Как обеспечивается пассивная безопасность в автомобилях

Пассивная безопасность в современных автомобилях играет ключевую роль в защите пассажиров в случае аварии. Давайте поглубже разберемся в принципе работы этой системы, чтобы понимать ее возможности без переоценки.
В этой статье мы рассмотрим основные механизмы и технологии, которые обеспечивают пассивную безопасность в автомобилях, и их важное значение для общей безопасности на дороге.

Что такое пассивная безопасность в автомобиле?

Прежде всего, определим, что такое пассивная система безопасности автомобиля. Это совокупность технических и эксплуатационных характеристик автомобиля, направленных на предотвращение и смягчение последствий дорожно-транспортных происшествий. Большинство этих систем вступают в действие во время столкновения, когда активные меры безопасности не могут предотвратить или избежать аварии. 

Что входит в пассивную систему безопасности?

Система пассивной безопасности включает в себя следующие компоненты:

1. Прочная конструкция салона, способная выдержать силу удара;

2. Элементы кузова, которые поглощают энергию при столкновении;

3. Ремни безопасности, включая инерционные с преднатяжителями;

4. Надувные подушки безопасности, встроенные в ремни безопасности;

5. Складывающаяся рулевая колонка;

6. Педальный узел, который отделяется от мест крепления при столкновении, чтобы уменьшить риск травм;

7. Мягкие элементы интерьера для смягчения удара;

8. Активные подголовники сидений, защищающие шею при столкновении сзади;

9. Безопасные стекла, разбивающиеся на небольшие не острые осколки;

10. Усиленные дуги безопасности, передние стойки крыши и верхняя рамка ветрового стекла;

11. Поперечные брусья в дверях и другие дополнительные элементы;

12. Защита от проникновения двигателя и других агрегатов в салон;

13. Системы оповещения экстренных служб, например, Эра-Глонасс.

В гоночных автомобилях, помимо перечисленных устройств, также применяются:

1. Специализированные пожарозащитные костюмы для гонщиков и шлемы;

2. Многоточечные ремни безопасности с системой быстрого отстегивания;

3. Продвинутые каркасы безопасности, сохраняющие целостность при нестандартных ситуациях;

4. Системы защиты шеи и головы;

5. Защита колес, чтобы снизить риск контакта с посторонними предметами;

6. Системы предотвращения и тушения пожаров.

Бела Барени впервые ввел концепцию пассивной безопасности как важный аспект конструирования автомобилей.

Рама и кузов автомобиля

Одним из основных элементов пассивной безопасности является прочная рама и кузов автомобиля. Они предназначены для поглощения и рассеивания энергии при столкновении, чтобы минимизировать воздействие на пассажиров. 

Сегодняшние автомобили обладают сложной структурой, которая обеспечивает пассивную безопасность. В основе кузова располагается прочная силовая клетка, окруженная зонами деформации, которые смягчают удар. Зоны деформации предназначены для поглощения и рассеивания энергии при столкновении. Эти зоны располагаются в передней и задней частях автомобиля и специально разработаны для минимизации воздействия на пассажиров в случае аварии. Внутри кузова создан безопасный интерьер, защищающий пассажиров. Первым, кто разработал такую конструкцию, был венгерский инженер Бела Барени, работавший в середине прошлого века на Mercedes. Первым автомобилем с запрограммированными зонами деформации стал Mercedes-Benz W111. Барени также внедрил складывающуюся рулевую колонку и безопасный руль. Он считается инициатором пассивной безопасности как важного аспекта автомобильного дизайна.

Сегодня основное внимание при проектировании автомобилей уделяется силовой структуре кузова. Краш-боксы впитывают удар и защищают пассажиров при столкновениях. Если столкновение сильное, нагрузка распределяется по всему кузову. Но место удара заранее неизвестно, поэтому важно, чтобы вся структура работала как одно целое. Автомобили лучше защищены спереди, так как большинство ДТП — фронтальные. Однако обеспечить защиту от боковых ударов гораздо сложнее. Двери оснащаются прочными брусьями, а стойки и пороги проектируются для перераспределения энергии удара.

Хотя основные принципы пассивной безопасности были заложены в прошлом веке, современные инженеры постоянно вносят улучшения. Применение высокопрочных металлов значительно повышает безопасность. Если раньше автомобили становились тяжелее, сейчас стремятся уменьшить массу, сохраняя безопасность. Современные технологии также направлены на защиту пешеходов. Капоты оборудуются шарнирами, позволяющими приподняться при наезде на человека. Некоторые модели оснащаются внешними подушками безопасности для защиты пешеходов.

Ремни безопасности

Ремни безопасности являются одним из самых важных элементов пассивной безопасности. Они предназначены для удержания пассажиров в месте в случае аварии, чтобы предотвратить их вылет из салона или контакт с внутренними частями автомобиля. Современные ремни безопасности обычно оснащены противоударными механизмами, которые регулируют степень натяжения ремня в зависимости от силы удара.

В наше время многие водители считают ремни безопасности лишь неудобством. Однако они глубоко ошибаются. По статистике, при фронтальном столкновении ремни сокращают риск серьезных повреждений в 2–2,5 раза, а при перевороте — в 5 раз! 

В 70-е годы в автомобильной промышленности были введены инерционные ремни, которые автоматически сматываются в катушку. В случае резкого движения тела вперед специальный механизм блокирует катушку, обеспечивая надежное удержание пассажира. Кстати, катушка блокируется не только при движении лямки, но и при ускорении в любом направлении. Это означает, что ремень будет работать правильно при столкновении сбоку или сзади.Важным изобретением стали преднатяжители ремней. В момент аварии пиропатроны срабатывают, затягивая ремень. Это был инженерный прорыв, который сейчас является стандартом для всех автомобилей.

Самое последнее усовершенствование, которое появилось в XXI веке, — это надувные ремни. В диагональную лямку встроена специальная подушка. В случае аварии она надувается, увеличивая площадь контакта ремня с телом человека и уменьшая риск получения травм. Этот концепт был представлен компанией Мерседес в 2009 году, а уже в следующем году японские производители начали использовать эту технологию. Первым автомобилем с надувными ремнями стал Lexus LFA в 2010 году. Позже они были установлены на Ford Explorer и Mondeo, а также на Mercedes S-класса и другие модели. 

Эволюция безопасности ремней еще не завершена. Производители рассматривают возможность внедрения адаптивных ремней, которые будут автоматически регулировать свою работу в зависимости от роста, веса и даже возраста пассажира. Все эти инновации будут работать в комплексе с подушками безопасности.

Подушки безопасности

Подушки безопасности или «Airbags» являются важным компонентом пассивной безопасности. Они предназначены для защиты пассажиров от ударов и смятия при столкновении. Подушки могут быть размещены в различных частях автомобиля, включая рулевое колесо, панель приборов, боковые стойки и двери. Система управления подушками безопасности активируется при обнаружении столкновения и мгновенно надувается, чтобы предотвратить травмы пассажиров.

Современные системы безопасности в автомобилях обладают уникальной способностью: они моментально активируются с той стороны, откуда был получен удар, и практически исключают ложные срабатывания. Основное значение, конечно, имеет скорость активации. В начале экспериментальных исследований в 50-х годах использовались баллоны с сжатым воздухом, но они оказались слишком медленными. Достаточную скорость обеспечивают пиропатроны с твердотопливным зарядом азида натрия (NaN3). Их активирует электрический импульс, и всего через 30-60 миллисекунд после удара купол системы безопасности полностью развертывается. Затем он быстро опустошается благодаря специальным отверстиям на задней стороне. Это дает возможность пассажиру самостоятельно покинуть салон.

Активацию подушек обеспечивают датчики ускорения. Исходные модели использовали механические датчики, в которых металлические грузики сдвигались под воздействием ускорения и активировали подушку. Однако их точность оставляла желать лучшего. В 90-е годы все производители перешли на миниатюрные пьезоэлектрические акселерометры, которые мгновенно оценивают силу ускорения. На основе этой информации блок управления системой безопасности решает, следует ли активировать подушки и какие именно. Например, при легком боковом ударе будут раскрыты только подушки безопасности с соответствующей стороны, а при опасности переворота салон будет защищен всеми доступными подушками.

Считается, что идеальное количество подушек составляет шесть. Хотя это не закреплено законодательно, модель без боковых подушек автоматически получает низкий балл за боковой краш-тест и, следовательно, не более трех звезд в общем рейтинге. Поэтому европейским производителям не предлагаются модели с меньшим числом подушек. Более шести — всегда лучше. Коленная подушка для водителя уже давно стала стандартом. В некоторых случаях производители идут еще дальше: например, у Toyota iQ есть подушки для голов задних пассажиров. Это обосновано, учитывая, что удар сзади в таком компактном автомобиле особенно опасен.

Заключение

В целом, пассивная безопасность в автомобилях играет важную роль в защите пассажиров в случае аварии. Современные технологии и инновации в этой области помогают сделать автомобили более безопасными и уменьшить число серьезных травм и смертельных случаев на дорогах.