Pasy bezpieczeństwa i napinacze pasów bezpieczeństwa

Najczęstszym elementem konstrukcyjnym systemu bezpieczeństwa biernego samochodu są pasy bezpieczeństwa. Jego stosowanie zmniejsza prawdopodobieństwo i stopień obrażeń spowodowanych uderzeniami w twarde części ciała, szyby i innych pasażerów (tzw. uderzenia wtórne). Zapinane pasy bezpieczeństwa zapewniają skuteczne działanie poduszek powietrznych.

Ze względu na liczbę punktów mocowania rozróżnia się następujące rodzaje pasów bezpieczeństwa: dwu-, trzy-, cztero-, pięcio- i sześciopunktowe.

Dwupunktowe pasy bezpieczeństwa (rys. 1) są obecnie używane jako środkowy pas bezpieczeństwa na tylnych siedzeniach niektórych starszych samochodów, a także na siedzeniach pasażerskich w samolotach. Dwustronny pas bezpieczeństwa to pas biodrowy, który owija się wokół talii i jest przymocowany po obu stronach siedzenia.

Trzypunktowe pasy bezpieczeństwa (rys. 2) są głównym rodzajem pasów bezpieczeństwa i są instalowane we wszystkich nowoczesnych samochodach. 3-punktowy ukośny pas biodrowy ma układ w kształcie litery V, który równomiernie rozprowadza energię poruszającego się ciała na klatkę piersiową, miednicę i ramiona. Volvo wprowadziło pierwsze masowo produkowane trzypunktowe pasy bezpieczeństwa w 1959 roku. Rozważ trzypunktowe pasy bezpieczeństwa urządzenia jako najczęstsze.

Trzypunktowy pas bezpieczeństwa składa się z taśmy, klamry i napinacza.

Pas bezpieczeństwa wykonany jest z wytrzymałego materiału i mocowany jest do ciała za pomocą specjalnych urządzeń w trzech punktach: na słupku, na progu oraz na specjalnym drążku z blokadą. Aby dopasować pas do wzrostu konkretnej osoby, wiele projektów przewiduje regulację wysokości górnego punktu mocowania.

Zamek zabezpiecza pas bezpieczeństwa i jest montowany obok fotelika samochodowego. Ruchomy metalowy język łączy się z zapięciem paska. Przypominając o konieczności zapinania pasów bezpieczeństwa, w konstrukcji zamka uwzględniono włącznik włączony w obwód systemu alarmowego AV. Ostrzeżenie pojawia się za pomocą lampki ostrzegawczej na desce rozdzielczej i sygnału dźwiękowego. Algorytm działania tego systemu różni się dla różnych producentów samochodów.

Zwijacz zapewnia wymuszone odwijanie i automatyczne zwijanie pasa bezpieczeństwa. Jest przymocowany do karoserii samochodu. Kołowrotek wyposażony jest w bezwładnościowy mechanizm blokujący, który w razie wypadku zatrzymuje ruch pasa na kołowrotku. Stosowane są dwie metody blokowania: w wyniku ruchu (bezwładności) samochodu oraz w wyniku ruchu samego pasa bezpieczeństwa. Taśmę można ściągać z bębna szpuli tylko powoli, bez przyspieszania.

Nowoczesne samochody wyposażone są w pasy bezpieczeństwa z napinaczami.

Pięciopunktowe pasy bezpieczeństwa (rys. 4) stosowane są w samochodach sportowych oraz do zabezpieczania dzieci w fotelikach samochodowych. Zawiera dwa paski w talii, dwa paski na ramię i jeden pasek na nogę.

Ryż. 4. Uprząż pięciopunktowa

Sześciopunktowe pasy bezpieczeństwa mają dwa paski między nogami, co zapewnia bardziej bezpieczne dopasowanie dla rowerzysty.

Jednym z obiecujących rozwiązań są nadmuchiwane pasy bezpieczeństwa (rys. 5), które podczas wypadku są napełniane gazem. Zwiększają powierzchnię kontaktu z pasażerem i odpowiednio zmniejszają obciążenie osoby. Sekcja nadmuchiwana może być sekcją barkową lub sekcją barkową i taliową. Testy pokazują, że ta konstrukcja pasa bezpieczeństwa zapewnia dodatkową ochronę przed uderzeniami bocznymi.

Ryż. 5. Nadmuchiwane pasy bezpieczeństwa

Ford oferuje tę opcję w Europie dla Forda Mondeo czwartej generacji. Dla pasażerów w tylnym rzędzie zainstalowane są nadmuchiwane pasy bezpieczeństwa. System ma na celu zmniejszenie obrażeń głowy, szyi i klatki piersiowej w razie wypadku u pasażerów w tylnym rzędzie, którymi są często dzieci i osoby starsze, które są szczególnie podatne na tego typu urazy. W codziennym użytkowaniu nadmuchiwane pasy bezpieczeństwa działają jak zwykłe pasy bezpieczeństwa i są kompatybilne z fotelikami dziecięcymi.

W razie wypadku czujnik wstrząsu wysyła sygnał do centralki systemu bezpieczeństwa, jednostka wysyła sygnał otwarcia zaworu odcinającego butli z dwutlenkiem węgla znajdującej się pod siedzeniem, zawór otwiera się i gaz, który był poprzednio w stanie ściśniętym wypełnia poduszkę pasa bezpieczeństwa. Pas rozwija się szybko, rozkładając siłę uderzenia na powierzchnię ciała, która jest pięciokrotnie większa niż w przypadku standardowych pasów bezpieczeństwa. Czas aktywacji pasków to mniej niż 40ms.

Wprowadzając nowy Mercedes-Benz Klasy S W222, firma rozszerza opcje ochrony pasażerów na tylnych siedzeniach. Pakiet PRE-SAFE dla tylnych siedzeń łączy napinacze i poduszkę powietrzną w pasie bezpieczeństwa (Beltbag) z poduszkami powietrznymi na przednich siedzeniach. Połączone użycie tych urządzeń podczas wypadku zmniejsza obrażenia pasażerów o 30% w porównaniu z tradycyjnym schematem. Poduszka powietrzna pasa bezpieczeństwa to pas bezpieczeństwa, który może się napełnić, a tym samym zmniejszyć ryzyko obrażeń pasażerów w przypadku zderzenia czołowego poprzez zmniejszenie obciążenia klatki piersiowej. Fotel rozkładany standardowo wyposażony jest w poduszkę powietrzną ukrytą pod tapicerką poduszki siedziska, która w razie wypadku zapobiegnie wyślizgnięciu się pasażera w pozycji półleżącej pod pasem bezpieczeństwa (tzw. „nurkowanie”) . W ten sposób Mercedes-Benz był w stanie opracować wygodne rozkładane siedzenie, które zapewnia wyższy poziom bezpieczeństwa w razie wypadku niż siedzenie z odchylanym oparciem poprzez wysunięcie poduszki siedzenia.

Jako środek przeciwdziałający nieużywaniu pasów bezpieczeństwa, od 1981 roku zaproponowano automatyczne pasy bezpieczeństwa (rys. 6), które automatycznie zabezpieczają pasażera po zamknięciu drzwi (uruchomienie silnika) i zwalniają go po otwarciu drzwi (silnik). zacząć zakończyć). Z reguły ruch pasa barkowego poruszającego się wzdłuż krawędzi ościeżnicy jest zautomatyzowany. Pasek zapinany jest ręcznie. Ze względu na złożoność konstrukcji, niedogodności związane z wsiadaniem do samochodu, automatyczne pasy bezpieczeństwa są obecnie praktycznie nieużywane.

Ryż. 6. Automatyczny pas bezpieczeństwa

2. Napinacze pasów bezpieczeństwa

Przy prędkości np. 56 km/h od momentu zderzenia z nieruchomą przeszkodą do całkowitego zatrzymania auta mija około 150 ms. Kierowca i pasażer samochodu nie mają czasu na wykonanie jakichkolwiek czynności w tak krótkim czasie, dlatego są biernymi uczestnikami zdarzenia. W tym czasie napinacze pasów bezpieczeństwa, poduszki powietrzne i wyłącznik akumulatora muszą być włączone.

W razie wypadku pasy bezpieczeństwa muszą pochłaniać poziom energii w przybliżeniu równy energii kinetycznej osoby spadającej z czwartego piętra wieżowca. Ze względu na możliwe poluzowanie pasa bezpieczeństwa, napinacz (napinacz) służy do kompensacji tego poluzowania.

Napinacz pasa bezpieczeństwa zwija pas bezpieczeństwa w przypadku kolizji. Pomaga to zmniejszyć luz pasów bezpieczeństwa (przestrzeń między pasem a ciałem). W ten sposób pas bezpieczeństwa zapobiega wcześniejszemu przemieszczaniu się pasażera do przodu (w stosunku do ruchu samochodu).

W pojazdach stosowane są zarówno napinacze pasów bezpieczeństwa ukośnych, jak i napinacze pasów bezpieczeństwa. Zastosowanie obu typów pozwala na optymalne zamocowanie pasażera, ponieważ w tym przypadku system odciąga klamrę do tyłu, jednocześnie napinając ukośną i brzuszną gałąź pasa bezpieczeństwa. W praktyce montuje się głównie napinacze pierwszego typu.

Napinacz pasa bezpieczeństwa poprawia napięcie i poprawia ochronę przed poślizgiem pasa. Osiąga się to poprzez natychmiastowe wyzwolenie napinacza pasa bezpieczeństwa podczas pierwszego uderzenia. Maksymalny ruch kierowcy lub pasażera do przodu powinien wynosić około 1 cm, a czas działania mechanicznego powinien wynosić 5 ms (wartość maksymalna 12 ms). Napinacz zapewnia nawinięcie odcinka pasa (do 130 mm długości) w prawie 13 ms.

Najczęściej spotykane są mechaniczne napinacze pasów bezpieczeństwa (rys. 7).

Ryż. 7. Mechaniczny napinacz pasa bezpieczeństwa: 1 - pas bezpieczeństwa; 2 - koło zapadkowe; 3 - oś cewki inercyjnej; 4 - zatrzask (pozycja zamknięta); 5 - urządzenie wahadłowe

Oprócz tradycyjnych napinaczy mechanicznych, wielu producentów wyposaża obecnie pojazdy w napinacze pirotechniczne (Rysunek 8).

Ryż. 8. Napinacz pirotechniczny: 1 - pas bezpieczeństwa; 2 - tłok; 3 - nabój pirotechniczny

Są one aktywowane, gdy wbudowany czujnik systemu wykryje przekroczenie określonego progu zwalniania, co wskazuje na początek kolizji. To zapala detonator naboju pirotechnicznego. Gdy nabój eksploduje, uwalniany jest gaz, którego ciśnienie działa na tłok połączony z pasem bezpieczeństwa. Tłok porusza się szybko i napina pasek. Zazwyczaj czas odpowiedzi urządzenia nie przekracza 25 ms od początku wyładowania.

Aby uniknąć przeciążenia klatki piersiowej, pasy te mają ograniczniki napięcia, które działają w następujący sposób: po pierwsze, osiągane jest maksymalne dopuszczalne obciążenie, po czym urządzenie mechaniczne pozwala pasażerowi przesunąć się na pewną odległość do przodu, utrzymując stały poziom naładowania.

Zgodnie z konstrukcją i zasadą działania rozróżnia się następujące typy napinaczy pasów bezpieczeństwa:

• kabel z napędem mechanicznym;
• piłka;
• obrócenie;
• półka;
• odwracalny.

2.1. Napinacz linki pasa bezpieczeństwa

Napinacz pasa bezpieczeństwa 8 i automatyczny zwijacz pasa bezpieczeństwa 14 to główne elementy napinacza linki (rys. 9). System jest zamocowany ruchomo na rurze ochronnej 3 w pokrywie łożyska, podobnie jak wahadło pionowe. Stalowa linka 1 jest zamocowana na tłoku 17. Linka jest nawinięta i zainstalowana na rurze ochronnej na bębnie 18 na linkę.

Moduł napinający składa się z następujących elementów:

• czujniki w postaci układu „sprężyna-masa”;
• generator gazu 4 z pirotechnicznym ładunkiem miotającym;
• tłok 1 ze stalową linką w tubie.

Jeżeli opóźnienie samochodu podczas zderzenia przekroczy określoną wartość, wówczas sprężyna czujnika 7 zaczyna ściskać się pod działaniem masy czujnika. Czujnik składa się ze wspornika 6, generatora gazu 4 z wyrzucanym przez niego ładunkiem pirotechnicznym, sprężyny uderzeniowej 5, tłoka 1 i rury 2.

Ryż. 9. Napinacz linki: a - zapłon; b - napięcie; 1, 16 - tłok; 2 - tuba; 3 - rura ochronna; 4 - generator gazu; 5, 15 - sprężyna uderzeniowa; 6 - wspornik czujnika; 7 - sprężyna czujnika; 8 - pas bezpieczeństwa; 9 - płyta uderzeniowa z kołkiem uderzeniowym; 10, 14 - mechanizm nawijania pasa bezpieczeństwa; 11 - śruba czujnika; 12 - wieniec zębaty wału; 13 - segment zębaty; 17 - stalowy kabel; 18 - bęben

Jeżeli podpora 6 przesunęła się na odległość większą niż norma, generator gazu 4, utrzymywany w spoczynku przez sworzeń czujnika 11, zostaje zwolniony w kierunku pionowym. Naprężona sprężyna udarowa 15 popycha ją w kierunku kołka udarowego w płycie udarowej. Gdy generator gazu uderza w impaktor, ładunek pływakowy generatora gazu zapala się (ryc. 9, a).

W tym czasie gaz jest wtryskiwany do rury 2 i przesuwa tłok 1 ze stalową linką 17 w dół (ryc. 9, b). Podczas pierwszego ruchu linki owiniętej wokół sprzęgła segment zębaty 13 przemieszcza się promieniowo na zewnątrz od bębna pod działaniem siły przyspieszenia i sprzęga się z zębatym obrzeżem wałka 12 nawijarki pasa bezpieczeństwa 14.

2.2. Napinacz paska kulkowego

Składa się z kompaktowego modułu, który oprócz rozpoznawania paska zawiera również ogranicznik napięcia paska (ilustr. 10). Aktywacja mechaniczna następuje tylko wtedy, gdy czujnik klamry pasa bezpieczeństwa wykryje, że pas jest zapięty.

Kulkowy napinacz pasa bezpieczeństwa jest uruchamiany przez kulki umieszczone w rurze 9. W przypadku kolizji sterownik poduszek powietrznych zapala wyrzucany ładunek 7 (rys. 10, b). W elektrycznych napinaczach pasów bezpieczeństwa uruchamianie mechanizmu napędowego jest realizowane przez jednostkę sterującą poduszek powietrznych.

Gdy wyrzucany ładunek zostaje zapalony, rozprężające się gazy wprawiają kulki w ruch i kierują je przez koło zębate 11 do balonu 12, aby zebrać kulki.

Ryż. 10. Napinacz kulkowy: a - widok ogólny; b - zapłon; c - napięcie; 1, 11 - bieg; 2, 12 - balon na piłki; 3 - mechanizm napędowy (mechaniczny lub elektryczny); 4, 7 - ładunek pirotechniczny miotający; 5, 8 - pas bezpieczeństwa; 6, 9 - tuba z kulkami; 10 - zwijacz pasa bezpieczeństwa

Ponieważ zwijacz pasa bezpieczeństwa jest sztywno połączony z kołem zębatym, obraca się za pomocą kulek, a pas zwija się (ryc. 10, c).

2.3. Obrotowy napinacz paska

Działa na zasadzie wirnika. Napinacz składa się z wirnika 2, detonatora 1, mechanizmu napędowego 3 (ryc. 11, a)

Pierwszy detonator napędzany jest napędem mechanicznym lub elektrycznym, podczas gdy rozprężający się gaz obraca wirnik (ryc. 11, b). Ponieważ wirnik jest połączony z wałem pasa, pas bezpieczeństwa zaczyna się zwijać. Po osiągnięciu pewnego kąta obrotu wirnik otwiera kanał obejściowy 7 do drugiego wkładu. Pod działaniem ciśnienia roboczego w komorze nr 1 zapala się drugi nabój, dzięki czemu wirnik nadal się obraca (ryc. 11, c). Spaliny z komory nr 1 wychodzą przez kanał wylotowy 8.

Ryż. 11. Napinacz obrotowy: a - widok ogólny; b - działanie pierwszego detonatora; c - działanie drugiego detonatora; g - akcja trzeciej petardy; 1 - przynęta; 2 - wirnik; 3 - mechanizm napędowy; 4 - pas bezpieczeństwa; 5, 8 - kanał wyjściowy; 6 - praca pierwszej przynęty; 7, 9, 10 - kanały omijania; 11 - uruchomienie drugiego detonatora; 12 - komora nr 1; 13 - wykonanie trzeciej przynęty; 14 - numer kamery 2

Po osiągnięciu drugiego kanału obejściowego 9 trzeci wkład jest zapalany pod działaniem ciśnienia roboczego w komorze nr 2 (ryc. 11, d). Wirnik nadal się obraca, a spaliny z komory nr 2 wychodzą przez wylot 5.

2.4. Napinacz pasa

W celu płynnego przeniesienia siły na taśmę stosuje się również różne urządzenia zębatkowe (ryc. 12).

Napinacz zębatki działa w następujący sposób. Na sygnał sterownika poduszek powietrznych ładunek detonatora zapala się. Pod ciśnieniem powstających gazów tłok z zębatką 8 porusza się w górę, powodując obrót koła zębatego 3, które jest z nim sprzęgnięte. Obrót koła zębatego 3 jest przenoszony na koła zębate 2 i 4. Koło zębate 2 jest sztywno połączone z zewnętrznym pierścieniem 7 sprzęgła jednokierunkowego, które przenosi moment obrotowy na wał skrętny 6. Gdy pierścień 7 obraca się, rolki 5 sprzęgła są zaciśnięty między sprzęgłem a wałem skrętnym. W wyniku obrotu wału skrętnego pas bezpieczeństwa jest napinany. Napięcie paska jest zwalniane, gdy tłok dotrze do amortyzatora.

Ryż. 12. Napinacz pasa bezpieczeństwa: a - pozycja wyjściowa; b - koniec napięcia paska; 1 - amortyzator; 2, 3, 4 - biegi; 5 - wałek; 6 - oś skręcania; 7 - zewnętrzny pierścień sprzęgła jednokierunkowego; 8 - tłok ze stojakiem; 9 - petarda

2.5 odwracalny napinacz paska

W bardziej złożonych systemach bezpieczeństwa biernego oprócz pirotechnicznych napinaczy pasów bezpieczeństwa znajduje się odwracalny napinacz pasów bezpieczeństwa (rys. 13) z jednostką sterującą oraz adaptacyjny ogranicznik siły pasów bezpieczeństwa (włączany).

Każdy odwracalny napinacz pasa bezpieczeństwa jest sterowany przez oddzielną jednostkę sterującą. Na podstawie poleceń magistrali danych, jednostki sterujące napinaczami pasów bezpieczeństwa sterują podłączonymi silnikami uruchamiającymi.

Odwracalne napinacze mają trzy poziomy siły uruchamiania:

1. mały wysiłek - wybór luzu w pasie bezpieczeństwa;
2. siła średnia - napięcie częściowe;
3. wysoka wytrzymałość - pełne napięcie.

Jeżeli sterownik poduszek powietrznych wykryje niewielkie zderzenie czołowe, które nie wymaga napinacza pirotechnicznego, wysyła sygnał do sterowników napinaczy. Nakazują one pełne napięcie pasów bezpieczeństwa przez silniki napędowe.

Ryż. 13. Pas bezpieczeństwa z odwracalnym napinaczem: 1 - bieg; 2 - hak; 3 - wiodący napęd

Wał silnika (nie pokazany na rys. 13), obracający się przez koło zębate, obraca napędzany dysk połączony z wałem pasa bezpieczeństwa dwoma wysuwanymi hakami. Pas bezpieczeństwa owija się wokół osi i napina.

Jeśli wał silnika nie obraca się lub obraca się nieznacznie w przeciwnym kierunku, haczyki mogą się złożyć i zwolnić wałek pasa bezpieczeństwa.

Przełączany ogranicznik siły pasa bezpieczeństwa jest aktywowany po wyzwoleniu pirotechnicznych napinaczy. W tym przypadku mechanizm blokujący blokuje oś pasa, zapobiegając jego odwijaniu z powodu możliwej bezwładności ciał pasażerów i kierowcy.