История подушки безопасности
Патент на автомобильную подушку безопасности получил американец Джон Хетрик 5 августа 1952 года.
Почти в то же время немецкий инженер Вальтер Линдерер подал заявку на патент , но получил его только 12 ноября 1953 года, примерно через три месяца после своего коллеги из США. Первые подушки безопасности, разработанные Хетриком и Линдерером, основывались на системе сжатого воздуха, выпускаемой пружиной, ударом бампера или самим водителем.
Последующие исследования 1960-х годов показали, что сжатый воздух не может надувать механические подушки безопасности достаточно быстро, чтобы обеспечить максимальную безопасность, что привело к разработке современных химических и электрических подушек безопасности.
Хотя это изобретение было запатентовано в 1950-х годах, его первое коммерческое использование не состоялось до истечения срока действия патента в 1971 году, когда несколько экспериментальных автомобилей Ford были оснащены подушками безопасности.
В 1964 году японский инженер Ясудзабуро Кобори начал работу над системой «подстраховки». В этой концепции для надувания подушки безопасности использовалась взрывчатка. Изобретатель получил патент в 14 странах, но умер в 1975 году, незадолго до того, как инновационное устройство стало популярным.
В 1967 году произошел прорыв в разработке датчиков удара для подушек безопасности, когда Аллен К. Брид изобрел механизм обнаружения удара. В его системе электромеханический датчик со стальным шаровым магнитом, прикрепленным к трубке, мог надуть подушку безопасности за 30 миллисекунд. Впервые вместо сжатого воздуха был использован небольшой взрыв азида натрия. Корпорация Breed продала это нововведение компании Chrysler.
В начале 1970-х годов General Motors начала предлагать автомобили с подушками безопасности, первоначально на купленных государством седанах Chevrolet Impala 1973 года выпуска. Эти автомобили были оснащены приборной панелью в стиле Oldsmobile 1974 года и специальным рулевым колесом, включавшим боковую подушку безопасности водителя.
Принцип работы подушки безопасности
Подушками безопасности автомобиля управляет блок управления подушками безопасности (ACU ), который является специальным компонентом центрального блока управления (ECU). ACU контролирует ряд связанных датчиков в автомобиле, включая акселерометры, датчики столкновения, датчики бокового (дверного) давления, датчики скорости колес, гироскопы, датчики тормозного давления и датчики занятости сиденья.
Таким образом, ACU часто действует как регистратор событий; не все ACU EDR и не все ACU включают функцию EDR. ACU обычно содержит конденсаторы в своей схеме, поэтому модуль остается под напряжением и может активировать подушки безопасности, если электрическое соединение с аккумулятором автомобиля потеряно во время аварии.
Сама подушка безопасности и механизм ее надувания всегда спрятаны где-то внутри автомобиля, за пластиковыми крышками или дверями, и предназначены для раскрытия при надувании. При достижении или превышении требуемого порога блок управления подушек безопасности воспламеняет топливо газогенератора для быстрого надувания подушки безопасности.
Как только человек в автомобиле ударяется о подушку безопасности и оказывает давление, газ высвобождается контролируемым образом через небольшие вентиляционные отверстия. Емкость подушек безопасности и размер вентиляционных отверстий в корпусе варьируются от автомобиля к автомобилю, но цель всегда состоит в том, чтобы распределить замедление (и, следовательно, силу) по телу пассажира и смягчить удар - за счет взаимодействия механизма подушки безопасности и ремней безопасности.
Сигналы от различных датчиков передаются в блок управления подушками безопасности, который использует их для определения угла, степени или силы удара, а также других переменных.
Каждое запирающее устройство обычно приводится в действие одним или несколькими пиротехническими элементами, состоящими из электрического проводника, обернутого горючим материалом. Такой элемент активируется импульсом тока силой от 1 до 3 ампер менее чем за 2 миллисекунды. Когда проводник достаточно нагрет, он воспламеняет горючий материал, что приводит в действие газогенератор.
В преднатяжителе ремня безопасности этот горячий газ используется для перемещения поршня натяжителя ремня безопасности. В подушках безопасности активатор служит для воспламенения твердого топлива в устройстве надувания подушки безопасности. При сгорании топлива образуется инертный газ, который наполняет подушку безопасности примерно за 20–30 миллисекунд.
Если подушка безопасности раскрывается слишком медленно, риск травмирования пассажира в результате контакта с надувающейся подушкой безопасности может возрасти. Поскольку расстояние между пассажиром и приборной панелью обычно больше, подушка безопасности со стороны пассажира больше, и для ее надувания требуется больше газа.
Старые системы подушек безопасности содержали смесь азида натрия (NaN3), KNO3 и SiO2. Типичная боковая подушка безопасности водителя содержит примерно 50–80 г NaN3, а более крупная подушка безопасности со стороны пассажира содержит примерно 250 г. Примерно в течение 40 миллисекунд после удара эти компоненты вступают в три различные реакции, образуя азотсодержащий газ. Реакции по порядку:
- 2 NaN 3 → 2 Na + 3 N 2
- 10 Na + 2 KNO 3 → K 2 O + 5 Na 2 O + N 2
- К 2 О + Na 2 О + 2 SiO 2 → К 2 SiO 3 + Na SiO 23
Очень важно, чтобы материалы, используемые для реакции, не были гигроскопичными, поскольку поглощенная влага может снизить чувствительность системы и привести к сбою реакции.
Продолжаются попытки найти альтернативные соединения, которые можно было бы использовать в подушках безопасности с использованием менее токсичных реагентов.
Типы подушек безопасности и тенденции, используемые в настоящее время
Подушки безопасности сейчас являются незаменимым элементом большинства дорожных транспортных средств, и дизайнеры постоянно ищут в салоне новые места, где их было бы целесообразно использовать. Их количество растет, а вместе с ним и аварийная безопасность автомобилей.
Наиболее распространенные типы подушек безопасности, встречающиеся сегодня:
- Передние подушки безопасности со стороны водителя и пассажира
- Задняя подушка безопасности для сидений второго ряда (лобовое столкновение)
- Боковая подушка безопасности
- Передние и задние шторки безопасности
- Шторковая подушка безопасности с датчиком опрокидывания (RSCA)
- Центральная подушка безопасности
- Коленная подушка безопасности
- Подушка безопасности, защищающая таз
- Подушка безопасности с ремнем безопасности
- Подушка безопасности для пешеходов