автомобіля утримувати людину на місці, щоб, безконтрольно переміщаючись по салону, водій і пасажири не травмували один об одного або об деталі кузова і інтер'єру. Система включає наступні елементи:

- ремені безпеки, у тому числі інерційні та з попереднім натягом;

- подушки безпеки;

- гнучкі або м'які елементи передньої панелі;

- кермову колонку, що складається при фронтальному ударі;

- травмобезпечний педальний вузол - при зіткненні педалі відділяються від місць кріплення та зменшують ризик ушкодження ніг водія;

- енергопоглинаючі елементи передньої і задньої частин автомобіля, що мнуться при ударі (бампери);

- підголовники сидінь, шиї пасажира, що захищають від серйозних травм, при ударі автомобіля ззаду;

- безпечні стекла - загартовані, які при руйнуванні розсипаються на безліч негострих осколків та триплекс;

- дуги безпеки, посилені передні стойки даху та верхня рамка вітрового скла у родстерах і кабріолетах;

- поперечні бруси у дверях.

Сучасна система пасивної безпеки автомобіля має електронне керування, що забезпечує ефективну взаємодію більшості компонентів. Система керування включає:

- вхідні датчики (два передні та два бокові для визначення напряму удару, один контрольний);

- блок керування;

- виконавчі облаштування компонентів системи.

Вхідні датчики фіксують параметри, при яких виникає аварійна ситуація, та перетворять їх у електричні сигнали. До вхідних датчиків відносяться ;

1. Датчик удару. На кожну із сторін автомобіля установлюється, як правило, по два датчики удару. Вони забезпечують роботу відповідних подушок безпеки. У задній частині датчики удару застосовуються при устаткуванні автомобіля активними підголовниками з електричним приводом.

2. Вимикач замку ременя безпеки. Вимикач замку ременя безпеки фіксує використання ременя безпеки.

3. Датчик зайнятості сидіння переднього пасажира, датчик положення сидіння водія і переднього пасажира. Датчик зайнятості сидіння переднього пасажира дозволяє у разі аварійної ситуації і відсутності на передньому сидінні пасажира зберегти відповідну подушку безпеки. Залежно від положення сидіння водія та переднього пасажира, яке фіксується відповідними датчиками, змінюється порядок та інтенсивність застосування компонентів системи.

У якості датчиків системи пасивної безпеки широко використовують акселерометри.

Акселерометри, це датчики лінійного прискорення для контролю кута нахилу тіл, сил інерції, ударних навантажень та вібрації. На транспорті акселерометри використовують для керування подушками безпеки, в інерціальних системах навігації (гіроскопах). Випускаються в основному акселерометри трьох типів:

- П'єзоплівкові на основі багатошарової п'єзоелектричної полімерної плівки. При деформації плівки під дією інерційної сили виникає різниця потенціалів на границях слоїв плівки. Параметри датчиків залежать від температури та тиску, тому мають низьку точність, дешеві, використовують для керування подушками безпеки та контролю ударних і вібраційних деформацій.

- Об'ємні інтегральні акселерометри, наприклад NAC - 201/3 компанії Lucas NovaSensor, які також використовують у подушках безпеки. У них вимірювальна кремнієва балка з імплантованим п'єзорезистором прогинається під дією інерційної маси при зіткненні авто. Вихідний сигнал кристалу 50 - 100 мВ.

- Поверхневі інтегральні фірми Analog Devices ADXL105, 150, 190, 202, що мають коміркову структуру кристала Hf 40 - 50 комірок. Ці датчики з високою чутливістю використовують в охоронних системах. Маса грузика 0, 1 мг, чутливість 0, 2 ангстрема.

На підставі порівняння сигналів датчиків з контрольними параметрами блок керування розпізнає настання аварійної ситуації та активізує необхідні виконавчі облаштування елементів системи.

Виконавчими пристроями елементів системи пасивної безпеки являються:

- піропатрон подушки безпеки;

- піропатрон натягувана ременя безпеки;

- піропатрон (реле) аварійного розмикача акумуляторної батареї;

- піропатрон механізму приводу активних підголовників (при використанні підголовників з електричним приводом);

- контрольна лампа, що сигналізує про непристебнуті ремені безпеки.

Активізація виконавчих пристроїв робиться у певному поєднанні відповідно до закладеного програмного забезпечення.

Ремені безпеки. Вони запобігають переміщенню пасажира за інерцією, та, відповідно, можливі його зіткнення з деталями інтер'єру транспортного засобу або іншими пасажирами (так звані вторинні удари), а також гарантують, що пасажир знаходитиметься у позі, що забезпечує безпечне розкриття подушок безпеки. Окрім цього, ремені безпеки при аварії трохи розтягуються, тим самим поглинаючи кінетичну енергію пасажира, чим додатково гальмуючи його рух, та розподіляють зусилля гальмування на більшу поверхню. Розтягування ременів безпеки здійснюється за допомогою облаштувань подовження та амортизації, забезпечених енергопоглинаючими технологіями. Можливо також використання у ременях безпеки пристроїв попереднього натягу у момент аварії.

По числу місць кріплення розрізняють наступні види ременів безпеки:

- двоточкові ремені безпеки;

- триточкові ремені безпеки;

- чотирьох-, п'яти- і шеститочкові ремені безпеки.

Перспективною конструкцією є надувні ремені безпеки, які наповнюються газом при аварії. Вони збільшують площу контакту з пасажиром та відповідно зменшують навантаження на людину. Надувна секція може бути плечовою і поясною. Як показують випробування, ця конструкція ременя безпеки забезпечує додатковий захист від бічного удару. У якості міри проти невикористання ременів безпеки з 1981 року пропонуються автоматичні ремені безпеки.

Сучасні автомобілі оснащуються ременями безпеки з натягувачами (преднатягувачі). Натягувані ременя безпеки призначені для завчасного запобігання переміщення людини вперед (відносно руху автомобіля) при аварії. Це досягається за рахунок змотування та зменшення свободи прилягання ременя безпеки за сигналом датчика. Натягувані, як правило, установлюються на замку ременя безпеки. Рідше натягувані установлюються на утягуючому облаштуванні ременя безпеки. За принципом дії розрізняють наступні конструкції натягувачів ременів безпеки: тросовий; кульковий; роторний; рейковий; стрічковий.

Вказані конструкції натягувачів оснащуються механічним або електричним приводом, який забезпечує займання піропатрона. Конструктивно вони поділяються на механічний привід, що ґрунтується на займанні піропатрона механічним способом (наколювання бойком); електричний привід, який забезпечує займання піропатрона електричним сигналом від електронного блоку керування (або від окремого датчика).

Натягувач забезпечує змотування відрізку ременя безпеки завдовжки до 130 мм за час 13 мс.

Подушки безпеки. Пневмоподушка (airbag) доповнює ремінь безпеки, зменшуючи шанс удару голови та верхньої частини тіла пасажира об яку- небудь частину салону автомобіля. Також вони знижують небезпеку отримання тяжких травм, розподіляючи силу удару по тілу пасажира. Спрацьовування подушки безпеки за своїм характером є дуже швидким розгортанням великого предмета, тому у деяких ситуаціях це може стати причиною поранень або навіть загибелі пасажира, може вбити не пристебнуту дитину, яка сидить занадто близько до подушки або ж була викинута уперед силою екстреного гальмування, тому розміщення дитини повинно відповідати певним вимогам.

Сучасні легкові автомобілі мають декілька подушок безпеки, які розташовуються у різних місцях салону автомобіля. Залежно від місця розташування розрізняють наступні види подушок безпеки:

- фронтальні подушки безпеки;

- бічні подушки безпеки;

- головні подушки безпеки;

- колінні подушки безпеки;

- центральна подушка безпеки.

Уперше фронтальні подушки безпеки були застосовані на автомобілях Mercedes - Benz у 1981 році. Розрізняють фронтальну подушку безпеки водія і переднього пасажира. Для фронтальної подушки безпеки переднього пасажира передбачається, як правило, можливість відключення. У ряді конструкцій фронтальних подушок використовується двоступінчате і навіть багатоступінчасте спрацьовування залежно від тяжкості аварії (т.з. адаптивні подушки безпеки). Фронтальна подушка безпеки водія розташовується у кермі, переднього пасажира - у верхній правій частині передній.

Бічні подушки безпеки покликані понизити ризик травмування тазу, грудної клітки і черевної порожнини при аварії Самі якісні бічні подушки безпеки мають двокамерну конструкцію.

Головні подушки безпеки (інше найменування - "шторки" безпеки) служать, як випливає з назви, для захисту голови при бічному зіткненні.

Колінна подушка безпеки захищає коліна і гомілки водія від травм. У 2009 році Toyota запропонувала центральну подушку безпеки, яка покликана понизити тяжкість вторинних ушкоджень пасажирів при бічному зіткненні. Розташовується в підлокітнику переднього ряду сидінь або центральної частини спинки задніх сидінь.

Облаштування подушки безпеки. До складу подушки безпеки входять еластична оболонка, що наповнюється газом, газогенератор та система керування.

Газогенератор служить для наповнення оболонки подушки газом. У сукупності оболонка та газогенератор утворюють модуль подушки безпеки. Конструкції газогенераторів розрізняють за формою (куполоподібні та трубчасті), за характером роботи (з одноступінчатим і двоступінчатим спрацьовуванням), за способом газоутворення (твердопаливні і гібридні).

Твердопаливний газогенератор складається з корпусу, піропатрона і заряду твердого палива. Заряд є сумішшю оксиду натрію, нітрату калію та діоксиду кремнію. Займання палива відбувається від піропатрона та супроводжується утворенням газу азоту, який роздуває оболонку подушки.

Активація подушок безпеки відбувається при ударі через 3 мілісекунди після спрацювання датчика удару. На протязі 20-40 мс подушка повністю роздувається, а через 100 мс відбувається здуття подушки. Залежно від напряму удару активуються тільки певні подушки безпеки. Якщо сила удару перевищує заданий рівень, датчики удару передають сигнал у блок керування. Після обробки сигналів усіх датчиків блок керування визначає необхідність та час спрацьовування певних подушок безпеки та інших компонентів системи пасивної безпеки. Відповідно умови спрацьовування різних подушок безпеки різні. Наприклад, фронтальні подушки безпеки спрацьовують за наступних умов: перевищення сили лобового удару заданої величини; наїзд на твердий міцний предмет (бордюр, край тротуару, стінка ями); жорстке приземлення після стрибка; падіння автомобіля; косий удар у передню частину автомобіля. Фронтальні подушки безпеки не спрацьовують при ударі автомобіля ззаду, бічному ударі, перекиданні автомобіля. Спрацьовують усі подушки безпеки при займанні автомобіля.

Алгоритми спрацьовування подушок безпеки постійно удосконалюються та стають все складнішими. Сучасні алгоритми враховують швидкість руху транспортного засобу, швидкість його уповільнення, вагу пасажира і місце його розташування, використання ременя безпеки, наявність дитячого крісла.

Підголовник. Підголовник - захисний засіб, що убудований у верхню частину сидіння, є запобіжним упором для потиличної частини голови водія або пасажира автомобіля. Підголовники конструюються або як частина подовжених спинок сидінь, або є окремими регульованими подушечками над сидіннями. Підголовники установлюються з метою ослабити ефект неконтрольованого руху голови, особливо назад, у результаті ДТП із-за наїзду іншого транспортного засобу ззаду. Дуже велику роль при захисті шийних хребців при аварії грає правильність установки і регулювання підголовника. Істотним недоліком нерухомих підголовників е необхідність їх регулювання по висоті.

Активні підголовники обладнані спеціальним рухливим важелем, схованим в спинці крісла. При задньому ударі автомобіля спина водія за інерцією від поштовху вдавлюється у крісло і натискає на нижній кінець важеля. Механізм, що спрацьовує, наближає підголовник до голови водія ще до її перекидання, за рахунок чого зменшує силу удару. Активні підголовники ефективні при зіткненнях на малих і середніх швидкостях руху, коли найчастіше трапляються травми і тільки при певному виду наїзду ззаду. Після зіткнення підголовники повертаються у початкове положення. Активні підголовники мають бути завжди правильно відрегульовані [4]. Реалізація електричного приводу активного підголовника припускає наявність електронної системи керування. До складу системи керування входять датчики удару, блок керування і власне механізм приводу. Основу механізму складає піропатрон з електричним займанням.

При фронтальному ударі залежно від його сили можуть спрацювати: натягувані ременів безпеки, фронтальні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки.

При фронтально-діагональному ударі залежно від його сили і кута зіткнення можуть спрацювати: натягувані ременів безпеки; фронтальні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки; відповідні (праві або ліві) бічні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки; відповідні бічні подушки безпеки, головні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки; фронтальні подушки безпеки, відповідні бічні подушки безпеки, головні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки.

При бічному ударі залежно від сили удару можуть спрацювати: відповідні бічні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки; відповідні головні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки; відповідні бічні подушки безпеки, головні подушки безпеки та натягувані ременів безпеки.

При ударі ззаду залежно від сили удару можуть спрацювати: натягувані ременів безпеки; розмикач акумуляторної батареї; активні підголовники.

Аварійний розмикач призначений для запобігання короткого замикання в електричній системі та можливого займання автомобіля. Аварійним розмикачем акумуляторної батареї оснащуються автомобілі, у яких акумуляторна батарея встановлена у салоні або багажному відділенні. Розрізняють наступні конструкції аварійного розмикального: піропатрон відключення акумуляторної батареї; реле відключення акумуляторної батареї.

Система захисту пішоходів призначена для зменшення наслідків зіткнення пішохода з автомобілем при дорожньо-транспортній події. Системи виробляються рядом компаній та з 2011 року встановлюється на серійні легкові автомобілі європейських виробників. Вказані системи мають схожу конструкцію (рис. 1).

ремінь безпека автомобіль пасажир

Рисунок 1 - Схема системи захисту пішоходів

Як всяка електронна система, система захисту пішоходів включає наступні конструктивні елементи: - вхідні датчики; - блок керування; - виконавчі пристрої.

У якості вхідних датчиків використовуються датчики прискорення (Remote Acceleration Sensor, RAS). 2-3 таких датчика встановлюються у передньому бампері. Додатково може встановлюватися контактний датчик.

Принцип роботи системи захисту пішоходів ґрунтується на відкритті капота при зіткненні автомобіля з пішоходом, чим досягається збільшення простору між капотом та частинами двигуна та відповідно зменшення травмування людини. По суті, піднятий капот служить подушкою безпеки.

При зіткненні автомобіля з пішоходом датчики прискорення та контактний датчик передають сигнали в електронний блок керування. Блок керування відповідно до закладеної програми при необхідності ініціює спрацьовування піропатронів підйомників капоту.

Окрім представленої системи на автомобілях для захисту пішоходів використовуються такі конструктивні рішення, як "м'який" капот; безкаркасні щітки; м'який бампер; похилий нахил капота та вітрового скла. Компанія Volvo пропонує з 2012 року на своїх автомобілях подушку безпеки для пішоходів.

Размещено на Allbest.ru