Подушка безопасности в авто: виды, функции и неисправности
Подушка безопасности – это достаточно распространенное средство, которое повышает выживаемость при аварии. Сейчас она уже стала привычным делом для многих моделей авто, но ранее ее не ставили, что повышало риск получения травмы или смертельного исхода во время столкновения. За все время существования было разработано много типов и моделей данных устройств, которые помогают смягчить последствия даже самых серьезных столкновений.
- Что такое подушка безопасности?
- Виды подушек безопасности
- Как работают подушки безопасности?
- Где располагаются датчики безопасности?
- Ошибки и опасность
- Замена и ремонт подушек безопасности
- Полезные советы автомобилистам
Что такое подушка безопасности?
Рассматривая вопрос, для чего нужна «подушка безопасности», нужно отметить, что она разрабатывалась в качестве дополнительной системы для удерживания человека в одном положении, что минимизирует риск появления травм. В зарубежных источниках ее еще часто называли «мешком воздуха», что было близко к сути. Первые модели предполагали, что в них будет использоваться сжатый воздух, заполняющий емкость из ткани. Подразумевалось, что заполнение будет происходить постепенно, но это оказывалось не очень эффективно, поэтому вместо такого подхода применялся пиротехнический взрыв, позволяющий практически моментально надуть подушку.
Подушка безопасности в машине – это эффективное средство защиты и его эффективность обусловлена во многом высокой скоростью срабатывания. Основной задачей устройства является смягчение удара головой и другими частями тела о руль, приборную панель или иные поверхности. Также здесь обеспечивается защита от стекла, которое разлетается при аварии, а также прочих предметов. Современные модели достаточно прочны и объемны, поэтому создают хорошую защиту. Эластичный мешок избавляет от ударов и амортизирует все жесткие столкновения.
Виды подушек безопасности
Подушка безопасности автомобиля – это важный элемент безопасности каждого современного автомобиля. Существует определенное количество вариантов, отличающихся по типу и прочим параметрам. Линейка вариантов постепенно расширялась, так как требовалось увеличить уровень безопасности.
На данный момент в авто можно встретить такие виды:
- Фронтальные. Их ставят непосредственно в рулевом колесе, а также в передней панели. Они нацелены на то, чтобы спасти человека от ударов о поверхности, которые находятся прямо перед ним. Это случается в ситуациях при лобовом столкновении.
- Боковые. Их устанавливают в спинки автомобильных кресел. Если случается авария, то они помогают защитить корпуса.
- Головные. Такие подушки безопасности еще называют «шторкой». Они защищают голову во время столкновения с боковой части.
- Коленные. Данные варианты встречаются намного реже, чем остальные, так как их ставят преимущественно в автомобилях премиум-класса. Они используются для защиты ног, как водителя, так и пассажиров.
- Центральные. Относится к необязательным вариантам и встречается в относительно небольшом количество моделей авто. Они ставятся между пассажиром и водителям. Это помогает защитить их от столкновения друг с другом.
Как работают подушки безопасности?
Многие задумываются как срабатывает подушка безопасности и эффективен ли этот метод, успеет ли она активироваться вовремя? Боковые и фронтальные разновидности работают на основе одного и того же принципа. В них устанавливаются газовые генераторы. Благодаря этому активация производится за доли секунды. От ложного срабатывания защищает специальная система, которая активирует работу только после разгона до скорости от 20 км/ч и более. Датчики подушек безопасности практически моментально считывают ситуацию со столкновением. Они располагаются в различных частях автомобиля, что обеспечивает полный охват всех секторов. Срабатывание датчиков осуществляется в ом случае, если будет нанесен удар или получится деформация. Сигнал датчика сразу же передается на электронный блок управления, которые активирует защиту, срабатывающую в зависимости от установленного алгоритма.
Разбираясь как работает подушка безопасности, стоит рассмотреть особенности ее надувания. По сигналу блока управления срабатывает пиротехнический заряд. После этого в газовом генераторе загорается натриевая кислота. Далее происходит реакция и выделяется азот, который заполняет пространство тканевой емкости. Для ее производства используется нейлоновая ткань, в которой присутствуют небольшие отверстия. Именно через них и выходит газ. В среднем, все это занимает около 15 миллисекунд.
Как работает датчик удара?
На данный момент на машине идет замена радиатора печки, снят ковер для сушки-чистки (был прилично мокрый из-за протекания резинки троса капота). При снятии обнаружил окисленные контакты датчика удара 8d0959643А, который под водительским сиденьем. Прочистил окисел, разьем не рискнул снимать, залил ВД и силиконкой. Какой принцип работы этого датчика и как повлияют замкнутые окислом провода (есть подозрения) или наоборот — обрыв хотя бы одного из них? Гуглил, но конкретно по этому датчику принципа действия не нашел. Желательно с конкретикой (я в электронике разбираюсь), просветите плз!
Система SRS автомобиля
Системы безопасности, которыми оснащаются современные автомобили, делятся на две основные категории – активные и пассивные. А начиналось все с установки ремней безопасности, которые и сейчас являются одним из основных средств безопасности. Относятся ремни к системам пассивной безопасности. Вторыми по значимости пассивными средствами являются подушки безопасности.
Они являются частью системы SRS (Supplemental Restraint System – дополнительная система удерживания), которая включает в себя еще целый ряд устройств и механизмов.
Изначально подушки позиционировались как альтернатива ремням, которые раннее не особо были удобными в использовании. Но практика показала, что только комплексное использование этих двух средств обеспечивает максимальную травмобезопасность.
Ремни сейчас значительно удобнее в применении, они обеспечивают хорошую фиксацию туловища, но и от подушек не отказались. И если ранее их устанавливали только на премиальные авто, то сейчас они имеются и на машинах бюджетного сегмента. Да и количество подушек только возрастает.
Основные составные элементы
Система подушек безопасности включает в себя три основных компонента:
- Датчики удара
- Блок управления
- Газогенераторы
Более современные системы включают в себя дополнительные датчики и механизмы, вносящие определенные коррективы в работу устройства безопасности.
Датчики удара
Датчики удара – элементы, от которых зависит работа всей системы. Именно они определяют, что произошло столкновение, благодаря чему и срабатывают подушки. Поначалу применялись только фронтальные датчики. Количество подушек раннее было не большим и в их задачу было повышение травмобезопасности при фронтальных столкновениях. Сейчас же многие авто комплектуются и боковыми устройствами, поэтому и количество датчиков возросло.
Пример расположение датчиков удара системы SRS
Работа всей системы построена так, что при ДТП срабатывают только необходимые подушки, а не все сразу. А для этого необходимо определить силу удара, его направление, характер. Это и обеспечивают датчики, установленные в разных частях кузова – в передней части, дверях, стойках.
Традиционными считаются датчики электромеханического типа. Они достаточно просты по конструкции, но при этом вполне эффективны. Основными элементами такого датчика являются шарик и пружина определенной жесткости. Работает он так: при ударе инерция заставляет сместиться шарик, преодолевая усилие пружины, в результате замыкаются контакты и импульс от датчика идет на управляющий блок.
Электромеханический вид датчика с ленточной пружиной
Стоит отметить, что жесткость пружины значительна. Это исключает ложные срабатывания системы, к примеру, при экстренном торможении, несильном ударе с препятствием. Так, при столкновении во время движения на малой скорости (до 20 км/ч) подушка не сработает, поскольку силы инерции будет просто недостаточно, чтобы преодолеть усилие пружины.
Помимо электромеханических датчиков на авто используются и электронные виды, основным элементом которых является датчик ускорения (конденсаторный, инерционный, давления). Также в конструкцию электронных элементов входит блок обработки сигнала от датчика ускорения.
Устройство инерционного датчика
Принцип работы конденсаторного датчика ускорения сводится к изменению емкости за счет смещения пластин. А достигается это за счет разделения пластин конденсатора и закрепления их на разных основах, одна из которой является неподвижной, вторая – подвижной. При ударе все та же сила инерции смещает подвижную основу с пластинами относительно неподвижной. В результате емкость конденсаторного датчика изменяется. Это фиксирует блок обработки, сверяет полученные данные с табличными и на основе этого формирует сигнал на управляющий блок.
Конденсаторный датчик ускорения
По такому принципу работают и другие виды датчиков, единственная разница сводится к их устройству. Все они за счет инерции изменяют какие-либо параметры, что является основой для формирования сигнала блоком обработки.
Отметим, что настройка датчиков удара осуществляется исходя из их места установки. Так, боковые элементы обычно более чувствительны, чем фронтальные.
Для обнаружения удара в область двери могут устанавливаться датчики, которые фиксируют изменение атмосферного давления в дверях автомобиля. Они бывают пьезоэлектрическими или емкостными. Первый вид основан на пьезоэлектрическом эффекте, а второй на принципе конденсаторного датчика.
Датчики удара фиксирующие изменение давления
Также учитывается скорость срабатывания каждого типа датчика, поэтому в авто могут одновременно устанавливаться несколько их типов. К примеру, датчики давления отличаются высоким быстродействием, поэтому они нередко устанавливаются по бокам (в дверях, стойках).
Основным достоинством электронных датчиков является определения характера удара – силы, направления. Достигается это за счет заложенных табличных данных в блок обработки.
Блок управления
Блок управления принимает информацию от датчиков удара и уже на основе их посылает сигналы на требуемые подушки. По сути, он является распределителем, направляющим сигнал от датчика на конкретную подушку. Но поскольку современная система нередко включает в себя дополнительные средства, то этот блок обрабатывает информацию и с них, а также отдает команды на срабатывание определенных механизмов.
Управляющий блок участвует и в диагностике системы. После запуска двигателя он отправляет контрольные сигналы на исполнительные механизмы, определяя целостность электрической цепи и состояние рабочих элементов. К примеру, если произошел обрыв цепи, или подушки ранее уже сработали, то блок определит это, и на приборной панели загорится контрольная лампа, указывающая, что возникла проблема в системе безопасности.
Отметим, что «обойти» режим диагностики несложно, чем нередко пользуются автолюбители, в машинах которых подушки неисправны или сработали.
Газогенератор
Основным составным элементом этой системы является исполнительный механизм – газогенератор. В его задачу входит генерация большого количества газа в короткие сроки, которым затем заполняется сама подушка.
Газогенератор включает в себя несколько составных элементов – пиропатрон, заряд вещества, которое выделяет газ и непосредственно самой подушки.
Газогенератор в рулевом колесе
Пиропатрон предназначен для поджигания заряда. Делать это он может двумя способами – плавлением провода, помещенного в камеру сгорания, или за счет капсюля, создающего фронт пламени в камере с зарядом. Все просто – электрический сигнал от блока управления подается на пиропатрон, что приводит к плавлению проводки или зажиганию капсюля.
Камера сгорания газогенератора заполнена веществом, которое способно в кратчайшие сроки полностью сгореть, выделив при этом большой объем газа, безопасного для человека. В качестве такого вещества обычно используется азид натрия (который, кстати, является ядовитым). Но в процессе сгорания он распадается на неопасные вещества – азот (45% от общего объема), воду, углекислый газ, твердые частицы.
Стоит отметить, что азид натрия полностью сгорает очень быстро (30-50 миллисекунд в зависимости от количества вещества), при этом горение – контролируемое, а не взрывное.
Получаемый газ по специальным каналам выходит из газогенератора и попадает в тканевый мешок. Перед этим он проходит фильтрацию через специальный металлический фильтр, который удаляет твердые частицы, а также охлаждает газ.
Гибридный газогенератор с наличием заряда и газа
Другой разновидностью является гибридный газогенератор основным веществом в котором выступает газ под давлением (аргон — 98%, гелий — 2%). В нем также есть пиропатрон и небольшое количество выталкивающего заряда. При его срабатывании происходит открытие канала подачи газа в подушку. Гибридные газогенераторы отличаются по конструкции открытия канала, за счет сдвигаемого зарядом поршня в момент срабатывания или разрушения шайбы (мембраны). Бываю и другие более редкие конструкции.
Гибридный газогенератор с газом под давлением
Мешок обычно изготавливается из нейлона. Для легкости развертывания при накачивании, поверхность ткани покрывается тальком, крахмалом. В подушке обязательно имеется перфорация. Отверстия, проделанные в мешке предназначены для сдувания после срабатывания, причем также быстрого (1-2 секунды). Это исключает удушье и зажатие пассажиров в авто.
Срабатывание подушки безопасности
Нередко на современных авто устройство подушки безопасности включает в себя двухкамерный газогенератор, в котором два пиропатрона и две камеры сгорания. Особенность такого генератора заключается в последовательном задействовании пиропатронов.
При ударе сначала воспламеняется заряд, находящийся в основной камере. При этом заполнение подушки происходит на 80%. То есть мешок получается мягче, чем при полном заполнении, что снижает травмирование при контакте человека с подушкой. Через определенный промежуток времени срабатывает пиропатрон вспомогательной камеры, и подушка дозаполняется газом, но уже после того, как она приняла удар тела.
Дополнительные средства
Устройство системы SRS дополнительно может в себя включать датчик определения наличия пассажира, механизм аварийного опускания стекол дверей. Блок управления также может заведовать работой преднатяжителей ремней (с пиропатронами).
Датчик определения наличия пассажира нужен, чтобы блок управления не задействовал фронтальную пассажирскую подушку, если на боковом сиденье никого нет. Ранее отключение этой подушки выполнялось вручную, что было не совсем удобно. Установка датчика решила проблему с забытой включенной или отключенной пассажирской подушкой.
Устройство кресла пассажира
Механизм аварийного опускания стекол предназначен для устранения пневмоудара. При закрытых окнах разворачивание подушек приводит к стремительному уменьшению объема салона (его заполняют мешки). В результате давление воздуха в салоне резко возрастает и образуется пневмоудар, причем достаточно мощный и пассажиры запросто могут получить повреждение ушных перепонок. Механизм же аварийного опускания боковых стекол исключает возрастание давления и появление пневмоудара.
Ремни безопасности многих авто сейчас комплектуются преднатяжителями, которые обеспечивают кратковременное натяжение ремня при ДТП, обеспечивая фиксацию тела и устраняя его инерционное перемещение. Причем преднатяжители комплектуются пиропатронами, срабатывание которых осуществляется от импульса, подаваемого с блока управления подушек безопасности.
Принцип работы
Зная конструкцию и функционирование всех составных элементов, нетрудно понять принцип работы подушки безопасности: при столкновении датчики улавливают удар, и подают сигнал на блок управления. Тот в свою очередь перенаправляет импульс на нужный газогенератор. Одновременно с этим блок определяет наличие пассажира и принимает решение, задействовать ли и пассажирскую подушку, а также задействует пиропатроны преднатяжителей (если есть) и включает механизм опускания стекол (если имеется).
Сигнал, поступивший от блока на газогенератор приводит к срабатыванию пиропатрона и заряд химического средства загорается. Выделяемый газ поступает в мешок, тот разворачивается и следом сразу же спускается благодаря перфорации.
Схема системы SRS Audi A3
Отметим, что основным недостатком подушек является их одноразовость. То есть, они работают только раз, после чего их нужно менять. А замена – очень дорогостоящая, поэтому автовладельцы авто, на которых они сработали, и пользуются «обманкой», чтобы система нормально диагностировалась при запуске двигателя и не надоедала постоянно горящей сигнальной лампой.
Виды
На современных авто используется разные виды подушек безопасности. Основными из них являются:
- Фронтальные водительская и пассажирская (устанавливаются в руль и переднюю панель);
- Боковые (монтируются в спинки передних сидений);
- Головные, они же шторки (размещаются в боковых стойках или крыше).
Эти виды подушек безопасности устанавливаются на множество моделей, включая бюджетные варианты. Фронтальные предназначены для снижения травмирования при фронтальных ударах, два других вида – при боковых. Причем боковые защищают торс, а шторки – голову. Примечательно, что фронтальные и боковые подушки обычно предназначены только для обеспечения травмобезопасности водителя и переднего пассажира. А вот шторки могут устанавливаться и в задней части салона, чтобы снизить травмирование пассажиров на заднем сиденье.
Есть и другие виды подушек безопасности, но встречаются они гораздо реже. К ним относятся коленные и центральные. Первые располагаются под передней панелью и обеспечивают защиту ног. Центральная подушка выскакивает между передними сиденьями и направлена она на исключение получения травм при столкновении водителя и пассажира.
Подушки безопасности оказались действительно эффективными, поэтому сейчас активно разрабатываются системы, которые направлены на снижение травмирования пешеходов при столкновении с авто. Для этого в передок авто (в бампер и перед лобовым стеклом) устанавливаются подушки, смягчающие силу удара пешехода о конструктивные элементы авто.
Как работает подушка безопасности
В наши дни уже никого не удивишь наличием в машине подушки безопасности. У многих солидных автопроизводителей она имеется уже в базовой комплектации большинства моделей. Вместе с ремнем безопасности подушки весьма надежно защищают находящихся в машине людей в случае столкновения и снижают число летальных исходов на 30 %.
С чего все началось
Идея использовать в автомобилях надувные подушки безопасности была реализована в начале 70-х годов прошлого столетия в США. Толчком послужило изобретение Алленом Бридом шарикового сенсора — механического датчика, определявшего резкое снижение скорости в момент удара. А для быстрой закачки газа оптимальным оказался пиротехнический метод.
В 1971 году изобретение опробовали в автомобиле Ford Taunus. А первой серийной моделью, оснащенной подушкой безопасности, годом позже стала Oldsmobile Toronado. Вскоре новшество подхватили и другие автопроизводители.
Внедрение подушек стало поводом для массового отказа от применения ремней безопасности, которые в Америке и так не пользовались популярностью. Однако оказалось, что выстреливающий со скоростью около 300 км/час баллон с газом может нанести значительные увечья. В частности, были зафиксированы случаи переломов шейных позвонков и даже несколько летальных исходов.
Опыт американцев учли в Европе. Примерно 10 лет спустя Мерседес-Бенц внедрил систему, в которой подушка не заменяла, а дополняла ремни безопасности. Такой подход стал общепринятым и используется до сих пор — подушка срабатывает после затягивания ремня.
В применявшихся поначалу механических датчиках грузик (шарик) в момент столкновения смещался и замыкал контакты, запускавшие срабатывание системы. Такие датчики были недостаточно точными и сравнительно медленными. Поэтому на смену им пришли более совершенные и быстродействующие электромеханические сенсоры.
Современные air bags
Подушка безопасности (air bag) представляет собой мешок из прочного синтетического материала. При срабатывании он практически моментально наполняется газом. Материал покрыт смазкой на основе талька, которая способствует ускоренному раскрытию.
Систему дополняют датчики удара, газогенератор и блок управления.
Датчики удара определяют вовсе не силу удара, как можно подумать, судя по названию, а ускорение. При столкновении оно имеет отрицательное значение — проще говоря, речь идет о скорости замедления.
Под пассажирским сиденьем имеется датчик, определяющий, сидит ли на нем человек. При его отсутствии соответствующая подушка не сработает.
Назначение газогенератора — мгновенно заполнить air bag газом. Он может быть твердотопливным или гибридным.
В твердотопливном с помощью пиропатрона воспламеняется заряд твердого топлива, а сгорание сопровождается выделением газообразного азота.
В гибридном применяется заряд со сжатым газом — как правило, это азот или аргон.
После старта мотора блок управления проверяет исправность системы и выдает соответствующий сигнал на приборную панель. В момент столкновения он анализирует сигналы от сенсоров и в зависимости от скорости движения, скорости замедления, места и направления удара запускает активацию нужных подушек безопасности. В некоторых случаях все может ограничиться лишь натяжением ремней.
В блоке управления обычно имеется конденсатор, заряд которого может поджечь пиропатрон при полном отключении бортовой сети.
Процесс срабатывания air bag носит взрывной характер и происходит менее чем за 50 миллисекунд. В современных адаптивных вариантах возможна двухступенчатая или многоступенчатая активация в зависимости от силы удара.
Разновидности современных подушек безопасности
Сначала применялись только фронтальные air bags. Они и по сей день остаются наиболее востребованными, защищая водителя и сидящего рядом с ним пассажира. Водительская подушка вмонтирована в рулевое колесо, а пассажирская находится возле бардачка.
Для фронтальной подушки пассажира часто предусмотрено отключение, чтобы на переднем сиденье можно было установить детское кресло. Если ее не отключить, удар раскрывшегося баллона способен покалечить или даже убить ребенка.
Боковые air bags защищают грудную клетку и нижнюю часть туловища. Обычно они находятся в спинке переднего сиденья. Бывает, что их устанавливают и на задних сиденьях. В более совершенных вариантах возможно наличие двух камер — более жесткой нижней и помягче для защиты груди.
С целью уменьшения вероятности повреждения грудной клетки подушка иногда встраивается непосредственно в ремень безопасности.
В конце 90-х автоконцерн Toyota впервые стал использовать головные подушки безопасности или, как их еще называют, «шторки». Их монтируют в передней и задней части крыши.
В те же годы появились коленные air bags. Они размещаются под рулем и предохраняют от повреждений ноги водителя. Также возможна защита ног переднего пассажира.
Сравнительно недавно стала применяться центральная подушка. В случае бокового удара или опрокидывания автомобиля она предотвращает травмы от столкновения людей друг с другом. Ее размещают в подлокотнике переднего или спинке заднего сиденья.
Следующим шагом в развитии системы дорожной безопасности, вероятно, станет внедрение подушки, которая срабатывает при столкновении с пешеходом и защищает его голову от удара о лобовое стекло. Такая защита уже разработана и запатентована компанией Volvo.
На этом шведский автопроизводитель останавливаться не собирается и уже тестирует внешнюю подушку, которая защищает автомобиль целиком.
Air bag нужно использовать правильно
Когда мешок резко наполняется газом, удар о него может обернуться для человека серьезными травмами и даже вызвать летальный исход. Риск сломать позвоночник от столкновения с подушкой возрастает на 70 %, если человек не пристегнут.
Поэтому пристегнутый ремень безопасности является обязательным условием активации air bag. Обычно система отрегулирована так, что если водитель или пассажир не пристегнут, то соответствующая подушка не выстрелит.
Минимально допустимое расстояние между человеком и местом размещения подушки безопасности составляет 25 см.
Если в машине установлена регулируемая рулевая колонка, лучше не увлекаться и не выдвигать руль слишком высоко. Неправильное срабатывание подушки безопасности может стать для водителя причиной серьёзных увечий.
Любители нестандартного руления во время выстреливания подушки рискуют сломать руки. При неправильном положении рук водителя air bag даже увеличивает вероятность перелома по сравнению с теми случаями, когда имеется лишь пристегнутый ремень.
Если ремень пристегнут, вероятность получения травм при срабатывании air bag невелика, но все же имеется.
В редких случаях срабатывание подушки безопасности может вызвать повреждение слуха или спровоцировать сердечный приступ. От удара по очкам могут разбиться линзы, и тогда есть риск повредить глаза.
Распространенные мифы о подушках безопасности
Удар по припаркованной машине тяжелым предметом или, к примеру, падение ветки дерева может стать причиной срабатывания подушки безопасности.
На самом деле срабатывания не будет, поскольку в этом случае датчик скорости сообщает блоку управления, что автомобиль стоит. По этой же причине система не сработает, если в стоящую машину влетит другой автомобиль.
Занос или резкое торможение могут привести к выстреливанию подушки.
Это абсолютно исключено. Срабатывание возможно при перегрузке от 8g и выше. Для сравнения — у гонщиков Формулы 1 или пилотов истребителей перегрузки не превышают 5g. Поэтому ни экстренные торможения, ни ямы, ни резкие перестроения не приведут к выстреливанию air bag. Столкновение с животными или мотоциклами также, как правило, не приводит к активации подушек безопасности.