Официально история подушки безопасности берет начало в середине прошлого века. Для меня же она началась с зимы двухтысячного года, когда во время тест-драйва Volvo по пути из Москвы в Питер под Новгородом в одну из наших машин, вылетев на встречную полосу, врезалась «девятка». Водитель «девятки» погиб, а водитель Volvo отделался лишь испугом. Правда, вечером жаловался на то, что от встречи с подушкой у него щеки горят. Был он за рулем одного из первых Volvo S80, который в реальной жизни подтвердил репутацию марки как одной из самых безопасных в мире.

Признаться, до того случая я не уделял особого внимания средствам пассивной безопасности. Но после все мои покупки автомобиля начинались с вопроса о наличии подушек безопасности.

Воздушная, но без воздуха

Кто же был создателем воздушной защитной системы? Патенты на первые автомобильные подушки безопасности одновременно подали в 1951 году Джон Хетрик (John W. Hetrick) в Соединенных Штатах Америки и инженер Вальтер Линдерер (Walter Linderer) в Германии. Оба изобретения основывались на использовании в подушках сжатого воздуха. При дальнейших исследованиях, правда, выяснилось, что устройства не отличаются быстродействием и не обеспечивают максимальной безопасности. Их использование признали нецелесообразным.

Оптимальным решением оказалось использование пиропатрона, выделяющего при срабатывании мощный поток газов, достаточный для практически мгновенного надувания воздушного мешка. И такую подушку, которой пользуются сегодня повсеместно все автопроизводители, запатентовал в 1963 году японский изобретатель Ясузобуро Кобори.

Примечательно, что в этой подушке воздуха не оказалось и в помине - только продукты сгорания, и не просто токсичные, но и опасные для здоровья, хотя всюду прижилось название «воздушный мешок» - именно так переводится с английского Airbag. Тогда как термин cushion - подушка, введенный Джоном Хетриком, почему-то не получил распространения в англоговорящих странах.

Первые автомобили с подушками

Прежде чем подушка добралась до автомобиля , прошло еще почти десять лет. В экспериментальном порядке Ford устанавливал эйрбэги на модель Ford Taunus 20M P7b, а вот первым серийным автомобилем с таким устройством на борту стал Oldsmobile Toronado 1973 модельного года.

Надо сказать, что клиенты встречали инновацию по-разному. Кто-то считал ее бесполезной и даже опасной. Тем более статистика GM зафиксировала случай разрыва сердца от внезапного срабатывания устройства. Кого-то, наоборот, воодушевляла идея того, что подушка может заменить ремнибезопасности , которыми американцы долгое время пренебрегали.

Первые эйрбэги в Европе внедрила в 1980 году компания Mercedes-Benz на флагманской модели S-класса в кузове W126. Фронтальные подушки защищали водителя и переднего пассажира. В середине девяностых Volvo в качестве опции предложила на своих автомобилях боковые подушки безопасности, которые располагались в боковинах передних кресел. В 1998 году Toyota начала устанавливать надувные шторки для защиты головы и верхней части туловища. Примерно в это же время корейская Kia выдвинула идею защиты подушкой коленей водителя, который при ударе мог сползти под рулевое колесо. Тойота разработала центральную подушку безопасности, выскакивающую из подлокотника, для предотвращения травм, которые могут нанести друг другу сами пассажиры при боковом ударе.

Ford пришел к выводу, что существенно обезопасит задних пассажиров, если снабдит надувными устройствами ремни безопасности. В 2011 году надувные ремни появились на модели Explorer, а еще через три года начал их опционально ставить и на Ford Fusion. Компания TRW представила в том же 2011 году потолочную подушку безопасности , но широкого применения изобретение не нашло до сих пор.

Эйрбэги выходят наружу

Постепенно защитные надувные приспособления заполнили весь салон автомобиля и теперь просятся наружу. Первой внешнюю подушку - для защиты пешехода - предложила Volvo на модели V40 в 2012 году. Сегодня ZF TRW (так называется объединенная компания после покупки немецким производителем трансмиссий ZF американского производителя эйрбэгов TRW) работает над внешней боковой подушкой безопасности, закрывающей всю боковину транспортного средства. По сути это надувной матрац, который прячется в пороге автомобиля и должен срабатывать не после столкновения, а перед ним. Работа на опережение требует серьезной программной проработки вопроса.

Внешняя подушка под лобовым стеклом для защиты головы пешехода появилась в 2012 году на автомобиле Volvo V40. Она обеспечивает полную защиту пешехода на скоростях 20–50 км/ч. Внешняя подушка под лобовым стеклом для защиты головы пешехода появилась в 2012 году на автомобиле Volvo V40. Она обеспечивает полную защиту пешехода на скоростях 20–50 км/ч.

Возможность смягчить удар воздушной подушкой привлекла к ней внимание и создателей других транспортных средств. Фирма Honda первой предложила эйрбэг для своего двухколесного флагмана - Gold Wing.

Но не все мотоциклы подходят для установки стационарных подушек. Чтобы от эйрбэга была польза, между наездником и мотоциклом должно быть пространство. Спортивные мотоциклы, на которых пилот буквально лежит на бензобаке, не позволяют использовать подушку безопасности. Так родилась идея использования надувных жилетов и шлемов.

Опасная защита

Призванная защищать, подушка с пиропатроном таит в себе и немалую опасность. Во-первых, она вылетает со скоростью от 200 до 300 км/ч (в зависимости от конструкции) и может нанести повреждение человеку, особенно если тот не пристегнут ремнем безопасности. Во-вторых, раскрытие происходит в замкнутом пространстве салона, и, чтобы избежать баротравм, нужно одновременно позаботиться об открытии стекол или другом способе разгерметизации салона. Компания Volvo предложила просто разбивать стекла - в этом случае вероятность заклинивания механизма опускания нулевая. В-третьих, азид натрия (NaN 3) - основной газообразующий компонент многих подушек безопасности - весьма токсичное вещество, в больших дозах опасное для здоровья человека. Поэтому необходимо быстрое проветривание салона сразу после срабатывания эйрбэга. В защитных системах небольшого объема, таких как мотоциклетные куртки, шлемы, используется сжатый воздух.Надувной защитный жилет может стать спасением для любого водителя двухколесного транспорта.

Надувной защитный жилет может стать спасением для любого водителя двухколесного транспорта.

Для снижения непроизвольного риска срабатывания подушек безопасности ряд компаний используют датчики давления в сиденьях: пассажир на месте - пиропатрон наготове. Аналогичным образом отключаются подушки при установке детских кресел, но в некоторых случаях их придется деактивировать вручную.

Наконец, не раскрывшаяся во время аварии подушка безопасности коварна, как неразорвавшаяся мина. Она угрожает спасателям, когда те для извлечения пострадавших специальными ножницами режут кузов. Внезапное срабатывание может привести к трагедии.

Из всего этого следует, что самым безопасным будет не заставлять подушку безопасности работать.

Какой марки было первое авто с «аэрбегами» и почему первая попытка их внедрения не увенчалась успехом? В каких случаях их действительно можно назвать спасателями жизни, а в каких они даже могут убить? Разберемся более детально во всех этих вопросах.

Небольшой экскурс в историю «аэрбегов»

Родиной подушек безопасности является США, где в середине прошлого века американец John Hendrick и немец Walter Linderer приобрели патент на свое изобретение - срабатывающий при ДТП надувной мешок. Инженеры длительное время раздумывали над созданием датчика, посылавшего сигнал в случае аварии. И в 1967 году Allen Breed представил ключевой компонент «аэрбегов» - шариковый сенсор. Свою разработку изобретатель продал Chrysler, но воспользовались идеей на серийных авто конкуренты американского концерна.

Пока компании делали робкие попытки внедрить технологию, конгрессмены приняли закон, согласно которому все автопроизводители должны были до 1973 года оборудовать свои серийные машины «аэрбегами». Хоть данный закон и был продиктован исключительно желанием политиков сделать вид, что они заботятся об избирателях, но под прессом депутатов автокомпании вынуждены были ускорить разработки.

И вот в 1971 году Ford выпускает Taunus P7, а Oldsmoblie - «двухдверку» Toronado, которые опционально могли быть оборудованы подушками безопасности в те времена позиционировавшимися как альтернатива ремням безопасности. Но американские водители не хотели платить больше только за «аэрбеги», а смертельные случаи из-за сердечных приступов, вызванных громким звуком с которым надувалась подушка, и вовсе свели спрос на разработку к нулю. В целом же на американских авто «аэрбеги» стали обязательным атрибутом лишь к 1998 году.

В Европе «первопроходцем» выступил Mercedes-Benz, представивший в 1981 году S-class в кузове W126 - первую европейскую машину с надувными мешками.

В девяностые годы длительные тесты подтвердили, что подушки безопасности, обладают высокой эффективностью, после чего они начали использоваться повсеместно. За первые 10 лет своего использования в США подушки безопасности спасли жизнь более 8 тыс. человек. В России «аэрбеги» и ныне не входят в перечень обязательной комплектации, отчасти это объясняется тем, что оборудовать ими некоторые устаревшие модели попросту нерентабельно.

Принцип работы современных подушек безопасности

Подушка безопасности представляет собой мешок из тонкой материи (преимущественно используется нейлон), нередко разделенный на камеры. Подушку пересыпают тальком или крахмалом (чтобы предотвратить слеживание) и упаковывают в небольшую капсулу.

Первоначально было ясно, что мешок должен надуваться не более чем за двадцать-пятьдесят миллисекунд. С 70-х годов ХХ ст. единственным для выполнения этого норматива средством является небольшой взрыв, приводящий к выделению нетоксичного азота, который и наполняет мешок. Взрыв обеспечивает пиропатрон, состоящий из нескольких химических элементов. Встречаются гибридные системы, в которых заряд твердого топлива представляет собой «пробку», закрывающую баллон со сжатым азотом.

В современных авто электроника получает сведения от датчиков удара и если требуется, посылает сигнал на активацию подушек. Датчиков несколько, а потому электроника может выявить, с какой стороны столкновение. Некоторые прогрессивные системы не только определяют силу удара, но также учитывают массу пассажира и с учетом этих данных регулируют объем газа и тем самым размер подушки.

Виды и расположение «аэрбегов»

Стандартно фронтальные «аэрбеги» для водителя расположены в ступице рулевого колеса, а для переднего пассажира - в панели приборов. Под рулевым колесом также может находиться коленная подушка. Расположение боковых подушек у каждой марки может различаться. В 2009 году Toyota также предложила использовать центральные «аэрбеги».

В 2006 году Honda презентовала первый мотоцикл Goldwing оснащенный интегрированной в переднюю панель подушкой безопасности. Но пока что большей популярностью пользуется костюм с подшитой на воротник капсулой с «аэрбегом».

Volvo в свою очередь побеспокоилась и о пешеходах, выпустив единственное в мире товарное авто, укомплектованное подушкой для пешеходов - V40 Cross Country. «Аэрбег» находится под капотом и в случае необходимости срабатывает, немного поднимая капот и практически полностью закрывая ветровое стекло.

Испытания подушек безопасности

Выявить недочеты в конструкции «аэрбегов» автопроизводители могут при помощи краш-тестов. Проведенные в 2012 году организацией NHTSA тесты контрафактных «аэрбегов» показали впечатляющие (со знаком минус) результаты. Дешевые, поддельные «аэрбеги» раскрываются не до конца или же взрываются.

Также в процессе других испытаний ученые выявили, что если в детском кресле на переднем сиденье располагается ребенок, то пассажирскую подушку следует отключить, в противном случае она может больно ударить малыша по лицу.

Когда подушка безопасности может стать врагом?

В начале нынешнего года исследование портала Automotive Information показало, что каждый год в США приблизительно 3,4 тыс. человек погибают из-за несработавшей подушки безопасности. Распространенными причинами произошедшего являются неисправная проводка, старость «аэрбегов», недостаток мощности и пр.

Как уже показала историческая практика, подушки не сумели заменить ремни безопасности. И все же находятся несознательные водители, предпочитающие ездить, не пристегиваясь ремнями, наивно полагая, что в случае ДТП их спасет подушка. Многие даже не догадываются, что, не пристегнувшись, водители приобретают себе смертельно опасного врага в лице «аэрбега». Все дело в том, что при ДТП подушка выстреливает со скоростью 200-300 км/ч. Если водитель или пассажир не пристегнули ремни безопасности, то они рискуют удариться лицом о еще нераскрытую подушку и сила этого столкновения больше, нежели удар о рулевое колесо или панель приборов. Расстояние между человеком и местом, откуда выстреливает подушка должно составлять не меньше 25 см, а потому пристегнутые ремни являются жизненной необходимостью.

Следует знать, что подушка - вещь исключительно одноразовая. Если она сработала, то потребуется замена всего модуля, в том числе мешка и блока наполнения. При этом замена обойдется вам в довольно круглую сумму. Так, например, стоимость модуля водительского «аэрбега» для Ford Focus второй генерации составляет 21 тыс. руб., а для Opel Astra H - 44 тыс. руб.

А потому не вызывает удивления тот факт, что когда продают пострадавшее в результате аварии авто, то вместо «аэрбегов» устанавливают внешние заглушки и делают перепрошивку блока управления, чтобы при компьютерной диагностике не выбивалась ошибка. Стопроцентно выявить срабатывала ли подушка нельзя, а потому, приобретая подержанный автомобиль, всегда обращайте внимание на другие признаки участия в ДТП, например, ржавчину, перекрашенные кузовные детали и пр.

Если в вашем авто установлены боковые подушки, то следует знать, что надетый на сиденье «неправильный» чехол может свести эффект от подушек к нулю. Необходимо использовать только чехлы, имеющие сертификат испытаний. Ведь какой смысл выкладывать немалые деньги на приобретение автомобиля с прогрессивной системой пассивной безопасности и при этом экономить на покупке аксессуаров.

За последнее тридцатилетие «аэрбеги» из экзотического аксессуара премиальных авто стали стандартным атрибутом современных машин, в т.ч. и в РФ (за редким исключением). Как «аэрбеги» будут модифицироваться со временем, можно только предполагать. Вероятнее всего, их просто ожидает более массовое использование, т.к. технология их выпуска постепенно будет удешевляться. И настанет день, когда автопроизводители будут оснащать бюджетные машины полным набором подушек в т.ч. коленной и «шторками». Не исключено, что инженеры также больше побеспокоятся о безопасности пассажиров задних рядов, а разработанная специалистами Volvo технология для защиты пешеходов начнет применяться более широко.

По статистическим данным, на фронтальное столкновение припадает порядка 50-ти процентов всех автомобильных аварий. Это свидетельствует о том, что тема подушек безопасности крайне важна. Именно поэтому сегодня мы поговорим о данном эффективном средстве защиты водителя от травм.

Подушки безопасности – лишь одно из средств для сохранения жизни и здоровья

Насколько значимы подушки безопасности?

Долгое время единственной формой защиты являлись ремни безопасности. Вокруг этого было много споров, однако, в конце концов, езда по дороге с застегнутыми ремнями безопасности стала обязательным условием во всех странах. Как показала практика, эта мера спасла жизни тысячам незадачливых водителей, которые могли бы запросто погибнуть при столкновениях.

Что же касается подушек безопасности, то они появились относительно недавно (по крайней мере, в привычном для нас виде) и представляют собой мягкие опоры, облегчающие последствия ДТП. Впервые была запатентована надувная подушка для самолетов – ее можно было приобрести еще во времена Второй мировой. А в восьмидесятом году была выпущена первая подушка для автомобилей.

Обратите внимание! Если верить исследованиям, то современные подушки безопасности уменьшают риск летального исхода при лобовом столкновении примерно на 30 процентов.

Как правило, их устанавливают на месте водителя и на переднем сидении пассажира, но в последние годы все чаще встречаются модели машин, оснащенные шестью и даже восемью подушками, которые защищают всех пассажиров салона (изделия дополнительно устанавливают в сидения и боковые двери).

Подушки безопасности – как они работают?

Итак, основная функция этих защитных средств – предотвращение непосредственного контакта водителя и пассажиров с приборной панелью, рулевым колесом, лобовым стеклом и проч. Для максимальной безопасности подушки надуваются именно в тот момент, когда уже произошло столкновение, но до соприкосновения человека с рулем. Как правило, этот период времени колеблется в пределах 15-30 миллисекунд. Да, о ремне безопасности не забыли – он также помогает минимизировать последствия ДТП, но в сочетании с подушками позволяет избежать травм вовсе.

Обратите внимание! Зачастую подушка скрывается в большой рулевой ступице. Кроме того, машина, оснащенная описываемыми защитными средствами, отличается от машины без них тем, что вал рулевого колеса в ней более длинный, а форма рулевого кожуха несколько видоизменена.

С конструктивной точки зрения подушка безопасности состоит из следующих основных элементов:

• надувной мешок (своеобразное название газогенератора);
• контрольная лампа;
• электрический датчик, который срабатывает в случае удара.

Когда включается зажигание, примерно через три-четыре секунды активируется контрольная лампа. И если она погаснет, значит, с системой безопасности все в порядке и она полностью готова к эксплуатации. Но если индикатор загорелся красным светом, то имеют место неполадки в системе и следует немедленно обратиться в автосервис для получения профессиональной помощи.

Как срабатывает подушка безопасности

Сама процедура срабатывания подушки не представляет собой ничего сложного. В динамике это должно выглядеть примерно таким образом.

Этап первый . Происходит столкновение транспортного средства с препятствием.

Этап второй . Вследствие этого срабатывает электронный датчик. Система оповещается об аварии и приступает к действию.

Этап третий . К детонатору доходит сигнал от системы. Тот взрывается, что провоцирует деструкцию железной оболочки баллона, который наполнен газом. При этом сам газ, к слову, находится там под давлением, достигающим 250 мПа. Как правило, это либо озон, либо аргон.

Этап четвертый . Подушка (а она многослойна и состоит из нейлоновой ткани) наполняется газом. Ее толщина, как правило, составляет 0,4 миллиметра.

Этап пятый . Затем подушка увеличивается и посредством специальных прорезей в крышке модуля прорывается наружу.

Этап шестой . Она раскрывается. Зачастую для этого требуется не более 30-ти миллисекунд после активизации датчика.

Этап седьмой . Водитель ударяется головой о подушку и та гасит энергию удара, после чего, выпуская содержимое, начинает опадать.

Обратите внимание! Все это происходит крайне быстро. Подушка безопасности способна рассеять порядка 90-ти процентов всей энергии взаимодействия, хотя остаток – то есть 10 процентов – приходится все же на водителя.

Отметим также, что у каждой модели автомобиля имеются свои настройки этого средства защиты.

Смотрите, как срабатывает подушка безопасности (видео):

Основные достоинства подушек безопасности

1. Это эффективное средство защиты головы и грудной клетки человека от серьезных травм.
2. Подушка более удобна, чем ремень безопасности, поскольку ее не нужно периодически пристегивать/отстегивать. Более того, подушка еще и незаметна для окружающих.
3. Наконец, все подушки совершенно не нуждаются в каких-то особенных дополнительных условиях.

Ложка дегтя: о недостатках подушек

1. Возможно ложное срабатывание.
2. Когда подушка наполняется газом, она сильно шумит.
3. Способность качественного срабатывания изделия, используемого долгое время, изучена плохо.
4. Наконец, при боковом столкновении или переворачивании транспортного средства подушки неэффективны.

Однако стоит добавить, что некоторые недостатки отсутствуют в более современных моделях автомобилей.

Какими бывают подушки безопасности?

Сразу оговоримся, что их существует достаточно много, поэтому ознакомимся только с самыми популярными разновидностями.

1. Фронтальные подушки являются наиболее распространенными, причем они устанавливаются как для водителя, так и для пассажира спереди.
2. Также есть боковые подушки – так сказать, следующий этап развития системы. Они предназначаются для того, чтобы защищать тазовую области и грудную клетку во время бокового столкновения.
3. Головные подушки (их еще называют «шторками») требуются для защиты головы от ударов о твердые элементы при боковом столкновении.
4. Коленные подушки снижают вероятность травм коленей (а это не редкость при ударе спереди).
5. Ремень безопасности, оборудованный подушкой. Защищает грудную клетку от травм.
6. Центральные подушки созданы относительно недавно и предназначены для предотвращения столкновения двух человек, сидящих рядом, в случае переворота или удара сбоку. Более того, эти изделия защищают шею от травмы.

На что обратить внимание: меры безопасности

Как известно, иногда подушки безопасности не только приносят пользу, но и вредят. Однако последнее возможно лишь при неправильной эксплуатации. Что это могло бы значить?

1. Дистанция между пассажиром и подушкой должна составлять не менее 25-ти сантиметров, иначе при ударе его может травмировать само защитное средство.
2. Если ребенка перевозят спереди в специальном кресле, то он должен «смотреть» по направлению движения, а само оно – кресло – должно быть предельно отодвинуто назад.
3. Все пассажиры должны быть пристегнутыми. Застегнутый ремень снизит скорость движения тела, а также направит его туда, куда нужно – прямо на подушку.
4. Подушка не защитит ребенка так, как взрослого, поэтому его следует перевозить сзади, причем исключительно в специально оборудованном сидении (оно должно соответствовать возрасту малыша).
5. Реверсивное положение детского кресла на переднем сидении неприемлемо, если активны фронтальные подушки безопасности.

Итог

При правильной эксплуатации подушки безопасности существенно повышают шансы пассажиров выжить и получить меньше повреждений. С каждым годом благодаря этому изобретению сохраняются жизни и здоровье тысяч людей, так что старайтесь следить за исправностью и стабильностью работы всей системы безопасности вашего авто.

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.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.

Многие годы испытанный, старый-добрый ремень был единственным защитником пассивной безопасности в наших машинах. Проходило много дебатов об эффективности его использования, особенно это касалось детей, но со временем многие страны в мире узаконили обязательное использование ремней безопасности на автомобилях. Статистика показала, использование ремней безопасности спасло тысячи, сотни тысяч жизней в самых серьезных авариях.

Также как и с ремнями концепция подушки безопасности, мягкой подушки в которую можно «приземлиться» телом при аварии, давно витала в воздухе, в прямом и переносном смысле. Первый официально зарегистрированный патент на надувную подушку для самолетов (да, да они пришли к нам с небес) был выдан во время второй мировой войны. И только через десятилетия первые подушки появились на автомобилях, случилось это в 1980-х годах.

С 1998 года большинство новых легковых машин (развитого машиностроения) стали комплектоваться подушками безопасности, как для водителя, так и для переднего пассажира. В 1999 году это правило коснулось автомобилей погабаритнее, джипов и минивэнов. Далее подушки стали появляться и в других местах, в сидениях, дверях и иных частях автомобиля. Сегодня в некоторых машинах число подушек намного больше, чем две, 6 и даже 8 штук стали нормой.

Вызвав похожие споры, также, как и с ремнями безопасности, подушки стали предметом серьезных исследований, тестирований и споров на самом высшем уровне.

На сегодняшний день статистика уверенно показывает, что риск гибели подобные устройства снижают примерно на 30%.

В этой статье вы узнаете о работе этих устройств, как научно подтверждено его действие, какие у них есть недочеты и пути будущего развития.

Подушка безопасности

Цель подушки безопасности замедлить движение вперед тела человека настолько равномерно, насколько это возможно за доли секунды. Вот три составляющие подушки безопасности, которые помогают достичь этой цели, то есть в необходимый момент сработать:

Сама подушка. Сделанная из тонкого нейлона, сложена в рулевом колесе, приборной панели или сидениях, дверях и других частях автомобиля.

Сенсор. Устройство, которое «говорит» подушке безопасности сработать. Срабатывание происходит при силе удара соответствующей столкновению со стеной на скорости в 16-24 км/ч.. Сигналом для срабатывания пиропатрона подушки служит электрический импульс специального шарикового датчика удара. удара идет на блок управления, который в свою очередь определяет срабатывать системе надувания подушки или нет.

Система надувания подушки соединяет две составляющих, азид натрия (Nan3) с нитратом калия (KNO3), для создания азота. Именно он и надувает подушку.

Ранние попытки приспособить эирбэг для использования в машинах столкнулись с рядом сложностей, одними из которых были невероятно высокая цена и технические проблемы, включавшие хранение и использование сжатого газа.

На ранних этапах исследователям предстояло решить:

Где разместить баллон с сжатым газом

Не улетучится ли газ хранящийся под высоким давлением на всем протяжении срока службы автомобиля

Как сделать так, чтобы подушка раскрывалась почти мгновенно, при этом была надежной при различных температурных режимах работы и при раскрытии не издавала оглушающего звука.

Постепенно все наиболее важные вопросы были решены. Непрактичный газ был заменен на надежный твердотельный элемент- пиропатрон, произошло это в 70-х годах двадцатого века. При аварии «мозги» подушки безопасности инициируют поджог твердотопливного заряда, который сгорает с огромной скоростью и создает за короткое время, 30-50 миллисекунд, необходимое количество газа для наполнение эирбэга. Купол подушки в буквальном смысле взрывается, выходя из своего посадочного места со скоростью до 322 км/ч, быстрее чем моргнёте глазом! Долями секунды позже, газ под действием давления выходит через специальные отверстия (именно этот дым в салоне автомобиля вперемешку с тальком, можно часто наблюдать при аварии).

Виды подушек безопасности

В современности существует большое множество подушек безопасности.

Наиболее распространенным видом являются фронтальные подушки безопасности , как для водителей, так и для передних пассажиров.

Следующим этапом развития стали боковые подушки . Их функцией является защита груди и таза человека от повреждений при боковом ударе.

Так называемые «шторки» или головные подушки безопасности. Защищают голову человека от контакта с твердыми частями автомобиля при боковом ударе.

Подушка безопасности для коленей. Чтобы уменьшить риск возникновения травм коленного сустава (что при фронтальном ударе случается нередко) была разработана подобная подушка безопасности.

Ремень безопасности со встроеной подушкой безопасности. Снижает риск получения травм груди.

Центральная подушка безопасности. Была спроектирована не так давно. В ее задачи входит недопущение столкновения двух сидящих рядом друг с другом людей при боковом ударе или перевороте. Также она позволяет избежать травмы шеи.

Меры безопасности

С самого начала применения эирбэгов специалисты, изучавшие вопрос работы этого средства защиты поняли, что оно может приносить не только пользу, но и вред. Второй вариант возможет при неправильном использовании средств пассивной безопасности автомобиля. Что под этим подразумевается?

1. Минимальное расстояние между подушкой безопасности и сидящим пассажиром должно составлять минимум 25 см, в противном случае при раскрытии человек может получить травмы непосредственно от самого airbag"а.

2. Пассажир обязательно должен быть пристегнут. Так как ремень безопасности уменьшает скорость перемещения тела человека и направляет его в нужном направлении к подушке безопасности.

3. Если airbag может легко травмировать взрослого человека, то с детьми дело обстоит еще сложнее. Первое условие безопасной перевозки ребенка. Он должен перевозится в правильно установленном, соответствующем его возрасту кресле на заднем сидении.

4. Если ребенок должен перевозится на переднем сидении со стороны пассажира, то он должен сидеть в кресле расположенном по направлению движения, а сиденье должно быть отодвинуто максимально назад.

5. Нельзя перевозить младенцев в детском кресле с реверсивным расположением на переднем сидении при включенной фронтальной подушке безопасности.