История создания подушки безопасности (air bag).
Предпосылки.
Первая подушка безопасности была установлена на серийный автомобиль около 25 лет назад. Тогда это было необязательным дополнением, которое принималось за эксклюзив. Сегодня же невозможно представить машину без этого нововведения, пусть и путь от совершенствования и до всеобщего признания был очень тернистым.
По мере развития технологий, автомобилей становилось все больше, а они, в свою очередь, прибавляли в своей мощности и становились быстрее. Количество аварий увеличивалось, все больше люди, попадавшие в них, гибли и получали тяжелые травмы. В США, как в лидирующей автомобильной державе, статистика смертности людей была самой угрожающей. Поэтому, в 1967 году там приняли законодательный акт, который обязывал оборудовать все автомобили в стране "автоматизированной системой защиты пассажиров" уже с 1969 года. Но на тот момент, кроме обычных (неинерционных ремней безопасности) ремней безопасности, конструкторы больше не могли ничего предложить.
Вот тогда-то, в 1967 году вспомнили об идее, которую предложили в 1953 году американец Джон Хендрик и немец Вальтер Линдерер. Согласно выданным им патентам устройство представляло собой прикрепленный к рулю "складной развертываемый мешок, который надувался в случае опасности". Реализовывать эту идею взялись многие разработчики, но они столкнулись с множеством проблем. Помимо того, в 1970 году инженеры подверглись серьезному давлению со стороны только что созданного ведомства дорожной безопасности (NTHSA), которое требовало оснастить подушками безопасности все новые автомобили уже с 1973 года. Задача, мягко говоря, была невыполнимая.
Предвидя, что реализация этой директивы затянется надолго, в СМИ и на политической арене была развернута кампания, направленная против данной системы безопасности. В итоге сроки внедрения технологического новшества сначала были продлены до 1976 года, а затем и вовсе отменены как директива. Лишь в 1993 году эта директива была окончательно закреплена, как обязательная к выполнению.
Конструкционные трудности и их решения.
Реализация идеи "развертываемого" мешка потребовала неимоверных усилий. Составляющие современной подушки безопасности: пиропатрон, надувной колокол, набор датчиков и электронного блока управления – все это надо было изобретать с нуля.
Необходимый показатель времени срабатывания – 30-50 миллисекунд достигался только при пиротехническом принципе наполнения подушки безопасности. Поэтому его сразу взяли на вооружение. Но открытым остался вопрос, чем начинять пиропатрон? При выборе наполнителя доходило дело до курьезов, конструкторы пытались применять даже ракетное топливо. Зачастую такие эксперименты приводили к разрушению автомобиля. Помимо того, патрон должен быть компактным, а продукты сгорания не представлять опасности для человека.
Раскрытие подушки безопасности сопровождается резким скачком давления в автомобильном салоне и громким хлопком (порядка 140 дБ), это может привести к повреждению барабанных перепонок. Для подтверждения безопасности конструкторы прибегли к старому методу – они поместили в салон клетки с пятнадцатью канарейками. Эти "хрупкие" на акустическое воздействие птички отлично прошли эксперимент и даже сохранили свои певческие способности.
Плотная ткань из которой изготавливалась основная часть подушки (колокол) была слишком толстой, к тому же она пропускала часть газа. Со временем конструкторы пришли к мнению, что оптимальным материалом для этого элемента является тонкий и прочный нейлон (толщина около 0,5 мм) с герметичным покрытием.
Механизма, который просто способен безопасно и быстро раскрывать подушку безопасности, было недостаточно. Необходимо было заставить его вовремя раскрываться и только в критический момент. Самопроизвольное срабатывание подушки на ходу очень опасно для водителя. Также человек должен удариться об уже раскрывшуюся, но еще не начавшую сдуваться подушку. Использование подушки безопасности, которая срабатывает не вовремя, приносит одни неудобства и, в некоторых случаях, даже увечья (ведь скорость раскрывающейся подушки безопасности порядка 300-от км/ч).
Для конструирования такой умной системы потребовалась помощь опытных людей. Концерн Bosh с его огромным опытом в сфере электроники и электрики как раз подходил на эту роль. Система управления совместно с датчиками должна была передать сигнал пиропатрону за несколько миллисекунд, не реагируя на слабые воздействия и сохраняя свою работоспособность независимо от эксплуатационных условий.
На выполнение всех этих условий, компании потребовалось свыше десяти лет работы, более двухсот краш-тестов на серийных автомобилях и около 2500 – на макетах, затратив на это свыше 7 млн. километров испытательных пробегов. Интересен тот факт, что около 600 опытных автомобилей, проходили реальные испытания с сотрудниками компании "мерседес" за рулем. Излишне говорить, что это была весьма рискованная затея.
К декабрю 1980 года, через 13 лет после начала работ, был выпущен первый серийный автомобиль, оснащенный подушкой безопасности. Данная опция была мало кому по карману, но было ясно, что будущее за подушками безопасности.
Эффект от внедрения новой системы безопасности был очевиден. В течение 80х годов количество смертельных исходов и случаев получения тяжелых травм сократилось на 5%, а в 90-х годах, когда использование подушки безопасности стало обязательным требованием, - значительно уменьшилось. Подушки безопасности, показав свою эффективность на деле, стали неотъемлемой частью комплектации большинства автомобилей.
Места размещения подушек безопасности.
Системы "надувной" защиты уже давно размещаются не только фронтально, но и с боку. Ведь среди ДТП нередки случаи, когда пассажиры подвергаются опасности именно от боковых ударов по автомобилю. Свое распространение нашли "эйр-бэги" вмонтированные не только в руль, но и в боковые двери, спинки передних сидений, в стойки крыши и над дверями.
В открытых автомобилях требование к боковым подушкам безопасности особое. Из-за отсутствия жесткой крыши и стоек приходилось монтировать их в верхнюю часть двери и делать более прочными. Зачастую предлагается укомплектовать машину дополнительными "эйр-бэгами" для защиты ступней и коленей, а также предотвращения "подныривания" под ремни безопасности. Отдельные подушки получают и пассажиры, сидящие на задних сидениях.
Безопасность превыше всего!
В борьбе за безопасность технологии надувного мешка вышли за пределы салона автомобиля. Новейшие прототипы обеспечивают безопасность не только пассажирам, но и сбитому пешеходу. Подушки безопасности раскрываются в местах контакта с автомобилем (у кромки капота и перед бампером), защищая от травм голову и ноги сбитого человека.
Количество датчиков и подушек безопасности в автомобиле растет с каждым годом, а сами они прибавляют в своей технологичности. Новейшие датчики, способны различать типы ударов по силе и характеру. Есть даже такие, которые могут распознать ситуацию, когда в стоящий на месте автомобиль врезается другая машина, и это при учете того, что обычно подушки безопасности не срабатывают на скорости менее 20 км/ч.
Скорость срабатывания подушек безопасности стала больше, теперь на полное раскрытие затрачивается не более 20 миллисекунд. Пиропатроны стали безопаснее и экологичнее. Фильтры не пропускают опасные для здоровья газы и твердые частицы. Подушки стали адаптивными, т.е. внутреннее давление и степень раскрытия варьируется в зависимости от силы удара. Благодаря датчикам, установленным в креслах, "эйр-бэги" не срабатывают, если ремни безопасности не пристегнуты или на сиденье попросту никого нет. Первые образцы подушек безопасности поддерживали необходимое давление в куполе около 2-х секунд, сейчас они не спускаются до 10 секунд. Благодаря этому пассажир защищен от повторного столкновения или последующего переворота автомобиля.
В новых "эйр-бэгах" учитываются особенности человеческой физиологии. Раньше, при срабатывании, подушка безопасности могла нанести повреждения на лице оберегаемого человека, теперь появились раздвоенные пассажирские подушки. Основной удар принимают плечи и грудь человека, а воздействие на голову минимальное.
Есть вариации подушек безопасности, которые разработаны, как для водителей, так и для остальных пассажиров. Водительская подушка безопасности обычно устанавливается на руле, пассажирские – на приборной конструкции и на спинках сидений.
Подушки, расположенные спереди, служат для защиты водителя и пассажира от травмирования жесткими предметами (салон, автомобильный кузов и др.) и осколками стекол при фронтальных столкновениях.
Срабатывание подушек безопасности происходит при непосредственном ударе. В зависимости от направления удара активируются только определенные подушки безопасности. Датчики удара передают сигнал в блок управления в том случае, если сила удара превышает опасный порог. Блок управления, обработав полученные данные со всех датчиков, определяет необходимость и время срабатывания подушек безопасности и других составляющих пассивной системы безопасности.
В зависимости от обстановки возможно срабатывание только натяжителей ремней безопасности или совместное, с подушками безопасности. Блок управления подает электрический сигнал для включения газогенераторов соответствующих подушек безопасности. Подушка безопасности разрывается и сдувается только после прикосновения с человеком.
Подушки безопасности не подлежат дальнейшему использованию после срабатывания, поскольку они являются одноразовым компонентом автомобиля.
Дополнительные условия срабатывания фронтальных подушек безопасности:
Падение автомобиля;
Наезд на твердый прочный предмет;
Жесткое приземление после прыжка;
Важно знать, что фронтальные подушки безопасности не срабатывают при ударе машины сзади, боковом ударе и опрокидывании автомобиля.
Новейшие разработки в сфере безопасности.
Мотоциклетная подушка безопасности.
Компанией Honda была обнародована первая в мире система подушек безопасности для мотоцикла (Motorcycle Airbag System).
Сама воздушная камера вмонтирована по центру руля. Подушка срабатывает, когда все четыре "краш датчика" обнаруживают серьезное лобовое столкновение. Надутый буфер не дает мотоциклисту вылететь вперед.
Первый байк, на котором установлены подушки безопасности, был "Gold Wing" – самый тяжелый и большой мотоцикл Honda. Цены на такой мотоцикл начинаются с 18 тысяч долларов.
Оснастить такими подушками безопасности все модели мотоциклов невозможно по техническим причинам. Поскольку подушка поглощает кинетическую энергию летящего вперед мотоциклиста, то сам байк должен быть достаточно тяжелым, чтобы не перевернуться и не перекинуть владельца мимо развернутой камеры.
Помимо этого, для раскрытия "Air bag"а" необходимо достаточно места, следовательно, такую систему невозможно установить на спортивном мотоцикле, гонщик которого во время езды прижимается к байку.
«Умные» подушки безопасности.
Современные подушки безопасности отличаются своей исключительной технологичностью. В седанах 2006-го модельного года, подушки оснащены сенсорными датчиками, благодаря которым они способны регулировать объем своего развертывания для предотвращения тяжких травм в зависимости от позы и веса пассажира. Таким образом, подушки оснащены двумя степенями развертывания, ограниченной и максимальной, которые выбираются автоматикой в зависимости от веса пассажира и натяжения ремня безопасности.
Несомненно, за многие годы работы, конструкторы и инженеры разработали высокотехнологичную систему безопасности, но несмотря на большие достижения в этой сфере, нельзя сказать, что они находятся на пике развития. Много чего можно улучшить и модернизировать, уйма нереализованных идей. Допустим, хорошо было бы, если подушки срабатывали не во время аварии, а за мгновения до нее.
Каких бы заоблачных высот не достигли эти "надувные" технологии, следует помнить, что результат их работы во многом зависит от того, был ли, пристегнут человек обычным ремнем безопасности.
Система подушек безопасности – одна из самых важных частей безопасности вашего автомобиля. При ее правильном срабатывании можно гарантировать, что вы и ваши пассажиры не пострадаете после удара, который мог бы причинить серьезную травму или смерть. Использование Airbag спасло тысячи жизней на протяжении многих лет. Но какое устройство и принцип работы подушек безопасности? Эта система чрезвычайно сложна и должна активироваться в течение миллисекунд после аварии, чтобы обеспечить защиту водителя и пассажиров.
Что такое подушки безопасности?
Подушки безопасности (Airbag) — это эластичные ткани или другие материалы, которые плотно упакованы в разных местах вашего автомобиля. В большинстве автомобилей есть подушки безопасности на передней приборной панели, а у многих автомобилей и вдоль боковой части автомобиля. Эти мешки сжимаются и хранятся в небольшой области. Когда происходит авария , они обеспечивают систему амортизации для людей в машине, которая поможет не вылететь наружу в случае аварии. Хотя это не всегда спасёт вас от серьезных травм или смерти, во многих случаях амортизация пассажиров может оказаться весьма целесообразной.
Первая конструкция Airbag была запатентована в 1951 году, но автомобильная промышленность очень медленно применяла эту технологию аж до 70-х.
Как они работают?
- Каждая отдельная подушка безопасности сдувается и упаковывается в отсек, расположенный в приборной панели, рулевом колесе, сиденье или в другом месте.
- Передний Airbag включает в себя большой нейлоновый мешок, который накачивается и быстро сдувается в случае серьезного лобового столкновения.
- Срабатывание подушки безопасности контролируется датчиками, которые обнаруживают возникновение и серьезность аварии. Когда контроллер определяет, что Airbag должен быть развёрнут, система запускает блок инфлятора, он в свою очередь сжигает химикаты, которые производят много инертного газа для раздувания мешка.
- Когда мешок надувается, он разрывает открытые крышки на приборной панели, взлетая перед пассажиром. В то же время голова и верхняя часть пассажира движутся со значительным усилием в сторону надутого мешка. Когда голова пассажира соприкасается с подушкой безопасности, она начинает сдуваться через вентиляционные отверстия в основании. Это смягчает движение головы вперед. Весь процесс происходит в мгновенье ока, примерно за 100 миллисекунд.
- В процессе развёртывания будет много дыма, пыли и шума, и пассажир может не знать, что подушка сработала. Это нормально.
Датчики столкновения
Наиболее важными частями успеха системы подушек безопасности являются датчики столкновения. Эти небольшие части электроники предназначены для того, чтобы сообщить, когда автомобиль повреждается в результате несчастного случая. Они реагируют на несколько разных наборов стимулов, включая внезапную остановку и повышенное давление (когда куски автомобиля перемещаются из-за силы столкновения) и т. д.
Сенсоры подушек безопасности, расположенные в передней части кабины, контролируются различными типами датчиков, которые измеряют:
- скорость колеса
- состояние пассажира
- давление и удар тормозов
- и другие индикаторы состояния авто
Датчики передают сигналы в блок управления подушкой безопасности, который анализирует данные и может управлять функциями безопасности, такими как:
- блокировка ремня безопасности
- автоматические дверные замки
- развёртывание подушки безопасности.
В автомобиле используется два типа датчиков — электрические и механические.
Некоторые используют электромеханический механизм «шарик и трубка», который в основном состоит из небольшой трубки, содержащей выключатель цепи и шар, удерживаемые вместе небольшим магнитом. Когда происходит столкновение, шарик выталкивается из магнита и катится вперед в трубке, нажимая выключатель, который замыкает электрическую цепь.
Другие электрические конструкции в принципе аналогичны, используя металлический ролик или подпружиненные грузы вместо шара, или в новых автомобилях — акселерометр для отключения датчика.
Механические датчики работают независимо от электрической системы и реагируют аналогично электрическим датчикам, с конструкцией, которая приводит в действие ударник, запускающий небольшой взрыв после аварии.
Поскольку механический датчик не требует источника питания, его нельзя отключить, как электрический датчик, когда аккумулятор отсоединен.
Успех системы подушек безопасности зависит от того, что датчики столкновения работают, не только точно, но и очень быстро, поэтому это самая дорогая и технологически продвинутая часть системы подушек безопасности.
Когда срабатывают подушки безопасности?
Чтобы водительская или пассажирская подушка сработала, должны быть соблюдены следующие минимальные требования:
- Автомобиль должен ехать со скоростью более 25 км / ч.
- Угол удара находится примерно в тридцати градусах по обе стороны от центральной линии автомобиля (всего около 60 градусов).
- Сила замедления, по меньшей мере, равна той, которая возникает при столкновении автомобиля с неподвижным барьером со скоростью около 25 км / ч.
Примечание: Передние подушки безопасности не будут разворачиваться в случае столкновения со стороны, сзади или при опрокидывании, поскольку они не обеспечивают дополнительной защиты.
Другие виды подушек безопасности
Двухступенчатые подушки безопасности — это более разумное поколение подушек безопасности, которые оптимизируют уровень развёртывания подушки безопасности в соответствии с серьезностью аварии.
Боковые и шторные подушки безопасности помогают защитить пассажиров от травм головы, шеи и грудной клетки во время боковых ударов и опрокидывания.
Коленные подушки защищают нижние конечности от травм, вызванных ударом с панелью приборов.
Возникающие проблемы
Передние подушки безопасности предназначены для защиты людей от взрослых. Поскольку дети меньше, они рискуют получить травму от её срабатывания. Поэтому они не должны занимать переднее сиденье, если в машине есть Airbag для пассажира.
В авто не должны быть установлены принадлежности, которые могут ограничивать развёртывание Airbag-а или стать ракетой во время его срабатывания.
Системы подушек безопасности обычно имеют контрольную лампу с индикатором. Если лампа не погаснет сразу после запуска или включается во время вождения, сверьтесь с руководством по эксплуатации и проверьтесь на . Система обнаружила ошибку.
Если вы этого не сделаете, подушки могут неожиданно сработать во время ремонта, особенно во время электромонтажных работ. Это может привести к серьезным травмам, поэтому оставьте ремонт квалифицированным специалистам.
Подушки безопасности разворачиваются с взрывной силой и далеки от больших пушистых подушек, которые могут себе представить некоторые люди. Не редко остаются небольшие травмы и ссадины от контакта с подушкой.
Несколько изготовителей транспортных средств определяют срок службы компонентов подушек безопасности. Обычно загорается сигнальная лампа подушки безопасности, и компоненты должны быть заменены, прежде чем она погаснет.
Выключение подушек безопасности
Подушки безопасности разработаны таким образом, что их не нужно включать, но иногда их можно отключить. Это связано с соображениями безопасности, поскольку есть случаи, когда они могут нанести больше вреда, чем пользы.
Когда автомобиль включает в себя возможность отключения подушек безопасности пассажира, механизм деактивации обычно располагается на пассажирской стороне приборной панели.
Процедура снятия Airbag-а со стороны водителя, как правило, более сложная, и после неправильной процедуры может вызвать срабатывание подушки безопасности. Если вы обеспокоены тем, что защитная подушка с водительской стороны может нанести вам вред, для её отключения следует обратиться к специалисту.
На протяжении многих лет надёжный ремень безопасности оставался единственной формой пассивной безопасности в наших автомобилях. Были дебаты по поводу их безопасности, особенно в отношении детей, но с течением времени бóльшая часть всех стран приняла обязательным условием выезда на дорогу пристёгнутые ремни безопасности. Статистика показывает, что использование ремней безопасности спасло тысячи жизней, которые могли быть потеряны в случае столкновения.
Но также как и ремни безопасности, концепция подушек безопасности - мягкая опора, чтобы облегчить для человека последствия аварии - была мыслью инженеров в течение многих лет. Первый патент на надувную аварийную подушку безопасности для самолетов был подан во ещё время Второй мировой войны. А в 1980 году первая коммерческая подушка безопасности появились и в автомобилях.
На сегодняшний день подавляющее большинство не самых бюджетных легковых автомобилей снабжены подушками безопасности как минимум для водителя и переднего пассажира. Статистика показывает, что подушки безопасности снижают риск смерти при прямом лобовом столкновении примерно на 30 процентов. Всё чаще боковыми подушками оборудуются сиденья и/или двери. Сегодня некоторые автомобили выходят далеко за рамки имеющегося стандарта двойных подушек безопасности, располагая шестью или даже восемью подушками безопасности для водителя и всех пассажиров. Но они всё ещё остаются предметом серьёзных споров и исследований правительства и промышленности.
В этой статье мы узнаем о науке в закромах этих устройств, о том, как подушка безопасности работает, когда срабатывает, каковы её проблемы, и насколько технология продвинулась на сегодняшний день.
Законы движения
Прежде чем рассмотреть специфику, давайте рассмотрим наши знания о законах движения. Во-первых, мы знаем, что движущиеся объекты имеют импульс (произведение массы на скорость объекта). Если некоторая сила воздействует на объект и затем перестаёт воздействовать, то объект всё равно будет продолжать двигаться, лишь снижая свою скорость - это называют инерцией. Автомобиль состоит из нескольких объектов, в том числе самого транспортного средства, незакреплённых предметов в машине и, конечно же, водителя и пассажиров. Если эти объекты не прикреплены к кузову авто, то они будут продолжать движение на любой скорости, на которой движется автомобиль, даже если автомобиль остановлен столкновением.
Остановка импульса объекта требует силы, действующей в течение короткого периода времени. При ДТП усилие, необходимое, чтобы остановить объект, очень большое, потому что импульс автомобиля изменился мгновенно, а пассажиров - нет, и тут не так много времени для работы. Цель любой дополнительной удерживающей системы - помочь остановить пассажира, при этом, причинив максимально незначительный ущерб ему или ей, как это возможно.
Подушка призвана замедлить скорость пассажира до нуля практически без его повреждений. При этом, рамки, в которых она должна работать, огромны. Подушка безопасности при своей работе занимает всё пространство между пассажиром и рулевым колесом или приборной панели за доли секунды.
Цель подушки безопасности - замедлить движение вперёд пассажира как можно более равномерно за доли секунды. Подушка состоит из трёх частей, каждая из которых помогает совершить этот подвиг:
- Сумка сама по себе состоит из тонкой нейлоновой ткани, которая складывается в рулевом колесе или приборной панели, или, если речь о боковой подушке - в двери.
- Датчик представляет собой устройство, сообщающее сумке, когда необходимо раздуться. Раздув происходит при столкновении при силе, равной как минимум столкновению с кирпичной стеной на скорости 16-24 км в час. Механический переключатель поворачивается, закрывая электрический контакт. Датчики, между тем, получают информацию от акселерометра, встроенного в микрочип.
- Система надува служит для быстрого закачивания в подушку газа за счёт реакции азида натрия (NaN3) с нитратом калия (KNO3) для получения газообразного азота. Взрыв азота раздувает подушки безопасности практически мгновенно.
Ранние попытки адаптировать подушку безопасности для использования в автомобилях столкнулись с непомерно высокими ценами и техническими препятствиями, связанными с хранением и выпуском сжатого газа. Исследователи задавались вопросами:
- Откуда взять необходимое достаточное место в машине для газового баллона?
- Если газ будет оставаться долго в своём спокойном состоянии под высоким давлением, то это ведь довольно опасно?
- Как сумку можно было бы расширить быстро и надёжно на различных рабочих температурах и без оглушительного взрыва?
Все вопросы учёных отпали, когда на помощь пришло твёрдое топливо в 1970 году. Твёрдое топливо горит очень быстро, создавая большой объём газа и издаёт при этом меньше шума.
Кроме прочего, воздушная подушка смазывается порошкообразными веществами регулярно - часто кукурузным крахмалом или тальком, которые позволяют держать сумки гибкими и смазывать их, пока они находятся "в хранении".
В аварии при лобовом столкновении как водителя, так и пассажиров швыряет вперед. И они могут серьезно пострадать, если ударятся о руль, приборный щиток или ветровое стекло. Воздушные подушки в момент удара автомобиля о преграду выскакивают из рулевого колеса или приборного щитка, мгновенно надуваются азотом и защищают человека.
Такое защитное устройство состоит из электронных чувствительных датчиков, нагнетательного устройства для производства азота и самой подушки. Датчики настроены так, что не реагируют на удары, если те происходят при скоростях не более 10-14 миль в час. При столкновениях на большей скорости подушка целиком наполняется газом за 1/20 долю секунды после удара. Приняв на себя энергию удара человека, подушка опадает, чтобы люди могли затем выскочить из машины. Воздушные подушки могут спасти жизнь только при лобовых столкновениях. И совсем не служат заменой ремням безопасности.
Выпрыгивающая подушка. При лобовом столкновении датчики передают сигнал в нагнетательное устройство. В момент наполнения подушки азотом она выламывается из отсека рулевого колеса, где постоянно хранится, и превращается в защитную подушку - в тот момент, когда водителя выбрасывает вперед.
Экспериментальное столкновение с водителем-манекеном
После получения сигналов от датчиков столкновения в тепловом генераторе мгновенно вступают в реакцию химические вещества и выделяется газ азот, который быстро наполняет воздушную подушку
Надутая полностью подушка принимает на себя энергию удара человеческого тела, когда его выкидывает вперед
Чтобы лучше поглотить энергию , подушка начинает постепенно опадать, когда водитель уже ткнулся в нее. Это опадание происходит из-за того, что в задней части подушки есть два отверстия для выхода газа.
Почувствовав внезапную остановку
При внезапной остановке автомобиля, двигающегося со скоростью более 10 миль в час, через 0,01 секунды после этого срабатывает система из трех датчиков. В каждом таком датчике есть переключатель, возле которого находится в равновесии валик. При ударе (правая часть рисунка) валик по инерции накатывается на переключатель, приводя в действие механизм наполнения подушки.
Получение газа для наполнения подушки
По сигналам от датчиков столкновения, нагнетательное устройство поджигает химические вещества, выделяющие при реакции азот. Образовавшийся газ проходит через фильтр и поступает в воздушную подушку.
Подушка наполняется за долю секунды
Когда образующийся азот устремляется в подушку, она выламывается из своего отсека в рулевом колесе (середина нижнего рисунка). И наполняется 16 галлонами газа в течение 0,05 секунды с момента удара - быстрее, чем водителя успевает выбросить из его сиденья по направлению к ветровому стеклу.
Защита для двоих
Поскольку пассажир, сидящий рядом с водителем, также рискует пострадать при аварии, в некоторых автомобилях устанавливают воздушные подушки напротив обоих передних сидений. Перед пассажиром находится большой объем свободного пространства, поэтому для него обычно ставится подушка большего размера.
Безопасность в новом автомобиле это неотъемлемая часть, а не опция. Разрабатываются все новые и новые виды систем и технологии. Рассмотрим принцип работы, разновидность и устройство подушек безопасности.
Содержание статьи:
Подушка безопасности сейчас намного чаще востребована, как опция, чем на пример кондиционер или же современная аудиосистема. Главным предназначением подушек безопасности (в машинах обозначается как airbag) считается смягчение удара пассажиров и водителя об рулевое колесо, и другие части кузова, окна. Как правило, он применяются с ремнями безопасности. Впервые система безопасности была внедрена в 1953 году, когда Уолтер Линдерер опубликовал свой патент.
Виды подушек безопасности автомобилей
Как правило, на современные автомобили имеют по несколько подушек безопасности. Ранее устанавливали только подушку безопасности водителя, далее добавили для переднего пассажира. В нынешних моделях устанавливают по всему периметру, в разных местах салона. По типу подушки разделяют зависимо от их месторасположения. Первые это фронтальные, далее идут боковые, головные, центральная подушка, коленные и подушка безопасности для пешехода. Последний вариант устанавливается снаружи, между капотом и ветровым стеклом.
Фронтальные
Впервые свое применение нашли на машинах марки Mercedes-Benz в 1981 году. Как правило, это передние подушки безопасности водителя и пассажира. В свою очередь пассажирскую можно отключать по желанию. Зачастую в современных автомобилях, конструкцией предусмотрено двухступенчатое или многоступенчатое срабатывание. Все зависит от сложности аварии (чаще это адаптивные подушки безопасности). По всем правилам подушка безопасности водителя устанавливается в рулем колесе, для переднего пассажира – в верхней части передней панели.
Боковые подушки безопасности
Главным назначение боковых подушек считается снижение риска травмировать тазовую часть, грудную клетку и брюшную полость. Как правило, боковой удар один из самых непредсказуемых и больных. Впервые применение боковых подушек на своих автомобилях задействовала компания Volvo в 1994 году. Этот вид подушек устанавливался как опциональный вариант, к основным передним.
Обычно местом расположения боковых подушек считается спинка переднего сиденья. Хотя в современных автомобилях можно найти их и в спинках задних сидений. Самыми качественными считаются подушки безопасности с двухкамерной конструкцией. Их нижняя часть более жесткая, для защиты таза, а верхняя часть мягкая, чтоб защитить грудную клетку.
Шторки или головные подушки
Судя с названия, то понятно их главное предназначение. В списке производителей автомобилей они еще значатся как шторки. При боковом ударе шторки защитят голову от удара об стекло дверей. Самыми первыми данную технологию применила компания Toyota в 1998 году.
В зависимости от модели машины может располагаться в передней части крыши, так же между стойками и на задней части крыши салона. Защита идет для передних и задних пассажиров.
Коленная
Само название, говорит о назначении, защита коленей и голеней от травм немало важно при столкновении. Зачастую располагается под рулем. Впервые были установлены на автомобили Kia в 1996 году. Кроме водительской, так же устанавливают и для переднего пассажира, под бардачком.
Центральная защита
Начиная с 2009 года, в автомобилях Toyota появилась центральная подушка безопасности. Главным назначением является снижение вторичного удара пассажиров при боковых столкновениях. Зачастую располагается в подлокотнике между передним рядом сидений. Для заднего ряда сидений располагается в центральной части спинки.
В современных автомобилях, кроме Toyota, такие же используются в автомобилях Mercedes-Benz (система безопасности Pre-Safe второго поколения). Таким образом, при боковом ударе эта подушка смягчает повторный возвратный удар пассажира.
Подушка безопасности пешехода
Начиная с 2012 года, компания Volvo стала внедрять в свои автомобили подушку безопасности пешехода. В отличии от всех вышеперечисленных вариантов, данный вид размещается снаружи автомобиля, между ветровым стеклом и капотом. Таким образом, если водитель сбил пешехода, подушка безопасности смягчает удар и предотвратит от серьезных ушибов.
Устройство механизма
Устройство выглядит как мягкая оболочка и в нужный момент наполняется газом, так же в набор идет газогенератор и система управления. Сама подушка изготовлена из нейлоновой ткани, для того чтоб смазать подушку и не прорвать во время срабатывания, используется тальк или крахмал. Их часто можно наблюдать в воздухе во время срабатывания подушки.
Главным назначением газогенератора является наполнение самой подушки газом. Таким образом, это уже модуль подушки безопасности. Между собой газогенераторы отличаются по форме (трубчатые и круглообразные), по характеру работы (с двухступенчатым и одноступенчатым срабатыванием) и по способу газообразования (гибридные и твердотопливные).
Самым распространенным считается твердотопливный, он состоит из корпуса, пиропатрона и определенного заряда твердого топлива. Как правило, топливо воспламеняется от пиропатрона, в результате получается газ азот.
Гибридный же газогенератор состоит из пиропатрона, газового заряда под высоким давлением аргона или сжатого азота, корпуса и заряда твердого топлива. Само наполнение подушки происходит сжатым газом, в результате выталкивания заряда из твердого топлива.
В систему управления подушками входят традиционные датчики удара, центральный блок управления и исполнительное устройство (газогенераторный пиропатрон).
Принцип работы
Главным стартом для активации является удар. В зависимости от того, в какую часть и какой силы удар, активируются только нужные подушки безопасности. Как только происходит удар, срабатывают датчики удара, далее информация о силе и место удара передается в центральный блок управления. Блок обрабатывает полученные данные и определяет необходимость срабатывания конкретных подушек, а так же их время и силу.
Параллельно с подушками информация передается и на другие датчики и системы, к примеру, систему экстренного торможения или подачи сигнала SOS. Если сила удара не значительная, то могут сработать только ремни безопасности, а могут сработать и в пару с подушками безопасности.
В пару с сигналом на разные системы, подается сигнал на газогенератор соответствующих подушек безопасности. В среднем время срабатывания подушек составляет порядка 40 мс. Благодаря газогенератору обеспечивается раскрытие и нагнетание подушек. Как только подушка соприкоснулась с человеком и отработала, она разрывается и сдувается.
Всегда и во всех автомобилях используются одноразовые подушки безопасности. Если же в салоне произошло возгорание, и температура достигла 150-200 °C, то подушки автоматически срабатывают.
Условия для срабатывания
Главными условиями для срабатывания фронтальных подушек безопасности можно считать:
- превышение порога (силы) удара при лобовом столкновении;
- резкий наезд на твердую часть при большой скорости (бордюр, тротуар, стенка ямы и т.д);
- твердое приземление после прыжка автомобиля;
- падение машины;
- косой или прямой удар в переднюю часть машины.
Видео о принципе работы подушек безопасности:
