Как работает подушка безопасности. «Надувная» защита: как работают подушки безопасности и какие бывают? Какой газ в подушке безопасности

Подушка безопасности не является гарантией того, что при серьезной аварии вы останетесь живи, но риск отправится на тот свет или получить серьезные травмы — значительно снижается.

К сожалению, покупая подержанный автомобиль, вы не сможете самостоятельно проверить исправность подушек безопасности. Вполне возможно, что там их вообще нет, а вместо них уже давно стоят муляжи. И узнаете вы об этом только, когда в кого-нибудь вьедете, ну или кто-нибудь вьедет в вас.

А теперь перейдем к нашему основному вопросу «Как действует подушка безопасности?»

Подушки безопасности срабатывают только при достаточно сильном ударе. На удар реагируют датчики, которые располагаются в передней и боковых частях вашего авто. Сам датчик — это электронный блок, который состоит из стеклянной трубочки с зауженным по центру отверстием. Внутри трубки находится шарик с ртутью, который при сильном ударе пролетает через отверстие и приводит датчик в действие, который в свою очередь посылает электрический импульс на пиропатрон.

Далее от взрыва пиропатрона следует срабатывание преднатежителей ремней безопасности, ремень натягивается и прижимает ваше тело к сидению, блокирует его в более безопасном положении, затем, тоже от взрыва пиропатрона раскрываются и сами подушки безопасности, при этом раздается громкий хлопок и появляется небольшое облачко безвредного порошкообразного осадка. Это все происходит последовательно, но при этом очень быстро, за доли секунды.

А теперь вкратце, для того чтобы было все более ясно: Вы врезаетесь, от удара срабатывает датчик, ремни натягиваются и затем раскрываются подушки.

Думаю, что с подушками все ясно, теперь поговорим подробнее по поводу ремня. Дело в том, что подушка безопасности и преднатежители ремня — это один комплект и работают они вместе. Если вы не будете пристегнуты ремнем, то подушки могут и не раскрыться! А если и раскроются, то обязательно поломают вам нос, выбьют челюсть и оставят несколько синяков. Многим, ударом подушки даже сворачивает шею, так что если ваша шея далеко от бычьей, будет полезно ее немного . Это вам пригодится не только при дорожных авариях.

Ремнем безопасности нужно пристегиваться обязательно, только тогда система безопасности максимально сможет вас уберечь от травм. Так же не стоит забывать, что как и любой другой товар, подушки безопасности имеют свой срок годности. Со временем пороховой заряд, который находится в пиропатроне может испортится, контакты окислится. Поэтому время от времени необходимо проводить диагностику в автосервисе. Ну и разумеется замену подушек должен производить только мастер, профессионально этим занимающийся.

Количество подушек безопасности зависит от марки и года выпуска вашего авто. Современная система безопасности включает в себя до 16 подушек и продуманное расположение датчиков. Подушка безопасности Airbag устанавливается на руль — для водителя, и на панель приборов — для пассажира. Также устанавливают подушки на спинках сидений и на дверях. Если подушка установлена в сидении, то следует так, чтобы они не помешали ее раскрытии, либо вообще стараться их не одевать. Подушки срабатывают в зависимости от того на какую часть автомобиля пришелся удар. Если удар лобовой, то сработают только передние подушки, если удар пришелся с боку, то соответственно боковые. Подушки раскрываются только от удара, от экстренного торможения, как ходят слухи, исправные подушки сработать не могут!

Интересный факт, многие, кто сталкивался лицом к лицу с подушкой безопасности, говорят что очень хорошо успевают рассмотреть момент ее раскрытия, как в замедленной съемке, не смотря на то, что все это происходит за доли секунды:)

Да, кстати вы когда нибудь задумывались, что будет если человека посадить на подушку безопасности и активировать ее? Если нет, то обязательно посмотрите )

• 
• 
• 
• 
  
• 
• 

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.

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.

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.

Производители дорожных автомобилей уделяют особое внимание вопросу защиты водителя и пассажиров в аварийных ситуациях, придерживаясь определенных технических критериев. В частности, газ для подушек безопасности (англ. — Airbag) должен практически мгновенно наполнять мешок, чтобы человек не успел получить серьезных травм при боковом или лобовом ударе. Именно о том, как устроена данная система и какой газовый компонент используется для ее функционирования, пойдет речь ниже.

История возникновения Airbag

Первой областью, где начала применяться подобная защита, считается авиация. В 40-х годах прошлого столетия авиа-инженеры решили внедрить инновационную по тем временам систему безопасности. В автомобильной промышленности такое изобретение стало активно внедряться только спустя три десятка лет. При этом первые попытки создать действительно эффективное и надежное средство защиты человека при аварии имели неутешительные результаты.

На начальном этапе развития Airbag в качестве газа для подушек безопасности применялся атмосферный воздух. Основная идея заключалась в том, чтобы накачать мешок за 20-30 мс, с чем ни один промышленный компрессор так и не смог справиться. После неудачных попыток добиться приемлемого результата было принято решение отказаться от идеи компрессорного нагнетания и воспользоваться энергией, которая возникает при сгорании топлива.

Наиболее эффективным методом оказалось сжигание ракетного топлива. В результате выделялось столько энергии, что ее вполне хватало не только на мгновенное наполнение мешка, но и на взрыв автомобиля. Поэтому впоследствии в качестве источника энергии стали применяться специальные патроны (таблетки), которые выделяли достаточное количества газа при сгорании, однако были гораздо безопаснее ракетного топлива.

устройство генератора

Какой газ для подушек безопасности используется сегодня

В современных условиях для наполнения Airbag применяется азот, который вырабатывается при сгорании таблетки натриевой кислоты или азида натрия (NaN3). Алгоритм работы системы выглядит так:

1. При сильном ударе в автомобиле срабатывают датчики, сигнал от которых поступает в газогенератор.
2. Газогенератор начинает вырабатывать тепло и высокое давление, в результате чего патроны сгорают, вырабатывая газ.
3. Поскольку азота в общем объеме только 45% (остальное - это оксид и диоксид углерода, водяные пары и твердые частицы), на выходе газогенератора устанавливаются фильтры, которые не пропускают вредные для человеческого организма компоненты.
4. Наполнение подушки осуществляется за 20-50 мс. При этом давление сохраняется не более 1 с, после чего сквозь технологические отверстия азот распространяется в автомобильном салоне.

процесс наполнения

Для человека азот является абсолютно безопасным веществом. Однако стоит отметить, что в случае высокой концентрации и давления он может вызывать легкое «опьянение». Больше об этом эффекте читайте .

Количество подушек безопасности в салоне может быть разным. В наиболее защищенных транспортных средствах такие элементы располагаются не только на руле и лицевой панели, но и по всему внутреннему периметру автомобиля. Таким образом, во время серьезной аварии пассажиры оказываются внутри своеобразной капсулы, которая призвана смягчить прямые и боковые удары.

Существует ли альтернатива NaN3?

Помимо азида натрия в качестве топлива для генерации газа некоторые производители автомобилей применяют нитроцеллюлозу, которая при сгорании не выделяет вредных веществ, поэтому не требует дополнительной установки фильтра. Кроме того, при одинаковой массе таблетки нитроцеллюлоза вырабатывает больше полезного газообразного вещества, чем натриевая кислота, что позволяет повысить мощность газогенератора. Вместе с тем, это вещество является взрывоопасным, поэтому, несмотря на очевидные преимущества, не получило широкое распространение при производстве Airbag.

Таким образом, среди веществ, выделяющих N, у азида натрия на текущий момент нет полноценной альтернативы. А готовые технические газы не применяются поскольку, во-первых, это не безопасно, во-вторых, они требуют дополнительное место для размещения баллона.

В качестве заключения обратим ваше внимание, что подушки безопасности смогут защитить вас только в случае, если соблюдены все необходимые нормы и требования по их установке, замене, производству и использованию. Впрочем, во всех отраслях деятельности необходимо соблюдение установленных правил.

Так, компания «Промтехгаз» с удовольствием профессионально проконсультирует вас по любому вопросу относительно технических газов и газового оборудования, применяемого в промышленной сфере и быту – пишите вопросы в комментариях. А если вам нужно приобрести азот , бытовые, сварочные или пищевые газовые смеси , то ждем вас на нашем сайте – там можно найти полную техническую информацию о поставляемой продукции и быть уверенным в полном соблюдении всех необходимых нормативов и правил.