22.11.2019

20 минут

Ростех

1134

Все о подушках безопасности для автомобиля

По данным статистики все случаи лобового или так называемого фронтального столкновения, составляют более 50% от всех аварий.

Такая цифра говорит о чрезмерной важности данной темы. Именно поэтому мы с вами и рассмотрим ее в данной статье.

Одним из самых распространенных на данный момент средств для защиты водителя от получения травм, в результате столкновения с препятствием, является подушка безопасности.

Основным предназначением подушки безопасности является защита водителя автомобиля от нежелательного прямого контакта с рулем, приборной панелью или, например, лобовым стеклом.

Для того, чтобы максимально защитить нас от травм, подушка безопасности должна надуться в тот момент, когда произошла авария и до того момента, как водитель соприкоснется с рулем. Обычно это время составляет приблизительно от 15 до 30 миллисекунд.

Также необходимо упомянуть, что исправный ремень безопасности поможет предотвратить серьезные травмы, а в совокупности с подушкой безопасности и вовсе избежать их.

Где же должна располагаться подушка безопасности?

В большинстве случаев подушка безопасности скрыта внутри большой ступице руля.
Если сравнивать автомобиль с установленной подушкой безопасности и автомобиль без нее, то их отличает удлиненный вал рулевого колеса, а также видоизмененный рулевой кожух.
Если обобщить все сказанное, то подушка со всеми своими элементами, находится в рулевом колесе.

Какие элементы входят в состав подушки безопасности?

1. Это газогенератор и так называемый надувной мешок.
2. Это электронный датчик, срабатывающий при столкновении с препятствием.
3. Лампа контроля.

Если включить зажигание автомобиля, то примерно на 3-4 секунды загорается контрольная лампа.

Если лампа погасла, то это свидетельствует о том, что вся система безопасности исправна и готова к работе.

Если же лампа горит красным светом, то система не исправна и, возможно, требуется обратиться в сервис за профессиональной помощью.

Рассмотрим процесс срабатывания системы защиты при столкновении автомобиля с препятствием. В динамике — это выглядит следующим образом:

1. Автомобиль сталкивается с препятствием.
2. Из-за деформации или резкого замедления срабатывает датчик. Теперь система оповещена об аварийной ситуации и начинает действовать.
3. Система подает сигнал детонатору. Детонатор взрывается, тем самым разрушая металлическую заслонку баллонов с газом. Заметим, что давление газа в баллонах достигает отметки от 200 до 250 мПа. Обычно в роли газа выступает аргон или озон.
4. Газ начинает наполнять подушку, состоящую из нескольких слоев нейлоновой материи. Ее толщина составляет от 0,3 до 0,4 мм.
5. Подушка резко увеличивается в размерах и через специальные надрезы в крышке модуля вырывается наружу.
6. Подушка раскрыта. Обычно время, требуемое для раскрытия подушки, колеблется от 15 до 30 миллисекунд после срабатывания датчика.
7. Голова водителя соприкасается с подушкой и подушка, гася энергию взаимодействия, начинает выпускать газ и в итоге опадает.

Следует помнить о том, что весь это процесс происходит чрезвычайно быстро. Благодаря подушке безопасности до 90% ударной энергии было рассеяно, и только остаток в виде 10% достается водителю. Скажу также, что для каждой модели автомобиля есть свои настройки подушки безопасности. Эти настройки испытывают в crash-тестах на ложное срабатывание, на совместимость с проводкой автомобиля и т.д.

Защита от ложного срабатывания очень важна, так как после него, возможно, придется поменять не только подушку, но и стекла, если те не были закрыты во время “ложной тревоги”.

В итоге мы рассмотрим, какими преимуществами обладает подушка безопасности:

1. В отличие от ремней безопасности, которые приходится постоянно пристегивать, отстегивать или регулировать под себя, подушка безопасности не создает неудобств, при движении автомобиля и не заметна для окружающих.
2. Используя ремни, нам необходимо пристегиваться, а используя подушку безопасности, мы не нуждается в каких-либо дополнительных особых условиях.
3. Подушка безопасности прекрасно защищает грудь и голову человека от нанесения травм при аварии.

Там где есть плюсы, имеют место быть и минусы:

1. При заполнении газом, подушка создает большой шум.
2. Подушка безопасности не эффективна при переворачиваниях и боковых столкновениях.
3. Мало изучена способность качественного срабатывания подушки безопасности, если она долго используется.
4. Наличие опасений о ложном срабатывании.

Некоторые недостатки были устранены в новых моделях подушек безопасности.

Новая конструкция подушек предусматривает разделение на зоны. Первая зона защищает человека при лобовом столкновении. Вторая зона защищает при ударе с боку.

Теперь вы знаете главное о подушках безопасности. В завершение хочу сказать, что не бывает одной идеальной системы защиты, поэтому используйте все плюсы и минусы других систем, например, подушка безопасности + ремень. Если возникли подозрения, что подушка неисправна, то сразу же обратитесь в автосалон.

Помните, что ваша жизнь зависит не только от средств безопасности, но и от вас самих.

Удачи вам на дорогах и всего доброго!

Подушки безопасности. Спасительный апперкот (14 фото+7 видео)

Полвека назад ремни безопасности приостановили рост тяжёлых травм и смертельных случаев в автомобильных авариях. Но быстро увеличивающийся автопарк и скорости движения стали вновь омрачать и без того нерадостную статистику. В помощь основным удерживающим системам требовались дополнительные средства пассивной безопасности, которые бы спасали жизни в страшных авариях. Это… надувные подушки.

Ремень при фронтальном столкновении начинает ловить человека уже на ранних стадиях удара и удерживает его на месте, независимо от того, что с автомобилем происходит далее (а ведь дальше возможны последующие столкновения, опрокидывание и даже серия переворотов). Но ремень не способен принять на себя голову и оградить шею от хлыстовой травмы (характерный кивок вперёд, опасный растяжениями шейных сухожилий и мышц, вывихами позвонков и даже разрывом спинного мозга). В этом случае и приходит на помощь подушка. Газовый подпор эйрбэга принимает на себя голову и частично грудную клетку. В результате существенно снижается риск возникновения «хлыста», снижаются пиковые нагрузки на головной мозг и изгибающий момент, действующий на шейные позвонки.
Кроме того, ремень и подушка, обладая определённой податливостью, способны самостоятельно частично погасить энергию удара в пределах своей «рабочей зоны». По статистике подушка снижает риск тяжёлых травм и смертей примерно на 10-15% вдобавок к тем 70-ти, что обеспечивает ремень. Но, если вы не пристёгнуты, эйрбэг способен снизить риски лишь на 25-30%. То есть, по сути, получается – 85% с ремнём против 30% без ремня за те же деньги. Всё ещё не пристёгиваетесь?..

Доподлинно неизвестно…
…кто первым придумал подушку безопасности. В конце 1951 года немецкий инженер Вальтер Линдерер представил в патентное бюро заявку на «устройство, защищающее людей в автомобиле от травм и столкновений». Правда, патент (Patentschrift 896312) выдали изобретателю лишь спустя два года. И в том же 1953 году американец Джон В. Хедрик, попавший в автомобильную аварию, предложил свой вариант подушки, схожий по идеологии, но немного отличавшийся по конструкции (US patent 2649311). Прикрепленный к рулю мешок в момент аварии надувался и принимал седока в «объятия», оберегая от контакта с деталями интерьера и снижая, тем самым, риск травм.
***Возросшее число ДТП подтолкнуло Mercedes в 1967 году начать разрабатывать подушки для серийного производства. И в 1980-м Mercedes Benz S-Klasse (заводское обозначение W126) стал первым автомобилем, в штатную комплектацию которого входила фронтальная подушка безопасности водителя и преднатяжитель ремня***

Идея была фантастическая, однако реализовать её оказалось непросто. Главная сложность — подушка так медленно надувалась из баллона со сжатым воздухом, что водитель успевал достать головой до руля. Робкие попытки отдельных фирм и изобретателей усовершенствовать конструкцию не привели к успеху — требовались иные материалы, технологии и, естественно, финансовые затраты. Поэтому о гениальном изобретении вспомнили лишь спустя почти полтора десятка лет, когда круто пошла вверх статистика смертных случаев в автомобильных авариях.

***В 70-е годы прошлого века специалисты ЗИЛа пробовали пристроить подушки безопасности на правительственные лимузины. Но Политбюро ЦК КПСС пресекло творческий порыв, объяснив, что машины первых лиц государств в аварии не попадают***

Второй этап соревнований между Америкой и Европой начался примерно в середине 60-х годов. Победивший получал титул первого, кто довёл идею до серийного производства. Крупнейшие автогиганты с азартом включились в борьбу за первенство и жизни своих потенциальных покупателей. Практически сразу пришли к выводу, что приводить подушку в действие должен пиропатрон (или газогенератор). Он компактен и при этом ему по силам наполнить мешок газом за 30–50 миллисекунд (1 миллисекунда = тысячная доля секунды) — за такое время пристёгнутый человек уже успевает ощутимо натянуть ремень.

***Глазом моргнуть не успеешь — подушка надувается менее чем за 0,03 с. Оценив при помощи акселерометров (устанавливаются в блоке управления по центру кузова) и датчиков удара (устанавливаются в непосредственной близости от бампера) силу и направление удара, управляющая электроника может немного отсрочить выстрел и даже растянуть его по времени. Например, при фронтальном ударе на скорости 56 км/ч (при такой проходят сертификационные испытания) подушка срабатывает примерно через 15 мс. На 50-й миллисекунде в нее прилетает водитель, а на 150-й мс она уже сдувается***

На первых порах возникали сложности с выбором вещества, которым начиняли пиропатрон. Экспериментировали даже с ракетным топливом, но вскоре отказались — большинство тестовых машин в буквальном смысле горели на работе. Проблема ушла на второй план, когда появились подушки с твердотопливным зарядом из азида натрия (NaN3). Азид натрия — это токсичная соль, которая пребывает в заряженной подушке в гранулированном или порошкообразном состоянии.

При сильном механическом воздействии, повышении температуры до 250—300оС или подаче электрического заряда топливо буквально за миллисекунды распадается на натрий и азот с высвобождением большого количества тепловой энергии, а значит и с сильным расширением продуктов реакции. Эти газы, создавая давление, и надувают сложенный мешок. В подушках заряд «поджигается» электрическим импульсом в строго определённый момент по команде электроники, а реакция следующая: 2 NaN3 > 2 Na + 3 N2.
N2 — это азот, безвредный газ без цвета и запаха, в нашей атмосфере его 75%, а вот натрий (Na) для организма опасен, но в автомобильных подушках он нейтрализуется такими веществами, как нитрат калия, или соединениями кремния. Так что бояться нечего. Эти газы выходят из подушки через специальные калибровочные отверстия с тыльной стороны, их диаметр подобран таким образом, чтобы обеспечить необходимую жёсткость (пока горит топливо) максимально долго. Кстати, моментальное «задымление» в салоне при срабатывании эйрбэгов — это вовсе не пожар, а отработавшие газы. Если попали (не приведи Бог) в аварию, если видите характерный белый «подушечный» дым, не спешите отстёгиваться и покидать салон, осмотритесь — вдруг кто-то из соседей по потоку не успевает остановиться…
***В салоне современного автомобиля может быть спрятано более десятка подушек***

***Фронтальные подушки прячут в руле и панели приборов. Из-за разной удаленности эйрбегов от водителя и пассажира, мешки отличаются размерами. Сидящего за рулем оберегает обычно 50-литровая подушка, а его соседа — объёмом около 80 л. Кстати, энергию удара переднего пассажира более объёмная подушка гасит более бережно. Соответственно и шансы для выживания у него немного выше***

***На кабриолетах, купе и компактных малолитражках, где проблематично из-за дефицита места развесить «занавески» под потолком, их функции берет на себя специфическая боковая подушка Head/Thorax. Этот мешок ассиметричной формы, спрятанный в спинке переднего сиденья, защищает от контакта с дверью и стеклом одновременно и туловище (грудь, плечи, предплечья), и голову…***

***…но, как вариант, для защиты шеи и головы в кабриолетах может использоваться подушка, спрятанная в дверь***

В первых системах управления подушками возникало немало вопросов и к управляющей электронике — от неё требовалась хорошая расторопность, да и число ложных срабатываний было чересчур велико. Несмотря на усилия мировых автогигантов на разных континентах, первые нормально работающие образцы подушек стали появляться лишь в середине 70-х годов прошлого века. Как дополнительные опции их предлагали американские производители, а в 1980-м первые серийные подушки вошли в список штатного оборудования Mercedes-Benz S-Класса (W126). Спустя семь лет Porsche на модели 944 в базовой комплектации устанавливает водительский и пассажирский эйрбэги. Кстати, стоит заметить, что на первых порах подушки для американского и европейского рынка отличались по объёму. В Старом Свете Правила дорожного движения обязывали водителей пристегиваться ремнями, а в Новом лишь рекомендовали, а потому и размерами надуваемые мешки для американских драйверов были чуть ли не вдвое больше, чтобы хоть как-то компенсировать отсутствие ремня.

В том же 1987-м первым японским автомобилем с подушкой безопасности становится Honda Accord. А в 1994 году впервые покупатели смогли заказать машины с боковыми подушками, причем как для задних, так и для передних седоков. Позднее отдельные воздушные мешки стали защищать ещё и голову — такие эйрбэги за то, что они, срабатывая, закрывали боковые стойки и окна, по праву окрестили «шторками» или «занавесками».
***Компьютерные крэш-тесты помогают с минимальными затратами и максимальной точностью отладить работу подушек. Но окончательную доводку и согласование с ремнями и преднатяжителями они всё равно проходят при реальных краш-тестах***

Твёрдотопливные генераторы состоят из корпуса, внутри которого находятся пиропатроны — поджигающий и выталкивающий. Когда из блока управления на пиропатрон приходит электрический импульс, тот воспламеняет поджигающий заряд — он служит запалом для основного количества твёрдого топлива, при сгорании которого и высвобождается необходимый для надувания подушки объём газа. На выходе из корпуса установлен металлический фильтр. Его задача — не допустить попадания горящих частиц в боящийся огня мешок и дополнительно охладить газ.

Так работает двухступенчатый твердотопливный генератор подушки безопасности. Электроника подаёт электрический импульс и активирует первый поджигающий пиропатрон. Он, вспыхивая, поджигает выталкивающий заряд — выделяющийся при горении газ деформирует корпус и, проходя сквозь пламегаситель и фильтр, заполняет подушку. Если сила удара при столкновении большая, блок управления через несколько миллисекунд подаёт команду второму пиропатрону, дополнительный заряд вспыхивает и поддерживает в подушке необходимое рабочее давление. Конструкция пиропатронов и сила применяемых зарядов на различных моделях может быть различна. Собственно различными комбинациями и последовательностью срабатываний зарядов для различных условий столкновений инженеры подбирают оптимальные скорость раскрытия и давление. Но даже если для работы потребовался один заряд, второй всё равно дожигается после стадии отдачи. Делается это для того чтобы исключить последующие случайные срабатывания. Ведь при спасательных работах заново сработавшая подушка может нанести урон как пострадавшим, так и спасателям

В гибридных генераторах (указан стрелкой на фото ниже) помимо твёрдотопливного заряда установлен дополнительный баллон со сжатым газом (обычно смесь аргона и гелия под давлением от 200 до 600 бар). Пиропатрон после подачи на него электрического импульса открывает защитный клапан и перемешанные газы устремляются в подушку безопасности. Преимущество такой конструкции перед твердотопливной в том, что температура газов, наполняющих мешок, значительно ниже, и значит меньше вероятность получить ожоги при выстреле эйрбэга. Надуваются такие подушки быстрее, это особенно важно для боковых «мешков» и шторок. Кроме того, из-за меньшего количества «взрывчатого» вещества, гибридные бережнее относятся к барабанным перепонкам находящихся в салоне (уровень шума при их срабатывании — до 140 дБ, как при взрыве новогодней хлопушки). Однако есть и недостатки — гибридные газогенераторы более громоздкие.

Современные системы раскрывают подушки не только вовремя, но и в зависимости от направления и силы столкновения автомобиля с препятствием. Ведь при несильных ударах излишне «жёсткий» мешок больше травмирует, чем спасает. Поэтому такие подушки (их ещё называют адаптивные) приводят в действие двухступенчатые газогенераторы. Блок управления анализирует информацию с датчиков и определяет временной интервал (от 5 до 50 мс) между срабатыванием первой и второй ступеней. Чем больше пауза, тем медленнее мешок наполняется газом и тем мягче он окажется. Если удар при столкновении очень сильный, оба заряда срабатывают одновременно, они обеспечат максимальное давление и жёсткость подушке. Но у всего есть предел — в очень тяжёлых случаях даже пристёгнутый человек через газовый подпор подушки безопасности может-таки достать головой до руля и деталей интерьера.