Повышение пассивной безопасности автомобиля путем совершенствования элементов его конструкции

Рисунок 7. - Механизм предотвращения последствий бокового удара:

1 - штырь; 2 - стержень; 3 - поворотный упор; 4 - возвратная пружина; а) - исходное состояние механизма; б) - рабочее состояние механизма



Примечание - 5

Рисунок 8. - Элементы кузова для защиты пешеходов:

1 - деформирующийся элемент; 2 - поперечина для защиты пешеходов; 3 - рамка радиатора

Во время наезда автобуса или грузового автомобиля пешеход отбрасывается в сторону. При наезде же легкового автомобиля пешеход сначала падает на капот и некоторое время движется вместе с автомобилем, после чего падает на дорогу. Смертельный исход в обоих случаях наступает при скорости автомобиля около 11 м/с.

Для уменьшения травматизма предложены защитные приспособления, удерживающие пешехода после удара и предохраняющие его от падения на дорогу. При срабатывании такого приспособления в первой стадии наезда (через 0,2-0,3 с) пешеход забрасывается на капот автомобиля. После начала торможения автомобиля пешеход, продолжая двигаться с приобретенной скоростью, сползает вперед по капоту и падает вниз. Защитная рамка (сетка) начинает автоматически выдвигаться примерно спустя 0,2 с после удара. Через 1 с выдвижение ее полностью заканчивается, и сетка принимает падающего человека. На рис. 9 показана защитная рамка, устанавливаемая на некоторых английских автомобилях. 3

В процессе разработки кузова наряду с безопасностью пассажиров все большее внимание уделяется безопасности пешеходов. Снижение риска травматизма пешеходов или велосипедистов достигается путем применения соответствующих конструктивных технологий а именно:

достаточное расстояние до жестких частей двигателя в подкапотном пространстве

оптимизация шарниров и внутренней поверхности капота

снижение вероятности травмирования ног пешеходов с применением деформирующих элементов, поперечин, рамок радиаторов и др..

Примечание - 5

Рисунок 9. - Защитная рамка

Многие производители применяют системы направленных на снижение нагрузок, действующих на пешехода при контакте с автомобилем. Последствия травам при наезде на пешеходов обеспечивают «мягкий» бампер и «подпрыгивающий» капот. Такая система предусматривает датчик касания пешехода проложенный внутри пластикового бампера (поз.1). При наезде характер деформации датчика используется для выявления наезда на человека, чтобы избежать ложного срабатывания системы (поз. 2). Анализируя сигнал, блок управления дает команду на срабатывание двух пиропатронов, которые установлены по краям капота (поз. 3,4).

Срабатывая, пиропатроны поднимают заднюю кромку капота на 65 мм, увеличивая его прогиб и смягчая удар головы пешехода (поз. 5).



Примечание - 5

Рисунок 10. - Безопасный «подпрыгивающий» капот

2.3.3 Безопасные клеммы

Длинный кабель, соединяющий батарею со стартером у автомобилей, в которых батарея устанавливается в багажнике или средней части автомобиля, может быть причиной пожара из-за его повреждения при аварии. Поэтому при срабатывании подушки безопасности с помощью пиропатрона производится отключение кабеля к стартеру и генератору от положительного вывода батареи. Питание остальной бортовой сети сохраняется, так как при аварии необходимо сохранение работоспособности аварийной сигнализации и освещения. Безопасные клеммы могут иметь прекращение подачи тока разрывом соединяющей перемычки, отстрелом штифта клеммы или иным способом.

В безопасных клеммах с разрывной перемычкой при воспламенении пиротехнического заряда давление газа воздействует на находящийся на поршне палец, который разрывает соединение между контактами.



1 - соединительный элемент с разрывной перемычкой; 2 - палец с поршнем; 3 - запал; а - разрывная перемычка в обычном состоянии; б - разрывная перемычка при срабатывании пиропатрона

Примечание - 5

Рисунок 11. - Безопасная клемма с разрывной перемычкой:

В безопасных клеммах с отстрелом штифта отключение кабеля от положительного вывода производится отсоединением его конического штифта 1 при срабатывании пиропатрона. Случайное возобновление соединения наконечника кабеля с выводом батареи предотвращается уловителем 1 с двумя захватами.

1 - конический уловитель; 2 - кабель, соединяющий плюсовую клемму со стартером; 3 - плюсовая клемма; 4 - пластмассовая оболочка; а - до срабатывания отстрела; после срабатывания отстрела

Примечание - 5

Рисунок 12. - Безопасная клемма с отстрелом штифта:

Управление пиропатроном и его диагностика производятся с помощью блока управления подушек безопасности.

Пиропатрон срабатывает при каждом раскрытии подушек безопасности, после этого его необходимо заменить.

Клеммы современных аккумуляторных батарей имеют встроенные микропроцессоры, способные измерять ток заряда-разряда, напряжение и температуру батареи. Эти данные передаются в центральный блок управления для решения отключения части незначимых потребителей, например подогрева сидений, в случае недостаточного зарядного тока генератора.

2.3.4 Подушки безопасности

Наиболее эффективным элементом пассивной безопасности является применение систем надувных подушек безопасности (airbag). Система надувных подушек безопасности в комплексе с диагонально-поясными инерционными ремнями безопасности в случае аварии при фронтальном столкновении обеспечивает дополнительную защиту головы и грудной клетки водителя и пассажира на переднем сидении и снижает вероятность тяжелых травм и гибели людей при авариях на 40%.

Примечание - 5

Рисунок 13. - Система надувных подушек безопасности (на примере Ауди A3):



1 - датчик удара боковой подушки безопасности за водителем (задняя стойка кузова); 2 - пиропатрон заряда газогенератора верхней подушки безопасности водителя; 3 - пиропатрон заряда газогенератора натяжителя ремня безопасности водителя; 4 - выключатель в замке ремня безопасности водителя; 5 - пиропатрон заряда газогенератора боковой подушки безопасности водителя; 6 - датчик удара боковой подушки безопасности со стороны водителя(передняя дверь): 7 - пиропатрон газогенератора подушки безопасности водителя; 8 - диагностическая розетка; 9 - щиток приборов с контрольными лампами ремней безопасности и подушек безопасности; 10 - блок управления двигателя; 11 - датчик удара фронтальной подушки безопасности водителя (левая передняя часть кузова); 12 - датчик удара фронтальной подушки безопасности переднего пассажира (правая передняя часть кузова); 13 - контрольная лампа отключения подушки безопасности переднего пассажира; 14 - выключатель для отключения подушки безопасности переднего пассажира, работающий от ключа; 15 - диагностический интерфейс шины данных (межсетевой интерфейс); 16 - пиропатрон первого и второго зарядов газогенератора подушки безопасности переднего пассажира; 17 - блок управления подушек безопасности; 18 - выключатель в замке ремня безопасности переднего пассажира; 19 - датчик наличия пассажира на переднем сидении; 20 - пиропатрон заряда газогенератора боковой подушки безопасности переднего пассажира; 21 - датчик удара боковой подушки безопасности со стороны переднего пассажира (передняя дверь); 22 - пиропатрон заряда газогенератора натяжителя ремня безопасности переднего пассажира; 23 - пиропатрон заряда газогенератора верхней подушки безопасности переднего пассажира; 24 - датчик удара боковой подушки безопасности за передним пассажиром (задняя стойка кузова); 25 - центральный блок управления систем комфорта; 26 - пиропатрон заряда газогенератора отключения аккумуляторной батареи

Автомобили, оснащенные системой airbag для водителя и пассажира переднего сиденья, можно отличить по надписи на мягкой панели рулевого колеса и на правой стороне панели приборов.

Основными элементами система являются набор инерционных электромеханических и электронных датчиков (3….5), пиропатроны газогенератора (источник энергии), подушки безопасности для водителя (в рулевом колесе) и пассажира (справа в панели приборов), устройство электронного контроля и управления, контрольную лампу на приборной панели.

Электромеханические ударные датчики работают по принципу обычного концевого выключателя - в трубке находится металлический шарик, который при резком ударе преодолевает сопротивление пружин и замыкает контакт, при этом образуется электрическая цепь, необходимая для работы системы.

В настоящее время вместо механических применяются электронные датчики. Такой датчик состоит из корпуса, блока обработки данных и микромеханического датчика ускорения, который может быть пьезоэлектрическим, конденсаторным или другого типа.

Датчик ускорения конденсаторного типа устроен, упрощенно выражаясь, как конденсатор. Отдельные пластины конденсатора закреплены неподвижно. Сопряженные с ними элементы являются подвижными и выполняют роль сейсмической массы. При столкновении сейсмическая масса, в данном случае подвижные пластины, перемещается в направлении к неподвижным пластинам и емкость такого конденсатора меняется. Блок обработки данных обрабатывает эту информацию, переводит ее в цифровой вид и передает данные в блок управления подушками безопасности.



1 - неподвижная пластина; 2 - подвижная пластина; 3 - блок обработки данных; а - состояние покоя; б -- столкновение

Примечание - 5

Рисунок 14. - Схема работы датчика ускорения конденсаторного типа:

Вместо датчиков ускорения для распознавания столкновения отдельные производители автомобилей устанавливают датчики давления. С помощью этих датчиков достигается более быстрое обнаружение удара в область двери. Инерционные датчики устанавливаются в бампере, в моторном отсеке, в стойках или в районе подлокотника. В память датчиков заложены просчитанные заранее параметры, которые для данной модели автомобиля означают превышение допустимого удара. В случае аварии датчики посылают сигнал на электронный блок управления. В большинстве современных систем фронтальные датчики рассчитаны на силу удара при скорости от 25…50 км/час, боковые могут срабатывать при более слабых ударах. От электронного блока управления сигнал поступает на основной модуль, который состоит из компактно уложенной подушки, соединенной с газогенератором.

Расплавляемая проволока или фронт пламени в пределах элемента зажигания (капсюля) приводят в возбуждение газогенераторы надувной подушки безопасности. В современных конструкциях срабатывание капсюля для зажигания газогенератора происходит от переменного тока с целью предупреждения возникновение короткого замыкания в электрической системе питания постоянного тока автомобиля (неисправности в электропроводке). Для создания переменного тока применяется конденсатор, включенный в конструкцию зарядного капсюля и подсоединенный последовательно в цепь возбуждения, который заряжается, разряжается или перезаряжается приблизительно с частотой 100 кГц.

В газогенераторе, называемом часто пиропатроном (таблеткой) диаметром 10 см и толщиной 1 см, используются кристаллы твердого топлива, при сгорании которого выделяется газ, заполняющий, а точнее, надувающий подушку. Топливом обычно выступает ядовитый азид натрия (NaN3), 45% массы которого при сгорании превращается в чистый азот, а остальное - в углекислый газ (СО2), окись углерода (СО), воду (Н2О) и твердые частицы. Электрический импульс поджигает пиропатрон или плавит проволоку и кристаллы превращаются в газ. Сигналом для срабатывания пиропатрона служит электрический импульс от датчиков удара (ускорения или давления), поступающих напрямую или через электронный блок. Хотя процесс сгорания и происходит быстро, он не носит взрывного характера. Сгорание происходит в 3 этапа: поджигание, возгорание для запала и горение рабочего заряда. В очень короткое время система развивает мощность до 60 кВт, но взрыва не происходит. Сгорание топлива и наполнение подушки объемом приблизительно 50…60 л для водителя длится 30…35 мс, подушка безопасности для пассажира объемом приблизительно 100…140 л устанавливается в зоне перчаточного отсека и наполняется приблизительно за 50 мс. Это время меньше времени моргания глаза, которое составляет 100 миллисекунд.

Для предотвращения травм от надувания подушки движущей со скоростью 200…300 км/час навстречу грудной клетке, современные подушки надуваются в два этапа: сначала примерно на 70 %, а при соприкосновении с телом полностью, для этого применяются двухступенчатые газогенераторы.

Благодаря радиальному распрямлению воздушного мешка и последовательному воспламенению зарядов в таких газогенераторах существенно снижается нагрузка, которая действует на водителя при аварии. В зависимости от тяжести и вида аварии промежуток между срабатываниями обоих пиропатронов может составлять примерно от 5 мсек. до 50 мсек. Срабатывают всегда оба заряда, для исключения случаев, когда после раскрытия подушки безопасности остается еще один не сработавший пиропатрон. При аварии блок управления подушками безопасности дает команду на воспламенение первого заряда. Образующееся давление ускоряет поршень, который открывает газовый баллон. Выделяющийся газ наполняет и раскрывает подушку безопасности. В результате сгорания второго заряда в воздушный мешок поступает дополнительное количество газа.

1 - первый запал; 2 - первый заряд; 3 - шток с поршнем; 4 - защитная пленка; 5 - каналы подачи газа в подушку безопасности; 6 -газовый баллон; 7 - второй заряд; 8 - второй запал

Примечание - 5

Рисунок 15. - Пиропатроны с газовым баллоном:

Скорость наполнения подушки выбрана в соответствии с временем перемещения водителя (пассажира) при столкновении с подушкой. Сразу же после наполнения, но медленнее, за 200 миллисекунд подушка сдувается.

Оптимальное для обеспечения время наполнения подушки - 30…55 миллисекунд. Газ (азот или другой безопасный для человека) в подушку поступает через специальный фильтр. В развернутом состоянии подушка находится очень короткое время (до 1 с), так как газ через специальные отверстия быстро выходит в салон, чтобы подушка не задушила защищаемого пассажира.

Устанавливаются датчики в салоне, в передней части автомобиля, или в дверях, при этом их количество может колебаться от трех до десяти. На срабатывание датчиков влияет не только скорость автомобиля, но и характер столкновения (под каким углом, с каким препятствием). В то же время экстренное торможение с любой скорости не может заставить сработать датчик удара. На случай выхода из строя аккумулятора некоторые системы снабжены специальным конденсатором, который отдает накопленную энергию для открытия подушек безопасности.

Подушку изготавливают из нейлона толщиной 0,45 мм. Для герметичности внутреннюю сторону покрывают очень тонким слоем синтетической резины - неопреном или специальной силиконовой резиной. Современные подушки подразделяются на три типа: фронтальные, боковые и потолочные.

Наполнение подушек в салоне - а их обычно от 2 до 6 - сопровождается повышенным шумом, уровень которого иногда достигает 140 дБ, что опасно для барабанных перепонок. Для уменьшения шума срабатывают только нужные подушки, и то в разное время: например, через 20 миллисекунд после столкновения - водительская, еще через 17 миллисекунд - пассажирские. Причем если в салоне нет пассажиров, подушки безопасности не срабатывают, так как в сиденья устанавливают специальные датчики, фиксирующие наличие пассажиров.

В большинстве существующих в настоящее время конструкций используется электронный блок, который устанавливается в пассажирском салоне для координированного срабатывания систем защиты. Вычисления замедлений электронного блока срабатывания основаны на данных датчиков ускорения, используемых для контроля сил замедления, которые сопровождают столкновение автомобиля. Центральный электронный блок возбуждения должен отвечать требованиям:

идентификации ДТП или столкновения, основанной на данных, получаемых от электронного датчика ускорения и механического «детектора безопасности» или от двух электронных датчиков ускорения (контроль с «полностью электронным распознаванием» со схемой резервирования)

быстрого реагирования управляющих цепей, надувных подушек безопасности и натяжных устройств ремней безопасности, основанного на алгоритмах цифрового запуска специального назначения, в ответ на различные виды ДТП (лобовое столкновение, лобовое со смещением, столкновение или наезд под некоторым углом, наезд на опору и т. п.)

стабильного напряжения и резервирования питания

избирательного срабатывания натяжного устройства ремня безопасности в соответствии с управляемым состоянием узла лента ремня -- пряжка

определения двух порогов срабатывания в зависимости от того, действительно ли пользователь автомобиля использует ремень безопасности (высокий или низкий порог срабатывания интерфейса последовательной диагностики)

Для контроля исправности системы надувных подушек может применяться система контроля. При включении зажигания около 10 сек горит контрольная лампочка, которая должна затем погаснуть. Если лампочка не горит не гаснет или загорается во время движения это свидетельствует о неисправности системы.

Исследования специалистов свидетельствуют о том, что риск гибели пешехода при ударе о капот автомобиля, двигающегося со скоростью всего 40 км/ч, достигает 100%. Для решения этой проблемы компании активно работают над созданием подушек безопасности для пешеходов. Эта система защиты включает две подушки - большую, охватывающую переднюю часть автомобиля (бампер, радиаторную решетку, фары и кромку капота) и маленькую, которая размещается у лобового стекла, защищая голову пешехода. Опасное приближение к пешеходам и животным распознаются специальными датчиками. Открываться эти подушки будут непосредственно перед столкновением.

2.3.5 Подголовники

Конструкция передних сидений рассчитана на снижение вероятности травмирования шейного отдела позвоночника. Различают активные и пассивные подголовники. В обеих системах риск травмирования шейного отдела позвоночника снижается за счёт того, что снижается ускорение головы относительно плеча при ударе сзади.

Примечание - 5

Рисунок 16. - Подголовники

В пассивных системах уменьшение риска травмирования шейного отдела позвоночника достигается с помощью особой конструкции сиденья в целом, подголовников и отсутствия подвижных деталей между головой и подголовником.

Активный подголовник - это работающая по чисто механическому принципу система, которая при ударе сзади перемещает подголовник вперёд к голове, чтобы сократить расстояние между головой и подголовником.

Благодаря уменьшению относительного ускорения между плечами и головой существенно снижена опасность перелома шейных позвонков. При столкновении в заднюю часть автомобиля пассажир вдавливается в спинку сиденья. Эта сила передается через подушку сиденья на опорный щиток 1 в позвоночной области пассажира. Опорный щиток через рычажный механизм 2 связан с функциональным блоком «активный подголовник» 3 в верхней части спинки сиденья. При ударе опорный щиток в позвоночной области пассажира перемещается назад, при этом подголовник автоматически перемещается вперед. Как только давление тела на спинку снижается, натяжная пружина возвращает систему в исходное положение.

1 - опорный щиток; 2 - рычажный механизм; 3 - функциональный блок; а - в состоянии покоя; б - в рабочем состоянии

Примечание - 5

Рисунок 17. - Схема работы активного подголовника:

В качестве подголовников могут применяться специальные конструкции с определенным профилем и наполнителем (подголовники WOKS (Whiplash Optimized Head Restraint System)). При наезде сзади эти подголовники обеспечивают защиту от хлыстовой травмы благодаря особому профилю и зонам со специальным наполнителем, которые оптимально распределяют нагрузки.



Примечание - 5

Рисунок 18. - Подголовник WOKS

2.3.6 Ограничители усилия натяжения ремней безопасности

Чтобы нагрузки, которые могут воздействовать на пассажиров при аварии, не были слишком большими, автоматические механизмы втягивания оснащены ограничителем усилия натяжения ремня безопасности. Ограничитель усилия натяжения ремня безопасности приотпускает при определённой нагрузке ремень безопасности, обеспечивая тем самым погружение пассажиров в уже раскрывшуюся подушку безопасности.

Самым простым техническим решением для ограничения усилия натяжения ремня безопасности является петлеобразно прошитый ремень безопасности. При слишком большом усилии натяжения ремня швы рвутся, и ремень безопасности становится длиннее. Он позволяет уменьшить усилие натяжения и снизить нагрузку, воздействующую на пассажиров.



1 - прошитая зона ремня безопасности; 2 - швы; 3 - зажим ремня

Примечание - 5

Рисунок 19. - Петлеобразный прошитый ремень безопасности:

Более сложным является торсионный ограничитель усилия натяжения ремня безопасности. Таким ограничителем усилия натяжения ремня безопасности оснащаются шариковые, роторные, ленточные и реечные натяжители ремней безопасности.

С левой стороны катушка ремня безопасности 1, соединенная с торсионным валом 2, свободно вращается во внутреннем кольце зубчатого колеса. С правой стороны зубчатое колесо 4 соединено с торсионным валом. Для фиксации ограничителя предусмотрен стопор 6.

Усилие натяжения ремня безопасности ограничивается торсионным валом в катушке ремня безопасности. В зависимости от усилия натяжения ремня безопасности торсионный вал скручивается на больший или меньший угол, уменьшая тем самым пиковые нагрузки.

В современных автомобилях применяется система предупреждения о необходимости пристегнуть передние ремни безопасности. После включения зажигания блок управления подушками безопасности анализирует показания датчика замка ремня безопасности водителя, а также показания датчика замка ремня безопасности переднего пассажира, совместно с показаниями датчика занятости переднего пассажирского сиденья. Занятость переднего места пассажира блок управления распознает на основании величины сопротивления датчика занятости сиденья. Если водитель или передний пассажир не пристегнули ремни безопасности, то в комбинации приборов засветится контрольная лампа, сигнализирующая о необходимости пристегнуть ремень безопасности, и одновременно раздастся акустический сигнал.

1 - катушка; 2 - торсионный вал 3 - ремень безопасности; 4 - зубчатое колесо; 5 - механизм смотки ремня; 6 - стопор

Примечание - 5

Рисунок 20. - Торсионный ограничитель усилия натяжения ремня безопасности:

2.3.7 Реечный преднатяжитель ремня безопасности

Для плавной передачи усилия на ремень применяются также различные передающие устройства реечного типа.

Реечный преднатяжитель работает следующим образом. По сигналу блока управления подушками безопасности поджигается заряд пиропатрона. Под давлением образующихся при этом газов поршень с рейкой 8 перемещается вверх, вызывая вращение находящейся с ним в зацеплении шестерни 3. Вращение шестерни 3 передается на шестерни 2 и 4. Шестерня 2 жестко связана с наружным кольцом 7 обгонной муфты, передающей крутящий момент на торсионный вал 6. При повороте кольца 7 ролики 5 муфты заклиниваются между ним и торсионным валом. В результате вращения торсионного вала ремень безопасности натягивается. Натяжение ремня прекращается при достижении поршнем демпфера.



1 - демпфер; 2, 3, 4 - шестерни; 5 - ролик; 6 - торсионный вал; 7 - наружное кольцо обгонной муфты; 8 - поршень с зубчатой рейкой; 9 - пиропатрон; а - исходное положение; б - завершение натяжения ремня

Примечание - 5

Рисунок 21. - Реечный преднатяжитель ремня безопасности:

Роторный натяжитель ремней безопасности работает по принципу ротора. Натяжитель состоит из ротора 2, пиропатрона 1, приводного механизма 3.

Первый пиропатрон активируется с помощью механического или электрического привода, при этом расширяющийся газ вращает ротор. Так как ротор соединён с валом ремня, то ремень безопасности начинает втягиваться.

По достижении определённого угла вращения ротор освобождает перепускной канал 10 ко второму патрону. Под действием рабочего давления в камере 1 воспламеняется второй патрон, благодаря этому ротор продолжает вращаться. Сгоревший газ из камеры 1 выходит через выпускной канал 9.

При достижении второго перепускного канала 8 происходит воспламенение третьего патрона под действием рабочего давления в камере 2 (рис. в). Ротор продолжает вращаться и сгоревший газ из камеры 2 выходит через выпускной канал 5.



1 - пиропатрон; 2 - ротор; 3 - приводной механизм; 4 - ремень безопасности; 5,9 - выпускной канал; 6,8, 10 - перепускной клапан; 7 - срабатывание первого пиропатрона; 11 - срабатывание второго пиропатрона; 12 - камера 1; 13 - срабатывание третьего пиропатрона; 14 - камера 2

Примечание - 5

Рисунок 22. - Роторный натяжитель:

Шариковый натяжитель ремня безопасности состоит из компактного модуля, в который наряду с распознавателем пристёгнутого ремня безопасности также входит ограничитель усилия натяжения ремня безопасности. Механическое срабатывание происходит только тогда, когда распознаватель пристёгнутого ремня безопасности определяет, что ремень безопасности пристёгнут.



1,10 - зубчатое колесо; 2, 11 - баллон для шариков; 3 - приводной механизм (механический или электрический); 4,6 - пиротехнический выталкивающий заряд; 5,7 - ремень безопасности; 8, 12 - трубка с шариками; 9 - механизм смотки ремня безопасности; а - воспламенение; б - натяжение

Примечание - 5

Рисунок 23. - Шариковый натяжитель:

Шариковый натяжитель ремня безопасности приводится в действие шариками. Шарики помещены в трубку 8. При столкновении по сигналу блока управления подушек безопасности воспламеняется выталкивающий заряд 6. На натяжителях ремней безопасности с электроприводом активацию приводного механизма производит блок управления подушек безопасности. При воспламенении выталкивающего заряда расширяющиеся газы приводят в движение шарики и направляют их через зубчатое колесо 10 в баллон 10 для сбора шариков.

Так как катушка ремня безопасности прочно соединена с зубчатым колесом, то она вращается при помощи шариков и ремень втягивается.

Натяжитель ремня безопасности 4 и автоматический механизм смотки ремня безопасности 9 являются одним узлом. Система подвижно закреплена в защитной трубке 1 на колпачке подшипника аналогично вертикальному маятнику. На поршне закреплён 3 стальной трос 11. Трос смотан и установлен над защитной трубкой в барабан 8 для троса.

Модуль натяжителя состоит из следующих элементов:

датчики в виде системы «пружины - массы»

газогенератор с пиротехническим выталкивающим зарядом 10

поршень 3 со стальным тросом в трубке

1 - защитная трубка; 2 - трубка; 3,12 - поршень; 4 - ремень безопасности; 5 - отбойная пластина с ударным штифтом; 6 - зубчатое кольцо вала; 7 - зубчатый сегмент; 8 - барабан; 9,18 - механизм смотки ремня безопасности; 10,15 - ударная пружина; 11 - стальной трос; 13 - пружина датчика; 14 - кронштейн датчика; 16 - газогенератор; 17 - болт датчика; а - воспламенение; б - натяжение

Примечание - 5

Рисунок 22. - Тросовый натяжитель:

Если замедление автомобиля при столкновении превышает определённое значение, то пружина датчика 13 начинает сжиматься под действием массы датчика. Масса датчика состоит из кронштейна датчика 14, газогенератора 16 с пиротехническим выталкивающим зарядом, ударной пружины 15, поршня 3 и трубки 2.

Если кронштейн 14 переместился на расстояние, превышающее норму, газогенератор 16, удерживаемый в состоянии покоя с помощью болта датчика 17, высвобождается в вертикальном направлении. Натянутая ударная пружина 10 выталкивает его по направлению ударного штифта в отбойной пластине. При столкновении газогенератора с ударным штифтом происходит воспламенение выталкивающего заряда газогенератора.

В этот момент газ выталкивается в трубку 2 и перемещает поршень 3 со стальным тросом 11 вниз. При первом движении троса, намотанного на муфту, зубчатый сегмент 7 сдвигается под действием силы ускорения радиально с барабана по направлению наружу и входит в зацепление с зубчатым кольцом вала 6 механизма смотки ремня безопасности 9.

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

натяжители ремней безопасности

подушки безопасности

аварийный выключатель АКБ

В условиях столкновения ремни безопасности должны демпфировать уровень энергии, который приблизительно равен кинетической энергии человека, падающего с высоты четвертого этажа многоэтажного здания.

Ввиду возможного ослабления ремня безопасности применяется натяжное устройство (натяжитель), которое компенсирует это ослабление.

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

На автомобилях применяются, как натяжители диагональной ветви ремня безопасности, так и натяжители пряжечного типа. Применение обоих типов позволяет оптимально зафиксировать пассажира, так как в этом случае система оттягивает назад пряжку, таким образом одновременно натягивая диагональную и поясную ветви ремня безопасности. На практике в основном устанавливаются натяжители первого типа.

Натяжное устройство ремня безопасности улучшает степень натяжения и повышает защиту против выскальзывания из-под ремня. Это достигается за счет немедленного срабатывания натяжного устройства ремня безопасности во время первоначального удара. Максимальное перемещение водителя или пассажира в переднем направлении должно равняться приблизительно 1 см, а продолжительность процесса механического натяжения должно составлять 5 мс (максимальное значение - 12 мс).

Кроме механических натяжных устройств в настоящее время многие производители оборудуют автомобили пиротехническими натяжителями.

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

Примечание - 5

Рисунок 23. - Пиротехнический натяжитель:

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

Чтобы избежать превышения нагрузки на грудь, такие ремни имеют ограничители усилия натяжения. Ограничители работают следующим образом: вначале достигается максимум разрешенной нагрузки, после чего механическое устройство позволяет пассажиру продвинуться вперед на некоторое расстояние при поддержании нагрузки на постоянном уровне.

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

тросовый натяжитель ремня безопасности с механическим приводом

шариковый натяжитель

роторный натяжитель

реечный натяжитель

ленточный натяжитель

2.3.8 Травмобезопасный рулевой механизм

Травмобезопасное рулевое управление является одним из конструктивных мероприятий, обеспечивающих пассивную безопасность автомобиля - свойство уменьшать тяжесть последствий дорожно-транспортных происшествий. Рулевой механизм рулевого управления может нанести серьёзную травму водителю при лобовом столкновении с препятствием при смятии передней части автомобиля, когда весь рулевой механизм перемещается в сторону водителя.

Водитель также может получить травму от рулевого колеса или рулевого вала при резком перемещении вперёд вследствие лобового столкновения, когда при слабом натяжении ремней безопасности перемещение составляет 300…400 мм. Для уменьшения тяжести травм, получаемых водителем при лобовых столкновениях, которые составляют около 50% всех дорожно-транспортных происшествий, применяют различные конструкции травмобезопасных рулевых механизмов. С этой целью кроме рулевого колеса с утопленной ступицей и двумя спицами, позволяющих значительно снизить тяжесть наносимых травм при ударе, в рулевом механизме устанавливают специальное энергопоглащающее устройство, а рулевой вал часто выполняют составным. Все это обеспечивает незначительное перемещение рулевого вала внутрь кузова автомобиля при лобовых столкновениях с препятствиями, автомобилями и другими транспортными средствами.

В травмобезопасных рулевых управлениях легковых автомобилей применяются и другие энергопоглащающие устройства, которые соединяют составные рулевые валы. К ним относятся резиновые муфты специальной конструкции, а также устройства типа «японский фонарик», который выполнен в виде нескольких продольных пластин, приваренных к концам соединяемых частей рулевого вала. При столкновениях резиновая муфта разрушается, а соединительные пластины деформируются и уменьшают перемещение рулевого вала внутри салона кузова.

Основными элементами колеса в сборе являются обод с диском и пневматическая шина, которая может быть бескамерной или состоять из покрышки, камеры и ободной ленты.

2.3.9 Запасные выходы

Люки крыши и окна автобусов могут быть использованы в качестве запасных выходов для быстрой эвакуации пассажиров из салона при ДТП или пожаре. С этой целью внутри и снаружи пассажирского помещения автобусов предусмотрены специальные средства для открытия аварийных окон и люков. Так, стекла могут устанавливаться в оконные проёмы кузова на двух замковом резиновом профиле, имеющем замковый шнур. При возникновении опасности необходимо выдернуть замковый шнур с помощью скобы, прикреплённой к нему, и выдавить стекло. Некоторые окна подвешиваются в проеме на петлях и снабжаются ручками для их открывания наружу.

Устройства для приведения в действие аварийных выходов автобусов, находящихся в эксплуатации, должны быть в работоспособном состоянии. Однако в процессе эксплуатации автобусов работники АТП нередко снимают скобу на аварийных окнах, опасаясь умышленной порчи уплотнения окон пассажирами или пешеходами в случаях, когда это не диктуется необходимостью. Подобная «предусмотрительность» делает невозможным экстренную эвакуацию людей из автобусов.

Необходимо отметить, что все требования пассивной безопасности, все конструктивные элементы автомобиля выполняются с учетом комфортабельности. А если говорить о конкурентоспособности транспортного средства на рынке, то должны быть выдержаны дизайн и эргонометрические требования времени

Комфортабельность автомобиля определяет время, в течение которого водитель способен управлять автомобилем без утомления. Увеличению комфорта способствует использование автоматической коробки передач, регуляторов скорости (круиз-контроль) и т.д.

В настоящее время выпускаются автомобили, оборудованные адаптивным круиз-контролем. Он не только автоматически поддерживает скорость на заданном уровне, но и при необходимости снижает ее вплоть до полной остановки автомобиля.

2.4 Место водителя

Водитель - наиболее массовая, профессиональная группа в нашей стране. Работой на автотранспорте занято около 1/3 трудового населения. Поэтому процесс развития автомобильного транспорта тесно связан с системой «человек - машина». В какой отрасли хозяйства, для каких перевозок и целей не использовался бы автомобиль, он проектируется в первую очередь для человека. А у нас при конструировании часто смотрят иначе, обращая больше внимания на хозяйственное назначение. Это приводит к низкой надежности водителя в системе «водитель - автомобиль - среда движения» и, соответственно, к снижению безопасности движения и увеличению количества профессиональных заболеваний.

Установлено, что заболевания с временной утратой трудоспособности у водителей встречаются чаще, чем у представителей большинства других профессиональных групп. Какие же факторы влияют на состояние здоровья водителей, их работоспособность, а следовательно, и безопасность движения.

Уровень работоспособности находится в прямой зависимости от условий труда, быта, медицинского обслуживания и ряда других факторов. Одно из основных мест среди них занимает нервно-эмоциональное напряжение во время управления автомобилем, определяемое обстановкой на дорогах. Водитель современного автомобиля в условиях крупного города воспринимает множество производственно значимых раздражителей: 6 - 7 за каждую минуту. На эмоциональное напряжение водителя, кроме обстановки на магистралях, существенно влияет и тип автомобиля, его конструкция, интерьер кабины и ее цветовое оформление, расположение и компоновка органов управления, система подачи информации.

Одним из наиболее очевидных путей снижения напряжения трудовой деятельности водителей является коренное улучшение условий их труда. Они характеризуются постоянно перемещающимся рабочим местом, не удовлетворяющим современным требованиям к его организации и оснащению, неблагоприятным микроклиматом, загрязненностью воздушной среды токсичными и канцерогенными веществами, повышенным шумом и вибрацией.

Первые несколько десятилетий своего существования автомобиль воспринимался людьми, как роскошь. Сейчас он уже и не средство передвижения, а неотъемлемый элемент человеческого бытия. Автомобиль сегодня можно уподобить внешней оболочке человека. Меняться будет только форма. При этом нужно четко разделить транспортные средства для частных лиц и автомобили, как средство производства - грузовики, тракторы, автобусы и т.д., и здесь мы обращаемся именно к последнему направлению.

При конструировании кабин в нашей стране явно недостаточно учитываются физиологические, психологические и антропометрические особенности человека. Существующие государственные стандарты ряд важных параметров или не нормируют вообще, или задают нормативы, не соответствующие научно-обоснованным требованиям. В частности, ныне действующий государственный стандарт на рабочее место водителя грузового автомобиля ОСТ 37.001.413-86 уже устарел и требует дальнейшей доработки.

Инструментальным исследованиям рабочего места водителя подверглись три автомобиля с двумя типами кабин (капотная и бескапотная) по четырем основным направлениям:

- общая компоновка рабочего места водителя, включающая в себя основные размеры: между сиденьем водителя - рулевым колесом - педалью подачи топлива - рычагом переключения передач;

- рабочая поза водителей с уровнями репрезентативности: 10% (рост 162±5 см) и 95% (рост 182±5 см.) ;

- основные размеры сиденья водителя и его возможные регулировки (табл. 3);

- расположение педалей управления.

Примечание - 42

Рисунок 34. - Основные параметры сиденья водителя

Из капотных автомобилей КрАЗ-5131ВЕ за исключением одного параметра полностью соответствует стандарту. Ему по компоновочным показателям рабочего места водителя значительно уступает «Урал»-4320-41, но имеющиеся регулировки сиденья водителя позволяют человеку высокого роста (182±5 см), как самому проблематичному, занять рабочую позу, соответствующую требованиям ОСТ 37.001.413-86.

Бескапотный МАЗ-4370 по компоновочным показателям рабочего места водителя не соответствует требованиям стандарта, касающимся размещения рычага переключения передач и педалей управления.

Как видно из приведенных схем размещения водителя высокого роста на рабочих местах исследуемых автомобилей и таблиц, угловые размеры между основными антропометрическими частями тела человека, характеризующие рабочую позу, соответствуют предъявляемым требованиям. Тогда как в действительности (по экспертной оценке), особенно для автомобиля МАЗ-4370, рабочая поза не совсем удобна.

Дело здесь заключается в том, что при составлении нормативного документа и соответственно при конструировании кабин недостаточно учитывались физиологические, психологические и антропометрические особенности человека. А поскольку рабочее место в «среде движения» требует комплексного подхода, из поля зрения разработчиков автоматически выпали и другие направления, определяющие работу и жизнедеятельность водителя. Это конструкция и организация панели приборов, досягаемость органов управления, форма подушки и спинки сиденья, форма педалей, усилия на органах управления.

Для экспертной (органолептической) оценки были привлечены три специалиста. Два из них соответствуют уровню репрезентативности 10% (рост 162+5 см), но различаются весом тела и комплекцией, и еще один соответствует уровню репрезентативности 95% (рост 182+5 см).

Рабочее место водителя автомобиля КрАЗ-5131ВЕ, хоть и соответствует ОСТ 37.001.413-86, имеет ряд недостатков, сказывающихся, в первую очередь, на физическом состоянии человека. Сиденье не имеет пневмоподрессоривания, из-за чего появляются боли в пояснице. Далее. Водитель может отрегулировать посадку за рулем под себя, однако это займет огромное количество времени. Само сиденье не имеет боковой поддержки ни на нижней подушке, ни на спинке. А это немаловажный фактор для комфортной работы в условиях бездорожья, для которых данный автомобиль с колесной формулой 4х4 и предназначен. Но, даже имея удобную посадку за рулем, водителю приходится дотягиваться рукой до приборной панели, на которой установлены многие включатели. Не мешало бы украинским автостроителям установить регулируемую рулевую колонку, хотя сам руль гораздо удобнее, чем российского и белорусского производства.

К рабочему месту водителя автомобиля «Урал»-4320-01 претензии абсолютно те же. Только здесь добавляется неудобное расположение рычага коробки передач.

Претензии к сиденью МАЗ-4370 у водителей вряд ли появятся. Хотя по другим позициям минский бескапотник явно далек от совершенства. До рычага коробки передач тянуться и тянуться, а педаль газа расположена так, что ступню ноги приходится держать на ней с наклоном в левую сторону.

К сожалению, приходится констатировать тот факт, что до настоящего момента нормативная документация, касающаяся организации рабочего места водителя автомобиля, не пересматривалась и не претерпевала изменений и дополнений, а новые конструкции кабин не проходили исследований по указанным свойствам.

В качестве инновационного направления можно говорить о головной подушке безопасности.

Оно может быть расположена в транспортном средстве, на любом сидении оснащенном спинкой с подголовником. Модуль головной подушки безопасности располагается в подголовнике и крепится к его силовой структуре через демпфирующие элементы. Срабатывание подушки происходит на основании сигнала от датчиков бокового удара, датчиков переворота транспортного средства или их совокупности. При срабатывании системы, мешок подушки безопасности наполняется газом, разрывая запрограммированную зону разрыва оболочки подголовника. Раскрытие мешка происходит по трем направлениям: слева, справа, и над головой водителя (пассажира), при этом развертывание камер мешка происходит со стороны крыши транспортного средства, что исключает нанесение травм водителю (пассажиру) в результате раскрытия подушки безопасности. Стравливание газа из мешка подушки безопасности происходит благодаря перфорации, рассчитана она таким образом, что подушка безопасности остается функциональной минимум 10 секунд после ее срабатывания.

Подушка безопасности, которая применяется в транспортном средстве, в частности в легковом автомобиле, отличающаяся тем, что располагается в подголовнике спинки сиденья, состоит из модуля подушки безопасности, который, в свою очередь, состоит из носителя подушки безопасности, воздушного мешка в сложенном состоянии и газогенератора, при этом камеры воздушного мешка подушки безопасности имеют продолговатую либо округлую форму.

Подушка безопасности отличается тем, что перфорация материала мешка подушки безопасности рассчитана таким образом, что стравливание газа через него происходит с такой интенсивностью, которая позволяет подушке безопасности сохранять свою функциональность минимум 10 с.

Примечание - 52

Рисунок 35. - Головная подушка безопасности

Преимущества разработанной конструкции заключаются в том что она предоставляет комплексную защиту головы водителя и пассажиров. За счет трехкамерной конструкции подушки она эффективно защищает как от боковых ударов, так и при опрокидываниях транспортного средства при дорожно-транспортных происшествиях.

Количество камер мешка подушки безопасности может меняться в зависимости от требуемого уровня безопасности. Благодаря продолговатой форме камер мешка подушки безопасности обеспечивается защита в широком диапазоне возможных перемещений водителя (пассажира) при дорожно-транспортном происшествии.

Форма подушки обусловлена особенностями боковых ударов и опрокидываний транспортных средств при дорожно-транспортных происшествиях. Форма мешка подушки безопасности и количество его камер может различаться в зависимости от конструкции транспортного средства и необходимой степени защиты, исходя из назначения и особенностей транспортного средства.

Основную информацию водитель получает от дороги и среды движения. Однако необходимую для безопасного управления автомобилем информацию он также получает и от контрольно-измерительных приборов автомобиля. Автомобильные контрольно-измерительные приборы имеют существенное отличие от стационарных приборов, что объясняется условиями их эксплуатации и особенностями деятельности водителя. Они должны надежно работать в условиях вибрации, при низкой и высокой температуре окружающего воздуха, резком перепаде барометрического давления, попадании на них грязи, пыли, масла, воды и топлива. Автомобильные приборы не должны излучать в окружающее пространство помехи, затрудняющие радио- и телепередачи. Сигнализаторы в выключенном состоянии должны быть мало заметными, а при включении -- немедленно привлекать внимание водителя.

Одной из психофизиологических особенностей деятельности водителя является нередко возникающий дефицит времени, по этому время считывания показаний контрольно-измерительных приборов автомобиля должно быть минимальным. Приборы устанавливаются на панели перед водителем. Требования, предъявляемые к панелям, сводятся к обеспечению травмобезопасности, хорошей обзорности, достаточной видимости шкал, указателей и сигнальных ламп, обеспечению минимальных ошибок в считывании их показаний. Травмобезопасность водителя обеспечивается расположением щитка приборов под рулевым колесом -- в зоне, не доступной для удара об него человека при столкновениях и наездах.

На скорость и точность считывания показаний приборов влияет форма шкалы. Лучше всего воспринимаются показания шкал типа открытое окно». Хорошо считываются круглая и полукруглая шкалы, хуже -- вертикальная. При уменьшении размера шкалы до 20 мм и менее или увеличении более 150 мм точность и скорость их восприятия значительно снижаются. Определенное значение имеют размеры отметок и расстояние между ними. Оптимальное расстояние между основными отметками должно составлять 12-- 18 мм. Большее увеличение ухудшает считывание показателей. Наиболее эффективны шкалы с ценой деления 1; 5 или 10. Лучшая форма стрелки -- клиновидвая, толщина ее должна быть не больше ширины малой отметки.

Основным является принцип расположения приборов и контрольных ламп по группам. Приборы и группы приборов должны убывать от центра панели к ее периферии по степени важности. Приборы и сигнализаторы, обеспечивающие безопасность движения и контроль за работой двигателя, нельзя располагать в местах, загораживаемых рулевым колесом и органами управления автомобилем. Спидометр и тахометр обычно имеют большие раз меры, чем другие приборы, так как их показания наиболее часто считываются. Приборы должны освещаться равномерно отраженным светом, а степень освещения -- регулироваться. Светящиеся циферблаты применяются на военных автомобилях, обеспечивая их светомаскировку.

Дисплеи на органических светоизлучающих диодах (OLED) становятся все более популярными у производителей различной бытовой и автомобильной электроники. Ведь по сравнению с традиционными жидкокристаллическими (LCD) дисплеями они обладают куда меньшим энергопотреблением и при этом значительно более высокой яркостью и контрастностью. Привлекательность же OLED дисплеев для автомобильной промышленности еще и в том, что они могут быть изготовлены прозрачными, а значит, могут быть интегрированы, например, в ветровое стекло, или зеркало заднего вида.

Примечание - 42

Рисунок 33. - Безопасный дисплей для рулевого колеса

В настоящее время разработаны методы индикации показаний приборов в виде проектируемого изображения на лобовом стекле. Преимущество такого предъявления приборной информации состоит в том, что для ее восприятия не нужно производить движения головы и смещение взгляда от дороги вниз, на приборы. Это необходимо, например, при прохождении поворотов, когда для оценки скорости нужно фиксировать взгляд на проезжей части дороги, что невозможно при его смещении. Таким методом в нужной обстановке цифровое изображение спидометра проецируется на стекло непосредственно перед водителем. На переднее стекло можно проецировать также изменение дистанции до лидера, что позволяет стабилизировать дистанции между транспортными средствами. Было предложено и осуществлено с помощью метки на лобовом стекле определение тормозного пути в зависимости от состояния дороги, скорости и массы автомобиля. Измерение текущего значения коэффициента сцепления и скорости дает базовую метку отсчета и учитывается в расчете тормозного пути. Результат в виде белой метки выводится на стекло в перспективе дороги, и водитель видит то место, на котором остановится его автомобиль.

Разработаны также бортовые компьютеры, которые автоматически предоставляют водителю информацию о температуре наружного воздуха, расстоянии до конечного пункта, длине дуги, соответствующему запасу топлива, и другие данные. Чтобы меньше отвлекать внимание водителя, создаются устройства, подающие звуковой, световой сигналы или их сочетание для извещения о критическом запасе топлива, давлении масла, уровне тормоз ной жидкости, температуре в охлаждающей системе.

Уже создано бортовое навигационное устройство, предназначенное для отображения движения автомобиля на карте местности. На приборном щитке автомобиля расположен дисплей. В памяти компьютера хранятся картографические данные местности, символы, обозначающие пункт назначения, местоположение автомобиля и направление его движения. Водитель в любой момент при взгляде на экран может определить, где он находится и сколько еще ему предстоит ехать.

Такие технические устройства облегчают водителю получение необходимой информации о дорожной обстановке, состоянии жизнеобеспечивающих систем автомобиля, помогают ориентироваться на местности и во времени, что повышает его надежность, а следовательно, и безопасность дорожного движения.

Для обеспечения скорости и точности действий водителя большое значение имеет конструкция и расположение органов управления автомобилем. Их расположение должно осуществляться по принципу экономии движений. Каждое движение должно заканчиваться в положении, удобном для начала последующего движения.

...