Система пассивной безопасности автомобиля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский пограничный институт ФСБ России

Реферат

на тему: "Система пассивной безопасности автомобиля"

Подготовил: курсант 301-й учебной группы

рядовой Бочарников М.С.

2013 г.

Содержание

Введение

1. Современная система пассивной безопасности автомобиля

2. Ремни безопасности

3. Натяжитель ремня безопасности

4. Подушки безопасности

5. Активные подголовники

6. Безопасная конструкция кузова

7. Аварийный размыкатель аккумуляторной батареи

8. Система защиты пешеходов

Заключение



Введение

Современный автомобиль является источником повышенной опасности. Неуклонный рост мощности и скорости автомобиля, плотности движения автомобильных потоков значительно увеличивают вероятность аварийной ситуации.

Двигатель является источником механической энергии, необходимой для движения автомобиля. Трансмиссия предназначена для преобразования и передачи энергии от двигателя к ведущим колесам. Рулевое управление служит для изменения направления движения. Тормозная система обеспечивает управляемое изменение скорости автомобиля, его остановку и удержание на месте.

Кузов служит для крепления всех систем автомобиля, а также является важным элементом системы пассивной безопасности автомобиля. Подвеска обеспечивает упругую связь колес и кузова (несущей системы). Колесо преобразует механическую энергию, поступающую от двигателя, в энергию поступательного движения автомобиля. Каждая из перечисленных систем автомобиля объединяет отдельные подсистемы, агрегаты, узлы и детали.

Для защиты пассажиров при аварии активно разрабатываются и внедряются технические устройства безопасности. В конце 50-х годов прошлого века появились ремни безопасности, предназначенные для удержания пассажиров на своих местах при столкновении. В начале 80-х годов были применены подушки безопасности.

Совокупность конструктивных элементов, применяемых для защиты пассажиров от травм при аварии, составляет систему пассивной безопасности автомобиля. Система должна обеспечивать защиту не только пассажиров и конкретного автомобиля, но и других участников дорожного движения.

Важнейшими компонентами системы пассивной безопасности автомобиля являются:

· ремни безопасности;

· натяжители ремней безопасности;

· активные подголовники;

· подушки безопасности;

· безопасная конструкция кузова;

· аварийный размыкатель аккумуляторной батареи;

· ряд других устройств (система защиты при опрокидывании на кабриолете; детские системы безопасности - крепления, кресла, ремни безопасности).

Современной разработкой является система защиты пешеходов. Особое место в пассивной безопасности автомобиля занимает система экстренного вызова.



1. Современная система пассивной безопасности автомобиля

Современная система пассивной безопасности автомобиля имеет электронное управление, обеспечивающее эффективное взаимодействие большинства компонентов.

Система управления включает:

1. Входные датчики;

2. Блок управления;

3. Исполнительные устройства компонентов системы.

Входные датчики фиксируют параметры, при которых возникает аварийная ситуация, и преобразуют их в электрические сигналы. К входным датчикам относятся:

1. Датчик удара;

2. Выключатель замка ремня безопасности;

3. Датчик занятости сидения переднего пассажира;

4. Датчик положения сидения водителя и переднего пассажира.

На каждую из сторон автомобиля устанавливается, как правило, по два датчика удара. Они обеспечивают работу соответствующих подушек безопасности. В задней части датчики удара применяются при оборудовании автомобиля активными подголовниками с электрическим приводом.

Выключатель замка ремня безопасности фиксирует использование ремня безопасности.

Датчик занятости сидения переднего пассажира позволяет в случае аварийной ситуации и отсутствии на переднем сидении пассажира сохранить соответствующую подушку безопасности.

В зависимости от положения сидения водителя и переднего пассажира, которое фиксируется соответствующими датчиками, изменяется порядок и интенсивность применения компонентов системы.

На основании сравнения сигналов датчиков с контрольными параметрами блок управления распознает наступление аварийной ситуации и активизирует необходимые исполнительные устройства элементов системы.

Исполнительным устройствами элементов системы пассивной безопасности являются:

1. Пиропатрон подушки безопасности;

2. Пиропатрон натяжителя ремня безопасности;

3. Пиропатрон (реле) аварийного размыкателя аккумуляторной батареи;

4. Пиропатрон механизма привода активных подголовников (при использовании подголовников с электрическим приводом);

5. Контрольная лампа, сигнализирующая о непристёгнутых ремнях безопасности.

Активизация исполнительных устройств производится в определенном сочетании в соответствии с заложенным программным обеспечением.

При фронтальном ударе в зависимости от его силы могут сработать:

1. Натяжители ремней безопасности;

2. Фронтальные подушки безопасности и натяжители ремней безопасности.

При фронтально-диагональном ударе в зависимости от его силы и угла столкновения могут сработать:

1. Натяжители ремней безопасности;

2. Фронтальные подушки безопасности и натяжители ремней безопасности;

3. Соответствующие (правые или левые) боковые подушки безопасности и натяжители ремней безопасности;

4. Соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натяжители ремней безопасности;

5. Фронтальные подушки безопасности, соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натяжители ремней безопасности.

Рис. Схема системы пассивной безопасности: 1 - датчик удара фронтальной подушки безопасности водителя; 2 - датчик удара фронтальной подушки безопасности переднего пассажира; 3 - блок управления двигателем; 4 - контрольная лампа подушки безопасности переднего пассажира; 5 - контрольная лампа предупреждения о непристегнутых ремнях безопасности; 6 - выключатель подушки безопасности переднего пассажира; 7 - диагностический вывод; 8 - межсетевой интерфейс; 9 - пиропатрон подушки безопасности водителя; 10 - пиропатрон подушки безопасности переднего пассажира; 11 - блок управления системой пассивной безопасности; 12 - датчик удара боковой подушки безопасности водителя; 13 - пиропатрон боковой подушки безопасности водителя; 14 - датчик положения сидения водителя; 15 - датчик положения сидения переднего пассажира; 16 - датчик занятости сидения переднего пассажира; 17 - пиропатрон боковой подушки безопасности переднего пассажира; 18 - датчик удара боковой подушки безопасности переднего пассажира; 19 - выключатель замка ремня безопасности водителя; 20 - выключатель замка ремня безопасности переднего пассажира; 21 - пиропатрон натяжителя ремня безопасности водителя; 22 - пиропатрон натяжителя ремня безопасности переднего пассажира; 23 - ограничитель усилия натяжителя ремня безопасности водителя; 24 - ограничитель усилия натяжителя ремня безопасности переднего пассажира; 25 - пиропатрон головной подушки безопасности левый; 26 - пиропатрон головной подушки безопасности правый; 27 - датчик удара задний боковой подушки безопасности водителя; 28 - датчик удара задний боковой подушки безопасности переднего пассажира; 29 - пиропатрон аварийного размыкателя аккумуляторной батареи; 30 - центральный блок управления системы комфорта; 31 - ремни безопасности

При боковом ударе в зависимости от силы удара могут сработать:

1. Соответствующие боковые подушки безопасности и натяжители ремней безопасности;

2. Соответствующие головные подушки безопасности и натяжители ремней безопасности;

3. Соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натяжители ремней безопасности.

При ударе сзади в зависимости от силы удара могут сработать:

1. Натяжители ремней безопасности;

2. Размыкатель аккумуляторной батареи;

3. Активные подголовники.

2. Ремни безопасности

Самым распространенным конструктивным элементом системы пассивной безопасности автомобиля являются ремни безопасности. Ремни безопасности предназначены для предотвращения опасного перемещения человека, которое может произойти при столкновении или резком торможении. Использование ремней безопасности снижает вероятность и тяжесть травм от ударов о жесткие части кузова, стекла, с другими пассажирами (т.н. вторичные удары). Пристегнутые ремни безопасности обеспечивают эффективную работу подушек безопасности.

Виды ремней безопасности. По числу мест крепления различают следующие виды ремней безопасности: двухточечные ремни безопасности; трехточечные ремни безопасности; четырех-, пяти- и шеститочечные ремни безопасности.

Двухточечные ремни безопасности в настоящее время можно встретить в качестве среднего ремня на заднем сидении некоторых старых автомобилей, а также на пассажирских местах в самолетах. Двухсторонний ремень безопасности представляет собой поясной ремень, проходящий по талии и закрепленный с двух сторон сидения.

Трехточечные ремни безопасности являются основным видом ремня безопасности и устанавливаются на всех современных автомобилях. Трехточечный диагонально-поясной ремень безопасности имеет V-образное расположение, которое обеспечивает равномерное распределение энергии движущегося тела на грудь, таз и плечи. Первые серийные трехточечные ремни безопасности были предложены компанией Volvo в 1959 году, разработчик - Нильс Болин.

Четырехточечные ремни безопасности устанавливаются на спортивных автомобилях. Имеют четыре точки крепления к сидению автомобиля. Для серийных автомобилей являются перспективной конструкцией, для установки ремня необходимы дополнительные верхние крепления ремня, которые не предусмотрены конструкцией автомобиля.

Пятиточечные ремни безопасности используются на спортивных автомобилях, а также для закрепления детей в детских автомобильных сидениях. Включают два поясных ремня, два плечевых ремня и один ремень, находящийся между ног. Шеститочечные ремни безопасности имеют два ремня между ног, за счет чего обеспечивается более надежная фиксация пилота гоночного автомобиля.

Перспективной конструкцией являются надувные ремни безопасности, которые наполняются газом при аварии. Они увеличивают площадь контакта с пассажиром и соответственно уменьшают нагрузки на человека. надувная секция может быть только плечевой, а также плечевой и поясной. Как показывают испытания, данная конструкция ремня безопасности обеспечивает дополнительную защиту от бокового удара.

В качестве меры против неиспользования ремней безопасности с 1981 года предлагаются автоматические ремни безопасности. Данные ремни безопасности автоматически закрепляют пассажира при закрытии двери (запуске двигателя) и освобождают его при открытии двери (остановке двигателя). Автоматизировано, как правило, движение плечевого ремня, который движется по краям дверной коробки. Поясной ремень закрепляется вручную. Ввиду сложности конструкции, неудобства посадки в автомобиль автоматические ремни безопасности в настоящее время практически не применяются.

Рис. Устройство трехточечного ремня безопасности

Трехточечный ремень безопасности имеет следующее устройство:

1. Лямка;

2. Замок;

3. Втягивающая катушка.

Лямка ремня безопасности изготавливается из прочного материала. Лямка крепится к кузову с помощью специальных устройств в трех точках: на стойке, на пороге и на специальной тяге с замком. Для адаптации ремня к росту конкретного человека во многих конструкциях предусматривается регулирование верхней точки крепления по высоте.

Замок обеспечивает запирание ремня безопасности и устанавливается возле сиденья автомобиля. Для соединения с замком на лямке выполнен подвижный металлический язычок. Для напоминания о необходимости применения ремня безопасности в конструкции замка предусматривается выключатель, который включен в цепь аудиовизуальной сигнальной системы. Предупреждение происходит с помощью сигнальной лампы на приборной панели и звукового сигнала. Алгоритм работы данной системы имеет отличия у разных автопроизводителей.

Втягивающая катушка обеспечивает принудительную размотку и автоматическую смотку ремня безопасности. Она крепиться на стойке кузова автомобиля. Катушка оснащена инерционным механизмом блокировки, который останавливает движение ремня в катушке при аварии. Используется два способа блокировки - в результате движения (инерции) автомобиля и в результате движения самого ремня безопасности. Ремень можно вытянуть из барабана катушки только медленно без ускорения.

3. Натяжитель ремня безопасности

Натяжитель. Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с натяжителями.

Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с натяжителями (преднатяжителями). Натяжитель ремня безопасности предназначен для заблаговременного предотвращается перемещение человека вперёд (относительно движения автомобиля) при аварии. Это достигается за счет сматывания и уменьшения свободы прилегания ремня безопасности. Натяжитель обеспечивает сматывание отрезка ремня безопасности длиной до 130 мм за время 13 мс. Нередко под натяжителем ремня безопасности ошибочно понимают втягивающее устройство ремня безопасности. Натяжители, как правило, устанавливаются на замке ремня безопасности. Реже натяжители устанавливаются на втягивающем устройстве ремня безопасности. По принципу действия различают следующие конструкции натяжителей ремней безопасности:

1. Тросовый;

2. Шариковый;

3. Роторный;

4. Реечный;

5. Ленточный.

Указанные конструкции натяжителей оснащаются механическим или электрическим приводом. Привод натяжителя представляет собой способ воспламенения пиропатрона: механический привод основывается на воспламенении пиропатрона механическим способом (накалывание бойком);электрический привод предполагает воспламенение пиропатрона электрическим сигналом от электронного блока управления (или от отдельного датчика).

Работа натяжителей ремней безопасности в зависимости от конструкции может осуществляется как в составе системы пассивной безопасности, так и автономно. При аварии задние датчики удара передают соответствующий сигнал в блок управления, который активирует пиропатрон и приводит в действие натяжители ремней безопасности. Для предотвращения значительных нагрузок на пассажиров при аварии, натяжитель оснащается ограничителем усилия натяжения ремня безопасности. Ограничитель при определённой нагрузке ослабляет действие ремня безопасности на человека. Простейшим ограничителем усилия натяжения ремня безопасности является петля, прошитая на ремне безопасности. При превышении определенного усилия натяжения ремня безопасности швы в петле рвутся, и ремень становится длиннее. В современных конструкциях усилие натяжения ремня безопасности ограничивается торсионным валом в катушке ремня безопасности. В зависимости от усилия натяжения ремня безопасности торсионный

4. Подушки безопасности

Подушки безопасности автомобиля (общепринятое мировое название - airbag) предназначены для смягчения удара водителя и пассажиров о рулевое колесо, элементы кузова и окна при автомобильной аварии. Подушки безопасности применяются совместно с ремнями безопасности. Свою историю подушки безопасности ведут с момента опубликования патента Уолтера Линдерера в 1953 году.

Виды подушек безопасности. Современные легковые автомобили имеют несколько подушек безопасности, которые располагаются в разных местах салона автомобиля. В зависимости от места расположения различают следующие виды подушек безопасности:

1. Фронтальные подушки безопасности;

2. Боковые подушки безопасности;

3. Головные подушки безопасности;

4. Коленные подушки безопасности;

5. Центральная подушка безопасности.

Впервые фронтальные подушки безопасности были применены на автомобилях Mercedes-Benz в 1981 году. Различают фронтальную подушку безопасности водителя и переднего пассажира. Для фронтальной подушки безопасности переднего пассажира предусматривается, как правило, возможность отключения. В ряде конструкций фронтальных подушек используется двухступенчатое и даже многоступенчатое срабатывание в зависимости от тяжести аварии (т.н. адаптивные подушки безопасности). Фронтальная подушка безопасности водителя располагается в рулевом колесе, переднего пассажира - в верхней правой части передней панели.

Боковые подушки безопасности призваны снизить риск травмирования таза, грудной клетки и брюшной полости при аварии. Пионером в применении боковых подушек безопасности является компания Volvo, которая в 1994 году начала предлагать их для установки в качестве опции. Боковые подушки безопасности устанавливаются обычно в спинке переднего сидения. Ряд автомобилей предлагают боковые подушки безопасности на задних сидениях. Самые продвинутые боковые подушки безопасности имеют двухкамерную конструкцию. Она включает более жесткую нижнюю часть для защиты таза и мягкую верхнюю часть - для грудной клетки.

Головные подушки безопасности (другое наименование - "шторки" безопасности) служат, как следует из названия, для защиты головы при боковом столкновении. Впервые "шторки" безопасности начала устанавливать компания Toyota в 1998 году. Располагается в зависимости от модели автомобиля в передней части крыши, между стойками и в задней части крыши. Подушки защищают пассажиров переднего и заднего рядов сидений.

Коленная подушка безопасности защищает колени и голени водителя от травм. Располагается под рулевым колесом. Впервые применена на автомобилях Kia в 1996 году. В ряде моделей устанавливается коленная подушка безопасности переднего пассажира, которая устанавливается под "бардачком".

В 2009 году Toyota предложила центральную подушку безопасности, которая призвана снизить тяжесть вторичных повреждений пассажиров при боковом столкновении. Располагается в подлокотнике переднего ряда сидений, центральной части спинки заднего сидения. Центральные подушки для переднего и заднего ряда сидений планирует использовать Mercedes-Benz в своей системе Pre-Safe второго поколения.

В настоящее время подушки безопасности выходят за границы салона легкового автомобиля. Компания Volvo предлагает с 2012 года на своих автомобилях подушку безопасности для пешеходов.

Устройство подушки безопасности

Подушка безопасности представляет собой эластичную оболочку, наполняемую газом, газогенератор и систему управления.

Собственно, подушка изготавливается из нейлоновой ткани. Для смазки подушки безопасности используется тальк или крахмал, которые можно наблюдать в воздухе салона при срабатывании подушки.

Газогенератор служит для наполнения оболочки подушки газом. В совокупности оболочка и газогенератор образуют модуль подушки безопасности. Конструкции газогенераторов различают по форме (куполообразные и трубчатые), по характеру работы (с одноступенчатым и двухступенчатым срабатыванием), по способу газообразования (твердотопливные и гибридные).

Твердотопливный газогенератор состоит из корпуса, пиропатрона и заряда твердого топлива. Заряд представляет собой смесь азида натрия, нитрата калия и диоксида кремния. Воспламенение топлива происходит от пиропатрона и сопровождается образованием газа азота. Гибридный газогенератор состоит из корпуса, пиропатрона, заряда твердого топлива и газового заряда под высоким давлением (сжатый азот или аргон). Наполнение подушки безопасности происходит сжатым газом, который освобождается выталкивающим зарядом из твердого топлива.

В различных видах подушек безопасности используются следующие газогенераторы:

Фронтальная подушка безопасности водителя:

- куполообразный;

- с одноступенчатым или двухступенчатым срабатыванием;

- твердотопливный или гибридный.

Фронтальная подушка безопасности пассажира:

- трубчатый;

- с одноступенчатым или двухступенчатым срабатыванием;

- твердотопливный или гибридный

Боковая подушка безопасности:

- трубчатый;

- с одноступенчатым срабатыванием;

- твердотопливный или гибридный.

Головная подушка безопасности:

- трубчатый;

- с одноступенчатым срабатыванием;

- гибридный.

Система управления подушками безопасности объединяет традиционные компоненты датчики удара, блок управления и исполнительное устройство (пиропатрон газогенератора).

Принцип действия подушек безопасности. Активация подушек безопасности происходит при ударе. В зависимости от направления удара активируются только определённые подушки безопасности. Если сила удара превышает заданный уровень, датчики удара передают сигнал в блок управления. После обработки данных всех датчиков блок управления определяет необходимость и время срабатывания подушек безопасности и других компонентов системы пассивной безопасности.

В зависимости от типа и степени тяжести аварии могут срабатывать, например, только натяжители ремней безопасности или натяжители ремней безопасности вместе с подушками безопасности. Блок управления подает электрический сигнал для включения газогенераторов соответствующих подушек безопасности. Время срабатывания подушки безопасности составляет порядка 40 мс. Газогенератор обеспечивает раскрытие и надувание газом подушки. После соприкосновения с человеком подушка разрывается и сдувается.

Подушки безопасности являются одноразовыми устройствами. В случае возгорания автомобиля (повышения температуры в салоне до 150-200 °С) все подушки безопасности автоматически срабатывают.

Условия срабатывания подушек безопасности. Фронтальные подушки безопасности срабатывают при следующих условиях:

превышение силы лобового удара заданной величины;

наезд на твердый прочный предмет (бордюр, край тротуара, стенка ямы);

жесткое приземление после прыжка;

падение автомобиля;

косой удар в переднюю часть автомобиля.

Фронтальные подушки безопасности не срабатывают при ударе автомобиля сзади, боковом ударе, опрокидывании автомобиля.

Условием срабатывания боковых и головных подушек безопасности является превышение силы бокового удара заданной величины.

Алгоритмы срабатывания подушек безопасности постоянно совершенствуются и становятся все сложнее. Современные алгоритмы учитывают скорость движения транспортного средства, скорость его замедления, вес пассажира и место его расположения, использование ремня безопасности, а также наличие детского кресла.

5. Активные подголовники

Подголовники предназначены для снижения вероятности травмирования шейного отдела позвоночника при аварии.

Различают активные и пассивные подголовники. В пассивных системах безопасность шейного отдела позвоночника достигается за счет конструкции сиденья и подголовника. Активный подголовник при аварии приближается к голове, тем самым уменьшается вероятность травмирования шейного отдела позвоночника.

Конструкция активного подголовника может иметь следующие виды привода: механический, электрический.

Механический привод более простой. При аварии инерционное движение человека в сидении автомобиля передаётся через рычажный механизм к подголовнику, который перемещается к голове. Как только давление на спинку сидения снижается, пружина возвращает подголовник в исходное положение. Реализация электрического привода активного подголовника предполагает наличие электронной системы управления. В состав системы управления входят датчики удара, блок управления и собственно механизм привода. Основу механизма составляет пиропатрон с электрическим воспламенением.

Датчики удара устанавливаются в задней части автомобиля. Сигналы от датчиков принимает общий блок управления элементами пассивной безопасности. В зависимости от силы и направления

6. Безопасная конструкция кузова

Кузов является важным элементом системы пассивной безопасности современного автомобиля. Исходя из требований безопасности кузов автомобиля должен иметь конструкцию, обеспечивающую выживание водителя и пассажиров при аварии.

Безопасная конструкция кузова автомобиля разрабатывается исходя из следующих принципов: для поглощения энергии столкновения передняя и задняя части автомобиля должны быть деформируемыми; для выживания пассажиров каркас салона автомобиля должен иметь максимальную жесткость и прочность.

Деформация передней и задней части автомобиля обеспечивается путем продольного складывания, т.н. "гармошки". Для этого коробчатые профили, из которых изготавливается кузов, имеют углубления и выступы в определенных расчетных местах - точках концентрации напряжений.

При расчете передней части автомобиля учитываются дополнительные силы инерции и жесткость таких элементов, как двигатель и колеса. Чтобы силовая конструкция кузова могла соответствовать предъявляемым требованиям, в ней используются прочные и особо прочные стали. В сильно нагруженных зонах каркаса салона используются конструктивные элементы, изготовленные методом горячей штамповки. Применение таких элементов позволяет уменьшить массу кузова и обеспечить более высокую жёсткость каркаса салона в случае аварии. При фронтальном столкновении особое внимание уделяется минимизации смещения элементов конструкции автомобиля в пространство для ног водителя и пассажира.

Требования к прочности кузова при ударе сзади складываются из жёсткости каркаса салона и деформируемости задней части кузова. Защита топливной системы от удара сзади обеспечивается геометрией задней подвески и расположением топливного бака.

При боковом столкновении важнейшими конструктивными элементами, воспринимающими основную энергию бокового удара, являются средняя стойка и двери. При их изготовлении используются сверхвысокопрочные материалы. Центральным звеном системы является средняя стойка, которая переносит возникающие силы на порог и каркас крыши. Двери, усиленные диагональными брусьями безопасности, также гасят чрезмерную энергию столкновения. Таким образом, при боковом столкновении достигается невысокая скорость смятия и минимальное смещение конструктивных элементов внутрь салона.

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

Для снижения вероятности травмирования пешеходов в переднем бампере автомобиля используется эластичный ударопоглощающий (защитный) элемент. Он позволяет достичь определенной зоны деформации передней части кузова при ударе.

7. Аварийный размыкатель аккумуляторной батареи

Аварийный размыкатель предназначен для предотвращения короткого замыкания в электрической системе и возможного возгорания автомобиля. Аварийным размыкателем аккумуляторной батареи оснащаются автомобили, у которых аккумуляторная батарея установлена в салоне или багажном отделении. Различают следующие конструкции аварийного размыкателя:

- пиропатрон отключения аккумуляторной батареи;

- реле отключения аккумуляторной батареи.

Пиропатрон отключения устанавливается на положительной клемме аккумуляторной батареи. Пиропатрон срабатывает по команде блока управления системы пассивной безопасности. Размыкание производится за счет газов, возникающих при срабатывании пиропатрона. Реле отключения срабатывает также по команде блока управления.

8. Система защиты пешеходов

Система защиты пешеходов предназначена для уменьшения последствий столкновения пешехода с автомобилем при дорожно-транспортном происшествии. Система производится компаниями TRW Holdings Automotive (Pedestrian Protection System, PPS), Bosch (Electronic Pedestrian Protection, EPP), Siemens и с 2011 года устанавливается на серийные легковые автомобили европейских производителей. Перечисленные системы имеют аналогичную конструкцию.

Как всякая электронная система, система защиты пешеходов включает следующие конструктивные элементы: входные датчики, блок управления, исполнительные устройства.

В качестве входных датчиков используются датчики ускорения (Remote Acceleration Sensor, RAS). 2-3 таких датчика устанавливаются в переднем бампере. Дополнительно может устанавливаться контактный датчик. Система может работать как с собственным электронным блоком управления, так и с блоком управления системы пассивной безопасности. Предпочтительным является использование блока управления системы пассивной безопасности, реализуемое с помощью интегрированного программного обеспечения. Этим достигается повышение эффективности всей системы пассивной безопасности.

Исполнительными устройствами системы защиты пешеходов выступают подъемники капота, устанавливаемые с двух сторон капота параллельно движению. Подъемники имеют пиротехнический или пружинно-пиротехнический привод.

Принцип работы системы защиты пешеходов основан на открытии капота при столкновении автомобиля с пешеходом, чем достигается увеличение пространства между капотом и частями двигателя и соответственно уменьшение травмирования человека. По сути, поднятый капот выступает в качестве подушки безопасности.

При столкновении автомобиля с пешеходом датчики ускорения и контактный датчик передают сигналы в электронный блок управления. Блок управления в соответствии с заложенной программой при необходимости инициирует срабатывание пиропатронов подъемников капота.

Помимо представленной системы на автомобилях для защиты пешеходов используются следующие конструктивные решения, снижающие травматизм при столкновении:

"мягкий" капот;

бескаркасные щетки;

мягкий бампер;

покатый наклон капота и ветрового стекла;

увеличенное расстояние между двигателем и капотом.

Дальнейшим развитием системы защиты пешеходов является подушка безопасности для пешеходов.



Рис. Схема системы защиты пешеходов: 1 - датчик ускорения; 2 - контактный датчик; 3 - подъемник капота; 4 - блок управления

Подушка безопасности для пешеходов. Дальнейшим развитием системы защиты пешеходов является подушка безопасности для пешеходов (Pedestrian Airbag System), которая представлена компанией Volvo в 2012 году. Система предназначена для снижения степени повреждения пешехода при столкновении с автомобилем. Подушка безопасности надувается снаружи автомобиля и закрывает нижнюю часть лобового стекла и боковые стойки. Пешеходная подушка безопасности работает в тандеме с другой системой от Volvo - системой обнаружения пешеходов (Pedestrian Detection).

Подушка безопасности для пешеходов действует на скорости от 20 до 50 км/ч и не может быть отключена водителем. По статистике большинство (75 %) дорожно-транспортных происшествий с участием пешеходов происходит на скорости до 40 км/ч.

Подушка безопасности для пешеходов состоит из следующих конструктивных элементов:

1. Датчики столкновения;

2. Блок управления (модуль защиты пешехода);

3. Механизмы освобождения шарнира капота;

4. Подушка безопасности.

В системе пешеходной подушки безопасности используется семь датчиков столкновения (датчиков ускорения), которые устанавливаются в переднем бампере автомобиля. Сигналы от датчиков столкновения постоянно поступают в модуль защиты пешехода. В случае столкновения с пешеходом, блок управления определяет степени тяжести столкновения и при необходимости активирует исполнительные устройства системы - механизмы освобождения шарнира капота и подушку безопасности.

К каждому из двух шарниров капота крепится механизм освобождения, имеющий пиротехнический привод. Механизм освобождения капота включает твердотопливный газогенератор, срабатывающий от пиропатрона. Газогенератор приводит в движение поршень, который в свою очередь выбивает стержень шарнира капота и освобождает крепление капота со стороны лобового стекла.

Подушка безопасности для пешеходов располагается под капотом, между ним и лобовым стеклом. Подушка безопасности традиционно состоит из тканевой оболочки и газогенератора. Для мгновенного заполнения устройства используется балонный газогенератор. При срабатывании подушка безопасности поднимает освобожденный от крепления капот на 10 см, чем создаются дополнительные условия для защиты пешеходов - увеличивается расстояние между капотом и частями.

В совокупности подушка безопасности и поднятый капот обеспечивают существенное снижение травматизма при столкновении пешехода с автомобилем.

Система обнаружения пешеходов. Система обнаружения пешеходов предназначена для предотвращения столкновения с пешеходами. Система распознает людей возле автомобиля, автоматически замедляет автомобиль, снижает силу удара и даже избегает столкновения. Применение системы позволяет на 20 % сократить смертность пешеходов при дорожно-транспортном происшествии и на 30 % снизить риск тяжелых травм.

Впервые система обнаружения пешеходов была использована на автомобилях Volvo в 2010 году. В настоящее время система имеет ряд модификаций:

Pedestrian Detection System от Volvo;

Advanced Pedestrian Detection System от TRW;

EyeSight от Subaru.

В системе обнаружения пешеходов реализованы следующие взаимосвязанные функции:

обнаружение пешеходов;

предупреждение об опасности столкновения;

автоматическое торможение.

Для обнаружения пешеходов используется видеокамера и радар (две видеокамеры у Subaru), которые эффективно работают на расстоянии до 40 м. Если пешеход обнаружен видеокамерой и результат подтвержден радаром, система отслеживает движение пешехода, прогнозирует его дальнейшее перемещение и оценивает вероятность столкновения с автомобилем. Результаты обнаружения выводятся на экран мультимедийной (информационно-развлекательной) системы. Система также реагирует на транспортные средства, которые стоят на месте или движутся в попутном направлении.

Если системы установила, что при текущем характере движения автомобиля столкновение с пешеходом неизбежно, посылается звуковое предупреждение водителю. Далее система оценивает реакцию водителя на предупреждение - изменение характера движения автомобиля (торможение, изменение направления движения). Если реакция отсутствует, система обнаружения пешеходов автоматически доводит автомобиль до остановки. В этом качестве система обнаружения пешеходов является производной системы автоматического экстренного торможения.

Система обнаружения пешеходов позволяет полностью избежать столкновения на скорости до 35 км/ч. При большей скорости система не может полностью предотвратить дорожно-транспортное происшествие, но тяжесть последствий для пешехода может быть уменьшена за счет замедления автомобиля перед столкновением. Статистические данные свидетельствуют, что вероятность смертельного исхода от столкновения пешехода с автомобилем на скорости 65 км/ч составляет 85 %, 50 км/ч - 45 %, 30 км/ч - 5 %.

Риск травмирования пешеходов значительно снижается, если система обнаружения пешеходов используется совместно с системой защиты пешеходов или подушкой безопасности для пешеходов. Обнаружение пешеходов с помощью инфракрасных камер реализовано в системе ночного видения, но активное предупреждение столкновения в ней не предусмотрено.

Система обнаружения пешеходов показала свою эффективность в сложных условиях городского движения. Она позволяет одновременно отслеживать несколько пешеходов, движущихся различными курсами, различает движение пешеходов с зонтами во время дождя и др. Система неработоспособна

Автомобильная видеокамера. Видеокамеры широко используются в различных системах современного автомобиля. Основная область применения автомобильных видеокамер - системы активной безопасности:

система автоматического экстренного торможения;

система помощи движению по полосе;

система помощи при перестроении;

система ночного видения;

система распознавания дорожных знаков;

система аварийного рулевого управления;

система обнаружения пешеходов;

оптическая парковочная система;

система кругового обзора.

Помимо данных систем видеокамера применяется в системе управления дальним светом, ряде противоугонных систем, видеорегистраторах. Видеокамера является важным конструктивным элементом в разрабатываемых системах автоматического управления автомобилем. Одна видеокамера может использоваться в работе нескольких систем.

В зависимости от системы сигнал от видеокамеры служит для создания изображения или его дальнейшей обработки. Полученное изображение призвано предоставить водителю достоверную информацию и, тем самым, оказать помощь в сложных ситуациях. В более продвинутых системах электронный блок управления производит обработку изображения с помощью специального программного обеспечения. В результате вырабатываются предупреждающие сигналы водителю и (или) управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем (тормозная система, рулевое управление, дроссельная заслонка).

Видеокамеры устанавливаются со всех сторон автомобиля. Количество и места установки определяются конкретной системой. Самое распространенное место видеокамеры спереди, как правило, за салонным зеркалом заднего вида или за решеткой радиатора. Сбоку видеокамера устанавливается в корпусе наружного зеркала заднего вида. Сзади камеру можно увидеть в блоке фонарей освещения номерного знака. В ряде моделей Volkswagen задняя видеокамера спрятана за эмблемой производителя, что позволяет защитить ее от грязи.

На автомобилях используются в основном черно-белые цифровые камеры. Они имеют более высокую разрешающую способность (в 2 раза превышает цветные) и чувствительность (в 6-10 раз превышает цветные), а также значительно дешевле цветных видеокамер. Цветные видеокамеры применяются там, где цветное изображение имеет принципиальное значение, а именно в системе распознавания дорожных знаков, оптической парковочной системе, системе кругового обзора, видеорегистраторе.

Основу цифровой видеокамеры составляет датчик изображения (image sensor), который преобразует оптическое изображение в электрический сигнал. Датчик представляет собой интегральную микросхему, т.н. матрицу. Матрица состоит из массива светочувствительных элементов - пикселей. Количество пикселей в матрице во многом определяет разрешение и качество изображения. Размер пикселя составляет 5-20 мкм.

Различают два типа матриц и соответственно два типа видеокамер: ПЗС-матрица и КМОП-матрица. защита безопасность пассажир пешеход

ПЗС-матрица (аббревиатура ПЗС - прибор с зарядной связью, английская аббревиатура CCD - Charged Coupled Device) состоит из множества фотодиодов - пикселей. При попадании фотонов света на фотодиод в нем образуются носители заряда - электроны. Величина заряда пропорциональна интенсивности освещения. Заряды передаются по матрице от одного пикселя к другому построчно сверху вниз. На выходе снимается электрическое напряжение, соответствующее количеству света, попавшего на пиксель. ПЗС-матрица обеспечивает высокое качество изображения. Вместе с тем, считывание значений каждой ячейки требует значительных затрат мощности. Видеокамеры с CCD-матрицей в автомобилях применяются достаточно редко.

Большинство автомобильных видеокамер построено на КМОП-матрице (аббревиатура КМОП - комплементарный металл-оксидный-полупроводник, английская аббревиатура CMOS - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). В отличие от CCD CMOS-матрица обеспечивает одновременное (параллельное) считывание данных всех пикселей, что значительно повышает скорость работы. Помимо фотодиода каждый пиксель матрицы имеет несколько транзисторов, которые усиливают и продвигают заряд. Такой пиксель называется активным.

КМОП-матрица имеет однокристальное исполнение, что позволяет совмещать функции захвата света и аналого-цифровой обработки сигнала. Интегральность системы приводит к значительному снижению стоимости матрицы, уменьшению общих размеров видеокамеры, снижению энергопотребления, что является актуальным для систем автомобиля.

Каждый пиксель в матрице формирует только черно-белое изображение. Для получения цветного изображения используется цветной фильтр, устанавливаемый перед матрицей. Над каждым пикселем установлен фильтр своего цвета - красного, синего или зеленого. Недостающие цвета получаются путем интерполяции имеющихся цветов. В видеокамерах используются и другие способы

Автомобильный радар. Автомобильный радар (не путать с радар-детектором!!!) - датчик, в котором используются радиоволны для обнаружения объектов (другие автомобили, пешеходы, препятствия) вокруг автомобиля. Радарный датчик является важным конструктивным элементом современных систем активной безопасности. На основании сигналов радара производится оценка потенциальной опасности объектов, предупреждение (оповещение) водителя об опасности и в экстренном случае автоматическое воздействие на органы управления автомобиля (тормозную систему, рулевое управление).

Радар состоит из трех основных частей: передатчика (трансмиттера), антенны и приемника (ресивера). Передатчик является источником электромагнитного сигнала. Антенна обеспечивает фокусировку сигнала передатчика и прием отраженного сигнала от объекта. Приемник осуществляет усиление и обработку отраженного сигнала.

В автомобиле радар выполняет несколько функций:

определение расстояния до объекта;

оценка положения объекта;

установление скорости объекта.

Расстояние до объекта определяется по времени прохождения сигнала до него и обратно. Учитывая, что скорость распространения электромагнитной волны имеет постоянное значение (скорость света), время, затраченное для прохождения сигнала до объекта, отражения и возвращение в приемник радара, будет пропорционально расстоянию до объекта.

Положение объекта оценивается по углу азимута и расстоянию. Для измерения угла азимута луч антенны последовательно перемещается вверх, вниз, вправо, влево. Измерения производятся в сферической системе координат с центром - антенной радара.

Для определения скорости объекта, относительно транспортного средства, используется доплеровский эффект. Отраженная волна от движущегося объекта, изменяет частоту и длину в зависимости от скорости и направления движения объекта. Радар измеряет разность частот передаваемого и принимаемого сигналов, которая соответствует скорости движения объекта.

Основным преимуществом радара в сравнении с другими сенсорными системами (лидар, ультразвуковой датчик) является работоспособность в плохих погодных условиях (снег, дождь, туман) и даже сильном загрязнении.

По принципу работы (определения расстояния и скорости) различают импульсные радары и радары непрерывного действия.

В классическом импульсном радаре короткие (несколько десятков наносекунд) электромагнитные импульсы отправляются с определенной периодичностью. Время движения сигнала до объекта и его возвращения (эха) является функцией расстояния до объекта. Вычисление скорости производится путем оценки фазового смещения между передаваемым и отраженным сигналами.

Радар непрерывного действия позволяет оценивать только скорость объекта и не может определять расстояние (нет импульсов, по которым можно измерить время прохождения сигнала до объекта и обратно). Указанное противоречие решено в радаре с частотно-модулированным непрерывным излучением (FMCW-радар). В данном радаре сигнал передается с постепенно возрастающей и уменьшающейся во времени частотой (т.н. частотная модуляция). По частоте полученного сигнала определяется расстояние и положение объекта. В современных системах активной безопасности предпочтение отдается FMCW-радарам, как более простым и соответственно менее дорогим устройствам.

Основными параметрами автомобильного радара являются: дальность обнаружения, диапазон определяемой скорости, угол обзора, разрешение. В зависимости от значений указанных характеристик автомобильные радары подразделяются на устройства ближнего, среднего и дальнего действия.

Для радаров ближнего и среднего действия (Short/Mid Range Radar, SRR/MRR) главным параметром является точность измерения. Данным устройствам установлена полоса частот 24-29 ГГц. Самый популярный в автомобилях SRR/MRR радар имеет частоту 24 ГГц, дальность обнаружения до 30 м, угол обзора до 120° и разрешение порядка 10 см.

Радары ближнего и среднего действия используются в ряде систем активной безопасности:

системе автоматического экстренного торможения;

системе помощи при перестроении;

системе помощи движению по полосе;

системе автоматической парковки;

режиме Stop and Go адаптивного круиз-контроля.

Для радара дальнего действия (Long Range Radar, LRR) ключевым параметром является дальность обнаружения. Установленная полоса частот для LRR-радаров 76-77 ГГц. Радар дальнего действия используется в адаптивном круиз-контроле, имеет частоту 77 ГГц, дальность обнаружения 30-200 м, угол обзора до 30° и достаточное разрешение на скоростях до 200 км/ч.

Система экстренного вызова. Система экстренного вызова служит для автоматического оповещения аварийных служб о дорожно-транспортном происшествии и своевременного оказания медицинской помощи пассажирам автомобиля.

Использование системы экстренного вызова позволяет значительно сократить уровень травматизма при дорожно-транспортных происшествиях.

Известными системами экстренного вызова, отмеченными Европейским комитетом независимой экспертизы безопасности автомобилей Euro NCAP в 2010 году, являются:

Assist Advanced eCall от BMW;

Connect SOS от Peugeot;

Localized Emergency Call от Citroen.

Система Assist Advanced eCall распознает тяжесть дорожно-транспортное происшествие по показаниям датчиков систем активной и пассивной безопасности. После чего она сканирует все доступные GSM-сети и выбирает канал для передачи SMS-сообщения об аварии.

Система автоматически связывается с колл-центром (центром обслуживания звонков) BMW и предоставляет подробную информацию о ДТП:

точное местоположение;

скорость автомобиля;

скорость замедления автомобиля;

количество пассажиров;

положение автомобиля (наличие опрокидывания);

количество сработавших подушек безопасности;

количество сработавших натяжителей ремней безопасности.

По полученным данным прогнозируется тяжесть травм пассажиров, срочность и объем оказания медицинской помощи. Сразу после происшествия система устанавливает прямую голосовую связь между людьми в автомобиле и специалистами колл-центра. Уточняется характер аварии и состояние пассажиров. Аварийные службы вызываются на основании обобщенных данных. Если пассажиры без сознания и не отвечают на запросы, вызов аварийных служб производится на основании переданных системой данных.

К месту аварии выдвигаются специализированные автомобили. При необходимости может использоваться вертолет. Параллельно выбирается ближайшее лечебное учреждение, соответствующее типу и тяжести полученных травм. Вызов аварийных служб можно произвести вручную из салона автомобиля, например, для того, чтобы предупредить о происшествии с другими участниками движения.

Аналогичным образом работают системы от Peugeot и Citroen.

Российские автомобили к 2013 году будут оснащаться системой экстренного вызова на основе спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, позволяющей вызывать ГИБДД и службу скорой помощи при аварии.

Заключение

Автомобиль является самым массовым транспортным средством в мире. Ежегодно выпускается миллионы автомобилей. Для того чтобы каждая машина нашла своего покупателя автомобильные компании вынуждены постоянно совершенствовать конструкцию автомобиля. Появляются современные модели, разрабатываются и внедряются новые системы автомобиля.

Под технической системой понимается совокупность объединенных между собой конструктивных элементов, предназначенных для решения общей технической задачи (функции). Исходя из данного определения, автомобиль является сложной технической системой, состоящей из множества подсистем, а устройство автомобиля представляет собой конструкцию этих систем.

Основными системами современного автомобиля, определяющими его устройство, являются:

· двигатель;

· трансмиссия;

· рулевое управление;

· тормозная система;

· несущая система (кузов);

· подвеска;

· колеса.

Задачей данного проекта являлось в краткой и доходчивой форме рассказать о различных системах современного автомобиля. Вся информация представлена исходя из условия разумной достаточности. Источником информации для реферата послужили публикации автомобильных журналов, техническая и нормативная документация.

Размещено на Allbest.ru

...