Пиропатрон для ремня безопасности

Современные автомобили оснащаются ремнями безопасности с натяжителями (преднатяжителями). Натяжитель ремня безопасности предназначен для заблаговременного предотвращается перемещение человека вперёд (относительно движения автомобиля) при аварии. Это достигается за счет сматывания и уменьшения свободы прилегания ремня безопасности.

Натяжитель обеспечивает сматывание отрезка ремня безопасности длиной до 130 мм за время 13 мс.

Нередко под натяжителем ремня безопасности ошибочно понимают втягивающее устройство ремня безопасности.

Натяжители, как правило, устанавливаются на замке ремня безопасности. Реже натяжители устанавливаются на втягивающем устройстве ремня безопасности.

По принципу действия различают следующие конструкции натяжителей ремней безопасности: тросовый, шариковый, роторный, реечный, ленточный.

Указанные конструкции натяжителей оснащаются механическим или электрическим приводом. Привод натяжителя представляет собой способ воспламенения пиропатрона. Механический привод основывается на воспламенении пиропатрона механическим способом (накалывание бойком). Электрический привод предполагает воспламенение пиропатрона электрическим сигналом от электронного блока управления (или от отдельного датчика).

Работа натяжителей ремней безопасности в зависимости от конструкции может осуществлятся как в составе системы пассивной безопасности, так и автономно.

При аварии задние датчики удара передают соответствующий сигнал в блок управления, который активирует пиропатрон и приводит в действие натяжители ремней безопасности.

Для предотвращения значительных нагрузок на пассажиров при аварии, натяжитель оснащается ограничителем усилия натяжения ремня безопасности. Ограничитель при определённой нагрузке ослабляет действие ремня безопасности на человека.

Простейшим ограничителем усилия натяжения ремня безопасности является петля, прошитая на ремне безопасности. При превышении определенного усилия натяжения ремня безопасности швы в петле рвутся, и ремень становится длиннее.

В современных конструкциях усилие натяжения ремня безопасности ограничивается торсионным валом в катушке ремня безопасности. В зависимости от усилия натяжения ремня безопасности торсионный вал скручивается, уменьшая нагрузку.

Сегодня ни у кого нет сомнений, что стремление украинских законодателей повысить штрафы за не пристегнутый ремень безопасности является своевременным и обоснованным. Однако, карающие методы борьбы с нарушениями ПДД – это лишь один из способов решения вопроса.

Ведь с любой проблемой следует справляться не только наказаниями, но и разумным стимулированием, и разъяснительной работой. А вот с этим в Украине пока дела обстоят плохо.

К примеру, проходя курсы на право управления автомобилем, сдавая экзамены и получая права мы почти ничего, кроме общих фраз, не слышим о том, как работает автомобильный ремень безопасности, какое физическое явление он помогает преодолеть, и почему может спасать жизни в авариях. Просто слова о его пользе, к сожалению, мало наглядны и осязаемы. Сложно представить, как кусок ткани способен стать преградой между жизнью и смертью.

Так давайте разберемся в этом вопросе, минуя малопонятные призывы, и сосредоточившись на наглядном объяснение его применения с точки зрения биомеханики.

Опасная инерция

Всем известно, что основной принцип работы автомобильного ремня безопасности – в его способности при ДТП удержать водителя/пассажира от удара о приборную доску и от вылета через лобовое стекло. То есть, автомобильный ремень безопасности является средством, воздействующим на инерцию движения тела человека, когда машина резко останавливается.

В нормальном состоянии в авто мы находимся в равновесии. При резком старте наше тело автоматически отклоняется назад, а при неожиданном торможении рывком движется вперед. Этот физический процесс называется инерцией. Определение такой инерции звучит, как свойство тела при отсутствии внешнего воздействия продолжать прямолинейно двигаться.

К примеру, люди, находящиеся в автомобиле, едущем со скоростью 80 км/ч, вместе с машиной движутся с той же скоростью. При резкой остановке авто, скорость машины падает, а вот скорость движения человека остается прежней, и тело по инерции продолжает двигаться вперед.

Конечно, на автомобиль и людей начинает действовать сила сопротивления воздуха и трения, которые уменьшают скорость, но мощность работающего двигателя частично компенсирует эту потерю энергии.

Если тело человека в этот момент механически ничего не останавливает, разгоняемое своей массой, оно начинает резко ударяться о части салона автомобиля или вылетает из него.

Вот как развиваются события, когда водитель на скорости 80 км/ч совершает наезд на неподвижное препятствие.

Период времени (в секундах) Сила, воздействующая на автомобиль и человека, находящегося в нем
0,026 – 0,039 На линию передних сидений воздействует сила, в 30 раз превышающая вес автомобиля
0,044 – 0,05 Водитель вместе с сиденьем движется вперед со скоростью 80 км/ч, и с огромной силой ударяется грудной клеткой о руль
0,05 – 0,07 Скорость авто снижается, на него и пассажиров действует сила, в 80 раз превышающая их собственный вес
0,07 – 0,09 Водитель и сидящий рядом с ним пассажир с силой в 9 тонн бьется о лобовое стекло
0,1 – 0,2 После чего они оба либо вылетают из автомобиля, либо резко отбрасываются назад, где сталкиваются с сидящими сзади не пристегнутыми пассажирами (если они есть в автомобиле)

И все это происходит за 2 секунды.

Замедленная съемка этого видео демонстрирует, что происходит с человеком, который не пристегнут ремнем безопасности, в момент столкновения автомобиля с препятствием

Как видите, в момент аварии все силы физики действуют против людей, находящихся в машине. При ударе головой о лобовое стекло, вся мощь останавливающей силы сосредотачивается на одной из наиболее уязвимых частей человеческого тела.

В зависимости от условий аварии, стекло либо останавливает движение тела путем сАмого губительного воздействия на голову, либо разбивается, позволив человеку пролететь несколько метров и столкнуться с еще более опасной поверхностью – асфальта/дерева/столба/другого авто. При подобном вылете из автомобиля в трех случаях из четырех человек гибнет.

При этом, любому человеку, изучавшему физику в школе, известно – сила инерция зависит от массы тела. Чем легче объект, тем меньшее расстояние он преодолеет, движимый инерцией. А чем он тяжелее, тем большей инерции подвергнется. То есть, вес человека, попавшего в ДТП и не пристегнутого ремнем безопасности, оказывает прямое воздействие на силу получаемых им травм. И они часто в итоге оказываются несовместимыми с жизнью.

Как работает автомобильный ремень безопасности

Автомобильный ремень безопасности выступает тем внешним фактором, который оказывая механическое воздействие, примерно в 4-5 раз снижает инерцию тела, поглощая собой часть его кинетической энергии. В результате, и сила удара, которому подвергается человек в момент аварии, снижается в несколько раз.

Типичный современный трехточечный ремень безопасности состоит из одной эластичной ленты, разделенной на плечевую и поясную часть. Такая конструкция существует для того, чтобы при аварии усилие торможения не концентрировалось на одном небольшом участке тела человека, а распределялось по самым обширным и прочным – грудному и тазобедренному отделу. При таком распределении, сила удара рассеивается, и значит наносит телу меньше физического ущерба.

Кроме того, благодаря эластичности и некоторой растяжимости, автомобильный ремень безопасности гасит инерцию движения тела не резко, а плавно, чем также снижает силу травматического воздействия.

Без ремня безопасности подушка безопасности не спасает

Некоторые люди почему-то считают, что, если в автомобиле есть подушка безопасности, то можно не использовать ремень безопасности. Между тем, это очень вредное заблуждение.

Поскольку в момент аварии каждая секунда на счету, эйрбэг наделен способностью выстреливать из руля, торпедо, двери или сиденья со скоростью почти 300 км/ч. А теперь представьте, что произойдет с головой и позвоночником человека, не пристегнутого ремнем безопасности, если он также с большой скоростью инерции двинется навстречу этой подушке! Не останавливаемый ремнем, человек головой крайне резко и с невероятной силой врежется в подушку. Минимум это приведет к тяжелейшей черепно-мозговой травме, в худшем – разорвет шейные позвонки.

Так что, без применения ремня безопасности, подушка безопасности не только не спасет, а, напротив, нанесет непоправимый вред человеку.

5 секунд между жизнью и смертью

Сегодня все эксперименты и жизненный опыт доказали – благодаря использованию ремня безопасности ежедневно в мире в страшнейших авариях остаются живы тысячи людей. Процесс пристегивания ремня занимает не более 5 секунд, но именно столько потраченного времени уйдет у вас на создание барьера между жизнью и смертью.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Сейчас автомобили комплектуются значительным количеством систем и средств безопасности. Направлены они на предотвращение потери контроля на авто во время нештатных ситуаций (активные системы) и максимально возможное снижение травмирования пассажиров при ДТП (пассивные средства).

Начиналось же все с ремней безопасности, которые «перекочевали» на автотранспорт с авиации. Первые прототипы ремней появились практически с началом самой автомобильной эры. В 1903 году была предложена первая версия такой системы безопасности на авто, но тогда она не прижилась. Более активно ими стали интересоваться в 50-х годах прошлого века. Причем поначалу ремни предлагались только в качестве опции и лишь немного спустя – как штатное оборудование.

Стоит отметить, что в одно время конструкторы пытались заменить ремни на другую систему – подушки безопасности. Но впоследствии оказалось, что от самостоятельного использования подушек толку мало, а вот в сочетании с ремнями они достаточно серьезно повышают безопасность.

Краш-тест автомобиля

В общем, ремни безопасности – одно из самых «старых», но при этом эффективных средств предотвращения травмирования, то есть они относятся к пассивной системе.

Составные части, используемые в конструкции

Основным элементом этого средства является лента, изготовленная из волокон полиэстера. Этот материал отличается высокими показателями на разрыв и способна выдерживать громадные нагрузки. Из этой ленты формируется лямка, которая удерживает водителя в определенном положении и не дает телу податься вперед при фронтальном столкновении. Это в свою очередь исключает вылет пассажира из авто, столкновение с лобовым стеклом, рулем, передней панелью.

Помимо этого, устройство ремня безопасности современных моделей включает в себя еще ряд элементов:

  • регулируемые и нерегулируемые точки крепления ремня;
  • замок;
  • инерционные катушки;
  • ограничители;
  • преднатяжители.

Но все эти элементы появились в конструкции ремня безопасности не сразу. История этих средств очень обширна, о чем говорит немалое количество существующих видов.

Виды и их особенности

При этом разница между разными видами сводится только к количеству точек крепления. Но от этого параметра достаточно сильно зависит травмобезопасность.

В целом, ремни безопасности по количеству точек крепления делятся на:

  • двух-;
  • трех-;
  • четырех-;
  • пяти-;
  • шеститочечные.

Отметим, что помимо травмобезопасности ремней учитывается также и удобство их пользования, поэтому не всегда большее количество точек – лучший вариант.

Двухточечные ремни

Двухточечные – первый вариант, который массово стал использоваться на авто. Но этот тип – самый малоэффективный в плане безопасности.

На автотранспорте применялось две вариации – поясной и грудной. В первом случае ремень проходил поперечно сиденью в поясной зоне. Одна из точек крепления находилась возле порога или внизу на боковой стойке, вторая же устанавливалась между сиденьями на центральном тоннеле, и она включала в себя замок. Этот вариант плох тем, что лямка удерживала только нижнюю часть туловища, а верхняя же в случае удара из-за инерции сильно подавалась вперед, то есть травмы от ударов о переднюю панель и руль были гарантированы.

Грудной вариант двухточечного ремня проходил диагонально по грудной клетке. Такую укладку лямки обеспечивало верхнее расположение точки крепления на боковой стойке. Крепежная точка с замком оставалась на прежнем месте – между сиденьями. В этом варианте верхняя часть туловища при ДТП удерживалась, но из-за отсутствия нижней фиксации существовала вероятность «подныривания» тела под ремень, что опять же наносило серьезные травмы.

Трехточечный тип

Ремни безопасности с тремя точками крепления – один из самых оптимальных вариантов для использования, поскольку они обеспечивают должную фиксацию тела и достаточно удобны в пользовании.

Фиксация лямки в этом типе осуществляется в трех точках – верхней и нижней на боковой стойке и с замком – на центральном тоннеле. Одна из точек на стойке – концевая для лямки (к ней крепиться конец), вторая же оснащается катушкой для сматывания ремня. Что касается язычка, которым ремень фиксируется в замке, то он – подвижен и может перемещаться вдоль лямки.

После протяжки лямки и фиксации ее в замке, одна часть ее располагается диагонально и проходит по грудной клетке, а вторая – поперечно в поясничной зоне. То есть, трехточечный тип совмещает в себе одновременно оба варианта двухточечной версии.

Такое расположение ленты обеспечивает удержание верхней части тела и исключает вероятность «подныривания». Также он удобен в использовании, поскольку для укладки достаточно лишь потянуть ремень и зафиксировать его только в одной точке – с замком.

Конструкция с четырьмя точками

Ремни с четырьмя точками крепления используется по большей части на спортивных автомобилях. Распространение на массовых моделях они не получили из-за неудобства использования.

Примечательно, что точки крепления в этом варианте могут быть разными. Один из вариантов – две вертикальные лямки со статичным неразъемным креплением и одна разъединяющаяся – в поясничной зоне. Особенность этой версии заключается в том, что вертикальные ремни крепятся не к элементам кузова, а непосредственно к сиденью.

Неудобство посадки заключено в том, что сначала необходимо накинуть на плечи вертикальные ленты (по типу надевания рюкзака), а после протянуть и зафиксировать поясничный ремень.

Второй вариант отличается тем, что вертикальные лямки – не статичны и могут отсоединяться. Но для этого на их концах имеются фиксирующие язычки и устанавливаются они на специальный дополнительный замок, расположенный на поясничном ремне.

Пяти- и шеститочечные виды

Пятиточечный вариант также применяется на спортивных авто. Дополнительно она нашел применение в детских автокреслах. По сути, этот тот же самый четырехточечный ремень, но у него имеется еще одна лямка. Тянется она снизу сиденья, укладывается между ног и фиксируется в замке, который используется для крепления вертикальных ремней. Этот вариант обеспечивает надежное удержание тела и улучшенное распределение нагрузки по ремню.

Отличие шеститочечного вида заключается в том, что снизу сиденья у него идет не один, а два ремня. Фиксация тела в пяти- и шеститочечных типах ремней безопасности – очень надежная, что снижает вероятность получения травм. Но вместе с тем, они очень неудобны, поскольку пассажиру приходится сначала протянуть поясничную лямку, затем зафиксировать вертикальные, а после еще и закрепить один или два нижних. Поэтому такие типы ремней на моделях массового производства не используются.

Составные элементы и их назначение

Отметим, что не все составляющие могут входить в конструкцию средств безопасности на тех или иных моделях.

Крепеж

Начнем с точек крепления. Зачастую они устанавливаются на элементах кузова. Обусловлено это тем, что тело человека в момент инерционного смещения вперед создает значительную нагрузку на ремень. В случае использования точки крепления, вмонтированной в сиденье, из-за сильной нагрузки конструкция может не выдержать, и спинка подастся вместе с телом. В случае с креплением к кузову, то этого не произойдет.

Но в устройствах с четырьмя и более точками, некоторые из них все же монтируются в сиденье (вертикальных лямок). При этом отметим, что и конструкция сидений в спортивных авто – значительно жестче и рассчитана на восприятие сильных нагрузок, поэтому и допускается установка в них креплений. А вот что касается крепежа поясничной лямки, то она фиксируется к кузову.

Теперь по поводу удобства точек крепления (касается верхних). Ремни, вмонтированные в сиденье – удобны, поскольку они выходят над плечами. А вот точки на стойке могут вызвать дискомфорт. При высоком ее положении у людей низкого роста диагональная часть ремня будет проходить практически по шее, что не только неудобно, но и небезопасно. А для высоких людей низкое положение верхней точки обеспечит прохождение ремня ниже плеча, что стеснит движения руки. Поэтому верхние точки крепления на стойках производители делают регулируемыми. На крепежах, расположенных на сиденьях регулировка не требуется.

Замок

Замок обеспечивает разъемную точку крепежа. Она и обеспечивает удобство укладки лямок. Работа замка очень проста – на язычке, расположенном на ремне проделывается отверстие, а в замке используется штифт. При установке язычка штифт заходит в отверстие, тем самым обеспечивается надежная фиксация. Для разъединения необходимо лишь нажать на специальную клавишу замка, чтобы втянуть штифт и высвободить язычок.

Инерционные катушки

Эффективность ремней во многом зависит в правильном их натяжении. Ранее для этого необходимо было регулировать длину лямок «под себя» специальными петлями. Это особо не доставляло проблем водителю, поскольку ему достаточно было раз отрегулировать ремень. А вот пассажирам с разной комплекцией приходилось каждый раз проводить регулировку.

Механизм инерционной катушки

Эта проблема отпала с появлением инерционных катушек. Она обеспечивала автоматическое сматывание ленты, чтобы он не мешал. Вытянуть же его обратно можно только плавным движением. Резко размотать лямку при такой катушке не получиться, поскольку механизм при быстром разматывании блокирует ее.

Использование инерционной катушки решило сразу несколько проблемы – при отстегивании лента сама сматывается, что очень удобно. Также катушка самостоятельно регулирует натяжку, выбирая лишнюю часть ремня. Еще одно положительное качество – блокировка катушки при резком разматывании. Она не дает размотаться ремню, поэтому он «ловит» тело, не давая ему сильно уйти вперед. Но есть и негативное качество – она блокируется не сразу, и длина ремня все же немного увеличивается, из-за чего туловище успевает набрать небольшое ускорение. А это повышает вероятность травмирования.

Ограничители позволяют немного увеличить длину ремня, но плавно. Суть вот в чем, тело при инерционном отклонении испытывает значительные перегрузки. Если его резко остановить, что и делает ремень, то возможно получение травмы. Но если лямка немного будет увеличивать свою длину, то это позволит частично погасить энергию и повысить травмобезопасность.

Торсион катушки

Ограничитель представляет собой торсион, который выступает в роли оси для катушки. При столкновении катушка блокирует разматывание ремня, тело упирается в ремень, что создает нагрузку на ленту. При достижении определенного усилия на лямке, торсион начинает скручиваться, проворачивая катушку и отматывая ремень. Из-за этого и происходит плавное гашение усилия на ремне. Стоит отметить, что тоже самое делает и сама лямка. Полиэстеровая лента может немного растягиваться при создании значительной нагрузки на нее.

Преднатяжители

Преднатяжители появились на авто совсем недавно, но роль их значительна. Как уже отмечено, катушка блокируется не сразу, поэтому тело все же получает ускорение. Чтобы этого не допустить и применяются преднатяжители, которые натягивают ремень еще до того, как тело начинает инерционное движение. То есть он предотвращает получение ускорения. Эти устройства работают на опережение и для этого используются датчики удара, применяемые в конструкции подушек безопасности.

Работают преднатяжители так: в момент удара при столкновении датчики регистрируют его и подают сигнал на блок управления. Тот в свою очередь задействует исполнительные механизмы, и они мгновенно натягивают ленту, исключая даже малейшее смещение тела вперед. Преднатяжители бывают двух типов – пиропатронные и электроприводные.

Электрический преднатяжитель

Как все работает?

Напоследок рассмотрим полный принцип работы ремней безопасности в современных авто. За пример возьмем механизмы трехточечного типа, поскольку они – самые распространенные.

Итак, водитель садится в авто и плавно вытягивает ленту, пока длины его не будет достаточно, чтобы установить и зафиксировать язычок в замке. После этого инерционная катушка выберет излишки, но не полностью, чтобы не сковывать движения водителя. Если устройство безопасности оснащено преднатяжителем, то на этом функция катушки завершена.

В момент столкновения датчики регистрируют удар и задействуют преднатяжители, из-за чего лямка натягивается. По мере возрастания усилия в работу вступает торсион, постепенно повышая длину лямки, чтобы погасить усилие. Дополнительно вытягивается и сам ремень.

Если преднатяжителей нет, то функцию удержания тела выполняет катушка. Резкое ускорение тела приводит к блокированию катушки и лямки «ловят» тело. Далее уже задействуется торсион.

Новые наработки

Разработки для улучшения этого средства безопасности ведутся постоянно. Последним новшеством, массово задействованным на авто, стали преднатяжители. Но они — не последняя технология.

Уже разрабатываются ленты, которые действуют еще и как подушки. Суть сводится к тому, что при ударе она наполняется газом, благодаря чему площадь контакта тела с лямкой увеличивается, что способствует лучшему распределению нагрузки и снижению травмирования.

Также развивают электронную самоадаптирующуюся систему преднатяжителя, в зависимости от пользования и вытягивания лямки она определяет, по заданным алгоритмам, вес пассажира и соответственно необходимое усилие для его удержания в момент аварии.

Преднатяжитель обеспечивает сматывание ремня безопасности всего за несколько миллисекунд благодаря пиротехническому патрону. Натяжители оснащают механическим или электрическим приводом воспламенения пиропатрона. Первый воспламеняет пиропатрон ударом бойка, а второй — электрическим сигналом от электронного блока управления или датчика удара. Для предотвращения чрезмерных нагрузок на человека преднатяжитель оснащается ограничителем усилия.

В современных конструкциях усилие натяжения ремня безопасности ограничивается торсионным валом в катушке: в зависимости от усилия натяжения ремня вал скручивается, уменьшая нагрузку. The Slow Mo Guys, известные своими эффектными видеороликами, которые сняты профессиональной сверхвысокоскоростной камерой, решили начинить преднатяжитель краской и взорвать его. Результат был снят на видео со скоростью 28 тысяч кадров в секунду.

Получилось, как всегда, очень зрелищно и в данном случае особенно красочно! А мы, пользуясь случаем, призываем не забывать о такой полезной вещи, как преднатяжитель ремня безопасности, и всегда пристёгиваться в автомобиле.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *