Безопасность в новом автомобиле это неотъемлемая часть, а не опция. Разрабатываются все новые и новые виды систем и технологии. Рассмотрим принцип работы, разновидность и устройство подушек безопасности.
Содержание статьи:
Подушка безопасности сейчас намного чаще востребована, как опция, чем на пример кондиционер или же современная аудиосистема. Главным предназначением подушек безопасности (в машинах обозначается как airbag) считается смягчение удара пассажиров и водителя об рулевое колесо, и другие части кузова, окна. Как правило, он применяются с ремнями безопасности. Впервые система безопасности была внедрена в 1953 году, когда Уолтер Линдерер опубликовал свой патент.
Виды подушек безопасности автомобилей
Как правило, на современные автомобили имеют по несколько подушек безопасности. Ранее устанавливали только подушку безопасности водителя, далее добавили для переднего пассажира. В нынешних моделях устанавливают по всему периметру, в разных местах салона. По типу подушки разделяют зависимо от их месторасположения. Первые это фронтальные, далее идут боковые, головные, центральная подушка, коленные и подушка безопасности для пешехода. Последний вариант устанавливается снаружи, между капотом и ветровым стеклом.
Фронтальные
Впервые свое применение нашли на машинах марки Mercedes-Benz в 1981 году. Как правило, это передние подушки безопасности водителя и пассажира. В свою очередь пассажирскую можно отключать по желанию. Зачастую в современных автомобилях, конструкцией предусмотрено двухступенчатое или многоступенчатое срабатывание. Все зависит от сложности аварии (чаще это адаптивные подушки безопасности). По всем правилам подушка безопасности водителя устанавливается в рулем колесе, для переднего пассажира – в верхней части передней панели.
Боковые подушки безопасности
Главным назначение боковых подушек считается снижение риска травмировать тазовую часть, грудную клетку и брюшную полость. Как правило, боковой удар один из самых непредсказуемых и больных. Впервые применение боковых подушек на своих автомобилях задействовала компания Volvo в 1994 году. Этот вид подушек устанавливался как опциональный вариант, к основным передним.
Обычно местом расположения боковых подушек считается спинка переднего сиденья. Хотя в современных автомобилях можно найти их и в спинках задних сидений. Самыми качественными считаются подушки безопасности с двухкамерной конструкцией. Их нижняя часть более жесткая, для защиты таза, а верхняя часть мягкая, чтоб защитить грудную клетку.
Шторки или головные подушки
Судя с названия, то понятно их главное предназначение. В списке производителей автомобилей они еще значатся как шторки. При боковом ударе шторки защитят голову от удара об стекло дверей. Самыми первыми данную технологию применила компания Toyota в 1998 году.
В зависимости от модели машины может располагаться в передней части крыши, так же между стойками и на задней части крыши салона. Защита идет для передних и задних пассажиров.
Коленная
Само название, говорит о назначении, защита коленей и голеней от травм немало важно при столкновении. Зачастую располагается под рулем. Впервые были установлены на автомобили Kia в 1996 году. Кроме водительской, так же устанавливают и для переднего пассажира, под бардачком.
Центральная защита
Начиная с 2009 года, в автомобилях Toyota появилась центральная подушка безопасности. Главным назначением является снижение вторичного удара пассажиров при боковых столкновениях. Зачастую располагается в подлокотнике между передним рядом сидений. Для заднего ряда сидений располагается в центральной части спинки.
В современных автомобилях, кроме Toyota, такие же используются в автомобилях Mercedes-Benz (система безопасности Pre-Safe второго поколения). Таким образом, при боковом ударе эта подушка смягчает повторный возвратный удар пассажира.
Подушка безопасности пешехода
Начиная с 2012 года, компания Volvo стала внедрять в свои автомобили подушку безопасности пешехода. В отличии от всех вышеперечисленных вариантов, данный вид размещается снаружи автомобиля, между ветровым стеклом и капотом. Таким образом, если водитель сбил пешехода, подушка безопасности смягчает удар и предотвратит от серьезных ушибов.
Устройство механизма
Устройство выглядит как мягкая оболочка и в нужный момент наполняется газом, так же в набор идет газогенератор и система управления. Сама подушка изготовлена из нейлоновой ткани, для того чтоб смазать подушку и не прорвать во время срабатывания, используется тальк или крахмал. Их часто можно наблюдать в воздухе во время срабатывания подушки.
Главным назначением газогенератора является наполнение самой подушки газом. Таким образом, это уже модуль подушки безопасности. Между собой газогенераторы отличаются по форме (трубчатые и круглообразные), по характеру работы (с двухступенчатым и одноступенчатым срабатыванием) и по способу газообразования (гибридные и твердотопливные).
Самым распространенным считается твердотопливный, он состоит из корпуса, пиропатрона и определенного заряда твердого топлива. Как правило, топливо воспламеняется от пиропатрона, в результате получается газ азот.
Гибридный же газогенератор состоит из пиропатрона, газового заряда под высоким давлением аргона или сжатого азота, корпуса и заряда твердого топлива. Само наполнение подушки происходит сжатым газом, в результате выталкивания заряда из твердого топлива.
В систему управления подушками входят традиционные датчики удара, центральный блок управления и исполнительное устройство (газогенераторный пиропатрон).
Принцип работы
Главным стартом для активации является удар. В зависимости от того, в какую часть и какой силы удар, активируются только нужные подушки безопасности. Как только происходит удар, срабатывают датчики удара, далее информация о силе и место удара передается в центральный блок управления. Блок обрабатывает полученные данные и определяет необходимость срабатывания конкретных подушек, а так же их время и силу.
Параллельно с подушками информация передается и на другие датчики и системы, к примеру, систему экстренного торможения или подачи сигнала SOS. Если сила удара не значительная, то могут сработать только ремни безопасности, а могут сработать и в пару с подушками безопасности.
В пару с сигналом на разные системы, подается сигнал на газогенератор соответствующих подушек безопасности. В среднем время срабатывания подушек составляет порядка 40 мс. Благодаря газогенератору обеспечивается раскрытие и нагнетание подушек. Как только подушка соприкоснулась с человеком и отработала, она разрывается и сдувается.
Всегда и во всех автомобилях используются одноразовые подушки безопасности. Если же в салоне произошло возгорание, и температура достигла 150-200 °C, то подушки автоматически срабатывают.
Условия для срабатывания
Главными условиями для срабатывания фронтальных подушек безопасности можно считать:
- превышение порога (силы) удара при лобовом столкновении;
- резкий наезд на твердую часть при большой скорости (бордюр, тротуар, стенка ямы и т.д);
- твердое приземление после прыжка автомобиля;
- падение машины;
- косой или прямой удар в переднюю часть машины.
Видео о принципе работы подушек безопасности:
В мире ежегодно порядка 1,2 миллиона человек погибают в автокатастрофах. Европы по количеству смертельных ДТП… Не в последнюю очередь влияют на исход происшествия технические свойства автомобиля, его «фарш». Поэтому и производители, и автолюбители озадачены поиском . Как свидетельствуют испытания, подушка безопасности водителя существенно снижает риск его гибели. Только представьте, машины столкнулись лоб в лоб и в такой ситуации шофёр получает шансов выжить на 20–25% больше. О том, как именно могут защитить человека автомобильные подушки, и какие из них наиболее эффективны - поговорим в нашей статье.
Идея «в мешке»
Как это работает?
Какой же принцип работы подушек безопасности? Состоит этот механизм из нескольких частей. Первое - сама подушка. Как правило, она выполнена из нейлона с силиконовым или . Объём водительской подушки достигает 80 литров, а пассажирских - до 130.
Видео о том, как работают подушки безопасности:
Второе - датчики удара и инертные датчики, расположенные спереди и на боках кузова. Третье - бокс с газом или пиротехнический патрон. В «коробочке» находится специальная «взрывная» смесь. Четвёртое - электронный процессор.
Жизнь в секундах
Так вот, все эти составляющие нужны, чтобы молниеносно среагировать и «открыть парашют».
Принцип таков: в момент удара срабатывает как минимум один . Он реагирует на давление или на неоправданную прибавку скорости. По цепочке датчик посылает соответствующий сигнал на микроплату. Процессор срабатывает и даёт команду о раскрытии пиротехническому патрону. В этот момент происходит мини взрыв, всплеск азота и подушка, наполняясь газом, выскакивает внутрь салона.
Подушка при раскрытии закрывает собой водителя и так смягчает удар. Также она с большой долей вероятности не даст человеку вылететь через .
Всё это происходит молниеносно, занимает какие-то доли секунды (в среднем порядка 0,25 секунды).
Плюс и минус
Но на этом работа подушки не заканчивается. Зафиксировав пассажиров, она автоматически сдувается. Таким образом, «мешок» не станет преградой и никого не зажмёт, мешая выбраться из машины.
Хотя есть здесь и недостаток: эффект подушки одноразовый. И если в момент аварии происходит, например, парное поэтапное столкновение, то сработает «мешок» только при первом «бахе».
«Надувной» ассортимент
Есть и разные виды подушек безопасности. Одни созданы, чтобы защитить водителя. Другие - . Есть «мешки» для салона и те, что крепятся снаружи авто, чтобы смягчить последствия для пешеходов. Отдельно разработаны и устройства для владельцев мототранспорта, чтобы при «встрече» лоб в лоб не дать наезднику вылететь вперёд.
Подушки в салоне могут быть боковыми и фронтальными.
На фронте…
Чаще всего сейчас применяют как раз фронтальные устройства, создающие блок между людьми, сидящими спереди, и передней частью машины. Эти подушки вмонтированы и в панель напротив пассажирского кресла.
Учитывайте, что если пассажирское место в вашей машине обеспечено фронтальной подушкой, то пассажир должен быть предельно внимателен. Главное правило: не держите ничего крупного (даже сумку) и не прижимайте коленями панель. Иначе при раскрытии можно получить серьёзные травмы…
… и сбоку
Но появляется возможность установки «воздушных мешков» в спинках и в дверях сбоку. Это и есть горизонтальная защита, которая пока чаще всего есть только в дорогих моделях.
Такие механизмы срабатывают от мощного толчка в бок кузова. Подобные подушки называют «занавесками» из-за того, что, вскрываясь, они располагаются в окнах. Такое положение позволяет защитить головы и шеи пассажиров.
Разумная защита
Процесс не стоит на месте и уже идёт разработка «мешков» нового поколения. Например, некоторые варианты настолько самостоятельны и разумны, что способны принимать решения об ограничении объёма при открытии. Такой себе само-стоп-контроль. Это возможность индивидуально подобрать параметры «вздутия» в зависимости от физиологических особенностей пассажиров и положения их ремней безопасности. Таким образом, можно избежать многих травм. Чтобы устройство могло проводить подобный анализ, предусмотрен специальный сенсорный механизм.
Безопасная безопасность
Несмотря на все ноу-хау, чтобы «воздушные мешки» сработали правильно, должны постараться не только механизмы, но и люди. Мы уже говорили о ремне безопасности. Так вот ещё раз - это не обсуждается, он должен быть пристёгнут!
Видео о том, как изготавливаются подушки безопасности:
Также внутри салона желательно принимать прямые, ровные позы. Вариант ехать полулёжа не подходит.
Также не закрывайте и не заклеивайте «красивостями» отверстия для вылета подушек. Особенно обратите внимание на устройство в руле - держите руки сбоку, а не поверх рулевого колеса.
Отдельный пункт - . Малыши должны ехать пристёгнутыми в специальных детских «перевозках», которые крепятся на заднем диване машины.
Будьте внимательны и не допустите, чтобы технологии, изобретённые для безопасности человека, привели к противоположному эффекту. Ни на минуту не забывайте, что в вашем автомобиле есть «надувные» подушки и пусть это будет поводом ездить ещё более аккуратно, а не «бросаться в скорость с головой».
Безопасность при вождении — один из первых вопросов, которым стоится озаботиться будущему водителю при покупке автомобиля. Среди всех элементов безопасности ключевое место занимают подушки безопасности. Качественные подушки могут уберечь от удара даже при непристегнутых ремнях.
Практически все современные автомобили выпускаются с расчётом на последующую установку подушек безопасности, поэтому не стоит заранее волноваться о том, «куда их установить» и «есть ли для них место в автомобиле». Именно принцип различия подушек по расположению в салоне лежит в основе основной классификации подушек безопасности.
Фронтальные
Как становится понятно из названия, предназначены они для погашения импульса при лобовом столкновении. Подушка водителя расположена в рулевом колесе, а пассажирская спрятана в панели. Основной целью фронтальных подушек является предотвращение травмирования самых уязвимых мест на теле: головы и шеи. Подушка поглощает порядка 90% всего импульса, а также значительно смягчает контакт лица с находящейся перед ним поверхностью.
Боковые (шторки)
Как правило, шторки располагаются в крайних полостях сидений водителя и пассажира. В отличие от фронтальных, боковые подушки безопасности призваны смягчить последствия удара для корпуса в целом, а не только для верхней части тела. Также различают водительские и пассажирские подушки. В норме для каждого стоит по две шторки(они находятся по краям от головы).
Головные(шейные)
Их так же стоит по две на каждого. Представляют собой разновидность боковых, но более специализированную. Призваны защитить от бокового удара именно голову. Находятся в крыше автомобиля, как со стороны дверцы, так и в центре.
Коленные
Достаточно недавно появившаяся разновидность подушек, основной целью которой является защита от травм хрупкого коленного сустава. Со стороны водителя находятся под рулём, со стороны пассажира в районе бардачка. Стоит по две.
Центральные
Как и коленные, появились достаточно недавно и в функциональном плане очень похожи на шторки(боковые подушки безопасности). Обеспечивают дополнительную защиту для рук, прежде всего при боковых столкновениях. Размещаются такие airbag в центральной части салона. Их стоит максимум две на всю машину — по одной для передних и для задних(если возможно) пассажиров.
Кроме этого, все подушки можно условно также разделить на пассажирские и водительские. Дело в том, что водительское место, как правило, несколько отличается от пассажирских средним расстоянием между телом и ближайшими твердыми поверхностями в момент столкновения. Самое серьёзное различие заключается врасстоянии от тела водителя до рулевого колеса , которое сильно разнится с расстоянием между пассажиром и приборной панелью.
Имеют место и другие небольшие различия в расстояниях. В связи с этим, при установке подушек безопасности их размер и скорость полного срабатывания должны подбираться с учётом их расположения и конструкционных особенностей автомобиля. К счастью, в настоящее время в продаже уже начинают появляться подушки, работу которых можно идеально отрегулировать исходя из множества параметров, среди которых есть даже такие, как рост и вес водителя.
В настоящий момент ведутся разработки нового вида подушек безопасности, предназначенных для задних пассажиров. Толчок для начала разработок — частые травмы среди задних пассажиров, которых ремни безопасности не всегда спасают от удара. Причина, по которой подушки для задних пассажиров ещё не созданы заключается в ещё более значительных, в отличие от передних мест, колебаниях расстояний между пассажиром и внутренними поверхностями автомобиля. Это подразумевает, что принцип работы задних подушек хоть и будет основываться всё на том же пиропатроне и выбросе газа, неизвестно, сколько технических модификаций придётся претерпеть им до своего окончательного воплощения в жизнь. Однако с учётом существующих достижений в области разработок систем безопасности, можно быть уверенными, что они появятся в продаже уже в ближайшие годы.
Устройство
В устройстве любой airbag можно выделить три основных элемента:
- Модуль подушки безопасности, включающий непосредственно саму подушку и сопутствующие ей механизмы фиксации и срабатывания(пружина, контактное кольцо и пиропатрон).
- Датчики удара(деформации).
- Модуль контроля работы системы.
Модуль контроля включает в себя систему регистрации данных от датчиков столкновения, систему диагностики состояния подушек безопасности(их исправности) и систему оповещения водителя в случае обнаружения неисправности в работе системы(сигнальную лампу).
Датчики деформации представляют собой устройства, которые стоят в разных участках частях машины и сработают при чрезмерно резких изменениях в скорости движения автомобиля.
Основными элементами модуля подушки безопасности являются разъем подушки безопасности, часовая пружина и контактное кольцо(для подушки, устанавливающейся в рулевое колесо), пиропатрон, газогенерирующий элемент, крышка и сама подушка. Подушка безопасности производится из тонкого нейлона толщиной порядка полумиллиметра, который обладает достаточной прочностью для торможения летящего по инерции тела водителя(пассажира).
Пиропатрон представляет собой детонирующее устройство, которое своей детонацией способствует выбросу из газогенерирующего элемента газа, раздувающего подушку за доли секунды.
Часовая пружина является специфическим для рулевой airbag элементом, который способствует бесперебойной подаче питания на модуль и его связь с модулем контроля. Разъём подушки обеспечивает подключение модуля к системе контроля, а так же оповещение о наличии проблем в работоспособности подушки при плохом подключении.
Во время проведения технических работ разъём предотвращает случайное срабатывание подушки.
Крышка подушки безопасности(она же заглушка) является декоративным элементом, скрывающим подушку безопасности от глаз до момента срабатывания.
Принцип действия
В общих чертах, принцип работы airbag таков: после удара авто сработают датчики, которые находятся в машине. Как только они сработают и пошлют сигнал в устройство управления airbag, последнее определяет, сколько и какие airbag нужно активировать. Затем, подаётся сигнал и срабатывает пиропатрон, находящийся в airbag, раздувая подушку.
Теперь более подробно. При попадании автомобиля в аварию, в результате удара машина приобретает нехарактерное для неё ускорение, а так же получает повреждения. Резкое изменение скорости в результате удара — условия срабатывания подушек безопасности. Указанные изменения моментально фиксируется соответствующими датчиками. Датчики передают информацию в модуль управления, откуда сигнал идёт уже на конкретные модули подушек безопасности.
При получении сигнала к срабатыванию, в модуле подушки безопасности детонирует пиропатрон. Высвобождающийся в результате объём газа раздувает подушку безопасности за считанные доли секунды.
Сколько времени это занимает? Как правило, время срабатывания составляет порядка 15-25 миллисекунд. Такой короткий промежуток времени обусловлен необходимостью надува подушки прежде, чем она произведёт контакт с телом. В противном случае, удар о подушку будет не только не смягчающим, но может стать причиной серьёзных травм, и даже смерти. Такие случаи имели место на первых этапах истории развития подушек безопасности. Современные airbag лишены этих недоработок. Помимо мгновенного раскрытия, они имеют и такую особенность строения, как газоотводные отверстия. Это значит, что подушка начинает сдуваться почти сразу после срабатывания, тем самым компенсируя чрезмерное давление на тело пострадавшего не давая ему задохнуться(в случае с фронтальными подушками).
Итог
Безусловно, устанавливать или нет подушки безопасности на своё авто — личный выбор каждого. Однако, исходя из многолетней статистики аварий, не следует отказываться от установки airbag без наличия на то веских причин. Если же есть сомнения, нужна ли вам подушка безопасности, то лучше всего запастись уверенностью, посмотрев видео и почитав соответствующую литературу.
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.
Какой марки был первый автомобиль с надувными подушками и почему первоначально затея с их внедрением провалилась? В каких случаях они спасают жизнь, а в каких – убивают? Разбираемся в их истории и конструкции.
Немного истории
Родина подушек безопасности, как не трудно догадаться, – США. Еще в начале 50-х инженеры Джон Хендрик и Вальтер Линдерер запатентовали надувной мешок, который срабатывал при аварии. Правда, довольно долго конструкторы ломали голову над датчиком, который мог бы посылать сигнал при столкновении. Решение было найдено в 1967 году, когда изобретатель Аллен Брид предложил шариковый сенсор, реагирующий на очень резкое изменение скорости, которое могло произойти только при ударе. Брид продал технологию компании Chrysler, но пионерами в серийном производстве машин с подушками стали злейшие конкуренты концерна.
Впрочем, случится это только спустя четыре года. А пока автопроизводители занимались внедрением технологии, на арену вышли конгрессмены. Планы были амбициозными: желая показать избирателям свою заботу о их жизнях, депутаты приняли закон, обязывавший к 1973 году оснастить все серийные автомобили подушками безопасности. Идея была откровенно популистской, но под давлением властей автомобильные компании вынуждены были форсировать разработки.
Один за другим в 1971 году вышли Ford Taunus P7 и Oldsmoblie Toronado, в качестве опции оснащавшиеся надувными мешками для водителя и пассажира. Правда, тогда подушки позиционировали в качестве альтернативы ремням безопасности, и вскоре стало понятно, что затея не удалась. Американцы побаивались подушек, и не желали за них переплачивать. Масла в огонь подлили несколько смертельных случаев – водители умирали от сердечных приступов, шокированные громким хлопком, с которым надувались подушки.
Забегая вперед, стоит упомянуть, что подушки безопасности на американских автомобилях стали обязательными только к 1998 году. А в 1981-м появился первый европейский автомобиль с надувными мешками.
Им стал Mercedes-Benz S-class в новейшем на тот момент кузове W126, что позволило ему два года подряд (в 1988-м и 1989-м) называться самым безопасным автомобилем в мире по версии Американского института изучения дорожной смертности.
В 90-х годах, когда испытания доказали эффективность подушек безопасности, те стали применяться уже повсеместно. В России они до сих пор не являются обязательными, возможно, и потому, что на ряд архаичных моделей их устанавливать просто не рентабельно. Ушли в историю вазовская « классика» и « Самара» .
Последним из могикан остается Lada 4×4, более известная как Нива, – на неё нельзя установить подушки ни за какие деньги. Зато Granta, Kalina, Priora и Largus имеют их в «базе», что вселяет надежду на светлое будущее.
Как устроены современные подушки?
В конструкции самой подушки нет ничего особенно хитрого – это мешок из тонкой ткани (обычно нейлона). Часто мешки эти имеют несколько камер. Например, пассажирская фронтальная разделена на более крупную нижнюю секцию для тела и более мелкую – для головы. Мешок уложен в компактную капсулу и пересыпан тальком или крахмалом, чтобы не слеживался. Именно этот порошок после срабатывания системы порою летает в воздухе.
Изначально было понятно, что надувать подушки безопасности надо очень быстро – за 20-50 милисекунд. С 70-х годов прошлого века единственно возможным средством для этого остается маленький взрыв, в результате которого выделяется газ, который заполняет пространство внутри мешка. Взрыв обеспечивает пиропатрон, который подрывает кусок топлива из азида (не путать с оксидом!) натрия, нитрата калия и диоксида кремния. В результате взрыва образуется безвредный нетоксичный азот. Бывают также гибридные блоки наполнения, в которых заряд твердого топлива – всего лишь «пробка», затыкающая баллон со сжатым азотом. Сила взрыва ниже, и шума тоже меньше.
В современных автомобилях команду на выстреливание подушек дает электронный блок управления, который собирает информацию с датчиков удара. Датчиков очень много, и компьютер может различать, в какую сторону пришелся удар. Поэтому если машину стукнули в бок, фронтальные подушки не сработают. Более продвинутые системы также учитывают силу удара и даже вес пассажира, регулируя количество газа, поступающего в подушку и, соответственно, её размер.
Где размещаются подушки безопасности?
Традиционно фронтальные подушки располагаются в корпусе ступицы руля для водителя и в приборной панели для пассажира. Боковые же подушки могут размещаться в разных местах: в дверях или над ними, в стойках или спинках сидений. Часто встречаются комбинированные решения: например, из слота над дверью выстреливает шторка для защиты головы, а из кресла – вторая подушка пониже для защиты грудной клетки, живота и таза.
Ноги от контакта с жестким пластиком приборной панели защищает коленная подушка, которая «зашита» под рулем. В 2009 году с подачи Toyota появились также центральные подушки – они расположены в спинке сиденья или в подлокотнике и предотвращают травмы, которые при боковом ударе могут нанести друг другу водитель и пассажир.
Для мотоциклистов и велосипедистов
В 2006 году дебютировал первый мотоцикл с подушкой безопасности – большой чоппер Honda Goldwing. Подушка встроена в его переднюю панель и в целом похожа на автомобильную. Пока что технология не нашла широкого применения у конкурентов.
Мотоциклисты, особенно экстремалы, предпочитают «автомобильным» решениям… костюмы с подушками. Капсула с ней расположена на шее, при падении она раскрывается как воротник, и вместо твердого асфальта байкер бьется головой о мягкую ткань.
И для пешеходов тоже
Если вы питаете особо нежную любовь к пешеходам, то ваш автомобиль – Volvo V40 Cross Country. Это единственный автомобиль на российском рынке (а еще и первый серийный в мире), который оснащен подушкой безопасности для пешеходов. Располагается она под капотом и выстреливает, приподнимая его и закрывая почти целиком лобовое стекло. К сожалению, от перелома ног этот девайс не спасает (кромка капота и бампер остаются жесткими), но от черепно-мозговой травмы – вполне.
Но как V40 понимает, что произошло столкновение именно с пешеходом, а не, скажем, со столбом? За это отвечает тепловизор, который на расстоянии замеряет температуру объекта, к которому приближается машина. Помимо уникальной подушки, Volvo имеет еще систему City Safety с принудительным экстренным торможением. Так что в идеальном случае подушка пешеходу вообще понадобиться не должна.
Немного статистики
Пик активности исследований, касающихся эффективности подушек безопасности, пришелся на начало 2000-х. Подушки получили массовое внедрение с начала 90-х, и спустя десятилетие у исследователей появилась база для изучения.
В 2001 году американская Администрация по дорожной безопасности (NHTSA) сделала вывод, что за первое десятилетие подушки безопасности спасли более 8 000 жизней. В 2009 году NHTSA рассчитало, что при условии, когда ремни безопасности пристегнуты, фронтальные подушки сокращают риск смерти на 11%.
В 2003 году медики Элиза Брейвер и Сергей Кириченко изучили данные аварийности в США в 1999-2001 годах, и пришли к вполне ожидаемому выводу, что наличие в автомобиле боковых подушек безопасности существенно снижает риск гибели при боковом столкновении. Статистику собирали исключительно по современным на тот момент автомобилям 1997-2002 модельных годов.
А теперь конкретика: за два года при боковых столкновениях в машинах вообще без боковых подушек погибли 1 800 человек, в автомобилях, оборудованных только подушками для защиты торса, – 105 человек, а в ТС с надувными шторками для защиты головы – всего 35 человек. Выходит, что наличие боковых подушек снижает риск смерти в ДТП на один-два порядка. Хороший повод задуматься о комплектации вашего автомобиля.
Стоит отметить, что любая аналитика статистики – это нечто условное. Всегда сложно выявить точную причину смерти человека при ДТП и уж тем более понять, почему выживший в аварии человек не умер. Весьма полезными в данном случае оказываются натурные испытания автомобилей с подушками, то есть краш-тесты.
Испытания подушек
Подушки безопасности нужно испытывать в деле, поэтому самыми объективными критериями их оценки являются результаты краш-тестов. Как известно, в мире существует несколько национальных стандартов. В частности, в Евросоюзе используют протокол Euro NCAP, в США — IIHS и NHTSA, в Японии — JNCAP, а в Китае — C-NCAP. Последний, как нетрудно догадаться, наиболее либеральный из всех.
Иногда краш-тесты помогали выявлять конкретные недостатки именно подушек безопасности. Так, в 1998 году, когда по методике Euro NCAP разбили BMW 5-й серии в кузове Е39, то стало понятно, что подушки срабатывают слишком медленно. Датчики удара и блок управления подушками модернизировали, и только после этого «пятерка» пошла в продажу.
Видео: autoblog.com
В 2012 году уже известная нам американская организация NHTSA провела отдельные стендовые испытания… контрафактных подушек. Видео, которое они опубликовали по итогам тестов, впечатляет. Неоригинальные дешевые подушки, которые часто предлагают на автосервисах в качестве замены дорогим оригинальным, раскрываются неполностью или вовсе взрываются.
Еще одно интересное испытание связано с детскими креслами. Как известно, если ребенок сидит на переднем сиденье в кресле, пассажирскую подушку надо отключать, иначе она больно ударит малыша по лицу. Что, собственно, и доказали исследователи в ходе краш-теста.
Видео: youtube.com/user/Avtodeti
Интересен и российский опыт. Так, журнал «Авторевю» проводил испытания Лады Калины по собственной методике, сравнивая результаты для одинаковых машин с подушками безопасности и без оных. Первая Калина набрала 8,4 балла из 16 возможных, а вторая — 5,6 балла. Таким образом, главную роль в обеспечении безопасности человека внутри автомобиля играет конструкция последнего: в частности, насколько хорошо поглощается и как распределяется по кузову сила удара. Подушка – вещь вспомогательная.
Видео: youtube.com/user/oxion812
А что если не сработает?
В начале 2014 года американское автомобильное издание Automotive Information провело собственное исследование федеральной базы данных ДТП и сделало вывод: ежегодно в США около 3 400 человек гибнет во фронтальных столкновениях из-за того, что подушка безопасности не срабатывает. Как мы уже говорили, однозначных выводов здесь быть не может, однако факт остается фактом: подушки могут не сработать.
В числе распространенных причин указываются ошибки блока управления, повреждение проводки, старость самих подушек (банально от возраста может слежаться сам мешок), а также… недостаток мощности! В частности, исследователям удалось доказать 12 случаев, когда подушка не раскрылась из-за неполадки в системе зажигания Chevrolet Cobalt и соплатформенного с ним Saturn Ion. Обе эти модели попали под отзывную кампанию. Россиянам на этот счет можно не беспокоиться: наш Chevrolet Cobalt с американским не имеет ничего общего, кроме названия.
Нужно ли пристегиваться?
Как мы уже знаем из истории, подушки безопасности не смогли стать заменой ремням безопасности. И всё-таки некоторые несознательные водители ездят без ремней в надежде на то, что в случае аварии подушка спасёт им жизнь. Но в действительности при отсутствии ремней подушка превращается из помощника в смертельно опасного врага.
Дело в том, что при столкновении подушка вылетает навстречу водителю или пассажиру со скоростью от 200 до 300 километров в час. Если человек не пристегнут, он рискует встретиться «лицом к лицу» с не до конца раскрытой подушкой и получить удар более сильный, чем от столкновения с рулем или приборной панелью.
Человек должен находиться на расстоянии не менее 25 сантиметров от места, откуда вылетает подушка. Поэтому жизненно необходимо всегда пристегиваться, а еще не забывать отключать пассажирскую подушку, если на переднее сиденье устанавливается детское кресло.
Стреляные подушки
Подушка безопасности – штука сугубо одноразовая. Если она выстрелила, то придется менять весь модуль вместе с мешком и блоком наполнения. Стоимость такого модуля обычно довольно высока. Например, на Ford Focus 2 модуль водительской подушки стоит около 21 000 рублей, а на Opel Astra H – и вовсе 44 000.
Фото: by alegri / 4freephotos.com
Поэтому совершенно не удивительно, что когда автомобиль продают после ДТП, то вместо подушек ставят внешние заглушки и перепрошивают блок управления таким образом, чтобы компьютерная диагностика не показывала ошибок. Достоверно установить, «стреляла» ли подушка, невозможно. Поэтому при покупке подержанного автомобиля уделяйте внимание другим признакам участия в аварии, таким как перекрашенные элементы кузова и ржавчина.
Чехлы на кресла и боковые подушки
Владельцам автомобилей с боковыми подушками стоит помнить о том, что «неправильный» чехол, надетый на кресло, может свести эффективность подушек на нет. А какой же чехол в таком случае «правильный»? Тот, что имеет сертификат испытаний. Эти испытания проводят очень немногие производители авточехлов, но на российском рынке найти их можно. В конце концов, если вы раскошелились на авто с продвинутой системой пассивной безопасности, есть ли смысл в том, чтобы экономить на аксессуарах?
Что дальше?
Итак, за последние 30 лет подушки безопасности из причудливого аксессуара дорогих автомобилей вроде Mercedes-Benz S-class стали совершенно обязательным атрибутом любого современного автомобиля, в том числе и в России (за редким исключением). Современный водитель десять раз подумает перед тем, как садиться в машину без подушек.
Как будут развиваться подушки в дальнейшем, можно только догадываться. Скорее всего, они просто станут ещё более массовыми: технология производства постепенно удешевится, и не за горами тот день, когда мы увидим бюджетные автомобили с полным набором подушек, включая коленную и «шторки». Возможно, конструкторы уделят больше внимания безопасности задних пассажиров, и, разумеется, широкое применение должна найти технология Volvo для защиты пешеходов.
