Veiligheidsgordels en gordelspanners

Het meest voorkomende structurele element van het passieve veiligheidssysteem van een auto zijn veiligheidsgordels. Het gebruik ervan vermindert de kans en de ernst van verwondingen als gevolg van schokken op harde lichaamsdelen, glas en andere passagiers (zogenaamde secundaire effecten). Vastgemaakte veiligheidsgordels zorgen voor een effectieve werking van de airbags.

Afhankelijk van het aantal bevestigingspunten worden de volgende typen veiligheidsgordels onderscheiden: twee-, drie-, vier-, vijf- en zespunts.

Tweepuntsveiligheidsgordels (fig. 1) worden momenteel gebruikt als middelste veiligheidsgordel op de achterbank van sommige oudere auto's, maar ook op passagiersstoelen in vliegtuigen. De omkeerbare veiligheidsgordel is een heupgordel die om het middel wordt gewikkeld en aan beide zijden van de stoel wordt bevestigd.

Driepuntsveiligheidsgordels (fig. 2) zijn het belangrijkste type veiligheidsgordels en worden in alle moderne auto's geïnstalleerd. De 3-punts diagonale heupgordel heeft een V-vormige opstelling die de energie van het bewegende lichaam gelijkmatig verdeelt over de borst, het bekken en de schouders. Volvo introduceerde de eerste in serie geproduceerde driepuntsveiligheidsgordels in 1959. Beschouw het apparaat als driepuntsgordels als de meest voorkomende.

De driepuntsgordel bestaat uit een singelband, een gesp en een spanner.

De veiligheidsgordel is gemaakt van duurzaam materiaal en wordt op drie punten met speciale apparaten aan het lichaam bevestigd: op de pilaar, op de drempel en op een speciale stang met een slot. Om de riem aan te passen aan de lengte van een bepaalde persoon, voorzien veel ontwerpen in het aanpassen van de hoogte van het bovenste bevestigingspunt.

Het slot zet de veiligheidsgordel vast en wordt naast het autostoeltje gemonteerd. Een beweegbare metalen tong is gemaakt om te verbinden met de riemsluiting. Als herinnering aan de noodzaak om een ​​veiligheidsgordel te dragen, bevat het ontwerp van het slot een schakelaar die is opgenomen in het circuit van het AV-alarmsysteem. Waarschuwing vindt plaats met een waarschuwingslampje op het dashboard en een geluidssignaal. Het algoritme van dit systeem is verschillend voor verschillende autofabrikanten.

Het oprolmechanisme zorgt voor geforceerd afrollen en automatisch oprollen van de veiligheidsgordel. Het is bevestigd aan de carrosserie. De haspel is uitgerust met een traagheidsvergrendelingsmechanisme dat de beweging van de riem op de haspel stopt in geval van een ongeval. Er worden twee methoden van blokkeren gebruikt: als gevolg van de beweging (traagheid) van de auto en als gevolg van de beweging van de veiligheidsgordel zelf. De tape kan alleen langzaam van de spoeltrommel worden getrokken, zonder versnelling.

Moderne auto's zijn uitgerust met veiligheidsgordels met gordelspanners.

Vijfpuntsgordels (fig. 4) worden gebruikt in sportwagens en voor het vastzetten van kinderen in autokinderzitjes. Inclusief twee heupbanden, twee schouderbanden en een beenband.

Rijst. 4. Vijfpuntsgordel

Het 6-punts veiligheidsharnas heeft twee banden tussen de benen, wat zorgt voor een veiligere pasvorm voor de rijder.

Een van de veelbelovende ontwikkelingen zijn opblaasbare veiligheidsgordels (Fig. 5), die bij een ongeval met gas worden gevuld. Ze vergroten het contactgebied met de passagier en verminderen dienovereenkomstig de belasting van de persoon. Het opblaasbare gedeelte kan een schoudergedeelte of een schouder- en taillegedeelte zijn. Tests tonen aan dat dit ontwerp van de veiligheidsgordel extra bescherming biedt bij zijdelingse aanrijdingen.

Rijst. 5. Opblaasbare veiligheidsgordels

Ford biedt deze optie in Europa aan voor de vierde generatie Ford Mondeo. Voor passagiers op de achterste rij zijn opblaasbare veiligheidsgordels geïnstalleerd. Het systeem is ontworpen om hoofd-, nek- en borstletsel bij een ongeval te verminderen voor passagiers op de achterste rij, vaak kinderen en ouderen, die bijzonder vatbaar zijn voor dit soort verwondingen. In het dagelijks gebruik werken de opblaasbare veiligheidsgordels net als normale veiligheidsgordels en zijn ze compatibel met kinderzitjes.

In het geval van een ongeval stuurt de schoksensor een signaal naar de regeleenheid van het beveiligingssysteem, de eenheid stuurt een signaal om de afsluitklep van de kooldioxidecilinder onder de stoel te openen, de klep gaat open en het gas dat was voorheen in een gecomprimeerde toestand vult het kussen van de veiligheidsgordel. De gordel ontplooit zich snel en verdeelt de impactkracht over het oppervlak van het lichaam, wat vijf keer meer is dan bij standaard veiligheidsgordels. De activeringstijd van de banden is minder dan 40 ms.

Met de nieuwe Mercedes-Benz S-Klasse W222 breidt het bedrijf zijn beschermingsopties voor de passagiers op de achterbank uit. Het PRE-SAFE-pakket voor de achterbank combineert gordelspanners en een airbag in de veiligheidsgordel (Beltbag) met airbags in de voorstoelen. Het gecombineerde gebruik van deze apparaten tijdens een ongeval vermindert het letsel van passagiers met 30% in vergelijking met het traditionele schema. De veiligheidsgordelairbag is een veiligheidsgordel die kan worden opgeblazen en daardoor het risico op letsel voor passagiers bij een frontale botsing vermindert door de belasting op de borst te verminderen. De ligstoel is standaard voorzien van een onder de bekleding van het zitkussen verborgen airbag die voorkomt dat de passagier in liggende positie bij een ongeval onder de gordel doorglijdt (het zogenaamde "duiken") . Op deze manier heeft Mercedes-Benz een comfortabele verstelbare stoel kunnen ontwikkelen die bij een ongeval meer veiligheid biedt dan een stoel waarbij de rugleuning naar achteren wordt geschoven door het zitkussen uit te schuiven.

Als maatregel tegen het niet gebruiken van veiligheidsgordels worden sinds 1981 automatische veiligheidsgordels voorgesteld (Fig. 6), die de passagier automatisch vastzetten wanneer het portier wordt gesloten (motor starten) en hem weer vrijgeven wanneer het portier wordt geopend (motor start Stop). In de regel is de beweging van de schouderriem die langs de randen van het deurkozijn beweegt geautomatiseerd. De riem wordt met de hand vastgemaakt. Vanwege de complexiteit van het ontwerp, het ongemak van het instappen in een auto, worden automatische veiligheidsgordels momenteel praktisch niet gebruikt.

Rijst. 6. Automatische veiligheidsgordel

2. Gordelspanners

Bij een snelheid van bijvoorbeeld 56 km/u duurt het ongeveer 150 ms vanaf het moment van aanrijding met een vast obstakel tot volledige stilstand van de auto. De bestuurder en passagier van de auto hebben geen tijd om in zo'n korte tijd iets te doen en zijn daarom passieve deelnemers aan de calamiteit. Gedurende deze periode moeten de gordelspanners, airbags en accu-kill-schakelaar worden geactiveerd.

Bij een ongeval moeten veiligheidsgordels een energieniveau absorberen dat ongeveer gelijk is aan de kinetische energie van een persoon die van de vierde verdieping van een hoog gebouw valt. Vanwege het mogelijk losraken van de veiligheidsgordel wordt een gordelspanner (gordelspanner) gebruikt om dit loskomen te compenseren.

De gordelspanner trekt de gordel op bij een aanrijding. Dit helpt de speling van de veiligheidsgordel (de ruimte tussen de veiligheidsgordel en het lichaam) te verminderen. Zo verhindert de veiligheidsgordel dat de passagier op voorhand vooruitgaat (ten opzichte van de beweging van de auto).

Voertuigen gebruiken zowel diagonale gordelspanners als gespspanners. Door beide typen te gebruiken, kunt u de passagier optimaal fixeren, omdat het systeem in dit geval de gesp naar achteren trekt en tegelijkertijd de diagonale en ventrale takken van de veiligheidsgordel aanspant. In de praktijk worden voornamelijk spanners van het eerste type gemonteerd.

De gordelspanner verbetert de spanning en verbetert de bescherming tegen slippen van de gordel. Dit wordt bereikt door bij de eerste aanrijding de gordelspanner onmiddellijk in te klappen. De maximale beweging van de bestuurder of passagier in voorwaartse richting moet ongeveer 1 cm zijn en de duur van de mechanische actie moet 5 ms zijn (maximale waarde 12 ms). De spanner zorgt ervoor dat het riemgedeelte (tot 130 mm lang) in bijna 13 ms wordt opgewonden.

De meest voorkomende zijn mechanische gordelspanners (Fig. 7).

Rijst. 7. Mechanische gordelspanner: 1 - veiligheidsgordel; 2 - ratelwiel; 3 - as van de traagheidsspoel; 4 - vergrendeling (gesloten positie); 5 - slingerinrichting

Naast traditionele mechanische spanners rusten veel fabrikanten voertuigen nu uit met pyrotechnische spanners (Figuur 8).

Rijst. 8. Pyrotechnische spanner: 1 - veiligheidsgordel; 2 - zuiger; 3 - pyrotechnische patroon

Ze worden geactiveerd wanneer de ingebouwde sensor van het systeem detecteert dat een vooraf bepaalde vertragingsdrempel is overschreden, wat het begin van een botsing aangeeft. Hierdoor ontsteekt de ontsteker van de pyrotechnische patroon. Wanneer de patroon explodeert, komt er gas vrij, waarvan de druk inwerkt op de zuiger die is verbonden met de veiligheidsgordel. De zuiger beweegt snel en spant de riem. Typisch is de responstijd van het apparaat niet meer dan 25 ms vanaf het begin van de ontlading.

Om overbelasting van de borst te voorkomen, hebben deze gordels spanningsbegrenzers die als volgt werken: eerst wordt de maximaal toelaatbare belasting bereikt, waarna een mechanisch apparaat de passagier in staat stelt een bepaalde afstand naar voren te bewegen, waardoor het laadniveau constant blijft.

Volgens het ontwerp en het werkingsprincipe worden de volgende soorten gordelspanners onderscheiden:

• kabel met een mechanische aandrijving;
• de bal;
• draaien;
• plank;
• omkeerbaar.

2.1. Kabelspanner voor veiligheidsgordel

De gordelspanner 8 en de automatische gordeloproller 14 zijn de hoofdcomponenten van de kabelspanner (Fig. 9). Het systeem is beweegbaar bevestigd op de beschermbuis 3 in het lagerdeksel, vergelijkbaar met een verticale slinger. Op de zuiger 1 is een staalkabel 17 bevestigd. De kabel wordt gewikkeld en op een beschermbuis op de trommel 18 voor de kabel gemonteerd.

De spanmodule bestaat uit de volgende elementen:

• sensoren in de vorm van een "veermassa"-systeem;
• gasgenerator 4 met pyrotechnische drijflading;
• zuiger 1 met een staalkabel in de buis.

Als de vertraging van de auto tijdens een botsing een bepaalde waarde overschrijdt, begint de sensorveer 7 samen te drukken onder invloed van de sensormassa. De sensor bestaat uit een steun 6, een gasgenerator 4 met een pyrotechnische lading die daardoor wordt uitgestoten, een schokveer 5, een zuiger 1 en een buis 2.

Rijst. 9. Kabelspanner: a - ontsteking; b - spanning; 1, 16 - zuiger; 2 - buis; 3 - beschermbuis; 4 - gasgenerator; 5, 15 - schokveer; 6 - sensorbeugel; 7 - sensorveer; 8 - veiligheidsgordel; 9 - schokplaat met een schokpen; 10, 14 - oprolmechanisme voor veiligheidsgordels; 11 - sensorbout; 12 - tandwielrand van de as; 13 - getand segment; 17 - staalkabel; 18 - trommel

Als de steun 6 een grotere afstand dan de norm heeft verplaatst, wordt de gasgenerator 4, in rust gehouden door de sensorbout 11, in verticale richting vrijgegeven. De gespannen slagveer 15 duwt deze naar de slagpen in de slagplaat. Wanneer de gasgenerator het botslichaam raakt, ontsteekt de vlotterlading van de gasgenerator (Fig. 9, a).

Op dit moment wordt het gas in de buis 2 geïnjecteerd en beweegt de zuiger 1 met de staalkabel 17 naar beneden (fig. 9, b). Tijdens de eerste beweging van de om de koppeling gewikkelde kabel beweegt het getande segment 13 onder invloed van de versnellingskracht radiaal naar buiten van de trommel en grijpt aan op de getande rand van de as 12 van de gordeloproller 14.

2.2. Kogelriemspanner

Het bestaat uit een compacte module die naast riemherkenning ook een riemspanningsbegrenzer bevat (fig. 10). Mechanische activering vindt alleen plaats wanneer de gordelslotsensor detecteert dat de veiligheidsgordel is vastgemaakt.

De gordelspanner met kogel wordt bediend door kogels die in de buis 9 zijn geplaatst. Bij een aanrijding ontsteekt de airbagregeleenheid de uitgeworpen lading 7 (afb. 10, b). Bij elektrische gordelspanners wordt de activering van het aandrijfmechanisme uitgevoerd door de airbagregeleenheid.

Wanneer de uitgestoten lading wordt ontstoken, zetten de expanderende gassen de ballen in beweging en leiden ze door het tandwiel 11 in de ballon 12 om de ballen te verzamelen.

Rijst. 10. Kogelspanner: a - algemeen beeld; b - ontsteking; c - spanning; 1, 11 - versnelling; 2, 12 - ballon voor ballen; 3 - aandrijfmechanisme (mechanisch of elektrisch); 4, 7 - pyrotechnische drijflading; 5, 8 - veiligheidsgordel; 6, 9 - buis met ballen; 10 - gordeloproller

Omdat de gordelhaspel vast met het tandwiel is verbonden, draait deze met kogels en wordt de gordel opgerold (Fig. 10, c).

2.3. Roterende riemspanner

Werkt volgens het principe van een rotor. De spanner bestaat uit een rotor 2, een detonator 1, een aandrijfmechanisme 3 (Fig. 11, a)

De eerste detonator wordt aangedreven door een mechanische of elektrische aandrijving, terwijl het expanderende gas de rotor laat draaien (Fig. 11, b). Omdat de rotor is verbonden met de gordelas, begint de veiligheidsgordel zich in te schuiven. Bij het bereiken van een bepaalde draaihoek opent de rotor het bypasskanaal 7 naar de tweede cartridge. Onder invloed van de werkdruk in kamer nr. 1 ontsteekt de tweede patroon, waardoor de rotor blijft draaien (Fig. 11, c). Rookgassen uit kamer nr. 1 gaan naar buiten via het uitlaatkanaal 8.

Rijst. 11. Roterende spanner: a - algemeen beeld; b - de actie van de eerste ontsteker; c - actie van de tweede ontsteker; g - de actie van het derde rotje; 1 - aas; 2 - rotor; 3 - aandrijfmechanisme; 4 - veiligheidsgordel; 5, 8 - uitgangskanaal; 6 - werk van het eerste aas; 7, 9, 10 - bypass-kanalen; 11 - activering van de tweede ontsteker; 12 - kamer nr. 1; 13 - uitvoering van het derde aas; 14 - cameranummer 2

Wanneer het tweede bypasskanaal 9 is bereikt, wordt de derde patroon ontstoken onder invloed van de werkdruk in kamer nr. 2 (afb. 11, d). De rotor blijft draaien en het uitlaatgas uit kamer nr. 2 komt naar buiten via uitlaat 5.

2.4. Riemspanner

Voor een soepele krachtoverbrenging op de riem worden ook verschillende tandheugel-inrichtingen gebruikt (Fig. 12).

De tandheugelspanner werkt als volgt. Op het signaal van de airbagregeleenheid ontsteekt de detonatorlading. Onder de druk van de resulterende gassen beweegt de zuiger met de tandheugel 8 omhoog, waardoor de rotatie van het tandwiel 3, dat ermee in aangrijping is, wordt veroorzaakt. De rotatie van tandwiel 3 wordt overgebracht op tandwielen 2 en 4. Tandwiel 2 is star verbonden met de buitenring 7 van de vrijloopkoppeling, die koppel overbrengt op de torsie-as 6. Wanneer de ring 7 draait, zijn de rollen 5 van de koppeling geklemd tussen de koppeling en de torsie-as. Door de rotatie van de torsie-as wordt de veiligheidsgordel gespannen. De riemspanning wordt opgeheven wanneer de zuiger de demper bereikt.

Rijst. 12. Gordelspanner: a - uitgangspositie; b - het einde van de riemspanning; 1 - schokdemper; 2, 3, 4 - versnellingen; 5 - rol; 6 - torsie-as; 7 - de buitenring van de vrijloopkoppeling; 8 - zuiger met tandheugel; 9 - voetzoeker

2.5 omkeerbare riemspanner

In complexere passieve veiligheidssystemen zijn naast pyrotechnische gordelspanners, een omkeerbare gordelspanner (Fig. 13) met een regeleenheid en een adaptieve gordelkrachtbegrenzer (omschakelbaar.

Elke omkeerbare gordelspanner wordt aangestuurd door een aparte regeleenheid. Op basis van databuscommando's sturen de regeleenheden van de gordelspanners de aangesloten bedieningsmotoren aan.

Omkeerbare spanners hebben drie niveaus van bedieningskracht:

1. weinig inspanning - selectie van speling in de veiligheidsgordel;
2. gemiddelde kracht - gedeeltelijke spanning;
3. hoge sterkte - volledige spanning.

Als de airbagregeleenheid een lichte frontale aanrijding detecteert waarvoor de pyrotechnische gordelspanner niet nodig is, stuurt hij een signaal naar de gordelspannerregeleenheden. Ze zorgen ervoor dat de veiligheidsgordels volledig worden gespannen door de aandrijfmotoren.

Rijst. 13. Veiligheidsgordel met omkeerbare gordelspanner: 1 - versnelling; 2 - haak; 3 - leidende aandrijving

De motoras (niet getoond in Fig. 13), roterend door een tandwiel, roteert een aangedreven schijf die is verbonden met de veiligheidsgordelas door twee intrekbare haken. De veiligheidsgordel wikkelt zich om de as en wordt strakker.

Als de motoras niet of een beetje in de tegenovergestelde richting draait, kunnen de haken inklappen en de gordelas loslaten.

De schakelbare gordelkrachtbegrenzer wordt geactiveerd nadat de pyrotechnische gordelspanners zijn geactiveerd. In dit geval blokkeert het vergrendelingsmechanisme de as van de riem, waardoor de riem niet kan afrollen vanwege de mogelijke traagheid van de lichamen van passagiers en de bestuurder.