Как работают подушки безопасности автомобиле. Как работает подушка безопасности водителя и пассажира

Современные автомобили оснащаются большим количеством всевозможных систем безопасности. Все они подразделяются на два типа – системы активной и пассивной безопасности.

Первые – это системы, которые помогают водителю контролировать поведение автомобиля. К ним относятся системы антиблокировки , система курсовой устойчивости, система распределения тягового усилия по колесам авто и т. д.

А системы пассивной безопасности направлены уже на защиту самого человека при столкновении. К данной системе относятся , с креплением Isofix, подушки и шторки безопасности.

Основными в пассивной безопасности являются ремни. Подушки являются всего лишь вспомогательной системой направленной на снижение травмирования людей в автомобиле.

Хотя изначально подушки безопасности позиционировались системой, которая должна заменить ремни. Но время показало, что без ремней обеспечить должную безопасность они не могут поэтому их перевели в разряд вспомогательных систем.

Основной задачей подушек безопасности является снижение возможности получения травмы человеком о рулевое колесо, переднюю панель, элементы кузова при столкновении автомобиля.

Разработки подушки безопасности велись достаточно давно, но штатно устанавливать на авто их начала компания Mercedes-Benz в 1971 году. С тех пор все больше компаний оснащаются свои авто данной системой безопасности, причем она постоянно совершенствуется.

Принцип действия системы безопасности

Принцип работы

Суть подушки безопасности – во время столкновения создание воздушной подушки, которая будет воспринимать на себя тело человека, предотвращая возможность его удара об элементы салона.

Действует она так: при ударе в результате ДТП, специальная система быстро накачивает подушку перед водителем и пассажиром, сделанную из мягкой ткани, и та воспринимает на себя инерционное движение тела людей. Но при этом, чтобы подушка в дальнейшем не мешала выбраться человеку из авто, она быстро сдувается, газ выходит через специальные отверстия в ткани.

Проблемы при создание подушки безопасности автомобиля

1. Как быстро накачать подушку?

Еще при начальных разработках данной системы конструкторы столкнулись с одной из важных проблем – как быстро накачать подушку, ведь при столкновении все происходит за очень короткий промежуток времени. При этом накачка подушки не должна была иметь взрывной характер, чтобы не происходило травмирования человека самой подушкой.

Выходом из ситуации стало использование продуктов горения определенных веществ. Оптимальным стало использование газов, выделяемых при сжигании азида натрия. Хоть само это вещество является ядовитым, но при его сгорании выделяются азот, углекислый газ, окись углерода и вода. Сам процесс сгорания выполняется очень быстро – таблетка азида натрия весом 50 гр. сгорает за 35-50 миллисекунд, что вполне достаточно для накачивания подушки при столкновении.

Видео: Устройство подушки безопасности

Но при использовании азида для накачки применяется только азот, который полностью безвреден для человека, поэтому в конструкцию системы включают фильтры, разделяющие продукты горения по составным частям, пропуская в тканевую подушку только азот.

Системы, использующие азид являются сейчас самыми распространенными. Но есть еще одно вещество, которое используют в качестве топлива для сжигания – нитроцеллюлозу. Особенностью этого вещества является то, что нужно его для полного разворачивания подушки значительно меньше – всего 8 грамм. Также не требуется использование фильтров.

2. Эффект барокамеры

Вторая проблема, с которой столкнулись конструкторы – эффект барокамеры. Подушки безопасности в раскрытом состоянии занимают достаточно большое пространство в автомобиле. Так, водительская подушка имеет объем в развернутом состоянии 60-80 литров, а пассажирская – еще больше, до 130 литров.

Накачка подушек производится очень быстро, поэтому в салоне резко уменьшается объем и увеличивается давление, которое может повредить барабанные перепонки. К тому же накачка происходит с достаточно сильным звуковым эффектом, что тоже может сказаться на перепонках.

Вначале с этими проблемами боролись путем оснащения дверей специальными механизмами, которые при столкновении практически мгновенно сбрасывали стекла дверей вниз.

Сейчас же для предотвращения эффекта барокамеры, накачка подушек производится не всех сразу, а по очереди. Первой срабатывает подушка водителя – примерно через 20 мс, а еще через 17 мс – срабатывает пассажирская. При этом сама система следит за тем, какие подушки нужно накачать, а какие нет.

Конструкция системы подушки безопасности

Теперь по самой конструкции данной системы. Она состоит из трех составных частей – газогенератор с подушкой(в народе называют «пиропатрон»), выполненные в виде одного узла, датчиков удара и блока управления.

Количество датчиков удара, как и количество самих подушек может значительно варьироваться. На некоторых авто таких датчиков, установленных по всему авто может достигать десяти штук.

Этот датчик при столкновении передает импульс на блок управления, тот в свою очередь передает сигнал на газогенератор, который и разворачивает подушку.

Сработавшие подушки безопасности

Срабатывание датчика зависит от нескольких факторов – , угол удара. Резкое падение скорости, которое происходит при столкновении авто с препятствием обеспечивает передачу импульса датчиком. Но при этом даже авто не способно активировать датчик.

От поступившего с датчика сигнала блок управления рассылает сигналы на газогенераторы, при этом блок «вычисляет» какую подушку нужно накачать, а также как ее накачать. Дело том, что некоторые типы подушек имеют два контура, накачка которых производится в зависимости от силы удара. При слабом ударе накачивается только один контур, а если столкновение более серьезное – оба контура одновременно.

Виды подушек безопасности

Рассмотрим виды подушек безопасности в автомобиле.

1. фронтальные подушки безопасности
2. коленные подушки безопасности
3. передние боковые подушки безопасности (как правило зашиты в сиденья)
4. задние боковые подушки безопасности
5. головные подушки безопасности («шторки»)

1. Фронтальные подушки безопасности

Первыми подушками были фронтальные, именно ими и начал оснащать свои авто серийно Mercedes Benz. Данных подушек – две, одна устанавливается в руле за специальной накладкой и предназначена она для водителя, вторая располагается на передней панели и направлена она на защиту пассажира на переднем сиденье.

Данный вид подушек является самым распространенным, ими сейчас оснащаются даже бюджетные автомобили. Особенностью пассажирской подушки является принудительное ее отключение, после чего она переходит в неактивное состояние и при столкновении не срабатывает.

Срабатывают они только при фронтальном столкновении, при ударе сбоку или сзади данная система не срабатывает.

2. Боковые

Второй вид – боковые. Они направлены на защиту водителя и пассажира при боковом ударе. Впервые применять такие подушки начал шведский производитель Volvo.

Они хорошо помогают в защите торса человека. Зачастую они размещаются в спинках передних сидений. Некоторые авто оснащены боковыми подушками и для защиты пассажиров сзади.

Видео: Как избежать смертельных ловушек в автомобиле

3. Головные подушки

Третий вид – боковые головные подушки, в народе их еще называют шторками безопасности. Впервые их устанавливать начали на авто японской фирмы Toyota.

Располагаться шторки могут в крыше возле боковых стекол, стойках двери. Направлены они на защиту головы при боковом ударе. В развернутом виде практически полностью перекрывают площадь боковых стекол.

4. Коленные и центральные подушки безопасности

Корейская компания Kia предложила еще один вид подушек – коленные. Направлены они на защиту ноги водителя и переднего пассажира. Водительская подушка располагается под рулевой колонкой, а пассажирская – под передней панелью.

В автомобилях Toyota с недавнего времени стали применять центральные подушки. Установлена она в центральном подлокотнике и направлена на снижение тяжести вторичных повреждений при боковом ударе, в накачанном состоянии она разделяется водителя и переднего пассажира.

Это пока все виды которыми оснащается автомобиль, и направлены они на защиту людей, находящихся. Сейчас также разрабатывается система, направленная на защиту пешеходов. Работает данная система, так же как и внутренняя, с единственным различием – подушки надуваются снаружи авто и направлены они на смягчение удара пешеходом о кузов авто.

Многие годы единственным средством защиты водителя и пассажира при аварии являлся ремень безопасности. Но с развитием технологий, а вместе с тем, и автомобилестроения, возникает необходимость оснащения автомобиля более эффективным средством защиты, нежели ремень. Так на свет и появилась подушка безопасности, или как ее называет в опциональном плане – Airbag. Вероятно, многим интересно, как работает подушка, ведь она при ДТП способна раскрыться всего за 0.3 секунды и обеспечить защиту лица и грудной клетки водителя и пассажиров автомобиля. О том, как работает подушка безопасности, мы сейчас и поговорим.

Насколько эффективна система Airbag?

Большинство современных автомобилей проходят т.н. , в ходе которого устанавливается степень безопасности модели. По результатам многократно проведенных краш-тестов удалось определить, что водители, чьи автомобили не оснащены , рискуют получить очень серьезные травмы, вплоть до летального исхода. Автомобили, которые имеют опционально хотя бы 2 подушки – для водителя и переднего пассажира, обеспечивают более высокий уровень защиты. Поэтому, о пользе подушек безопасности и говорить не стоит, так как это само собой разумеющееся.

Вместе с этим, известен ряд случаев, когда в результате неправильной регулировки срабатывания подушки безопасности, водитель получал серьезные травмы не от ДТП, а именно от удара подушкой. Выстреливая со скоростью 300 км/час, удар подушки сравним с ударом боксера-тяжеловеса, поэтому, сломанный нос, челюсть, сотрясения мозга – вполне привычные травмы, если вдруг подушка сработала неправильно. Но к счастью, такие случаи единичны и за всю историю своего существования подушки безопасности спасли гораздо больше жизней, чем отняли.

Как работает Airbag?

Подушка безопасности – сложный механизм и дабы максимально упростить понимание его работы, разделим основные составляющие этой системы следующим образом: сама подушка безопасности, сенсор, система надувания подушки.

Сама подушка – это нейлоновая емкость, которая расправляется при резком наполнении воздухом. Она компактно сложена и монтируется под пластиковыми элементами автомобиля.

Сенсор – это наиболее чувствительная часть системы. Именно он принимает решение, в какой момент необходимо выпустить подушку. Как правило, сенсор настроен под такую чувствительность, что подушка безопасности раскрывается при столкновении на скорости от 20 км/час.

Система надувания подушки, пожалуй, самый сложный механизм – он отвечает за мгновенный выстрел и накачивание подушки смесью. Помимо блока с заранее подготовленным воздухом, система оснащена и пиротехническими элементами, что и обеспечивает мгновенную скорость накачки подушки.

А теперь смоделируем ситуацию, чтобы показать работу подушки. Предположим, автомобиль сталкивается с каким-либо предметом на скорости, допустим, 40 км/час. Датчик срабатывает от нагрузки, посылает сигнал блоку управления, а тот, в свою очередь, пересылает сигнал в пусковой механизм. В результате этого, активируется заряд, который мгновенно выпускает и накачивает подушку. Весь процесс осуществляется за долю секунды.

Какие подушки безопасности бывают?

Две подушки Airbag – одна для водителя, другая для пассажира – это уже обычная опция и устанавливается даже на базовых комплектациях автомобиля. Однако сейчас выпускается много моделей, которые оснащены шестью и более подушками. И, стоит заметить, подушки между собой немного отличаются.

Итак, мы выяснили, что традиционными подушками безопасности считаются фронтальные одна для водителя и другая для переднего пассажира. Вместе с этим, для защиты ног при лобовом столкновении была создана подушка безопасности для коленей. Испытания Airbag данного типа показали, что с помощью них можно снизить риск получения тяжелых травм ног.

Все более распространенными становятся боковые подушки безопасности и шторки безопасности. Оба указанных вида Airbag предназначены для защиты человека при боковом столкновении. Боковые подушки защищают туловище и ноги человека, а шторки предотвращают удар головы о твердую поверхность.

Совсем недавно была разработана центральная подушка безопасности, которая предотвращает столкновение пассажиров внутри автомобиля, а также дополнительная подушка для грудной полости, закрепленная на ремень безопасности. Технология не получила еще широкого распространения, но уже есть модели автомобилей, которые оснащены подобными технологиями.

В завершении, хотелось бы сделать акцент на главном – подушка безопасности действительно может спасти жизнь при ДТП, но только при условии, если вы всегда пристегиваетесь перед началом движения.

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.

На протяжении многих лет надёжный ремень безопасности оставался единственной формой пассивной безопасности в наших автомобилях. Были дебаты по поводу их безопасности, особенно в отношении детей, но с течением времени бóльшая часть всех стран приняла обязательным условием выезда на дорогу пристёгнутые ремни безопасности. Статистика показывает, что использование ремней безопасности спасло тысячи жизней, которые могли быть потеряны в случае столкновения.

Но также как и ремни безопасности, концепция подушек безопасности - мягкая опора, чтобы облегчить для человека последствия аварии - была мыслью инженеров в течение многих лет. Первый патент на надувную аварийную подушку безопасности для самолетов был подан во ещё время Второй мировой войны. А в 1980 году первая коммерческая подушка безопасности появились и в автомобилях.

На сегодняшний день подавляющее большинство не самых бюджетных легковых автомобилей снабжены подушками безопасности как минимум для водителя и переднего пассажира. Статистика показывает, что подушки безопасности снижают риск смерти при прямом лобовом столкновении примерно на 30 процентов. Всё чаще боковыми подушками оборудуются сиденья и/или двери. Сегодня некоторые автомобили выходят далеко за рамки имеющегося стандарта двойных подушек безопасности, располагая шестью или даже восемью подушками безопасности для водителя и всех пассажиров. Но они всё ещё остаются предметом серьёзных споров и исследований правительства и промышленности.

В этой статье мы узнаем о науке в закромах этих устройств, о том, как подушка безопасности работает, когда срабатывает, каковы её проблемы, и насколько технология продвинулась на сегодняшний день.

Законы движения

Прежде чем рассмотреть специфику, давайте рассмотрим наши знания о законах движения. Во-первых, мы знаем, что движущиеся объекты имеют импульс (произведение массы на скорость объекта). Если некоторая сила воздействует на объект и затем перестаёт воздействовать, то объект всё равно будет продолжать двигаться, лишь снижая свою скорость - это называют инерцией. Автомобиль состоит из нескольких объектов, в том числе самого транспортного средства, незакреплённых предметов в машине и, конечно же, водителя и пассажиров. Если эти объекты не прикреплены к кузову авто, то они будут продолжать движение на любой скорости, на которой движется автомобиль, даже если автомобиль остановлен столкновением.

Остановка импульса объекта требует силы, действующей в течение короткого периода времени. При ДТП усилие, необходимое, чтобы остановить объект, очень большое, потому что импульс автомобиля изменился мгновенно, а пассажиров - нет, и тут не так много времени для работы. Цель любой дополнительной удерживающей системы - помочь остановить пассажира, при этом, причинив максимально незначительный ущерб ему или ей, как это возможно.

Подушка призвана замедлить скорость пассажира до нуля практически без его повреждений. При этом, рамки, в которых она должна работать, огромны. Подушка безопасности при своей работе занимает всё пространство между пассажиром и рулевым колесом или приборной панели за доли секунды.

Цель подушки безопасности - замедлить движение вперёд пассажира как можно более равномерно за доли секунды. Подушка состоит из трёх частей, каждая из которых помогает совершить этот подвиг:

Сумка сама по себе состоит из тонкой нейлоновой ткани, которая складывается в рулевом колесе или приборной панели, или, если речь о боковой подушке - в двери.
Датчик представляет собой устройство, сообщающее сумке, когда необходимо раздуться. Раздув происходит при столкновении при силе, равной как минимум столкновению с кирпичной стеной на скорости 16-24 км в час. Механический переключатель поворачивается, закрывая электрический контакт. Датчики, между тем, получают информацию от акселерометра, встроенного в микрочип.
Система надува служит для быстрого закачивания в подушку газа за счёт реакции азида натрия (NaN3) с нитратом калия (KNO3) для получения газообразного азота. Взрыв азота раздувает подушки безопасности практически мгновенно.

Ранние попытки адаптировать подушку безопасности для использования в автомобилях столкнулись с непомерно высокими ценами и техническими препятствиями, связанными с хранением и выпуском сжатого газа. Исследователи задавались вопросами:

Откуда взять необходимое достаточное место в машине для газового баллона?
Если газ будет оставаться долго в своём спокойном состоянии под высоким давлением, то это ведь довольно опасно?
Как сумку можно было бы расширить быстро и надёжно на различных рабочих температурах и без оглушительного взрыва?

Все вопросы учёных отпали, когда на помощь пришло твёрдое топливо в 1970 году. Твёрдое топливо горит очень быстро, создавая большой объём газа и издаёт при этом меньше шума.

Кроме прочего, воздушная подушка смазывается порошкообразными веществами регулярно - часто кукурузным крахмалом или тальком, которые позволяют держать сумки гибкими и смазывать их, пока они находятся "в хранении".

Подушку безопасности в машине, где бы она ни располагалась и какого бы ни была вида, устанавливают для защиты от ударов пассажиров и водителя, которые они могут получить внутри машины в результате столкновения. Такое устройство нередко спасает жизни и защищает от травм при аварийных ситуациях.

Для обеспечения лучшей защиты подушки комбинируют вмести с ремнями безопасности. Ремни можно использовать без подушек, подушки же без ремня нельзя. Так как если во время аварии человек не зафиксирован ремнем безопасности, подушка ему не поможет. В этом случае он может навредить себе и другим. Если человек не пристегнут, то при столкновении подушка только травмирует его. Также он рискует получить травмы головы и шеи.

Виды подушек безопасности: из чего они состоят

Подушка безопасности представляет собой эластичную оболочку, которая при необходимости наполняется газом при помощи газогенератора. Изготавливают подушки обычно из нейлоновой ткани. Они срабатывают, как правило, при ударе или столкновении машины с чем либо. При столкновении автомобиля датчики, которые установлены в машине, определяют силу удара и устанавливают, какие именно подушки должны сработать. После этого датчики подают сигнал в блок управления. Затем подушка открывается внутри салона в самый нужный момент для защиты человека.

Виды подушек безопасности: в чем разница

Название подушки безопасности зависит от того, где она расположена. Бывают подушки таких разновидностей:

Фронтальные
Боковые
Головные
Коленные
А также центральная.

Менее распространенные виды подушек безопасности

Головные

Основная функция – защищать голову в случае бокового столкновения машины. Применяются такие подушки для защиты всех, кто находится внутри машины независимо от того, где сидит человек: впереди или сзади. Располагаются подушки между стойками в крыше, в задней и передней части машины.

Коленные

Оберегают колени и голени от повреждений в случае аварии. Такие подушки размещаются под рулем и под бардачком (для впереди сидящего пассажира).

Центральные

Этот новый вид появился не так давно. Раскрываются подушки при боковом ударе и способствуют избежанию вторичных столкновений пассажиров. Для впереди сидящих людей располагают такую подушку в подлокотнике сиденья водителя. А для сзади сидящих людей - по центру заднего сиденья.

Подушки безопасности предназначены для одноразового использования. В случае раскрытия их необходимо заменить. Купить и установить новые подушки безопасности вы сможете, обратившись к специалистам. В замене будут нуждаться только те, что сработали.