Wstęp

Układy, które zwiększają bierne bezpieczeństwo w samochodach, są montowane w celu zapewniania jak największego bezpieczeństwa pasażera przed groźnymi dla życia obrażeniami. W razie wypadku skutki jakie on za sobą pociąga są zazwyczaj dużo bardziej łagodniejsze, a otrzymane urazy znacznie mniej groźne.

Przykłady biernych zabezpieczeń:

  • Wzmocnione drzwi boczne, specjalnie skonstruowane w celu pochłaniania jak największych porcji energii przekazanej podczas zderzenia bocznego.
  • Dodatkowo wzmocniony i usztywniony szkielet nadwozia zaopatrzony w strefy kontrolowanego zgniotu.
  • Zamki w drzwiach, konstruowane w celu samoczynnego ich otwarcia po stwierdzeniu zderzenia, a także łatwe do otwarcia, kiedy już dojdzie do wypadku.
  • W pełni regulowane oraz dobrze zaprojektowane zagłówki zarówno w siedzeniach przednich jak i tylnich.
  • Klejona przednia szyba, mocowana w sposób ułatwiający jej wypchnięcie przez człowieka uwięzionego na skutek wypadku wewnątrz samochodu.
  • Zbiornik paliwa znajdujący się poza strefą zgniotu. Powinien on być wykonany z bardzo trwałego tworzywa sztucznego oraz powinien posiadać system zapobiegający wyciekowi paliwa, na skutek zderzenia, czy nawet wywrócenia samochodu.
  • Kolumna kierownicy dzielona, która pochłania dużą część energii dostarczonej na skutek zderzenia czołowego. Kierownica powinna być montowana z zamysłem uniemożliwienia wniknięcia jej do wnętrza kabiny.
  • Wykonane z miękkich materiałów wnętrze nadwozia, które spełnia odpowiednie normy bezpieczeństwa, takie jak: brak ostrych krawędzi, miękkie tworzywo, materiały nie palne.
  • Koło kierownicy pokryte miękkim materiałem - IPUR.
  • Poduszki powietrzne zarówno przednie jak i boczne.
  • Napinacze oraz pasy bezpieczeństwa.
  • Specjalne układy służące ochronie pasażerów w samochodach typu kabriolet.
  • Zaokrąglone kształty zewnętrzne, w których brak wystających klamek oraz innych ostrych krawędzi. Zderzaki powinny się płynnie łączyć z linią nadwozia. Wszystkie te zabiegi mają na celu mają na celu zminimalizowanie obrażeń których może dostać pieszy na skutek potrącenia go przez samochód.

Pasy bezpieczeństwa oraz napinacze.

Na początku ubiegłego stulecia, we Francji narodził się pomysł, aby szelkami przymocować kierowcę do siedzenia. Pasy bezpieczeństwa, które my znamy, pojawiły się w seryjnej produkcji dopiero na początku lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku. Pierwszą firmą, która za podstawę postawiła sobie zapewnienie jak największego bezpieczeństwa kierowcy, była firma Volvo. Nawet po dziś dzień samochody spod tej marki cieszą się wielką niezawodnością oraz wysokim bezpieczeństwem jazdy.

Pasy bezpieczeństwa w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat przeszły znaczącą ewolucję, w dosyć szybko przeszły ze statusu technicznej ciekawostki do obowiązkowego elementu wyposażenia każdego współcześnie produkowanego samochodu. W historii pasów bezpieczeństwa należy wyróżnić rok 1962, wtedy to bowiem opatentowano pasy bezwładnościowe. Pasy te są jak wiemy bardzo łatwe w użytkowaniu oraz zapewniają odpowiednie przyleganie pasa do ciała zapiętej w nie osoby. Luz występujący pomiędzy ciałem a pasem bezpieczeństwa może mieć bardzo groźne konsekwencje w przypadku kolizji. Badania dowiodły że wysokie bezpieczeństwo wymaga jeszcze mocniejszego przywiązania pasażera do fotela na którym siedzi. W ten sposób wprowadzono do użytku napinacze pirotechniczne. Są to małe ładunki wybuchowe, znajdujące się w klamrach, które w momencie zderzenia wybuchają, powodując wciągnięcie pasa o dodatkowe 7,5 cm. Tym sposobem zlikwidowany zostaje luz pasów bezpieczeństwa, które bardzo dokładnie przylegają do miednicy i klatki piersiowej.

Naukowcy pracujący w firmie Renault doszli do wniosku, że pas bezpieczeństwa powinien, oprócz zabezpieczenia przed poruszeniem ciała, pochłaniać maksymalną możliwą do odebrania porcję energii, aby nie doszło do uszkodzenia narządów wewnętrznych kierowcy, bądź pasażera. Narażony na urazy jest szczególnie rejon miednicy. Tym sposobem powstał Kontrolowany System Bezpieczeństwa, nazywany w skrócie PRS. Układ pasów z napinaczami uzupełniono o ogranicznik napięcia, który jest odpowiednio skonstruowanym uchwytem do którego przymocowano rolkę zwijacza. W momencie zderzenia nacisk ciała zapiętej osoby implikuje rozdarcie szwów omawianego uchwytu, pozwalając na pochłonięcie dużej części energii otrzymanej w wyniku zderzenia.

Podstawowe zadaniem pasów bezpieczeństwa, to utrzymanie pasażera na siedzeniach, w momencie kiedy samochód uderza w przeszkodę. Zamontowanie napinacza pasa powoduje zwiększenie efektywności działania pasa bezwładnościowego trójpunktowego oraz zmniejszenie ryzyka otrzymania przez pasażera groźnych dla życia obrażeń. W przypadku silnego zderzenia czołowego napinacz przyciska pas do ciała oraz trzyma tułów bardzo blisko oparcia siedzenia. Na skutek tych zabezpieczeń ciało pasażera pod wpływem działania sił bezwładności nie przesunie się nadmiernie w przód.

Mechaniczne, trójpunktowe pasy bezwładnościowe posiadają zatrzask o szybkim działaniu, który blokuje szpulę na której nawinięty jest pas, w momencie kiedy samochód osiągnie określoną wartość opóźnienia. Po czołowym uderzeniu o przeszkodę stałą, jadąc z prędkością 50 km/h pas bezpieczeństwa musi przejąć energię odpowiadającej energii posiadanej człowieka, który w danym momencie spadałby z czwartego piętra jakiegoś budynku

Na skutek bardzo mocno przylegającego do ciała pasa, w przypadku zderzenia czołowego w przeszkodę nieruchomą, jadąc z prędkością przekraczającą 50 km/h, następuje znaczne obniżenie bezpieczeństwa pasażera. Pas bezwładnościowy bowiem zwiększa swoją długość wskutek opóźnień w działaniu mechanizmu nawijającego, co z kolei jest spowodowane sprężystością, charakteryzującą każdy pas. Nie możliwe jest więc całkowite zapobiegnięcie uderzeniu ciałem i głową o tablicę rozdzielczą lub koło kierownicy.

Uzyskanie wysokiego bezpieczeństwa, w omawianym przypadku, zapewnia napinacz pasa barkowego., który likwiduje podczas uderzenia luz pasa oraz nadmierną sprężystość, dzięki nawijaniu i naciąganiu taśmy pasa. Po włączeniu mechanizmu ma miejsce zapłon elektryczny ładunku wybuchowego. Ciśnienie, które gwałtownie rośnie, działa na tłok obracający szpulę napinacza z wykorzystaniem linki stalowej, aż do momentu w którym pas dokładnie przylgnie do ciała pasażera. Urządzenie tego typu w zderzeniach przy prędkości 50 km/h dochodzi do pełni działania w przeciągu 20ms od momentu uderzenia, wspomagając przy okazji poduszkę powietrzną, napełnianą w około 40ms. Ciało kierowcy, bądź pasażera przesuwa się nadal do przodu naciskając na ciągle opróżniającą się poduszkę powietrzną.

Aby uzyskać optymalną ochronę pasażer powinien uczestniczyć w dużym opóźnieniu, któremu poddawany jest samochód, o ile to możliwe w jak najmniejszym stopniu przesuwając się w przód. Zadanie to spełnia napinacz pasa, który uruchamia się w bardzo krótkim czasie po zderzeniu, co zapewnia względnie szybkie zatrzymanie siedzących na przednich siedzeniach pasażerów. Przemieszczenie maksymalne w przód, jakiemu ulegają pasażerowie, przy pasach naciągniętych, jest równe w przybliżeniu 1 cm. Czas procesu mechanicznego napełniania zawiera się w granicach od 5ms do 12 ms.

Poza wymienionym pasem barkowym, który służy do obracania wstecz szpuli pasa, są znane inne rozwiązania jak napinacz zamka, którego działanie opiera się na ciągnięciu zamka w tył, przy okazji napinając pas biodrowy oraz barkowy. Ochrona pasażera przed wysunięciem spod pasa jest lepsza, gdy zastosuje się napinacz przy zamku. W obu rozwiązaniach czas naciągania pasów bezpieczeństwa jest podobny.

Przednia poduszka powietrzna

Poduszki powietrzne przeznaczone dla kierowcy oraz dla pasażera na przednim siedzeniu, mają za zadanie ochraniać głową oraz klatkę piersiową, w trakcie kolizji samochodu z przeszkodą nieruchomą lub na skutek zderzenia czołowego przy prędkości 60km/h. Ochrona przed zderzeniami czołowymi o prędkościach względnych wynoszących 100km/h jest zapewniana przez przednie poduszki powietrzne, nawet napinacz pasów bezpieczeństwa nie może bowiem zapobiec uderzeniu przednią częścią ciała w koło kierownicy przy zderzeniach z dużymi prędkościami.

Poduszki powietrzne, aby dobrze spełniać swoją rolę posiadają różne, odpowiednio dostosowane do danego samochodu pojemności oraz określony przebieg wzrostu ciśnienia, zależnie od miejsca zamontowania, wykonania, a nawet rodzaju samochodu. Poduszki powietrzne znajdujące się przed kierowcą oraz przednim pasażerem napełniane są wybuchowo, poprzez układy pirotechniczne takie jak specjalne wytwornice gazu, które w przypadku wykrycia przez czujniki uczestniczenia samochodu w zderzeniu czołowym rozpoczynają swoje działanie. W celu zapewniania optymalnej ochrony poduszka powietrzna powinna być całkowicie napełniona, zanim ciało pasażer zetknie się z nią. Na skutek uderzenia górnej części ciała pasażera, bądź kierowcy poduszka częściowo się opróżnia, a energia którą niesie za sobą uderzenie ciała pasażera jest łagodnie pochłaniana z naciskiem rozłożonym na całą powierzchnię poduszki powietrznej. Ma to miejsce z bardzo małym opóźnieniem, które nie powinno zaważyć na obrażeniach klatki piersiowej i głowy.

W chwili napełnienia poduszki powietrznej maksymalne przemieszczenie jakiemu są poddawani kierowca lub pasażer na przednim siedzeniu wynosi 12,5 cm. Odpowiada to 40ms od momentu zderzenia z przeszkodą nieruchomą, jadąc z prędkością około 50km/h. Zaraz po napełnieniu poduszka powietrzna w ciągu kolejnych 80 - 100ms stopniowo się opróżnia poprzez porowatą tkaninę oraz otwory wypływowe. Cały cykl zajmuje nie więcej niż dziesiątą część sekundy.

Wykrywanie kolizji

W przypadku zderzenia ukośnego, bądź czołowego najlepszą ochronę pasażerom zapewniają współdziałające ze sobą materiały pirotechniczne, które są wyzwalane elektronicznymi zapalnikami, przednie poduszki powietrzne oraz napinacze pasów. Aby zapewnić szybkie współdziałanie poszczególnych układów, łączy się poszczególne urządzenia ochronne wspólnym, zazwyczaj umieszczonym we wnętrzu nadwozia sterownikiem elektrycznym.

Przy pomocy jednego lub większej ilości czujników elektronicznych sterownik uzyskuje informację o powstającym w trakcie zderzenia opóźnieniu oraz bazując na tych informacjach oblicza zmianę prędkości pojazdu. Poza tym dokonywana jest jakościowa ocena zderzenia, nie powinno bowiem dojść do sytuacji w której lekkie potrącenie, uderzenie młotka w warsztacie samochodowym, czy nawet najechanie na wybój na drodze wyzwalałoby uruchomienie poduszek powietrznych. Aby zapobiec takim sytuacjom, sygnały które są nieustannie przesyłane przez czujniki ulegają przetworzeniu przez algorytmy cyfrowe zawarte w układach elektronicznych, których parametry czułości są zoptymalizowane przy pomocy odpowiednich symulacji przeprowadzanych w trakcie zderzeń doświadczalnych. Próg uruchomienia wynosi, w zależności od rodzaju zderzenia, od 5ms do 50ms.

Zmiany przyspieszenia przedstawiają się różnie w zależności od badanego modelu samochodu. Uwarunkowane są one konstrukcją, wyposażeniem oraz odkształcaniem nadwozia na skutek wypadku. Parametry regulacyjne, które są miarodajne w procesie uzupełniania poduszki powietrznej wynikają właśnie stąd. Zależnie od wyposażenia poszczególnych samochodów oraz od technologii zastosowanej przez producenta pojazdu, jest możliwe programowanie parametrów już w procesie produkcyjnym, kiedy samochód znajduje się na taśmie montażowej.

Poduszka powietrzna boczna

Znaczna część konstruktorów dopatruje się uniwersalnego sposobu rozwiązywania wszelkich problemów z bezpieczeństwem właśnie w poduszkach powietrznych. Obok poduszek przednich dla kierowcy oraz pasażera na przednim siedzeniu, poduszki powietrzne mogą być montowane również w fotelu albo we wnętrzu drzwi. Istnieją także poduszki dla pasażerów podróżujących na tylnich siedzeniach samochodu a nawet poduszki zamontowane w dachu. Ponadto firma Toyota wprowadziła w swoim modelu bezpiecznego samochodu również poduszkę powietrzną dla potrąconego pieszego. W przypadku kolizji z pieszym, wyzwalana jest na masce pojazdu poduszka powietrzna, która zapewnia amortyzację w zderzeniu ofiary z pojazdem.

Zderzenia stanowią 20% ogólnej liczby wypadków samochodowych. Pod względem częstości występowania przodują zderzenia czołowe, na kolejnej pozycji plasują się zderzenia boczne. W związku z tym coraz większa liczba samochodów jest wyposażana również w boczne poduszki powietrzne uzupełniające działanie przednich poduszek powietrznych oraz napinaczy pasów. Poduszki powietrzne boczne, które szybko się napełniają wzdłuż krawędzi dachu lub drzwi a nawet wzdłuż oparcia siedzenia (poduszki powietrzne Thorax), chronią szczególnie wrażliwą na urazy głowę ludzką oraz górną część tułowia przed przykrymi skutkami zderzenia bocznego. Są to na przykład nadmuchiwane wałki, poduszki w oknach oraz nadmuchiwane zasłony okienne. Przykładowo Scenic II posiada dwie poduszki boczne wbudowane w siedzenia przednie, które chronią klatkę piersiową siedzących z przodu osób. Posiada również dwie poduszki kurtynowe, które zapewniają ochronę głów zarówno pasażerów siedzących z przodu jak i z tyłu.

Problem stanowi napełnianie poduszek powietrznych bocznych. Jest to szczególnie trudne ze względu na brak strefy pochłaniania energii, a także na małą odległość pomiędzy pasażerami oraz bocznymi elementami, z których skonstruowane jest nadwozie. Z tych powodów czas pomiędzy wykryciem zderzenia a uruchomieniem bocznych poduszek powietrznych, które są napełnione wzdłuż krawędzi drzwi lub dachu, nie powinien wynosić więcej niż 3ms, jeśli bierzemy pod uwagę dosyć silne boczne uderzenie. W przypadku napełniania poduszek powietrznych Thorax charakteryzujących się pojemnością 12 dm3 czas ten nie powinien wynieść więcej niż 10ms. Nie została dotąd ustalona norma określająca czasy reakcji urządzeń przeznaczonych do wykrywania zderzenia oraz napełniających poduszki powietrzne boczne.

Aby spełnić opisane wymagania koncern Bosh przedstawił w swojej ofercie dwie odmiany sterowników:

  • Sterownik zespolony, który przetwarza wejściowe sygnały pochodzące z bocznych czujników przyspieszenia, które umieszczone są we właściwych miejscach nadwozia. Poza napinaczami pasów oraz przednimi poduszkami powietrznymi w razie konieczności mogą zostać uruchomione boczne poduszki powietrzne.
  • Sterownik oddzielny odpowiedzialny za uruchamianie bocznych poduszek gazowych, niezależny od sterownika przednich poduszek powietrznych i napinaczy pasów.

Należy wspomnieć o firmach Saab oraz Mercedes, które w swoich samochodach wprowadziły podobne do poduszek powietrznych ochronne kurtyny, które opadają spod sufitu oraz osłaniają pasażerów przed odłamkami szkła. Mechanizm uruchamiający je jest identyczny jak w przypadku poduszek powietrznych.

Firma Renault z kolei opracowuje nową generację przednich poduszek powietrznych przeznaczonych dla pasażerów podróżujących na tylnich siedzeniach. Pomysł opiera się na rozwiązaniu kontrolowanego zabezpieczenia kierowcy i pasażera na przednim siedzeniu. O specyfice tych poduszek stanowi wbudowanie ich w brzuszną część pasa bezpieczeństwa, jest to normalna poduszka powietrzna wyprodukowana z wykorzystaniem najnowszych technologii. Poduszki napełniają się gazem, który wytwarza generator znajdujący się w podłodze.

Wytwornice gazu

Miotające ładunki pirotechniczne, czyli wytwornice gazu znalazły swoje zastosowanie w napełnianiu poduszek powietrznych oraz uruchamianiu napinaczy pasów. Wzbudzane są elektronicznie przez zapalne spłonki. Wytwornica gazu napełnia szybko azotem poduszkę powietrzną kierowcy, która jest zamocowana w piaście koła kierownicy. Poduszka ta posiada objętość nawet 35,67 dm3 i jest napełniana w około 30ms od odpalenia. Poduszka powietrzna pasażera jest montowana z kolei na tablicy rozdzielczej i posiada objętość od 70 dm3 do 150 dm3. Czas napełniania tej poduszki waha się w granicach od 40ms do 50ms. Możliwość dłuższego czasu napełniania poduszki powietrznej pasażera jest zasługą większej odległości jaka dzieli pasażera od tablicy rozdzielczej samochodu, a co za tym idzie dopuszczalne jest, w porównaniu do kierowcy, większe przemieszczenie w przód pasażera.

Aby zażegnać niebezpieczeństwo samoczynnego napełnienia się poduszki powietrznej, w przypadku przypadkowego dojścia impulsu elektrycznego do spłonki, co może być wynikiem przebicia izolacji wiązki przewodów, realizuje się odpalenie ładunku prądem przemiennym o częstotliwości przeważnie 100 kHz. Kondensator, który umieszcza się w obwodzie odpalania ładunku, znajdującym się w złączu spłonki, stanowi elektryczną izolację zapalnika od stałego prądu, który zasila w samochodzie rozmaite układy. Właśnie to uniezależnienie od napięcia stałego pochodzącego bezpośrednio od akumulatora, niemal gwarantuje całkowite bezpieczeństwo odpalenia ładunku.

Strefy kontrolowanego zgniotu

Konstrukcja samochodu wymaga bardzo starannego zaprojektowania oraz doświadczenia inżynierów projektujących samochody. Przednia część powinna posiadać jak największą zdolność absorbowania siły uderzenia. Część pasażerska powinna być z kolei jak najbardziej sztywna oraz wytrzymała. Warunkiem przeżycia ludzi jadących samochodem, w przypadku zaistnienia groźnego wypadku, jest zapewnienie odpowiedniej skorupy ochronnej. Zbudowanie nadwozia, w niektórych miejscach miękkiego, w niektórych twardego jest zadaniem niezwykle trudnym.

Wyobraźmy sobie uderzenie czołgu, jadącego z prędkością 50 km/h, w nieruchomą przeszkodę. Testy tego typu przechodzą wszystkie produkowane obecnie samochody, efekty tych zderzeń są możliwe do obejrzenia w licznych materiałach filmowych pokazywanych w telewizji. Pancerz czołgu w tego typu zderzeniu odkształci się o 10cm, czołgiści jednak nie są w stanie przeżyć takiego zderzenia, z racji tego, że są poddawani przeciążeniu około 100G, ich ciała zatem będą miały przez ułamek sekundy masę sto razy większą od tej posiadanej zwykle. Organizm ludzki nie jest w stanie wytrzymać takich obciążeń, z tego powodu musi istnieć jakaś konstrukcja, która pochłonie energię ruchu pojazdu. Dobry pojazd to taki, który w przypadku kolizji solidnie się pogniecie, jednocześnie zapewniając bezpieczeństwo pasażerów w środku. W tym celu są projektowane strefy kontrolowanego zgniotu, ulegające odkształceniom w wypadku zderzenia. Uzyskanie najbardziej optymalnej konstrukcji pojazdu jest możliwe dzięki przeprowadzeniu wielu prób zderzeniowych, a także na bazie odpowiednich symulacji komputerowych. Przedział pasażerski stanowi więc skorupę dodatkowo otoczoną z tyłu i z przodu blaszanymi poduszkami. O ile poduszki mogą się odkształcić do woli, od tyle podstawowym kryterium pozostaje takie zaprojektowanie samochodu aby przedział pasażerski pozostał nienaruszony.

Obecnie produkowane kabiny pasażerskie posiadają bardzo wysoki potencjał pochłaniania a także rozpraszania energii, która wyzwala się w trakcie zderzenia. Przednie, boczne oraz tylne części konstrukcji są bardzo skutecznymi strefami kontrolowanego zgniotu. Skontrolowanie toru, którym następuje przesunięcie podzespołów oraz komponentów znajdujących się w komorze silnika pozwala na osiągnięcie maksymalnego wzajemnego zgniecenia tych elementów co zabezpiecza je przed przedostaniem się do kabiny pasażerskiej. Taka kompleksowa kontrola powstających odkształceń pozwala zmniejszyć opóźnienia działające na użytkowników oraz ograniczyć ryzyko obrażeń, które mogłoby być przyczyną niekontrolowanego przedostania się podzespołu do wnętrza samochodu. Jest to osiągane przez wzmocnienie tej części struktury pojazdu oraz inne rozwiązania powodujące przeniesienie naprężenia powstającego w czasie kolizji na całą strukturę.

Wzmocnienia boczne

Poważny problem stanowi ochrona przed uderzeniem bocznym, do których dochodzi przy 20% wszystkich kolizji, a pochłaniają one 36% ofiar śmiertelnych wypadków samochodowych. Trudno bowiem o odpowiednie zaprojektowanie stref kontrolowanego zgniotu na tak niewielkiej szerokości materiału jaki stanowią na przykład drzwi samochodu. W zasadzie jedyne zabezpieczenie boków pojazdu stanowią wzmocnienia boczne, czyli wytrzymałe elementy konstrukcyjne mające za zadanie ochraniać pasażerów przed skutkami kolizji, które ukryte są wewnątrz drzwi.

Zapewnienie bezpieczeństwa użytkownikowi w czasie zderzenia bocznego wymaga, aby konstruowany pojazd został wyposażony w bardzo sztywny słupek środkowy, który przyjmując dużą porcję energii ulega kontrolowanemu pęknięciu. System ten stanowi zabezpieczenie dla pasażerów dzięki skutecznemu korzystaniu z odpowiednich wyściółek, które są wbudowane w płaty drzwi oraz ograniczeniu możliwości jego przesunięcia do środka kabiny pasażerskiej. Aby zabezpieczyć boki zwiększa się dwukrotnie grubość słupka środkowego, a także poprzeczki dachowej. Nie należy zapominać o wzmocnieniach w środkowej części i umieszczanych w drzwiach pojazdu elementach ograniczających wgniatanie. Stosowany jest także system, który zapobiega skręcaniu słupka, aby ograniczyć ryzyko wyrwania przednich drzwi, jakie zachodzi na skutek zderzenia. Dzięki wzmocnieniu tego progu zapewniamy maksymalne przeniesienie powstałych naprężeń pomiędzy progiem a kołem.

Podobną strategię rozmieszczenia stref kontrolowanego zgniotu, wzajemnego zgniatania się segmentów auta oraz rozwiązań, które zapobiegają przedostaniu się podzespołów do środka kabiny pasażerskiej, stosuje się w odniesieniu do łagodzenia skutków uderzeń w tył samochodu. Zbiornik paliwa umieszcza się w strefie mniej narażonej na odkształcenia, co jest zasługą zwiększonej wytrzymałości progów oraz zabezpieczenia przed zgniataniem przez podzespoły, które znajdują się pod płytą podłogową.

Podsumowując bezpieczeństwo w samochodach jest zapewniane dzięki wzmocnieniom strukturalnym nadwozia, które jest zaprojektowane w taki sposób, aby odkształciło się w kontrolowany sposób oraz pochłonęło energię zderzenia, co powinno w jak największym stopniu zapobiec deformacji przestrzeni kabiny pasażerskiej, a także dzięki stosowaniu:

  • Poduszek powietrznych po stronie kierowcy.
  • Poduszek powietrznych po stronie pasażera, wraz z czujnikami zajęcia siedzenia.
  • Sterowanych elektronicznie napinaczy pasów bezpieczeństwa.
  • Poduszek powietrznych bocznych.
  • Dzielonych kolumn kierowniczych.
  • Wykonanych z odpowiednich antypoślizgowych materiałów pokryć na przednich siedzeniach, które zapobiegają wyślizgnięciu się pasażera spod pasów bezpieczeństwa do przodu.

Aktywne zagłówki

W razie wypadku największe tendencje do przemieszczania się ma głowa ludzka, która po zaistnieniu wypadku trafia w miękką oraz elastyczną poduszkę powietrzną, która kiedy spełni swoją funkcję ochronną samoczynnie się opróżnia. W tym momencie kierowca i pasażer opadają na fotel, a odpowiedzialność za ich bezpieczeństwo przejmuje zagłówek.

Również w produkcji zagłówków ostatnimi czasy pojawił się szereg nowości technicznych. Okazało się, że właściwie skonstruowany zagłówek jest kluczowym elementem zapewniającym bezpieczeństwo ludziom podróżującym samochodem. Większość z produkowanych aut jest wyposażona w zagłówki, które nie zapewniają odpowiedniego bezpieczeństwa, a większa część kierowców nie dba o ich odpowiednie ustawienie. W razie nawet lekkiego uderzenia w tył samochodu, zdrowie kierowcy a pasażerów mogą znaleźć się w niebezpieczeństwie. Statystyki wykazują dużą ilość obrażeń głowy i szyjnego odcinka kręgosłupa.

Aby zapobiec narażeniu zdrowia ludzkiego wskutek złej konstrukcji zagłówków, firma Saab wprowadziła do swoich samochodów aktywny zagłówek. Gdy dochodzi do uderzenia w tył pojazdu, osoba siedząca w fotelu wywiera na niego spory nacisk, co uruchamia mechanizm aktywnego zagłówka, który przemieszcza się szybko do przodu, dzięki czemu głowa nie odchyla się nadmiernie do tyłu. Stanowi zatem znakomite dla naszego bezpieczeństwa uzupełnienie przedniej poduszki powietrznej.

System SAHR stał się prawdziwym przełomem, jeśli chodzi o ochronę pasażerów, przed skutkami uderzenia w tył samochodu. Chociaż wcześniejsze modele samochodów firmy Saab posiadały jedne z najlepszych dostępnych na rynku foteli, dopiero system SAHR przyniósł ze sobą zmniejszenie odniesienia obrażeń szyi aż o 75%. Poza zauważalnie mniejszą liczbą rozmaitych obrażeń szyi, powstałych wskutek wypadków samochodowych, zauważono że żaden z foteli zaprojektowanych z wykorzystaniem systemu SAHR nie wymagał późniejszej konserwacji, czy też wymiany.

Zagłówki w systemie SAHR działają w ten sposób, że ciało osoby siedzącej w fotelu w chwili najechania na pojazd od tyłu, jest wciskane siłami bezwładności w oparcie fotela, co automatycznie uruchamia napędzany tym naciskiem mechanizm, który wysuwa zagłówek do góry oraz w przód. Dzięki temu hamowane jest i ograniczane wymuszone uderzeniem nagłe cofnięcie głowy przez pasażera, minimalizowane jest również przemieszczenie głowy w kierunku dolnych partii szyi. W ten sposób usuwany jest problem, który posiadają ludzie jeżdżący ze źle skalibrowanymi zagłówkami

Układy montowane w kabrioletach, chroniące przed przewróceniem i jego skutkami

Pojazdom z nadwoziami otwartymi jak kabriolety oraz samochody terenowe, w razie przewrócenia na skutek wypadku, brak ochronnego oraz odpierającego działanie konstrukcji dachu, który występuje w samochodach posiadających nadwozia zamknięte. Aby zatem ochraniać pasażerów kabrioletów, należy zastosować specjalnie w tym celu wykonane urządzenia.

W niektórych pojazdach z nadwoziami otwartymi, aby ochraniać pasażerów przed konsekwencjami przewrócenia, użyto ramy szyby przedniej oraz sztywnego pałąka umieszczonego za tylnimi siedzeniami, nad samochodem. Kabriolety klasyczne, nie posiadające ochronnego stałego pałąka, są wyposażone w pałąki chowane z tyłu samochodu lub w wysuwane nagłówki.

Jeśli dojdzie do wypadku, sterownik elektroniczny spowoduje bardzo szybką akcję uruchomienia urządzeń przeznaczonych do ochrony pasażerów przed następstwami przewrócenia pojazdu. W pewnej części kabrioletów wysokiej klasy, a także w samochodach terenowych urządzenia, które zapewniają bezpieczeństwo bierne pojazdu zostają załączane w przeciągu 150 ms od czasu stwierdzenia wypadku. Czas ten wystarcza aby odpowiednio ochronić pasażerów, w chwili wywrócenia pojazdu.

Urządzenia chroniące przed skutkami przewrócenia

Układy służące do wykrywania przewrócenia powinny zostać zaopatrzone w możliwość wykorzystania ich we wszystkich kierunkach, a to ze względu, że sam proces przewracania samochodu jest akcją trudną do przewidzenia. Zastosowanie odpowiednich czujników, które emitują sygnały, sterownik elektroniczny jest w stanie ocenić kierunek prawdopodobnego przewrócenia pojazdu.

Istnieją dwa warunki, spośród których co najmniej jeden musi zostać spełniony, aby odpowiedni mechanizm wykrył fakt przewrócenia oraz uruchomił urządzenia chroniące przed jego skutkami:

  • Aby spełnić pierwszy warunek, dwa czujniki muszą zmierzyć wartość przyspieszenia, jeden w kierunku poprzecznym, a drugi w kierunku wzdłużnym samochodu. Mikroprocesor sterownika elektronicznego w sposób ciągły przetwarza sygnały przysyłane przez czujniki dla wszystkich kierunków oraz porównuje wyliczone przyspieszenie z tym zapisanym w programie (wynosi zazwyczaj 5G). Urządzenie jest uruchamiane, jeżeli zostanie przekroczony ten próg.
  • Aby spełnić drugi warunek, jeden z czujników mierzy pochylenie pojazdu. Jeżeli to nachylenie wzrośnie powyżej 27° oraz jeśli chociaż jeden z dwóch czujników, które są umieszczone w zawieszeniu przekaże sygnał, stwierdzający odciążenie zawieszenia tylnego, to nastąpi uruchomienie urządzenia. Aby zwiększyć pewność działania, mikroprocesor sterownika sprawdza również, niezależnie od pierwszego, drugi z warunków.

Po spełnieniu co najmniej jednego z powyższych warunków, oraz z przeprowadzanych na bieżąco przez mikroprocesor sterownika obliczeń wynika, że pojazd się przewraca, sterownik wysyła sygnał nakazujący uruchomienie pałąka ochronnego lub wysunięcie zagłówków. Elektromagnes uwalnia napięte sprężyny, które powodują wysunięcie pałąka ochronnego z zagłębienia lub uniesienie się zagłówków. Poza tym centralny zamek drzwi pojazdu zostaje odblokowany.

W innych układach wykrywających przechylenie wykorzystywane są czujniki zbudowane na bazie poziomicy. Urządzenie, które chroni przed skutkami przewrócenia uruchamia się, jeżeli kąty przechyłu samochodu wyniosą co najmniej 52° w kierunku poprzecznym lub przynajmniej 72° w kierunku wzdłużnym. Montowany jest także czujnik dodatkowy, który zamyka sprężyną hermetyczny zestaw wspomagający, jeżeli zostanie stwierdzony brak stykania się samochodu z podłożem.

Perspektywy rozwoju układów zabezpieczających

Przyszłe inteligentne układy będą posiadały poduszki powietrzne napełniane dwustopniowo, aby dostosować ochronę do działania przyspieszenia ujemnego, czyli wytworzonego w poduszce powietrznej ciśnienia, do sytuacji jaka wystąpi w trakcie zderzenia.

Poniższe kryteria będą miały wpływ na napełnianie poduszek powietrznych:

  • Napięcie pasów bezpieczeństwa
  • Siła zderzenia
  • Masa i pozycja pasażera oraz kierowcy
  • Nachylenie oparcia siedzenia
  • Inne ustawienia siedzenia

W inteligentnych układach, przy pomocy układów ograniczających siłę naciągu pasów bezpieczeństwa, zostanie prawie całkowicie wyeliminowane zagrożenie uszkodzenia żeber. Czujniki, które będą znajdowały się wewnątrz samochodu uruchomią pierwszą, dosyć słabą fazę napełniania poduszki powietrznej pasażera, w czasie gry pasażer znajdzie się w pozycji niewłaściwej lub nastąpi całkowite wyłączenie poduszki powietrznej pasażera, jeżeli zamontowany fotelik dla dziecka będzie ustawiony tyłem do kierunku jazdy samochodu.

Łącząc magistralę CAN elektronicznego sterownika poduszek powietrznych z innymi czujnikami oraz wyłącznikami, powstaje możliwość wykorzystania dodatkowych informacji przydatnych przy włączaniu wszystkich środków ochronnych przeciwdziałających działaniu ujemnego przyspieszenia, w zależności od wymagań.

Aby zmniejszyć wielkość wiązki przewodów, pomimo ciągłego zwiększania liczby obwodów odpalających ładunki pirotechniczne oraz w celu umożliwienia łatwego wprowadzania zmian i innowacji, na wyposażeniu nowoczesnych samochodów przewidziano specjalne układy magistrali danych, przeznaczone do komunikacji pomiędzy urządzeniami przeznaczonymi do ochrony .pasażerów.

Dla samochodów zarówno osobowych, jak i ciężarowych zaprojektowano znacznie lepsze rozwiązania wykrywające bardo szybko i pewnie przechył boczny, korzystając z pomiarów prędkości kątowej oraz przyspieszenia przeprowadzanych przez czujniki charakteryzujące się wysoką rozdzielczością. Udoskonalając funkcje uruchamiające urządzenia zabezpieczające, oraz umożliwiające wczesne wykrywanie oraz ocenę rodzaju zdarzenia, które nastąpiło, przewiduje się użycie mikrofalowych czujników radarowych służących do pomiarów prędkości względnej, przebytego dystansu, a także kąta pod którym ma miejsce zderzenie czołowe.

Układ zabezpieczający przed zapaleniem się samochodu

Układ bezpieczeństwa pożarowego stosowany w samochodach nosi nazwę Fire Prevention System, w skrócie F.P.S. Składa się on z następujących elementów składowych:

  • Wyłącznika bezwładnościowego, który obcina zasilanie pompy paliwa.
  • Pokryć wewnętrznych, które wykonuje się z materiałów trudnopalnych.
  • Zaworu, który odcina wypływ paliwa zwrotnego .
  • Osłony antimisfiring w wersjach benzynowych samochodów, chroniące przed nadmiernym przegrzewaniem katalizatora.
  • Układu zamykającego wypływ paliwa oraz zabezpieczającego akumulator, po stwierdzeniu przewrócenia się samochodu.
  • Różnego rodzaju systemów zabezpieczeń obwodów elektrycznych, przez które płynie prąd o dużym natężeniu.
  • Zbiornika paliwa wykonanego z tworzywa sztucznego, charakteryzującego się wysoką wytrzymałością mechaniczną oraz ognioodpornego, który jest mocowany do nadwozia przed tylnimi kołami.