Как работает датчик удара подушек безопасности?

Как работает датчик безопастности в автомобиле?

С увеличением скорости движения автомобилей значительно возросла опасность при столкновении с другой машиной или препятствием. Известно, что скорость больше других факторов влияет на силу удара. Кинетическая энергия движущегося тела прямо пропорциональна квадрату скорости. Последствиями сильного удара может быть человеческая смерть, серьёзные повреждения и переломы. В результате этого пострадавшие могут стать нетрудоспособными. По этой причине были разработаны средства, снижающие влияние травмирующих факторов и тем самым увеличивающие процент безопасности. Одним из таких средств являются подушки безопасности.

Устройство и работа подушек безопасности

Как видно из названия, устройство нужно для того, чтобы обеспечить безопасность водителя и пассажиров. Чтобы понять, каким образом это происходит, необходимо рассмотреть их принцип работы, который неразрывно связан с требованиями к ним.

Требования к подушкам безопасности

В момент движения автомобиля скорость его перемещения относительно дороги такая же, как и находящихся в нём пассажиров. Если резко остановить машину, то это приведёт к возникновению удара. Движущийся автомобиль очень быстро остановится, а люди, перемещающиеся с той же скоростью, также будут продолжать движение по инерции. Для того чтобы максимально медленно снизить скорость и избежать удара о твёрдые предметы, нужно затормозить тело плавно. Этому способствуют подушки безопасности. На основании таких условий к ним предъявляются следующие требования:

• должны надуваться с заданной скоростью;
• газ из них должен уходить также с определённой скоростью;
• определённый объём;
• требуемая форма (геометрия);
• правильное расположение;
• определённый момент надува.

Все эти требования могут быть реализованы лишь при соответствующем техническом оснащении.

Работа подушек безопасности

Выполнение необходимых требований обеспечивается особенностями устройства подушек безопасности.

Работа этого устройства реализуется посредством следующих элементов:

• оболочка;
• газ, которым она наполняется;
• датчик удара;
• газообразующее вещество;
• электронный блок управления;
• датчик наличия пассажиров на сидении;
• датчик положения сидений.

В зависимости от конструкции подушек безопасности может использоваться то или иное газообразующее вещество. Некоторые из вышеперечисленных элементов могут отсутствовать в разных моделях автомобилей.

Комплектация подушками безопасности также неодинакова. Какие-то из автомобилей оснащены полным набором, т. е. передними, задними, боковыми, коленными, головными подушками.

В момент столкновения происходит срабатывание соответствующего датчика удара. Сигнал с него поступает на электронный блок, который даёт импульс для наполнения газом нужной подушки. Входными сигналами для этого блока могут быть также данные о скорости и замедлении автомобиля.

Инициированный датчиком удара резкий надув может сильно оглушить людей внутри салона, поэтому подушки безопасности срабатывают не все сразу, а с небольшой задержкой. После надува подушка быстро сбрасывает газ, чтобы не удушить человека.

Работа датчиков подушки безопасности

Для работы подушки безопасности на вход блока управления поступают сигналы от датчика удара и наличия пассажира.

Датчик удара

Датчик удара служит для того, чтобы обнаружить столкновение и подать сигнал блоку управления. Он по своей конструкции бывает разный. Например, есть электромеханический датчик, замыкающий контакты по достижении определённой уставки.

Через замкнутые контакты протекает ток, который приводит к срабатыванию своего рода запальника, происходит химическая реакция, в результате чего выделяется газ, наполняющий подушку безопасности. Слабого удара будет недостаточно, чтобы запустить процесс.

Если нарушено питание от АКБ, а такое вполне возможно при аварии, надув подушки всё равно произойдёт за счёт имеющегося конденсатора, накопившего в себе электрический заряд.

https://www.youtube.com/watch?v=7ZMfGvRtOv8

Датчик удара может быть расположен как внутри блока управления системой безопасности, так и внутри салона. В некоторых случаях он находится в подкапотном пространстве и может быть не один.

Он является полезным элементом, но когда возникают проблемы с ним, приходится устранять их самому или обращаться к специалистам. Садясь однажды утром в свой автомобиль, вы обнаруживаете, что загорелся красный индикатор подушек безопасности. Это может быть вызвано следующими причинами:

• неисправен датчик удара;
• плохой контакт в разъёме;
• обрыв проводов;
• неисправна одна из сигнальных ламп панели приборов;
• замена предохранителя при включённом зажигании;
• неисправность панели приборов.

Датчик удара редко когда бывает неисправен сам по себе. Обычно, на загорание индикатора влияют другие причины.

Если в местах, где расположен разъём блока безопасности повышенная влажность, то контакты могут просто окислиться. Это значит, что сенсор удара или подушка безопасности выдают неверный сигнал по причине изменения сопротивления цепи. Особенно сильно это влияет на работу, если в блок управления приходит сигнал по напряжению. То есть измеренное им падение напряжения будет неверным. Кроме влажности, причиной индикации неисправности может быть обрыв провода. Такое происходит, когда накладывают шумоизоляцию или выполняют другие ремонтные работы в тех местах, где проложены провода.

Если же при включенном зажигании потухла панель приборов, и после этого постоянно горит индикатор, то причина именно в такой работе панели.

Сбросить самостоятельно появившуюся ошибку можно, если подключиться к электронному блоку, используя при этом специальный адаптер и программу-сканер. При желании неплохо будет найти сам датчик удара и хотя бы визуально убедиться в его целостности. При этом полезно периодически проводить осмотр по возможности всех доступных взору контактов и соединений, а также контролировать датчик удара на целостность и состояние его разъёмов. Но следует иметь в виду, что разъединение цепей во время включённого зажигания приведёт к ошибке. Поэтому не стоит вынимать предохранитель и чистить разъёмы в этот момент.

Приобрести нужный адаптер и установить соответствующую программу-сканер можно самостоятельно. С её помощью можно проверить датчик удара и систему безопасности в целом.

Ещё одним вариантом развития событий может быть просто игнорирование неисправности. В этом случае в нужный момент подушка безопасности может не сработать. Такое возможно, даже если исправен сам датчик удара.

Датчик наличия пассажиров

Скорость надува подушки безопасности зависит от веса человека, который находится в кресле. Регулирование скорости в момент удара нужно для того, чтобы вовремя создать прослойку газа между пассажиром и панелью в случае лобового столкновения, и между дверью со стеклом — бокового. Таким образом, система вычисляет силу удара человека определённой массы, учитывая упругость подушки.

Датчик наличия пассажиров иногда создаёт проблемы. Это происходит, когда снижается его чувствительность. Ребёнок, находящийся в кресле, будет не замечен им, следовательно, и подушка безопасности может не раскрыться. В некоторых моделях автомобилей KIA RIO, выпущенных в период с 2006 по 2008 г., пассажирский датчик имел существенные недостатки, которые давали знать о себе спустя некоторое время. Здесь, наоборот, происходил слишком быстрый надув подушки, что, в свою очередь, могло сильно травмировать ребёнка, вес которого не мог обнаруживать датчик.

Источник: https://autodont.ru/safety/funkcii-i-osobennosti-datchikov-podushki-bezopasnosti

Подушки безопасности Airbag

Наиболее эффективным элементом пассивной безопасности является применение систем надувных подушек безопасности (airbag). Система надувных подушек безопасности в комплексе с диагонально-поясными инерционными рем­нями безопасности в случае аварии при фронтальном столкновении обеспечива­ет дополнительную защиту головы и грудной клетки водителя и пассажира на переднем сидении и снижает вероятность тяжелых травм и гибели людей при авариях на 40%.

Рис.

Система надувных подушек безопасности (на примере Ауди A3):
1 – датчик удара боковой подушки безопасности за водителем (задняя стойка кузова); 2 – пиропатрон заряда газогенератора верхней подушки безопасности водителя; 3 – пиропатрон заряда газогенератора натяжителя ремня безопасности водителя; 4 – выключатель в замке ремня безопасности водителя; 5 – пиропатрон заряда газогенератора боковой подушки безопасности водителя; 6 – датчик удара боковой подушки безопасности со стороны водителя(передняя дверь): 7 – пиропатрон газогенератора подушки безопасности водителя;  8 – диагностическая розетка; 9 – щиток приборов с контрольными лампами ремней безопасности и  подушек безопасности; 10 – блок управления двигателя; 11 – датчик удара фронтальной подушки безопасности водителя (левая передняя часть кузова); 12 – датчик удара фронтальной подушки безопасности переднего пассажира (правая передняя часть кузова); 13 – контрольная лампа отключения подушки безопасности переднего пассажира; 14 – выключатель для отключения подушки безопасности переднего пассажира, работающий от ключа; 15 – диагностический интерфейс шины данных (межсетевой интерфейс); 16 – пиропатрон первого и второго зарядов газогенератора подушки безопасности переднего пассажира; 17 – блок управления подушек безопасности; 18 – выключатель в замке ремня безопасности переднего пассажира; 19 – датчик наличия пассажира на переднем сидении; 20 – пиропатрон заряда газогенератора боковой подушки безопасности переднего пассажира; 21 – датчик удара боковой подушки безопасности со стороны переднего пассажира (передняя дверь); 22 – пиропатрон заряда газогенератора натяжителя ремня безопасности переднего пассажира; 23 – пиропатрон заряда газогенератора верхней подушки безопасности переднего пассажира; 24 – датчик удара боковой подушки безопасности за передним пассажиром (задняя стойка кузова); 25 – центральный блок управления систем комфорта; 26 –  пиропатрон заряда газогенератора отключения аккумуляторной батареи

Автомобили, оснащенные системой airbag для водителя и пассажира пере­днего сиденья, можно отличить по над­писи на мягкой панели рулевого колеса и на правой стороне панели приборов.

Основными элементами системы Airbag являются:

• набор инерционных  электромеханических и электронных датчиков (3….5)
• пиропатроны газогенератора (источник энергии)
• подушки безопасности для водителя (в рулевом колесе) и пассажира (справа в панели приборов)
• устройство электронного контроля и управления
• контрольная лампа на приборной панели

Датчики

Электромеханические ударные датчики работают по принципу обычного концевого выключателя – в трубке находится металлический шарик, который при резком ударе преодолевает сопротивление пружин и замыкает контакт, при этом образуется электрическая цепь, необходимая для работы системы.

В настоящее время вместо механических применяются электронные датчики. Такой датчик состоит из корпуса, блока обработки данных и микромеханического датчика ускорения, который может быть пьезоэлектрическим, конденсаторным или другого типа.

Датчик ускорения конденсаторного типа устроен, упрощенно выражаясь, как конденсатор. Отдельные пластины конденсатора закреплены неподвижно. Сопряженные с ними элементы являются подвижными и выполняют роль сейсмической массы. При столкновении сейсмическая масса, в данном случае подвижные пластины, перемещается в направлении к неподвижным пластинам и емкость такого конденсатора меняется. Блок обработки данных обрабатывает эту информацию, переводит ее в цифровой вид и передает данные в блок управления подушками безопасности.

Рис.

Схема работы датчика ускорения конденсаторного типа:
1 ­– неподвижная пластина; 2 – подвижная пластина; 3 – блок обработки данных; а – состояние покоя; б — столкновение

Инерционные датчики устанавливаются в бампере, в моторном отсеке, в стойках или в районе подлокотника. В память датчиков заложены просчитанные заранее параметры, которые для данной модели автомобиля означают превышение допустимого удара. В случае аварии датчики посылают сигнал на электронный блок управления. В большинстве современных систем фронтальные датчики рассчитаны на силу удара при скорости от 25…50 км/час, боковые могут срабатывать при более слабых ударах. От электронного блока управления сигнал поступает на основной модуль, который состоит из компактно уложенной подушки, соединенной с газогенератором.

Пиропатрон газогенератора

Расплавляемая проволока или фронт пламени в пределах элемента зажигания (капсюля) приводят в возбуждение газогенераторы надувной подушки без­опасности.

В современных конструкциях срабатывание капсюля для зажигания газогенератора происходит от переменного тока с целью предупреждения возникновение короткого замыкания в электрической системе питания постоянного тока автомобиля (неисправности в электропроводке).

Для создания переменного тока применяется конденсатор, включенный в конструкцию зарядного капсюля и подсое­диненный последовательно в цепь возбуждения, который заряжается, разряжается или перезаряжается при­близительно с частотой 100 кГц.

Сигналом для срабатывания пиропатрона служит электрический импульс от датчиков удара (ускорения или давления), поступающих напрямую или через электронный блок.  Хотя процесс сгорания и происходит быстро, он не носит взрывного характера. Сгорание происходит в 3 этапа: поджигание, возгорание для запала и горение рабочего заряда. В очень короткое время система развивает мощность до 60 кВт, но взрыва не происходит.

Сгорание топлива и наполнение подушки объемом приблизительно 50…60 л для водителя длится 30…35 мс, подуш­ка безопасности для пассажира объемом приблизительно 100…140 л устанав­ливается в зоне перчаточного отсека и наполняется приблизительно за 50 мс. Это время меньше времени моргания глаза, которое составляет 100 миллисекунд.

Для предотвращения травм от надувания подушки движущей со скоростью 200…300 км/час навстречу грудной клетке, современные подушки надуваются в два этапа: сначала примерно на 70 %, а при соприкосновении с телом полностью, для этого применяются двухступенчатые газогенераторы.

Благодаря радиальному распрямлению воздушного мешка и последовательному воспламенению зарядов в таких газогенераторах существенно снижается нагрузка, которая действует на водителя при аварии. В зависимости от тяжести и вида аварии промежуток между срабатываниями обоих пиропатронов может составлять примерно от 5 мсек. до 50 мсек. Срабатывают всегда оба заряда, для исключения случаев, когда после раскрытия подушки безопасности остается еще один не сработавший пиропатрон.

Подушки безопасности

При аварии блок управления подушками безопасности дает команду на воспламенение первого заряда. Образующееся давление ускоряет поршень, который открывает газовый баллон. Выделяющийся газ наполняет и раскрывает подушку безопасности. В результате сгорания второго заряда в воздушный мешок поступает дополнительное количество газа.

Рис.

Пиропатроны с газовым баллоном:
1 – первый запал; 2 – первый заряд; 3 – шток с поршнем; 4 – защитная пленка; 5 – каналы подачи газа в подушку безопасности; 6 –газовый баллон; 7 – второй заряд; 8 – второй запал

Скорость наполнения подушки выбрана в соответствии с временем перемещения водителя (пассажира) при столкновении с подушкой. Сразу же после наполнения, но медленнее, за 200 миллисекунд подушка сдувается.

Устанавливаются датчики в салоне, в передней части автомобиля, или в дверях, при этом их количество может колебаться от трех до десяти. На срабатывание датчиков влияет не только скорость автомобиля, но и характер столкновения (под каким углом, с каким препятствием). В то же время экстренное торможение с любой скорости не может заставить сработать датчик удара. На случай выхода из строя аккумулятора некоторые системы снабжены специальным конденсатором, который отдает накопленную энергию для открытия подушек безопасности.

Подушку изготавливают из нейлона толщиной 0,45 мм. Для герметичности внутреннюю сторону покрывают очень тонким слоем синтетической резины – неопреном или  специальной силиконовой резиной. Современные подушки подразделяются на три типа: фронтальные, боковые и потолочные.

Наполнение подушек в салоне – а их обычно от 2 до 6 – сопровождается повышенным шумом, уровень которого иногда достигает 140 дБ, что опасно для барабанных перепонок. Для уменьшения шума срабатывают только нужные подушки, и то в разное время: например, через 20 миллисекунд после столкновения – водительская, еще через 17 миллисекунд – пассажирские. Причем если в салоне нет пассажиров, подушки безопасности не срабатывают, так как в сиденья  устанавливают специальные датчики, фиксирующие наличие пассажиров.

Устройство электронного контроля и управления

В большинстве существующих в настоящее время конструкций используется электронный блок, который устанавливается в пассажирском салоне для координиро­ванного срабатывания систем защиты. Вычисления замед­лений электронного блока срабатывания основаны на данных датчиков ускорения, используемых для контроля сил замедления, которые сопрово­ждают столкновение автомобиля. Центральный электронный блок возбуждения должен отвечать требованиям:

• идентификации ДТП или столкновения, основанной на данных, получаемых от электронного датчика ускорения и меха­нического «детектора безопасности» или от двух электронных датчиков ускорения (контроль с «полностью электронным рас­познаванием» со схемой резервирования)
• быстрого реагирования управляющих цепей, надувных подушек безопасности и натяжных устройств ремней безопас­ности, основанного на алгоритмах циф­рового запуска специального назначе­ния, в ответ на различные виды ДТП (лобовое столкновение, лобовое со сме­щением, столкновение или наезд под некоторым углом, наезд на опору и т. п.)
• стабильного напряжения и резервиро­вания питания
• избирательного срабатывания  натяж­ного устройства ремня безопасности в соответствии с управляемым состояни­ем узла лента ремня — пряжка
• определения двух порогов срабатыва­ния в зависимости от того, действитель­но ли пользователь автомобиля исполь­зует ремень безопасности (высокий или низкий порог срабатывания интерфейса последовательной диагно­стики)

Контрольная лампочка

Для контроля исправности системы надувных подушек может применяться система контроля. При включении зажигания около 10 сек горит контрольная лампочка, которая должна затем погаснуть. Если лампочка не горит  не гаснет или загорается во время движения это свидетельствует о неисправности системы.

https://www.youtube.com/watch?v=JPctH5l3Nwg

Исследования специалистов свидетельствуют о том, что риск гибели пешехода при ударе о капот автомобиля, двигающегося со скоростью всего 40 км/ч, достигает 100%. Для решения этой проблемы компании  активно работают над созданием подушек безопасности для пешеходов. Эта система защиты включает две подушки – большую, охватывающую переднюю часть автомобиля (бампер, радиаторную решетку, фары и кромку капота) и маленькую, которая размещается у лобового стекла, защищая голову пешехода. Опасное приближение к пешеходам и животным распознаются специальными датчиками. Открываться эти подушки будут непосредственно перед столкновением.

Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/sistemy-passivnoj-bezopasnosti/podushki-bezopasnosti/podushki-bezopasnosti/