Меню Закрыть

Подушка безопасности как работает – Устройство и принцип работы подушек безопасности в автомобиле

Содержание

Как работает подушка безопасности?

Сейчас редко встретишь автомобиль, в котором бы отсутствовали подушки безопасности. В любом автомобиле их, минимум, две, в большинстве случаев их около 6, в премиум-авто их число достигает 10. Тем не менее, они могут различаться как по качеству, так и по функции. Разбираемся в типах подушек безопасности, читая статью ниже.

Фронтальная подушка

Основной тип подушек безопасности — фронтальная подушка. Она устанавливается в передней панели салона авто и рассчитана на предотвращения получения травм водителем и пассажиром на переднем сидении в случае лобового столкновения или другого удара, нанесенного в переднюю часть авто. Размер подушек для водителя и пассажира на переднем сидении отличается, так как водительская подушка выстреливает из руля, и должна заполнять меньшее пространство, чем та, что срабатывает для пассажира.

Боковые подушки

Этот тип подушек менее распространен и нацелен на защиту плеч, живота, таза. Они располагаются спереди и позади салона и активируются при боковом ударе. Обычно они вставлены в сидения и обшивку авто. Такие подушки не являются популярным средством безопасности, они обычно отсутствуют в автомобилях среднего класса. Кроме того, их наличие требует соблюдения особых правил: в карманы сидений нельзя класть острые или громоздкие предметы — они будут препятствовать срабатыванию подушек и могут навредить человеку.

Читайте также: HYUNDAI создал приложение для управления автомобилями с помощью мобильного телефона

Коленные подушки

По названию легко можно понять, для чего служит этот тип подушек — для защиты коленей в момент столкновения. Они установлены под рулем, соответственно, предназначены исключительно для водителя, которому, в свою очередь, необходимо настроить свое сидение так, чтобы между ним и нижней панелью было пространство.

Защитные шторки

Этот элемент не является типом подушки безопасности, но тоже срабатывает в момент удара и имеет целью защитить голову пассажиров и водителя от осколков стекол. Такие шторки установлены в потолке боковой части салона, над окнами,  в передней части авто или в задней, в зависимости от типа комплектации.

Читайте также: Чтобы аккумулятор служил долго: дорожные советы

Подушки и ремни

Многие владельцы авто думаю, что в автомобиле достаточно одного средства защиты при аварии: ремни или подушки. Тем не менее, и те, и другие не могут гарантировать вашей безопасности на сто процентов. Ремни могут нанести серьезные гематомы при ударе, а подушки не пристегнутого человека встретят на скорости раскрытия в 200 км/ч. Оба этих элемента предназначены для совместной работы. Поэтому не стоит пренебрегать ни одним из них.

Стоит помнить

Дорогие модели автомобилей отличаются высокой продуманностью системы, а значит более сложны в отношении правил использования. Подушки в таких авто не сработают, если ремень не пристегнут в связи с неизбежными повреждениями в случае аварии, поэтому, садясь за руль, убедитесь, что вы и ваши пассажиры пристегнуты.

Читайте также: Самые надежные семейные автомобили

Фото: vistanews. ru

www.pravda.ru

Как работают подушки безопасности?

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».

howcarworks.ru

Как работают подушки безопасности в авто: видео

Согласно официальной статистике большинство несчастных случаев при пассажирских перевозках происходит на дорогах с участием автотранспорта. Соответственно, безопасность водителя и пассажиров является приоритетной задачей производителей авто. В этой статье мы рассмотрим важнейший элемент защиты на автотранспорте — подушки безопасности.

Как работает подушка безопасности

Идея общего принципа работы подушек безопасности (англ. — Airbag, воздушный мешок) достаточно простая. При ударе водителя о рулевое колесо или пассажиров о различные элементы в салоне автомобиля, находящиеся в сложенном состоянии подушки мгновенно наполняются воздухом. Таким образом, между людьми и корпусом салона возникает мягкий буфер, предотвращающий удар о твердую поверхность и тем самым защищающий водителя и пассажиров от повреждений.

Устройство и принцип срабатывания

В различных местах автомобиля — спереди, сзади, по бокам — располагаются датчики удара, которые срабатывают в случае столкновения автомобиля с препятствием на скорости более 20 км/ч.

На электронный блок управления, который контролирует работу подушек, поступают сигналы от датчиков и блок дает команду на срабатывание.

подушки безопасности в авто

Сигнал поступает на газовый генератор подушки, после чего происходит выстрел заряда пиропатрона. В результате этого кислота, находящаяся в газовом генераторе, сгорает, освобождая определенное количество газа, который и наполняет мешок, раскрывая подушку безопасности.

В целях смягчения самой подушки на ее поверхности предусмотрены отверстия, которые обеспечивают быстрый (менее чем за секунду после срабатывания) выброс из подушки газа.

В современных автомобилях Airbag-генератор оснащен сразу двумя пиропатронами. Первый предназначен для относительно легких столкновений, он освобождает примерно 80% газа. Если же этого недостаточно, срабатывает второй патрон. Он выпускает оставшийся газ, делая Airbag несколько жестче.

Сами подушки производятся из ткани на основе нейлона с добавлением крахмала или талька в качестве смазки. Конструкция подушек предусмотрена таким образом, чтобы в режиме ожидания они в компактном, сложенном виде легко помещались в руле, на передней панели или в боковых частях кресел.

Основные достоинства подушек безопасности

  • В отличие от ремней безопасности, подушки не требуют от водителя и пассажиров каких-либо действий для активации. В случае возникновения опасной ситуации они срабатывают автоматически.
  • Подушки совершенно не стесняют движения, не являются причиной снижения уровня комфорта в салоне. Они находятся в сложенном состоянии и незаметны для взгляда.
  • Скорость, с которой происходит раскрытие подушки безопасности, намного превышает обычную скорость реакции пассажиров при аварии. Это приводит к тому, что защита находящихся в салоне автомобиля людей обеспечивается независимо от логики и последовательности их действий в критической ситуации.

Ложка дегтя. Некоторые минусы подушек безопасности

  • Любая, даже самая современная электроника, не идеальна. Датчики, отвечающие за срабатывание «аэрбега», так же не являются исключением. Соответственно, существует вероятность ложного сигнала. В таком случае подушка может даже навредить водителю.
  • При боковых столкновениях или переворотах «аэрбег» не особо эффективен. Основное его назначение — предотвращение травм головы и шеи при фронтальном контакте.
  • При столкновении подушка наполняется азотом в объеме до 100 л всего за доли секунды. И, если находящиеся в автомобиле люди не пристегнуты ремнями безопасности, контакт с «аэрбега» может привести к травмам и даже переломам.

подушки безопасности

Важно! Максимальная эффективность подушек достигается только в сочетании с использованием ремней безопасности.

Даже при использовании ремней, существует опасность получить увечья при срабатывании «аэрбега», в случае неправильно посадки в автомобиль, скрещенных рук и т.п.

Виды подушек безопасности

Исходя из области применения, «аэрбег» можно разделить на четыре подвида.

  • Фронтальные. Располагаются в рулевом колесе (для водителя) и в верхней части передней панели — для защиты сидящего рядом с водителем пассажира. В некоторых авто предусмотрена возможность отключения фронтальной подушки переднего пассажира. Это самый распространенный вид «аэрбега», такими подушками оснащены практически все современные автомобили.
  • Боковые. Встраиваются в спинки кресел и предназначаются для защиты грудной клетки, таза и брюшной полости. В более сложном и дорогом исполнении, конструкция боковых подушек предполагает использование двух камер. Первая, более жесткая, расположена внизу и служит для защиты таза. Более мягкая, верхняя, защищает грудную клетку.
  • Головные (или — «шторки»). Как понятно из названия, служат для защиты головы. Располагаются в передней и задней частях крыши, между стойками. Применяются как для переднего ряда сидений, так и для заднего.
  • Коленные. Расположенные под рулевым колесом, они служат для защиты коленей и голеней водителя. Встречаются и коленные подушки безопасности для переднего пассажира. Они устанавливаются под бардачком на передней панели.

Меры безопасности

Следует всегда помнить о том, что подушки безопасности не являются стопроцентной защитой при аварии. Они существенно увеличивают шанс избежать травмы, однако, только в случае соблюдения определенных правил при эксплуатации.

  • Всегда пристегивайтесь. Как уже отмечалось выше, «аэрбеги» эффективны только при использовании ремней безопасности.
  • Своевременно проверяйте в специализированных автосервисах состояние работоспособности всех систем, которые взаимодействуют с подушкой.
  • Соблюдайте предписанные еще в автошколе правила ровной посадки в автомобиль — «руки на руле» и т.п.
  • При перевозке детей используйте только специальные детские автокресла, отключив соответствующую подушку безопасности.

Хотя в настоящее время аэрбеги и не являются абсолютным средством защиты при аварии, они постоянно совершенствуются. Эта тенденция, в сочетании с неукоснительным соблюдением правил безопасности, позволяет рассчитывать на достаточно высокие результаты по обеспечению сохранности жизни и здоровья водителей транспортных средств и их пассажиров.

Читайте также:

carprice-info.ru

Как работает автомобильная подушка безопасности

Автомобиль покорил человечество. За последние 30 лет число автомобилей на дорогах утроилось, а увеличение числа автомобилей повлекло и рост числа аварий. Ежегодно получают травмы 20 миллионов человек, более миллиона погибает на дорогах. Это число равно населению Барселоны.
Однако, несмотря на рост числа аварий, число смертей постепенно снижается. За последние 30 лет оно уменьшилось вдвое в основном благодаря одному устройству – подушке безопасности.

Идея подушки безопасности на первый взгляд кажется простой, однако на самом деле это тонкий и сложный механизм, ведь с момента столкновения у подушки есть только 50 тысячных секунды, чтобы надуться и защитить водителя от выброса через лобовое стекло. Это четверть того времени, которое занимает один взмах крыла колибри.
Однако, это не все. Если подушка сразу же не сдуется за 0,2 секунды, то может сама погубить водителя. Как заставить подушку надуваться на сверхзвуковой скорости и как предотвратить гибель водителя от того, что должно его защищать?

Город Варгада в западной Швеции. Здесь находится компания Autoliv, крупнейший в мире разработчик и производитель подушек безопасности, она производит подушки почти для всех автомобилей на международном рынке, 3,5 миллиона штук в год.

Однако, инженеры и производители – не единственные герои этой компании. В скрытой от глаз комнате находится группы «специалистов», без которых разработка подушек безопасности была бы невозможной. В самом сердце здания группа самоотверженных сотрудников делает свою работу, забывая о собственной безопасности, без жалоб и стонов они выносят все, что сваливается им на голову.

Каждый такой манекен является сложной электронной машиной и стоит 180 тысяч долларов. Манекены можно сравнить с киборгами: их тело представляет собой систему, повторяющую метаболизм человека и имитирующую все ключевые функции и структуру человеческого организма: скелет, органы, нервы и даже вены и артерии. Они напичканы тысячами датчиков для фиксации всех процессов, проходящих в теле человека в момент ДТП.

Благодаря этим манекенам Autoliv Разработал целый ряд подушек безопасности, которые снизили смертность среди водителей и пассажиров, пристегнутых ремнем безопасности, на четверть. Но как подушке удается надуться за столь короткий промежуток времени?

Секрет заключается в том, что в ней находится бомба, точнее помещается она в рулевом колесе. Подушка представляет собой сочетание датчика, исполнительного устройства и нейлоновой подушки. Бомба самая настоящая. Взрыв достигается контролируемым воспламенением взрывчатых веществ, которые имею вид пилюль. В момент взрыва воздух заполняет подушку с невероятной скоростью.

На различные автомобили устанавливают разные модели подушек, причем их конструкция постоянно совершенствуется. Для каждой новой конструкции создается трехмерная виртуальная модель, с нее изготавливается прототип.

Нейлоновая подушка вырезается при помощи лазера и сшивается на автоматизированном швейном станке. Прежде, чем испытывать подушку на манекенах, она проходит предварительные испытания. Стальной груз ударяет о рулевое колесо, чтобы убедиться, что подушка выдержит силу, с которой тело среднестатистического человека давит на нее при скорости 40 км/ч. После завершения испытаний любые недочеты устраняются группой инженеров.

От конструкции подушки зависят жизни людей, поэтому каждый ее аспект рассматривается снова и снова. Если подушка не сдувается достаточно быстро, этот недочет может стоить водителю жизни, при ударе его шея переломится, словно спичка.

После внесения изменений, подушка возвращается в цех, где изготавливают ее модифицированный вариант. После этого проводят финальные испытания.
Наконец, в испытания включаются манекены. Манекен устанавливают в кресло и проверяют датчики. Autoliv изготавливает подушки безопасности на сумму более 320 миллионов долларов ежегодно. Компания не имеет права допускать промахов даже с одной подушкой.

Если манекен уцелел, подушка переходит к следующему циклу разработки. Важно, чтобы она не срабатывала в непредназначенное время, скажем, когда рассерженные водитель колотит по рулю. Проблема в том, чтобы бомба взорвалась в нужный момент.

В левой части подушки имеется датчик, углубленный на десять сантиметров в передней части автомобиля в районе фар с обоих сторон. В случае столкновения эти датчики немедленно передадут информацию в центральную контрольную панель в автомобиле, оттуда сигнал поступит в подушку, и произойдет взрыв.

Однако, даже если датчики приведут подушку в действие в нужный момент, существует другая проблема: подушка помещена в пластиковый корпус, от взрыва осколки пластика могут разлететься по машине и покалечить или даже убить пассажиров, либо повредить саму подушку.

Каждое отделение для подушки имеет фронтальную секцию, которая ослаблена рядом крошечных отверстий, невидимых глазом. В момент столкновения разрушается только ослабленная область, что позволяет подушке расшириться, но не тревожит пластиковый корпус. Воздух выходит из подушки через вентиляционные отверстия, что позволяет ей быстро сдуваться, это защитит водителя от травмы шеи и головы.

После всех дорогостоящих тестов подушку запускают в производство. В готовые подушки помещают взрывное устройство, его фиксируют винтами. Подушка автоматически сворачивается прежде, чем ее поместят в корпус. Корпус затем помещается в рулевое колесо. И вот очередная подушка готова к тому, чтобы сделать езду безопаснее.
За один год завод Autoliv спасает жизни 15 тысяч человек.

kak-eto-sdelano.ru

Как работает подушка безопасности автомобиля

На протяжении многих лет ремень безопасности защищал пассажиров и водителя при ДТП. Но современные технологии и автомобилестроение развиваются, появляется необходимость в более эффективной защите. С появлением подушек безопасности можно сказать о надежной защите людей в салоне автомобиля. Подушка безопасности (Airbag) при аварии надувается всего за долю секунды. Она способна защитить тело и голову от травм.

Надежность подушек безопасности

Краш-тесты показывают на сколько современные модели автомобилей безопасны. Если в автомобиле отсутствуют подушки, то водитель и пассажиры рискуют своим здоровьем и жизнью. Более надежная защита обеспечивается наличием хотя бы двух подушек спереди. В связи с этим были случаи, когда от удара подушкой водитель получал увечья, причем не в аварии. Это возникало в результате неправильной регулировки. Подушка безопасности выстреливается со скоростью более300 км/час. Это мощный удар. Если она сработала неправильно, то у водителя могут быть травмы головы. И все же за свое существование они спасли множество людей и случаи сбоев в работе единичны.

Как действует подушка безопасности

Подушка безопасности имеет далеко не простое устройство и разделяется на основные элементы: чувствительный сенсор, систему, которая производит накачку подушки и соответственно подушку. Она изготовлена из нейлона и при резком толчке воздухом, надувается. Ее устанавливают в автомобиле под пластиковой обшивкой. Сенсор-чувствителен, именно он выпускает подушку. Обычно его настраивают, чтобы подушка выстреливала на маленькой скорости при аварии. За быстрый выстрел подушки и надувание ее специальным составом отвечает сложное устройство. Это система накачки подушки, которая включает в себя электронную и химическую составляющие. Электронику мы рассматривать здесь не будем, а вот химия в подушке безопасности является предметом наше интереса.

При проектировании подушки безопасности изобретателям нужно было решить следующую задачу. Если машина врезается на небольшой скорости в какой-либо предмет, то реагирует датчик в связи с нагрузкой. Пусковое устройство это фиксирует и дает сигнал для мгновенного вылета и надувания подушки.

Поначалу, в салоне автомобиля пытались устанавливать баллоны с газом, которые при ударе механически посылали свое содержимое в подушку безопасности. Но подобные решения были слишком небезопасны, громоздки и медлительны. Изобретателям пришлось перепробовать множество вариантов прежде чем в 1970 году на помощь не пришла химия, которая позволила превратить подушку безопасности в безопасное и надежное средство защиты!

В системе надува имеются емкости с азидом натрия (NaN3) с нитратом калия (KNO3). При аварии электронные датчики удара инициируют поджог твердотопливного заряда, который запускает химическую реакцию, в результате которой образуется большой объем азота. Реакция настолько стремительна (общее время от начала горения запала до завершения реакции составляет порядка 50 миллисекунд), что подушка вырывается из своего посадочного места со скоростью в 300 км/ч! После заполнения подушки газом, моментально происходит его стравливание через специальные отверстия. Это сделано в целях безопасности, ведь если не сдуть подушку, то человек может быть намертво зажат ей в салоне! Во время сдувания подушек можно наблюдать небольшое «задымление» в салоне — это выходит азот.

Виды подушек безопасности

Стандартная опция — это две передние подушки безопасности, которыми комплектуется большинство авто. Но в настоящее время изготавливаются модели с шестью различными подушками.

Существуют две фронтальные подушки безопасности. Они защищают водителя и переднего пассажира. Бывают еще боковые подушки, способные защитить не только тело пассажиров, но и ноги. Вместе с ними специальные шторки не дают травмировать голову при боковом ударе. Изготовители также позаботились о защите ног и создали подушку, которая показала себя в краш-тестах и свела до минимума получение травм.

Последняя разработка – это подушка, расположенная в центре. Она защищает пассажиров от ударов в салоне. Еще одна подушка устанавливается на ремень, способная защитить область груди. Некоторые современные модели оснащены такими новшествами. Но это пока не широко распространено.

Подведем итог: подушка безопасности спасает жизни при аварии. Но при этом нужно не забывать пристегиваться ремнями безопасности.

www.alto-lab.ru

Критерии срабатывания подушек безопасности — Эксперт Никонов Владимир Николаевич — Статьи

Это авторский, с замечаниями из российской практики, перевод статьи «Air Bag Deployment Criteria», опубликованной в 2014 году Kenneth Solomon и Jesse Kendall в журнале «The Forensic Examiner®», официальном рецензируемом научном журнале Американского колледжа Института судебных экспертов, который приобрел популярность и признание в качестве ведущего судебно-экспертного журнала в мире.

И так как наши люди в булочную на такси такие журналы не читают, эта статья на «Праворубе» будет полезна как адвокатам по ДТП, так и читающим автоэкспертам. Адвокатам – как информация для допросов в суде нечитающих автоэкспертов с целью разъяснения им их пустых заключений, а читающим автоэкспертам – для того, чтобы не давать заключения на основе шаманского камлания.

Введение
Модули управления подушек безопасности используют сложные алгоритмы для принятия решений о развертывании на основе оценки серьезности аварии, связанной с изменением скорости движения транспортного средства или замедления в течение некоторого времени. Из-за того, что алгоритмы управления являются ноу-хау производителя, их фактические значения порогов скорости, ускорения, или деформации (пути) для развертывания подушки безопасности при столкновении не известны. Значения этих параметров и алгоритмы производители автомобилей не разглашают, ограничиваясь декларативными «сильный удар» или «удар достаточной силы» в руководствах владельцев, а дилеры их просто не знают, при этом разыгрывая перед клиентами спектакли с тестирующими модули управления приборами.

Действительно, столь размытые критерии нетехнического характера создают тупиковые ситуации при предъявлении судебных претензий со стороны владельцев автомобилей, у которых подушки безопасности не сработали в ДТП, или сработали произвольно без видимых причин. Это так же создает благоприятную почву для мошеннических инсценировок ДТП, заключающихся в «перекидке» на практически не деформированный автомобиль панелей со сработавшими подушками безопасности.

Однако величины технических параметров, необходимые для развертывания подушки безопасности, могут быть установлены путем исследования результатов лабораторных краш-тестов автомобилей конкретных производителей.

Задачи статьи
1. Получение информации и понимание работы системы управления подушками безопасности и ее компонентов.
2. Получение информации и понимание, когда должны или не должны сработать подушки безопасности.
Содержание статьи
Статья содержит введение в системы управления подушками безопасности и процессами их срабатывания, краткую историю датчиков удара. Описаны переменные, используемые в алгоритмах развертывания подушек безопасности, приведены сравнительные примеры с использованием нескольких запатентованных систем управления. Показан способ оценки диапазона скорости, замедления или деформации (пути), являющегося порогом для развертывания подушки безопасности.
Процесс развертывания подушек безопасности
Целью подушки безопасности является обеспечение упругой мягкой прокладки между пассажирами и интерьером автомобиля. Для достижения этой цели подушки должны быть полностью наполнены газом в короткий промежуток времени и ранее, чем пассажиры вступят с ними в контакт. Быстрое развертывание подушки потенциально может привести к смертельным травмам людей, если они уже находятся в контакте с подушкой безопасности во время ее раскрытия. Поэтому подушки безопасности должны иметь систему управления, которая может правильно распознавать, что происходит столкновение. При этом распознать достаточно рано, чтобы подушка безопасности успела раскрыться безопасно.

Подушка безопасности раскрывается после того, как электрический сигнал на раскрытие послан детонатору от модуля управления подушкой безопасности. Этот сигнал инициирует химическую реакцию, которая быстро надувает газом воздушный мешок из нейлоновой ткани. Газ содержит частицы пыли из материала, используемого для смазки мешка (как правило, тальк и кукурузный крахмал). После полного развертывания подушки газ выходит через небольшие вентиляционные отверстия. Отверстия имеют размеры и расположены так, чтобы уменьшать объем мешка с разной скоростью, в зависимости от типа транспортного средства.

История датчиков удара
Ранние системы раскрытия подушки безопасности использовали для обнаружения удара механические датчики, которые затем были изъяты из употребления на американском рынке около 1994 года. Такие датчики, как, например, «rolamite», содержали металлические ролики, стабилизированные в положении режима ожидания с помощью пружины или магнита.


При ударе за пределами предназначенного порога пружина или магнит не могли больше удерживать металлическую массу на месте. Масса перемещалась и нажимала на контакт, посылая электрический сигнал на модуль управления подушки безопасности. Системы с механическими датчиками, как правило, неточны в интерпретации небольших столкновений. Движения в механических датчиках может быть недостаточно при лобовых столкновениях, из-за чего срабатывание может происходить с задержкой. Современные датчики удара сейчас основаны на микроэлектромеханических системах (MEMS).

Новые системы распознавания удара
Новые датчики MEMS удара измеряют ускорение акселерометром, который посылает непрерывный поток данных в модуль управления подушки безопасности. Акселерометры, как правило, пьезоэлектрические или переменно емкостные датчики. Наиболее распространенным MEMS акселерометр, который используется сегодня, ADXL-50 производства Analog Devices.


Автору приходилось встречать заключения законченных идио «нечитающих» автоэкспертов, в которых они визуальным осмотром или органолептическим методом устанавливают неисправность датчика удара. Их логика ограничена примитивной цепочкой «был удар – подушки не сработали – значит, не исправен датчик удара». На самом деле процедуры тестирования таких датчиков основаны (на не утвержденных Минюстом, и, значит, на не признаваемых госэкспертами научными) алгоритмах типа Гаусса-Ньютона, требуют наличия специального программного обеспечения и оборудования. Примеры многочисленных тестов можно посмотреть на ютюбе, а при необходимости можно найти на сайте производителя официальный регламент тестирования и калибровки конкретной модели датчика.

https://youtu.be/ycThnu3k_vc

По мере того, как прицеленные к упругим элементам массы движутся относительно корпуса датчика за счет ускорения, специальные пластины, прикрепленные к массам, приближаются к другим неподвижным пластинам. Изменение расстояния между пластинами влияет на емкость датчика, или на способность удерживать электрический заряд. Это изменение емкости легко измеряется, и затем превращается в изменение напряжения. Изменение напряжения напрямую зависит от силы инерции из-за ускорения, а показания интерпретируются модулем управления подушки безопасности как ускорение. Алгоритм модуля управления может определить, является ли развертывание подушки безопасности необходимым, на основе заложенной в него математической модели импульсов ускорения во времени.

Процесс принятия решения
Модуль управления подушки безопасности (ACM) получает непрерывный сигнал от каждого датчика MEMS и записывает данные в течение определенного периода после специфического события. С помощью центрального процессора (CPU) он выполняет алгоритмические вычисления и дает или не дает команду для развертывания подушки безопасности. Алгоритмы определения степени тяжести удара работают путем оценки одного или нескольких кинематических параметров (ускорение, его производных или интегралов), список которых приведен приведены в таблице 1 ниже. Примеры блок-схем алгоритмов принятия решения показаны на следующих рисунках.

Таблица 1.

Блок-схема алгоритма, использующего параметры: изменение скорости, путь и плотность энергии.


Блок-схема алгоритма, использующего параметры: замедление и рывок (толчок).


Блок-схема алгоритма, использующего параметры: ускорение и изменение скорости.


Варианты алгоритмов
Системы распознавания удара сильно различаются между патентами. Большинство систем, запатентованных после 1995 года, используют изменение скорости «дельта-V», ускорение, или рывок, как параметры для включения системы пробуждения и для раскрытия подушек безопасности. Последние системы также включают системы анализа наличия пассажиров и анализа расстояния до пассажира. В подходах, использованных в период между 1995 и 2008 годами несколькими изобретателями, различия весьма существенны. Однако команда для срабатывания подушек безопасности зависит от одного или более из набора основных кинематических параметров, описанных выше.

Когда раскрываются подушки безопасности
В соответствии с позицией Национального управления по безопасности движения департамента транспорта США (закреплено в соответствующем стандарте США, которого придерживаются и ряд широко известных иностранных производителей автомобилей), «подушки безопасности, как правило, предназначены для развертывания при фронтальных и почти фронтальных столкновениях, которые сравнимы с ударом в неподвижный жесткий барьер на скорости примерно от 8 до 14 миль в час». Определенные пороговые значения откалиброваны каждым производителем в соответствии с размером транспортного средства и жесткостью его конструкции. Система управления активируется для различения событий, таких как попадание в выбоину или столкновение с другим автомобилем. Это, как правило, имеет место, когда два последовательных импульса ускорения менее (примерно) -1g для небольших транспортных средств или менее (примерно) -2g для больших автомобилей, происходят в течение 10 миллисекунд. После пробуждения принимается решение либо раскрыть подушки безопасности, либо вернуться в нормальное состояние.

Из-за статуса «ноу-хау» алгоритмы управления и значения кинематических параметров для развертывания подушки безопасности при столкновении не известны. Однако, используя директиву NHTSA для подушек безопасности, в части их разворачивания при фронтальном ударе в барьер при скорости от 8 до 14 миль/ч, диапазон пороговых значений кинематических параметров может быть оценен с помощью известных значений жесткости транспортных средств и их массы.

Оценка пороговых значений
При столкновении величина деформации С  (в дюймах) при заданной скорости удара V (в милях в час) связана с отношением жесткости транспортного средства k  (в фунт/дюйм) и его весом w  (в фунтах) с помощью следующего уравнения:

Время от начала воздействия до момента достижения максимального импульса при ударе:
Заменяя в первом выражении отношение C/V из второго выражения, получаем:
Жесткость автомобиля k может быть определена из результатов краш-тестов с учетом массы автомобиля m, деформации C, и скорости удара V.  Жесткость автомобиля рассчитывается по формуле:

Таблица 2 показывает соответствующий спектр замедлений и деформаций (перемещений) в краш-тестах на фронтальный удар, для автомобилей, на которых имеются подушки безопасности, учитывая расчетное время для максимального импульса удара и для различных автомобилей по жесткости и массе.

Таблица 2

Видно, что нет существенной корреляции между весом автомобиля и его жесткостью. Две машины аналогичного веса могут иметь очень разные значения жесткости, как видно из сравнения 2010 Ford Fusion и 2010 Toyota Prius. Оба транспортных средства имеют примерно одинаковый вес автомобиля, но жесткость переда Toyota Prius значительно больше, чем жесткость Ford Fusion. Так как величина деформации и продолжительность воздействия на Ford Fusion больше, подушке безопасности Ford Fusion нужно будет раскрыться в пределах значения замедления меньших, чем те, которые требуются для Toyota Prius.

Сравнение значений
Условия реальных столкновений часто не совпадают с ударом в жесткий неподвижный барьер, и это надо учитывать при сравнении диапазонов фактических (из краш-тестов) и расчетных значений параметров. Продолжительность воздействия существенно не изменяется со скоростью удара, но в значительной степени зависит от типа столкновения. Подушки безопасности могут не развернуться, если есть жесткий удар, как наезд на столб, где деформируется только одна часть автомобиля. Подушки безопасности иногда не срабатывают, когда воздействие происходит постепенно, в течение длительного периода времени, как, когда автомобиль едет под или над другим объектом. Подушки безопасности могут не развернуться в столкновениях, в которых относительная жесткость столкнувшихся автомобилей сильно отличается. Например, столкновение передней части одного автомобиля и боковой стороны другого автомобиля. Кроме того, столкновения, которые происходят при острых углах, не всегда приводят к развертыванию подушек безопасности, так как значительного замедления в направлении продольных осей автомобилей (в направлении, измеряемом датчиком удара) не происходит.
Пример: подушки безопасности не раскрылись
Примером удара, где было значительное изменение скорости, но фронтальные подушки безопасности не сработали, было ДТП с участием Chevrolet Equinox 2007 года со встречным мотоциклом Harley-Davidson. Модуль управления подушки безопасности в Equinox зафиксировал максимальное изменение скорости 9.27 миль в час. Это значение находится в пределах диапазона от 8.0 до 14.0 миль в час, в котором ожидается развертывание подушек безопасности (как в случае фронтального удара в жесткий неподвижный барьер). Однако максимальное замедление было 3.27g. Это замедление было значительно ниже расчетного значения в диапазоне развертывания от 7.5g до 13.2g, как показано в таблице выше. Таким образом, фронтальные подушки безопасности не должны были сработать.
Пример: подушки безопасности раскрылись
Примером удара, который не привел к существенному изменению в скорости, но подушки безопасности раскрылись, было ДТП с участием Chevrolet Corvette 2007 года, который снес несколько дорожных знаков, деревьев и дорожных столбиков на очень высокой скорости. Автомобиль ударил первый объект на скорости более чем 60 миль в час, и модуль управления подушек безопасности зафиксировал максимальное изменение скорости 4.96 миль в час, что значительно ниже диапазона от 8.0 до 14.0 миль в час, в котором ожидается развертывание подушек безопасности (как в случае фронтального удара в жесткий неподвижный барьер). К счастью для пассажира и водителя, зафиксированное максимальное замедление во время удара было 11.3g, которое находится выше расчетного порогового диапазона от 6.1g до 10.6g из таблицы выше. В результате подушки безопасности раскрылись и спасли жизнь пассажира и водителя.
Заключение
Подушки безопасности должны иметь систему управления, которая может распознавать удары правильно и достаточно рано, и раскрывать подушки безопасности безопасно. Системы развертывания обычно используют электронные датчики, которые постоянно сообщают ускорение автомобиля модулю управления подушками безопасности. Модули используют сложные алгоритмы, чтобы принять решение о раскрытии подушек безопасности на основе одного или более кинематических переменных. Из-за статуса «ноу-хау» алгоритмов развертывания значения скорости, ускорения или деформации, используемые в этих алгоритмах, неизвестны. Вместо этого, диапазоны значений скоростей удара, замедлений или деформаций могут быть рассчитаны на основе данных краш-тестов и затем использованы для экспертной оценки, должны ли были раскрыться подушки безопасности в случае конкретного столкновения.
Ссылки на источники
1. Collision Safety Institute. (2011). Bosch Crash Data Retrieval System – Crash Data Retrieval. Data Analyst Course Manual.
2. Huang, Mathew. (2002). Vehicle Crash Mechanics. CRC Press.
3. US Department of Transportation National Highway Traffic Safety Administration. (2003). What You Need to Know About Air Bags — DOT HS 809 575.
Об авторах
Джесси Кендалл получил степень бакалавра наук в области гражданского строительства в Университете Вермонта в Берлингтоне, штат Вермонт. Он завершил свою инженерную стажировку в Денвере, штат Колорадо, работая в строительных консалтинговых фирмах, прежде чем стать лицензированным профессиональным инженером в шести штатах. С более чем пятнадцатью лет опыта в гражданском строительстве, Джесси Кендалл сейчас живет и работает в Калифорнии в Института анализа риска и безопасности, специализирующимся в области судебной инженерии и реконструкции обстоятельств ДТП.

Доктор Соломон получил степень бакалавра наук, магистра наук и доктора в области машиностроения в Лос-Анджелесе. Доктор Соломон также имеет профессиональные инженерные лицензии. Доктор Соломон проводит исследования в области реконструкции ДТП и биомеханике в течение более 40 лет, имеет более чем 200 научных публикаций в международных изданиях, доклады и презентации. Им и в соавторстве написаны 13 книг. Он работал в качестве старшего научного сотрудника с RAND Corporation, преподавал на факультете в Высшей школе RAND, в Калифорнийском университете, Университете Южной Калифорнии, в Военно-морской аспирантуре, Университете Джорджа Мэйсона и академии шерифов Orange County.

Все стати автора на «Праворубе».

pravorub.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о