«Надувний» захист: як працюють подушки безпеки та які бувають? Як спрацьовують подушки безпеки автомобіля? Нові системи розпізнавання удару

Привіт, шановні гості та читачі блогу Автогід.ру.Сьогодні у статті ми дізнаємось, як спрацьовують подушки безпеки наших легкових автомобілів. Вінцем еволюції систем безпеки автомобіля ставати подушка безпеки. Сотні тисяч аварій і десятки тисяч врятованих життів є яскравим прикладом ефективності використання подушки безпеки в сучасних машинах.

Будь-який водій, який сідає за кермо транспортного засобу, автоматично перебуватиме під загрозою потрапляння в дорожньо-транспортну пригоду. Найчастіше причиною ДТП може бути власна неуважність чи помилки інших учасників дорожнього руху. Навіть невисока швидкість таїть у собі небезпеку для водія та його пасажирів. Зіткнення машин при швидкості 60 км/год можуть призвести до смерті. Саме для захисту водія та пасажирів у разі ДТП було придумано подушки безпеки.

Збільшення кількості автомобільного транспорту на дорогах спричинило стрімке зростання ДТП. Правила на зорі автомобілебудування перебували ще в зародковому стані і контроль з боку правоохоронних органів було налагоджено недостатньо. Ще тільки з'являлися перші підрозділи дорожньої поліції, які не мали досвіду.

Внаслідок недоліків конструкції та значної маси машин багато ДТП закінчувалися смертельними наслідками або глибокою інвалідністю учасників зіткнення. Згідно зі статистикою, кількість жертв на дорогах збільшувалася з кожним роком через зростання використання автомобільного транспорту.

Першим конструктивним елементом покликаним знизити кількість жертв ДТП була поява ременя безпеки. Його використання дозволило знизити сумну статистику на 30%. До 90-х років минулого століття через особливості розвитку технічного прогресу не вдавалося інженерам автомобільних компаній впроваджувати нові системи безпеки в машини. Ремінь безпеки залишався єдиним шансом для водія та пасажирів мінімізувати шкідливі наслідки ДТП.

Поява подушок безпеки у автомобілях стала переломним моментом у справі підвищення безпеки учасників руху. Наприкінці 90-х років минулого століття США на законодавчому рівні закріпили обов'язкову комплектацію машини подушками безпеки. При лобових зіткненнях подушки безпеки знижують ризик смерті водія та пасажирів на 30-40%. Головне завдання подушки безпеки мінімізувати можливу шкоду для організму людини при зіткненні з іншим транспортним засобом, що рухається, або нерухомим об'єктом.

Пристрій подушки безпеки виконано таким чином, щоб забезпечити спрацювання при сильному ударі. Після зіткнення з іншим рухомим або нерухомим об'єктом датчики, розташовані в передній частині машини, передають сигнал піропатрону, що активує спрацювання подушки.

Порядок спрацьовування подушки безпеки наступний:

Реакція датчика кузова на сильний удар.

Безпосередньо датчик удару є скляною трубочкою з отвором. Усередині її знаходиться невелика за розміром кулька з ртуттю. При зіткненні автомобіля ртутна кулька починає рухатися і активізує датчик. Він, у свою чергу, посилає електричний імпульс до піропатрону з порохом.

Піропатрон.

Вибух піропатрону приводить у дію натягувачі ременів безпеки. Ремінь щільно притискає тіло людини до автомобільного сидіння та надійно фіксує його на кілька секунд.

Вибух пороху у піропатроні активізує подушки безпеки. Вони за дуже короткий час наповнюються газом, що утворюється внаслідок змішування азіду натрію та нітрату калію. Відповідає за їх змішування система наддуву, яка і закачує газ, що миттєво утворився, в подушки безпеки автомобіля.

Подушка безпеки.

Змішування двох хімічних речовин призводить до утворення газоподібного азоту. В результаті реакції відбувається міні-вибух, що практично миттєво заповнює подушки газом. Дуже зручна та практично безвідмовна система.

Саме подушка безпеки миттєво заповнює простір між водієм і панеллю приладів тим самим, виключаючи їх контакт, що часто призводить до отримання серйозних травм.

Головне завдання подушки безпеки знизити швидкість руху пасажира чи водія до нульової позначки. При цьому на всі дії повинні йти секунди для того, щоб дійсно забезпечити високий рівень захисту людей.

Сьогодні на дорогах країни дедалі менше автомобілів, які не обладнані подушками безпеки. Неможливо побачити новий автомобіль, який не використовує цей важливий елемент активного захисту водія та пасажирів.

Влаштування сучасної подушки безпеки

Конструкція подушки безпеки сучасного автомобіля проста та ефективна у використанні. Необхідно пам'ятати, що застосовувати її можна лише один раз і потім система вимагає відновлення та встановлення нових комплектуючих елементів. Після спрацьовування подушок практично всі основні елементи потребують повної заміни.

Усього можна виділити 3 складові частини подушки безпеки:

Сумка.

Представлена ​​міцною нейлоновою тканиною, яка може витримувати дуже серйозні короткочасні навантаження. Вона зберігається до спрацьовування у спеціальній шині закритою пластиковою або матер'яною накладкою.

Датчик удара.

Головне завдання датчика удару своєчасно активізувати подушку безпеки на стадії зіткнення. Не кожен удар призводить до спрацювання подушок безпеки, і датчик обов'язково враховує силу, з якою відбувається зіткнення.

Додатково датчики встановлюють акселерометри, що визначають положення автомобіля в режимі реального часу. Система захисту водія та пасажирів налаштована таким чином, щоб забезпечити спрацювання подушок безпеки за секунди. Від цього багато залежить людське життя.

Система надування.

Служить для оперативного наповнення газом подушки безпеки з метою миттєвого збільшення її обсягу. На все про все йдуть частки секунди.

У принципі випадків, коли відмова роботи системи не зафіксовано. Необхідною умовою спрацьовування подушок безпеки є використання ременя безпеки. Якщо водій чи пасажир не пристебнуті ременями безпеки спрацьовування подушок, може й не статися.

Правила використання подушок безпеки

Мало знати принцип роботи подушок безпеки ще з ними треба правильно взаємодіяти для того, щоб уникнути шкоди від їх спрацьовування при ДТП. Ризик отримання пошкоджень при активізації подушки безпеки мінімальний, але він все одно існує. Часто окремі водії отримували тяжкі травми саме тому, що не знали правил використання подушок безпеки.

Дитяче автомобільне крісло.

Багато батьків часто неправильно встановлюють дитяче автомобільне крісло на пасажирське сидіння поруч із водієм і тим самим наражають свою дитину на серйозну небезпеку. Вони встановлюють крісло не спинкою вперед, а навпаки. Обличчя дитини, виявляється прямо перед подушкою безпеки, що відкривається. Робити це категорично заборонено. Подушка безпеки, що вистрілила, може поламати шийні хребці незміцнілого молодого організму.

Наклейки.

Використання наклейок у місцях спрацювання подушок безпеки неприпустиме. Заклеювання елементів, що відстрілюють, салону може призвести до порушення порядку спрацьовування подушки безпеки. Ефективність захисту у разі значно зменшується.

Ремінь безпеки.

Подушка безпеки служить для уповільнення руху пасажира вперед при зіткненні за лічені секунди. Вона зроблена з нейлонової тканини і укладена в приладову дошку, кермо, сидіння або двері. Там встановлений датчик пристрою, який повідомляє подушці, коли необхідний її надув. Про те, яким газом заповнюється подушка безпеки, принцип її дії, а також запобіжні заходи при використанні повітряних подушок, розповість дана публікація.

Надув починається при силі зіткнення, що дорівнює зіткненню зі стіною на швидкості 16-24 км/год. При зіткненні відбувається масове зрушення, яке закриває електричний контакт, після цього спрацьовує механічний перемикач. Це і повідомляє датчиків про аварію.

Система наддуву подушки змішує нітрат калію та азид натрію. В підсумку виділяється газ, який вибухом надує подушку безпеки .

Система наддуву схожа з ракетним прискорювачем. Вона підпалює тверде паливо, яке швидко горить, створює великі обсяги газу, і вони роздмухують подушку. Подушка виривається зі свого місця миттєво, зі швидкістю 322 км/год. Після цього газ розсіюється через маленькі отвори в камері, здуючи подушку, щоб можна було рухатися.

Весь процес займає 1/25 секунди, але додатковий час є обов'язковим для запобігання серйозним травмам. Порошкоподібна речовина, яка вивільняється з подушки, - це тальк або кукурудзяний крохмаль. Воно використовується, щоб подушка була гнучкою, і для змащення, коли подушка лежить у своєму сховищі.

Головні запобіжні заходи, пов'язані з подушками безпеки.

З першого використання подушок безпеки попереджали, що подушки повинні використовуватися разом із ременями безпеки. Ремені безпеки були потрібні, тому що подушки безпеки працювали лише у разі фронтального збігу. При бічній аварії або заметі допоможуть тільки ремені безпеки. Хоча нині поширені бічні подушки безпеки, їх значно ефективніше використовувати разом із ременями безпеки.

Сила подушки може зашкодити тому, хто виявиться близько до неї. Найнебезпечнішими вважаються 5-8 см наддуву подушки. Розташовуватись треба на 25 см від подушки. Якщо відстань від центру керма до грудей менше 25 см, треба налаштувати місце водія. Опустіть трохи спинку сидіння. Посунути сидіння водія назад, так, щоб вам було зручно діставати до педалей. Також треба переконатися, що подушка "націлена" на груди, а не на шию чи голову.

Для дітей правила експлуатації повітряних подушок відрізняються.

Якщо дитина не пристебнута ременем безпеки, або сидить близько до подушки безпеки, подушка може поранити або вбити дитину.

Умови, необхідні для безпеки дитини:

• Дітям до 12 років потрібно їздити у спеціальних дитячих сидіннях, які відповідають віку дитини.

• Немовлята до 1 року, які перебувають у дитячому кріслі, не повинні їздити на передньому сидінні автомобіля, де на пасажирській стороні знаходиться подушка безпеки.

• Дитина старше 1 року, яка змушена їхати на передньому сидінні, повинна сидіти в дитячому кріслі, яке встановлено по ходу руху, або на подушці-бустері, або з використанням плечового або колінного ременя. Сидіння треба відкинути наскільки це можливо.

Протягом багатьох років ремінь безпеки захищав пасажирів та водія при ДТП. Але сучасні технології та автомобілебудування розвиваються, з'являється необхідність більш ефективного захисту. З появою подушок безпеки можна сказати про надійний захист людей у ​​салоні автомобіля. Подушка безпеки (Airbag) при аварії надувається лише за секунду. Вона здатна захистити тіло та голову від травм.

Надійність подушок безпеки

Краш-тести показують, наскільки сучасні моделі автомобілів безпечні. Якщо в автомобілі відсутні подушки, то водій та пасажири ризикують своїм здоров'ям та життям. Більш надійний захист забезпечується наявністю хоча б двох подушок спереду. У зв'язку з цим були випадки, коли від удару подушкою водій отримував каліцтва, не в аварії. Це виникало внаслідок неправильного регулювання. Подушка безпеки вистрілюється зі швидкістю понад 300 км/год. Це сильний удар. Якщо вона спрацювала неправильно, то водій може мати травми голови. І все ж таки за своє існування вони врятували безліч людей і випадки збоїв у роботі поодинокі.

Як діє подушка безпеки

Подушка безпеки має далеко не простий пристрій і поділяється на основні елементи: чутливий сенсор, систему, яка здійснює накачування подушки і відповідно подушку. Вона виготовлена ​​з нейлону і при різкому поштовху повітрям надувається. Її встановлюють у автомобілі під пластиковою обшивкою. Сенсор-чутливий, саме він випускає подушку. Зазвичай його налаштовують, щоби подушка вистрілювала на маленькій швидкості при аварії. За швидкий постріл подушки та надування її спеціальним складом відповідає складний пристрій. Це система накачування подушки, яка включає електронну і хімічну складові. Електроніку ми розглядати тут не будемо, а ось хімія у подушці безпеки є предметом нашого інтересу.

Під час проектування подушки безпеки винахідникам потрібно було вирішити таке завдання. Якщо машина врізається на невеликій швидкості в будь-який предмет, то датчик реагує у зв'язку з навантаженням. Пусковий пристрій фіксує і дає сигнал для миттєвого вильоту і надування подушки.

Спочатку в салоні автомобіля намагалися встановлювати балони з газом, які при ударі механічно посилали свій вміст у подушку безпеки. Але подібні рішення були надто небезпечні, громіздкі та повільні. Винахідникам довелося перепробувати безліч варіантів, перш ніж у 1970 році на допомогу не прийшла хімія, яка дозволила перетворити подушку безпеки на безпечний та надійний засіб захисту!

У системі надування є ємності з азидом натрію (NaN 3) з нітратом калію (KNO 3). При аварії електронні датчики удару ініціюють підпал твердопаливного заряду, який запускає хімічну реакцію, у результаті якої утворюється великий обсяг азоту. Реакція настільки стрімка (загальний час від початку горіння запалу до завершення реакції становить близько 50 мілісекунд), що подушка виривається зі свого посадкового місця зі швидкістю 300 км/год! Після заповнення подушки газом моментально відбувається його стравлювання через спеціальні отвори. Це зроблено з метою безпеки, адже якщо не здути подушку, то людина може бути намертво затиснута їй у салоні! Під час здування подушок можна спостерігати невелике задимлення в салоні - це виходить азот.

Види подушок безпеки

Стандартна опція – це дві передні подушки безпеки, якими комплектується більшість авто. Але зараз виготовляються моделі з шістьма різними подушками.

Існують дві передні подушки безпеки. Вони захищають водія та переднього пасажира. Бувають ще бічні подушки, здатні захистити як тіло пасажирів, а й ноги. Разом із ними спеціальні шторки не дають травмувати голову при бічному ударі. Виробники також подбали про захист ніг та створили подушку, яка показала себе у краш-тестах та звела до мінімуму отримання травм.

Остання технологія – це подушка, розташована в центрі. Вона захищає пасажирів від ударів у салоні. Ще одна подушка встановлюється на ремінь, здатна захистити ділянку грудей. Деякі сучасні моделі оснащені такими новаціями. Але це поки що не поширене.

Підіб'ємо підсумок: подушка безпеки рятує життя при аварії. Але при цьому потрібно не забувати пристібатися ременями безпеки.

Airbag (подушка безпеки) – це один із елементів пасивної безпеки у сучасних автомобілях. Їх наявність є важливим фактором, що забезпечує безпеку водія та пасажирів. Airbag у перекладі з англійської означає «повітряна подушка», звідси виникла і російська назва – подушка безпеки, яку ми всі звикли використовувати.

Подушки безпеки врятували тисячі життів з того часу, як їх почали масово встановлювати на транспортні засоби. Задумка системи Airbag проста: подушки безпеки надуваються досить швидко для того, щоб захистити тіло людини у разі аварії. Але як вони це роблять так швидко?

Зміст статті:

Пристрій та принцип роботи подушок безпеки

Таємниця миттєвого наповнення повітрям подушок безпеки насправді криється не так у самих подушках, як у спеціальному пристрої – газогенераторі. Це найтехнічніша складна деталь у всій системі Airbag.

Газогенератори, які використовуються в подушках безпеки, здатні надути її приблизно втричі швидше, ніж ви встигнете моргнути. Наприкінці статті дивіться відеопро те, як влаштована подушка безпеки і через які етапи виробництва їй доводиться пройти перед установкою на авто.

Принцип роботи подушок безпеки досить простий. Вони спрацьовують під час удару, коли швидкість автомобіля перевищує 20 км/год.

• У разі зіткнення машини з перешкодою спрацьовує один або кілька спеціальних датчиків. Ці датчики можуть бути встановлені спереду, ззаду та з боків автомобіля.
• Сигнали від датчиків обробляються електронним блоком керування (ЕБУ), який контролює роботу системи Airbag. За певних умов (наприклад, сильний лобовий чи косий удар, наїзд на високий бордюр, жорстке падіння після стрибка тощо) ЕБУ дає команду на спрацювання подушок безпеки.
• На підставі запрограмованого алгоритму блок управління приймає рішення про необхідність спрацьовування подушок і передає електричний сигнал на виконання.
• Цей сигнал надходить до газогенератора подушки безпеки, і в ньому спрацьовує піротехнічний заряд (вистрілює піропатрон).
• В результаті спрацьовування піропатрону, укладена в газогенераторі, натрієва кислота згоряє, виділяючи значну кількість газу (азоту), який надходить в Airbag і миттєво розкриває його.

Подушки безпеки виготовляються з нейлонової тканини схожої на парашутну. У ній є отвори, через які газ після надування подушки залишає її всього за 0,3 секунди. Швидке здуття необхідне, оскільки коли з подушки безпеки виходить повітря, вона стає м'якшою.

До кожної подушки безпеки в процесі виробництва прикріплюється газогенератор, після чого вона згортається в компактний пакунок (досить маленький для того, щоб поміститися в кермі або передній панелі з боку пасажира). При цьому генератор газу для подушки безпеки водія додатково поміщають у гумове кільце, в якому він виконує роль балансувального вантажу.

Влаштування газогенератора подушки безпеки

Оскільки водії та пасажири бувають різних розмірів, інженери свого часу хотіли придумати такий Airbag-генератор, який міг би регулювати кількість газу. Ранні подушки безпеки не могли змінювати швидкість надування щодо розміру та положення людини, або сили зіткнення автомобіля.

Тому конструктори придумали «розумний» генератор – у ньому два піропатрони замість одного. Один із них випускає газ лише на 80 відсотків (для «м'якої посадки» цього вистачає). Але якщо цього недостатньо, то другий піропатрон запускає вторинне наповнення, і газ, що залишився, наповнює Airbag і робить його жорсткішим.

Типовий газогенератор подушки безпеки водія складається з наступних основних частин (дивіться на малюнку вище):

1. Корпус із камерами згоряння;
2. Заряди №1 та №2 із таблеток натрієвої кислоти;
3. Допоміжний заряд для займання заряду №1;
4. Два піротехнічні патрони для займання зарядів;
5. Фільтр металевий.

То що відбувається в газогенераторі при спрацьовуванні Airbag?

• У піропатронах, що встановлюються в газогенераторі подушки безпеки, міститься матеріал, схожий на порох. Коли до них надходить сигнал від електронного блоку управління, вони спрацьовують, утворюючи при цьому тепло та високий тиск.
• Від спрацьовування піротехнічного патрона в корпусі газогенератора спалахують спеціальні таблетки натрієвої кислоти (заряд), що знаходяться там. Ці таблетки при згорянні випускають гарячий, але безпечний газ на основі азоту, який деформує корпус генератора та залишає його, наповнюючи Airbag.
• Перед потраплянням у подушку безпеки азот проходить через спеціальний металевий фільтр, який усуває тверді частинки, утворені при згорянні заряду, і остуджує газ.
• При подачі електрики на піропатрон №2 він займає другий заряд. Газ, що утворюється під час згоряння заряду, піднімає ковпачок камери ступеня №2 і через камеру згоряння першого ступеня наповнює подушку безпеки.

З того моменту, як машина потрапляє в аварію, до повного наповнення подушки безпеки проходить не більше 30 мілісекунд.

Види автомобільних подушок безпеки

Найбільшого поширення в автомобілях набули три основні види подушок безпеки:

1. Фронтальні подушки безпеки- Встановлюються в кермі для водія, і в правій частині передньої панелі автомобіля для пасажира. Такі подушки безпеки зустрічаються практично у всіх машинах іноземного виробництва та деяких вітчизняних авто.
2. Бічні подушки безпеки– при аварії захищають грудну клітину людини, черевну порожнину та кістки тазу. Вбудовуються такі подушки безпеки найчастіше у спинки передніх автокрісел.
3. Подушки-шторки(головні подушки безпеки) – призначені для запобігання травмам голови, внаслідок бічних ударів. Автовиробники встановлюють ці подушки безпеки в районі даху як спереду, так і ззаду або між центральними стійками.

Також на деяких моделях автомобілів можна зустріти колінні подушки безпеки та навіть центральний Airbag (між водієм та пасажиром). Але такі види подушок безпеки зустрічаються набагато рідше за перші три, і в основному на преміальних марках авто.

Оскільки подушки безпеки стали важливим компонентом конструкції сучасного автомобіля, інженери постійно вивчають можливість перевірки їх функціонування. Німецькі фахівці, наприклад, розробили та систематизували цілу низку тестів, що враховують кліматичні фактори та вібрацію, екстремальні перепади температур та різні умови спрацьовування пристрою.

Виробники гарантують бездоганну роботу подушок безпеки, тому що, в порівнянні з обстановкою, що створюється ними в лабораторіях, реальні ситуації, в яких експлуатується автомобіль, можна назвати дуже щадними.

Подушки безпеки служать довго і надійно не тільки завдяки випробуванням, що передують їх серійному впровадженню, але і через досконалість конструкції, яка сама стежить за підтриманням робочого стану системи Airbag і виключає можливість старіння та зносу тканини.

Це авторський, із зауваженнями з російської практики, переклад статті « Air Bag Deployment Criteria», опублікованій у 2014 році Kenneth Solomon та Jesse Kendall у журналі «The Forensic Examiner®», офіційному рецензованому науковому журналі Американського коледжу Інституту судових експертів, який набув популярності та визнання як провідного судово-експертного журналу у світі.

І оскільки наші люди в булочну на таксі такі журнали не читають, ця стаття на «Праворубі» буде корисна як адвокатам з ДТП, так і автоекспертам, що читають. Адвокатам – як інформація для допитів у суді автоекспертів, що не читають, з метою роз'яснення їм їх порожніх висновків, а автоекспертам, що читають, – для того, щоб не давати висновків на основі шаманського камлання.

Вступ

Модулі керування подушок безпеки використовують складні алгоритми для прийняття рішень про розгортання на основі оцінки серйозності аварії, пов'язаної зі зміною швидкості руху транспортного засобу або уповільнення протягом деякого часу. Через те, що алгоритми управління є ноу-хау виробника, їх фактичні значення порогів швидкості, прискорення або деформації (шляху) для розгортання подушки безпеки при зіткненні не відомі. Значення цих параметрів та алгоритми виробники автомобілів не розголошують, обмежуючись декларативними «сильним ударом» або «ударом достатньої сили» в керівництвах власників, а дилери їх просто не знають, при цьому розігруючи перед клієнтами спектаклі з модулями управління приладами, що тестують.

Справді, такі розмиті критерії нетехнічного характеру створюють безвихідні ситуації при пред'явленні судових претензій з боку власників автомобілів, у яких подушки безпеки не спрацювали в ДТП, або спрацювали довільно без видимих ​​причин. Це так само створює сприятливий ґрунт для шахрайських інсценувань ДТП, що полягають у «перекиданні» на практично не деформований автомобіль панелей із подушками безпеки, що спрацювали.

Однак величини технічних параметрів, необхідні для розгортання подушки безпеки можуть бути встановлені шляхом дослідження результатів лабораторних краш-тестів автомобілів конкретних виробників.

Завдання статті

1. Отримання інформації та розуміння роботи системи управління подушками безпеки та її компонентів.
2. Отримання інформації та розуміння, коли повинні або не повинні спрацювати подушки безпеки. Описано змінні, що використовуються в алгоритмах розгортання подушок безпеки, наведено порівняльні приклади з кількома запатентованими системами управління. Показано спосіб оцінки діапазону швидкості, уповільнення або деформації (шляху), що є порогом для розгортання подушки безпеки.

Процес розгортання подушок безпеки

Метою подушки безпеки є забезпечення пружної м'якої прокладки між пасажирами та інтер'єром автомобіля. Для досягнення цієї мети подушки повинні бути повністю наповнені газом у короткий проміжок часу та раніше, ніж пасажири вступлять з ними в контакт. Швидке розгортання подушки може призвести до смертельних травм людей, якщо вони вже перебувають у контакті з подушкою безпеки під час її розкриття. Тому подушки безпеки повинні мати систему керування, яка може правильно розпізнавати, що відбувається зіткнення. При цьому розпізнати досить рано, щоб подушка безпеки встигла безпечно розкритися.

Подушка безпеки розкривається після того, як електричний сигнал на розкриття надісланий детонатору від модуля управління подушкою безпеки. Цей сигнал ініціює хімічну реакцію, яка швидко надує газом повітряний мішок із нейлонової тканини. Газ містить частинки пилу з матеріалу, що використовується для мастила мішка (як правило, тальк та кукурудзяний крохмаль). Після повного розгортання подушки газ виходить через невеликі вентиляційні отвори. Отвори мають розміри та розташовані так, щоб зменшувати обсяг мішка з різною швидкістю, залежно від типу транспортного засобу.

Історія датчиків удару

Ранні системи розкриття подушки безпеки використовували для виявлення удару механічні датчики, які потім було вилучено з використання на американському ринку близько 1994 року. Такі датчики, як, наприклад, rolamite», Містили металеві ролики, стабілізовані в положенні режиму очікування за допомогою пружини або магніту.

При ударі поза межами призначеного порога пружина чи магніт було неможливо більше утримувати металеву масу дома. Маса переміщалася та натискала на контакт, посилаючи електричний сигнал на модуль управління подушки безпеки. Системи з механічними датчиками зазвичай неточні в інтерпретації невеликих зіткнень. Руху в механічних датчиках може бути недостатньо при лобових зіткненнях, через що спрацьовування може відбуватися із затримкою. Сучасні датчики удару зараз ґрунтуються на мікроелектромеханічних системах (MEMS).

Нові системи розпізнавання удару

Нові датчики MEMS удару вимірюють прискорення акселерометром, який посилає безперервний потік даних модуль управління подушки безпеки. Акселерометри, як правило, п'єзоелектричні або змінно ємнісні датчики. Найбільш поширеним MEMS є акселерометр, який використовується сьогодні, ADXL-50 виробництва Analog Devices.

Автору доводилося зустрічати висновки закінчених ідіо «нечитаючих» автоекспертів, у яких візуальним оглядом чи органолептическим методом встановлюють несправність датчика удару. Їхня логіка обмежена примітивним ланцюжком «був удар – подушки не спрацювали – значить, несправний датчик удару». Насправді процедури тестування таких датчиків засновані (на не затверджених Мін'юстом, і, отже, на не визнаних держекспертами науковими) алгоритмах типу Гаусса-Ньютона, вимагають наявності спеціального програмного забезпечення та обладнання. Приклади численних тестів можна переглянути на ютюбі, а при необхідності можна знайти на сайті виробника офіційний регламент тестування та калібрування конкретної моделі датчика.

https://youtu.be/ycThnu3k_vc

У міру того, як прицілені до пружних елементів маси рухаються щодо корпусу датчика за рахунок прискорення спеціальні пластини, прикріплені до мас, наближаються до інших нерухомих пластин. Зміна відстані між пластинами впливає на ємність датчика, або здатність утримувати електричний заряд. Ця зміна ємності легко вимірюється, а потім перетворюється на зміну напруги. Зміна напруги залежить від сили інерції через прискорення, а показання інтерпретуються модулем управління подушки безпеки як прискорення. Алгоритм модуля управління може визначити, чи є розгортання подушки безпеки необхідним на основі закладеної в нього математичної моделі імпульсів прискорення у часі.

Процес ухвалення рішення

Модуль управління подушки безпеки (ACM) отримує безперервний сигнал кожного датчика MEMS і записує дані протягом певного періоду після специфічного події. За допомогою центрального процесора (CPU) він виконує алгоритмічні обчислення та дає чи не дає команду для розгортання подушки безпеки. Алгоритми визначення ступеня тяжкості удару працюють шляхом оцінки одного або декількох кінематичних параметрів (прискорення, його похідних або інтегралів), список яких наведено в таблиці 1 нижче. Приклади блок-схем алгоритмів ухвалення рішення показані на наступних малюнках.

Таблиця 1.

Блок-схема алгоритму, що використовує параметри: зміна швидкості, шлях та щільність енергії.

Блок-схема алгоритму, що використовує параметри: уповільнення та ривок (поштовх).

Блок-схема алгоритму, що використовує параметри: прискорення та зміна швидкості.

Варіанти алгоритмів
Системи розпізнавання удару дуже різняться між патентами. Більшість систем, запатентованих після 1995 року, використовують зміну швидкості «дельта-V», прискорення, або ривок, як параметри включення системи пробудження і розкриття подушок безпеки. Останні системи також включають системи аналізу наявності пасажирів та аналізу відстані до пасажира. У підходах, використаних у період між 1995 та 2008 роками кількома винахідниками, відмінності дуже суттєві. Однак команда для спрацювання подушок безпеки залежить від одного або більше наборів основних кінематичних параметрів, описаних вище.

Коли розкриваються подушки безпеки

Відповідно до позиції Національного управління з безпеки руху департаменту транспорту США ( закріплено у відповідному стандарті США, якого дотримуються і низка широко відомих іноземних виробників автомобілів), «подушки безпеки, як правило, призначені для розгортання при фронтальних і майже фронтальних зіткненнях, які можна порівняти з ударом у нерухомий жорсткий бар'єр на швидкості приблизно від 8 до 14 миль на годину». Певні граничні значення відкалібровані кожним виробником відповідно до розміру транспортного засобу та жорсткості його конструкції. Система керування активується для розрізнення подій, таких як попадання у вибоїну або зіткнення з іншим автомобілем. Це, як правило, має місце, коли два послідовні імпульси прискорення менше (приблизно) -1g для невеликих транспортних засобів або менше (приблизно) -2g для великих автомобілів, що відбуваються протягом 10 мілісекунд. Після пробудження приймається рішення або розкрити подушки безпеки, або повернутися до нормального стану.

Через статус «ноу-хау» алгоритми керування та значення кінематичних параметрів для розгортання подушки безпеки під час зіткнення не відомі. Однак, використовуючи директиву NHTSA для подушок безпеки, в частині їх розгортання при фронтальному ударі в бар'єр при швидкості від 8 до 14 миль/год діапазон порогових значень кінематичних параметрів може бути оцінений за допомогою відомих значень жорсткості транспортних засобів та їх маси.

Оцінка порогових значень

При зіткненні величина деформації З(у дюймах) при заданій швидкості удару V(в милях на годину) пов'язана із ставленням жорсткості транспортного засобу k(в фунт/дюйм) та його вагою w(у фунтах) за допомогою наступного рівняння:

Час від початку дії до моменту досягнення максимального імпульсу при ударі:
Замінюючи у першому виразі ставлення C/Vз другого виразу, отримуємо:
Жорсткість автомобіля kможе бути визначена з результатів краш-тестів з урахуванням маси автомобіля m, деформації C, та швидкості удару V. Жорсткість автомобіля розраховується за формулою:

Таблиця 2 показує відповідний спектр уповільнень та деформацій (переміщень) у краш-тестах на фронтальний удар, для автомобілів, на яких є подушки безпеки, враховуючи розрахунковий час для максимального імпульсу удару та для різних автомобілів за жорсткістю та масою.

Таблиця 2


Видно, що немає суттєвої кореляції між вагою автомобіля та його жорсткістю. Дві машини аналогічної ваги можуть мати дуже різні значення жорсткості, як видно з порівняння 2010 Ford Fusion та 2010 Toyota Prius. Обидва транспортні засоби мають приблизно однакову вагу автомобіля, але жорсткість переда Toyota Prius значно більша, ніж жорсткість Ford Fusion. Так як величина деформації та тривалість впливу на Ford Fusion більша, подушці безпеки Ford Fusion потрібно буде розкритися в межах значення уповільнення менших, ніж ті, які потрібні для Toyota Prius.

Порівняння значень

Умови реальних зіткнень часто не збігаються з ударом у жорсткий нерухомий бар'єр, і це треба враховувати при порівнянні діапазонів фактичних (краш-тестів) і розрахункових значень параметрів. Тривалість дії суттєво не змінюється зі швидкістю удару, але значною мірою залежить від типу зіткнення. Подушки безпеки можуть не розвернутися, якщо є жорсткий удар, як наїзд на стовп, де деформується лише одна частина автомобіля. Подушки безпеки іноді не спрацьовують, коли дія відбувається поступово, протягом тривалого часу, як, коли автомобіль їде під або над іншим об'єктом. Подушки безпеки можуть не розвернутися в зіткненнях, в яких відносна жорсткість автомобілів, що зіткнулися, сильно відрізняється. Наприклад, зіткнення передньої частини одного автомобіля та бокової сторони іншого автомобіля. Крім того, зіткнення, які відбуваються при гострих кутах, не завжди призводять до розгортання подушок безпеки, оскільки значного уповільнення в напрямку поздовжніх осей автомобілів (в напрямку вимірюваним датчиком удару) не відбувається.

Приклад: подушки безпеки не розкрилися

Прикладом удару, де була значна зміна швидкості, але фронтальні подушки безпеки не спрацювали, була ДТП за участю Chevrolet Equinox 2007 року з мотоциклом Harley-Davidson. Модуль управління подушки безпеки у Equinox зафіксував максимальну зміну швидкості 9.27 mph. Це значення знаходиться в межах діапазону від 8.0 до 14.0 миль на годину, коли очікується розгортання подушок безпеки (як у разі фронтального удару в жорсткий нерухомий бар'єр). Однак максимальне уповільнення становило 3.27g. Це уповільнення було значно нижчим від розрахункового значення в діапазоні розгортання від 7.5g до 13.2g, як показано в таблиці вище. Таким чином, фронтальні подушки безпеки не мали спрацювати.

Приклад: подушки безпеки розкрилися

Прикладом удару, який не призвів до суттєвої зміни у швидкості, але подушки безпеки розкрилися, була ДТП за участю Chevrolet Corvette 2007 року, яка знесла кілька дорожніх знаків, дерев та дорожніх стовпчиків на дуже високій швидкості. Автомобіль вдарив перший об'єкт на швидкості більш ніж 60 миль на годину, і модуль управління подушок безпеки зафіксував максимальну зміну швидкості 4.96 миль на годину, що значно нижче діапазону від 8.0 до 14.0 миль на годину, в якому очікується розгортання подушок безпеки (як у випадку переднього). удару у жорсткий нерухомий бар'єр). На щастя для пасажира та водія, фіксоване максимальне уповільнення під час удару було 11.3g, котре перевищує розрахунковий граничний діапазон від 6.1g до 10.6g з таблиці вище. В результаті подушки безпеки розкрилися та врятували життя пасажира та водія.

Висновок

Подушки безпеки повинні мати систему управління, яка може розпізнавати удари правильно і досить рано, і безпечно розкривати подушки безпеки. Системи розгортання зазвичай використовують електронні датчики, які постійно повідомляють про прискорення автомобіля модулю управління подушками безпеки. Модулі використовують складні алгоритми, щоб ухвалити рішення про розкриття подушок безпеки на основі одного або більше кінематичних змінних. Через статус «ноу-хау» алгоритмів розгортання значення швидкості, прискорення чи деформації, які у цих алгоритмах, невідомі. Натомість діапазони значень швидкостей удару, уповільнень або деформацій можуть бути розраховані на основі даних краш-тестів і потім використані для експертної оцінки, чи повинні були розкритися подушки безпеки у разі конкретного зіткнення.

Посиланнянаджерела

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 Національної Highway Traffic Safety Administration. (2003). What You Need to Know Out Air Bags - DOT HS 809 575.

Про авторів

Джессі Кендал отримав ступінь бакалавра наук в галузі цивільного будівництва в Університеті Вермонта в Берлінгтоні, штат Вермонт. Він завершив своє інженерне стажування в Денвері, штат Колорадо, працюючи у будівельних консалтингових фірмах, перш ніж стати ліцензованим професійним інженером у шести штатах. З більш ніж п'ятнадцять років досвіду в цивільному будівництві, Джессі Кендалл зараз живе і працює в Каліфорнії в Інституті аналізу ризику та безпеки, що спеціалізується в галузі судової інженерії та реконструкції обставин ДТП.

Доктор Соломон отримав ступінь бакалавра наук, магістра наук та доктора в галузі машинобудування в Лос-Анджелесі. Доктор Соломон також має професійну інженерну ліцензію. Доктор Соломон проводить дослідження в галузі реконструкції ДТП та біомеханіки протягом понад 40 років, має понад 200 наукових публікацій у міжнародних виданнях, доповіді та презентації. Ним і у співавторстві написано 13 книг. Він працював старшим науковим співробітником з RAND Corporation, викладав на факультеті у Вищій школі RAND, у Каліфорнійському університеті, Університеті Південної Каліфорнії, у Військово-морській аспірантурі, Університеті Джорджа Мейсона та академії шерифів Orange County.