Системы активной и пассивной безопасности

Системы активной и пассивной безопасности

СИСТЕМЫ АКТИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Основным предназначением систем активной безопасности автомобиля является предотвращение аварийной ситуации. При возникновении такой ситуации система самостоятельно (без участия водителя) оценивает вероятную опасность и при необходимости предотвращает ее путем активного вмешательства в процесс управления автомобилем.

Применение систем активной безопасности позволяет в различных критических ситуациях сохранять контроль над автомобилем или, другими словами, сохранить курсовую устойчивость и управляемость автомобиля.

Под курсовой устойчивостью понимается способность автомобиля сохранять движение по заданной траектории, противодействуя силам, вызывающим занос и опрокидывание.

Управляемость заключается в способности автомобиля двигаться в заданном водителем направлении.

Наиболее известными и востребованными системами активной безопасности являются:

· антиблокировочная система тормозов;

· антипробуксовочная система;

· система курсовой устойчивости;

· система распределения тормозных усилий;

· система экстренного торможения;

· система обнаружения пешеходов;

· электронная блокировка дифференциала.

Перечисленные системы активной безопасности конструктивно связаны и тесно взаимодействуют с тормозной системой автомобиляи значительно повышают ее эффективность. Ряд систем может управлять величиной крутящего момента через систему управления двигателем.

Имеются также вспомогательные системы активной безопасности (ассистенты), предназначенные для помощи водителю в трудных с точки зрения вождения ситуациях. Помимо своевременного предупреждения водителя о возможной опасности, системы осуществляют и активное вмешательство в управление автомобилем, используя при этом тормозную систему и рулевое управление.

Большое количество таких систем появилось и появляется в связи со стремительным развитием электронных систем управления (появлением новых видов входных устройств, повышением производительности электронных блоков управления).

К вспомогательным системам активной безопасности относятся:

· парковочная система;

· система кругового обзора;

· адаптивный круиз-контроль;

· cистема аварийного рулевого управления;

· система помощи движению по полосе;

· система помощи при перестроении;

· система ночного видения;

· система распознавания дорожных знаков

· система контроля усталости водителя

· система помощи при спуске;

· система помощи при подъёме;

· и др.

Промежуточное положение между активными и пассивными системами безопасности занимают превентивные системы безопасности.

Антиблокировочная система

При экстренном торможении автомобиля возможна блокировка одного или нескольких колёс. В этом случае весь запас по сцеплению колеса с дорогой используется в продольном направлении. Заблокированное колесо перестает воспринимать боковые силы, удерживающие автомобиль на заданной траектории, и скользит по дорожному покрытию. Автомобиль теряет управляемость, и малейшее боковое усилие приводит его к заносу.

Антиблокировочная система тормозов (АБС, ABS, Antilock Brake System) предназначена предотвратить блокировку колес при торможении и сохранить управляемость автомобиля. Антиблокировочная система повышает эффективность торможения, уменьшает длину тормозного пути на сухом и мокром покрытии, обеспечивает лучшую маневренность на скользкой дороге, управляемость при экстренном торможении. В актив системы можно записать меньший и равномерный износ шин.

Вместе с тем, система АБС не лишена недостатка. На рыхлой поверхности (песок, гравий, снег) применение антиблокировочной системы увеличивает тормозной путь. На таком покрытии наименьший тормозной путь обеспечивается как раз при заблокированных колесах. При этом, перед каждым колесом формируется клин из грунта, который и приводит к сокращению тормозного пути. В современных конструкциях ABS этот недостаток почти устранен - система автоматически определяет характер поверхности и для каждой реализует свой алгоритм торможения.

Антиблокировочная система тормозов выпускается с 1978 года. За прошедший период система претерпела значительные изменения. На основе системы АБС построена система распределения тормозных усилий. С 1985 года система интегрирована с антипробуксовочной системой. С 2004 года все автомобили, выпускающиеся в Европе, оснащаются антиблокировочной системой тормозов.

Ведущим производителем антиблокировочной системы является фирма Bosch. С 2010 года компания производит систему ABS 9 поколения, которую отличает наименьший вес и габаритные размеры. Так, гидравлический блок системы весит всего 1,1 кг. Система АБС устанавливается в штатную тормозную систему автомобиля без изменения ее конструкции.

Наиболее эффективной является антиблокировочная система тормозов с индивидуальным регулированием скольжения колеса, т.н. четырехканальная система. Индивидуальное регулирование позволяет получить оптимальный тормозной момент на каждом колесе в соответствии с дорожными условиями и, как следствие, минимальный тормозной путь.

Конструкция антиблокировочной системы включает датчики частоты вращения колес, датчик давления в тормозной системе, блок управления и гидравлический блок в качестве исполнительного устройства.

Датчик скорости устанавливается на каждое колесо. Он фиксирует текущее значение частоты вращения колеса и преобразует его в электрический сигнал.

На основании сигналов датчиков блок управления выявляет ситуацию блокирования колеса. В соответствии с установленным программным обеспечением блок формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства - электромагнитные клапаны и электродвигатель насоса обратной подачи гидравлического блока системы.

Гидравлический блок обединяет впускные и выпускные электромагнитные клапаны, аккумуляторы давления, насос обратной подачи с электродвигателем, демпфирующие камеры.

В гидравлическом блоке каждому тормозному цилиндру колеса соответствует один впускной и один выпускной клапаны, которые управляют торможением в пределах своего контура.

Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос обратной подачи подключается, когда емкости аккумуляторов давления недостаточно. Он увеличивает скорость сброса давления. Демпфирующие камеры принимают тормозную жидкость от насоса обратной подачи и гасят ее колебания.

В гидравлическом блоке устанавливается два аккумулятора давления и две демпфирующие камеры по числу контуров гидропривода тормозов.

Контрольная лампа на панели приборов сигнализирует о неисправности системы.

Система помощи при спуске

Система помощи при спуске предназначена для предотвращения ускорения автомобиля при движении по горным дорогам. Наличие данной системы на автомобиле повышает удобство управления и безопасность. Система помощи при спуске устанавливается, как правило, на легковые автомобили повышенной проходимости.

В зависимости от автопроизводителя система имеет следующие названия:

· HDC, Hill Descent Control от Volkswagen, BMW и др.;

· DAC, Downhill Assist Control от Toyota;

· DDS, Downhill Drive Support от Nissan.

Система помощи при спуске является программным расширениемсистемы курсовой устойчивости и использует конструктивные элементы данной системы, поэтому по свой сути является функцией, а не системой.

Принцип работы системы основан на поддержании постоянной скорости при спуске за счет подтормаживания колес. Система активируется включением соответствующей клавиши на приборной панели. При этом алгоритм управления системы срабатывает при определенных условиях: автомобиль заведен, педали газа и тормоза отпущены, скорость движения менее 20 км/ч, преодолеваемый уклон более 20%.

На основании сигналов датчиков блок управления включает насос обратной подачи, открывает впускные клапаны и клапаны высокого давления. Выпускные и переключающие клапаны закрыты. За счет этих манипуляций в тормозной системе создается необходимое давление, которое обеспечивает снижение скорости автомобиля до определенного значения. Величина поддерживаемой системой скорости зависит от начальной скорости автомобиля и включенной передачи.

При достижении скорости автомобиля заданного значения торможение прекращается. При дальнейшем ускорении цикл работы системы помощи при спуске повторяется. Таким образом, скорость движения на спуске поддерживается в определенном безопасном диапазоне.

Система помощи при спуске дезактивируется принудительн о (повторным нажатием клавиши) или автоматически при нажатии на педаль газа или тормоза, а также снижения величины уклона менее 12%.

Система помощи при подъеме

Система помощи при подъеме предназначена для предотвращения откатывания автомобиля при трогании на подъеме (наклонной плоскости). Применение данной системы облегчает трогание автомобиля на подъеме, исключая использование стояночного тормоза, и повышает безопасность. Система устанавливается в качестве опции на некоторые легковые автомобили.

В зависимости от автопроизводителя система имеет следующее название:

· HHC, Hill Hold Control от Volkswagen;

· Hill Holder от Subaru, Fiat;

· HAC, Hill-Start Assist Control от Toyota;

· USS, Uphill Start Support от Nissan.

Система помощи при подъеме построена на базе системы динамической стабилизации и является программным расширением данной системы, поэтому системой, как таковой, не является.

Принцип работы системы основан на замедлении снижения давления в тормозной системе при отпускании педали тормоза. Алгоритм работы системы помощи при подъеме активизируется при определенных условиях: автомобиль заведен, педаль тормоза нажата, величина подъема превышает 5%.

Система работает циклически. Цикл работы включает четыре фазы:

1. создание тормозного давления;

2. удержание тормозного давления;

3. снижение тормозного давления;

4. сброс тормозного давления.

При торможении на подъеметормозная система работает в режиме, при котором впускные и переключающие клапаны открыты, а выпускные и клапаны высокого давления закрыты. В результате в системе создается тормозное давление, которое удерживает автомобиль на месте.

При отпускании педали тормоза закрываются переключающие клапаны, в контурах удерживается давление на прежнем уровне, чем предотвращается откатывание автомобиля назад.

При нажатии на педаль газа происходит постепенное открытие перепускных клапанов, которое обеспечивает снижение тормозного давления.

При трогании автомобиля с места и достижении крутящим моментом достаточной для движения величины, переключающие клапаны полностью открываются, и происходит сброс давления в системе.

Необходимо отметить, что система работает всегда на подъем, независимо от направления движения, что актуально для трогания на подъеме задним ходом.

Виды ремней безопасности

По числу мест крепления различают следующие виды ремней безопасности: двухточечные, трехточечные, четырех-, пяти- и шеститочечные.

Двухточечные ремни безопасности в настоящее время можно встретить в качестве среднего ремня на заднем сидении некоторых старых автомобилей, а также на пассажирских местах в самолетах. Двухсторонний ремень безопасности представляет собой поясной ремень, проходящий по талии и закрепленный с двух сторон сидения.

Трехточечные ремни безопасности являются основным видом ремня безопасности и устанавливаются на всех современных автомобилях. Трехточечный диагонально-поясной ремень безопасности имеет V-образное расположение, которое обеспечивает равномерное распределение энергии движущегося тела на грудь, таз и плечи. Первые серийные трехточечные ремни безопасности были предложены компанией Volvo в 1959 году, разработчик - Нильс Болин.

Четырехточечные ремни безопасности устанавливаются на спортивных автомобилях. Имеют четыре точки крепления к сидению автомобиля. Для серийных автомобилей являются перспективной конструкцией, для установки ремня необходимы дополнительные верхние крепления ремня, которые не предусмотрены конструкцией автомобиля.

Пятиточечные ремни безопасности используются на спортивных автомобилях, а также для закрепления детей в детских автомобильных сидениях. Включают два поясных ремня, два плечевых ремня и один ремень, находящийся между ног. Шеститочечные ремни безопасности имеют два ремня между ног, за счет чего обеспечивается более надежная фиксация пилота гоночного автомобиля.

Перспективной конструкцией являются надувные ремни безопасности, которые наполняются газом при аварии. Они увеличивают площадь контакта с пассажиром и соответственно уменьшают нагрузки на человека. надувная секция может быть только плечевой, а также плечевой и поясной. Как показывают испытания, данная конструкция ремня безопасности обеспечивает дополнительную защиту от бокового удара.

В качестве меры против неиспользования ремней безопасности с 1981 года предлагаются автоматические ремни безопасности. Данные ремни безопасности автоматически закрепляют пассажира при закрытии двери (запуске двигателя) и освобождают его при открытии двери (остановке двигателя). Автоматизировано, как правило, движение плечевого ремня, который движется по краям дверной коробки. Поясной ремень закрепляется вручную. Ввиду сложности конструкции, неудобства посадки в автомобиль автоматические ремни безопасности в настоящее время практически не применяются.

Подушки безопасности

Подушки безопасности автомобиля (общепринятое международное название - airbag) предназначены для смягчения удара водителя и пассажиров о рулевое колесо, элементы кузова и окна при автомобильной аварии. Они применяются совместно с ремнями безопасности. Свою историю подушки безопасности ведут с момента опубликования патента Уолтера Линдерера в 1953 году.

Виды подушек безопасности

Современные легковые автомобили имеют несколько подушек безопасности, которые располагаются в разных местах салона автомобиля. В зависимости от места расположения различают следующие виды подушек безопасности: фронтальные, боковые, головные, коленные, центральная подушка безопасности.

Впервые фронтальные подушки безопасности были применены на автомобилях Mercedes-Benz в 1981 году. Различают фронтальную подушку безопасности водителя и переднего пассажира. Для фронтальной подушки безопасности переднего пассажира предусматривается, как правило, возможность отключения. В ряде конструкций фронтальных подушек используется двухступенчатое и даже многоступенчатое срабатывание в зависимости от тяжести аварии (т.н. адаптивные подушки безопасности). Фронтальная подушка безопасности водителя располагается в рулевом колесе, переднего пассажира - в верхней правой части передней панели.

Боковые подушки безопасности призваны снизить риск травмирования таза, грудной клетки и брюшной полости при аварии. Пионером в применении боковых подушек безопасности является компания Volvo, которая в 1994 году начала предлагать их для установки в качестве опции. Боковые подушки безопасности устанавливаются обычно в спинке переднего сидения. Ряд автомобилей предлагают боковые подушки безопасности на задних сидениях. Самые продвинутые боковые подушки безопасности имеют двухкамерную конструкцию. Она включает более жесткую нижнюю часть для защиты таза и мягкую верхнюю часть - для грудной клетки.

Головные подушки безопасности (другое наименование - "шторки" безопасности) служат, как следует из названия, для защиты головы при боковом столкновении. Впервые "шторки" безопасности начала устанавливать компания Toyota в 1998 году. Располагается в зависимости от модели автомобиля в передней части крыши, между стойками и в задней части крыши. Подушки защищают пассажиров переднего и заднего рядов сидений.

Коленная подушка безопасности защищает колени и голени водителя от травм. Располагается под рулевым колесом. Впервые применена на автомобилях Kia в 1996 году. В ряде моделей устанавливается коленная подушка безопасности переднего пассажира, которая устанавливается под "бардачком".

 

В 2009 году Toyota предложила центральную подушку безопасности, которая призвана снизить тяжесть вторичных повреждений пассажиров при боковом столкновении. Располагается в подлокотнике переднего ряда сидений, центральной части спинки заднего сидения. Центральные подушки для переднего и заднего ряда сидений планирует использовать Mercedes-Benz в своей системе Pre-Safe второго поколения.

В настоящее время подушки безопасности выходят за границы салона легкового автомобиля. Компания Volvo предлагает с 2012 года на своих автомобилях подушку безопасности для пешеходов.

Условия срабатывания

Фронтальные подушки безопасности срабатывают при следующих условиях:

1. превышение силы лобового удара заданной величины;

2. наезд на твердый прочный предмет (бордюр, край тротуара, стенка ямы);

3. жесткое приземление после прыжка;

4. падение автомобиля;

5. косой удар в переднюю часть автомобиля.

Фронтальные подушки безопасности не срабатывают при ударе автомобиля сзади, боковом ударе, опрокидывании автомобиля.

Условием срабатывания боковых и головных подушек безопасности является превышение силы бокового удара заданной величины.

Алгоритмы срабатывания подушек безопасности постоянно совершенствуются и становятся все сложнее. Современные алгоритмы учитывают скорость движения транспортного средства, скорость его замедления, вес пассажира и место его расположения, использование ремня безопасности, а также наличие детского кресла.

Система защиты пешехода

Система защиты пешеходов предназначена для уменьшения последствий столкновения пешехода с автомобилем при дорожно-транспортном происшествии. Система производится компаниями TRW Hodings Automotive (Pedestrian Protection System, PPS), Bosch (Electronic Pedestrian Protection, EPP), Siemens и с 2011 года устанавливается на серийные легковые автомобили европейских производителей. Перечисленные системы имеют аналогичую конструкцию.

Как всякая электронная система, система защиты пешеходов включает следующие конструктивные элементы: входные датчики, блок управления и исполнительные устройства.

В качестве входных датчиков используются датчики ускорения (Remote Acceleration Sensor, RAS). 2-3 таких датчика устанавливаются в переднем бампере. Дополнительно может устанавливаться контактный датчик.

Система может работать как с собственным электронным блоком управления, так и с блоком управления системы пассивной безопасности. Предпочтительным является использование блока управления системы пассивной безопасности, реализуемое с помощью интегрированного программного обеспечения. Этим достигается повышение эффективности всей системы пассивной безопасности.

Исполнительными устройствами системы защиты пешеходов выступают подъемники капота, устанавливаемые с двух сторон капота параллельно движению. Подъемники имеют пиротехнический или пружинно-пиротехнический привод.

Принцип работы системы защиты пешеходов основан на открытии капота при столкновении автомобиля с пешеходом, чем достигается увеличение пространства между капотом и частями двигателя и соответственно уменьшение травмирования человека. По сути, поднятый капот выступает в качестве подушки безопасности.

При столкновении автомобиля с пешеходом датчики ускорения и контактный датчик передают сигналы в электронный блок управления. Блок управления в соответствии с заложенной программой при необходимости инициирует срабатывание пиропатронов подъемников капота.

Помимо представленной системы на автомобилях для защиты пешеходов используются следующие конструктивные решения, снижающие травматизм при столкновении: "мягкий" капот, бескаркасные щетки, мягкий бампер, покатый наклон капота и ветрового стекла, увеличенное расстояние между двигателем и капотом.

Дальнейшим развитием систем защиты пешеходов является подушка безопасности для пешеходов.

2.5 Система экстренного вызова Система экстренного вызова служит для автоматического оповещения аварийных служб о дорожно-транспортном происшествии и своевременного оказания медицинской помощи пассажирам автомобиля. Использование системы экстренного вызова позволяет значительно сократить уровень травматизма при дорожно-транспортных происшествиях. Известными системами экстренного вызова являются: Assist Advanced eCall от BMW; Connect SOS от Peugeot; Localized Emergency Call от Citroen; SYNC Emergency Assistance от Ford. Система Assist Advanced eCall распознает тяжесть дорожно-транспортное происшествие по показаниям датчиков систем активной и пассивной безопасности. После чего она сканирует все доступные GSM-сети и выбирает канал для передачи SMS-сообщения об аварии. Система автоматически связывается с центром экстренных вызовов BMW и предоставляет подробную информацию о ДТП: точное местоположение; скорость автомобиля; скорость замедления автомобиля; количество пассажиров; положение автомобиля (наличие опрокидывания); количество сработавших подушек безопасности; количество сработавших натяжителей ремней безопасности. По полученным данным прогнозируется тяжесть травм пассажиров, срочность и объем оказания медицинской помощи. Сразу после происшествия система устанавливает прямую голосовую связь между людьми в автомобиле и специалистами колл-центра. Уточняется характер аварии и состояние пассажиров. Аварийные службы вызываются на основании обобщенных данных. Если пассажиры без сознания и не отвечают на запросы, вызов аварийных служб производится на основании переданных системой данных. К месту аварии выдвигаются специализированные автомобили. При необходимости может использоваться вертолет. Параллельно выбирается ближайшее лечебное учреждение, соответствующее типу и тяжести полученных травм. Вызов аварийных служб можно произвести вручную из салона автомобиля, например для того, чтобы предупредить о происшествии с другими участниками движения. Аналогичным образом работают системы от Peugeot и Citroen. В отличие от систем экстренного вызова, использующих связь с центром конкретного автопроизводителя по подписке, система SYNC Emergency Assistance автоматически связывается непосредственно с государственной аварийной службой и при этом абсолютно бесплатно. Связь осуществляется по мобильному телефону водителя, подключенного к мультимедийной системе SYNC по Bluetooth. Российские автомобили планируется оснащать системой экстренного вызова на основе спутниковой навигационной системы ГЛОНАСС, позволяющей вызывать ГИБДД и службу скорой помощи при аварии. Конструктивно система интегрирована с навигационной системой. 2.6 Система спасения из затонувшего автомобиля Большое количество аварий связано с попаданием автомобиля в различные водоемы – реки, озера, каналы. Десятки аварий завершаются гибелью водителя и пассажиров в результате утопления. Люди не могут открыть окна, двери и своевременно высвободится из автомобиля. Время в таких авариях является важным фактором спасения. Наиболее предусмотрительные водители возят в своем автомобиле маленький молоток, который располагают в доступном месте. Молотком всегда можно воспользоваться при затоплении автомобиля. Но стекла современных автомобилей становятся все прочнее, разбить их сложнее, поэтому легкий молоток проблему уже не решает. Голландские инженеры разработали систему Rescue and Escape Guidance System (REGS), которая позволяет водителю и пассажирам выбраться из затонувшего автомобиля. Система спасения построена на разрушении боковых стекол при попадании автомобиля в воду, чем достигается быстрое и беспрепятственное освобождение. Система REGS включает несколько датчиков давления, расположенных в боковых дверях автомобиля. Каждый из датчиков взаимодействует с т.н. активатором, который обеспечивает разрушение стекла. Активатор крепится к нижнему торцу стекла. Конструктивно он объединяет пиропатрон и металлический ударник. При попадании автомобиля в воду датчик мгновенно откликается на повышение давления и генерирует сигнал, поступающий в активатор. По сигналу срабатывает пиропатрон, который воздействует на ударник. Ударник, в свою очередь, с большой силой бьет по торцу стекла. От удара в стекле возникает множество трещин по всей поверхности. Теперь, чтобы разбить стекло и высвободится из автомобиля, требуется минимальное усилие. Дополнительно к разработанной системе боковые стекла могут оснащаться световыми полосами по краям. Свет инициируется при контакте автомобиля с водой от датчика давления. Данное устройство способствует ориентации людей, находящихся в темноте или мутной воде. В настоящее время система Rescue and Escape Guidance System тестируется в Нидерландах на нескольких автомобилях Volvo. В перспективе именно компания Volvo планирует устанавливать систему на свои автомобили.

 

Литература

 

1. Автомобиль. Основы конструкции: учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» / Н.Н. Вишняков, В.К. Вахламов, А.Н. Нарбут, И.С. Шлиппе, А.Н. Островцев. – 2-е изд., перераб. и доп. ‑М.: Машиностроение, 1986. - 304 с.

2 www. systemauto.ru

3 Технический регламент о безопасности колесных транспортных средств, утвержденный Постановлением Прави­тельства Российской Федерации от 10.09.2009 г. № 720. - Введён 2010‑09‑23. ‑М.: - 45 с.

Вопросы:

1. Характеристики ДТП

2. Тахографы и навигаторы

3. Обязанности должностных лиц

4. Управление ТС с АКПП (виды АКПП)

5. Системы активной и пассивной безопасности

 

Системы активной и пассивной безопасности