Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Информационные технологии на автомобильном транспорте

Системы пассивной безопасности автомобиля

Пассивная безопасность - совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на снижение тяжести дорожно-транспортного происшествия [2, 38]. Пассивная безопасность объединяет элементы и системы автомобиля, которые включаются в работу непосредственно в момент аварии. их главная задача - спасти жизни пассажиров и свести вероятность возникновения травм к минимуму.

В шестидесятые годы прошлого века вышла в свет книга вашингтонского адвоката Ральфа Нейдера, где он привел множество фактов ДТП в виде столкновений автомобилей, их опрокидывание и возгорание, приводили к человеческим жертвам и травматизма которых, по его заключению, можно было бы избежать, если бы автомобили проектировались даже с минимальным учетом факторов безопасности. Мощные организации по защите прав автомобилистов, появились вскоре после появления книги, начали борьбу за безопасность транспортных средств, которая была поддержана властями стран Европы и Северной Америки. Многим требованиям широкой общественности была предоставлена сила закона.

Автомобилестроители были вынуждены отреагировать на происходящее и первое, что они сделали, это пересмотрели свои подходы к компоновочных схем и проектирования кузовов автомобилей, где на первое место потребовали защиты водителя и пассажиров в ДТП. Коротко эти подходы можно сформулировать так:

- Салон автомобиля - капсула, зона максимальной безопасности, которая должна быть несминаемостью ни спереди, ни сзади, ни из сторон.

- Ничто из оборудования в салоне не должно быть травмоопасным для водителя и пассажиров.

- Все, что в автомобиле вокруг капсулы безопасности, должно гасить кинетическую энергию столкновения, снижая вероятность повреждения капсулы, а двигатель, агрегаты трансмиссии и узлы подвесок должны "идти" под нее.

- Размещение топливного бака, топливных магистралей и других элементов топливной системы, а также элементов электрических и электронных систем должно быть таким, чтобы вероятность возникновения пожара была минимальной.

- Устойчивость к опрокидыванию должна быть максимальна.

Различают внешнюю и внутреннюю пассивную безопасность автомобиля.

Внешняя пассивная безопасность уменьшает травматизм других участников движения: пешеходов, водителей и пассажиров других транспортных средств, вовлеченных в ДТП, а также уменьшает механические повреждения самих автомобилей. Это достигается конструктивным исключением из внешней поверхности кузова острых углов, выступающих ручек, других элементов.

К внутренней пассивной безопасности автомобиля предъявляются два основных требования: создание условий, при которых человек мог бы безопасно выдержать значительные перегрузки и исключения травмоопасных элементов в салоне (кабине).

Основа современного защиты людей - части кузова, деформируются при ударе и поглощают его энергию, прочные дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши, травмобезопасные (мягкие, без острых углов, ребер, кромок и т.п.) детали интерьера автомобиля, которые создают определенную "решетку безопасности" для водителя и пассажиров. Действующие нормативные документы устанавливают только критерии тяжести повреждений людей при столкновениях в заданных условиях - по направлению удара, скорости, положению препятствия и тому подобное. Способы выполнения этих требований не регламентированы. При тяжелой аварии происходит резкое уменьшение скорости, которое приводит к значительным перегрузкам на тела людей, которые могут быть фатальными. Поэтому ставится задача найти способ "растяжения" этого перегрузки во времени и по поверхности тела. Разработана система пассивной безопасности SRS2 должна при столкновении автомобиля удерживать человека на месте, чтобы, бесконтрольно перемещаясь по салону, водитель и пассажиры не травмировали друг о друга или о детали кузова и интерьера. Система включает следующие элементы:

- Ремни безопасности, в том числе инерционные и с предварительным натягом;

- Подушки безопасности;

- Гибкие или мягкие элементы передней панели;

- Рулевую колонку, состоящий при фронтальном ударе;

- Травмобезопасный педальный узел - при столкновении педали отделяются от мест крепления и уменьшают риск повреждения ног водителя;

- Энергопоглощающие элементы передней и задней частей автомобиля, мнутся при ударе (бамперы)

- Подголовники сидений, шеи пассажира защищают от серьезных травм, при ударе автомобиля сзади;

- Безопасные стекла - закаленные, 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.

Современная система пассивной безопасности автомобиля имеет электронное управление, что обеспечивает эффективное взаимодействие большинства компонентов. Система управления включает:

- Входные датчики (два передних и два боковых для определения направления удара, один контрольный)

- Блок управления;

- Исполнительные устройства компонентов системы.

Входные датчики фиксируют параметры, при которых возникает аварийная ситуация, и преобразуют их в электрические сигналы. К входной датчиков относятся;

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

2. Выключатель замка ремня безопасности. Выключатель замка ремня безопасности фиксирует использования ремня безопасности.

3. Датчик занятости сиденья переднего пассажира, датчик положения сиденья водителя и переднего пассажира. Датчик занятости сиденья переднего пассажира позволяет в случае аварийной ситуации и отсутствия на переднем сиденье пассажира сохранить соответствующую подушку безопасности. В зависимости от положения сиденья водителя и переднего пассажира, которое фиксируется соответствующими датчиками, изменяется порядок и интенсивность применения компонентов системы.

В качестве датчиков системы пассивной безопасности широко используют акселерометры.

Акселерометры, это датчики линейного ускорения для контроля угла наклона тел, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. На транспорте акселерометры используют для управления подушками безопасности, в инерциальных системах навигации (гироскопах). Выпускаются в основном акселерометры трех типов:

- Пьезопливкови на основе многослойной пьезоэлектрической полимерной пленки. При деформации пленки под действием инерционной силы возникает разность потенциалов на границах слоев пленки. Параметры датчиков зависят от температуры и давления, поэтому имеют низкую точность, дешевые, используют для управления подушками безопасности и контроля ударных и вибрационных деформаций.

- Объемные интегральные акселерометры, например NAC - 201/3 компании Lucas NovaSensor, которые также используются в подушках безопасности. В них измерительная кремниевая балка с имплантированным пьезорезистором прогибается под действием инерционной массы при столкновении авто. Выходной сигнал кристалла 50 - 100 мВ.

- Поверхностные интегральные фирмы Analog Devices ADXL105, 150, 190,202, имеющих воротниковую структуру кристалла Hf 40 - 50 ячеек. Эти датчики с высокой чувствительностью используют в охранных системах. Масса грузика 0,1 мг, чувствительность 0,2 ангстрем.

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

Исполнительными устройствами элементов системы пассивной безопасности являются:

- Пиропатрон подушки безопасности;

- Пиропатрон натягиваемый ремня безопасности;

- Пиропатрон (реле) аварийного размыкателя аккумуляторной батареи;

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

- Контрольная лампа, сигнализирующая о непристегнутых ремнях безопасности.

Активизация исполнительных устройств делается в определенном сочетании в соответствии с заложенным программного обеспечения.

Ремни безопасности. Они предотвращают перемещение пассажира по инерции, и, соответственно, возможные его столкновения с деталями интерьера транспортного средства или другими пассажирами (так называемые вторичные удары), а также гарантируют, что пассажир будет находиться в позе, обеспечивающей безопасное раскрытие подушек безопасности . Кроме этого, ремни безопасности при аварии немного растягиваются, тем самым поглощая кинетическую энергию пассажира, чем дополнительно тормозя его движение, и распределяют усилие торможения на большую поверхность. Растяжения ремней безопасности осуществляется с помощью устройств удлинение и амортизации, обеспеченных энергопоглощающими технологиями. Возможно также использование в ремнях безопасности устройств предварительного натяжения в момент аварии.

По числу мест крепления различают следующие виды ремней безопасности:

- Двухточечные ремни безопасности;

- Трехточечные ремни безопасности;

- Четырех-, пяти- и шеститочечные ремни безопасности.

Перспективной конструкцией является надувные ремни безопасности, которые наполняются газом при аварии. Они увеличивают площадь контакта с пассажиром и соответственно уменьшают нагрузку на человека. Надувная секция может быть плечевой и поясной. Как показывают испытания, эта конструкция ремня безопасности обеспечивает дополнительную защиту от бокового удара. В качестве меры против неиспользования ремней безопасности с 1981 года предлагаются автоматические ремни безопасности.

Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с преднатяжителями ( преднатяжители). Натягиваемый ремня безопасности предназначены для заблаговременного предотвращения перемещения человека вперед (относительно движения автомобиля) при аварии. Это достигается за счет сматывания и уменьшение свободы прилегания ремня безопасности по сигналу датчика. Натягиваемый, как правило, устанавливаются на замке ремня безопасности. Реже натягиваемый устанавливаются на вовлекая обустройстве ремня безопасности. По принципу действия различают следующие конструкции натяжителей ремней безопасности тросовый; шариковый; роторный; рельсовый; ленточный.

Указанные конструкции натяжителей оснащаются механическим или электрическим приводом, который обеспечивает воспламенение пиропатрона. Конструктивно они делятся на механический привод, основанный на занятии пиропатрона механическим способом (накалывание бойком) электрический привод, который обеспечивает воспламенение пиропатрона электрическим сигналом от электронного блока управления (или от отдельного датчика).

Натяжитель обеспечивает сматывания отрезке ремня безопасности длиной до 130 мм за время 13 мс.

Подушки безопасности. Пневмоподушка (airbag) дополняет ремень безопасности, уменьшая шанс удара головы и верхней части тела пассажира о какую-либо часть салона автомобиля. Также они снижают опасность получения тяжелых травм, распределяя силу удара по телу пассажира. Срабатывание подушки безопасности по своему характеру очень быстрым развертыванием большого предмета, поэтому в некоторых ситуациях это может стать причиной ранений или даже гибели пассажира, может убить непристегнутого ребенка, который сидит слишком близко к подушке или была выброшена вперед силой экстренного торможения, поэтому размещение ребенка должно соответствовать определенным требованиям.

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

- Фронтальные подушки безопасности;

- Боковые подушки безопасности;

- Головные подушки безопасности;

- Коленные подушки безопасности;

- Центральная подушка безопасности.

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

Боковые подушки безопасности призваны снизить риск травмирования таза, грудной клетки и брюшной полости при аварии Самые качественные боковые подушки безопасности имеют двухкамерное конструкцию.

Головные подушки безопасности (другое название - «шторки» безопасности) служат, как следует из названия, для защиты головы при боковом столкновении.

Коленная подушка безопасности защищает колени и голени водителя от травм. В 2009 году Toyota предложила центральную подушку безопасности, которая призвана снизить тяжесть вторичных повреждений пассажиров при боковом столкновении. Располагается в подлокотнике переднего ряда сидений или центральной части спинки задних сидений.

Устройство подушки безопасности. В состав подушки безопасности входят эластичная оболочка, наполняется газом, газогенератор и система управления.

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

Твердотопливный газогенератор состоит из корпуса, пиропатрона и заряда твердого топлива. Заряд представляет собой смесь оксида натрия, нитрата калия и диоксида кремния. Воспламенение топлива происходит от пиропатрона и сопровождается образованием газа азота, который раздувает оболочку подушки.

Активация подушек безопасности происходит при ударе через 3 миллисекунды после срабатывания датчика удара. На протяжении 20-40 мс подушка полностью раздувается, а через 100 мс происходит вздутие подушки. В зависимости от направления удара активируются только определенные подушки безопасности. Если сила удара превышает заданный уровень, датчики удара передают сигнал в блок управления. После обработки сигналов всех датчиков блок управления определяет необходимость и время срабатывания определенных подушек безопасности и других компонентов системы пассивной безопасности. Соответственно условия срабатывания различных подушек безопасности различны. Например, фронтальные подушки безопасности срабатывают при следующих условиях: превышение силы лобового удара заданной величины; наезд на твердый прочный предмет (бордюр, край тротуара, стенка ямы) жесткое приземление после прыжка; падение автомобиля; косой удар в переднюю часть автомобиля. Фронтальные подушки безопасности не срабатывают при ударе автомобиля сзади, боковом ударе, опрокидывании автомобиля. Срабатывают все подушки безопасности при возгорании автомобиля.

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

Подголовник. Подголовник - защитное средство, встроенный в верхнюю часть сиденья, есть мерой упором для затылочной части головы водителя или пассажира автомобиля. Подголовники конструируются или как часть удлиненных спинок сидений, или являются отдельными регулируемыми подушечками над сиденьями. Подголовники устанавливаются с целью ослабить эффект неконтролируемого движения головы, особенно назад, в результате ДТП из-за наезда другого транспортного средства сзади. Очень большую роль при защите шейных позвонков при аварии играет правильность установки и регулировки подголовника. Существенным недостатком неподвижных подголовников е необходимость их регулирования по высоте.

Активные подголовники оборудованы специальным подвижным рычагом, спрятанным в спинке кресла. При заднем ударе автомобиля спина водителя по инерции от толчка вдавливается в кресло и нажимает на нижний конец рычага. Механизм, срабатывает, приближает подголовник к голове водителя еще до ее опрокидывания, за счет чего уменьшает силу удара. Активные подголовники эффективны при столкновениях на малых и средних скоростях движения, когда чаще всего случаются травмы и только при определенном вида наезда сзади. После столкновения подголовники возвращаются в исходное положение. Активные подголовники должны быть всегда правильно отрегулированы [4]. Реализация электрического привода активного подголовника предполагает наличие электронной системы управления. В состав системы управления входят датчики удара, блок управления и собственно механизм привода. Основу механизма составляет пиропатрон с электрическим воспламенением.

При фронтальном ударе в зависимости от его силы могут сработать: натягиваемый ремней безопасности, фронтальные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности.

При фронтально-диагональном ударе в зависимости от его силы и угла столкновения могут сработать: натягиваемый ремней безопасности; фронтальные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие (правые или левые) боковые подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; фронтальные подушки безопасности, соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности.

При боковом ударе в зависимости от силы удара могут сработать: соответствующие боковые подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности.

При ударе сзади в зависимости от силы удара могут сработать: натягиваемый ремней безопасности; размыкатель аккумуляторной батареи; активные подголовники.

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

Система защиты пешеходов предназначена для уменьшения последствий столкновения пешехода с автомобилем при дорожно-транспортном происшествии. Системы производятся рядом компаний и с 2011 года устанавливается на серийные легковые автомобили европейских производителей. Указанные системы имеют схожую конструкцию (рис. 6.11).

Схема системы защиты пешеходов

Рисунок 6.11 - Схема системы защиты пешеходов

Как всякая электронная система, система защиты пешеходов включает следующие конструктивные элементы:

- Входные датчики;

- Блок управления;

- Исполнительные устройства.

В качестве входных датчиков используются датчики ускорения (Remote Acceleration Sensor, RAS). 2-3 таких датчика устанавливаются в переднем бампере. Дополнительно может устанавливаться контактный датчик.

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

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

Кроме представленной системы на автомобилях для защиты пешеходов используются такие конструктивные решения, как "мягкий" капот; бескаркасные щетки; мягкий бампер; наклонный наклон капота и ветрового стекла. Компания Volvo предлагает с 2012 года на своих автомобилях подушку безопасности для пешеходов.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее