Cinturones de seguridad y pretensores de cinturones de seguridad
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El elemento estructural más común del sistema de seguridad pasiva de un automóvil son los cinturones de seguridad. Su uso reduce la probabilidad y la gravedad de las lesiones por impactos en partes duras del cuerpo, vidrios y otros pasajeros (los llamados impactos secundarios). Los cinturones de seguridad abrochados garantizan el funcionamiento eficaz de los airbags.
Según el número de puntos de fijación, se distinguen los siguientes tipos de cinturones de seguridad: de dos, tres, cuatro, cinco y seis puntos.
Los cinturones de seguridad de dos puntos (fig. 1) se utilizan actualmente como cinturón de seguridad central en el asiento trasero de algunos automóviles más antiguos, así como en los asientos de los pasajeros de los aviones. El cinturón de seguridad reversible es un cinturón de regazo que se envuelve alrededor de la cintura y se sujeta a ambos lados del asiento.
Los cinturones de seguridad de tres puntos (fig. 2) son el tipo principal de cinturones de seguridad y se instalan en todos los automóviles modernos. El cinturón de cintura diagonal de 3 puntos tiene una disposición en forma de V que distribuye uniformemente la energía del cuerpo en movimiento al pecho, la pelvis y los hombros. Volvo introdujo los primeros cinturones de seguridad de tres puntos producidos en serie en 1959. Considere el dispositivo de cinturones de seguridad de tres puntos como el más común.
El cinturón de seguridad de tres puntos consta de una correa, una hebilla y un tensor.
El cinturón de seguridad está hecho de un material duradero y está sujeto al cuerpo con dispositivos especiales en tres puntos: en el pilar, en el umbral y en una barra especial con cerradura. Para adaptar el cinturón a la altura de una persona en particular, muchos diseños prevén el ajuste de la altura del punto de fijación superior.
El candado asegura el cinturón de seguridad y se instala al lado del asiento del automóvil. Se hace una lengüeta de metal móvil para conectar con el cierre de la correa. Como recordatorio de la necesidad de usar el cinturón de seguridad, el diseño de la cerradura incluye un interruptor incluido en el circuito del sistema de alarma AV. La advertencia se produce con una luz de advertencia en el tablero y una señal audible. El algoritmo de funcionamiento de este sistema tiene diferencias para diferentes fabricantes de automóviles.
El retractor proporciona un desenrollado forzado y un rebobinado automático del cinturón de seguridad. Se adjunta a la carrocería del coche. El carrete está equipado con un mecanismo de bloqueo por inercia que detiene el movimiento de la correa en el carrete en caso de accidente. Se utilizan dos métodos de bloqueo: como resultado del movimiento (inercia) del automóvil y como resultado del movimiento del propio cinturón de seguridad. La cinta solo se puede sacar del tambor de bobina lentamente, sin aceleración.
Los automóviles modernos están equipados con cinturones de seguridad con pretensores.
Los cinturones de seguridad de cinco puntos (fig. 4) se utilizan en los coches deportivos y para asegurar a los niños en las sillas de coche para niños. Incluye dos correas para la cintura, dos correas para los hombros y una correa para la pierna.
Arroz. 4. Arnés de cinco puntos
El arnés de seguridad de 6 puntos tiene dos correas entre las piernas, lo que proporciona un ajuste más seguro para el ciclista.
Uno de los desarrollos prometedores son los cinturones de seguridad inflables (Fig. 5), que se llenan de gas durante un accidente. Aumentan el área de contacto con el pasajero y, en consecuencia, reducen la carga sobre la persona. La sección inflable puede ser una sección de hombros o una sección de hombros y cintura. Las pruebas muestran que este diseño de cinturón de seguridad brinda protección adicional contra impactos laterales.
Arroz. 5. Cinturones de seguridad inflables
Ford ofrece esta opción en Europa para la cuarta generación del Ford Mondeo. Para los pasajeros de la última fila, se instalan cinturones de seguridad inflables. El sistema está diseñado para reducir las lesiones en la cabeza, el cuello y el pecho en caso de accidente para los pasajeros de la fila trasera, que a menudo son niños y ancianos, que son particularmente propensos a sufrir este tipo de lesiones. En el uso diario, los cinturones de seguridad inflables funcionan igual que los normales y son compatibles con los asientos para niños.
En caso de accidente, el sensor de choque envía una señal a la unidad de control del sistema de seguridad, la unidad envía una señal para abrir la válvula de cierre del cilindro de dióxido de carbono ubicado debajo del asiento, la válvula se abre y el gas que fue previamente en estado comprimido llena el cojín del cinturón de seguridad. El cinturón se despliega rápidamente, distribuyendo la fuerza del impacto sobre la superficie del cuerpo, que es cinco veces más que los cinturones de seguridad estándar. El tiempo de activación de las correas es inferior a 40ms.
Con el nuevo Mercedes-Benz Clase S W222, la compañía amplía sus opciones de protección para los pasajeros del asiento trasero. El paquete PRE-SAFE para asientos traseros combina pretensores y un airbag en el cinturón de seguridad (Beltbag) con airbags en los asientos delanteros. El uso combinado de estos dispositivos durante un accidente reduce las lesiones de los pasajeros en un 30% en comparación con el esquema tradicional. La bolsa de aire del cinturón de seguridad es un cinturón de seguridad capaz de inflarse y, por lo tanto, reducir el riesgo de lesiones para los pasajeros en una colisión frontal al reducir la carga en el pecho. El asiento reclinable está equipado de serie con un airbag oculto debajo de la tapicería del cojín del asiento. Dicho cojín evitará que el pasajero en posición reclinada se deslice debajo del cinturón de seguridad en caso de accidente (el llamado "zambullida"). . De esta forma, Mercedes-Benz ha podido desarrollar un cómodo asiento reclinable que aporta un mayor nivel de seguridad en caso de accidente que un asiento en el que se reclina el respaldo extendiendo el cojín del asiento.
Como medida contra la no utilización de cinturones de seguridad, desde 1981 se proponen los cinturones de seguridad automáticos (Fig. 6), que aseguran automáticamente al pasajero cuando se cierra la puerta (arranque del motor) y lo sueltan cuando se abre la puerta (arranque del motor). inicio parada). Como regla general, el movimiento del cinturón de hombro que se mueve a lo largo de los bordes del marco de la puerta está automatizado. El cinturón se abrocha a mano. Debido a la complejidad del diseño, la incomodidad de subirse a un automóvil, los cinturones de seguridad automáticos actualmente prácticamente no se usan.
Arroz. 6. Cinturón de seguridad automático
2. Tensores de cinturones de seguridad
A una velocidad de, por ejemplo, 56 km/h, se tarda unos 150 ms desde el momento de la colisión con un obstáculo fijo hasta la parada completa del coche. El conductor y el pasajero del automóvil no tienen tiempo para realizar ninguna acción en un período de tiempo tan corto, por lo tanto, son participantes pasivos en la emergencia. Durante este período, se deben activar los pretensores de los cinturones de seguridad, las bolsas de aire y el interruptor de apagado de la batería.
En un accidente, los cinturones de seguridad deben absorber un nivel de energía aproximadamente igual a la energía cinética de una persona que cae desde el cuarto piso de un edificio alto. Debido al posible aflojamiento del cinturón de seguridad, se utiliza un pretensor (pretensor) para compensar este aflojamiento.
El tensor del cinturón de seguridad retrae el cinturón de seguridad en caso de colisión. Esto ayuda a reducir la holgura del cinturón de seguridad (el espacio entre el cinturón de seguridad y el cuerpo). Así, el cinturón de seguridad impide que el pasajero se desplace hacia delante (en relación con el movimiento del coche) de forma anticipada.
Los vehículos utilizan tanto pretensores de cinturón de seguridad diagonales como pretensores de hebilla. El uso de ambos tipos le permite fijar de manera óptima al pasajero, ya que en este caso el sistema tira de la hebilla hacia atrás, al mismo tiempo que aprieta las ramas diagonal y ventral del cinturón de seguridad. En la práctica, se instalan principalmente tensores del primer tipo.
El tensor del cinturón de seguridad mejora la tensión y mejora la protección contra el deslizamiento del cinturón. Esto se logra desplegando inmediatamente el pretensor del cinturón de seguridad durante el impacto inicial. El movimiento máximo del conductor o pasajero en la dirección de avance debe ser de aproximadamente 1 cm, y la duración de la acción mecánica debe ser de 5 ms (valor máximo 12 ms). El tensor asegura que la sección de la correa (hasta 130 mm de largo) se enrolle en casi 13 ms.
Los más comunes son los pretensores mecánicos de los cinturones de seguridad (Fig. 7).
Arroz. 7. Tensor mecánico del cinturón de seguridad: 1 - cinturón de seguridad; 2 - rueda de trinquete; 3 - eje de la bobina de inercia; 4 - pestillo (posición cerrada); 5 - dispositivo de péndulo
Además de los tensores mecánicos tradicionales, muchos fabricantes ahora están equipando vehículos con tensores pirotécnicos (Figura 8).
Arroz. 8. Tensor pirotécnico: 1 - cinturón de seguridad; 2 - pistón; 3 - cartucho pirotécnico
Se activan cuando el sensor integrado en el sistema detecta que se ha superado un umbral de desaceleración predeterminado, lo que indica el inicio de una colisión. Esto enciende el detonador del cartucho pirotécnico. Cuando el cartucho explota, se libera gas, cuya presión actúa sobre el pistón conectado al cinturón de seguridad. El pistón se mueve rápidamente y tensa la correa. Normalmente, el tiempo de respuesta del dispositivo no supera los 25 ms desde el inicio de la descarga.
Para evitar sobrecargar el tórax, estos cinturones cuentan con limitadores de tensión que funcionan de la siguiente manera: en primer lugar, se alcanza la carga máxima permitida, luego de lo cual un dispositivo mecánico permite al pasajero avanzar una cierta distancia, manteniendo constante el nivel de carga.
Según el diseño y el principio de funcionamiento, se distinguen los siguientes tipos de tensores de cinturones de seguridad:
- cable con accionamiento mecánico;
- una pelota
- torneado;
- estante;
- reversible.
2.1. Tensor de cable para cinturón de seguridad
El tensor del cinturón de seguridad 8 y el enrollador automático del cinturón de seguridad 14 son los componentes principales del tensor del cable (Fig. 9). El sistema se fija de manera móvil en el tubo protector 3 en la tapa del cojinete, de manera similar a un péndulo vertical. Un cable de acero 1 se fija en el pistón 17. El cable se enrolla y se instala en un tubo protector en el tambor 18 para el cable.
El módulo de tensión consta de los siguientes elementos:
- sensores en forma de sistema "resorte-masa";
- generador de gas 4 con carga propulsora pirotécnica;
- pistón 1 con un cable de acero en el tubo.
Si la desaceleración del automóvil durante una colisión excede un cierto valor, entonces el resorte del sensor 7 comienza a comprimirse bajo la acción de la masa del sensor. El sensor consta de un soporte 6, un generador de gas 4 con una carga pirotécnica expulsada por él, un resorte de choque 5, un pistón 1 y un tubo 2.
Arroz. 9. Cable tensor: a - encendido; b - voltaje; 1, 16 - pistón; 2 - tubo; 3 - tubo protector; 4 - generador de gas; 5, 15 - resorte de choque; 6 - soporte del sensor; 7 - resorte del sensor; 8 - cinturón de seguridad; 9 - placa de choque con pasador de choque; 10, 14 - mecanismo de enrollado del cinturón de seguridad; 11 - perno del sensor; 12 - corona dentada del eje; 13 - segmento dentado; 17 - cable de acero; 18 - tambor
Si el soporte 6 se ha movido una distancia superior a la norma, el generador de gas 4, mantenido en reposo por el perno sensor 11, se libera en la dirección vertical. El resorte de impacto 15 sometido a tensión lo empuja hacia el pasador de impacto en la placa de impacto. Cuando el generador de gas golpea el impactador, la carga flotante del generador de gas se enciende (Fig. 9, a).
En este momento, el gas se inyecta en el tubo 2 y mueve el pistón 1 con el cable de acero 17 hacia abajo (Fig. 9, b). Durante el primer movimiento del cable enrollado alrededor del embrague, el segmento dentado 13 se mueve radialmente hacia afuera del tambor bajo la acción de la fuerza de aceleración y engrana con la corona dentada del eje 12 del enrollador de cinturón de seguridad 14.
2.2. Tensor de correa de bolas
Consiste en un módulo compacto que, además del reconocimiento de correas, también incluye un limitador de tensión de correas (fig. 10). El accionamiento mecánico solo ocurre cuando el sensor de la hebilla del cinturón de seguridad detecta que el cinturón de seguridad está abrochado.
El pretensor de bola del cinturón de seguridad es accionado por bolas colocadas en el tubo 9. En caso de colisión, la unidad de control del airbag enciende la carga de expulsión 7 (Fig. 10, b). En los pretensores eléctricos de los cinturones de seguridad, la activación del mecanismo de accionamiento la realiza la unidad de control del airbag.
Cuando se enciende la carga expulsada, los gases en expansión ponen en movimiento las bolas y las dirigen a través del engranaje 11 hacia el interior del globo 12 para recoger las bolas.
Arroz. 10. Tensor de bolas: a - vista general; b - encendido; c - voltaje; 1, 11 - engranaje; 2, 12 - globo para pelotas; 3 - mecanismo de accionamiento (mecánico o eléctrico); 4, 7 - carga propulsora pirotécnica; 5, 8 - cinturón de seguridad; 6, 9 - tubo con bolas; 10 - enrollador de cinturón de seguridad
Dado que el carrete del cinturón de seguridad está rígidamente conectado a la rueda dentada, gira con bolas y el cinturón se retrae (Fig. 10, c).
2.3. Tensor de correa rotatorio
Funciona según el principio de un rotor. El tensor consta de un rotor 2, un detonador 1, un mecanismo de accionamiento 3 (Fig. 11, a)
El primer detonador es impulsado por un accionamiento mecánico o eléctrico, mientras que el gas en expansión hace girar el rotor (Fig. 11, b). Dado que el rotor está conectado al eje del cinturón, el cinturón de seguridad comienza a retraerse. Al alcanzar un cierto ángulo de rotación, el rotor abre el canal de derivación 7 al segundo cartucho. Bajo la acción de la presión de trabajo en la cámara No. 1, el segundo cartucho se enciende, por lo que el rotor continúa girando (Fig. 11, c). Los gases de combustión de la cámara No. 1 salen por el canal de salida 8.
Arroz. 11. Tensor rotativo: a - vista general; b - la acción del primer detonador; c - acción del segundo detonador; g - la acción del tercer petardo; 1 - cebo; 2 - rotor; 3 - mecanismo de accionamiento; 4 - cinturón de seguridad; 5, 8 - canal de salida; 6 - trabajo del primer cebo; 7, 9, 10 - canales de derivación; 11 - actuación del segundo detonador; 12 - cámara No. 1; 13 - rendimiento del tercer cebo; 14 - cámara número 2
Cuando se alcanza el segundo canal de derivación 9, el tercer cartucho se enciende bajo la acción de la presión de trabajo en la cámara No. 2 (Fig. 11, d). El rotor continúa girando y los gases de escape de la cámara No. 2 salen por la salida 5.
2.4. Tensor de la correa
Para una transferencia suave de la fuerza a la correa, también se utilizan varios dispositivos de piñón y cremallera (Fig. 12).
El tensor de cremallera funciona de la siguiente manera. A la señal de la unidad de control de la bolsa de aire, la carga del detonador se enciende. Bajo la presión de los gases resultantes, el pistón con la cremallera 8 se mueve hacia arriba, provocando la rotación del engranaje 3, que está acoplado con él. La rotación del engranaje 3 se transmite a los engranajes 2 y 4. El engranaje 2 está rígidamente conectado al anillo exterior 7 del embrague de sobrerrevolucionado, que transmite par al eje de torsión 6. Cuando el anillo 7 gira, los rodillos 5 del embrague son sujeta entre el embrague y el eje de torsión. Como resultado de la rotación del eje de torsión, el cinturón de seguridad se tensa. La tensión de la correa se libera cuando el pistón llega al amortiguador.
Arroz. 12. Tensor del cinturón de seguridad: a - posición inicial; b - el final de la tensión de la correa; 1 - amortiguador; 2, 3, 4 - engranajes; 5 - rodillo; 6 - eje de torsión; 7 - el anillo exterior del embrague de sobrerrevolucionado; 8 - pistón con cremallera; 9 - petardo
Tensor de correa reversible 2.5
En los sistemas de seguridad pasiva más complejos, además de los pretensores pirotécnicos de los cinturones de seguridad, un pretensor de cinturones de seguridad reversible (Fig. 13) con una unidad de control y un limitador de fuerza adaptativo del cinturón de seguridad (conmutable.
Cada pretensor de cinturón de seguridad reversible está controlado por una unidad de control separada. Basándose en comandos de bus de datos, las unidades de control de pretensores de cinturones de seguridad activan los motores de accionamiento conectados.
Los tensores reversibles tienen tres niveles de fuerza de actuación:
- bajo esfuerzo - selección de holgura en el cinturón de seguridad;
- fuerza media - tensión parcial;
- alta resistencia - tensión completa.
Si la centralita de airbag detecta una colisión frontal leve que no requiere el pretensor pirotécnico, envía una señal a las centralitas de pretensores. Ordenan que los cinturones de seguridad estén completamente tensados por los motores de accionamiento.
Arroz. 13. Cinturón de seguridad con pretensor reversible: 1 - engranaje; 2 - gancho; 3 - unidad principal
El eje del motor (que no se muestra en la Fig. 13), que gira a través de un engranaje, hace girar un disco impulsado conectado al eje del cinturón de seguridad mediante dos ganchos retráctiles. El cinturón de seguridad se enrolla alrededor del eje y se aprieta.
Si el eje del motor no gira o gira ligeramente en la dirección opuesta, los ganchos pueden plegarse y liberar el eje del cinturón de seguridad.
El limitador de fuerza conmutable del cinturón de seguridad se activa después de que se hayan desplegado los pretensores pirotécnicos. En este caso, el mecanismo de bloqueo bloquea el eje del cinturón, evitando que el cinturón se desenrolle por la posible inercia de los cuerpos de los pasajeros y del conductor.
