Системы пассивной безопасности автомобиля

Системы пассивной безопасности автомобиля

Знаете ли Вы, какая система в автомобиле предназначена для снижения последствий ДТП? О данной системе и будет идти речь в нашей статье.

Я думаю, многие уже сталкивались напрямую с пассивной системой безопасности автомобиля.

В этой статье мы расскажем о новейших достижениях в области пассивной безопасности. Подушки, ремни, детские кресла, конструктивные особенности кузова и салона — все это должно правильно сработать в роковую секунду. А если быть более точным, счет идет на миллисекунды.

Попробуем разобраться с принципом работы данной системы, чтобы четко понимать ее возможности и не переоценивать их.

Для начала дадим определение: пассивная система безопасности автомобиля — это совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на предотвращение и снижение тяжести дорожно-транспортного происшествия. Большинство систем пассивной безопасности срабатывают во время столкновения автомобиля, когда активные системы безопасности не смогли помочь водителю предотвратить или избежать столкновения. Пассивная система безопасности включает в себя следующие элементы:

• ремни безопасности, в том числе инерционные с преднатяжителями;
• надувные подушки безопасности, в том числе встроенные в ремни безопасности;
• сминаемые или мягкие элементы интерьера;
• складывающаяся рулевая колонка;
• травмобезопасный педальный узел;
• энергопоглощающие элементы передней и задней частей кузова автомобиля, сминающиеся при ударе;
• активные подголовники сидений, защищающие от серьёзных травм шеи экипажа при ударе автомобиля сзади;
• безопасные стёкла — закалённые, которые при разрушении рассыпаются на множество неострых осколков и триплекс;
• дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши и верхняя рамка ветрового стекла в родстерах и кабриолетах;
• поперечные брусья в дверях и т.п.;
• защита от проникновения двигателя и других агрегатов в салон (увод их под днище).

Кузов автомобиля. Технология сминания металла спасает жизни!

Примерно любой автомобильный кузов в наши дни имеет следующую обязательную конструкцию: в его основе — жесткая силовая клетка, снаружи окруженная сминаемыми зонами, а изнутри имеющая травмобезопасный интерьер. Первым такую конструкцию довел до ума венгерский инженер Бела Барени, работавший в середине прошлого века на Mercedes.

Первым в истории автомобиль, кузов которого получил зоны с запрограммированной деформацией, поглощающие удар стал представительский седан Mercedes-Benz в кузове W111. Кроме того, в салоне Бела Барени впервые применил складывающуюся рулевую колонку и травмобезопасный руль. Считается, что именно Барени первым обозначил пассивную безопасность как один из главных принципов конструирования автомобиля.

По сей день при проектировании машин больше всего сил и времени тратится на разработку силовой структуры кузова. При ударах спереди и сзади на небольших скоростях основную нагрузку принимают на себя краш-боксы — элементы с запрограммированной деформацией. Они сжимаются, как гармошка, не пропуская энергию удара дальше. Если же удар сильнее, то нагрузка распределяется по всем силовым элементам: лонжеронам, подрамникам, стойкам крыши и т.п. Вся структура в случае столкновения должна работать как единое целое. Одна беда: заранее никогда не известно, в какое место придется удар…

Лучше всего автомобили, конечно, защищены спереди: из числа опасных ДТП большинство — фронтальные, а на втором месте — удары сзади. Но от таких ударов и защититься легче, ведь спереди и сзади можно разместить довольно массивные сминаемые зоны. А вот обезопасить седоков от ударов сбоку намного сложнее. Внутрь дверей встраивают прочные брусья безопасности, а центральную стойку и пороги проектируют таким образом, чтобы энергия удара перетекала на поперечные усилители пола и крыши.

Эти основные принципы были заложены еще в середине прошлого века, но и современным инженерам удалось внести в конструкцию автомобильных кузовов важные дополнения. В первую очередь — за счет применения высокопрочных и сверхвысокопрочных сталей. У нынешних машин клетка безопасности состоит из пяти-шести разных марок металлов.

Лет 10–15 назад автомобили становились тяжелее с каждым поколением: конструкторам приходилось создавать все более массивные сминаемые зоны, чтобы кузов хорошо выдерживал краш-тесты. Сейчас тенденция обратная: все производители стремятся снизить массу машины ради экономичности и динамики. При этом безопасность кузовов не страдает, а только растет — спасибо высокопрочным сплавам стали.

Еще одно сравнительно недавнее новшество в проектировании кузовов — это стремление защитить не только людей в автомобиле, но и пешеходов. Об этом, конечно, задумывались и раньше: в частности, ради защиты пешеходов с капота «Волги» ГАЗ-21 в 60-е годы исчезла фигура оленя. Но в наше время производители придумали много дополнительных решений, спасающих людей. В случае наезда на человека капот теперь способен приподниматься вверх, чтобы сгладить удар. Для этого в его креплении используют специальные шарниры (иногда с пиропатронами, выстреливающими в нужный момент). Ну а высшую степень защиты пешеходов обеспечивает специальная внешняя подушка безопасности. Она есть, например, у некоторых моделей Volvo.

Ремни безопасности. «Какая разница?» или обязательный минимум?

В наши дни многие автомобилисты видят в ремнях только лишние неудобства. И глубоко ошибаются! По статистике, при фронтальном ударе ремни уменьшают риск серьезных травм в 2–2,5 раза, а при перевороте — в 5 раз!

После Второй мировой войны автопроизводители рассматривали несколько вариантов ремней безопасности. Одной поясной лямки (как на креслах пассажирских самолетов) в автомобиле недостаточно: в салоне машины много опасных мест, о которые можно удариться головой. Диагональная лямка от этого защищает, но из-под нее человек может выскользнуть. Совместил эти два решения шведский инженер Нильс Ивар Болин. Именно с его подачи в конце 50-х годов на конвейер встали привычные нам трехточечные ремни. Первыми их получили модели Volvo PV 544 и P 120 Amazon.

За прошедшие с тех пор полвека инженерная мысль не стояла на месте: современные ремни имеют гораздо более сложную конструкцию, чем во времена господина Болина. Конструкция шведского инженера была статичной — то есть каждому седоку приходилось подгонять ремень по фигуре. В 70-е годы автопром берет на вооружение инерционные ремни, которые сами сматываются в катушку. При резком движении тела вперед специальный механизм блокирует катушку, и ремень надежно удерживает седока. Кстати, катушка блокируется не только от движения лямки, но и от ускорения в любом направлении. То есть при ударе сбоку или сзади ремень сработает правильно. Не менее важным изобретением стали преднатяжители ремня. В момент аварии срабатывают пиропатроны, туго затягивающие лямки. Когда-то это был инженерный прорыв, а сейчас такое решение фактически стало стандартным для всех автомобилей.

Самое свежее усовершенствование, которое мы получили в XXI веке, — это надувные (!) ремни. Речь о том, что в диагональную лямку встроена специальная подушка. Надуваясь при аварии, она увеличивает площадь контакта ремня с телом человека и таким образом уменьшает риск травм. Это решение стремительно завоевывает популярность в последние годы. Концепт был представлен Мерседесом в 2009 году, а уже на следующий год японцы запустили эту конструкцию в серию. Первой машиной, получившей надувные ремни, в 2010 году стал Lexus LFA. Вскоре их установили на Ford Explorer и Mondeo, потом Mercedes S-класса и другие модели.

На этом эволюция ремней безопасности не заканчивается. Автопроизводители уже подумывают о внедрении адаптивных ремней, которые автоматически будут подстраивать параметры своей работы под рост, вес и даже возраст седока. Разумеется, все это будет работать в комплексе с подушками безопасности…

Подушки безопасности. Стреляет редко, но метко!

Удар, треск, взрыв! Перед глазами только белая пелена и в первые секунды даже не видно, что именно произошло. Это салон заволокло дымом от взрыва пиропатрона и раскрывшихся подушек безопасности. С одной стороны, не самые приятные мгновения. С другой понимаешь, что создатели твоего автомобиля сделали все, чтобы защитить тебя и твоих близких в ДТП!

Некоторые наши сограждане до сих пор настолько убеждены в эффективности подушек, что пристегиваться считают лишним. Любопытно, что в прежние годы эту идею даже поддерживали многие производители. В 70-е годы американские марки предлагали подушки в качестве опции, заменяющей ремни. Но опыт показал, что удерживающие устройства эффективно работают только вместе, когда ремни с пиропатронами и подушки безопасности связаны в единую систему.

Напомним известную истину: не пристегиваться при наличии подушки — очень опасно! При ударе человека, не удерживаемого ремнем, мгновенно бросает вперед. Для этого даже большая скорость не нужна. И тогда он встречается с не до конца раскрывшейся подушкой, которая летит ему в лицо со скоростью более 300 км/ч. Таким образом, даже при легком ДТП можно получить серьезные травмы. Не говоря уже о том, что непристегнутый человек рискует вовсе не попасть головой по подушке (или встретиться с ней по касательной) и дальше удариться обо что-то жесткое. Например, о стойку крыши.

Современные подушки безопасности обладают чудесным свойством: они молниеносно раскрываются именно с той стороны, откуда пришелся удар, а ложные срабатывания практически исключены. Главное, конечно, скорость раскрытия. Первые экспериментальные разработки 50-х годов использовали баллон со сжатым воздухом, но он слишком медленно надувал подушку. Достаточную скорость может дать только энергия взрыва. Такую обеспечили пиропатроны с твердотопливным зарядом азида натрия (NaN3). Его поджигает электрический импульс, и всего через 30-60 миллисекунд после зафиксированного удара купол подушки полностью раскрывается. И почти сразу начинает сдуваться — для этого в задней части подушки предусмотрены специальные отверстия. Таким образом, человек не «впечатывается» в кресло и может самостоятельно выйти из салона.

Команду раскрыть подушки подают датчики ускорений. Ранние разработки представляли собой механические датчики, в которых металлические грузики смещались под действием ускорений и замыкали контакты, активирующие Airbag. Точность их срабатывания оставляла желать лучшего. Но уже к 90-м годам все производители перешли на миниатюрные пьезоэлектрические акселерометры, способные мгновенно оценивать силу ускорения. Исходя из нее блок управления подушками решает, нужно ли открывать подушки, и какие именно. От легкого бокового удара раскроются только шторки с нужной стороны. А при возникновении риска переворота весь салон заполнится подушками.

Кстати, сколько подушек нужно в идеале? На Западе сейчас считается, что шесть — минимум. Законодательно это не закреплено, но модель без боковых подушек автоматически получает ноль баллов за боковой краш-тест и, как следствие, не более трех звезд в итоговом рейтинге. Поэтому меньше шести подушек европейцам не предлагает ни один производитель. Больше — пожалуйста. Седьмая, коленная подушка для водителя, уже давно стала распространенным явлением. В некоторых случаях производители идут еще дальше: скажем, у Toyota iQ есть подушки за головами задних седоков. Их роль понятна: в столь миниатюрной машинке удар сзади особенно опасен.

Детские кресла. Очередные «полезные» изменения в ПДД или же о нас заботятся?

В этом году исполнилось 2 года с того момента, когда в белорусских ПДД появилось обязательное требование использовать детские автокресла или иные специальные удерживающие устройства при перевозке пассажиров до 12 лет. Штатные крепления Isofix теперь есть в базовых версиях практически всех автомобилей, продающихся в нашей стране. Это новшество успело спасти тысячи жизней, но могло бы спасти и гораздо больше. К сожалению, требования к детским удерживающим устройствам в нашей стране слишком мягкие, и многие подобные изделия, продающиеся в Беларуси, не только не полезны, но даже вредны в случае ДТП.

Обычные ремни безопасности не подходят маленьким пассажирам: лямки неверно удерживают тело, и в результате в большинстве случаев ребенок подныривает под поясную лямку, которая, в свою очередь, съезжает на живот и наносит тяжелые травмы брюшной полости. Испытания доказали, что полноценное детское кресло позволяет снизить нагрузку на живот втрое. А простой бустер — подушка, которая делает посадку ребенка выше, — уменьшает нагрузку в полтора раза. Проблема в том, что наши правила допускают использование не только детских кресел и бустеров, но и «иных средств» для пристегивания детей. Речь об адаптерах, представляющих собой своеобразную «сбрую» — систему ремешков и накладок, либо о бескаркасных сиденьях. Краш-тесты с использованием таких устройств, проведенные нашими российскими коллегами, доказали, что в случае аварии нагрузки на тело ребенка — запредельные.

Что же касается полноценных кресел, то и с ними, к сожалению, есть масса проблем. Только с 2015 года белорусские правила сертификации привели в соответствие с международными. Беда в том, что на рынке множество изделий, сертификаты которых — натуральная «липа».

Недорогие кресла зачастую фиксируются только штатным ремнем безопасности, а этого недостаточно. При лобовом столкновении такое сиденье смещается далеко вперед, а кивок головой создает избыточную нагрузку на шею и голову. При покупке детского кресла лучше всего выбирать ту модель, которая надежно фиксируется Isofix-крепежом и «якорным» ремнем.

Что такое пассивные системы безопасности?

Безопасность в автомобиле зависит от систем активной и пассивной безопасности. Первые-это те элементы, или технические достижения, направленные на предотвращение аварий. Например, улучшенные тормоза или подсветки фар.

Со своей стороны, системы пассивной безопасности это те, целью которых является минимизация последствий после аварии. Наиболее известными примерами являются ремень или подушка безопасности, но на самом деле их больше.

Особенности внутренней «пассивки»

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

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

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

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

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

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

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

Доподлинно неизвестно.

. кто первым придумал подушку безопасности. В конце 1951 года немецкий инженер Вальтер Линдерер представил в патентное бюро заявку на «устройство, защищающее людей в автомобиле от травм и столкновений». Правда, патент (Patentschrift 896312) выдали изобретателю лишь спустя два года. И в том же 1953 году американец Джон В. Хедрик, попавший в автомобильную аварию, предложил свой вариант подушки, схожий по идеологии, но немного отличавшийся по конструкции (US patent 2649311). Прикрепленный к рулю мешок в момент аварии надувался и принимал седока в «объятия», оберегая от контакта с деталями интерьера и снижая, тем самым, риск травм.

Идея была фантастическая, однако реализовать её оказалось непросто. Главная сложность — подушка так медленно надувалась из баллона со сжатым воздухом, что водитель успевал достать головой до руля. Робкие попытки отдельных фирм и изобретателей усовершенствовать конструкцию не привели к успеху — требовались иные материалы, технологии и, естественно, финансовые затраты. Поэтому о гениальном изобретении вспомнили лишь спустя почти полтора десятка лет, когда круто пошла вверх статистика смертных случаев в автомобильных авариях.

Второй этап соревнований между Америкой и Европой начался примерно в середине 60-х годов. Победивший получал титул первого, кто довёл идею до серийного производства. Крупнейшие автогиганты с азартом включились в борьбу за первенство и жизни своих потенциальных покупателей. Практически сразу пришли к выводу, что приводить подушку в действие должен пиропатрон (или газогенератор). Он компактен и при этом ему по силам наполнить мешок газом за 30–50 миллисекунд (1 миллисекунда = тысячная доля секунды) — за такое время пристёгнутый человек уже успевает ощутимо натянуть ремень.

На первых порах возникали сложности с выбором вещества, которым начиняли пиропатрон. Экспериментировали даже с ракетным топливом, но вскоре отказались — большинство тестовых машин в буквальном смысле горели на работе. Проблема ушла на второй план, когда появились подушки с твердотопливным зарядом из азида натрия (NaN₃). Азид натрия — это токсичная соль, которая пребывает в заряженной подушке в гранулированном или порошкообразном состоянии.

При сильном механическом воздействии, повышении температуры до 250—300 о С или подаче электрического заряда топливо буквально за миллисекунды распадается на натрий и азот с высвобождением большого количества тепловой энергии, а значит и с сильным расширением продуктов реакции. Эти газы, создавая давление, и надувают сложенный мешок. В подушках заряд «поджигается» электрическим импульсом в строго определённый момент по команде электроники, а реакция следующая: 2 NaN₃ → 2 Na + 3 N_2.
N₂ — это азот, безвредный газ без цвета и запаха, в нашей атмосфере его 75%, а вот натрий (Na) для организма опасен, но в автомобильных подушках он нейтрализуется такими веществами, как нитрат калия, или соединениями кремния. Так что бояться нечего. Эти газы выходят из подушки через специальные калибровочные отверстия с тыльной стороны, их диаметр подобран таким образом, чтобы обеспечить необходимую жёсткость (пока горит топливо) максимально долго. Кстати, моментальное «задымление» в салоне при срабатывании эйрбэгов — это вовсе не пожар, а отработавшие газы. Если попали (не приведи Бог) в аварию, если видите характерный белый «подушечный» дым, не спешите отстёгиваться и покидать салон, осмотритесь — вдруг кто-то из соседей по потоку не успевает остановиться.

В первых системах управления подушками возникало немало вопросов и к управляющей электронике — от неё требовалась хорошая расторопность, да и число ложных срабатываний было чересчур велико. Несмотря на усилия мировых автогигантов на разных континентах, первые нормально работающие образцы подушек стали появляться лишь в середине 70-х годов прошлого века. Как дополнительные опции их предлагали американские производители, а в 1980-м первые серийные подушки вошли в список штатного оборудования Mercedes-Benz S-Класса (W126). Спустя семь лет Porsche на модели 944 в базовой комплектации устанавливает водительский и пассажирский эйрбэги. Кстати, стоит заметить, что на первых порах подушки для американского и европейского рынка отличались по объёму. В Старом Свете Правила дорожного движения обязывали водителей пристегиваться ремнями, а в Новом лишь рекомендовали, а потому и размерами надуваемые мешки для американских драйверов были чуть ли не вдвое больше, чтобы хоть как-то компенсировать отсутствие ремня.

В том же 1987-м первым японским автомобилем с подушкой безопасности становится Honda Accord. А в 1994 году впервые покупатели смогли заказать машины с боковыми подушками, причем как для задних, так и для передних седоков. Позднее отдельные воздушные мешки стали защищать ещё и голову — такие эйрбэги за то, что они, срабатывая, закрывали боковые стойки и окна, по праву окрестили «шторками» или «занавесками».

Автомобильные бамперы – первая линия защиты

Статистика показывает, что большинство дорожных столкновений происходит с участием пешеходов, и в этих событиях большую роль с точки зрения безопасности играют, в том числе, хорошо продуманные бамперы автомобилей. Передняя часть автомобиля должна быть сконструирована таким образом, чтобы максимально амортизировать удар и не разваливаться на куски в процессе его прохождения. Бампер должен быть изготовлен из прочных, но, в то же время, устойчивых к деформациям компонентов. В этой области производители признали особые свойства пенополипропилена EPP и теперь используют его в качестве материала для заполнения передних бамперов. Он легкий, легко формируется, оставляя свободу при проектировании различных форм, и в то же время очень хорошо поглощает удары. Под действием механических нагрузок не рассыпается и в 100% случаев возвращается к своей первоначальной форме.

Пассивная безопасность

На сегодняшний день выделяются три ведущих вида безопасности на транспорте: пассивная, активная и экологическая. Они играют главную роль при сборке грузового автомобиля. Далее вам будет рассказано подробно о каждом из этих видов.

Главный принцип пассивной безопасности – сведение к минимуму или полное исключение возможности получения ранений вследствие возникновения дорожно-транспортного происшествия. Одним из главных аспектов внутренней пассивной безопасности является правильное оборудование салона. Этот пункт подразумевает собой обеспечение пассажирского транспорта такими элементами, как люк, запасной выход, подголовники, ремни безопасности, травмобезопасные рулевые колонки и педальные узлы.

К внешним аспектам пассивной безопасности, главным образом, относятся элементы строения кузова, в том числе и энергопоглощающие перегородки. Не стоит забывать о безопасных стеклах-триплексах. Элементам пассивной безопасности грузовых автомобилей уделяется огромное внимание в данной индустрии.

Что такое активная безопасность

Помимо пассивной системы предохранения человека в ДТП существует активная. Это набор технических и эксплуатационных возможностей машины, которые помогают предотвратить аварию и снизить ее риск. То есть активная и пассивная безопасность автомобиля – не одно и то же. Первая придумана для того, чтобы не пришлось действовать второй. Компоненты активной системы:

• система противодействия блокировке тормозов;
• совокупность антипробуксовочных составляющих;
• набор элементов, обеспечивающих устойчивость авто;
• особенности тормозной системы, дающие возможность останавливаться экстренно и распределять усилия на все движущиеся части ТС;
• блокировка дифференциала, заставляющая вращаться все колеса вне зависимости от ситуации на дороге.

Принцип работы

В нормальной ситуации подушки безопасности спрятаны за пластиковыми элементами и обшивкой салона. В случае возникновения внештатной ситуации происходит активация подушек. Специальные датчики оценивают силу и направление контакта и в зависимости от этих данных передают информацию на блок управления. При легком столкновении подушки могут не сработать вовсе, а лишь усилится натяжение ремней безопасности. Также прибор определяет каким именно подушкам необходимо сработать.

Подушка безопасности представляет собой мешок, который при необходимости наполняется газом и раздувается

Подушка безопасности представляет собой мешок, который при необходимости наполняется газом и раздувается. Время активации “airbag” составляет лишь 40 миллисекунд. После срабатывания и соприкосновения с телом человека, подушка моментально разрывается для того, чтобы прижимать и не обездвиживать пассажира. Стоит отметить, что подушки более эффективны только в сочетании с ремнями безопасности.

Другие элементы «пассива»

Пассивная безопасность автомобиля – это еще и аварийный модуль, входящий в состав российской системы экстренного реагирования ЭРА-ГЛОНАСС. Благодаря ей обеспечивается быстрая связь в любое время суток с диспетчерами, и точно определяются координаты аварии. Причем работает эта система в автоматическом режиме, что существенно повышает оперативность реагирования на произошедшее ДТП.

Кроме того, к пассивной безопасности автомобиля относится складывающаяся рулевая колонка, легко сминаемые части передней панели и педальный узел, который при ударе отделяется от точек крепления, предотвращая тем самым повреждение ног водителя. Однако понятно, что «пассив» вступает в действие только тогда, когда пал бастион элементов активной защиты, которыми тоже нельзя пренебрегать.