Предпазни колани и обтегачи на предпазните колани

Най-често срещаният структурен елемент на системата за пасивна безопасност на автомобила са предпазните колани. Използването му намалява вероятността и тежестта на наранявания, дължащи се на удари върху твърди части на тялото, стъкло и други пътници (т.нар. вторични удари). Закопчаните предпазни колани осигуряват ефективната работа на въздушните възглавници.

Според броя на точките на закрепване се разграничават следните видове предпазни колани: дву-, три-, четири-, пет- и шест-точкови.

Двуточковите предпазни колани (фиг. 1) в момента се използват като централен предпазен колан на задната седалка на някои по-стари автомобили, както и на пътническите седалки в самолетите. Реверсивният предпазен колан е надбедрен колан, който се увива около кръста и е прикрепен от двете страни на седалката.

Триточковите предпазни колани (фиг. 2) са основният тип предпазни колани и се монтират на всички съвременни автомобили. 3-точковият диагонален колан за кръста има V-образно разположение, което разпределя равномерно енергията на движещото се тяло към гърдите, таза и раменете. Volvo представи първите масово произвеждани триточкови предпазни колани през 1959 г. Помислете за устройството триточкови предпазни колани като най-често срещаните.

Триточковият предпазен колан се състои от лента, катарама и обтегач.

Предпазният колан е изработен от издръжлив материал и се закрепва към тялото със специални устройства в три точки: на колоната, на прага и на специален прът с ключалка. За да адаптирате колана към височината на конкретен човек, много дизайни предвиждат регулиране на височината на горната точка на закрепване.

Ключалката закрепва предпазния колан и се монтира до столчето за кола. Направен е подвижен метален език за свързване със закопчалката на каишката. Като напомняне за необходимостта от носене на предпазен колан, дизайнът на ключалката включва превключвател, включен във веригата на AV алармената система. Предупреждението става с предупредителна светлина на таблото и звуков сигнал. Алгоритъмът на тази система е различен за различните производители на автомобили.

Прибиращото устройство осигурява принудително развиване и автоматично навиване на предпазния колан. Прикрепен е към купето на автомобила. Макарата е снабдена с инерционен заключващ механизъм, който спира движението на колана върху макарата в случай на инцидент. Използват се два начина на блокиране: в резултат на движение (инерция) на автомобила и в резултат на движение на самия предпазен колан. Лентата може да се изтегли от барабана на макарата само бавно, без ускорение.

Съвременните автомобили са оборудвани с обтегачи на предпазните колани.

Петточковите предпазни колани (фиг. 4) се използват в спортни автомобили и за обезопасяване на деца в детски столчета. Включва две презрамки за кръста, две презрамки и една презрамка за крака.

Ориз. 4. Пет точков колан

6-точковият предпазен колан има две ленти между краката, което осигурява по-сигурно прилягане на ездача.

Едно от обещаващите разработки са надуваемите предпазни колани (фиг. 5), които се пълнят с газ при инцидент. Те увеличават зоната на контакт с пътника и съответно намаляват натоварването върху човека. Надуваемата секция може да бъде секция за раменете или секция за раменете и кръста. Тестовете показват, че този дизайн на предпазния колан осигурява допълнителна защита при страничен удар.

Ориз. 5. Надуваеми предпазни колани

Ford предлага тази опция в Европа за четвъртото поколение Ford Mondeo. За пътниците на задния ред са монтирани надуваеми предпазни колани. Системата е проектирана да намали нараняванията на главата, шията и гърдите в случай на злополука за пътниците на задния ред, които често са деца и възрастни хора, които са особено предразположени към този тип наранявания. При ежедневна употреба надуваемите предпазни колани работят по същия начин като обикновените и са съвместими с детски седалки.

В случай на авария сензорът за удар изпраща сигнал до блока за управление на системата за сигурност, блокът изпраща сигнал за отваряне на спирателния вентил на цилиндъра с въглероден диоксид, разположен под седалката, клапанът се отваря и газът, който е бил преди това в компресирано състояние запълва възглавницата на предпазния колан. Коланът се разгъва бързо, разпределяйки силата на удара върху повърхността на тялото, което е пет пъти повече от стандартните предпазни колани. Времето за активиране на лентите е по-малко от 40ms.

С новия Mercedes-Benz S-Class W222, компанията разширява своите възможности за защита на пътниците на задните седалки. Пакетът PRE-SAFE за задните седалки съчетава обтегачи и въздушна възглавница в предпазния колан (Beltbag) с въздушни възглавници на предните седалки. Комбинираното използване на тези устройства по време на инцидент намалява нараняванията на пътниците с 30% в сравнение с традиционната схема. Въздушната възглавница на предпазния колан е предпазен колан, който може да се надуе и по този начин да намали риска от нараняване на пътниците при челен сблъсък чрез намаляване на натоварването върху гърдите. Накланящата се седалка е стандартно оборудвана с въздушна възглавница, скрита под тапицерията на възглавницата на седалката.Такава възглавница ще предпази пътника в легнало положение от подхлъзване под предпазния колан в случай на инцидент (т.нар. "гмуркане") . По този начин Mercedes-Benz успя да разработи удобна накланяща се седалка, която осигурява по-високо ниво на безопасност в случай на инцидент, отколкото седалка, при която облегалката се накланя чрез удължаване на възглавницата на седалката.

Като мярка срещу неизползването на предпазни колани от 1981 г. се предлагат автоматични предпазни колани (фиг. 6), които автоматично закрепват пътника при затваряне на вратата (стартиране на двигателя) и го освобождават при отваряне на вратата (двигател старт стоп). По правило движението на раменния колан, движещ се по ръбовете на рамката на вратата, е автоматизирано. Коланът се закопчава на ръка. Поради сложността на дизайна, неудобството при влизане в кола, автоматичните предпазни колани в момента практически не се използват.

Ориз. 6. Автоматичен предпазен колан

2. Обтегачи на предпазните колани

При скорост например 56 км/ч от момента на сблъсъка с неподвижно препятствие до пълното спиране на автомобила минават около 150 ms. Водачът и пътникът на автомобила нямат време да извършат каквито и да било действия за толкова кратък период от време, поради което са пасивни участници в извънредната ситуация. През този период обтегачите на предпазните колани, въздушните възглавници и изключващият прекъсвач на акумулатора трябва да бъдат активирани.

При злополука предпазните колани трябва да поемат ниво на енергия, приблизително равно на кинетичната енергия на човек, падащ от четвъртия етаж на висока сграда. Поради възможното разхлабване на предпазния колан се използва обтегач (обтегач) за компенсиране на това разхлабване.

Обтегачът на предпазния колан прибира предпазния колан в случай на сблъсък. Това помага за намаляване на провисването на предпазния колан (пространството между предпазния колан и тялото). Така предпазният колан не позволява на пътника да се движи напред (спрямо движението на автомобила) предварително.

Превозните средства използват както диагонални обтегачи на предпазните колани, така и обтегачи на ключалката. Използването на двата типа ви позволява оптимално да фиксирате пътника, тъй като в този случай системата издърпва ключалката назад, като едновременно с това затяга диагоналните и вентралните клонове на предпазния колан. В практиката се монтират предимно обтегачи от първия тип.

Обтегачът на предпазния колан подобрява напрежението и подобрява защитата от приплъзване на колана. Това се постига чрез незабавно задействане на обтегача на предпазния колан по време на първоначалния удар. Максималното движение на водача или пътника в посока напред трябва да бъде около 1 cm, а продължителността на механичното въздействие трябва да бъде 5 ms (максимална стойност 12 ms). Обтегачът гарантира, че секцията на колана (с дължина до 130 mm) се навива за почти 13 ms.

Най-разпространени са механичните обтегачи на предпазните колани (фиг. 7).

Ориз. 7. Механичен обтегач на предпазния колан: 1 - предпазен колан; 2 - храпово колело; 3 - ос на инерционната бобина; 4 - резе (затворено положение); 5 - махало устройство

В допълнение към традиционните механични обтегачи, много производители вече оборудват превозните средства с пиротехнически обтегачи (Фигура 8).

Ориз. 8. Пиротехнически обтегач: 1 - предпазен колан; 2 - бутало; 3 - пиротехнически патрон

Те се активират, когато вграденият сензор на системата открие, че е надвишен предварително определен праг на забавяне, което показва началото на сблъсък. Това възпламенява детонатора на пиротехническия патрон. При експлозия на патрона се отделя газ, чието налягане действа върху буталото, свързано с предпазния колан. Буталото се движи бързо и опъва ремъка. Обикновено времето за реакция на устройството не надвишава 25 ms от началото на разреждането.

За да се избегне претоварването на гръдния кош, тези колани имат ограничители на опън, които работят по следния начин: първо се достига максимално допустимото натоварване, след което механично устройство позволява на пътника да се придвижи на определено разстояние напред, поддържайки нивото на заряд постоянно.

Според конструкцията и принципа на работа се разграничават следните видове обтегачи на предпазните колани:

• кабел с механично задвижване;
• топката;
• завъртане;
• рафт;
• обратими.

2.1. Обтегач на кабела за предпазен колан

Обтегачът на предпазния колан 8 и автоматичната макара на предпазния колан 14 са основните компоненти на обтегача на кабела (фиг. 9). Системата е подвижно фиксирана върху защитната тръба 3 в лагерния капак, подобно на вертикално махало. Стоманен кабел 1 е фиксиран върху буталото 17. Кабелът е навит и монтиран върху защитна тръба на барабана 18 за кабела.

Модулът за напрежение се състои от следните елементи:

• сензори под формата на система "пружина-маса";
• газогенератор 4 с пиротехнически заряд;
• бутало 1 със стоманен кабел в тръбата.

Ако забавянето на автомобила по време на сблъсък надвиши определена стойност, тогава пружината на сензора 7 започва да се компресира под действието на масата на сензора. Сензорът се състои от опора 6, газогенератор 4 с изхвърлен от него пиротехнически заряд, ударна пружина 5, бутало 1 и тръба 2.

Ориз. 9. Обтегач на кабела: а - запалване; b - напрежение; 1, 16 - бутало; 2 - тръба; 3 - защитна тръба; 4 - газов генератор; 5, 15 - ударна пружина; 6 - сензорна скоба; 7 - сензорна пружина; 8 - предпазен колан; 9 - ударна плоча с ударен щифт; 10, 14 - механизъм за навиване на предпазния колан; 11 - сензорен болт; 12 - зъбна джанта на вала; 13 - зъбен сегмент; 17 - стоманен кабел; 18 - барабан

Ако опората 6 се е преместила на разстояние, по-голямо от нормата, газогенераторът 4, задържан в покой от сензорния болт 11, се освобождава във вертикална посока. Напрегнатата ударна пружина 15 го избутва към ударния щифт в ударната плоча. Когато газогенераторът удари удрящия елемент, поплавъчният заряд на газогенератора се запалва (фиг. 9, а).

По това време газът се инжектира в тръбата 2 и движи буталото 1 със стоманения кабел 17 надолу (фиг. 9, b). По време на първото движение на жилото, навито около съединителя, назъбеният сегмент 13 се движи радиално навън от барабана под действието на ускорителната сила и се зацепва с назъбения ръб на вала 12 на устройството за навиване на предпазния колан 14.

2.2. Обтегач на ремък с топка

Състои се от компактен модул, който в допълнение към разпознаването на колана включва и ограничител на опъна на колана (фиг. 10). Механичното задействане възниква само когато сензорът за закопчаване на предпазния колан открие, че предпазният колан е закопчан.

Сферичният обтегач на предпазния колан се задейства от топчета, поставени в тръбата 9. В случай на сблъсък блокът за управление на въздушната възглавница запалва изхвърлящия заряд 7 (фиг. 10, b). При електрическите обтегачи на предпазните колани активирането на задвижващия механизъм се извършва от блока за управление на въздушната възглавница.

Когато изхвърленият заряд се запали, разширяващите се газове привеждат топките в движение и ги насочват през зъбното колело 11 в балона 12, за да съберат топките.

Ориз. 10. Сферичен обтегач: а - общ изглед; б - запалване; c - напрежение; 1, 11 - зъбно колело; 2, 12 - балон за топки; 3 - задвижващ механизъм (механичен или електрически); 4, 7 - пиротехнически заряд; 5, 8 - предпазен колан; 6, 9 - тръба с топки; 10 - устройство за навиване на предпазен колан

Тъй като макарата на предпазния колан е здраво свързана със зъбното колело, тя се върти с топки и коланът се прибира (фиг. 10, c).

2.3. Ротационен обтегач на ремък

Работи на принципа на ротор. Обтегачът се състои от ротор 2, детонатор 1, задвижващ механизъм 3 (фиг. 11, а)

Първият детонатор се задвижва от механично или електрическо задвижване, докато разширяващият се газ върти ротора (фиг. 11, b). Тъй като роторът е свързан към вала на колана, предпазният колан започва да се прибира. При достигане на определен ъгъл на въртене роторът отваря байпасния канал 7 към втория патрон. Под действието на работното налягане в камера № 1 вторият патрон се запалва, поради което роторът продължава да се върти (фиг. 11, в). Димните газове от камера № 1 излизат през изходен канал 8.

Ориз. 11. Ротационен обтегач: а - общ изглед; b - действието на първия детонатор; c - действие на втория детонатор; g - действието на третата петарда; 1 - стръв; 2 - ротор; 3 - задвижващ механизъм; 4 - предпазен колан; 5, 8 - изходен канал; 6 - работа на първата стръв; 7, 9, 10 - байпасни канали; 11 - задействане на втория детонатор; 12 - камера № 1; 13 - изпълнение на третата стръв; 14 - камера номер 2

При достигане на втория байпасен канал 9 третият патрон се запалва под действието на работното налягане в камера № 2 (фиг. 11, г). Роторът продължава да се върти и отработените газове от камера № 2 излизат през изход 5.

2.4. Обтегач на ремъка

За плавно прехвърляне на силата към колана се използват и различни устройства с рейка и пиньон (фиг. 12).

Обтегачът на рейката работи по следния начин. При сигнал на блока за управление на въздушната възглавница зарядът на детонатора се запалва. Под натиска на получените газове буталото с рейката 8 се движи нагоре, причинявайки въртенето на зъбното колело 3, което е зацепено с него. Въртенето на зъбно колело 3 се предава на зъбни колела 2 и 4. Зъбно колело 2 е твърдо свързано с външния пръстен 7 на изпреварващия съединител, който предава въртящ момент към торсионния вал 6. Когато пръстенът 7 се върти, ролките 5 на съединителя са захванат между съединителя и торсионния вал. В резултат на въртенето на торсионния вал предпазният колан се опъва. Напрежението на ремъка се освобождава, когато буталото достигне амортисьора.

Ориз. 12. Обтегач на предпазния колан: а - изходна позиция; b - край на напрежението на колана; 1 - амортисьор; 2, 3, 4 - зъбни колела; 5 - ролка; 6 - ос на усукване; 7 - външният пръстен на изпреварващия съединител; 8 - бутало с рейка; 9 - петарда

2.5 реверсивен обтегач на ремъка

В по-сложните системи за пасивна безопасност, в допълнение към пиротехническите обтегачи на предпазните колани, реверсивен обтегач на предпазния колан (фиг. 13) с контролен блок и адаптивен ограничител на силата на предпазния колан (с възможност за превключване.

Всеки реверсивен обтегач на предпазния колан се управлява от отделен блок за управление. Въз основа на команди на шината за данни, блоковете за управление на обтегачите на предпазните колани задействат свързаните задвижващи двигатели.

Реверсивните обтегачи имат три нива на сила на задействане:

1. ниско усилие - избор на хлабина на предпазния колан;
2. средна сила - частично напрежение;
3. висока якост - пълно напрежение.

Ако блокът за управление на въздушната възглавница открие лек челен сблъсък, който не изисква пиротехнически обтегач, той изпраща сигнал до блоковете за управление на обтегачите. Те командват предпазните колани да бъдат напълно опънати от задвижващите двигатели.

Ориз. 13. Предпазен колан с реверсивен обтегач: 1 - предавка; 2 - кука; 3 - водещо задвижване

Валът на двигателя (не е показан на фиг. 13), въртящ се чрез зъбно колело, завърта задвижван диск, свързан към вала на предпазния колан чрез две прибиращи се куки. Предпазният колан се увива около оста и се затяга.

Ако валът на двигателя не се върти или се върти леко в обратна посока, куките може да се сгънат и да освободят вала на предпазния колан.

Превключващият ограничител на силата на предпазния колан се активира след задействане на пиротехническите обтегачи. В този случай заключващият механизъм блокира оста на колана, предотвратявайки отвиването на колана поради възможната инерция на телата на пътниците и водача.