Кузов автомобиля оборудуется элементами системы пассивной безопасности, которая представляет собой совокупность конструктивных элементов, применяемых для защиты пассажиров от травм при аварии. Эта система представляет конструктивные и эксплуатационные свойства автомобиля, направленных на снижение тяжести дорожно-транспортного происшествия. Большинство систем пассивной безопасности срабатывают во время столкновения, когда активные системы безопасности не смогли помочь водителю предотвратить или избежать столкновения. Система должна обеспечивать защиту не только пассажиров и конкретного автомобиля, но и других участников дорожного движения.
Важнейшими компонентами системы пассивной безопасности современных ТС являются:
- безопасный, устойчивый к деформации кузов с крышей соответствующей прочности и зонами деформации в передней, задней и боковой частях автомобиля (они защищают пассажиров путём целенаправленного поглощения энергии столкновения);
- система защиты при опрокидывании на кабриолете;
- система ремней безопасности с натяжителями, включая систему безопасности детей (ISOFIX);
- система подушек безопасности (передние, боковые, коленные и головные (занавески));
- активные подголовники;
- травмобезопасная рулевая колонка;
- травмобезопасный узел педалей;
- безопасные стёкла;
- аварийный выключатель АКБ;
- система защиты пешеходов и велосипедистов;
- подушка безопасности для пешеходов;
- система защиты при съезде с дороги;
- системы экстренного и аварийного вызовов и др.
Компоненты системы безопасности, размещенные на современном ТС, показанные на рис. 2.49.
1 – аварийный выключатель АКБ; 2 – безопасный самооткрывающийся при столкновении капот; 3 – подушка безопасности переднего пассажира; 4 – боковая подушка безопасности переднего пассажира; 5 – боковая подушка безопасности переднего пассажира; 6 – активные подголовники; 7 – задняя правая подушка безопасности; 8 – левая головная подушка безопасности; 9 – левая задняя подушка безопасности; 10 – датчик удара задней подушки безопасности со стороны водителя; 11 – натяжитель ремня безопасности; 12 – боковая подушка безопасности водителя; 13 – датчик удара боковой подушки безопасности водителя; 14 – подушка безопасности водителя; 15 – коленная подушка безопасности; 16 – блок управления подушек безопасности; 17 – датчик удара фронтальной подушки безопасности водителя; 18 – датчик срабатывания пиропатрона капота; 19 – датчик удара фронтальной подушки безопасности переднего пассажира
В зависимости от типа и класса ТС применяются различные сочетания компонентов системы пассивной безопасности.
Рассмотрим наиболее важный элемент пассивной безопасности – фронтальные подушки безопасности водителя и переднего пассажира. Фронтальная подушка безопасности водителя располагается в рулевом колесе (рис. 2.50), переднего пассажира — в верхней правой части передней панели.
1 – подушка безопасности; 2 – пиропатрон
Основными элементами системы управления подушками безопасности являются набор датчиков (3…5) удара, пиропатроны газогенератора (источник энергии), подушки безопасности для водителя, устройство электронного контроля и управления, контрольную лампу на приборной панели.
В газогенераторе, называемом часто (таблеткой) диаметром 10 см и толщиной 1 см, используются кристаллы твердого топлива, при сгорании которого выделяется газ, заполняющий, а точнее, надувающий подушку. Топливом обычно выступает ядовитый азид натрия (NaN3), 45% массы которого при сгорании превращается в чистый азот, а остальное – в углекислый газ (СО2), окись углерода (СО), воду (Н2О) и твердые частицы. Электрический импульс поджигает пиропатрон или плавит проволоку и кристаллы превращаются в газ. Сигналом для срабатывания пиропатрона служит электрический импульс от датчиков удара (ускорения или давления), поступающих напрямую или через электронный блок. Хотя процесс сгорания и происходит быстро, он не носит взрывного характера. Сгорание происходит в 3 этапа: поджигание, возгорание для запала и горение рабочего заряда. В очень короткое время система развивает мощность до 60 кВт, но взрыва не происходит. Сгорание топлива и наполнение подушки объемом приблизительно 50…60 л для водителя длится 30…35 мс, подушка безопасности для пассажира объемом приблизительно 100…140 л устанавливается в зоне перчаточного отсека и наполняется приблизительно за 50 мс. Это время меньше времени моргания глаза, которое составляет 100 миллисекунд.
Для предотвращения травм от надувания подушки движущей со скоростью 200…300 км/час навстречу грудной клетке, современные подушки надуваются в два этапа: сначала примерно на 70 %, а при соприкосновении с телом полностью, для этого применяются двухступенчатые газогенераторы (рис. 2.51).
Благодаря радиальному распрямлению воздушного мешка и последовательному воспламенению зарядов в таких газогенераторах существенно снижается нагрузка, которая действует на водителя при аварии. В зависимости от тяжести и вида аварии промежуток между срабатываниями обоих пиропатронов может составлять примерно от 5 мсек. до 50 мсек. Срабатывают всегда оба заряда, для исключения случаев, когда после раскрытия подушки безопасности остается еще один не сработавший пиропатрон.
При аварии блок управления подушками безопасности дает команду на воспламенение первого заряда. Образующееся давление ускоряет поршень, который открывает газовый баллон. Выделяющийся газ наполняет и раскрывает подушку безопасности. В результате сгорания второго заряда в воздушный мешок поступает дополнительное количество газа.
1,4 – первый заряд; 2 – корпус; 3 – металлический фильтр; 5 – второй заряд; 6 – второй пиропатрон; 7 – первый пиропатрон; 8 – поджигающий заряд; 9 – отверстие; 10 – выход газа к подушке безопасности; 11 – активирование первого пиропатрона; 12 – активирование второго пиропатрона; а – исходное состояние пиропатрона; б – первый этап срабатывания; в – второй этап срабатывания
Особенностями пассивной безопасности легковых автомобилей с кузовом кабриолет, у которого отсутствует крыша, является защита пассажиров при опрокидывании автомобиля. В таких автомобилях усилены стойки и двери. Кроме того, за подголовниками задних сидений расположено по одному активному элементу безопасности. Вместе с усиленными стойками активные элементы обеспечивают защиту пространства для выживания при опрокидывании автомобиля (рис. 2.52).
1 – элемент безопасности в исходном положении; 2 – элемент безопасности после срабатывания
В состоянии покоя электромагниты элемента безопасности обесточены и удерживают элементы с помощью фиксирующей планки во вдвинутом положении. Если блок управления подушек безопасности распознаёт столкновение или угрозу опрокидывания автомобиля, на электромагниты подаётся напряжение и они освобождают элементы безопасности. Находящиеся в сжатом состоянии пружины распрямляются и выдвигают элементы безопасности за 0,25 с.
Выдвинутые элементы безопасности можно разблокировать механически и вновь вернуть в исходное положение.
Защита при опрокидывании автомобиля срабатывает при помощи блока управления подушек безопасности при сильных лобовых, боковых и задних столкновениях, при опрокидывании автомобиля или при предельном боковом крене.
В последнее время стали уделять все больше внимания безопасности пешеходов. Ведущие производители автомобилей справились с задачей и теперь при прохождении испытаний в независимых организациях эти автомобили стабильно зарабатывают за безопасность пешеходов максимальный балл.
Система защиты пешеходов предназначена для уменьшения последствий столкновения пешехода с автомобилем при дорожно-транспортном происшествии. Снижение риска травматизма пешеходов или велосипедистов достигается путем применения соответствующих конструктивных технологий, а именно: достаточное расстояние до жестких частей двигателя в подкапотном пространстве; оптимизация шарниров и внутренней поверхности капота; снижение вероятности травмирования ног пешеходов с применением деформирующих элементов, поперечин, рамок радиаторов и др. (рис. 2.53).
1 – деформирующийся элемент; 2 – поперечина для защиты пешеходов; 3 – рамка радиатора
Многие производители применяют системы направленных на снижение нагрузок, действующих на пешехода при контакте с автомобилем. Последствия травам при наезде на пешеходов обеспечивают «мягкий» бампер и «подпрыгивающий» капот (рис. 2.54).
Принцип работы системы защиты пешеходов основан на открытии капота при столкновении автомобиля с пешеходом, чем достигается увеличение пространства между капотом и частями двигателя и соответственно уменьшение травмирования человека. Такая система предусматривает датчики касания пешехода, проложенный в передней части автомобиля. При наезде характер деформации датчика используется для выявления наезда на человека, чтобы избежать ложного срабатывания системы. Если при движении со скоростью от 25 до 55 км/ч будет распознан соответствующий контакт с пешеходом, блок управления подушек безопасности активирует оба инициирующих устройства системы защиты пешеходов 1 (рис. 2.55), состоящих из системы шарниров и цилиндров с пиротехническими зарядами. При воспламенении зарядов давление образующегося газа сдвигает поршни в цилиндрах системы защиты пешеходов. Срезные штифты разрушаются, и в соответствии с кинематической схемой шарниров капот в задней части приподнимается примерно на 40 мм. Одновременно, вследствие направляемой кулисой скобы замка, капот смещается назад примерно на 33 мм.
1 – инициирующее устройство системы защиты пешеходов; 2 – цилиндр с пиропатроном системы защиты пешеходов; 3 – срезной штифт
По сути, поднятый капот выступает в качестве подушки безопасности.
Система может работать как с собственным электронным блоком управления, так и с блоком управления системы пассивной безопасности. Предпочтительным является использование блока управления системы пассивной безопасности, реализуемое с помощью интегрированного программного обеспечения. Этим достигается повышение эффективности всей системы пассивной безопасности.
Дальнейшим развитием системы защиты пешеходов является подушка безопасности для пешехода. Подушка безопасности надувается снаружи автомобиля и закрывает нижнюю часть ветрового стекла и боковые стойки (рис. 2.56).
Система срабатывания подушки имеет в решетке радиатора датчик, камеру, находящуюся на лобовом стекле за салонным зеркалом заднего вида, и компьютер, который анализирует полученные данные. Датчик определяет наличие препятствия на пути, будь то пешеход (система распознаёт пешеходов ростом от 80 см) или другой автомобиль, а также определить расстояние до него. Камера уточняет, что же все-таки находится перед автомобилем — пешеход или машина. Компьютер рассчитывает примерную траекторию движения пешехода.
Система с подушкой безопасности для пешеходов состоит из следующих конструктивных элементов: датчиков столкновения, блока управления (модуль защиты пешехода), механизмов освобождения шарнира капота и собственно подушки безопасности.
В системе пешеходной подушки безопасности используется семь датчиков столкновения (датчиков ускорения), которые устанавливаются в переднем бампере автомобиля. Сигналы от датчиков столкновения постоянно поступают в модуль защиты пешехода. В случае столкновения с пешеходом, блок управления определяет степени тяжести столкновения и при необходимости активирует исполнительные устройства системы – механизмы освобождения шарнира капота и подушку безопасности.
В экстренной ситуации водитель сначала получает звуковое и световое предупреждение. Если столкновение неизбежно система активирует тормоза в попытке полностью остановить автомобиль. На более высоких скоростях задача системы — максимально снизить скорость и последствия для пешехода.
Подушка безопасности для пешеходов располагается под капотом, между ним и лобовым стеклом. Подушка безопасности традиционно состоит из тканевой оболочки и газогенератора. Для мгновенного заполнения устройства используется балонный газогенератор. При срабатывании подушка безопасности поднимает освобожденный от крепления капот на 10 см, чем создаются дополнительные условия для защиты пешеходов – увеличивается расстояние между капотом и частями.
Контрольные вопросы к подразделу 2.7
1. Назовите меры пассивной безопасности кузова.