Автомобили

Ремни безопасности и натяжители ремней безопасности автомобиля

1. Ремни безопасности

Самым распространенным конструктивным элементом системы пассивной безопасности автомобиля являются ремни безопасности. Их использование снижает вероятность и тяжесть травм от ударов о жесткие части кузова, стекла, с другими пассажирами (так называемых вторичных ударов). Пристегнутые ремни безопасности обеспечивают эффективную работу подушек безопасности.

По числу мест крепления различают следующие виды ремней безопасности: двух-, трех-, четырех-, пяти- и шеститочечные.

Двухточечные ремни безопасности (рис. 1) в настоящее время можно встретить в качестве среднего ремня на заднем сиденье некоторых старых автомобилей, а также на пассажирских местах в самолетах. Двухсторонний ремень безопасности представляет собой поясной ремень, проходящий по талии и закрепленный с двух сторон сиденья.

Двухточечный ремень безопасности

Рис. 1. Двухточечный ремень безопасности

Трехточечные ремни безопасности (рис. 2) являются основным видом ремня безопасности и устанавливаются на всех современных автомобилях. Трехточечный диагонально-поясной ремень безопасности имеет V-образное расположение, которое обеспечивает равномерное распределение энергии движущегося тела на грудь, таз и плечи. Первые серийные трехточечные ремни безопасности были предложены компанией Volvo в 1959 г. Рассмотрим устройство трехточечного ремня как наиболее распространенного.

Трехточечный ремень безопасности

Рис. 2. Трехточечный ремень безопасности

Трехточечный ремень безопасности включает лямку, замок и втягивающую катушку.

Лямка ремня безопасности изготавливается из прочного материала и крепится к кузову с помощью специальных устройств в трех точках: на стойке, на пороге и на специальной тяге с замком. Для адаптации ремня к росту конкретного человека во многих конструкциях предусматривается регулирование верхней точки крепления по высоте.

Замок обеспечивает запирание ремня безопасности и устанавливается возле сиденья автомобиля. Для соединения с замком на лямке выполнен подвижный металлический язычок. В целях напоминания о необходимости применения ремня безопасности в конструкции замка предусматривается выключатель, который включен в цепь аудиовизуальной сигнальной системы. Предупреждение происходит с помощью сигнальной лампы на приборной панели и звукового сигнала. Алгоритм работы данной системы имеет отличия у разных автопроизводителей.

Втягивающая катушка обеспечивает принудительную размотку и автоматическую смотку ремня безопасности. Она крепится на стойке кузова автомобиля. Катушка оснащена инерционным механизмом блокировки, который останавливает движение ремня в катушке при аварии. Используется два способа блокировки — в результате движения (инерции) автомобиля и в результате движения самого ремня безопасности. Ремень можно вытянуть из барабана катушки только медленно, без ускорения.

Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с натяжителями.

Четырехточечные ремни безопасности (рис. 3) устанавливаются на спортивных автомобилях, имеют четыре точки крепления к сиденью.

Четырехточечный ремень безопасности

Рис. 3. Четырехточечный ремень безопасности

Пятиточечные ремни безопасности (рис. 4) используются на спортивных автомобилях, а также для закрепления детей в детских автомобильных сиденьях. Включают два поясных ремня, два плечевых ремня и один ремень, находящийся между ногами.

Пятиточечный ремень безопасности

 Рис. 4. Пятиточечный ремень безопасности

Шеститочечные ремни безопасности имеют два ремня между ногами, за счет чего обеспечивается более надежная фиксация пилота гоночного автомобиля.

Перспективной конструкцией являются надувные ремни безопасности (рис. 5), которые наполняются газом при аварии. Они увеличивают площадь контакта с пассажиром и соответственно уменьшают нагрузки на человека. Надувная секция может быть или плечевой, или плечевой и поясной. Как показывают испытания, данная конструкция ремня безопасности обеспечивает дополнительную защиту от бокового удара.

надувной ремень безопасности

Рис. 5. Надувные ремни безопасности

Компания Ford предлагает эту опцию в Европе для автомобиля Ford Mondeo четвертого поколения. Надувные ремни безопасности устанавливаются для пассажиров заднего ряда. Система разработана, чтобы в случае аварии сократить травмы головы, шеи и грудной клетки у пассажиров заднего ряда, которыми часто являются дети и пожилые люди, особенно чувствительные к таким травмам. В повседневном использовании надувные ремни безопасности функционируют так же, как и обычные, и совместимы с детскими сиденьями.

В случае аварии от датчика удара поступает сигнал в блок управления системой безопасности, блок передает сигнал для открытия на запирающий клапан баллона с углекислым газом, что находится под сиденьем, клапан открывается и газ, находящийся до этого в сжатом состоянии, заполняет подушку ремня безопасности. Ремень быстро разворачивается, чтобы распределить силу удара по поверхности тела, которая в пять раз больше, чем в случае стандартных ремней безопасности. Время активации ремней составляет менее 40 мс.

В новом Mercedes-Benz S-Class W222 компания расширяет возможности по защите пассажиров на задних сиденьях. В рамках «Пакета PRE-SAFE для задней части салона» объединены устройства натяжения ремня безопасности и надувной подушки в ремне безопасности (Beltbag) и надувных подушек безопасности в передних сиденьях. Совместное применение этих устройств при аварии снижает травматизм пассажиров на 30 % по сравнению с традиционной схемой. Надувная подушка в ремне безопасности представляет собой ленту ремня безопасности, способную надуваться и тем самым снижать риск травмирования пассажиров при лобовом столкновении за счет уменьшения нагрузки на грудную клетку. Сиденье с откидной спинкой на серийной основе оборудуется надувной подушкой безопасности, спрятанной под мягкой обивкой подушки сиденья. Такая подушка безопасности не даст пассажиру в положении полулежа проскользнуть под ремень безопасности в случае аварии (так называемое «подныривание»). Таким образом, специалистам Mercedes-Benz удалось сконструировать комфортабельное сиденье с откидной спинкой, которое в случае аварии обеспечит более высокий уровень безопасности, чем сиденье, где спинка наклоняется в результате смещения вперед подушки сиденья.

В качестве меры против неиспользования ремней безопасности с 1981 г. предлагаются автоматические ремни безопасности (рис. 6), которые автоматически закрепляют пассажира при закрытии двери (запуске двигателя) и освобождают его при открытии двери (остановке двигателя). Автоматизировано, как правило, движение плечевого ремня, который движется по краям дверной коробки. Поясной ремень закрепляется вручную. Из-за сложности конструкции, неудобства посадки в автомобиль автоматические ремни безопасности в настоящее время практически не применяются.

Автоматический ремень безопасности

Рис. 6. Автоматический ремень безопасности

2. Натяжители ремней безопасности

При скорости, например, 56 км/ч с момента столкновения с неподвижным препятствием до полной остановки автомобиля проходит около 150 мс. Водитель и пассажир автомобиля не успевают принять какие-либо меры за такой короткий промежуток времени, поэтому они являются пассивными участниками аварийной ситуации. За этот промежуток должны активироваться натяжители ремней безопасности, подушки безопасности, аварийный выключатель АКБ.

В условиях столкновения ремни безопасности должны демпфировать уровень энергии, который приблизительно равен кинетической энергии человека, падающего с высоты четвертого этажа многоэтажного здания. Ввиду возможного ослабления ремня безопасности применяется натяжное устройство (натяжитель), которое компенсирует это ослабление.

Натяжитель ремня безопасности сматывает ремень безопасности при столкновении в обратном направлении. Это помогает уменьшить свободу прилегания ремня безопасности (зазор между ремнем безопасности и телом). Таким образом, с помощью ремня безопасности заранее предотвращается перемещение пассажира вперед (относительно движения автомобиля).

На автомобилях применяются как натяжители диагональной ветви ремня безопасности, так и натяжители пряжечного типа. Применение обоих типов позволяет оптимально зафиксировать пассажира, так как в этом случае система оттягивает назад пряжку, одновременно натягивая диагональную и поясную ветви ремня безопасности. На практике в основном устанавливаются натяжители первого типа.

Натяжное устройство ремня безопасности улучшает степень натяжения и повышает защиту против выскальзывания из-под ремня. Это достигается за счет немедленного срабатывания натяжного устройства ремня безопасности во время первоначального удара. Максимальное перемещение водителя или пассажира в переднем направлении должно быть приблизительно 1 см, а продолжительность процесса механического натяжения должна составлять 5 мс (максимальное значение — 12 мс). Натяжитель обеспечивает сматывание отрезка ремня (длиной до 130 мм) почти за 13 мс.

Наиболее распространенными являются механические натяжители ремней безопасности (рис. 7).

Механический натяжитель ремня безопасности

Рис. 7. Механический натяжитель ремня безопасности: 1 — ремень безопасности; 2 — храповое колесо; 3 — вал инерционной катушки; 4 — защелка (положение заблокировано); 5 — маятниковое устройство

Кроме традиционных механических натяжителей в настоящее время многие производители оборудуют автомобили пиротехническими натяжителями (рис. 8).

Пиротехнический натяжитель

Рис. 8. Пиротехнический натяжитель: 1 — ремень безопасности; 2 — поршень; 3 — пиротехнический патрон

Они срабатывают, когда встроенный в систему датчик регистрирует превышение ранее заданного порога замедления, свидетельствующее о начале столкновения. При этом включается детонатор пиротехнического патрона. При взрыве патрона выделяется газ, давление которого действует на поршень, соединенный с ремнем безопасности. Поршень быстро перемещается и натягивает ремень. Обычно время срабатывания устройства составляет не более 25 мс после начала удара.

Чтобы избежать превышения нагрузки на грудь, такие ремни имеют ограничители усилия натяжения, которые работают следующим образом: вначале достигается максимум разрешенной нагрузки, после чего механическое устройство позволяет пассажиру продвинуться вперед на некоторое расстояние при поддержании нагрузки на постоянном уровне.

В зависимости от конструкции и принципа действия различают следующие типы натяжителей ремней безопасности:

  • тросовый с механическим приводом;
  • шариковый;
  • роторный;
  • реечный;
  • реверсивный.

2.1. Тросовый натяжитель ремня безопасности

Натяжитель ремня безопасности 8 и автоматический механизм смотки ремня безопасности 14 являются основными составляющими тросового натяжителя (рис. 9). Система подвижно закреплена в защитной трубке 3 на колпачке подшипника аналогично вертикальному маятнику. На поршне 1 закреплен стальной трос 17. Трос смотан и установлен над защитной трубкой в барабан 18 для троса.

Модуль натяжителя состоит из следующих элементов:

  • датчики в виде системы «пружина — масса»;
  • газогенератор 4 с пиротехническим выталкивающим зарядом;
  • поршень 1 со стальным тросом в трубке.

Если замедление автомобиля при столкновении превышает определенное значение, то пружина датчика 7 начинает сжиматься под действием массы датчика. Датчик состоит из кронштейна 6, газогенератора 4 с пиротехническим выталкивающим зарядом, ударной пружины 5, поршня 1 и трубки 2.

Тросовый натяжитель

Рис. 9. Тросовый натяжитель: а — воспламенение; б — натяжение; 1, 16 — поршень; 2 — трубка; 3 — защитная трубка; 4 — газогенератор; 5, 15 — ударная пружина; 6 — кронштейн датчика; 7 — пружина датчика; 8 — ремень безопасности; 9 — отбойная пластина с ударным штифтом; 10, 14 — механизм смотки ремня безопасности; 11 — болт датчика; 12 — зубчатое кольцо вала; 13 — зубчатый сегмент; 17 — стальной трос; 18 — барабан

Если кронштейн 6 переместился на расстояние, превышающее норму, газогенератор 4, удерживаемый в состоянии покоя с помощью болта датчика 11, высвобождается в вертикальном направлении. Натянутая ударная пружина 15 выталкивает его по направлению ударного штифта в отбойной пластине. При столкновении газогенератора с ударным штифтом происходит воспламенение выталкивающего заряда газогенератора (рис. 9, а).

В этот момент газ выталкивается в трубку 2 и перемещает поршень 1 со стальным тросом 17 вниз (рис. 9, б). При первом движении троса, намотанного на муфту, зубчатый сегмент 13 сдвигается под действием силы ускорения радиально с барабана по направлению наружу и входит в зацепление с зубчатым кольцом вала 12 механизма смотки ремня безопасности 14.

2.2. Шариковый натяжитель ремня безопасности

Состоит из компактного модуля, в который, наряду с распознавателем пристегнутого ремня безопасности, также входит ограничитель усилия натяжения ремня безопасности (рис. 10). Механическое срабатывание происходит только тогда, когда распознаватель пристегнутого ремня безопасности определяет, что ремень безопасности пристегнут.

Шариковый натяжитель ремня безопасности приводится в действие шариками, которые помещены в трубку 9. При столкновении по сигналу блока управления подушек безопасности воспламеняется выталкивающий заряд 7 (рис. 10, б). На натяжителях ремней безопасности с электроприводом активацию приводного механизма производит блок управления подушек безопасности.

При воспламенении выталкивающего заряда расширяющиеся газы приводят в движение шарики и направляют их через зубчатое колесо 11 в баллон 12 для сбора шариков.

Шариковый натяжитель

Рис. 10. Шариковый натяжитель: а — общий вид; б — воспламенение; в — натяжение; 1, 11 — зубчатое колесо; 2, 12 — баллон для шариков; 3 — приводной механизм (механический или электрический); 4, 7 — пиротехнический выталкивающий заряд; 5, 8 — ремень безопасности; 6, 9 — трубка с шариками; 10 — механизм смотки ремня безопасности

Так как катушка ремня безопасности прочно соединена с зубчатым колесом, она вращается при помощи шариков и ремень втягивается (рис. 10, в).

2.3. Роторный натяжитель ремней безопасности

Работает по принципу ротора. Натяжитель состоит из ротора 2, пиропатрона 1, приводного механизма 3 (рис. 11, а)

Первый пиропатрон активируется с помощью механического или электрического привода, при этом расширяющийся газ вращает ротор (рис. 11, б). Так как ротор соединен с валом ремня, то ремень безопасности начинает втягиваться. По достижении определенного угла вращения ротор открывает перепускной канал 7 ко второму патрону. Под действием рабочего давления в камере № 1 воспламеняется второй патрон, благодаря этому ротор продолжает вращаться (рис. 11, в). Сгоревший газ из камеры № 1 выходит через выпускной канал 8.

Роторный натяжитель

Рис. 11. Роторный натяжитель: а — общий вид; б — действие первого пиропатрона; в — действие второго пиропатрона; г — действие третьего пиропатрона; 1 — пиропатрон; 2 — ротор; 3 — приводной механизм; 4 — ремень безопасности; 5, 8 — выпускной канал; 6 — срабатывание первого пиропатрона; 7, 9, 10 — перепускные каналы; 11 — срабатывание второго пиропатрона; 12 — камера № 1; 13 — срабатывание третьего пиропатрона; 14 — камера № 2

При достижении второго перепускного канала 9 происходит воспламенение третьего патрона под действием рабочего давления в камере № 2 (рис. 11, г). Ротор продолжает вращаться, и сгоревший газ из камеры № 2 выходит через выпускной канал 5.

2.4. Реечный натяжитель ремней безопасности

Для плавной передачи усилия на ремень применяются также различные передающие устройства реечного типа (рис. 12).

Реечный натяжитель работает следующим образом. По сигналу блока управления подушками безопасности поджигается заряд пиропатрона. Под давлением образующихся при этом газов поршень с рейкой 8 перемещается вверх, вызывая вращение находящейся с ним в зацеплении шестерни 3. Вращение шестерни 3 передается на шестерни 2 и 4. Шестерня 2 жестко связана с наружным кольцом 7 обгонной муфты, передающей крутящий момент на торсионный вал 6. При повороте кольца 7 ролики 5 муфты заклиниваются между ним и торсионным валом. В результате вращения торсионного вала ремень безопасности натягивается. Натяжение ремня прекращается при достижении поршнем демпфера.

Реечный натяжитель ремня безопасности

Рис. 12. Реечный натяжитель ремня безопасности: а — исходное положение; б — завершение натяжения ремня; 1 — демпфер; 2, 3, 4 — шестерни; 5 — ролик; 6 — торсионный вал; 7 — наружное кольцо обгонной муфты; 8 — поршень с зубчатой рейкой; 9 — пиропатрон

2.5. Реверсивный натяжитель ремней безопасности

В более сложных системах пассивной безопасности кроме пиротехнический преднатяжителей ремня безопасности применяются реверсивный преднатяжитель (рис. 13) ремня безопасности с блоком управления и адаптивный (отключаемый) ограничитель усилия натяжения ремня безопасности.

Каждый реверсивный преднатяжитель ремня безопасности контролируется отдельным блоком управления. В зависимости от команд, передаваемых по шине данных, блоки управления преднатяжителей ремней безопасности управляют подключенными исполнительными электродвигателями.

Реверсивные преднатяжители имеют три уровня усилия срабатывания:

  1. малое усилие — выборка слабины ремня безопасности;
  2. среднее усилие — частичное натяжение;
  3. высокое усилие — полное натяжение.

Если блок управления подушек безопасности распознает легкое фронтальное столкновение, при котором срабатывания пиротехнического преднатяжителя ремня безопасности не требуется, он передает соответствующий сигнал на блоки управления преднатяжителей ремней безопасности. Они дают команду на полное натяжение ремней безопасности исполнительными электродвигателями.

Ремень безопасности с реверсивным преднатяжителем

Рис. 13. Ремень безопасности с реверсивным преднатяжителем1 — зубчатая передача; 2 — крюк; 3 — ведомый диск

Вал электродвигателя (на рис. 13 не показан), вращаясь, через зубчатую передачу приводит во вращение ведомый диск, который соединен с валом ремня безопасности двумя выдвижными крюками. Ремень безопасности наматывается на вал и натягивается.

Если вал электродвигателя не вращается или слегка поворачивается в обратном направлении, крюки могут сложиться и освободить вал ремня безопасности.

Отключаемый ограничитель усилия натяжения ремня безопасности вступает в действие после срабатывания пиротехнических преднатяжителей. При этом стопорный механизм блокирует вал ремня, препятствуя сматыванию с него ремня под действием возможного воздействия инерции тел пассажиров и водителя.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *