Рис. 6. Пиротехнический натяжитель ремня безопасности. При срабатывании пиропатрона (1) ремень (3) подтягивается поршнем (2)
Однако и в этом случае не исключен вариант, когда зазор между телом и ремнем будет слишком большим. И поэтому в последнее время все чаще на ремнях безопасности стали появляться натяжители, которые срабатывают в том случае, если величина ускорения превышает значение, заложенное в датчик (рис. 6). Сейчас начинают применяться датчики ускорения пятого поколения, работающие с двухрежимными газогенераторами и пиротехническими патронами для натяжения ремней безопасности. Компьютер учитывает даже вес и рост каждого пассажира! В качестве заряда используется экологически чистая водородно-кислородная смесь (гремучий газ). Только таким дорогостоящим образом удалось полностью “воспроизвести” обычный регулируемый ремень без потери его свойств.
Но даже самый простой ремень не так уж и прост, как кажется. Это – отнюдь не примитивная “плоская веревка”. Ведь грудная клетка способна выдержать не всякую нагрузку, и потому в “конструкцию” ленты также заложена способность поглощения энергии: при определенной нагрузке ремень удлиняется, причем значительно. Для обычного ремня относительное удлинение достигает 15%, для ремней с инерционной катушкой – 6-8%. Больше просто нельзя: перемещение груди не должно превышать 300 мм, таза – 200 мм. Дальше начинается опасная зона: водитель может “достать” до рулевого колеса, а пассажир – до передней панели. Если же по результатам испытаний выясняется, что нагрузка на грудную клетку все еще превышает нормы, ремни оснащают дополнительными энергопоглощающими элементами. Например, интересна разработка фирм TRW и Simula ремня трубчатой конструкции, надувающегося подобно подушкам.
Подушки безопасности
Особую роль в защите людей от травм играют подушки безопасности (англ. airbag). Ремни не могут совершенно обезопасить водителя. Статистика говорит сама за себя – 27% всех увечий достаются голове: иногда даже пристегнутый водитель ударяется ею о руль. В наше время передние подушки стали распространенным (а во многих странах – обязательным) элементом пассивной безопасности.
Вообще-то это даже не элемент – целая система, которая работает по определенным законам. Датчики, сигнализирующие о начале удара, измеряют либо деформацию деталей, либо замедление автомобиля. Для надежности часто устанавливают два датчика: один на передней части автомобиля, другой внутри кузова. Сигнал датчика через 0,005–0,01с поступает в “детонатор”, воспламеняемый электрической искрой. Спрятанные в рулевом колесе и панели приборов подушки наполняются газом, раскрываются и принимают “в объятия” водителя и его соседа. Генератором газа служат баллоны со сжатым до 200–250 МПа азотом или аргоном, а также пиропатроны с запасом твердого топлива. На дорогих автомобилях спасительными мешками защищают и задних пассажиров.
Надувающаяся в начальной фазе столкновения, подушка, дабы не стать источником травмы, начинает сдуваться уже в момент соприкосновения с телом человека – удар об упругую стенку далеко не безобиден. Поэтому в подушке делаются отверстия, размер и число которых точно рассчитаны. Корпорация Toyota разработала автомобиль с подушками, у которых вектор разворачивания направлен не в сторону пассажира, а параллельно лобовому стеклу. Тем самым также снижается вероятность травм.
От последствий наиболее опасного – бокового удара на автомобилях последних выпусков оберегают подушки, спрятанные в торцах спинок сидений, и надувные занавески, скрывающиеся в стойке лобового стекла и (или) в каркасе над дверью. Они способны предотвращать выпадение пассажиров через окно во время опрокидывания автомобиля и частично защищать от осколков разбитого окна.
Все эти хитроумные средства не были бы столь эффективны без “интеллектуальной” микропроцессорной системы. В настоящее время она способна мгновенно распознавать реальные сценарии столкновения (и реальное положение водителя и пассажиров) и соответственно регулировать процесс раскрытия подушек.
Фирма "Бош" предложила контроллер подушек безопасности со встроенными гироскопическим сенсором крена автомобиля. Блок управления мгновенно распознает и оценивает опасность опрокидывания автомобиля и, не дожидаясь начала толчков и ударов, включает подушки, защищающие головы водителя и пассажиров, а также преднатяжители ремней безопасности.
Подушки, поначалу казавшиеся панацеей, все же не лишены недостатков. И дело не только в том, что в момент их срабатывания водитель и пассажир могут оказаться в очках или с горящей сигаретой (курить за рулем вредно втройне!). Надувшаяся в течение сотых долей секунды (т.е. взрывообразно) подушка отнимает значительную долю внутреннего объема салона. И, если это не кабриолет или окна не были открыты настежь, происходит резкий скачок давления, который может привести не только к временной контузии, но и к более серьезным травмам слухового аппарата. Чем больше подушек одновременно сработает, тем больше скачок давления. Даже взрослым достается изрядно, что уж говорить о детях!
Именно поэтому уже практически не применяются полноразмерные (защищающие все тело выше пояса) подушки безопасности. Сейчас передние подушки делаются относительно небольшими и предназначаются для защиты головы (использование ремня безопасности остается обязательным). Совершенствуется и система управления подушками – в пассажирском сиденье появились (правда, пока лишь на дорогих автомобилях) датчики веса: подушка не раскрывается, если нагрузка на сиденье меньше определенной. На некоторых автомобилях в двери монтируют специальные молоточки, похожие на взведенные бойки. За миг до срабатывания подушек они освобождаются и разбивают боковые окна.
Особый случай, если на переднем сиденье перевозят ребенка в специальном кресле (в Европе – обычное явление), и тут дело уже не в акустике: подушка становится опасной чисто механически. Поэтому у многих автомобилей пассажирская подушка может быть отключена вручную, и если этого не сделать, перевозить ребенка впереди нельзя.
К другим конструкциям, ограничивающим перемещение человека, относятся сетки безопасности, размещаемые внутри автомобиля непосредственно за спинками сидений и защищающие водителя и пассажиров при продольных столкновениях. Сетка, изготовленная из эластичного материала типа капрона, имеет крупные ячейки и закреплена в рамке, которая в свою очередь крепится к потолку автомобиля.
Сиденья и подголовники
Подушки безопасности, ремни и тому подобные средства, конечно, великое дело. Однако в ряде случаев единственный спасательный круг – сиденье автомобиля. Примеры хорошо известны: при ударе сзади остается надеяться только на прочность спинки и подголовника. А если при встречном столкновении детали, крепящие сиденье к днищу кузова, не выдержат нагрузки, и сиденье переместится вперед (или оторвется спинка), то значительно уменьшится объем жизненного пространства и увеличится вероятность удара водителя и пассажира о детали автомобиля, а также затруднится эвакуация людей из автомобиля после ДТП. Безопасность сидений и спинок имеет особое значение для автобусов вследствие большого количества людей, одновременно подвергающихся травмированию.
Сиденья проверяют на прочность по 17-му правилу ЕЭК ООН. Сначала к спинке прикладывают момент 373 Н*м, затем с помощью сферической модели головы усилие, создающее момент 373 Н*м, передают и на подголовник. При этом перемещение последнего должно быть не более 102 мм. Второй этап – не снимая преднатяга со спинки, увеличивают нагрузку на подголовник. Нормы безопасности будут выполнены, если сиденье выдержит действие силы 890 Н.
В США и Европе, с их многокилометровыми колоннами движущихся с одной скоростью автомобилей, столкновения “паровозиком” – явление распространенное. От резкого толчка голова под действием силы инерции откидывается назад и может произойти повреждение позвоночника. Для защиты пассажиров в этом случае на спинку сиденья устанавливают подголовники с мягкой обивкой.
Специалисты считают, что будущее за жестко встроенными, неподвижными подголовниками. Однако регулируемые выдвижные пока еще выпускают массово. Хороший подголовник закрепляют в массивном коробе. Его непросто сместить даже в крайнем верхнем положении.
Подголовник оценивают на жесткость, а если точнее – на травмобезопасность для головы заднего пассажира. Во время испытаний замедление модели головы человека при ударе о спинку переднего сиденья не должно превышать 80g в течение 3 мс.
Фирмы, известные своими достижениями в пассивной безопасности, создают целые системы для защиты при ударе сзади, но применяются они в основном в дорогих автомобилях. Например, “активный” подголовник, предложенный SAAB: при увеличении давления тела на спинку сиденья подголовник выдвигается вверх и навстречу голове. В “системе защиты от плетевого удара” (WHIPS) Volvo вся спинка сиденья движется назад вместе с человеком, чтобы уменьшить нагрузки на позвоночник. А затем еще и отклоняется назад, чтобы предотвратить реактивное отбрасывание головы вперед.
Существуют также специальные детские сиденья, требования к которым определяет правило №44 ЕЭК ООН. Из статистических выкладок известно, что даже самые примитивные защитные средства для ребенка снижают риск получения увечий на 25%. А специальные, повернутые против движения сиденья с жестким “панцирем” гарантируют жизнь малышам даже при очень тяжелых авариях.
Комплект для малышей от 8 месяцев до 4 лет (вес 9-18 кг) представляет собой глубокое сиденье, укомплектованное специальной накладкой, которая прижимает ребенка в области живота к спинке. Наружный торец накладки имеет паз под лямку поясного ремня безопасности или под обе лямки диагонально-поясного ремня. Для детей от 4 до 12 лет (вес 15-36 кг) детское защитное устройство выполнено в виде подушки, которая кладется на сиденье. Теперь уже юного пассажира можно пристегивать обычным “взрослым” ремнем. Но ремень этот должен быть обязательно трехточечным, пользоваться одной лишь поясной лямкой нельзя.