Ремни и подушки безопасности: устройство и принцип работы
Как ремень и подушка работают вместе
Задача — растянуть остановку. Кузов останавливается за 0,1 с и сминается на 0,5 м. Ремень и подушка должны остановить тело на этом же пути, а не об руль за 5 мс.
Ремень убирает слабину. Шарик датчика замедления поднимает рычаг, собачка входит в зубья храповика, и катушка стопорится. Преднатяжитель — газ, поршень и рейка — за 8 мс проворачивает её назад и выбирает слабину: тело начинает тормозить вместе с машиной.
Ограничитель снимает пик. Когда сила в ремне доходит до 4 кН, торсион внутри вала закручивается: храповик стоит, а катушка поворачивается и отпускает ленту. Грудь не перегружается, а подушка принимает остаток.
Подушка — только с ремнём. Подушка наполняется за 30 мс и тут же выпускает газ. Без ремня человек приходит к ней слишком рано и слишком быстро.
Детали в модели «Ремни и подушки безопасности»
Ремень безопасности. Трёхточечный ремень: диагональная ветвь держит грудь, поясная — таз. Лента выдерживает больше 15 кН и при ударе растягивается на 10–15 %.
Катушка с преднатяжителем и ограничителем. Стальная рама у основания стойки, в ней пустотелый вал с намотанной лентой: чем больше ленты вытянуто, тем тоньше рулон. При замедлении больше 0,45 g шарик датчика выкатывается из своего гнезда и поднимает рычаг, а рычаг вводит собачку в зубья храповика; маховичок с грузиком так же стопорит катушку при резком рывке ленты. Внутри вала торсион: храповик держит один его конец, катушка тянет другой, и при силе около 4 кН торсион закручивается, отпуская ленту. Преднатяжитель: газогенератор толкает поршень с зубчатой рейкой, рейка поворачивает шестерню на валу назад и за 8 мс выбирает до 80 мм слабины.
Подушка безопасности водителя. Нейлоновый мешок около 60 л в ступице руля. Газогенератор наполняет его за 30 мс, затем газ уходит через отверстия, и подушка мягко принимает голову и грудь.
Спиральный кабель руля. Ленточный кабель свёрнут в спираль под рулём и соединяет подушку и кнопки с машиной при повороте руля на 2–3 оборота в каждую сторону.
Блок управления подушками. Стоит на тоннеле в центре машины. Внутри датчики замедления; по ним и по передним датчикам за 10–25 мс решает, нужно ли срабатывание и какое.
Передний датчик удара. Датчик ускорения за бампером первым чувствует удар и помогает блоку отличить сильный удар от наезда на бордюр.
Сиденье. Подушка сиденья с наклонным «пандусом» спереди не даёт тазу выскользнуть под поясной ремень.
Показ по шагам
Удар 50 км/ч. Машина врезается в стену. Кузов сминается и останавливается примерно за 90 мс; тело по инерции продолжает двигаться вперёд.
12 мс: решение. Блок в центре машины и передний датчик видят замедление уже около 10 g, и оно растёт (пик около 25 g — к 45 мс). Блок решает зажечь пиропатроны преднатяжителя и подушки.
20 мс: ремень натянут. Шарик датчика выкатился из гнезда и поднял рычаг — собачка вошла в зубья храповика. Газогенератор толкнул поршень с рейкой: рейка провернула катушку назад и за 8 мс выбрала до 80 мм слабины, тело прижато к сиденью раньше, чем начнёт двигаться.
45 мс: подушка раскрыта. Газогенератор наполнил мешок. Грудь и голова встречают уже полную подушку, а ограничитель ремня держит силу около 4 кН: храповик стоит, торсион внутри катушки закручивается и отпускает ленту.
Без ремня. Без ремня тело летит на подушку с полной скоростью и приходит к ней слишком рано. В этой модели оно проминает подушку и доходит до руля. Подушка — дополнение к ремню: без ремня она смягчает удар хуже и может сама травмировать.
Что ломается и как это проявляется
Обрыв спирального кабеля. Признаки: на панели постоянно горит индикатор подушек, часто не работают кнопки на руле и звуковой сигнал. Что проверить: считать ошибки блока подушек (обрыв цепи подушки водителя). Работы с подушками — только по инструкции: отключить аккумулятор и выждать время перед снятием подушки.
Катушка не блокируется. Признаки: если резко дёрнуть ремень, он не стопорится. На резком торможении тело уходит вперёд, ремень не держит. Что проверить: резко потянуть ленту — она должна заблокироваться. Проверить на торможении с 20 км/ч. Катушку меняют целиком, ремонт не допускается.
Преднатяжитель уже срабатывал. Признаки: после небольшой аварии подушки не раскрылись, но ремень не вытягивается полностью или горит индикатор. Пиропатрон одноразовый. Что проверить: после любой аварии со срабатыванием преднатяжителей катушки меняют, блок проверяют. Признак — ошибки в блоке и короткая вытягиваемая лента.
Ремень без ограничителя. Признаки: внешне ремень работает нормально — так устроены старые или неоригинальные катушки без торсиона. Что проверить: ставить только катушки, предназначенные для этой машины и этого места. Подушка рассчитана на работу вместе с ограничителем.
Упрощения модели
Тело сведено к одной массе 55 кг, которая движется вперёд; поворот торса и голова показаны по простым соотношениям.
Импульс удара — синусоида 90 мс для жёсткой стены, без учёта конкретной конструкции кузова.
Подушка показана как растущий эллипсоид; реальные мешки складываются и разворачиваются сложнее.
Катушка показана в разрезе и упрощена: датчик замедления — шарик в конусе с рычагом, датчик рывка ленты — маховичок с грузиком, привод преднатяжителя — поршень с рейкой и шестернёй (бывают и шариковые, и другие приводы); у разных изготовителей устройство отличается. Ход шарика и рычага увеличен для наглядности.
Лента толщиной 1,2 мм: за время удара рулон меняет диаметр всего на несколько миллиметров, поэтому ход ленты лучше виден по повороту храповика и по показанию «Лента из катушки» (минус — лента втянута преднатяжителем). Поздняя блокировка при неисправности задана условно — после 180 мм.
Не пытайтесь проверять или снимать подушки самостоятельно: это пиротехнические устройства.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.