Содержание страницы
История автомобилестроения неразрывно связана с поиском баланса между скоростью, комфортом и безопасностью. Если на заре индустрии основной задачей было создание надежного средства передвижения, то сегодня фокус сместился на сохранение жизни и здоровья человека в самых критических ситуациях. Современный автомобиль — это сложнейший комплекс инженерных решений, где ключевую роль играет эшелонированная система безопасности, разделенная на активную и пассивную. И если задача активной безопасности — предотвратить ДТП, то миссия пассивной безопасности — минимизировать его последствия, когда столкновение уже неизбежно.
Именно пассивная безопасность принимает на себя основной удар, поглощая и рассеивая разрушительную кинетическую энергию аварии. Это безмолвный страж, который в доли секунды активирует целый арсенал средств защиты. Рассмотрим ее компоненты, принципы работы и то, как они регламентируются современными стандартами.
1. Фундаментальные компоненты системы пассивной безопасности (SRS)
Совокупность конструктивных и электронных элементов, предназначенных для защиты водителя, пассажиров и других участников движения от травм при аварии, составляет систему пассивной безопасности транспортного средства (ТС). В международной классификации она известна как SRS (Supplementary Restraint System), что дословно переводится как «дополнительная удерживающая система». Ее главная цель — не предотвратить ДТП, а снизить тяжесть его последствий, когда системы активной безопасности оказались бессильны.
Ключевой принцип работы пассивной безопасности — управляемое поглощение энергии удара и сохранение целостности «капсулы безопасности» салона. Все элементы этой системы, требования к которым строго регламентированы, в частности, Техническим регламентом Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011), работают в тесной связке. Важнейшими компонентами современных систем SRS (рис. 1) являются:
- Силовой каркас и программируемые зоны деформации: Основа основ — это жесткий силовой каркас салона (та самая «капсула безопасности»), окруженный специально спроектированными зонами сминания в передней и задней частях. Эти зоны целенаправленно разрушаются при ударе, поглощая до 70% энергии столкновения и не допуская ее в салон.
- Удерживающие системы:
- Ремни безопасности с пиротехническими преднатяжителями и ограничителями усилия.
- Фронтальные, боковые, коленные подушки безопасности и надувные шторки (занавески).
- Системы крепления детских кресел (например, стандарт ISOFIX).
- Элементы интерьера, снижающие травматизм:
- Активные подголовники для защиты шейного отдела позвоночника от «хлыстовых» травм при ударе сзади.
- Травмобезопасная рулевая колонка, складывающаяся при ударе.
- Травмобезопасный педальный узел, отводящий педали от ног водителя.
- Безопасные «триплекс» и закаленные стекла, исключающие образование острых осколков.
- Пост-аварийные системы:
- Аварийный выключатель аккумуляторной батареи (АКБ) для предотвращения короткого замыкания и пожара.
- Системы экстренного вызова спасательных служб (в России — обязательная система «ЭРА-ГЛОНАСС»).
- Системы автоматической разблокировки дверей и включения аварийной сигнализации.
- Системы защиты уязвимых участников движения:
- Специализированные системы:
Рис. 1. Компоненты системы пассивной безопасности: 1 — аварийный выключатель АКБ; 2 — безопасный самооткрывающийся при столкновении капот; 3 — подушка безопасности переднего пассажира; 4, 5 — боковая подушка безопасности переднего пассажира; 6 — активные подголовники; 7 — задняя правая подушка безопасности; 8 — левая головная подушка безопасности; 9 — левая задняя подушка безопасности; 10 — датчик удара задней подушки безопасности со стороны водителя; 11 — натяжитель ремня безопасности; 12 — боковая подушка безопасности водителя; 13 — датчик удара боковой подушки безопасности водителя; 14 — подушка безопасности водителя; 15 — коленная подушка безопасности; 16 — блок управления подушек безопасности; 17 — датчик удара фронтальной подушки безопасности водителя; 18 — датчик срабатывания пиропатрона капота; 19 — датчик удара фронтальной подушки безопасности переднего пассажира
Электронный «мозг» системы SRS
Современные системы пассивной безопасности имеют централизованное электронное управление, обеспечивающее молниеносное и скоординированное взаимодействие всех компонентов. Архитектура системы управления классически состоит из трех уровней:
- Датчики: Это «органы чувств» системы. Датчики удара (акселерометры), расположенные в разных частях автомобиля, фиксируют резкое замедление и его направление. Дополнительные сенсоры, такие как датчики занятости и положения сидений, а также выключатели в замках ремней, предоставляют блоку управления информацию о количестве пассажиров и их статусе.
- Блок управления (ECU): Это «мозг», который непрерывно анализирует сигналы от датчиков. Он сравнивает полученные данные с заложенными в его память сценариями (crash-алгоритмами), чтобы распознать тип, направление и тяжесть столкновения. На основе этого анализа ECU за 15-20 миллисекунд принимает решение о том, какие именно исполнительные устройства и с какой интенсивностью необходимо активировать.
- Исполнительные устройства: Это «мышцы» системы. К ним относятся пиропатроны (газогенераторы) подушек безопасности, преднатяжителей ремней, аварийного размыкателя АКБ, а также приводы активных подголовников. Их активация происходит строго в соответствии с командой блока управления.
В зависимости от класса, типа и рынка сбыта транспортного средства применяются различные комбинации этих компонентов, но базовые принципы остаются неизменными.
2. Травмобезопасные рулевая колонка и узел педалей
Травмобезопасная рулевая колонка
При лобовом столкновении одной из главных опасностей для водителя является рулевое колесо, которое может сместиться в салон. Чтобы предотвратить это, инженеры разработали травмобезопасную рулевую колонку 3 (рис. 2), способную к телескопическому складыванию. Ее конструкция — это яркий пример выполнения требований к защите водителя при фронтальном ударе, которые описываются в ГОСТ Р 41.94-99 (Правила ЕЭК ООН № 94).
Колонка имеет несколько ступеней защиты. Например, у автомобиля New Beetle, при смещении поперечной панели 1 на 150 мм, рулевая колонка способна сократить свою длину на 50 мм, поглощая энергию и не допуская опасного перемещения руля 2. Дополнительно, рулевой вал 5 между карданными шарнирами 4 может укорачиваться на 38 мм при ударах снизу. Наконец, даже если водитель по инерции наваливается на уже сработавшую подушку безопасности, колонка способна сдвинуться еще на 50 мм, демпфируя остаточный импульс.
Рис. 2. Травмобезопасная рулевая колонка автомобиля New Beetle: 1 — поперечная панель; 2 — рулевое колесо; 3 — рулевая колонка; 4 — карданные шарниры; 5 — рулевой вал
Травмобезопасный узел педалей
Еще один источник серьезных травм ног при сильных фронтальных ДТП — педальный узел. При деформации передней части кузова педали могут смещаться в салон, нанося переломы. Для предотвращения этого применяется травмобезопасный узел (рис. 3), который при аварии не смещается, а «отводится» из зоны ног водителя.
В представленной конструкции используется коленчатая стойка 3. При сильной деформации передней панели салона 1, педальный узел смещается в сторону центральной трубы 2 кузова. Это заставляет коленчатую стойку 3 сложиться, которая, в свою очередь, перегибает толкатель 4 главного тормозного цилиндра. В результате опорная поверхность педали уходит в сторону на расстояние до 170 мм, освобождая пространство для ног. Сам процесс изгиба толкателя также является энергопоглощающим элементом, дополнительно смягчая воздействие на ногу водителя.
Рис. 3. Травмобезопасный узел педалей: а — состояние узла при обычных условиях движения; б — состояние узла при тяжелых фронтальных наездах; 1 — передняя часть салона; 2 — центральная труба; 3 — коленчатая стойка; 4 — толкатель главного тормозного цилиндра
3. Аварийный размыкатель аккумуляторной батареи
Пожар после ДТП — одна из самых серьезных вторичных угроз. Для ее предотвращения предназначен аварийный размыкатель аккумуляторной батареи. Он обесточивает силовые цепи, исключая риск короткого замыкания от поврежденной проводки. Эта система особенно важна для автомобилей, где АКБ расположена в салоне или багажнике (для лучшей развесовки), а также для гибридов и электромобилей с высоковольтными батареями.
Длинный силовой кабель, идущий от батареи к стартеру и генератору, при аварии может быть перебит, что приведет к замыканию и возгоранию. Поэтому блок управления SRS при срабатывании подушек безопасности подает сигнал на пиропатрон безопасной клеммы. Пиропатрон разрывает силовую цепь, но оставляет под напряжением цепи, необходимые для работы аварийной сигнализации, освещения салона и системы экстренного вызова.
Существуют разные конструкции безопасных клемм:
- С разрывной перемычкой (рис. 4): Давление газов от сработавшего пиропатрона 3 толкает поршень 2, который физически разрывает металлическую перемычку 1 в клемме.
- С отстрелом штифта (рис. 5): Пиропатрон «отстреливает» конический штифт 1, к которому крепится силовой кабель 2, отсоединяя его от плюсового вывода 3. Специальный уловитель предотвращает случайный повторный контакт.
После срабатывания пиротехнический размыкатель является одноразовым элементом и подлежит замене вместе с другими компонентами SRS.
Рис. 4. Безопасная клемма с разрывной перемычкой: а — разрывная перемычка в обычном состоянии; б — разрывная перемычка при срабатывании пиропатрона; 1 — соединительный элемент с разрывной перемычкой; 2 — палец с поршнем; 3 — запал
Рис. 5. Безопасная клемма с отстрелом штифта: а — до срабатывания отстрела; б — после срабатывания отстрела; 1 — конический уловитель (штифт); 2 — кабель, соединяющий плюсовую клемму со стартером; 3 — плюсовая клемма; 4 — пластмассовая оболочка
4. Система экстренного вызова («ЭРА-ГЛОНАСС» и аналоги)
Время — критический фактор в спасении жизней после ДТП. Система экстренного вызова призвана максимально сократить интервал между аварией и прибытием помощи. В Российской Федерации и странах Таможенного союза с 2017 года все новые автомобили в обязательном порядке оснащаются государственной системой «ЭРА-ГЛОНАСС». Ее работа стандартизирована, в частности, по ГОСТ Р 54620-2011.
При серьезном ДТП (например, при срабатывании подушек безопасности) система автоматически определяет точные координаты автомобиля по спутникам ГЛОНАСС/GPS и передает по мобильной сети так называемый «минимальный набор данных» в экстренные службы. Этот набор включает:
- Точные координаты и направление движения;
- VIN-код автомобиля;
- Время ДТП;
- Информацию о тяжести аварии (на основе данных SRS);
- Количество пристегнутых ремней безопасности.
После передачи данных система устанавливает голосовую связь с оператором службы 112. Если ответа нет, помощь высылается немедленно по полученным координатам. Также вызов можно совершить вручную нажатием кнопки «SOS» (рис. 6).
Многие автопроизводители предлагают собственные, более продвинутые системы, которые, однако, полностью совместимы с государственными требованиями:
- Assist Advanced eCall (BMW): Передает расширенный набор данных в колл-центр BMW, включая информацию о скорости, замедлении, наличии опрокидывания и количестве сработавших элементов SRS, что позволяет спрогнозировать тяжесть травм.
- Volvo On Call (Volvo): Помимо экстренных функций, система интегрирована с мобильным приложением и предоставляет услуги консьержа, помощи на дорогах и защиты от угона.
- SYNC Emergency Assistance (Ford): Использует для связи мобильный телефон водителя, подключенный по Bluetooth, и напрямую связывается с местной государственной службой спасения.
- Connect SOS (Peugeot), Localized Emergency Call (Citroën): Работают по схожему с BMW принципу, связываясь с фирменным колл-центром.
Рис. 6. Кнопки связи с колл-центром Volvo и вызова экстренных служб на передней панели автомобиля Volvo S60
5. Комплексный подход и будущее пассивной безопасности
Важно понимать, что эффективность пассивной безопасности достигается только за счет комплексного и скоординированного срабатывания всех ее элементов. После столкновения современные автомобили автоматически предпринимают ряд действий для облегчения спасения: отключают двигатель и топливный насос, включают аварийную сигнализацию и освещение салона, разблокируют центральный замок. Производители также разрабатывают специальные «карты спасения» для экстренных служб, указывая на них расположение аккумуляторов, пиропатронов и элементов из высокопрочной стали, чтобы спасатели могли безопасно и быстро деблокировать пострадавших.
Будущее пассивной безопасности лежит в еще большей интеграции с системами активной безопасности. Так называемые превентивные системы (Pre-Safe) уже сегодня, предчувствуя неизбежность столкновения за доли секунды до него, успевают подтянуть ремни безопасности, закрыть окна и люк, а также привести спинки сидений в оптимальное положение. Развитие технологий искусственного интеллекта и машинного зрения позволит создавать еще более адаптивные системы, которые будут настраивать алгоритмы срабатывания подушек и ремней индивидуально под вес, рост и позу каждого конкретного пассажира, поднимая планку защиты жизни на совершенно новый уровень.
