Ремені безпеки та натягувачі ременів безпеки

Найбільш поширеним конструктивним елементом системи пасивної безпеки автомобіля є ремені безпеки. Його використання знижує ймовірність і тяжкість травм внаслідок ударів об тверді частини тіла, скла, інших пасажирів (так звані вторинні удари). Пристебнуті ремені безпеки забезпечують ефективну роботу подушок безпеки.

За кількістю точок кріплення розрізняють такі види ременів безпеки: дво-, три-, чотири-, п'яти-і шеститочкові.

Двоточкові ремені безпеки (рис. 1) в даний час використовуються як центральний ремень безпеки на задньому сидінні деяких старих автомобілів, а також на пасажирських сидіннях в літаках. Двосторонній ремінь безпеки є поясний ремінь, який охоплює талію і кріпиться до обох боків сидіння.

Триточкові ремені безпеки (рис. 2) є основним типом ременів безпеки та встановлюються на всі сучасні автомобілі. 3-точковий діагональний поясний ремінь має V-подібне розташування, яке рівномірно розподіляє енергію тіла, що рухається на груди, таз і плечі. Компанія Volvo запропонувала перші серійні триточкові ремені безпеки у 1959 році. Розглянемо пристрій триточкових ременів безпеки як найпоширеніший.

Триточковий ремінь безпеки складається з лямки, пряжки та натягувача.

Ремінь безпеки виготовлений із міцного матеріалу та кріпиться до кузова спеціальними пристроями у трьох точках: на стійці, на порозі та на спеціальній тязі із замком. Для адаптації ременя під зростання конкретної людини у багатьох конструкціях передбачено регулювання висоти верхньої точки кріплення.

Замок фіксує ремінь безпеки та встановлюється поряд з автокріслом. Для з'єднання із застібкою ремінця зроблений рухомий металевий язичок. Як нагадування про необхідність пристібатися ременем безпеки конструкції замку передбачений вимикач, включений в ланцюг системи AV-сигналізації. Попередження відбувається за допомогою сигнальної лампи на панелі приладів і звукового сигналу. Алгоритм роботи цієї системи має відмінності у різних автовиробників.

Втягуючий пристрій забезпечує примусове розмотування та автоматичне змотування ременя безпеки. Він кріпиться до кузова автомобіля. Котушка оснащена інерційним стопорним механізмом, який зупиняє рух ременя на котушці у разі аварії. Використовуються два способи блокування: внаслідок руху (інерції) автомобіля та внаслідок руху самого ременя безпеки. Стрічку можна стягувати з барабана котушки лише повільно, без прискорення.

Сучасні автомобілі оснащені ременями безпеки з натягувачами.

П'ятиточкові ремені безпеки (рис. 4) використовуються у спортивних автомобілях та для кріплення дітей у дитячих автокріслах. Включає два поясних ременя, два плечових ременя і один ремінь між ногами.

Рис. 4. П'ятиточкові ремені

6-точкові ремені безпеки мають дві лямки між ногами, що забезпечує більш надійну посадку гонщика.

Однією з перспективних розробок є надувні ремені безпеки, які наповнюються газом під час аварії. Вони збільшують площу контакту з пасажиром та, відповідно, знижують навантаження на людину. Надувна секція може являти собою плечову секцію або плечову та поясну секції. Випробування показують, що така конструкція ременя безпеки забезпечує додатковий захист від бічного удару.

Рис. 5. Надувні ремені безпеки

Ford пропонує цю опцію у Європі для Ford Mondeo четвертого покоління. Для пасажирів заднього ряду встановлено надувні паски безпеки. Система призначена для зменшення травм голови, шиї та грудної клітки у разі аварії для пасажирів заднього ряду, які часто є дітьми та літніми людьми, які особливо схильні до цих типів травм. У повсякденному використанні надувні ремені безпеки працюють так само, як і звичайні та сумісні з дитячими сидіннями.

У разі аварії датчик удару подає сигнал на блок управління системою безпеки, блок посилає сигнал на відкриття запірного клапана вуглекислотного балона, розташованого під сидінням, клапан відкривається і газ, який раніше був у стислому стані, заповнює подушку ременя безпеки. Ремінь швидко розвертається, розподіляючи силу удару по поверхні тіла, що у п'ять разів більше, ніж у стандартних ременів безпеки. Час активації ремінців не перевищує 40 мс.

З новим Mercedes-Benz S-Class W222 компанія розширює можливості захисту пасажирів на задньому сидінні. Пакет «PRE-SAFE для задніх сидінь» поєднує в собі переднатягувачі ременів та подушку безпеки в ремені безпеки (Beltbag) та подушки безпеки в передніх сидіннях. Комбіноване використання цих пристроїв при ДТП знижує травматизм пасажирів на 30% порівняно із традиційною схемою. Подушка безпеки ременя безпеки є ремінь безпеки, здатний надуватися і тим самим знижувати ризик отримання травм пасажирами при лобовому зіткненні за рахунок зменшення навантаження на грудну клітку. Таке подушка запобіжить прослизання пасажира в напівлежачому положенні під ремінь безпеки у разі аварії (так званого «пірнання»). Таким чином, Mercedes-Benz вдалося розробити зручне сидіння з спинкою, що відкидається, яке в разі аварії забезпечить більш високий рівень безпеки, ніж сидіння, в якому спинка відкидається за рахунок висування подушки сидіння.

В якості заходу проти невикористання ременів безпеки з 1981 р. пропонуються автоматичні ремені безпеки (рис. 6), які автоматично закріплюють пасажира при зачиненні дверей (запуск двигуна) і звільняють його при відкритті дверей (запуск двигуна) стоп). Як правило, рух плечового ременя, що переміщається по краях дверної коробки, автоматизовано. Ремінь застібається вручну. Через складність конструкції, незручності посадки в автомобіль автоматичні ремені безпеки зараз практично не використовуються.

Рис. 6. Автоматичний ремінь безпеки

2. Натягувачі ременів безпеки

При швидкості, наприклад, 56 км/год від моменту зіткнення з нерухомою перешкодою до зупинки автомобіля проходить близько 150 мс. Водій та пасажир автомобіля не встигають вчинити якихось дій за такий короткий проміжок часу, тому є пасивними учасниками аварійної ситуації. У цей період повинні бути активовані переднатягувачі ременів безпеки, подушки безпеки та аварійний вимикач акумуляторної батареї.

При аварії ремені безпеки повинні поглинати рівень енергії, що дорівнює кінетичній енергії людини, що падає з четвертого поверху багатоповерхового будинку. Зважаючи на можливе ослаблення ременя безпеки для компенсації цього ослаблення використовується натягувач (переднатягувач).

Натягувач ременя безпеки змотує ремінь безпеки у разі зіткнення. Це допомагає зменшити провисання ременя безпеки (простір між ременем безпеки та тілом). Таким чином, ремінь безпеки заздалегідь запобігає руху пасажира вперед (стосовно руху автомобіля).

В автомобілях використовуються як діагональні натягувачі ременів безпеки, так і натягувачі з пряжкою. Використання обох видів дозволяє оптимально зафіксувати пасажира, тому що в цьому випадку система відтягує пряжку назад, одночасно натягуючи діагональну та черевну гілки ременя безпеки. Насправді в основному встановлюються натягувачі першого типу.

Натягувач ременя безпеки покращує натяг і підвищує захист від ковзання ременя. Це досягається за рахунок негайного спрацювання натягувача ременя безпеки під час початкового удару. Максимальне переміщення водія чи пасажира у прямому напрямку має становити близько 1 см, а тривалість процесу механічної дії має становити 5 мс (максимальне значення 12 мс). Натягувач гарантує, що секція ременя (довжиною до 130 мм) змотається майже 13 мс.

Найбільш поширені механічні переднатягувачі ременів безпеки (рис. 7).

Рис. 7. Механічний натягувач ременя безпеки: 1 - ремінь безпеки; 2 - храпове колесо; 3 - вісь інерційної котушки; 4 - клямка (закрите положення); 5 - маятниковий пристрій

На додаток до традиційних механічних натягувачів багато виробників тепер оснащують автомобілі піротехнічними натягувачами (рис. 8).

Рис. 8. Піротехнічний натягувач: 1 - ремінь безпеки; 2 - поршень; 3 - піротехнічний патрон

Вони активуються, коли вбудований у систему датчик виявляє перевищення заданого порога уповільнення, що свідчить про початок зіткнення. При цьому спалахує детонатор піротехнічного патрона. Під час вибуху патрона виділяється газ, тиск якого впливає на поршень, з'єднаний з ременем безпеки. Поршень рухається швидко та натягує ремінь. Зазвичай час відгуку пристрою не перевищує 25 мс початку розряду.

Щоб уникнути перевищення навантаження на грудну клітину, ці ремені мають обмежувачі натягу, які працюють наступним чином: спочатку досягається максимально допустиме навантаження, після чого механічний пристрій дозволяє пасажиру просунутися на певну відстань вперед, зберігаючи рівень заряду постійним.

За конструкцією та принципом дії розрізняють такі види натягувачів ременів безпеки:

• трос із механічним приводом;
• м'яч;
• поворотний;
• полиця;
• оборотний.

2.1. Тросовий натягувач ременя безпеки

Натягувач ременя безпеки 8 та автоматичний змотувач ременя безпеки 14 є основними вузлами натягувача троса (рис. 9). Система рухомо закріплена на захисній трубці 3 кришці підшипника, аналогічно вертикальному маятнику. На поршні 1 закріплений сталевий трос 17. Трос намотаний і встановлений на захисній трубці барабані 18 для троса.

Модуль натягу складається з наступних елементів:

• датчики у вигляді системи «пружина маса»;
• газогенератор 4 з піротехнічним метальним зарядом;
• поршень 1 зі сталевим тросом у трубці.

Якщо уповільнення автомобіля при зіткненні перевищує певне значення, пружина датчика 7 починає стискатися під дією маси датчика. Датчик складається з опори 6, газогенератора 4 з піротехнічним зарядом, що викидається ним, ударної пружини 5, поршня 1 і трубки 2.

Рис. 9. Натягувач троса: а - запалювання; б - напруга; 1, 16 - поршень; 2 - трубка; 3 - захисна трубка; 4 - газогенератор; 5, 15 - ударна пружина; 6 - кронштейн датчика; 7 - пружина датчика; 8 - ремінь безпеки; 9 - ударна пластина з ударним штифтом; 10, 14 - механізм намотування ременя безпеки; 11 - болт датчика; 12 - зубчастий вінець валу; 13 - зубчастий сегмент; 17 - сталевий трос; 18 - барабан

Якщо опора 6 перемістилася на відстань більшу за норму, газогенератор 4, утримуваний у спокої болтом датчика 11, звільняється у вертикальному напрямку. Напружена ударна пружина 15 штовхає її у напрямку ударного штифта в ударній пластині. При ударі газогенератора об ударник відбувається спалах поплавкового заряду газогенератора (рис. 9, а).

У цей час газ нагнітається в трубку 2 і переміщає поршень 1 зі сталевим тросом 17 (рис. 9, б). При першому русі троса, намотаного на муфту, зубчастий сегмент 13 радіально переміщається назовні від барабана під дією сили прискорення і входить в зачеплення з зубчастим вінцем валу 12 механізму намотування ременя безпеки 14.

2.2. Кульковий натягувач ременя безпеки

Він складається з компактного модуля, який, крім розпізнавання ременя, також включає обмежувач натягу ременя (рис. 10). Механічне спрацьовування відбувається лише тоді, коли датчик замка ременя безпеки визначає, що ремінь безпеки пристебнутий.

Кульковий переднатягувач ременя безпеки приводиться в дію кульками, поміщеними в трубку 9. У разі зіткнення блок керування подушкою безпеки спалахує заряд, що викидає 7 (рис. 10, б). В електричних натягувачах ременів безпеки активація механізму приводу здійснюється блоком керування подушками безпеки.

При займанні викинутого заряду гази, що розширюються, приводять кулі в рух і направляють їх через шестерню 11 в балон 12 для збору куль.

Рис. 10. Кульовий натягувач: а - загальний вигляд; б - запалювання; в - напруга; 1, 11 - шестерня; 2, 12 - балон для м'ячів; 3 - приводний механізм (механічний або електричний); 4, 7 - піротехнічний метальний заряд; 5, 8 - ремінь безпеки; 6, 9 - трубка з кульками; 10 - моталка ременя безпеки

Оскільки котушка ременя безпеки жорстко з'єднана із зірочкою, вона обертається з кульками, а ремінь втягується (рис. 10, в).

2.3. Роторний натягувач ременів безпеки

Працює за принципом ротора. Натягувач складається з ротора 2 детонатора 1 приводного механізму 3 (рис. 11 а)

Перший детонатор приводиться в дію механічним або електричним приводом, при цьому газ, що розширюється, обертає ротор (рис. 11, б). Оскільки ротор з'єднаний з ременем, ремінь безпеки починає втягуватися. При досягненні певного кута повороту ротор відкриває канал перепуску 7 до другого картриджа. Під дією робочого тиску в камері № 1 займається другий патрон, завдяки чому ротор продовжує обертатися (рис. 11, в). Димові гази із камери №1 виходять через випускний канал 8.

Рис. 11. Роторний натягувач: а - загальний вигляд; б - дія першого детонатора; в - дія другого детонатора; г - дія третьої петарди; 1 - приманка; 2 - ротор; 3 - приводний механізм; 4 - ремінь безпеки; 5, 8 - вихідний канал; 6 - робота першої приманки; 7, 9, 10 - обвідні канали; 11 - спрацьовування другого детонатора; 12 - камера №1; 13 - виступ третьої приманки; 14 - камера №2

При досягненні другого перепускного каналу 9 відбувається займання третього патрона під дією робочого тиску камері № 2 (рис. 11, г). Ротор продовжує обертатися та відпрацьований газ з камери № 2 виходить через вихідний отвір 5.

2.4. Рейковий натягувач ременів безпеки

Для плавної передачі зусилля на ремінь застосовують різні пристрої рейкової передачі (рис. 12).

Натягувач стійки працює в такий спосіб. За сигналом блоку управління подушками безпеки спалахує заряд-детонатор. Під тиском газів, що утворюються, поршень з рейкою 8 рухається вгору, викликаючи обертання шестерні 3, що знаходиться з нею в зачепленні. Обертання шестерні 3 передається шестерням 2 і 4. Шестерня 2 жорстко пов'язана із зовнішнім кільцем 7 обгінної муфти, яка передає крутний момент на торсіонний вал 6. При обертанні кільця 7 ролики 5 муфти затиснуті між зчепленням і торс. Внаслідок обертання торсійного валу відбувається натяг ременя безпеки. Натяг ременя припиняється, коли поршень сягає демпфера.

Рис. 12. Натягувач ременя безпеки: а - вихідне положення; б - кінець натягу ременя; 1 - амортизатор; 2, 3, 4 - шестерні; 5 - ролик; 6 - вісь кручення; 7 - зовнішнє кільце обгінної муфти; 8 - поршень з рейкою; 9 - петарда

2.5 реверсивний натягувач ременя

У більш складних системах пасивної безпеки крім піротехнічних переднатягувачів ременів безпеки використовуються реверсивний переднатягувач ременя безпеки (рис. 13) з блоком управління та адаптивний обмежувач зусилля ременя безпеки (що відключається).

Кожен реверсивний переднатягувач ременя безпеки керується окремим блоком керування. На основі команд шини даних блоки керування переднатягувачами ременів безпеки приводять у дію підключені виконавчі двигуни.

Реверсивні натягувачі мають три рівні зусилля спрацьовування:

1. мале зусилля - підбір провисання ременя безпеки;
2. середня сила - часткове натяг;
3. висока міцність - повний натяг.

Якщо блок керування подушками безпеки реєструє незначне лобове зіткнення, при якому піротехнічний натягувач не потрібний, він надсилає сигнал блокам керування натягувачами. Вони дають команду на повний натяг ременів безпеки приводними двигунами.

Рис. 13. Ремінь безпеки з реверсивним переднатягувачем: 1 - шестерня; 2 - гачок; 3 - провідний привід

Вал двигуна (на рис. 13 не показаний), обертаючись через зубчасту передачу, обертає ведений диск, з'єднаний з валом ременя безпеки двома висувними гаками. Ремінь безпеки обертається навколо осі та затягується.

Якщо вал двигуна не обертається або трохи обертається у протилежному напрямку, гаки можуть скластися та звільнити вал ременя безпеки.

Обмежувач натягу ременя безпеки, що перемикається, спрацьовує після спрацьовування піротехнічних преднатяжителей. У цьому випадку механізм блокування блокує вісь ременя, не даючи ременю розмотуватись під дією можливої ​​інерції тіл пасажирів та водія.