Вот тогда-то, в 1967 году вспомнили об идее, которую предложили в 1953 году американец Джон Хендрик и немец Вальтер Линдерер. Согласно выданным им патентам устройство представляло собой прикрепленный к рулю «складной развертываемый мешок, который надувался в случае опасности». Реализовывать эту идею взялись многие разработчики, но они столкнулись с множеством проблем. Помимо того, в 1970 году инженеры подверглись серьезному давлению со стороны только что созданного ведомства дорожной безопасности (NTHSA), которое требовало оснастить подушками безопасности все новые автомобили уже с 1973 года. Задача, мягко говоря, была невыполнимая.

Предвидя, что реализация этой директивы затянется надолго, в СМИ и на политической арене была развернута кампания, направленная против данной системы безопасности. В итоге сроки внедрения технологического новшества сначала были продлены до 1976 года, а затем и вовсе отменены как директива. Лишь в 1993 году эта директива была окончательно закреплена, как обязательная к выполнению.

Конструкционные трудности и их решения.

Реализация идеи «развертываемого» мешка потребовала неимоверных усилий. Составляющие современной подушки безопасности: пиропатрон, надувной колокол, набор датчиков и электронного блока управления – все это надо было изобретать с нуля.

Необходимый показатель времени срабатывания – 30-50 миллисекунд достигался только при пиротехническом принципе наполнения подушки безопасности. Поэтому его сразу взяли на вооружение. Но открытым остался вопрос, чем начинять пиропатрон? При выборе наполнителя доходило дело до курьезов, конструкторы пытались применять даже ракетное топливо. Зачастую такие эксперименты приводили к разрушению автомобиля. Помимо того, патрон должен быть компактным, а продукты сгорания не представлять опасности для человека.

Раскрытие подушки безопасности сопровождается резким скачком давления в автомобильном салоне и громким хлопком (порядка 140 дБ), это может привести к повреждению барабанных перепонок. Для подтверждения безопасности конструкторы прибегли к старому методу – они поместили в салон клетки с пятнадцатью канарейками. Эти «хрупкие» на акустическое воздействие птички отлично прошли эксперимент и даже сохранили свои певческие способности.

Плотная ткань из которой изготавливалась основная часть подушки (колокол) была слишком толстой, к тому же она пропускала часть газа. Со временем конструкторы пришли к мнению, что оптимальным материалом для этого элемента является тонкий и прочный нейлон (толщина около 0,5 мм) с герметичным покрытием.

Механизма, который просто способен безопасно и быстро раскрывать подушку безопасности, было недостаточно. Необходимо было заставить его вовремя раскрываться и только в критический момент. Самопроизвольное срабатывание подушки на ходу очень опасно для водителя. Также человек должен удариться об уже раскрывшуюся, но еще не начавшую сдуваться подушку. Использование подушки безопасности, которая срабатывает не вовремя, приносит одни неудобства и, в некоторых случаях, даже увечья (ведь скорость раскрывающейся подушки безопасности порядка 300-от км/ч).

Для конструирования такой умной системы потребовалась помощь опытных людей. Концерн Bosh с его огромным опытом в сфере электроники и электрики как раз подходил на эту роль. Система управления совместно с датчиками должна была передать сигнал пиропатрону за несколько миллисекунд, не реагируя на слабые воздействия и сохраняя свою работоспособность независимо от эксплуатационных условий.

На выполнение всех этих условий, компании потребовалось свыше десяти лет работы, более двухсот краш-тестов на серийных автомобилях и около 2500 – на макетах, затратив на это свыше 7 млн. километров испытательных пробегов. Интересен тот факт, что около 600 опытных автомобилей, проходили реальные испытания с сотрудниками компании «мерседес» за рулем. Излишне говорить, что это была весьма рискованная затея.

К декабрю 1980 года, через 13 лет после начала работ, был выпущен первый серийный автомобиль, оснащенный подушкой безопасности. Данная опция была мало кому по карману, но было ясно, что будущее за подушками безопасности.

Эффект от внедрения новой системы безопасности был очевиден. В течение 80х годов количество смертельных исходов и случаев получения тяжелых травм сократилось на 5%, а в 90-х годах, когда использование подушки безопасности стало обязательным требованием, — значительно уменьшилось. Подушки безопасности, показав свою эффективность на деле, стали неотъемлемой частью комплектации большинства автомобилей.

Места размещения подушек безопасности.

Системы «надувной» защиты уже давно размещаются не только фронтально, но и с боку. Ведь среди ДТП нередки случаи, когда пассажиры подвергаются опасности именно от боковых ударов по автомобилю. Свое распространение нашли «эйр-бэги» вмонтированные не только в руль, но и в боковые двери, спинки передних сидений, в стойки крыши и над дверями.

В открытых автомобилях требование к боковым подушкам безопасности особое. Из-за отсутствия жесткой крыши и стоек приходилось монтировать их в верхнюю часть двери и делать более прочными. Зачастую предлагается укомплектовать машину дополнительными «эйр-бэгами» для защиты ступней и коленей, а также предотвращения «подныривания» под ремни безопасности. Отдельные подушки получают и пассажиры, сидящие на задних сидениях.

Безопасность превыше всего!

В борьбе за безопасность технологии надувного мешка вышли за пределы салона автомобиля. Новейшие прототипы обеспечивают безопасность не только пассажирам, но и сбитому пешеходу. Подушки безопасности раскрываются в местах контакта с автомобилем (у кромки капота и перед бампером), защищая от травм голову и ноги сбитого человека.

Количество датчиков и подушек безопасности в автомобиле растет с каждым годом, а сами они прибавляют в своей технологичности. Новейшие датчики, способны различать типы ударов по силе и характеру. Есть даже такие, которые могут распознать ситуацию, когда в стоящий на месте автомобиль врезается другая машина, и это при учете того, что обычно подушки безопасности не срабатывают на скорости менее 20 км/ч.

Скорость срабатывания подушек безопасности стала больше, теперь на полное раскрытие затрачивается не более 20 миллисекунд. Пиропатроны стали безопаснее и экологичнее. Фильтры не пропускают опасные для здоровья газы и твердые частицы. Подушки стали адаптивными, т.е. внутреннее давление и степень раскрытия варьируется в зависимости от силы удара. Благодаря датчикам, установленным в креслах, «эйр-бэги» не срабатывают, если ремни безопасности не пристегнуты или на сиденье попросту никого нет. Первые образцы подушек безопасности поддерживали необходимое давление в куполе около 2-х секунд, сейчас они не спускаются до 10 секунд. Благодаря этому пассажир защищен от повторного столкновения или последующего переворота автомобиля.

В новых «эйр-бэгах» учитываются особенности человеческой физиологии. Раньше, при срабатывании, подушка безопасности могла нанести повреждения на лице оберегаемого человека, теперь появились раздвоенные пассажирские подушки. Основной удар принимают плечи и грудь человека, а воздействие на голову минимальное.

Принцип работы системы подушек безопасности.

Есть вариации подушек безопасности, которые разработаны, как для водителей, так и для остальных пассажиров. Водительская подушка безопасности обычно устанавливается на руле, пассажирские – на приборной конструкции и на спинках сидений.

Подушки, расположенные спереди, служат для защиты водителя и пассажира от травмирования жесткими предметами (салон, автомобильный кузов и др.) и осколками стекол при фронтальных столкновениях.

Срабатывание подушек безопасности происходит при непосредственном ударе. В зависимости от направления удара активируются только определенные подушки безопасности. Датчики удара передают сигнал в блок управления в том случае, если сила удара превышает опасный порог. Блок управления, обработав полученные данные со всех датчиков, определяет необходимость и время срабатывания подушек безопасности и других составляющих пассивной системы безопасности.

В зависимости от обстановки возможно срабатывание только натяжителей ремней безопасности или совместное, с подушками безопасности. Блок управления подает электрический сигнал для включения газогенераторов соответствующих подушек безопасности. Подушка безопасности разрывается и сдувается только после прикосновения с человеком.

Подушки безопасности не подлежат дальнейшему использованию после срабатывания, поскольку они являются одноразовым компонентом автомобиля.

Дополнительные условия срабатывания фронтальных подушек безопасности:

• Падение автомобиля;
• Наезд на твердый прочный предмет;
• Жесткое приземление после прыжка;

Важно знать, что фронтальные подушки безопасности не срабатывают при ударе машины сзади, боковом ударе и опрокидывании автомобиля.

Новейшие разработки в сфере безопасности.

Мотоциклетная подушка безопасности.

Компанией Honda была обнародована первая в мире система подушек безопасности для мотоцикла (Motorcycle Airbag System).

Сама воздушная камера вмонтирована по центру руля. Подушка срабатывает, когда все четыре «краш датчика» обнаруживают серьезное лобовое столкновение. Надутый буфер не дает мотоциклисту вылететь вперед.

Первый байк, на котором установлены подушки безопасности, был «Gold Wing» – самый тяжелый и большой мотоцикл Honda. Цены на такой мотоцикл начинаются с 18 тысяч долларов.

Оснастить такими подушками безопасности все модели мотоциклов невозможно по техническим причинам. Поскольку подушка поглощает кинетическую энергию летящего вперед мотоциклиста, то сам байк должен быть достаточно тяжелым, чтобы не перевернуться и не перекинуть владельца мимо развернутой камеры.

Помимо этого, для раскрытия «Air bag’а» необходимо достаточно места, следовательно, такую систему невозможно установить на спортивном мотоцикле, гонщик которого во время езды прижимается к байку.

«Умные» подушки безопасности.

Современные подушки безопасности отличаются своей исключительной технологичностью. В седанах 2006-го модельного года, подушки оснащены сенсорными датчиками, благодаря которым они способны регулировать объем своего развертывания для предотвращения тяжких травм в зависимости от позы и веса пассажира. Таким образом, подушки оснащены двумя степенями развертывания, ограниченной и максимальной, которые выбираются автоматикой в зависимости от веса пассажира и натяжения ремня безопасности.

Несомненно, за многие годы работы, конструкторы и инженеры разработали высокотехнологичную систему безопасности, но несмотря на большие достижения в этой сфере, нельзя сказать, что они находятся на пике развития. Много чего можно улучшить и модернизировать, уйма нереализованных идей. Допустим, хорошо было бы, если подушки срабатывали не во время аварии, а за мгновения до нее.

Каких бы заоблачных высот не достигли эти «надувные» технологии, следует помнить, что результат их работы во многом зависит от того, был ли, пристегнут человек обычным ремнем безопасности.

autohis.ru

sonic39 › Blog › Воздушные подушки безопасности (airbag). Устройство, принцип работы, обслуживание.

Воздушные подушки безопасности (airbag) пока остаются только помощниками ремней безопасности, хотя по мере совершенствования на них возлагается все большая ответственность за человеческие жизни.

Разработаны подушки безопасности (airbag) как для водителей, так и для пассажиров на переднем сиденье. Для водителя подушка устанавливается обычно на рулевом управлении, для пассажира — на приборной панели (в зависимости от конструкции).

Передние подушки безопасности срабатывают при получении аварийного сигнала от блока управления. В зависимости от конструкции, степень наполнения подушки газом может варироваться.

Предназначение передних подушек – защита водителя и пассажира от травмирования твёрдыми предметами (кузов двигателя и др.) и осколками стёкол при фронтальных столкновениях.

Боковые подушки предназначены для уменьшения повреждения людей, находящихся в автомобиле при боковом ударе. Они устанавливаются на дверях, либо в спинках сидений. При боковом столкновении внешние датчики посылают сигналы в центральный блок управления airbag. Это делает возможным срабатывание как некоторых, так и всех боковых подушек.

Исследования влияния надувных подушек безопасности на вероятность гибели водителя при лобовых столкновениях показали, что таковая уменьшается на 20-25%.

Прообраз современных подушек безопасности появился в 1951 году, когда мюнхенский изобретатель Вальтер Линдерер прикрепил к рулю надувной воздушный мешок. Позже этим способом защиты пассажиров заинтересовались многие автопроизводители, однако реализовать его на практике в серийных машинах оказалось не так-то просто. А все потому, что во время столкновения подушка безопасности должна надуваться за очень короткое время – 20 миллисекунд, обеспечивая при этом «мягкую посадку» пассажира. Но ведь ни один компрессор не в силах за такое мгновение надуть подушку! В результате решено было применять энергию газов, выделяющуюся при сгорании какого-либо топлива. Сначала экспериментировали с ракетным топливом, но при его использовании подчас разрывались не только подушки безопасности, но и весь автомобиль. Тогда решили применять неорганический газ, получаемый при сгорании «таблетки» азида натрия. В связи с этим в 1981 году подушки безопасности в Германии стали подпадать под действие закона о взрывчатых веществах. Он требует, чтобы каждый покупатель автомобиля, оборудованного airbag брал на себя обязательство правильно обращаться с этим устройством и менять его через определенный срок. Согласие на эти условия скреплялось подписью покупателя.

Компания Mercedes первой среди автопроизводителей в 1971 году получила патент на воздушную подушку безопасности (airbag).
Устройство и принцип работы надувных подушек безопасности (AirBag)

Подушки безопасности (airbag) представляют собой систему, в которую входят газогенератор с подушкой в одном узле, датчики удара, а в самых современных и электронный блок управления. Сама подушка безопасности изготавливается из нейлона толщиной 0,45-0,55 мм, который для герметичности покрывали слоем резины или силикона.

В газогенераторе, называемом часто пиропатроном, используется твердое топливо, при сгорании которого выделяется газ, заполняющий, а точнее, надувающий подушку. Топливом обычно выступает ядовитый азид натрия (NaN3), 45% массы которого при сгорании превращается в чистый азот, а остальное – в углекислый газ (СО2), окись углерода (СО), воду (Н2О) и твердые частицы. Хотя процесс сгорания и происходит быстро, он не носит взрывного характера. Оптимальное для обеспечения «надувательства» время наполнения подушки – 30-55 миллисекунд. Газ в подушку поступает через специальный фильтр, который пропускает только азот. В развернутом состоянии подушка находится очень короткое время (до 1 с), так как азот (абсолютно безопасный для человека) через специальные отверстия быстро выходит в салон, чтобы подушка не задушила защищаемого пассажира. В качестве топлива некоторые производители подушек безопасности применяют нитроцелюлозу. Для разворачивания airbag его требуется значительно меньше (8 г), чем азида натрия (50 г). При этом также не требуется установка фильтра.

Сигналом для срабатывания пиропатрона airbag служит электрический импульс от датчиков удара (ускорения или давления), поступающих напрямую или через электронный блок. Устанавливаются датчики в салоне, в передней части автомобиля, или в дверях, при этом их количество может колебаться от трех до десяти. На срабатывание датчиков airbag влияет не только скорость автомобиля, но и характер столкновения (под каким углом, с каким препятствием). В то же время экстренное торможение с любой скорости не может заставить сработать датчик удара. На случай выхода из строя аккумулятора некоторые системы снабжены специальным конденсатором, который отдает накопленную энергию для открытия подушек безопасности.

Воздушная подушка водителя имеет объём от 60 до 80 литров, а переднего пассажира – до 130 литров. Нетрудно представить, что при срабатывании системы, объём салона уменьшается на 200-250 литров в течение 0,04 сек, что даёт немалую нагрузку на барабанные перепонки. Кроме того, вылетающая со скоростью более 300 км/ч подушка, таит в себе немалую опасность для людей, если они не пристёгнуты ремнём безопасности и ничто не задерживает инерционное движение тела навстречу подушке.

Кроме того, наполнение подушек в салоне – а их обычно от 2 до 6 – сопровождается повышенным шумом, уровень которого иногда достигает 140 дБ, что опасно для барабанных перепонок. Во избежание этих «минусов» срабатывают только нужные подушки, и то в разное время: например, через 20 миллисекунд после столкновения – водительская, еще через 17 миллисекунд – пассажирские. Причем если защищать некого, подушки безопасности не срабатывают, так как в сиденья начали устанавливать специальные датчики, фиксирующие наличие пассажиров.
Разновидности надувных подушек безопасности (airbag)

Сегодня насчитывается более десятка разновидностей подушек безопасности. Они различаются по предназначению: для защиты водителя и пассажиров – внутрисалонные, а для водителей мотоциклов и пешеходов – наружные. Внутрисалонные airbag, в свою очередь, делятся на фронтальные и боковые. Фронтальные служат для защиты головы и туловища пассажиров, а некоторые – и для ног сидящих впереди. Боковые подушки безопасности делают в виде шторок и труб, защищающих голову пассажиров, и в виде обычных надувных мешков, предохраняющих грудную клетку и голову водителя.

Но и на этом модернизация салонных подушек безопасности не закончилась. Например, в новой «семерке» BMW боковые трубчатые подушки «работают» несколько иначе. Теперь они находятся в надутом состоянии в течение целых 7 секунд после открытия – для защиты пассажиров при многократном опрокидывании автомобиля. Кроме того, на американский рынок эти машины поступают даже с подушками для ног сидящих впереди. В свою очередь, компания Volvo ведет активную работу над созданием подушек и ремней безопасности для беременных женщин. Уже даже проведена серия виртуальных краш-тестов, в которых изучалось возможное поведение будущих матерей во время аварии.

Над совершенствованием воздушных подушек безопасности активно работает и компания Renault совместно с производителем «аэрбегов» шведской фирмой Autoliv. Созданная ими Programmed Restraint System II (PRS-II) – запрограммированная система защиты второго поколения – включает в себя подушки безопасности, которые способны принимать на себя часть нагрузки, ранее приходящейся только на ремень безопасности. Для этого сначала раскрывается нижняя часть подушек, защищающая брюшную область, а затем бока и верхняя часть. Среди последних интересных разработок этих партнеров – подколенные 5-литровые, исключающие проскальзывание под ремнями полулежащего переднего пассажира, и 60-литровые airbag для задних пассажиров, интегрированные в ремни безопасности. Безусловное достоинство последней новинки – то, что она всегда находится возле пассажира, и конструкторам уже не нужно ломать голову, в каком уголке салона размещать и надувать подушку при непредсказуемом перемещении головы и туловища.

Несмотря на постоянную критику подушек безопасности, они по-прежнему остаются весьма эффективными помощниками ремней безопасности. А как же пешеходы, которые никак не защищены от «железных» участников дорожного движения? Исследования специалистов компании Autoliv свидетельствуют о том, что риск гибели пешехода при ударе о капот автомобиля, двигающегося со скоростью всего 40 км/ч, достигает 100%. Для решения этой проблемы компания Ford активно работает над созданием подушек безопасности для пешеходов. Эта система защиты включает две подушки – большую, охватывающую переднюю часть автомобиля (бампер, радиаторную решетку, фары и кромку капота) и маленькую, которая размещается у лобового стекла, защищая голову пешехода. Опасное приближение к пешеходам и животным будет распознаваться специальными датчиками. Открываться эти подушки будут непосредственно перед столкновением.

Разработана подушка безопасности и для мотоциклистов. Недавно компания Honda представила горизонтальную V-образную подушку, которая после разворачивания не сдувается, а некоторое время еще остается в рабочем состоянии. При этом она защищает не только голову, но и туловище и руки байкеров. Кстати, для их защиты итальянской фирмой Dainese изобретена и запатентована специальная куртка с вшитыми в нее тремя подушками безопасности – со стороны груди и спины. Они спроектированы таким образом, чтобы защитить не только грудь и брюшную область, но и голову, шею и плечи ездока. Наполняться воздухом подушки будут по «указаниям» сигнального устройства, установленного на мотоцикле.

Несколько лет назад появилось сообщение о создании «мобильной» универсальной подушки безопасности Challa для водителя, которую можно установить практически на любой легковой автомобиль. Ее разработчик – южнокорейская фирма New World Industries, Ltd. Комплект состоит из двух устройств. Первый – с подушкой – устанавливается на потолке автомобиля над рулевым колесом, а второй – с инерционным молотком и мини-баллоном со сжатым воздухом – над дверью водителя. В момент столкновения молоток под воздействием силы инерции пробивает капсулу баллона и сжатый газ наполняет подушку безопасности. При разворачивании airbag принимает грушеобразную плоскую форму, падая прямо перед рулевым колесом. По эффективности защиты и скорости действия она на порядок отстает от традиционных подушек, тем не менее, обзавестись ею, наверное, были бы не прочь многие владельцы отечественных машин и стареньких иномарок. Но, к сожалению, на наш рынок это изделие еще не попало.
Эффективная защита подушками безопасности (airbag)

Защитить пассажиров автомобиля при столкновениях подушки безопасности могут только при соблюдении определенных правил. Во-первых, пассажир должен быть пристегнут ремнем безопасности, во-вторых, он должен сидеть ровно, а не оперевшись на дверь/подлокотник или положив ноги на торпедо, в-третьих, спинка сиденья должна быть отрегулирована так, чтобы пассажир находился именно в сидячем положении, а не полулежа, в-четвертых, руки на руле должны быть сбоку, а не сверху или во время выворота – по «диагонали».

Часто страдают от сбоев в работе подушек любители наклеек. Разместив их на торпедо и руле в зонах окон-прорезей, через которые открываются подушки, автовладельцы тем самым искажают «геометрию» их открытия, а также увеличивают время их разворачивания. По этим причинам защита оказывается малоэффективной, а иногда и травмоопасной. Повлиять на «открываемость» могут и полироли для торпедо, ведь некоторые из них повышают прочность пластика панелей. Иногда боковые подушки размещаются в спинке сиденья, в связи с чем одевать на них чехлы нельзя, так как подушка не сможет нормально открыться. Весьма опасны подушки и в случаях, если их защищаемый носит очки: в момент разворачивания из-за большой силы удара глаза могут серьезно пострадать.

Существует статистика, говорящая о влиянии надувных подушек безопасности на травматизм при аварии. Что же нужно делать, чтобы уменьшить вероятность травмы?

Если в машине имеется подушка безопасности, не стоит размещать повернутые назад детские сиденья на сиденье автомобиля, где эта подушка безопасности находится. При надувании подушка безопасности может сдвинуть сиденье и нанести травму ребенку.

Подушки безопасности на пассажирском месте повышают вероятность гибели детей до 13 лет, сидящих на этом месте. Ребёнок ниже 150 см роста может получить удар в голову воздушной подушкой, открывающейся со скоростью 322 км/ч. Существуют различные уровни защиты подушек безопасности. National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) разработали «звёздную» шкалу оценки этого параметра. Так количество звёздочек означает процент получения пассажиром серьёзного ущерба при лобовом столкновении транспортных средств (под серьёзным ущербом рассматривается необходимость немедленной госпитализации с угрозой для жизни).

***** = 10% или менее вероятность серьёзного повреждения
**** = 11% — 20% вероятность серьёзного повреждения
*** = 21% — 35% вероятность серьёзного повреждения
** = 36% — 45% вероятность серьёзного повреждения
* = 46% или выше вероятность серьёзного повреждения
Обслуживание – замена воздушных подушек безопасности (airbag)

Принято считать, что если в машине установлены подушки безопасности, о них можно и не вспоминать. Это серьезное заблуждение. Каждый автопроизводитель рекомендует менять эти средства защиты через определенный период. До 1992 года для всех автомобилей он составлял 10 лет. Позже на моделях Mercedes, а затем и некоторых других марках интервал замены подушек увеличился до 15 лет. Есть свои особенности и в проверке работоспособности датчиков и электроцепи данной системы безопасности. Однако самостоятельно или в гараже у «дяди Васи» сделать это невозможно. Проверять работу датчиков airbag целесообразно на фирменных СТО, где в объемы регламентных работ входит и диагностика этой системы. К тому же, в случае выявления дефектов в работе «аэрбегов» будет к кому предъявлять претензии, только не забывайте требовать отметок в сервисной книжке о проведенном ТО.

Менять подушки тоже следует только у специалистов фирменного автосервиса, так как даже малейшие отклонения при установке могут стать причиной отказа системы в момент столкновения или ее безосновательного срабатывания.

Система, обеспечивающая работу воздушных подушек безопасности, включает в себя электронное диагностическое устройство. Работает оно при включенном зажигании автомобиля. При обнаружении неисправности на щитке приборов при работающем двигателе загорается сигнальная лампа в виде символа или надписи airbag, SRS и т.д.

В заключение еще раз обращаем ваше внимание, что воздушные подушки безопасности смогут защитить только в случаях, если соблюдаются все вышеперечисленные требования. Игнорирование их приводит к печальным последствиям.

www.drive2.com