Автомобильная безопасность традиционно делится на два типа — активную и пассивную. Активная безопасность — это системы и устройства, помогающие автомобилю избежать столкновения. Пассивная безопасность, в свою очередь, — это способность автомобиля защитить жизнь и здоровье пассажиров в случае аварии. Каждый современный автомобиль оснащён совокупностью ключевых систем пассивной безопасности, включая ремни безопасности, подушки безопасности и зоны деформации, призванных минимизировать травмы при столкновении.
Что происходит с автомобилем и его пассажирами при столкновении?
При лобовом столкновении автомобиль сминается и резко останавливается — однако пассажиры по инерции продолжают движение вперёд, устремляясь к рулевому колесу, панели приборов и лобовому стеклу. Может показаться, что в салоне недостаточно пространства для набора опасной скорости, но задействованные силы колоссальны. Замедление может достигать десятков единиц g, делая удар сопоставимым с прыжком с крыши высотного здания.
Чтобы сохранить жизнь и здоровье пассажиров в серьёзной аварии, их скорость должна снижаться как можно плавнее и постепеннее — подобно тому, как многослойные маты смягчают падения с высоты. Для этого кузов автомобиля должен одновременно отвечать двум кажущимся противоречивыми требованиям: быть достаточно жёстким для защиты пассажиров и достаточно гибким для поглощения энергии удара.
Зоны деформации и жёсткий защитный каркас
Современные кузова автомобилей решают эту задачу посредством двухкомпонентной конструктивной концепции:
- Жёсткий пассажирский каркас: Силовая рама вокруг водителя и пассажиров выполняется максимально жёсткой. Для этого применяется сверхвысокопрочная сталь, а в двери встраиваются усилительные брусья, предотвращающие их вдавливание при ударе.
- Запрограммированные зоны деформации: Передняя (моторный отсек) и задняя (багажник) части автомобиля спроектированы так, чтобы сминаться контролируемым образом, поглощая и рассеивая энергию удара до её попадания в салон.
Такой подход появился сравнительно недавно. В старых автомобилях подобных инженерных решений не существовало — весь кузов сминался равномерно, и пассажирский отсек разрушался с такой же вероятностью, что и бампер. Сегодня нередко можно увидеть современный автомобиль с полностью разбитой передней частью при практически нетронутом пассажирском отсеке.
Двигатель также представляет серьёзную опасность при лобовом столкновении. Чтобы он не проникал в салон — что могло бы оказаться смертельным, — в современных автомобилях применяются специально спроектированные опоры двигателя и конструкция моторного щита, направляющие двигатель вниз и в сторону от пассажиров при тяжёлой аварии.
Удары сзади и подголовники
Удары сзади несут собственные серьёзные риски — прежде всего хлыстовые травмы и повреждения шеи, вызванные резким запрокидыванием головы назад. Для борьбы с этим было разработано два поколения технологий подголовников:
- Стандартные подголовники: Ограничивают движение головы назад, предотвращая переразгибание шеи.
- Активные подголовники: Автоматически перемещаются вперёд в момент регистрации удара сзади, мгновенно поддерживая голову и фактически исключая опасное движение.
Ремни безопасности: важнейшее устройство пассивной безопасности
Когда речь идёт о защите пассажиров в аварии, ни одно устройство не является более фундаментальным, чем ремень безопасности. Позаимствованные из авиации, ремни безопасности существенно эволюционировали с момента появления в автомобилестроении. Вот как проходило это развитие:
- Двухточечные ремни: Самые ранние автомобильные ремни безопасности удерживали пассажира поперёк живота или груди в одной точке натяжения. Лучше, чем ничего, но далеко не идеально.
- Трёхточечные ремни: Ныне универсальная конструкция, равномернее распределяющая нагрузку при столкновении по груди, плечу и бёдрам, что резко снижает риск травм позвоночника и внутренних органов. Сочетание эффективности и простоты использования сделало его стандартом для гражданских автомобилей по всему миру.
- Многоточечные ремни (4-, 5- и 6-точечные): Применяются в автоспорте для надёжной фиксации гонщика в кресле в экстремальных условиях, однако слишком ограничивают движения для повседневной езды.
Современные ремни безопасности куда совершеннее обычной лямки. К ключевым инновациям относятся:
- Инерционные катушки: Позволяют ремню свободно перемещаться в обычных условиях, автоматически подстраиваясь под любое телосложение и обеспечивая комфортное изменение позы, — однако мгновенно блокируются при регистрации резкого замедления.
- Пиротехнические преднатяжители: Небольшие пиропатроны, срабатывающие при аварии и мгновенно — за миллисекунды — натягивающие ремень, прижимая пассажира к сиденью прежде, чем на него подействуют силы удара.
Подушки безопасности: второй рубеж защиты
Подушки безопасности — пожалуй, второе по важности изобретение в области пассивной безопасности после ремней. Концепция — надувание сложенного мешка за долю секунды при столкновении — была впервые запатентована в 1953 году, хотя технологии для её надёжной реализации появились лишь два десятилетия спустя.
Как работает подушка безопасности?
Залог эффективности подушки безопасности — скорость. Инженеры испытали различные методы наполнения, прежде чем остановились на пиротехнической системе, остающейся стандартом по сей день. Принцип её работы таков:
- Датчики удара фиксируют столкновение и за миллисекунды запускают электрический ток.
- Ток нагревает компактную таблетку азида натрия (NaN3) — кристаллического соединения — до температуры выше 330 °C.
- Азид натрия быстро разлагается на газообразный азот и металлический натрий.
- Выделившийся азот надувает подушку безопасности за 0,025–0,05 секунды (25–50 миллисекунд).
- Подушка амортизирует пассажира, а затем почти мгновенно сдувается, позволяя ему свободно двигаться после аварии.
Побочным эффектом столь стремительного наполнения в замкнутом пространстве является резкий скачок давления, способный вызвать повреждение барабанных перепонок или сотрясение мозга. Производители снижают этот риск, ограничивая скорость раскрытия подушки и применяя подушки сравнительно небольшого объёма, хотя определённый риск сохраняется в зависимости от индивидуальных особенностей человека и размеров автомобиля.
Краткая история подушки безопасности
Вопреки расхожему мнению, подушки безопасности появились не у европейских люксовых марок. В середине 1970-х годов Ford и General Motors оснастили системами подушек безопасности более 12 000 автомобилей — первое крупномасштабное внедрение в истории автомобилестроения. Однако ранние американские подушки безопасности разрабатывались как замена ремням, а не как дополнение к ним, что имело катастрофические последствия. Подушка безопасности раскрывается в направлении непристёгнутого пассажира со скоростью 270–300 км/ч, и задокументированные случаи переломов шейных позвонков, вызванных самой подушкой, вынудили производителей отказаться от этого подхода.
Концепцию возродил и усовершенствовал Mercedes-Benz совместно с Bosch. В 1980 году Mercedes стал первым производителем, предложившим подушки безопасности в качестве стандартного оснащения серийного автомобиля — S-класса, — руководствуясь ключевым конструктивным принципом: подушки безопасности должны работать в паре с ремнями, а не вместо них. Это понимание превратило технологию подушек безопасности в спасающую жизни систему, известную нам сегодня. Более того, многие автомобили до сих пор спроектированы так, что подушки безопасности не срабатывают, если пассажир не пристёгнут.
Современные системы подушек безопасности: за пределами рулевого колеса
Современные системы подушек безопасности вышли далеко за рамки единственной подушки в рулевом колесе. Комплексная современная конфигурация, как правило, включает:
- Фронтальные подушки безопасности: Для водителя и переднего пассажира — защищают голову и грудь при лобовых столкновениях.
- Боковые подушки безопасности (встроенные в сиденье): Размещаются в боковых частях передних сидений и защищают туловище при боковом ударе.
- Шторные подушки безопасности: Раскрываются из рейки крыши для защиты голов передних и задних пассажиров. В отличие от фронтальных, шторные подушки удерживают давление несколько секунд, обеспечивая защиту на протяжении всего опрокидывания, а также предотвращая выброс непристёгнутых пассажиров.
- Коленные подушки безопасности: Всё более распространённые устройства, защищающие колени и ноги от вторжения панели приборов.
- Подушки безопасности для задних пассажиров: Ряд производителей теперь обеспечивает защитой с помощью подушек безопасности и пассажиров заднего ряда.
Будущее технологии подушек безопасности столь же многообещающе. Инженеры разрабатывают системы, способные раскрывать подушки за мгновение до обнаружения столкновения — а не в его момент, — тем самым снижая тяжесть удара. Системы безопасности также обучаются распознавать индивидуальные параметры пассажиров (рост, вес, положение на сиденье) для оптимизации раскрытия подушек применительно к конкретному человеку, находящемуся на сиденье в момент аварии.
Итог: пассивная безопасность работает только тогда, когда вы её используете
Какими бы совершенными ни были системы пассивной безопасности вашего автомобиля — зоны деформации, ремни с преднатяжителями, многоступенчатые подушки безопасности, шторные системы, — все они спроектированы исходя из единого фундаментального допущения: водитель и каждый пассажир пристёгнуты ремнями безопасности. Без этого эффективность всех этих технологий резко снижается, а в ряде случаев они становятся источником опасности, а не защиты. Всегда пристёгивайтесь. В каждой поездке, каждый раз.
Это перевод. Оригинал можно прочитать здесь: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e337d.html
Опубликовано Январь 20, 2022 • 8м на чтение
