Подушки безопасности (Airbag) — особенности, принцип работы и назначение. Подушки безопасности: устройство, где находятся, правила использования Коленная подушка безопасности водителя

Официально история подушки безопасности берет начало в середине прошлого века. Для меня же она началась с зимы двухтысячного года, когда во время тест-драйва Volvo по пути из Москвы в Питер под Новгородом в одну из наших машин, вылетев на встречную полосу, врезалась «девятка». Водитель «девятки» погиб, а водитель Volvo отделался лишь испугом. Правда, вечером жаловался на то, что от встречи с подушкой у него щеки горят. Был он за рулем одного из первых Volvo S80, который в реальной жизни подтвердил репутацию марки как одной из самых безопасных в мире.

Признаться, до того случая я не уделял особого внимания средствам пассивной безопасности. Но после все мои покупки автомобиля начинались с вопроса о наличии подушек безопасности.

Воздушная, но без воздуха

Кто же был создателем воздушной защитной системы? Патенты на первые автомобильные подушки безопасности одновременно подали в 1951 году Джон Хетрик (John W. Hetrick) в Соединенных Штатах Америки и инженер Вальтер Линдерер (Walter Linderer) в Германии. Оба изобретения основывались на использовании в подушках сжатого воздуха. При дальнейших исследованиях, правда, выяснилось, что устройства не отличаются быстродействием и не обеспечивают максимальной безопасности. Их использование признали нецелесообразным.

Оптимальным решением оказалось использование пиропатрона, выделяющего при срабатывании мощный поток газов, достаточный для практически мгновенного надувания воздушного мешка. И такую подушку, которой пользуются сегодня повсеместно все автопроизводители, запатентовал в 1963 году японский изобретатель Ясузобуро Кобори.

Примечательно, что в этой подушке воздуха не оказалось и в помине - только продукты сгорания, и не просто токсичные, но и опасные для здоровья, хотя всюду прижилось название «воздушный мешок» - именно так переводится с английского Airbag. Тогда как термин cushion - подушка, введенный Джоном Хетриком, почему-то не получил распространения в англоговорящих странах.

Первые автомобили с подушками

Прежде чем подушка добралась до автомобиля , прошло еще почти десять лет. В экспериментальном порядке Ford устанавливал эйрбэги на модель Ford Taunus 20M P7b, а вот первым серийным автомобилем с таким устройством на борту стал Oldsmobile Toronado 1973 модельного года.

Надо сказать, что клиенты встречали инновацию по-разному. Кто-то считал ее бесполезной и даже опасной. Тем более статистика GM зафиксировала случай разрыва сердца от внезапного срабатывания устройства. Кого-то, наоборот, воодушевляла идея того, что подушка может заменить ремнибезопасности , которыми американцы долгое время пренебрегали.

Первые эйрбэги в Европе внедрила в 1980 году компания Mercedes-Benz на флагманской модели S-класса в кузове W126. Фронтальные подушки защищали водителя и переднего пассажира. В середине девяностых Volvo в качестве опции предложила на своих автомобилях боковые подушки безопасности, которые располагались в боковинах передних кресел. В 1998 году Toyota начала устанавливать надувные шторки для защиты головы и верхней части туловища. Примерно в это же время корейская Kia выдвинула идею защиты подушкой коленей водителя, который при ударе мог сползти под рулевое колесо. Тойота разработала центральную подушку безопасности, выскакивающую из подлокотника, для предотвращения травм, которые могут нанести друг другу сами пассажиры при боковом ударе.

Ford пришел к выводу, что существенно обезопасит задних пассажиров, если снабдит надувными устройствами ремни безопасности. В 2011 году надувные ремни появились на модели Explorer, а еще через три года начал их опционально ставить и на Ford Fusion. Компания TRW представила в том же 2011 году потолочную подушку безопасности , но широкого применения изобретение не нашло до сих пор.

Эйрбэги выходят наружу

Постепенно защитные надувные приспособления заполнили весь салон автомобиля и теперь просятся наружу. Первой внешнюю подушку - для защиты пешехода - предложила Volvo на модели V40 в 2012 году. Сегодня ZF TRW (так называется объединенная компания после покупки немецким производителем трансмиссий ZF американского производителя эйрбэгов TRW) работает над внешней боковой подушкой безопасности, закрывающей всю боковину транспортного средства. По сути это надувной матрац, который прячется в пороге автомобиля и должен срабатывать не после столкновения, а перед ним. Работа на опережение требует серьезной программной проработки вопроса.

Возможность смягчить удар воздушной подушкой привлекла к ней внимание и создателей других транспортных средств. Фирма Honda первой предложила эйрбэг для своего двухколесного флагмана - Gold Wing.

Но не все мотоциклы подходят для установки стационарных подушек. Чтобы от эйрбэга была польза, между наездником и мотоциклом должно быть пространство. Спортивные мотоциклы, на которых пилот буквально лежит на бензобаке, не позволяют использовать подушку безопасности. Так родилась идея использования надувных жилетов и шлемов.

Опасная защита

Призванная защищать, подушка с пиропатроном таит в себе и немалую опасность. Во-первых, она вылетает со скоростью от 200 до 300 км/ч (в зависимости от конструкции) и может нанести повреждение человеку, особенно если тот не пристегнут ремнем безопасности. Во-вторых, раскрытие происходит в замкнутом пространстве салона, и, чтобы избежать баротравм, нужно одновременно позаботиться об открытии стекол или другом способе разгерметизации салона. Компания Volvo предложила просто разбивать стекла - в этом случае вероятность заклинивания механизма опускания нулевая. В-третьих, азид натрия (NaN 3) - основной газообразующий компонент многих подушек безопасности - весьма токсичное вещество, в больших дозах опасное для здоровья человека. Поэтому необходимо быстрое проветривание салона сразу после срабатывания эйрбэга. В защитных системах небольшого объема, таких как мотоциклетные куртки, шлемы, используется сжатый воздух.Надувной защитный жилет может стать спасением для любого водителя двухколесного транспорта.

Надувной защитный жилет может стать спасением для любого водителя двухколесного транспорта.

Для снижения непроизвольного риска срабатывания подушек безопасности ряд компаний используют датчики давления в сиденьях: пассажир на месте - пиропатрон наготове. Аналогичным образом отключаются подушки при установке детских кресел, но в некоторых случаях их придется деактивировать вручную.

Наконец, не раскрывшаяся во время аварии подушка безопасности коварна, как неразорвавшаяся мина. Она угрожает спасателям, когда те для извлечения пострадавших специальными ножницами режут кузов. Внезапное срабатывание может привести к трагедии.

Из всего этого следует, что самым безопасным будет не заставлять подушку безопасности работать.

Многие годы испытанный, старый-добрый ремень был единственным защитником пассивной безопасности в наших машинах. Проходило много дебатов об эффективности его использования, особенно это касалось детей, но со временем многие страны в мире узаконили обязательное использование ремней безопасности на автомобилях. Статистика показала, использование ремней безопасности спасло тысячи, сотни тысяч жизней в самых серьезных авариях.

Также как и с ремнями концепция подушки безопасности, мягкой подушки в которую можно «приземлиться» телом при аварии, давно витала в воздухе, в прямом и переносном смысле. Первый официально зарегистрированный патент на надувную подушку для самолетов (да, да они пришли к нам с небес) был выдан во время второй мировой войны. И только через десятилетия первые подушки появились на автомобилях, случилось это в 1980-х годах.

С 1998 года большинство новых легковых машин (развитого машиностроения) стали комплектоваться подушками безопасности, как для водителя, так и для переднего пассажира. В 1999 году это правило коснулось автомобилей погабаритнее, джипов и минивэнов. Далее подушки стали появляться и в других местах, в сидениях, дверях и иных частях автомобиля. Сегодня в некоторых машинах число подушек намного больше, чем две, 6 и даже 8 штук стали нормой.

Вызвав похожие споры, также, как и с ремнями безопасности, подушки стали предметом серьезных исследований, тестирований и споров на самом высшем уровне.

На сегодняшний день статистика уверенно показывает, что риск гибели подобные устройства снижают примерно на 30%.

В этой статье вы узнаете о работе этих устройств, как научно подтверждено его действие, какие у них есть недочеты и пути будущего развития.

Подушка безопасности

Цель подушки безопасности замедлить движение вперед тела человека настолько равномерно, насколько это возможно за доли секунды. Вот три составляющие подушки безопасности, которые помогают достичь этой цели, то есть в необходимый момент сработать:

Сама подушка. Сделанная из тонкого нейлона, сложена в рулевом колесе, приборной панели или сидениях, дверях и других частях автомобиля.

Сенсор. Устройство, которое «говорит» подушке безопасности сработать. Срабатывание происходит при силе удара соответствующей столкновению со стеной на скорости в 16-24 км/ч.. Сигналом для срабатывания пиропатрона подушки служит электрический импульс специального шарикового датчика удара. удара идет на блок управления, который в свою очередь определяет срабатывать системе надувания подушки или нет.

Система надувания подушки соединяет две составляющих, азид натрия (Nan3) с нитратом калия (KNO3), для создания азота. Именно он и надувает подушку.

Ранние попытки приспособить эирбэг для использования в машинах столкнулись с рядом сложностей, одними из которых были невероятно высокая цена и технические проблемы, включавшие хранение и использование сжатого газа.

На ранних этапах исследователям предстояло решить:

Где разместить баллон с сжатым газом

Не улетучится ли газ хранящийся под высоким давлением на всем протяжении срока службы автомобиля

Как сделать так, чтобы подушка раскрывалась почти мгновенно, при этом была надежной при различных температурных режимах работы и при раскрытии не издавала оглушающего звука.

Постепенно все наиболее важные вопросы были решены. Непрактичный газ был заменен на надежный твердотельный элемент- пиропатрон, произошло это в 70-х годах двадцатого века. При аварии «мозги» подушки безопасности инициируют поджог твердотопливного заряда, который сгорает с огромной скоростью и создает за короткое время, 30-50 миллисекунд, необходимое количество газа для наполнение эирбэга. Купол подушки в буквальном смысле взрывается, выходя из своего посадочного места со скоростью до 322 км/ч, быстрее чем моргнёте глазом! Долями секунды позже, газ под действием давления выходит через специальные отверстия (именно этот дым в салоне автомобиля вперемешку с тальком, можно часто наблюдать при аварии).

Виды подушек безопасности

В современности существует большое множество подушек безопасности.

Наиболее распространенным видом являются фронтальные подушки безопасности , как для водителей, так и для передних пассажиров.

Следующим этапом развития стали боковые подушки . Их функцией является защита груди и таза человека от повреждений при боковом ударе.

Так называемые «шторки» или головные подушки безопасности. Защищают голову человека от контакта с твердыми частями автомобиля при боковом ударе.

Подушка безопасности для коленей. Чтобы уменьшить риск возникновения травм коленного сустава (что при фронтальном ударе случается нередко) была разработана подобная подушка безопасности.

Ремень безопасности со встроеной подушкой безопасности. Снижает риск получения травм груди.

Центральная подушка безопасности. Была спроектирована не так давно. В ее задачи входит недопущение столкновения двух сидящих рядом друг с другом людей при боковом ударе или перевороте. Также она позволяет избежать травмы шеи.

Меры безопасности

С самого начала применения эирбэгов специалисты, изучавшие вопрос работы этого средства защиты поняли, что оно может приносить не только пользу, но и вред. Второй вариант возможет при неправильном использовании средств пассивной безопасности автомобиля. Что под этим подразумевается?

1. Минимальное расстояние между подушкой безопасности и сидящим пассажиром должно составлять минимум 25 см, в противном случае при раскрытии человек может получить травмы непосредственно от самого airbag"а.

2. Пассажир обязательно должен быть пристегнут. Так как ремень безопасности уменьшает скорость перемещения тела человека и направляет его в нужном направлении к подушке безопасности.

3. Если airbag может легко травмировать взрослого человека, то с детьми дело обстоит еще сложнее. Первое условие безопасной перевозки ребенка. Он должен перевозится в правильно установленном, соответствующем его возрасту кресле на заднем сидении.

4. Если ребенок должен перевозится на переднем сидении со стороны пассажира, то он должен сидеть в кресле расположенном по направлению движения, а сиденье должно быть отодвинуто максимально назад.

5. Нельзя перевозить младенцев в детском кресле с реверсивным расположением на переднем сидении при включенной фронтальной подушке безопасности.

Несомненно, система пассивной безопасности (SRS) является необходимым атрибутом современных автомобилей. Не многие знают, что первоначально воздушная подушка безопасности появилась в двадцатых годах прошлого столетия. И связана ее история отнюдь не с автомобилями, а с авиационной промышленностью.

Подушка-пионер

Артур Хьюс Паррот и Харольд Роунд 17 февраля 1920 года получили патент на изобретение воздушной подушки в различном исполнении. Данное изобретение должно было защищать летчика от тяжелых травм при катастрофах, которые на заре авиации не были такой уж редкостью.

Однако дело застопорилось из-за одного недостатка: подушка оставалась надутой постоянно и вместо спасителя зачастую могла превратиться в преграду от спасения. Тем не менее именно от той подушечки начинается история современных подушек безопасности.

Время проб и ошибок

Первые заявки на изобретение надувной подушки безопасности для автомобилей были поданы спустя тридцать лет. 06.10.1951 года немецкий изобретатель Вальтер Линдерер получил патент. Следом за ним, за океаном, 5 августа 1952 года подал заявку американец Джон Хетрик. Правда, патент он смог получить лишь 18 августа 1953 года. Хетрик предлагал систему, состоящую из переносного баллона сжатого газа, с И сколько подушек безопасности предполагалось? Аж три! Подающийся газ распределялся в надувные мешки: на рулевом колесе, на приборной доске и в ящике для перчаток. Но, к сожалению, необходимые требования для экстремально-короткого времени заполнения мешков оказались непреодолимой преградой для тех лет. Попытка использования сжатого воздуха оказалась безуспешной.

И вот в 1961 году другой американец Аллан К. Бред представил первую более современную подушку безопасности, отвечающую многим требованиям. Конструирование возлагалась на производителей автомобилей. Концерн General Motors разработал Air Cushion Restraint System и предлагал ее как дополнительную опцию за определенную наценку, но ажиотажа не получилось. Вполне вероятно, что клиенты к новой технике отнеслись с недоверием, что неудивительно, так как сами производители были в ней уверены не до конца. В Европе тоже пришли к выводу, что баллон сжатого воздуха вместе с системой трубопроводов, клапанов, вентилей, штуцеров и т. д. в конструктивном плане будет очень громоздким устройством. Требовалось изыскать энергоемкую, малогабаритную конструкцию.

Порох в помощь

Собственно, имеющиеся на сегодняшний день пиротехнические газогенераторы берут начало с 1968 по 1969 год от Mercedec-Benz из Штутгарта. Решающий шаг был сделан перед 1971-м группой ученых оборонной промышленности. Был разработан пиропатрон.

Первая линия

После многочисленных испытаний, в 1981 году в Германии фирма "Мерседес" начинает производство автомобилей Mercedes-Benz W 126 (S-класса), оснащенных надувной подушкой безопасности, на которую также была введена наценка.

Ясно, что данное новшество не всем было по карману, но эффективность этой опции гарантировала ей большое будущее. Что в дальнейшем и случилось. Единственно, менялся материал изготовления, изменялось количество подушек безопасности, устанавливаемых на автомобиль, и их размещение.

Совершив экскурс в историю, возвратимся в наши дни. Итак, что собой представляют современные подушки безопасности? Сколько их нужно установить на автомобиль для обеспечения безопасности водителя и пассажиров? Какие дополнительные приспособления работают параллельно с подушками безопасности?

Система пассивной безопасности (SRS)

Современные автомобили оснащены SRS (Supplemental Restraint System) - системой пассивной безопасности, состоящей из подушек безопасности, ремней безопасности, блока управления и многочисленных датчиков. Работа системы комплексная, звенья (SRS) дополняют друг друга, обеспечивая в комплексе защиту человека от трагических последствий при серьезных дорожно-транспортных происшествиях. Тут стоит подробнее остановиться на ремнях безопасности.

Ремни безопасности

Оснащение автомобилей ремнями безопасности, несомненно, спасло жизни огромному количеству людей. С развитием технических возможностей совершенствуются и эти устройства. Так, современные автомобили оснащены ремнями инерционными и с преднатяжителем (натяжителем). Натяжитель ремня безопасности служит для своевременного предотвращения инерционного перемещения человека вперед (по ходу движения автомобиля) при дорожно-транспортных происшествиях или при аварийном торможении.

Достигается это путем принудительного сматывания ремня и обеспечения плотности прилегания. Следует дополнить, что они (натяжители) оснащены ограничителем усилия натяжения ремня для ослабления при определенных нагрузках. Натяжители устанавливаются в основном в соединении с креплением замка ремня безопасности.

Неотъемлемым атрибутом системы пассивной защиты являются ремни безопасности. Правильное пользование ими обуславливает эффективную работу комплексной системы в целом. В случае дорожно-транспортного происшествия при игнорировании ремней безопасности фронтальные подушки могут принести больше вреда, чем пользы. И это истина.

Рассмотрим систему пассивной безопасности на различных моделях автомобилей. Начнем с японских производителей.

Автомобиль "Мазда 3". Выпуск 2003 года

В 2013 году третье поколение автомобиля "Мазда 3" согласно краш-тесту Euro NCAP получило заветные 5 звезд! Сколько подушек безопасности в "Мазде 3" установили разработчики, чтобы достичь такого результата? Установка надувных подушек безопасности произведена в нижеперечисленных местах.

Две надувные подушки при фронтальном воздействии:

• Рулевое колесо.
• Передняя панель (со стороны пассажира).

Две надувные подушки при боковом воздействии:

• Спинки передних сидений (со стороны выхода).

Две надувные шторки безопасности:

• Стойки кузова (передние и задние).
• Боковые кромки потолка (левая и правая).

Такая компоновка подушек является наиболее оптимальной для безопасности находящихся в транспортном средстве. Так сколько подушек безопасности на "Мазде 3"? Общее число фронтальных и боковых надувных элементов составляет шесть единиц. Что является очень приличным оснащением для базовой модели.

"Тойота-Королла"

То, что марка "Тойота-Королла" имеет на своем "генеалогическом древе" одиннадцать поколений и уже "вырисовывается" двенадцатое, говорит о многом, если не обо всем. Дебютировав в 1966 году в Японии, эта марка очень быстро завоевала мировое пространство. За свою более чем 50-летнюю историю "Тойота-Королла" пережила много взлетов и падений, спектр отзывов - разноцветнее радуги, но при всем этом бренд всегда остается на плаву, умудряясь оборачивать досадные минусы себе в пользу.

Выясним, как обстоят дела у последней, одиннадцатой модели с пассивной безопасностью. Здесь стоит упомянуть, что в ходе краш-тестов Euro NCAP модель получила наивысшие 5 звездочек. Основой безопасности "Тойоты-Короллы" является высокопрочный кузов, который обеспечивает по максимуму поглощение силы ударов различной направленности.

«Жирный» акцент был сделан на конструкционные особенности фронтального сегмента автомобиля, придав ему способность более эффективного распределения ударной нагрузки. Усиление лонжеронов и поперечины обеспечило максимальное погашение боковых ударов. Так сколько подушек безопасности в "Тойоте-Королле" потребовалось для того, чтобы на краш-тесте получить наивысшие 5 звезд?

Оснащение транспортного средства включает в себя семь подушек безопасности:

• Две фронтальные (водитель, передний пассажир).
• Две боковые подушки (передние).
• Одна коленная (водитель).
• Две шторки безопасности.

Кресла полностью оснащены безопасности, в конструкцию передних кресел внесены специальные изменения, помогающие избежать травмы шейного отдела позвоночника. Для маленьких пассажиров машина оснащена удерживающим устройством с креплением ISOFIX.

Автомобиль "Хендай-Солярис"

Данный автомобиль завоевал российский рынок, заставив потесниться "Ладу". Он почти претендует на роль "народного автомобиля". Так чем примечательна система безопасности "Хендай-Соляриса"? Сколько подушек безопасности имеет авто? В зависимости от комплектации, оно может оснащаться разным количеством надувных элементов - от одного до шести. В автомобилях полной комплектации подушки безопасности располагаются:

• Две фронтальные (передние) - в центре рулевого колеса и передней панели со стороны пассажира,
• Две боковые (передние) - в спинках передних сидений со стороны дверей.
• Шторки - над проемами боковых дверей под обшивкой потолка.

В случае бокового воздействия при ДТП шторки раскрываются вдоль оконных проемов, защищая от осколков стекла, от ударов о стойку и других выступающих частей интерьера салона автомобиля. Это транспортное средство является одним из наиболее эффективно защищенных в своем сегменте. Но удручает то, сколько подушек безопасности в "Солярисе" базовой комплектации. Всего лишь две фронтальные.

Автомобиль "Ниссан-Кашкай"

В 2004 году концепт "Кашкай" (J10) был представлен в Женеве, но специалисты отнеслись к этому событию довольно-таки прохладно. Несмотря на это, в конце 2006 года началось его производство в Сандерленде. В продажу первые автомобили поступили в феврале 2007 года. С тех пор появилось уже второе поколение "Кашкай" (J11), объем продаж в России составляет около 300 тысяч экземпляров. С 2015 года пущено производство "Кашкай" в Санкт-Петербурге. Данному кроссоверу уделено большое внимание в области безопасности. Так, например, он оснащен преднатяжителем ремня, который уже описывался выше. Вкупе с подушками система работает более эффективно. Сколько подушек безопасности "Кашкай" уместил в себе? Как ни странно, все те же шесть надувных устройств:

• Два фронтальных (водитель и передний пассажир).
• Два боковых (передние).
• Две шторки безопасности.

Автомобиль "Киа-Рио"

Настала очередь следующего "корейца". На европейский рынок компания "Киа-Моторс" вышла со своим автомобилем малого класса "Киа-Рио" в 2000 году. За 18 лет успела выпустить четыре поколения этой марки. В настоящее время параллельно выпускают представителей двух последних поколений.

В России производство автомобилей "Киа-Рио" стартовало на санкт-петербургском заводе "Хендай" в августе 2011 года. Говоря о системе безопасности "Киа-Рио", с сожалением нужно отметить, что производители экономят на безопасности. Так сколько подушек безопасности в "Киа-Рио"? Начиная с 2011 года на "Киа-Рио 3" устанавливаются две фронтальные подушки (водитель, передний пассажир). А другие "блага цивилизации", такие как шторки и боковые подушки, имеют только владельцы комплектаций "Престиж" и "Премиум".

Ремни безопасности с преднатяжителем у "Киа-Рио" срабатывают асинхронно с подушками (с опережением).

Немецкий "Опель-Астра"

На автосалоне во Франкфурте-на-Майне в 1991 году компания "Опель" выставила свою очередную модель "Кадета", только под новым названием - "Опель-Астра".

При проектировании машины все элементы жесткости рассчитывались на вычислительной технике, вследствие чего удалось добиться высоких прочностных характеристик кузова. За дополнительную плату ставилась единственная подушка безопасности для водителя. Через пару лет, с 1996 года, в комплектацию вошли две фронтальные подушки. Сколько подушек безопасности в "Опеле-Астра" на сегодняшний день? Прошло 22 года, а боковые подушки и шторка для этого транспортного средства являются опционными. Правда, добавились активные подголовники как элемент пассивной безопасности.

Чешский "Шкода-Октавия"

Хотя с большой натяжкой его можно назвать "чешским" на данный момент, сама "Шкода" имеет почти вековую историю. С 1990-х годов она перешла в руки немецкого концерна "Фольксваген". В 1996 году на Парижском автосалоне показ автомобиля "Октавия" явился вершиной успеха для фирмы "Шкода". За двенадцать лет продано больше одного миллиона транспортных средств. Системе безопасности уделяется большое внимание. Передние ремни - с пиротехническими преднатяжителями. Задние ремни - инерционные. Разберемся с надувными устройствами в "Октавия". Сколько подушек безопасности предусмотрено? Семь подушек! Однако в базовом исполнении ставятся только две фронтальные подушки (напротив водителя и пассажира). В виде дополнительных опций можно приобрести боковые подушки, коленную, шторки, но за дополнительную плату.

Наиболее эффективным элементом пассивной безопасности является применение систем надувных подушек безопасности (airbag). Система надувных подушек безопасности в комплексе с диагонально-поясными инерционными рем­нями безопасности в случае аварии при фронтальном столкновении обеспечива­ет дополнительную защиту головы и грудной клетки водителя и пассажира на переднем сидении и снижает вероятность тяжелых травм и гибели людей при авариях на 40%.

Рис. Система надувных подушек безопасности (на примере Ауди A3):
1 – датчик удара боковой подушки безопасности за водителем (задняя стойка кузова); 2 – пиропатрон заряда газогенератора верхней подушки безопасности водителя; 3 – пиропатрон заряда газогенератора натяжителя ремня безопасности водителя; 4 – выключатель в замке ремня безопасности водителя; 5 – пиропатрон заряда газогенератора боковой подушки безопасности водителя; 6 – датчик удара боковой подушки безопасности со стороны водителя(передняя дверь): 7 – пиропатрон газогенератора подушки безопасности водителя; 8 – диагностическая розетка; 9 – щиток приборов с контрольными лампами ремней безопасности и подушек безопасности; 10 – блок управления двигателя; 11 – датчик удара фронтальной подушки безопасности водителя (левая передняя часть кузова); 12 – датчик удара фронтальной подушки безопасности переднего пассажира (правая передняя часть кузова); 13 – контрольная лампа отключения подушки безопасности переднего пассажира; 14 – выключатель для отключения подушки безопасности переднего пассажира, работающий от ключа; 15 – диагностический интерфейс шины данных (межсетевой интерфейс); 16 – пиропатрон первого и второго зарядов газогенератора подушки безопасности переднего пассажира; 17 – блок управления подушек безопасности; 18 – выключатель в замке ремня безопасности переднего пассажира; 19 – датчик наличия пассажира на переднем сидении; 20 – пиропатрон заряда газогенератора боковой подушки безопасности переднего пассажира; 21 – датчик удара боковой подушки безопасности со стороны переднего пассажира (передняя дверь); 22 – пиропатрон заряда газогенератора натяжителя ремня безопасности переднего пассажира; 23 – пиропатрон заряда газогенератора верхней подушки безопасности переднего пассажира; 24 – датчик удара боковой подушки безопасности за передним пассажиром (задняя стойка кузова); 25 – центральный блок управления систем комфорта; 26 – пиропатрон заряда газогенератора отключения аккумуляторной батареи

Автомобили, оснащенные системой airbag для водителя и пассажира пере­днего сиденья, можно отличить по над­писи на мягкой панели рулевого колеса и на правой стороне панели приборов.

Основными элементами системы Airbag являются:

• набор инерционных электромеханических и электронных датчиков (3….5)
• пиропатроны газогенератора (источник энергии)
• подушки безопасности для водителя (в рулевом колесе) и пассажира (справа в панели приборов)
• устройство электронного контроля и управления
• контрольная лампа на приборной панели

Датчики

Электромеханические ударные датчики работают по принципу обычного концевого выключателя – в трубке находится металлический шарик, который при резком ударе преодолевает сопротивление пружин и замыкает контакт, при этом образуется электрическая цепь, необходимая для работы системы.

В настоящее время вместо механических применяются электронные датчики. Такой датчик состоит из корпуса, блока обработки данных и микромеханического датчика ускорения, который может быть пьезоэлектрическим, конденсаторным или другого типа.

Датчик ускорения конденсаторного типа устроен, упрощенно выражаясь, как конденсатор. Отдельные пластины конденсатора закреплены неподвижно. Сопряженные с ними элементы являются подвижными и выполняют роль сейсмической массы. При столкновении сейсмическая масса, в данном случае подвижные пластины, перемещается в направлении к неподвижным пластинам и емкость такого конденсатора меняется. Блок обработки данных обрабатывает эту информацию, переводит ее в цифровой вид и передает данные в блок управления подушками безопасности.

Рис. Схема работы датчика ускорения конденсаторного типа:
1 ­– неподвижная пластина; 2 – подвижная пластина; 3 – блок обработки данных; а – состояние покоя; б — столкновение

Вместо датчиков ускорения для распознавания столкновения отдельные производители автомобилей устанавливают датчики давления . С помощью этих датчиков достигается более быстрое обнаружение удара в область двери.

Инерционные датчики устанавливаются в бампере, в моторном отсеке, в стойках или в районе подлокотника. В память датчиков заложены просчитанные заранее параметры, которые для данной модели автомобиля означают превышение допустимого удара. В случае аварии датчики посылают сигнал на электронный блок управления. В большинстве современных систем фронтальные датчики рассчитаны на силу удара при скорости от 25…50 км/час, боковые могут срабатывать при более слабых ударах. От электронного блока управления сигнал поступает на основной модуль, который состоит из компактно уложенной подушки, соединенной с газогенератором.

Пиропатрон газогенератора

Расплавляемая проволока или фронт пламени в пределах элемента зажигания (капсюля) приводят в возбуждение газогенераторы надувной подушки без­опасности. В современных конструкциях срабатывание капсюля для зажигания газогенератора происходит от переменного тока с целью предупреждения возникновение короткого замыкания в электрической системе питания постоянного тока автомобиля (неисправности в электропроводке). Для создания переменного тока применяется конденсатор, включенный в конструкцию зарядного капсюля и подсое­диненный последовательно в цепь возбуждения, который заряжается, разряжается или перезаряжается при­близительно с частотой 100 кГц.

В газогенераторе, называемом часто пиропатроном (таблеткой) диаметром 10 см и толщиной 1 см, используются кристаллы твердого топлива, 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. Электрический импульс поджигает пиропатрон или плавит проволоку и кристаллы превращаются в газ. Сигналом для срабатывания пиропатрона служит электрический импульс от датчиков удара (ускорения или давления), поступающих напрямую или через электронный блок. Хотя процесс сгорания и происходит быстро, он не носит взрывного характера. Сгорание происходит в 3 этапа: поджигание, возгорание для запала и горение рабочего заряда. В очень короткое время система развивает мощность до 60 кВт, но взрыва не происходит. Сгорание топлива и наполнение подушки объемом приблизительно 50…60 л для водителя длится 30…35 мс, подуш­ка безопасности для пассажира объемом приблизительно 100…140 л устанав­ливается в зоне перчаточного отсека и наполняется приблизительно за 50 мс. Это время меньше времени моргания глаза, которое составляет 100 миллисекунд.

Для предотвращения травм от надувания подушки движущей со скоростью 200…300 км/час навстречу грудной клетке, современные подушки надуваются в два этапа: сначала примерно на 70 %, а при соприкосновении с телом полностью, для этого применяются двухступенчатые газогенераторы.

Благодаря радиальному распрямлению воздушного мешка и последовательному воспламенению зарядов в таких газогенераторах существенно снижается нагрузка, которая действует на водителя при аварии. В зависимости от тяжести и вида аварии промежуток между срабатываниями обоих пиропатронов может составлять примерно от 5 мсек. до 50 мсек. Срабатывают всегда оба заряда, для исключения случаев, когда после раскрытия подушки безопасности остается еще один не сработавший пиропатрон.

Подушки безопасности

При аварии блок управления подушками безопасности дает команду на воспламенение первого заряда. Образующееся давление ускоряет поршень, который открывает газовый баллон. Выделяющийся газ наполняет и раскрывает подушку безопасности. В результате сгорания второго заряда в воздушный мешок поступает дополнительное количество газа.

Рис. Пиропатроны с газовым баллоном:
1 – первый запал; 2 – первый заряд; 3 – шток с поршнем; 4 – защитная пленка; 5 – каналы подачи газа в подушку безопасности; 6 –газовый баллон; 7 – второй заряд; 8 – второй запал

Скорость наполнения подушки выбрана в соответствии с временем перемещения водителя (пассажира) при столкновении с подушкой. Сразу же после наполнения, но медленнее, за 200 миллисекунд подушка сдувается.

Оптимальное для обеспечения время наполнения подушки – 30…55 миллисекунд. Газ (азот или другой безопасный для человека) в подушку поступает через специальный фильтр. В развернутом состоянии подушка находится очень короткое время (до 1 с), так как газ через специальные отверстия быстро выходит в салон, чтобы подушка не задушила защищаемого пассажира.

Устанавливаются датчики в салоне, в передней части автомобиля, или в дверях, при этом их количество может колебаться от трех до десяти. На срабатывание датчиков 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.

Подушку изготавливают из нейлона толщиной 0,45 мм. Для герметичности внутреннюю сторону покрывают очень тонким слоем синтетической резины – неопреном или специальной силиконовой резиной. Современные подушки подразделяются на три типа: фронтальные, боковые и потолочные.

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. Для уменьшения шума срабатывают только нужные подушки, и то в разное время: например, через 20 миллисекунд после столкновения – водительская, еще через 17 миллисекунд – пассажирские. Причем если в салоне нет пассажиров, подушки безопасности не срабатывают, так как в сиденья устанавливают специальные датчики, фиксирующие наличие пассажиров.

Устройство электронного контроля и управления

В большинстве существующих в настоящее время конструкций используется электронный блок, который устанавливается в пассажирском салоне для координиро­ванного срабатывания систем защиты. Вычисления замед­лений электронного блока срабатывания основаны на данных датчиков ускорения, используемых для контроля сил замедления, которые сопрово­ждают столкновение автомобиля. Центральный электронный блок возбуждения должен отвечать требованиям:

• идентификации ДТП или столкновения, основанной на данных, получаемых от электронного датчика ускорения и меха­нического «детектора безопасности» или от двух электронных датчиков ускорения (контроль с «полностью электронным рас­познаванием» со схемой резервирования)
• быстрого реагирования управляющих цепей, надувных подушек безопасности и натяжных устройств ремней безопас­ности, основанного на алгоритмах циф­рового запуска специального назначе­ния, в ответ на различные виды ДТП (лобовое столкновение, лобовое со сме­щением, столкновение или наезд под некоторым углом, наезд на опору и т. п.)
• стабильного напряжения и резервиро­вания питания
• избирательного срабатывания натяж­ного устройства ремня безопасности в соответствии с управляемым состояни­ем узла лента ремня — пряжка
• определения двух порогов срабатыва­ния в зависимости от того, действитель­но ли пользователь автомобиля исполь­зует ремень безопасности (высокий или низкий порог срабатывания интерфейса последовательной диагно­стики)

Контрольная лампочка

Для контроля исправности системы надувных подушек может применяться система контроля. При включении зажигания около 10 сек горит контрольная лампочка, которая должна затем погаснуть. Если лампочка не горит не гаснет или загорается во время движения это свидетельствует о неисправности системы.

Исследования специалистов 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 компании активно работают 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 распознаются специальными датчиками. Открываться эти подушки будут непосредственно перед столкновением.

Безопасность при вождении — один из первых вопросов, которым стоится озаботиться будущему водителю при покупке автомобиля. Среди всех элементов безопасности ключевое место занимают подушки безопасности. Качественные подушки могут уберечь от удара даже при непристегнутых ремнях.

Практически все современные автомобили выпускаются с расчётом на последующую установку подушек безопасности, поэтому не стоит заранее волноваться о том, «куда их установить» и «есть ли для них место в автомобиле». Именно принцип различия подушек по расположению в салоне лежит в основе основной классификации подушек безопасности.

Фронтальные

Как становится понятно из названия, предназначены они для погашения импульса при лобовом столкновении. Подушка водителя расположена в рулевом колесе, а пассажирская спрятана в панели. Основной целью фронтальных подушек является предотвращение травмирования самых уязвимых мест на теле: головы и шеи. Подушка поглощает порядка 90% всего импульса, а также значительно смягчает контакт лица с находящейся перед ним поверхностью.

Боковые (шторки)

Как правило, шторки располагаются в крайних полостях сидений водителя и пассажира. В отличие от фронтальных, боковые подушки безопасности призваны смягчить последствия удара для корпуса в целом, а не только для верхней части тела. Также различают водительские и пассажирские подушки. В норме для каждого стоит по две шторки(они находятся по краям от головы).

Головные(шейные)

Их так же стоит по две на каждого. Представляют собой разновидность боковых, но более специализированную. Призваны защитить от бокового удара именно голову. Находятся в крыше автомобиля, как со стороны дверцы, так и в центре.

Коленные

Достаточно недавно появившаяся разновидность подушек, основной целью которой является защита от травм хрупкого коленного сустава. Со стороны водителя находятся под рулём, со стороны пассажира в районе бардачка. Стоит по две.

Центральные

Как и коленные, появились достаточно недавно и в функциональном плане очень похожи на шторки(боковые подушки безопасности). Обеспечивают дополнительную защиту для рук, прежде всего при боковых столкновениях. Размещаются такие airbag в центральной части салона. Их стоит максимум две на всю машину — по одной для передних и для задних(если возможно) пассажиров.

Кроме этого, все подушки можно условно также разделить на пассажирские и водительские. Дело в том, что водительское место, как правило, несколько отличается от пассажирских средним расстоянием между телом и ближайшими твердыми поверхностями в момент столкновения. Самое серьёзное различие заключается врасстоянии от тела водителя до рулевого колеса , которое сильно разнится с расстоянием между пассажиром и приборной панелью.

Имеют место и другие небольшие различия в расстояниях. В связи с этим, при установке подушек безопасности их размер и скорость полного срабатывания должны подбираться с учётом их расположения и конструкционных особенностей автомобиля. К счастью, в настоящее время в продаже уже начинают появляться подушки, работу которых можно идеально отрегулировать исходя из множества параметров, среди которых есть даже такие, как рост и вес водителя.

В настоящий момент ведутся разработки нового вида подушек безопасности, предназначенных для задних пассажиров. Толчок для начала разработок — частые травмы среди задних пассажиров, которых ремни безопасности не всегда спасают от удара. Причина, по которой подушки для задних пассажиров ещё не созданы заключается в ещё более значительных, в отличие от передних мест, колебаниях расстояний между пассажиром и внутренними поверхностями автомобиля. Это подразумевает, что принцип работы задних подушек хоть и будет основываться всё на том же пиропатроне и выбросе газа, неизвестно, сколько технических модификаций придётся претерпеть им до своего окончательного воплощения в жизнь. Однако с учётом существующих достижений в области разработок систем безопасности, можно быть уверенными, что они появятся в продаже уже в ближайшие годы.

Устройство

В устройстве любой airbag можно выделить три основных элемента:

• Модуль подушки безопасности, включающий непосредственно саму подушку и сопутствующие ей механизмы фиксации и срабатывания(пружина, контактное кольцо и пиропатрон).
• Датчики удара(деформации).
• Модуль контроля работы системы.

Модуль контроля включает в себя систему регистрации данных от датчиков столкновения, систему диагностики состояния подушек безопасности(их исправности) и систему оповещения водителя в случае обнаружения неисправности в работе системы(сигнальную лампу).

Датчики деформации представляют собой устройства, которые стоят в разных участках частях машины и сработают при чрезмерно резких изменениях в скорости движения автомобиля.

Основными элементами модуля подушки безопасности являются разъем подушки безопасности, часовая пружина и контактное кольцо(для подушки, устанавливающейся в рулевое колесо), пиропатрон, газогенерирующий элемент, крышка и сама подушка. Подушка безопасности производится из тонкого нейлона толщиной порядка полумиллиметра, который обладает достаточной прочностью для торможения летящего по инерции тела водителя(пассажира).

Пиропатрон представляет собой детонирующее устройство, которое своей детонацией способствует выбросу из газогенерирующего элемента газа, раздувающего подушку за доли секунды.

Часовая пружина является специфическим для рулевой airbag элементом, который способствует бесперебойной подаче питания на модуль и его связь с модулем контроля. Разъём подушки обеспечивает подключение модуля к системе контроля, а так же оповещение о наличии проблем в работоспособности подушки при плохом подключении.

Во время проведения технических работ разъём предотвращает случайное срабатывание подушки.

Крышка подушки безопасности(она же заглушка) является декоративным элементом, скрывающим подушку безопасности от глаз до момента срабатывания.

Принцип действия

В общих чертах, принцип работы airbag таков: после удара авто сработают датчики, которые находятся в машине. Как только они сработают и пошлют сигнал в устройство управления airbag, последнее определяет, сколько и какие airbag нужно активировать. Затем, подаётся сигнал и срабатывает пиропатрон, находящийся в airbag, раздувая подушку.

Теперь более подробно. При попадании автомобиля в аварию, в результате удара машина приобретает нехарактерное для неё ускорение, а так же получает повреждения. Резкое изменение скорости в результате удара — условия срабатывания подушек безопасности. Указанные изменения моментально фиксируется соответствующими датчиками. Датчики передают информацию в модуль управления, откуда сигнал идёт уже на конкретные модули подушек безопасности.

При получении сигнала к срабатыванию, в модуле подушки безопасности детонирует пиропатрон. Высвобождающийся в результате объём газа раздувает подушку безопасности за считанные доли секунды.

Сколько времени это занимает? Как правило, время срабатывания составляет порядка 15-25 миллисекунд. Такой короткий промежуток времени обусловлен необходимостью надува подушки прежде, чем она произведёт контакт с телом. В противном случае, удар о подушку будет не только не смягчающим, но может стать причиной серьёзных травм, и даже смерти. Такие случаи имели место на первых этапах истории развития подушек безопасности. Современные airbag лишены этих недоработок. Помимо мгновенного раскрытия, они имеют и такую особенность строения, как газоотводные отверстия. Это значит, что подушка начинает сдуваться почти сразу после срабатывания, тем самым компенсируя чрезмерное давление на тело пострадавшего не давая ему задохнуться(в случае с фронтальными подушками).

Итог

Безусловно, устанавливать или нет подушки безопасности на своё авто — личный выбор каждого. Однако, исходя из многолетней статистики аварий, не следует отказываться от установки airbag без наличия на то веских причин. Если же есть сомнения, нужна ли вам подушка безопасности, то лучше всего запастись уверенностью, посмотрев видео и почитав соответствующую литературу.