Пассивная безопасность - совокупность конструктивных и эксплуатационных свойств автомобиля, направленных на снижение тяжести дорожно-транспортного происшествия . Пассивная безопасность объединяет элементы и системы автомобиля, которые включаются в работу непосредственно в момент аварии. их главная задача - спасти жизни пассажиров и свести вероятность возникновения травм к минимуму.
В шестидесятые годы прошлого века вышла в свет книга вашингтонского адвоката Ральфа Нейдера, где он привел множество фактов ДТП в виде столкновений автомобилей, их опрокидывание и возгорание, приводили к человеческим жертвам и травматизма которых, по его заключению, можно было бы избежать, если бы автомобили проектировались даже с минимальным учетом факторов безопасности. Мощные организации по защите прав автомобилистов, появились вскоре после появления книги, начали борьбу за безопасность транспортных средств, которая была поддержана властями стран Европы и Северной Америки. Многим требованиям широкой общественности была предоставлена сила закона.
Автомобилестроители были вынуждены отреагировать на происходящее и первое, что они сделали, это пересмотрели свои подходы к компоновочных схем и проектирования кузовов автомобилей, где на первое место потребовали защиты водителя и пассажиров в ДТП. Коротко эти подходы можно сформулировать так:
Салон автомобиля - капсула, зона максимальной безопасности, которая должна быть несминаемостью ни спереди, ни сзади, ни из сторон.
Ничто из оборудования в салоне не должно быть травмоопасным для водителя и пассажиров.
Все, что в автомобиле вокруг капсулы безопасности, должно гасить кинетическую энергию столкновения, снижая вероятность повреждения капсулы, а двигатель, агрегаты трансмиссии и узлы подвесок должны "идти" под нее.
Размещение топливного бака, топливных магистралей и других элементов топливной системы, а также элементов электрических и электронных систем должно быть таким, чтобы вероятность возникновения пожара была минимальной.
Устойчивость к опрокидыванию должна быть максимальна.
Различают внешнюю и внутреннюю пассивную безопасность автомобиля.
Внешняя пассивная безопасность уменьшает травматизм других участников движения: пешеходов, водителей и пассажиров других транспортных средств, вовлеченных в ДТП, а также уменьшает механические повреждения самих автомобилей. Это достигается конструктивным исключением из внешней поверхности кузова острых углов, выступающих ручек, других элементов.
К внутренней пассивной безопасности автомобиля предъявляются два основных требования: создание условий, при которых человек мог бы безопасно выдержать значительные перегрузки и исключения травмоопасных элементов в салоне (кабине).
Основа современного защиты людей - части кузова, деформируются при ударе и поглощают его энергию, прочные дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши, травмобезопасные (мягкие, без острых углов, ребер, кромок и т.п.) детали интерьера автомобиля, которые создают определенную "решетку безопасности" для водителя и пассажиров. Действующие нормативные документы устанавливают только критерии тяжести повреждений людей при столкновениях в заданных условиях - по направлению удара, скорости, положению препятствия и тому подобное. Способы выполнения этих требований не регламентированы. При тяжелой аварии происходит резкое уменьшение скорости, которое приводит к значительным перегрузкам на тела людей, которые могут быть фатальными. Поэтому ставится задача найти способ "растяжения" этого перегрузки во времени и по поверхности тела. Разработана система пассивной безопасности SRS2 должна при столкновении автомобиля удерживать человека на месте, чтобы, бесконтрольно перемещаясь по салону, водитель и пассажиры не травмировали друг о друга или о детали кузова и интерьера. Система включает следующие элементы:
Ремни безопасности, в том числе инерционные и с предварительным натягом;
Подушки безопасности;
Гибкие или мягкие элементы передней панели;
Рулевую колонку, состоящий при фронтальном ударе;
Травмобезопасный педальный узел - при столкновении педали отделяются от мест крепления и уменьшают риск повреждения ног водителя;
Энергопоглощающие элементы передней и задней частей автомобиля, мнутся при ударе (бамперы)
Подголовники сидений, шеи пассажира защищают от серьезных травм, при ударе автомобиля сзади;
Безопасные стекла - закаленные, которые при разрушении рассыпаются на множество неострых осколков и триплекс;
Дуги безопасности, усиленные передние стойки крыши и верхняя рамка ветрового стекла в родстерах и кабриолетах;
Поперечные брусья в дверях.
Современная система пассивной безопасности автомобиля имеет электронное управление, что обеспечивает эффективное взаимодействие большинства компонентов. Система управления включает:
Входные датчики (два передних и два боковых для определения направления удара, один контрольный)
Блок управления;
Исполнительные устройства компонентов системы.
Входные датчики фиксируют параметры, при которых возникает аварийная ситуация, и преобразуют их в электрические сигналы. К входной датчиков относятся;
1. Датчик удара. На каждую из сторон автомобиля устанавливается, как правило, по два датчика удара. Они обеспечивают работу соответствующих подушек безопасности. В задней части датчики удара применяются при оборудовании автомобиля активными подголовниками с электрическим приводом.
2. Выключатель замка ремня безопасности. Выключатель замка ремня безопасности фиксирует использования ремня безопасности.
3. Датчик занятости сиденья переднего пассажира, датчик положения сиденья водителя и переднего пассажира. Датчик занятости сиденья переднего пассажира позволяет в случае аварийной ситуации и отсутствия на переднем сиденье пассажира сохранить соответствующую подушку безопасности. В зависимости от положения сиденья водителя и переднего пассажира, которое фиксируется соответствующими датчиками, изменяется порядок и интенсивность применения компонентов системы.
В качестве датчиков системы пассивной безопасности широко используют акселерометры.
Акселерометры, это датчики линейного ускорения для контроля угла наклона тел, сил инерции, ударных нагрузок и вибрации. На транспорте акселерометры используют для управления подушками безопасности, в инерциальных системах навигации (гироскопах). Выпускаются в основном акселерометры трех типов:
Пьезопливкови на основе многослойной пьезоэлектрической полимерной пленки. При деформации пленки под действием инерционной силы возникает разность потенциалов на границах слоев пленки. Параметры датчиков зависят от температуры и давления, поэтому имеют низкую точность, дешевые, используют для управления подушками безопасности и контроля ударных и вибрационных деформаций.
Объемные интегральные акселерометры, например NAC - 201/3 компании Lucas NovaSensor, которые также используются в подушках безопасности. В них измерительная кремниевая балка с имплантированным пьезорезистором прогибается под действием инерционной массы при столкновении авто. Выходной сигнал кристалла 50 - 100 мВ.
Поверхностные интегральные фирмы Analog Devices ADXL105, 150, 190,202, имеющих воротниковую структуру кристалла Hf 40 - 50 ячеек. Эти датчики с высокой чувствительностью используют в охранных системах. Масса грузика 0,1 мг, чувствительность 0,2 ангстрем.
На основании сравнения сигналов датчиков с контрольными параметрами блок управления распознает наступления аварийной ситуации и активизирует необходимые исполнительные устройства элементов системы.
Исполнительными устройствами элементов системы пассивной безопасности являются:
Пиропатрон подушки безопасности;
Пиропатрон натягиваемый ремня безопасности;
Пиропатрон (реле) аварийного размыкателя аккумуляторной батареи;
Пиропатрон механизма привода активных подголовников (при использовании подголовников с электрическим приводом);
Контрольная лампа, сигнализирующая о непристегнутых ремнях безопасности.
Активизация исполнительных устройств делается в определенном сочетании в соответствии с заложенным программного обеспечения.
Ремни безопасности. Они предотвращают перемещение пассажира по инерции, и, соответственно, возможные его столкновения с деталями интерьера транспортного средства или другими пассажирами (так называемые вторичные удары), а также гарантируют, что пассажир будет находиться в позе, обеспечивающей безопасное раскрытие подушек безопасности. Кроме этого, ремни безопасности при аварии немного растягиваются, тем самым поглощая кинетическую энергию пассажира, чем дополнительно тормозя его движение, и распределяют усилие торможения на большую поверхность. Растяжения ремней безопасности осуществляется с помощью устройств удлинение и амортизации, обеспеченных энергопоглощающими технологиями. Возможно также использование в ремнях безопасности устройств предварительного натяжения в момент аварии.
По числу мест крепления различают следующие виды ремней безопасности:
Двухточечные ремни безопасности;
Трехточечные ремни безопасности;
Четырех-, пяти- и шеститочечные ремни безопасности.
Перспективной конструкцией является надувные ремни безопасности, которые наполняются газом при аварии. Они увеличивают площадь контакта с пассажиром и соответственно уменьшают нагрузку на человека. Надувная секция может быть плечевой и поясной. Как показывают испытания, эта конструкция ремня безопасности обеспечивает дополнительную защиту от бокового удара. В качестве меры против неиспользования ремней безопасности с 1981 года предлагаются автоматические ремни безопасности.
Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с преднатяжителями (преднатяжители). Натягиваемый ремня безопасности предназначены для заблаговременного предотвращения перемещения человека вперед (относительно движения автомобиля) при аварии. Это достигается за счет сматывания и уменьшение свободы прилегания ремня безопасности по сигналу датчика. Натягиваемый, как правило, устанавливаются на замке ремня безопасности. Реже натягиваемый устанавливаются на вовлекая обустройстве ремня безопасности. По принципу действия различают следующие конструкции натяжителей ремней безопасности тросовый; шариковый; роторный; рельсовый; ленточный.
Указанные конструкции натяжителей оснащаются механическим или электрическим приводом, который обеспечивает воспламенение пиропатрона. Конструктивно они делятся на механический привод, основанный на занятии пиропатрона механическим способом (накалывание бойком) электрический привод, который обеспечивает воспламенение пиропатрона электрическим сигналом от электронного блока управления (или от отдельного датчика).
Натяжитель обеспечивает сматывания отрезке ремня безопасности длиной до 130 мм за время 13 мс.
Подушки безопасности. Пневмоподушка (airbag) дополняет ремень безопасности, уменьшая шанс удара головы и верхней части тела пассажира о какую-либо часть салона автомобиля. Также они снижают опасность получения тяжелых травм, распределяя силу удара по телу пассажира. Срабатывание подушки безопасности по своему характеру очень быстрым развертыванием большого предмета, поэтому в некоторых ситуациях это может стать причиной ранений или даже гибели пассажира, может убить непристегнутого ребенка, который сидит слишком близко к подушке или была выброшена вперед силой экстренного торможения, поэтому размещение ребенка должно соответствовать определенным требованиям.
Современные легковые автомобили имеют несколько подушек безопасности, которые располагаются в разных местах салона автомобиля. В зависимости от места расположения различают следующие виды подушек безопасности:
Фронтальные подушки безопасности;
Боковые подушки безопасности;
Головные подушки безопасности;
Коленные подушки безопасности;
Центральная подушка безопасности.
Впервые фронтальные подушки безопасности были применены на автомобилях Mercedes - Benz в 1981 году. Различают фронтальную подушку безопасности водителя и переднего пассажира. Для фронтальной подушки безопасности переднего пассажира предусматривается, как правило, возможность отключения. В ряде конструкций фронтальных подушек используется двухступенчатое а также многоступенчатое срабатывания в зависимости от тяжести аварии (т.н. адаптивные подушки безопасности). Фронтальная подушка безопасности водителя располагается в руле, переднего пассажира - в верхней правой части передней.
Боковые подушки безопасности призваны снизить риск травмирования таза, грудной клетки и брюшной полости при аварии Самые качественные боковые подушки безопасности имеют двухкамерное конструкцию.
Головные подушки безопасности (другое название - «шторки» безопасности) служат, как следует из названия, для защиты головы при боковом столкновении.
Коленная подушка безопасности защищает колени и голени водителя от травм. В 2009 году Toyota предложила центральную подушку безопасности, которая призвана снизить тяжесть вторичных повреждений пассажиров при боковом столкновении. Располагается в подлокотнике переднего ряда сидений или центральной части спинки задних сидений.
Устройство подушки безопасности. В состав подушки безопасности входят эластичная оболочка, наполняется газом, газогенератор и система управления.
Газогенератор служит для наполнения оболочки подушки газом. В совокупности оболочка и газогенератор образуют модуль подушки безопасности. Конструкции газогенераторов различают по форме (куполообразные и трубчатые), по характеру работы (с одноступенчатым и двухступенчатым срабатыванием), по способу газообразование (твердотопливные и гибридные).
Твердотопливный газогенератор состоит из корпуса, пиропатрона и заряда твердого топлива. Заряд представляет собой смесь оксида натрия, нитрата калия и диоксида кремния. Воспламенение топлива происходит от пиропатрона и сопровождается образованием газа азота, который раздувает оболочку подушки.
Активация подушек безопасности происходит при ударе через 3 миллисекунды после срабатывания датчика удара. На протяжении 20-40 мс подушка полностью раздувается, а через 100 мс происходит вздутие подушки. В зависимости от направления удара активируются только определенные подушки безопасности. Если сила удара превышает заданный уровень, датчики удара передают сигнал в блок управления. После обработки сигналов всех датчиков блок управления определяет необходимость и время срабатывания определенных подушек безопасности и других компонентов системы пассивной безопасности. Соответственно условия срабатывания различных подушек безопасности различны. Например, фронтальные подушки безопасности срабатывают при следующих условиях: превышение силы лобового удара заданной величины; наезд на твердый прочный предмет (бордюр, край тротуара, стенка ямы) жесткое приземление после прыжка; падение автомобиля; косой удар в переднюю часть автомобиля. Фронтальные подушки безопасности не срабатывают при ударе автомобиля сзади, боковом ударе, опрокидывании автомобиля. Срабатывают все подушки безопасности при возгорании автомобиля.
Алгоритмы срабатывания подушек безопасности постоянно совершенствуются и становятся все более сложными. Современные алгоритмы учитывают скорость движения транспортного средства, скорость его замедление, вес пассажира и место его расположения, использование ремня безопасности, наличие детского кресла.
Подголовник. Подголовник - защитное средство, встроенный в верхнюю часть сиденья, есть мерой упором для затылочной части головы водителя или пассажира автомобиля. Подголовники конструируются или как часть удлиненных спинок сидений, или являются отдельными регулируемыми подушечками над сиденьями. Подголовники устанавливаются с целью ослабить эффект неконтролируемого движения головы, особенно назад, в результате ДТП из-за наезда другого транспортного средства сзади. Очень большую роль при защите шейных позвонков при аварии играет правильность установки и регулировки подголовника. Существенным недостатком неподвижных подголовников е необходимость их регулирования по высоте.
Активные подголовники оборудованы специальным подвижным рычагом, спрятанным в спинке кресла. При заднем ударе автомобиля спина водителя по инерции от толчка вдавливается в кресло и нажимает на нижний конец рычага. Механизм, срабатывает, приближает подголовник к голове водителя еще до ее опрокидывания, за счет чего уменьшает силу удара. Активные подголовники эффективны при столкновениях на малых и средних скоростях движения, когда чаще всего случаются травмы и только при определенном вида наезда сзади. После столкновения подголовники возвращаются в исходное положение. Активные подголовники должны быть всегда правильно отрегулированы . Реализация электрического привода активного подголовника предполагает наличие электронной системы управления. В состав системы управления входят датчики удара, блок управления и собственно механизм привода. Основу механизма составляет пиропатрон с электрическим воспламенением.
При фронтальном ударе в зависимости от его силы могут сработать: натягиваемый ремней безопасности, фронтальные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности.
При фронтально-диагональном ударе в зависимости от его силы и угла столкновения могут сработать: натягиваемый ремней безопасности; фронтальные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие (правые или левые) боковые подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; фронтальные подушки безопасности, соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности.
При боковом ударе в зависимости от силы удара могут сработать: соответствующие боковые подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности; соответствующие боковые подушки безопасности, головные подушки безопасности и натягиваемый ремней безопасности.
При ударе сзади в зависимости от силы удара могут сработать: натягиваемый ремней безопасности; размыкатель аккумуляторной батареи; активные подголовники.
Аварийный размыкатель предназначен для предотвращения короткого замыкания в электрической системе и возможного возгорания автомобиля. Аварийным размыкателем аккумуляторной батареи оснащаются автомобили, в которых аккумуляторная батарея установлена в салоне или багажном отделении. Различают следующие конструкции аварийного размыкающим: пиропатрон отключения аккумуляторной батареи; реле отключения аккумуляторной батареи.
Система защиты пешеходов предназначена для уменьшения последствий столкновения пешехода с автомобилем при дорожно-транспортном происшествии. Системы производятся рядом компаний и с 2011 года устанавливается на серийные легковые автомобили европейских производителей. Указанные системы имеют схожую конструкцию (рис. 6.11).
Рисунок 6.11 - Схема системы защиты пешеходов
Как всякая электронная система, система защиты пешеходов включает следующие конструктивные элементы:
Входные датчики;
Блок управления;
Исполнительные устройства.
В качестве входных датчиков используются датчики ускорения (Remote Acceleration Sensor, RAS). 2-3 таких датчика устанавливаются в переднем бампере. Дополнительно может устанавливаться контактный датчик.
Принцип работы системы защиты пешеходов основывается на открытии капота при столкновении автомобиля с пешеходом, чем достигается увеличение пространства между капотом и частями двигателя и соответственно уменьшение травмирования человека. По сути, поднятый капот служит подушкой безопасности.
При столкновении автомобиля с пешеходом датчики ускорения и контактный датчик передают сигналы в электронный блок управления. Блок управления в соответствии с заложенной программой при необходимости инициирует срабатывание пиропатронов подъемников капота.
Кроме представленной системы на автомобилях для защиты пешеходов используются такие конструктивные решения, как "мягкий" капот; бескаркасные щетки; мягкий бампер; наклонный наклон капота и ветрового стекла. Компания Volvo предлагает с 2012 года на своих автомобилях подушку безопасности для пешеходов.
Проведем краткий обзор систем безопасности предоставляемых сегодня.
Системы пассивной безопасности работают в момент удара. К ним относятся: зоны запрограммированной деформации кузова, ремни безопасности и подушки безопасности. Ремни безопасности предотвращают «полет» водителя или пассажиров сквозь лобовое стекло и снижают риск получения серьезных травм лица и тела при внезапной остановке. Подушки безопасности, раскрываясь при столкновении, смягчают удар по голове и другим чувствительным частям тела.
В 90-е годы нормой считалось оснащение автомобиля двумя подушками безопасности: водителя и переднего пассажира. Современные автомобили имеют от 4-х до 10 и более подушек безопасности, каждая из которых обеспечивает защиту от конкретной травмы при определенном столкновении. Так боковые подушки безопасности, «разворачиваемые» в оконных проемах, предотвращают травмы головы при боковых ударах и опрокидываниях. А боковые подушки безопасности в стойках или спинках сидений защищают от повреждений брюшную и тазовую области. Коленная подушка безопасности предотвращает получение травмы ног при ударе о приборную панель.
Современный ремень безопасности обеспечивает равномерное распределение силы, действующей на тело человека при внезапной остановке. Некоторые модели Форд и Линкольн оснащают инновационным ремнем безопасности с наддувным элементом, снижающим нагрузку. General Motors предлагает центральную подушку безопасности, раскрываемую с правой стороны от сиденья водителя, что обеспечивает дополнительную амортизацию при боковом ударе и предотвращает столкновения головы водителя с головой переднего пассажира.
Другой немаловажный элемент пассивной безопасности, о котором многие даже и не подозревают – силовая конструкция кузова автомобиля. Кузов имеет специально просчитанные зоны деформации, которые, сминаясь при столкновении, рассеивают энергию удара. Эта задача возлагается на переднюю и заднюю части автомобиля. Корпус салона, напротив, выполнен из высокопрочных стальных конструкций, не деформируемых в момент удара.
В то время, как системы пассивной безопасности работают непосредственно в момент столкновения, системы активной безопасности стремятся всячески избежать аварии. За последние годы в этой области произошел большой прогресс. Но есть и те системы, которые находятся на службе уже десятки лет. Так антиблокировочная тормозная система (ABS) предотвращает блокировку колес при резком торможении, обеспечивая сохранение устойчивости и управляемости автомобиля в момент замедления. ABS выполняет непрерывный мониторинг скорости с помощью датчиков на всех четырех колесах и сбрасывает давление в тормозном контуре заблокировавшегося колеса.
Антипробуксовочная система, часто является вторичной функцией ABS и предотвращает пробуксовку за счет снижения мощности двигателя («сброс газа») или подтормаживания буксующего колеса.
Система стабилизации использует другой набор датчиков, контролирующих боковое движение автомобиля, скорость вращения и угол поворота рулевого колеса, положение дроссельной заслонки и многое другое. Если транспортное средство движется по траектории, не соответствующей управляющим воздействиям, тогда система с помощью тормоза конкретного колеса или изменения мощности двигателя, пытается восстановить заданную траекторию.
Многие современные автомобили настолько умны, что знают не только параметры вашего движения в данный момент, но и транспортных средств и объектов вокруг Вас. Этим занимаются системы предупреждения столкновения, которые собирают информацию об окружающих объектах с помощью датчиков: радаров, камер, лазерных, тепловых или ультразвуковых датчиков. Если система обнаружит слишком быстрое сближение с объектом, водитель будет предупрежден звуком из динамиков, световой индикацией, вибрацией на сиденье или руле. Если времени для предупреждения недостаточно, то система сама вмешается в управление, что бы помочь вам избежать аварии. Так в некоторых автомобилях заранее создается давление в тормозной системе для экстренного торможения и осуществляется преднатяжение ремней безопасности. Некоторые системы даже сами прибегают к торможению.
Другая система активной безопасности – слежение за слепыми зонами. Автопроизводители используют различные способы предупреждения. В большинстве случаев это система мониторинга слепых зон с индикацией на наружных зеркалах и звуковым предупреждением.
Так же имеется система контроля движения по полосе, предупреждающая об уходе из своей полосы с помощью световой, звуковой сигнализации или вибрации. Некоторые системы в дополнении к этому умеют притормаживать и возвращать автомобиль на свою полосу. Система, как правило, срабатывает при перестроении без включения указателя поворота.
В последние годы список систем активной безопасности значительно вырос. Его дополнили адаптивные фары, поворачивающие световой пучок в направлении движения автомобиля, освещая темные участки дорог в повороте. Активный дальний свет умеет обнаруживать приближение встречных автомобилей и переключаться на ближний, чтобы не ослеплять других участников дорожного движения.
Mercedes на своих автомобилях устанавливает систему Attention Assist, следящую за состоянием водителя. Система подаст звуковой сигнал, если заподозрит, что водитель начал засыпать.
Камеры заднего обзора в наши дни обычное явление, и на многих автомобилях входят в список стандартного оборудования. Одна из новых систем обеспечивает мониторинг слепых зон в момент движения автомобиля задним ходом. При пересечении вашей траектории с автомобилем в слепой зоне, система предупредит водителя о возможном столкновении. Другие производители с помощью нескольких камер по бокам автомобиля создают картинку на дисплее с видом сверху, помогая ориентироваться в узких местах. Не менее распространенно и использование радар детекторов, измеряющих расстояние до объектов, предупреждающих о приближении увеличением частоты звукового сигнала.
Современный автомобиль заботиться не только о безопасности водителя и пассажиров, но и безопасности пешеходов. Для этого применяется особая форма передней части автомобиля. Так же используются активные стойки капота, приподнимающие его заднюю часть при наезде на пешехода.
Совсем недавно, подушки безопасности стали использоваться на внешней поверхности автомобиля. Так Volvo выпустила первый автомобиль, оснащенный пешеходной подушкой безопасности, разворачивающейся в месте перехода капот-лобовое стекло, для предотвращения травмы головы пешехода. Некоторые автопроизводители, такие как BMW, предлагают инфракрасную систему помощи, распознающую человека или животного в темноте.
Адаптивный круиз-контроль помогает поддерживать безопасную дистанцию до впереди идущего транспортного средства с помощью радаров или лазерных датчиков. Некоторые системы способны самостоятельно остановить автомобиль, а затем снова начать движение, работая в режиме «stop & go».
В настоящее время разрабатывается технология, обеспечивающая автомобилям возможность обмениваться информацией об авариях, обнаруженных пешеходах и других транспортных средствах. Так же система будет способна анализировать информацию о режимах работы светофоров, внося коррективы в скоростной режим, чтобы обеспечивать свободный проезд перекрестков, без остановок на красный свет («зеленая волна»).
Системы автомобильной безопасности прошли долгий путь с момента появления ремня безопасности более 50 лет назад. Современные системы безопасности обеспечивают высокую степень защиты. Тем не менее, всегда есть направления для совершенствования, снижения вероятности дорожно-транспортных происшествий и получения травм. Но в первую очередь следует помнить, что безопасность начинается с водителя.
С момента выпуска первого авто прошло больше 100 лет. За это время многое, что изменилось. Главное - сместились приоритеты в сторону безопасности автомобиля. На современных машинах устанавливаются системы, повышающие комфорт поездки, исправляющие ошибки автолюбителей и помогающие справиться с тяжелыми дорожными условиями.
Еще 25-30 лет назад ABS устанавливалась только на элитных автомобилях. Сегодня антиблокировочная система предусмотрена в минимальной комплектации даже на машинах бюджетного класса. Какие же устройства относятся к категории систем активной безопасности? В чем особенности узлов? Как они работают?
Устройства активной безопасности условно разбиваются на два вида:
- Основные. Главное отличие устройств - полная автоматизация работы. Они включаются без ведома водителя и выполняют задачу по снижению риска попадания в ДТП;
- Дополнительные. Такие системы включаются и отключаются водителем. Сюда относится парктроник, круиз-контроль и прочие.
ABS (Anti-block Braking System)
Аббревиатура ABS известна даже малоопытным автолюбителям. Это система, отвечающая за тормоза и гарантирующая остановку автомобиля без блокировки колес. Впоследствии именно АБС стала основой для разработки других узлов активной безопасности.
Задача антиблокировочной системы - сохранить управляемость автомобиля при резком нажатии на тормоз и движении по скользкой поверхности. Первые наработки устройство появились в 70-х годах прошлого столетия. Впервые АБС была установлена на авто марки Мерседес-Бенц, но со временем к применению системы перешли остальные производители. Популярность ABS обусловлена способностью сокращать тормозной путь и, как следствие, повышать безопасность движения.
Принцип действия АБС основан на корректировке давления тормозной жидкости в каждом из контуров тормозов. Электронные «мозги» машины собирают информацию датчиков и анализируют ее в режиме онлайн. Как только колесо перестает проворачиваться, информация идет к главному процессору, и АБС действует.
Первое, что происходит - срабатывают клапаны, снижающие уровень давления в нужном контуре. Благодаря этому, блокированное ранее колесо перестает фиксироваться. Как только цель достигнута, клапаны закрываются и поднимают давление в контурах тормозов.
Процесс открытия и закрытия клапанов имеет циклический характер. В среднем устройство срабатывает до 10-12 раз в секунду. Как только нога снимается с педали или машина выезжает на «твердую» поверхность, происходит отключение АБС. Понять, что устройство сработало, несложно - это ощутимо по слегка уловимой пульсации, передаваемой от педали тормоза ноге.
Системы ABS нового образца гарантируют прерывистое торможение и контролируют тормозное усилие для всех осей. Обновленная система получила название EBD (о ней пойдет речь ниже).
Пользу ABS переоценить невозможно. С ее помощью появляется шанс избежать столкновения на скользкой дороге и принять правильное решение при маневре. Но имеются у данной системы активной безопасности и ряд недостатков.
Недостатки системы ABS- При срабатывании ABS водитель как бы «выключается» из процесса - работу берет на себя электроника. Что остается человеку за рулем, так это удерживать педаль нажатой.
- Даже новые АБС работают с запаздыванием, которое обусловлено необходимостью анализа ситуации и сбора информации с датчиков. Процессор должен опросить контролирующие органы, провести анализ и раздать команды. Все это происходит за доли секунды. В условиях гололедицы этого достаточно, чтобы кинуть машину в занос.
- ABS требует периодического контроля, что сделать в условиях гаражного ремонта почти невозможно.
EBD (Electronic Brake Force Distribution)
Наряду с АБС устанавливается и другая система активной безопасности, управляющая тормозными усилиями автомобиля. Задача устройства - регулировать уровень давления в каждом из контуров системы, управлять тормозами на задней оси. Это обусловлено тем, что в момент нажатия на тормоз центр тяжести переходит к передней оси, а зад автомобиля разгружен. Чтобы обеспечить контроль над машиной, блокировка передних колес должна происходить раньше, чем задних.
Принцип действия ЕБД почти идентичен с описанной ранее АБС. Разница только в том, что давление тормозной жидкости на задних колесах меньше. Как только колеса сзади блокируются, происходит сброс давления клапанами до минимального значения. Как только начинается вращение колес, происходит закрытие клапанов и рост давления. Стоит также отметить, что ЕБД и АБС работаю в паре, и дополняют друг друга.
ASR (Automatic Slip Regulation)
В процессе эксплуатации часто приходится проезжать неблагоприятные участки дороги. Так, сильная грязь или гололедица не дает колесу «зацепиться» за поверхность и происходит пробуксовка. В такой ситуации в работу вступает антипробуксовочная система, устанавливаемая в большей части на внедорожниках и машинах 4х4.
Автолюбители часто путаются в названиях системы активной безопасности, которые часто отличаются. Но разница только аббревиатурах, а принцип действия неизменен. Основа ASR - антиблокировочная тормозная система. Одновременно с этим АСР способна регулировать тягу силового узла и управлять блокировкой дифференциала.
Как только происходит пробуксовка любого из колес, узел его блокирует и заставляет вращаться другое колесо этой же оси. На скорости, превышающей 80 километров в час регулирование происходит путем изменения угла открытия заслонки дросселя.
Главное отличие ASR от рассмотренных выше узлов - контроль большего числа датчиков - скорости вращения, разницы угловых скоростей и так далее. Что касается управления, то оно происходит по схожему с блокировкой принципу действия.
От модели (марки) машины зависит функциональность антипробусковочной системы и принципы управления. Так, ASR способна управлять углом опережения заслонки дросселя, тягой мотора, углом впрыска горючей смеси, программой переключения скоростей и так далее. Активация происходит при помощи специального тумблера (кнопки).
Антипробуксовочная система не обошлась и без минусов:- При начале пробуксовки к работе подключаются тормозные накладки. Это приводит к необходимости частой замены узлов (они изнашиваются быстрее). Мастера рекомендуют владельцам автомобилей с ASR тщательней контролировать толщину накладок и вовремя менять изношенные узлы.
- Система антипробуксовки сложна в обслуживании и наладке, поэтому для помощи стоит обращаться к профессионалам.
ESP (Electronic Stability Program)
Одна из главных задач производителя - обеспечить управляемость даже при сложных дорожных условиях. Именно для этих целей разработана система курсовой стабилизации. У устройства много названий, которое у каждого производителя свое. У одних это система стабилизации, у других - курсовой устойчивости. Но такая разница не должна путать опытного автолюбителя, ведь принцип остается неизменен.
Задача ESP - обеспечить управляемость машины при отклонении транспорта от прямолинейной траектории. Система реально работает, что сделало ее популярной в сотнях стран мира. Более того, ее установка на машинах, выпущенных в США и Европе, стала обязательной. Узел берет на себя задачу стабилизации движения при совершении маневра, резком нажатии на тормоза, разгоне и так далее.
ESP - «мозговой центр», включающий в себя дополнительную электронику, которая уже рассматривалась выше (ЕБД, АБС, АСР и прочую). Контроль автомобиля реализуется на базе работы датчиков - бокового ускорения, поворота вала руля и прочих.
Еще одна функция ESP - способность управлять тягой силового узла и коробкой-автомат. Устройство анализирует ситуацию и самостоятельно определяет, когда она переходит в разряд критической. При этом устройство следит за правильностью действий водителя и текущей траекторией. Как только манипуляции водителя расходятся с требованиями касательно действий в аварийной обстановке, в работу включается ЕСП. Она исправляет ошибки и удерживает машину на дороге.
ESP работает по-разному (здесь все зависит от ситуации). Это может быть изменение оборотов мотора, торможение колес, изменение угла поворота, корректировка жесткости элементов подвески. Тем же подтормаживанием колес система добивается исключения заноса или увода машины к обочине. При повороте машины по дуге происходит торможение заднего колеса, расположенного ближе к центру дороги. Одновременно с этим меняются и обороты силового узла. Комплексное действие ESP удерживает машину на дороге и дает уверенности водителю.
В процессе работы ESP подключает и другие системы - предотвращения столкновения, управления экстренным торможением, блокировки дифференциала и так далее. Главная опасность ESP - создание у водителей ложного чувства безнаказанности за ошибки. Но халатное отношение к дороге и полное возложение надежд на современные системы до добра не доводит. Какой бы современной ни была система, она не способна управлять - это делает человек за рулем. Система ESP способна убрать огрехи.
Brake Assistant
Устройство экстренного торможения - узел, обеспечивающий безопасность движения. Работает устройство по следующему алгоритму:
- Датчики контролируют ситуацию и распознают преграду. При этом анализируется текущая скорость движения.
- Водитель получает сигнал опасности.
- При бездействии со стороны водителя система сам дает команду на торможение.
В процессе работы ЕСП контролирует и задействует ряд механизмов. В частности, контролируется сила давления на педаль тормоза, обороты двигателя и прочие аспекты.
Дополнительные помощникиК вспомогательным системам активной безопасности стоит отнести:
- Перехват рулевого управления
- Круиз-контроль - опция, позволяющая поддерживать фиксированную скорость
- Распознавание животных
- Помощь во время подъема или спуска
- Распознавание на дороге велосипедистов или пешеходов
- Распознавание усталости водителя и так далее.
Системы активной безопасности автомобиля созданы для помощи водителю на дороге. Но не стоит слепо доверять автоматике. Важно помнить, что 95% успеха зависит от навыков автомобилиста. Только 5% «доделывает» автоматика.
Помимо повышения и улучшения эксплуатационных и технических показателей автомобилей, конструкторы уделяют немало внимания обеспечению безопасности. Современные технологии позволяют оснастить машины значительным количеством систем, которые обеспечивают контроль поведения авто в экстренных ситуациях, а также максимально возможную защиту водителя и пассажиров от получения травм при ДТП.
Какие системы безопасности бывают?
Самой первой такой системой на авто можно считать ремни безопасности, которые длительное время оставались единственным средством защиты пассажиров. Сейчас же авто комплектуется десятком и более всевозможных систем, которые подразделяются на две категории безопасности – активной и пассивной.
Активная безопасность автомобиля направлена на возможное устранение аварийной ситуации и сохранение контроля за поведением авто в экстренных случаях. Причем они действуют автоматически, то есть, вносят свои коррективы несмотря на действия водителя.
Пассивные же системы направлены на уменьшение последствий при случившейся аварии. К ним относятся ремни, подушки и шторки безопасности, специальные системы крепления детских сидений.
Активная безопасность
Первой системой активной безопасности на авто является антиблокировочная (АБС). Отметим, что она также выступает основой для многих видов активных систем.
В целом, на автомобилях могут использоваться такие системы активной безопасности, как:
- антиблокировочная;
- противобуксовочная;
- распределения усилий на тормозах;
- экстренного торможения;
- курсовой устойчивости;
- обнаружения препятствий и пешеходов;
- блокировки дифференциала.
Многие автопроизводители патентуют свои системы. Но в большинстве своем они работают по единому принципу, и разница сводится лишь к названиям.
ABS
Антиблокировочная система, пожалуй, единственная, которая у всех автопроизводителей обозначается одинаково – аббревиатурой ABS. В задачу АБС, как понятно из названия, входит предотвращение полной блокировки колес во время торможения. Это в свою очередь не дает колесам потерять контакт с полотном дороги, и авто не уходит в юз. АБС является частью тормозной системы.
Суть функционирования АБС сводится к тому, что блок управления посредством датчиков отслеживает скорость вращения каждого колеса и при определении, что одно из них замедляется быстрее других, посредством исполнительного блока сбрасывает давление в магистрали этого колеса, и оно перестает замедляться. АБС действует полностью автоматически. То есть, водитель, как обычно, просто нажимает на педаль, а АБС уже самостоятельно контролирует процесс замедления всех колес по отдельности.
ASR
Противобуксовочная система направлена на предотвращение пробуксовки ведущих колес, что исключает уход авто в занос. Работает она на всех режимах движения, но имеет возможность отключения. Разные автопроизводители эту систему обозначают по-разному – ASR, ASC, DTC, TRC и другие.
Работает ASR на базе ABS, то есть она воздействует на тормозную систему. Но дополнительно она управляет также электронной блокировкой дифференциала и некоторыми параметрами силовой установки.
При небольшой скорости ASR отслеживает, посредством датчиков ABS, скорость вращения колес и если отмечается, что одно из них вращается быстрее, то просто притормаживает его.
На высоких же скоростях ASR подает сигналы на ЭБУ, а тот в свою очередь регулирует работу силовой установки, обеспечивая снижение крутящего момента.
EDB
Распределение тормозных усилий – это не полноценная система, а лишь расширение функционала ABS. Но все же она имеет свое обозначение – EDB или EBV.
Она выполняет функцию предотвращения блокировки колес задней оси. При торможении центр тяжести авто смещается на передок, из-за чего задние колеса получаются разгруженными, поэтому для их блокировки требуется меньше усилия тормозных механизмов. При торможении EDB задействует задние тормоза с небольшой задержкой, а также следит за усилием, создаваемым на тормозных механизмах колес, и предотвращает их блокировку.
BAS
Система экстренного торможения необходима для максимально эффективного срабатывание тормозов при резком торможении. Она обозначается разными аббревиатурами – BA, BAS, EBA, AFU.
Эта система бывает двух типов. В первом варианте она не задействует ABS, а суть работы BA сводится к тому, что она отслеживает скорость перемещения штока тормозного цилиндра. И при обнаружении его быстрого движения, что бывает, когда водитель «бьет» по тормозам в экстренном случае, BA задействует электромагнитный привод штока, дожимая его и обеспечивая максимальное усилие.
Во втором варианте BAS работает вместе с ABS. Здесь все работает по описанному выше принципу, но исполнение несколько иное. При определении экстренного торможения она подает сигнал на исполнительный механизм ABS, а тот создает максимальное давление в тормозных магистралях.
ESP
Система курсовой устойчивости направлена на стабилизацию поведения авто и сохранения направления движения при возникновении внештатных ситуаций. У разных автопроизводителей она обозначается как ESP, ESC, DSC, VSA и прочие.
По сути, ESP представляет собой комплекс, включающий в себя ABS, BA, ASR, а также электронную блокировку дифференциала. Также для работы она использует системы управления силовой установкой и АКПП, в некоторых случаях также и датчики угла поворота колес и руля.
Все вместе они постоянно оценивают поведение авто, действия водителя и при обнаружении каких-либо отклонений от параметров, которые считаются нормой, вносят необходимые коррективы в режим работы систем двигателя, КПП, тормозов.
PDS
Система предотвращения столкновения с пешеходами контролирует пространство перед авто и при обнаружении пешеходов в автоматическом режиме включает тормоза, обеспечивая замедление авто. У автопроизводителей она обозначается как PDS, APDS, Eyesight.
PDS является сравнительно новой и применяется она далеко не всеми производителями. Для работы PDS используются камеры или радары, а в качестве исполнительного механизма выступает BAS.
EDS
Электронная блокировка дифференциала работает на базе ABS. В ее задачу входит предотвращение пробуксовки и повышение проходимости за счет перераспределения крутящего момента на ведущих колесах.
Отметим, что EDS работает по тому же принципу, что и BAS, то есть она с помощью датчиков фиксирует скорость вращения ведущих колес и при выявлении повышенной скорости вращения на одном из них, задействует тормозной механизм.
Системы-ассистенты
Выше описаны только основные системы, но активная безопасность автомобиля включает еще ряд вспомогательных, так называемых «ассистентов». Их количество тоже немалое, и к ним относятся такие системы как:
- Парковки (парктроники облегчают постановку авто на стоянку в условиях ограниченного пространства);
- Кругового обзора (камеры, установленные по периметру, позволяют контролировать «слепые» зоны);
- Круиз-контроля (позволяет авто удерживать заданную скорость, без участия водителя);
- Аварийного рулевого управления (позволяет в автоматическом режиме избежать автомобилю столкновения с препятствием);
- Помощи движению по полосе (обеспечивает движение авто исключительно по заданной полосе);
- Помощи при перестроении (контролирует слепые зоны и при изменении полосы движения сигнализирует о возможном препятствии);
- Ночного виденья (позволяет контролировать пространство вокруг авто в темное время суток);
- Распознавания дорожных знаков (распознает знаки и информирует водителя о них);
- Контроля усталости водителя (при обнаружении признаков усталости водителя сигнализирует о необходимости отдыха);
- Помощи при начале движения со спуска и в подъем (помогает начать движение не используя тормоза или ручник).
Это основные ассистенты. Но конструкторы постоянно совершенствуют их и создают новые, повышая общее количество систем авто, обеспечивающих безопасность во время движения.
Заключение
В современном автопроизводстве активная безопасность играет значительную роль для сохранения здоровья людей в автомобиле и вне его, а также исключает множество ситуаций, которые раньше привели бы к повреждению авто. Поэтому не стоит недооценивать их значимость и пренебрегать наличием таких помощников в комплектации.
Но самое главное, в первую очередь все зависит от водителя, он должен следить чтоб все пользовались ремнями безопасности и здраво понимать с какой скоростью необходимо ехать в данный момент. Не стоит напрасно рисковать, когда в этом нет необходимости!
Пассивная безопасность – это комплекс систем, установленных в автомобиле, которые уменьшают последствия дорожно-транспортного происшествия для водителя и пассажиров. Условно их можно разделить на конструктивные и эксплуатационные элементы пассивной безопасности. К первым относят различные элементы конструкции автомобиля, которые снижают степень деформации кузова при ударе либо предотвращают повреждения пассажиров, выводя из строя узлы и агрегаты машины (рулевая колонка, двигатель). Ко вторым относят подушки и ремни безопасности, которые уменьшают травматические последствия аварий.
Конструктивные системы пассивной безопасности появились в автомобилях раньше, чем эксплуатационные. Конструкторы автомобильных компаний, исследуя повреждения кузовов машин, которые пострадали в ДТП, пришли к выводу, что транспортные средства нужно усиливать как изнутри, так и снаружи. Первым элементом пассивной безопасности «железных коней» стали бамперы – брусья, устанавливаемые на пружинящих кронштейнах на передней и задней части автомобиля и поглощающие энергию удара.
Впервые их установили в 1898 году на автомобиль President, а серийно эти элементы пассивной безопасности начали применять на модели Ford Model A. С годами бампера усовершенствовались, становились менее тяжелыми и изготавливались не из металла, пусть и защищенного резиновыми накладками, а из пластика.
Кроме установки бамперов, конструкторы монтировали на переднюю и заднюю части кузова авто стальные пластины, которые защищали транспортное средство от деформации при ударе спереди или сзади. Такой элемент пассивной безопасности используется и на современных автомобилях.
Еще один элемент пассивной безопасности, появившийся на заре автомобилестроения – стальные противоударные поперечные балки, устанавливаемые в дверях. Этими брусьями инженеры усиливали конструкцию боковых дверей, которые менее деформировались при боковом ударе, чем двери без подобных элементов. Впервые такие конструкции стали применяться на автомобилях в середине 1930-х годов и постепенно, доказав свою необходимость, начали устанавливаться на всех без исключения легковых автомобилях. Параллельно конструкторы прорабатывали и определяли зоны деформации кузова – места в кузове, которые при боковых, передних, задних ударах или опрокидывании автомобиля деформировались, поглощая энергию удара и позволяя сохранить салон автомобиля и сидящих в нем пассажиров от значительных повреждений. Первые автомобили, в которых была реализована технология зон деформации кузова, сошли с конвейера компании Mercedes-Benz в 1950-х годах.
К конструктивным элементам пассивной безопасности, помимо указанных выше, также относятся травмобезопасная рулевая колонка и педальный узел, мягкие детали передней панели, усиленные передние стойки, система Sandwich Panel (обеспечивает уход двигателя под днище автомобиля при фронтальном ударе) и безопасные стекла.
Трамобезопасная рулевая колонка обладает телескопическим механизмом, который при фронтальном ударе складывает колонку в переднюю панель, предотвращая, таким образом, повреждение грудной клетки водителя. Педальный узел при таком же ударе работает так: педали тормоза, газа и сцепления слетают с креплений, уменьшая риск перелома ног водителя. Мягкие детали приборной панели при фронтальном ударе сминаются, не причиняя ущерба водителю и пассажирам, а специальные закаленные стекла при разбитии рассыпаются на множество осколков с тупыми краями. Триплекс (многослойное стекло) при таком ударе сохраняет структуру стекла, покрываясь паутиной трещин – именно потому на современных автомобилях в основном используют именно этот материал остекления. Наконец, так называемая система сендвичных панелей позволяет при фронтальном ударе сместить двигатель под днище автомобиля, предотвращая его попадание в салон.
Первыми элементами эксплуатационной пассивной безопасности стали ремни, которые начали применять на автомобилях в начале ХХ века. Они позволяют удерживать тело человека при аварии в кресле, не допуская соприкосновения с рулевой колонкой. Первые ремни безопасности были двухточечными (крепились к каркасу кресла в двух мечтах), в процессе развития технологии безопасности количество точек крепления росло.
Эволюционным шагом в развитии конструкции ремней безопасности стало применение инерционного механизма и преднатяжителей, которые во время столкновения регулируют силу удержания тела водителей и пассажиров в кресле. По статистике именно ремни безопасности сохранили больше жизней (70%), чем подушки (20%). Кстати, первые подушки безопасности стали применяться в автомобилях конце 1960-х годов на автомобилях компании Chrysler, но популярности эти элементы не имели, так как процент гибели людей в машинах, оснащенных подушками, был все же высок.
Исследования показали, что эффективность подушек возрастает в разы, если они используются в комплексе с ремнями безопасности – ведь не пристегнутый человек при аварии получает сильный удар раскрывшейся подушки безопасности. Поэтому даже 7 или 9 подушек безопасности, установленные в автомобиле, не дают гарантии выживаемости в , если водитель и пассажиры не были пристегнуты. Сегодня существуют не только внутрисалонные (фронтальные, боковые, занавесочного типа), но и внешние подушки безопасности, которые устанавливаются в передней части автомобиля. При столкновении с пешеходом такая подушка безопасности раскрывается и смягчает удар, предотвращая гибель пешехода.
Наконец, еще одним элементом эксплуатационной пассивной безопасности являются подголовники, которые устанавливаются на спинки кресел переднего и заднего ряда. Эти устройства помогают защитить шейный отдел пассажиров и водителя при ударе сзади. Первыми подголовниками оснащались автомобили марки Mercedes-Benz. Конструктивно эти устройства подразделяются на активные (можно регулировать по высоте и углу наклона) и неподвижные (жестко встроены в спинки сидений).
