Любой современный автомобиль располагает системой пассивной безопасности, включающей в себя (в зависимости от комплектации):

• ремни безопасности и их натяжители;
• подушки безопасности;
• аварийный размыкатель АКБ и прочие элементы.

Наиболее эффективной среди них считается подушка безопасности, предохраняющая водителя и пассажиров от получения травм в результате их физического контакта с деталями интерьера и кузова автомобиля во время ДТП.

Назначение и принципиальная схема системы

Подушка безопасности (или пневмоподушка) – это специальное устройство, представляющее собой упругую эластичную оболочку, наполненную газом. Она работает совместно с ремнем безопасности и имеет целью смягчение удара и предотвращение травмирования водителя и пассажиров в результате аварии. Видео многочисленных краш-тестов блестяще демонстрируют ее эффективность.

Однако собственно подушки безопасности в автомобиле – это лишь часть целой системы безопасности, которая состоит из трех основных компонентов:

1. модуля подушки безопасности (или нескольких модулей);
2. входных датчиков;
3. блока управления (или диагностики).

Модуль подушки безопасности

Устройство модуля подушки безопасности включает в себя легкую подушку на основе нейлона, пневмоблок наполнения подушки (газогенератор) и пиропатрон (исполнительное устройство блока наполнения). Сама пневмоподушка выполняется из нейлонового тканевого материала, а для увеличения скорости ее срабатывания и выброса применяется специальная смазка на основе талька (реже — крахмала).


Назначение газогенератора сводится к максимально быстрому наполнению нейлоновой оболочки газом (например, воздухом). Пиропатрон работает в качестве средства принудительного открытия клапана газогенератора, его срабатывания и последующего выброса пневмоподушки.

Входные датчики

Это электронные индикаторы, расположенные, как правило, в передней части автомобиля (в салоне и вне него). Датчики подушек безопасности сводятся к двум основным видам:

• ударному датчику (индексирующему удар в кузов автомобиля);
• датчику сидения пассажира (индексирующему незанятость сидения и исключающему срабатывание соответствующей пневмоподушки).

Их функции заключаются в активации (или отказе от активации) под влиянием сил, возникших при ударе и резком замедлении движения, с последующей передачей соответствующего сигнала на блок управления подушками безопасности в автомобиле.

Блок управления (или диагностики)

Отвечает за активацию всей системы и срабатывание подушек безопасности в автомобиле. Кроме того, он выполняет функции мониторинга состояния системы и (в случае неисправности) сигнализирует водителю о необходимости проведения сервисного обслуживания. Блок управления задействуется при включенном зажигании автомобиля. В некоторых моделях система снабжается специальной кнопкой принудительного отключения (при возникновении подобной необходимости).

Основные виды пневмоподушек и их характеристики

Устройство и конструкция всех современных моделей легковых автомобилей предусматривают возможность установки подушек безопасности. Базовые комплектации авто, как правило, исключают этот компонент из перечня своего оборудования из-за значительного удорожания модели.
В настоящее время различают пять основных видов пневмоподушек. В основе данной классификации лежит принцип локализации – места ее расположения в салоне автомобиля. В зависимости от этого специалисты выделяют фронтальную, боковую, головную, коленную и центральную подушки безопасности.
Фронтальные подушки безопасности предназначены для защиты головы и шейного отдела лиц, находящихся на передних сидениях автомобиля.
В зависимости от объекта назначения выделяются:

1. подушка безопасности водителя;

Пневмоподушка водителя размещается внутри рулевого колеса, а пассажира – в верхней части панели («торпедо»). Как правило, подушка водителя значительно меньше по размерам, чем пассажирская. Это объясняется существенной разницей дистанций между водителем и рулевым колесом, с одной стороны, и между пассажиром и панелью приборов, с другой. В последнее время фронтальные модули используют многоступенчатое (двухступенчатое и более) срабатывание при авариях различной степени тяжести. Это — так называемые адаптивные фронтальные пневмоподушки.


Боковые подушки безопасности выполняют функцию защиты грудной клетки, брюшной полости и таза человека. Они так же, как и фронтальные, представлены пневмоподушками водителя и пассажира, которые чаще всего находятся в полостях передних сидений. Некоторые модели авто предусматривают боковые пневмоподушки и в задних сидениях — для защиты пассажиров, сидящих сзади.


Головные пневмоподушки (или «шторки») – это фактически боковые модули, но они являются их самостоятельным и автономным вариантом и предназначаются для предохранения головы от ранений при боковом столкновении и ударе. Как правило, шторки размещаются под салонной обшивкой крыши (в районе дверей и центральной стойки).
Головные пневмоподушки могут быть представлены:

• подушкой безопасности водителя;
• подушкой безопасности пассажира (или пассажиров).

Водительская и пассажирская коленные пневмоподушки – это особый вариант фронтальных подушек, призванных защищать коленные суставы человека от повреждений и травм. Они располагаются либо под рулем (водительская), либо в подпанельном пространстве – под «бардачком» (пассажирская).

С недавнего времени в обиход стала входить центральная подушка безопасности, предусматривающая возможность снижения вторичных повреждений водителя и пассажиров при аварии. Она устроена в подлокотнике водительского сидения («барчике») и центральной секции заднего сидения.

Таким образом, современное устройство и схема размещения пневмоподушек позволяет минимизировать опасность получения людьми серьезных травм при ДТП.

Принципы и условия срабатывания пневмоподушек

Система имеет отнюдь не сложное устройство и основана на ударе, как главном индикаторе ее срабатывания. Удар улавливают соответствующие датчики и сигнализируют об этом в блок управления. Однако основным условиям для начала действия является сила удара, превышающего установленный системой уровень. Если таковой имеет место, то блок управления активирует пиропатрон модуля пневмоподушки. Газогенератор мгновенно (в течение 40 мс) наполняет газом нейлоновую оболочку, что способствует ее выбросу в направлении водителя или пассажира, предотвращая получение ими травм.
Система понимает под ударами, как индикаторами срабатывания пневмоподушек:

1. собственно удары в кузов автомобиля — прямые или косые, лобовые или боковые;
2. наезды на крупные препятствия (бордюры; крупные ямы, выбоины и пр.);
3. падение с высоты, опрокидывание, жесткое приземление автомобиля.

Лучшей демонстрацией функционирования пневмоподушек являются, безусловно, материалы видео.

Важно отметить! Система настроена на рациональный принцип работы: активация и срабатывание конкретных пневмоподушек обусловливается конкретной локализацией удара. Иными словами, из всех пневмоподушек срабатывает только необходимая. Так, при фронтальном ударе обязательно задействуются фронтальные подушки безопасности. При фронтально-боковом ударе велика вероятность того, что система активирует фронтальные, боковые и головные пневмоподушки. Соответственно при боком ударе – головные и боковые подушки безопасности.


Одним из индикаторов может выступать и резкое замедление движения транспортного средства (например, экстренное торможение). Однако этот фактор не является определяющим при срабатывании системы. Дело в том, что датчики, фиксирующие замедление, не посылают автоматической команды на газогенератор, а, как и в первом случае, лишь «извещают» устройство управления о нестандартной ситуации. Для блока в определении направления работы системы подобная информация является коррелирующей, то есть создающей условия для начала действия (а чаще всего – для предупреждения о возможной опасности).

Алгоритм и принцип работы системы находятся в постоянном развитии в рамках совершенствования общей системы пассивной безопасности автомобиля.

Особенности перевозки детей

Перевозка детей в автомобиле, оснащенном подушками безопасности, является особым режимом движения. Это связано с тем, что сработавшие пневмоподушки способны нанести серьезное увечье или даже убить ребенка, не пристегнутого ремнем безопасности.

Именно поэтому специалисты оказались едины в выработке специальных требований, предъявляемых к перевозке детей в автомобиле с пнемоподушками.

Во-первых, детей рекомендуется перевозить только в хорошо закрепленном спецкресле и только на заднем сидении.

Во-вторых, при невозможности выключить фронтальную пассажирскую пневмоподушку перевозка детей до 1 года на переднем сидении исключается.

В-третьих, в случае движения с ребенком в спецкресле на переднем сидении, последнее необходимо отодвинуть максимально назад.

Внесалонная (наружная) пневмоподушка

В 2012 году конструкторы автоконцерна «Volvo» оформили и реализовали концепцию использования пневмоподушек не только внутри салона автомобиля, но и вне него. Речь идет о подушках, предназначенных для обеспечения максимальной безопасности пешеходов при их непосредственном лобовом контакте с автомобилем. В частности, для предотвращения или минимизации их травмирования. Согласно статистике, в подобных ДТП более трех четвертей летальных исходов обусловлено тем, что пешеход вторично ударяется головой о детали экстерьера автомобиля. Доказательством этого являются многочисленные (к сожалению!) видео, размещенные в сети владельцами авторегистраторов.

Данная система безопасности устроена с применением пневмоподушки. которая при необходимости выстреливает из-под капота. Капот при этом приподнимается с помощью специализированного механизма освобождения шарнира. Эластичная оболочка прямоугольной формы, заполненная воздухом, закрывает наиболее опасный сектор лобового стекла и металлические передние стойки автомобиля, смягчая удар и предотвращая появление серьезных травм у пешехода. Эффективность работы этой системы хорошо демонстрируется именно на видео.

Вполне вероятно, что подобный механизм – это будущее перспективное направление в развитии пневмоподушек.

Обслуживание пневмоподушек

Возможны ли мониторинг и самостоятельное техническое обслуживание системы? Думается, что контроль за работой пневмоподушек более чем возможен, благодаря электронной индикации ее состояния. Так, в случае возникновения неисправности специальная лампочка-индикатор предупредит водителя о перспективе выхода системы из строя и необходимости посещения сервисного центра с целью ее диагностики и обслуживания.

Однако самостоятельный ремонт системы возможен исключительно с привлечением узкоспециализированного персонала авторизованного сервиса или центра. Дело в том, что пневмоподушки – это одноразовые устройства, и после срабатывания возможна только их замена на новый комплект. При этом необходима дополнительная перенастройка и диагностика всей системы управления.

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 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.

Насчитывает не один десяток лет. Главной целью этого гуманного устройства является спасение жизни и сохранения здоровья людей при самых серьезных авариях. Эти приспособления сейчас можно встретить почти на всех автомобилях, произведенных за последнее десятилетие. Их расположение, предназначение и количество претерпевают значительные изменения и современные автомобили становятся просто «нашпигованными» аирбэгами. Но когда и как они появились? Кто первым изобрёл эти устройства и как они работали?

На этот вопрос мы постараемся ответить в этой краткой статье, содержащей основные вехи в изобретении и развитии подушек безопасности.

Подушка безопасности, первые разработки.

Как это часто бывает, дорога к разработке эффективной и надежной подушке безопасности была извилистой. А первые попытки их создания относятся к 1941 году. Правда документально это не подтверждено, да и разработки были приостановлены, наступило военное время и стало не до этого.

Но вот прошла война и к забытой идее вновь устремились взоры инженеров.

Изобретение приписывают двум инженерам, создавшим каждый свое устройство, независимо друг от друга, на разных континентах (с выдающимися изобретениями такое иногда происходит).

Одним из создателей стал немецкий инженер Вальтер Линдерер, вторым был американец, Джон Хетрик. Таким образом в 1953 году был впервые выдан патент на систему способную защитить человека от удара о твердые предметы салона во время аварии.

18 августа 1953 года патент был выдан Джону Хетрику, а через 3 месяца, 12 ноября 1953 года другой патент был зарегистрирован на изобретение немца, Вальтера Линдерера.

Проблемы первых подушек безопасности

Как выяснилось позднее, научные изыскания немецкого инженера из Мюнхена имели один очень существенный недочет, который поставил жирный крест на разработки подушки по его технологии. Подушка безопасности немца имела баллон со сжатым воздухом, которым и наполнялся купол.

В чем был просчет? Давления сжатого воздуха было недостаточно для быстрого развертывания подушки, в результате чего человек ударялся о руль или приборную панель до раскрытия купола подушки безопасности. От идеи пришлось отказаться и начался поиск новых решений и компонентов системы, способных за кратчайшее время заполнить мешок газом. Оно было найдено в пиропатроне, способном в крайне короткий промежуток времени создать достаточное избыточное давление газа.

Примерно в тоже время на другом конце Атлантики к подобной идее пришел инженер-технолог ВМС , Джон Хетрик. Разработке его аирбэга помог случай и служебное положение.

Как гласит легенда, идея о том, что было бы не лишним пришла Хетрику в результате аварии, когда он ехал на своем автомобиле вместе с семьей. По счастливому стечению обстоятельств в той аварии никто не пострадал, даже автомобиль не был серьезно поврежден. Но пережитое настолько серьезно поразило будущего изобретателя, что приехав домой, в ту же ночь он сел за создание чертежей, которым суждено было стать прообразом подушек безопасности будущего. Также полезным в разработке устройства оказался опыт службы в Военно-Морском Флоте, а точнее опыт обслуживания торпед.

Как и у немца задумка заключалась в использовании сжатого воздуха. Проект был обречен.

Прорыв в технологиях для airbag

Потребуются годы и десятилетия в проектировании, тестировании и создании работающих экземпляров подушек безопасности. Разработка легла на плечи мировых автогигантов и их инженеров. Но даже не смотря на приложение таких усилий, первые аирбеги появились гораздо позже предполагаемого срока.

В США, этой проблемой одновременно занялись и в конце 1950-х годов. Но обе компании быстро пришли к пониманию сложностей в изобретения.

Существовало два препятствия, которые необходимо было преодолеть для того, чтобы подушка безопасности стала успешной.

Первое- нужно было изобрести датчик удара, который надежно обнаруживал факт столкновения.

Второе- скорость наполнения подушки должна была быть в районе 40 миллисекунд.

Оба производителя посчитали, что эти две задачи являются непреодолимыми при нынешнем уровне технологий и потеряли интерес к этой идее. Но ненадолго.

В 1967 году произошел прорыв в развитии датчиков подушек безопасности, когда Аллен Брид создал основной компонент для использования аирбэгов- шариковый сенсор, определяющий столкновения. Это устройство используется для определения резкого изменения скорости и до сих пор применяется в системах пассивной безопасности.

Второй важный шаг был совершен, когда была разработана и применена система надувания подушки не с помощью воздуха, но с помощью пиропатрона, соединяющего две составляющих, азида натрия (Nan3) с нитратом калия (KNO3), для создания азота. Который и надувает подушку.

Третий ключевой момент состоялся в Японии, где в 1963 году изобретатель Ясузабуро Кобори запатентовал свое видение подушки безопасности. И именно этот патент используется во всех подушках безопасности современности. Кобори умер в 1975 году, так и не увидев внедрение систем подушек безопасности.

Создание первых серийных экземпляров аирбэгов

После этих решающих моментов, в начале 70-х годов началась эра развития подобных систем безопасности. На волне инженерных успехов решил, устанавливать подушки на свои автомобили. Тем не менее при всем прогрессе и проделанной работе, эти планы также было не просто реализовать. Причина на этот раз заключалась в экономических факторах, компоненты стояли настолько дорого, что массово производить их было просто не выгодно. И вторая часть нерешенной к тому времени проблемы была противоположенной той задаче, которую должна была решать подушка безопасности, дело в том, что при испытаниях она чаще ранила людей, чем спасала. Параллельно с этим были решены другие менее важные, но необходимые конструктивные недостатки, в том числе и относящиеся к салону автомобилей тех времен.

И только упорным трудом, инженеры, химики, физики, дизайнеры смогли создать то устройство, которое используется во всех современных автомобилях и спасает тысячи жизней в самых серьезных авариях.

В аварии при лобовом столкновении как водителя, так и пассажиров швыряет вперед. И они могут серьезно пострадать, если ударятся о руль, приборный щиток или ветровое стекло. Воздушные подушки в момент удара автомобиля о преграду выскакивают из рулевого колеса или приборного щитка, мгновенно надуваются азотом и защищают человека.

Такое защитное устройство состоит из электронных чувствительных датчиков, нагнетательного устройства для производства азота и самой подушки. Датчики настроены так, что не реагируют на удары, если те происходят при скоростях не более 10-14 миль в час. При столкновениях на большей скорости подушка целиком наполняется газом за 1/20 долю секунды после удара. Приняв на себя энергию удара человека, подушка опадает, чтобы люди могли затем выскочить из машины. Воздушные подушки могут спасти жизнь только при лобовых столкновениях. И совсем не служат заменой ремням безопасности.

Выпрыгивающая подушка. При лобовом столкновении датчики передают сигнал в нагнетательное устройство. В момент наполнения подушки азотом она выламывается из отсека рулевого колеса, где постоянно хранится, и превращается в защитную подушку - в тот момент, когда водителя выбрасывает вперед.

Экспериментальное столкновение с водителем-манекеном

После получения сигналов от датчиков столкновения в тепловом генераторе мгновенно вступают в реакцию химические вещества и выделяется газ азот, который быстро наполняет воздушную подушку

Надутая полностью подушка принимает на себя энергию удара человеческого тела, когда его выкидывает вперед

Чтобы лучше поглотить энергию , подушка начинает постепенно опадать, когда водитель уже ткнулся в нее. Это опадание происходит из-за того, что в задней части подушки есть два отверстия для выхода газа.

Почувствовав внезапную остановку

При внезапной остановке автомобиля, двигающегося со скоростью более 10 миль в час, через 0,01 секунды после этого срабатывает система из трех датчиков. В каждом таком датчике есть переключатель, возле которого находится в равновесии валик. При ударе (правая часть рисунка) валик по инерции накатывается на переключатель, приводя в действие механизм наполнения подушки.

Получение газа для наполнения подушки

По сигналам от датчиков столкновения, нагнетательное устройство поджигает химические вещества, выделяющие при реакции азот. Образовавшийся газ проходит через фильтр и поступает в воздушную подушку.

Подушка наполняется за долю секунды

Когда образующийся азот устремляется в подушку, она выламывается из своего отсека в рулевом колесе (середина нижнего рисунка). И наполняется 16 галлонами газа в течение 0,05 секунды с момента удара - быстрее, чем водителя успевает выбросить из его сиденья по направлению к ветровому стеклу.

Защита для двоих

Поскольку пассажир, сидящий рядом с водителем, также рискует пострадать при аварии, в некоторых автомобилях устанавливают воздушные подушки напротив обоих передних сидений. Перед пассажиром находится большой объем свободного пространства, поэтому для него обычно ставится подушка большего размера.