Устройство и принцип работы системы пассивной безопасности SRS

Автомобиль – это не только привычное средство передвижения, но и источник опасности. Постоянно увеличивающееся число транспортных средств на дорогах России и мира, растущие скорости движения неизбежно приводят к росту числа ДТП. Поэтому задача конструкторов заключается в том, чтобы разработать не только комфортный, но и безопасный автомобиль. Решить эту задачу помогает система пассивной безопасности.

Что включает в себя система пассивной безопасности

Система пассивной безопасности автомобиля включает в себя все устройства и механизмы, предназначенные для защиты водителя и пассажиров от получения тяжелых травм в момент аварии.

К основным компонентам системы относятся:

• ремни безопасности с натяжителями и ограничителями;
• подушки безопасности;
• безопасная конструкция кузова;
• детские удерживающие устройства;
• аварийный размыкатель аккумуляторной батареи; ;
• система экстренного вызова;
• другие менее распространенные устройства (например, система защиты при опрокидывании на кабриолете).

В современных автомобилях все элементы SRS взаимосвязаны между собой и имеют общее электронное управление, обеспечивающее эффективность работы большинства компонентов.

Однако, основными элементами защиты в момент аварии в автомобиле остаются ремни и подушки безопасности. Они являются частью системы SRS (Supplemental Restraint System), которая также включает в себя еще множество механизмов и устройств.

Эволюция устройств пассивной безопасности

Самым первым устройством, созданным для обеспечения пассивной безопасности человека в автомобиле, стал ремень безопасности, впервые запатентованный еще в 1903 году. Однако массово устанавливать ремни в автомобили начали только во второй половине ХХ века – в 1957 году. В то время устройства устанавливались на передние сиденья и фиксировали водителя и пассажира в области таза (двухточечный).

Трехточечный ремень безопасности был запатентован в 1958 году. Спустя еще один год устройство начали устанавливать на серийных автомобилях.

В 1980 году конструкция ремней была значительно усовершенствована с помощью установки натяжителя, обеспечивающего наиболее плотное прилегание ленты в момент столкновения.

Подушки безопасности (airbags) появились в автомобилях значительно позже. Несмотря на то, что первый патент на подобное устройство был выдан в 1953 году, оснащать подушками серийные автомобили начали лишь в 1980 году в США. Сначала airbags устанавливались только для водителя, а позже – и для переднего пассажира. В 1994 году в транспортных средствах впервые появились подушки для защиты при боковом ударе.

Сегодня ремни и подушки безопасности обеспечивают основную защиту людей, находящихся в автомобиле. Однако следует помнить, что они эффективны только при условии пристегнутого ремня. В противном случае сработавшие подушки могут нанести дополнительные травмы.

Типы ударов

Согласно данным статистики, более половины (51,1%) серьезных аварий с пострадавшими сопровождаются фронтальным ударом в переднюю часть автомобиля. На втором месте по частоте – боковые удары (32%). Наконец, небольшое число аварий происходит в результате удара в заднюю часть автомобиля (14,1%) или опрокидывания (2,8%).

В зависимости от направления удара, система SRS определяет, какие именно устройства должны быть задействованы.

• При фронтальном ударе срабатывают натяжители ремня безопасности, а также фронтальные подушки безопасности водителя и пассажира (если удар не сильный, система SRS может не задействовать airbag).
• При фронтально-диагональном ударе могут быть задействованы только натяжители ремня. Если удар более сильный, потребуется задействовать передние и/или головные и боковые подушки безопасности.
• При боковом ударе могут сработать головные и боковые подушки безопасности, а также натяжители ремня с той стороны, на которую пришелся удар.
• Если удар произошел в заднюю часть автомобиля, то может сработать натяжитель ремня безопасности и размыкатель АКБ.

Логика срабатывания элементов пассивной безопасности автомобиля зависит от конкретных обстоятельств аварии (силы и направления удара, скорости в момент столкновения и т.д.), а также от марки и модели автомобиля.

Временная диаграмма столкновения

Столкновение автомобилей происходит в одно мгновение. Например, машина, ехавшая со скоростью 56 км/ч и столкнувшаяся с неподвижным препятствием, полностью останавливается в течение 150 миллисекунд. Для сравнения, за это же время человек может успеть моргнуть глазами. Не удивительно, что ни водитель, ни пассажиры не успеют принять каких-либо действий для обеспечения собственной безопасности в момент удара. Это должна сделать за них система SRS. Она активирует натяжитель ремня безопасности и систему подушек.

При ударе сбоку, боковые подушки безопасности открываются еще быстрее – не более чем за 15 мс. Зона между деформированной поверхностью и телом человека совсем небольшая, поэтому удар водителя или пассажира о кузов автомобиля произойдет за меньший промежуток времени.

Чтобы обезопасить человека от повторного удара (например, при опрокидывании автомобиля или съезде в кювет), боковые подушки остаются наполненными в течение более длительного промежутка времени.

Датчики удара

Работоспособность всей системы обеспечивается благодаря датчикам удара. Эти устройства определяют, что произошло столкновение, и посылают соответствующий сигнал в блок управления, который, в свою очередь, активирует подушки безопасности.

Изначально в автомобилях устанавливались только датчики фронтального удара. Однако по мере того, как транспортные средства стали комплектовать дополнительными подушками, количество датчиков также было увеличено.

Главная задача датчиков – определить направление и силу удара. Благодаря данным устройствам при ДТП сработают только нужные подушки безопасности, а не все, что имеются в автомобиле.

Традиционными являются датчики электромеханического типа. Их конструкция проста, но надежна. Главные элементы – шарик и металлическая пружина. Благодаря инерции, возникающей при ударе, шарик распрямляет пружину, замыкая контакты, после чего датчик удара посылает импульс на блок управления.

Повышенная жесткость пружины не позволяет механизму срабатывать при резком торможении или несильном ударе о препятствие. Если автомобиль движется на небольшой скорости (до 20 км/ч), то силы инерции также не хватит для того, чтобы воздействовать на пружину.

Вместо электромеханических датчиков во многих современных автомобилях устанавливаются электронные устройства – датчики ускорения.

В упрощенном представлении датчик ускорения устроен как конденсатор. Некоторые из его пластин жестко закреплены, а другие являются подвижными и работают как сейсмическая масса. При столкновении данная масса перемещается, изменяя емкость конденсатора. Информацию об этом расшифровывает система обработки данных, посылая полученные данные в блок управления подушками безопасности.

Датчики ускорения можно разделить на два основных вида: емкостный и пьезоэлектрический. Каждый из них состоит из чувствительного элемента и электронной системы обработки данных, находящихся в одном корпусе.

Основу системы пассивной безопасности автомобиля составляют устройства, успешно демонстрирующие свою эффективность на протяжении многих лет. Благодаря постоянной работе инженеров и конструкторов, совершенствующих системы безопасности, автомобилистам и пассажирам удается избежать тяжелых травм в момент аварии.

Пассивная безопасность. Небольшой ликбез

В любой автомобильной тусовке рано или поздно начинается разговор об авариях, повреждениях машин и пассивной безопасности. И, как водится, каждый кулик хвалит свое болото.

— Владельцы новых машин хвалятся «звездами» краш-тестов
— Владельцы старых больших/рамных автомобилей хвастают своими «танками» и говорят, что «теперь так не делают, нынешние все из фольги».
— Владельцы маленьких и не очень новых автомобилей замечают, что перед КАМАЗом все равны и вообще, кому на роду суждено утонуть — тот не разобьется.

Кто из них прав? А все. Все правы и все неправы.

Поскольку жить хочется, я в свое время много читал по вопросу пассивной безопасности. И хочу поделиться своими выводами.

1. Любое столкновение индивидуально. Поэтому пример конкретного ДТП — не основание делать глобальные выводы. Я знаю, например, столкновение свежего «Цивика» с 21099, в котором водитель «Хонды» погиб, а водитель «Лады» не получил ни царапины. Что же, «зубило» безопаснее японки? Да если бы! Просто в данном конкретном ДТП несколько факторов сошлось так, что получилось то, что получилось. В каждом конкретном ДТП все зависит от десятков, если не сотен конкретных обстоятельств. Скорость, траектория, место удара… Пассивная безопасность машины — лишь один из факторов, хотя и весомый.

2. Краш-тесты — показатель, к которому надо относиться очень осторожно. Тест по EuroNCAP и его производные представляют собой столкновение со сминаемым препятствием — то есть имитирует столкновение с таким же автомобилем. Соответственно, пять звезд какой-нибудь микролитражки сработают в том случае, если она столкнется с такой же микролитражкой. А дальше работает теория вероятности: в каком случае у Вас выше шанс попасть в ДТП с автомобилем тяжелее и больше Вашего — если Ваша машина весит одну тонну или две с половиной? Несколько лет назад проводили тест «Седаны против компактов», где машины С-класса вдребезги разносили микролитражки, невзирая ни на какие звезды. Кроме того, известно, что многие производители рассчитывают пассивную безопасность своих машин под условия конкретных тестов, известные заранее. Если реальное столкновение не соответствует условиям теста (а оно, как правило, не соответствует), пассивная безопасность может неприятным образом отличаться от красивой картинки в рекламном видео.

3. Несмотря на то, что старые машины делались «как танки», а современные производители экономят на металле и мухлюют с данными краш-тестов, при прочих равных новая машина безопаснее старой. Потому что у нее есть и подушки, и спроектированные зоны деформации, и прочие вещи, которые призваны спасти жизнь и здоровье водителя и пассажиров. Потому что старая машина с высокой степенью вероятности была бита, и ее кузов после этого восстанавливался явно не до заводских параметров. Потому что усталость металла и коррозия не всегда заметны глазу, но нередко присутствуют, и вполне приличный внешне автомобиль может сложиться, как карточный домик. Это неприятная правда для поклонников старых машин (к которым отношусь и я), но это правда, нравится она нам или нет.

Какой можно сделать вывод из всего этого? Самый общий — при прочих равных большая и новая машина безопаснее, чем маленькая и старая. А дальше начинаются нюансы, и нет им числа. Поэтому — будьте осторожны за рулем и не рискуйте понапрасну. Вы нужны Вашим родным и близким.

Пассивная безопасность — что это?

Авария — штука всегда неприятная. Но современные автомобили имеют целый арсенал средств, которые не дадут ей стать трагедией.

Автомобильная безопасность условно делится на два вида — активную и пассивную. Активная безопасность — это системы и устройства машины, которые позволяют ей избежать столкновения. А пассивная — это возможности автомобиля сохранить жизнь и здоровье пассажиров, если нештатная ситуация произошла. В арсенале любого современного авто есть целый ряд средств для смягчения последствий аварии: ремни, подушки, деформируемые зоны.

Что случается с автомобилем и его пассажирами при лобовом ударе? Автомобиль мнётся и останавливается, а пассажиры по инерции продолжают «лететь» вперёд, навстречу рулю, торпеде и лобовому стеклу. Казалось бы, места в салоне машины немного, сильно разогнаться (и, значит, стукнуться) не получится. Если бы. Ведь ускорение достигает десятков g, и такой удар может быть равносилен прыжку с многоэтажки.

Чтобы живые остались в живых и не покалечились во время серьёзной аварии, их скорость при столкновении нужно погасить как можно плавнее (недаром, прыгающим с высоты подстилают многоярусные маты). Причём скорость гасить нужно так, чтобы внутри автомобиля оставалось достаточно жизненного пространства. А вот это уже задача, которая предъявляет к силовой структуре автомобиля взаимоисключающие требования.

Получается, что кузов должен быть и жёстким, и податливым одновременно. Так вот, жёстким делают каркас «жилой» зоны, в которой находятся водитель и пассажиры — при ударе она деформируется в последнюю очередь. Силовая «клетка» салона сделана из сверхпрочной стали, в дверях есть мощные брусья, не дающие им сминаться. А относительно податливыми изготавливают специальные зоны, за счёт деформации которых и будет гаситься скорость. Моторный отсек и багажник как раз являются так называемыми зонами запрограммированной деформации. Так автомобили делают сравнительно недавно. Раньше же никто об этом не задумывался, и машины сминались равномерно — страдал и кузов, и салон. А у современных автомобилей, попавших в аварию, как правило, можно увидеть, что передок разбит всмятку, а салон цел.

Кузов автомобиля разрабатывается таким образом, чтобы при ударе передняя и задняя части, сминаясь, гасили энергию удара, а жёсткая «клетка» салона оставалась невредимой.

Кстати, большую проблему при лобовом столкновении может представлять двигатель. Поэтому, чтобы при столкновении он не влетал в салон (что не сулит ничего хорошего), его опоры и моторный щит делают так, чтобы он смещался как можно ниже или вообще выпадал вниз, не нанося салону никакого вреда.

При ударе важно, как поведут себя окружающие водителя части машины. Травмобезопасная энергопоглощающая складывающаяся рулевая колонка и ломающийся кронштейн педального узла сохранили немало рук и ног.

Не менее страшен и удар сзади. В этом случае у пассажиров есть опасность повреждения шеи. Чтобы этого избежать, человечество придумало подголовники, а затем — и активные подголовники. Первые просто удерживают голову, не давая ей слишком сильно запрокинуться назад. А вторые сами, как только произошла авария, «прыгают» вперёд, обеспечивая мгновенную опору голове и вообще не давая ей смещаться.

Выстреливающие дуги в кабриолетах. Здесь первопроходцем стал Mercedes-Benz. Именно он впервые применил поднимающуюся при опрокидывании дугу для защиты пассажиров. Saab и ряд других производителей подхватили эту идею.

Но это полдела. Чтобы люди получили наименьшие увечья, их во время аварии нужно удерживать совершенно особым способом.

Способы нам всем известны с пелёнок, но менее значимыми от этого они не становятся. Это устройства, системы и конструкции, которые преследуют всего лишь одну цель — вовремя «поймать» человека и как можно бережнее и плавнее погасить его скорость. Конечно, лучше остальных на этом поприще себя проявил бы большой батут. Он способен наиболее безвредно погасить энергию и скорость падающего на него предмета. Ведь он мягкий. Жаль, что места для батутов и многоярусных матов в автомобиле нет. Зато нашлось место для ремней и подушек безопасности.

Ремень безопасно гасит удар, поскольку площадь его взаимодействия с телом относительно велика и удерживает человека на месте, не давая ему удариться и вылететь из салона.

Ремни перекочевали в автомобиль, как и множество других полезных решений, из авиации. Поначалу на автомобили ставились ремни с двухточечным креплением, которые «держали» седоков за живот или грудь. Не прошло и полувека, как инженеры смекнули, что многоточечная конструкция гораздо лучше, потому что при аварии позволяет распределить давление ремня на поверхность тела более равномерно и значительно снизить риск травмирования позвоночника и внутренних органов. В автоспорте, например, применяются четырёх-, пяти- и даже шеститочечные ремни безопасности — они держат человека в кресле «намертво». Но на «гражданке» своей простоты и удобства прижились трёхточечные.

Как говорится, почувствуйте разницу. Ремень с двухточечным креплением (слева) более травмоопасен для органов брюшной полости и позвоночника.

Чтобы ремень нормально отработал своё предназначение, он должен плотно прилегать к телу. Раньше ремни приходилось регулировать, подгонять по фигуре. С появлением инерционных ремней необходимость «ручной регулировки» отпала — в нормальном состоянии катушка свободно крутится, и ремень может обхватить пассажира любой комплекции, он не сковывает действия и каждый раз, когда пассажир захочет сменить положение тела, ремешок всегда плотно прилегает к телу. Но в тот момент, когда наступит «форс-мажор» — инерционная катушка тут же зафиксирует ремень. Кроме того, на современных машинах в ремнях применяются пиропатроны. Небольшие заряды взрывчатки детонируют, дёргают ремень, и тот прижимает пассажира к спинке кресла, не давая ему удариться.

Преднатяжители значительно повышают эффективность пристёгивания. С их помощью ремень плотно прижимает седока к спинке кресла, независимо от того, в какой позе находится последний. Пиротехнические преднатяжители срабатывают только во время столкновения по команде датчика удара; электрические работают на опережение и натягивают ремень в тот момент, когда электроника зафиксируют критические ускорения, например, при заносе или экстренном торможении.

Ремни безопасности — это одно из самых действенных средств защиты при аварии. И хотя им сто лет в обед, их конструкция постоянно изменяется и улучшается. Вторым по значимости после ремней изобретением можно, пожалуй, назвать подушки безопасности.

Прообраз современной подушки был запатентован ещё в 1953 году. Нужно ли говорить, что на тот момент идея надувать сложенные мешки во время аварии была более чем смелой? Самые дерзкие из разработчиков ухватились за неё, но потерпели фиаско — необходимых технологий для реализации на тот момент просто не было.

Работа подушки безопасности без ремня, как и ремня без подушки, — эффективна только наполовину. Эти средства друг друга дополняют, но взаимозаменяемыми быть не могут.

Изначально вариантов наполнения колокола подушки было несколько. Например, некоторые инженеры предлагали закачивать в колокол газ, который хранился бы под высоким давлением в баллоне. Но принцип пиротехнического наполнения подушки перевесил. Именно он позволил надувать её мгновенно — всего за тысячных доли секунды. И пока инженеры нашли необходимое горючее, которое при небольших размерах заряда срабатывало как надо, они многое перепробовали, в том числе и ракетное топливо. Сегодня в подушках в качестве пиропатрона используются компактные и лёгкие «таблетки» из кристаллического вещества — азида натрия (NaN₃). Если соединение при помощи электрического тока нагреть до температуры выше 330°C, оно начнёт разлагаться на азот и натрий со скоростью, которая позволяет наполнять колокол подушки и доводить давление газов в нём до рабочей величины всего за секунды.

Особые требования к боковым подушкам предъявляются на открытых автомобилях. Отсутствие жёсткой крыши и стоек заставляет монтировать их в верхней части дверей и делать более прочными.

Срабатывание подушки опасно резким скачком давления, который может привести к травмированию барабанных перепонок и контузии. Ведь раскрытие колокола (иногда одновременно нескольких) происходит в небольшом замкнутом пространстве автомобильного салона. Подходов к решению этой проблемы несколько. Например, скорость вылета подушки снижают до определённого предела, чтобы хоть часть вытесняемого воздуха смогла стравиться через неплотности салона. Второй, достаточно действенный способ, — применение подушек относительно небольшого объёма. Но в некоторых случаях проблем с барабанными перепонками и контузией не избежать, всё зависит от индивидуальных особенностей человека и размера машины.

Первые подушки, кстати, появились не на машинах Mercedes-Benz, как считают многие, а на «американцах». В середине годов концерны Ford и General Motors построили более 12 тысяч машин, оборудованных . Причём тогда американцы делали подушки, которые заменяли ремни безопасности. Но подушка, раскрываясь, «летит» навстречу человеку со скоростью км/ч… И если он не пристёгнут, вред она может причинить просто огромный. Не раз фиксировались случаи перелома шейных позвонков, причиной которых была именно подушка безопасности. Вот и отказались американцы от подушек-заменителей ремней безопасности.

Возродили подушки безопасности инженеры отдела пассивной безопасности Mercedes-Benz. И надо сказать, они, не без участия специалистов компании Bosch, одни из первых довели подушки до ума. Путь был сложен и тернист, но именно Mercedes-Benz в 1980 году поставил подушки безопасности на поток и стал оснащать ими свой . Они поняли, что подушки надо делать так, чтобы они работали в паре с ремнями безопасности, а не заменяли их. И тогда всё стало на свои места, подушки начали работать с поразительной эффективностью. Кстати, до сих пор во многих автомобилях, если человек не пристёгнут, подушки безопасности просто не сработают — опасно!

Несмотря на большой прорыв в сфере «надувной» защиты, сказать, что подушки находятся на пике развития нельзя. В скором времени подушки наделят способностью раскрываться не после аварии, а за мгновения до нее, тогда пневмоудар удастся сделать несколько мягче. Сейчас электроника умеет определять наличие пассажира в кресле, но в планах разработчиков научить систему безопасности распознавать индивидуальные данные человека (вес, рост), который в момент аварии сидит в кресле. Именно тогда подушка сможет сработать максимально эффективно.

Системы «надувной» защиты уже давно не ограничиваются фронтальными подушками. Конструкторы разработали аналогичные системы для защиты человека при боковом ударе. В базовое оснащение многих современных авто уже входят боковые подушки, вмонтированные в спинки передних сидений, а также надувные «занавески», которые размещаются в рёбрах крыши. Первые защищают тело пассажира при боковом ударе, а вторые — голову. В отличие от фронтальных подушек, которые сдуваются практически сразу после срабатывания, занавески могут сохранять давление в течение нескольких секунд, то есть до тех пор, пока опасная ситуация не минует. А при опрокидывании автомобиля они не дадут непристёгнутым пассажирам вылететь из салона.

В борьбе за безопасность «надувные технологии» вышли за пределы автомобильного салона. В случае наезда внешние подушки раскрываются в местах наиболее вероятного контакта человека с автомобилем (перед бампером, у кромки капота). Кстати, капоты тоже проектируют специальным образом, снабжают их пиротехникой для того, чтобы они смогли максимально безвредно «принять» на себя пешехода.

Часто предлагается оснащать машину дополнительными подушками для защиты коленей и ступней. Многие производители оснащают свои автомобили подушками и для задних пассажиров. Но какой бы суперсовременной и умной ни была бы электроника на вашем автомобиле, не забывайте пристегиваться во время поездки. Ведь разрабатывая все эти сверхсовременные средства защиты, инженеры компаний исходят из одного постулата — водитель и пассажиры пристёгнуты ремнём безопасности. А если это не так, то толку от всех эти штук будет немного.

Источник https://techautoport.ru/sistemy-bezopasnosti/passivnaya/sistema-srs.html

Источник https://www.drive2.ru/b/455494957990414149/

Источник https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e337d.html