Cinturons de seguretat i tensors del cinturó de seguretat

L'element estructural més comú del sistema de seguretat passiva d'un vehicle són els cinturons de seguretat. El seu ús redueix la probabilitat i la gravetat de lesions per impactes sobre parts dures del cos, vidres i altres passatgers (els anomenats impactes secundaris). Quan els cinturons de seguretat estan subjectes, els coixins d'aire funcionen amb eficàcia.

En funció del nombre de punts de fixació, es distingeixen els següents tipus de cinturons de seguretat: de dos, tres, quatre, cinc i sis punts.

Els cinturons de seguretat de dos punts (figura 1) s'utilitzen actualment com a cinturó de seguretat central al seient posterior d'alguns cotxes més antics, així com als seients dels passatgers dels avions. El cinturó de seguretat reversible és un cinturó de cintura que va al voltant de la cintura i s'enganxa als dos costats del seient.

Els cinturons de seguretat de tres punts (Fig. 2) són el tipus principal de cinturons de seguretat i s'instal·len a tots els cotxes moderns. El cinturó de cintura diagonal de 3 punts té un disseny en forma de V que distribueix uniformement l'energia del cos en moviment al pit, la pelvis i les espatlles. Volvo va oferir els primers cinturons de seguretat de tres punts de producció el 1959. Considerem el dispositiu de cinturons de seguretat de tres punts com el més comú.

El cinturó de seguretat de tres punts consta d'una corretja, una sivella i un tensor.

El cinturó de seguretat està fet de material durador i s'enganxa al cos amb dispositius especials en tres punts: al pilar, al llindar i a una vareta especial amb pany. Per adaptar el cinturó a l'alçada d'una persona en particular, molts dissenys permeten ajustar l'alçada del punt de fixació superior.

El bloqueig assegura el cinturó de seguretat i s'instal·la al costat del seient del cotxe. Es fa una llengüeta metàl·lica mòbil per connectar-se al tancament de la corretja. Com a recordatori de portar el cinturó de seguretat, el pany té un interruptor inclòs al circuit del sistema d'alarma AV. L'avís es produeix mitjançant un llum d'advertència al quadre d'instruments i un senyal acústic. L'algoritme de funcionament d'aquest sistema difereix entre els diferents fabricants d'automòbils.

El retractor garanteix el desenrotllament forçat i el rebobinat automàtic del cinturó de seguretat. Està enganxat a la carrosseria del cotxe. El rodet està equipat amb un mecanisme de bloqueig inercial que atura el moviment del cinturó al rodet en cas d'accident. S'utilitzen dos mètodes de bloqueig: com a resultat del moviment (inèrcia) del cotxe i com a conseqüència del moviment del propi cinturó de seguretat. La cinta es pot treure del tambor de la bobina només lentament, sense acceleració.

Els cotxes moderns estan equipats amb cinturons de seguretat amb pretensors.

Els cinturons de seguretat de cinc punts (Fig. 4) s'utilitzen en cotxes esportius i per subjectar els nens als seients dels cotxes. Inclou dues corretges de cintura, dues espatlles i una corretja per a les cames.

Arròs. 4. Arnés de cinc punts

L'arnès de 6 punts té dues corretges entre les cames per proporcionar una posició més segura per al genet.

Un desenvolupament prometedor són els cinturons de seguretat inflables (Fig. 5), que s'omplen de gas durant un accident. Augmenten l'àrea de contacte amb el passatger i, en conseqüència, redueixen la càrrega de la persona. La secció inflable pot ser una secció d'espatlles o una secció d'espatlles i cintura. Les proves mostren que aquest disseny del cinturó de seguretat proporciona una protecció addicional contra impactes laterals.

Arròs. 5. Cinturons de seguretat inflables

Ford ofereix aquesta opció a Europa al Ford Mondeo de quarta generació. S'instal·len cinturons de seguretat inflables per als passatgers de la fila posterior. El sistema està dissenyat per reduir les lesions al cap, coll i tòrax en cas d'accident dels ocupants dels seients posteriors, que sovint són nens i persones grans que són especialment susceptibles a aquest tipus de lesions. En l'ús quotidià, els cinturons de seguretat inflables funcionen de la mateixa manera que els cinturons de seguretat normals i són compatibles amb els seients infantils.

En cas d'accident, el sensor d'impacte envia un senyal a la unitat de control del sistema de seguretat, la unitat envia un senyal per obrir la vàlvula de tancament del cilindre de diòxid de carboni situat sota el seient, la vàlvula s'obre i el gas, que estava prèviament en estat comprimit, omple el coixí del cinturó de seguretat. El cinturó es desplega ràpidament i distribueix les forces d'impacte pel cos, cinc vegades més que els cinturons de seguretat estàndard. El temps d'activació de les corretges és inferior a 40 ms.

Amb el nou Mercedes-Benz S-Class W222, la companyia amplia les seves opcions de protecció per als passatgers del seient posterior. El paquet PRE-SAFE per als seients posteriors combina pretensors del cinturó de seguretat i una bossa de cinturó amb coixins d'aire dels seients davanters. L'ús combinat d'aquests dispositius en accidents de trànsit redueix les lesions dels passatgers en un 30% en comparació amb l'esquema tradicional. Un airbag del cinturó de seguretat és un cinturó de seguretat que es pot inflar i, per tant, reduir el risc de lesions als ocupants en una col·lisió frontal reduint la càrrega al pit. El seient reclinable està equipat de sèrie amb un airbag amagat sota el coixí del seient, que evitarà que l'ocupant en posició reclinada llisqui sota el cinturó de seguretat en cas d'accident (l'anomenat "busseig"). D'aquesta manera, Mercedes-Benz ha pogut desenvolupar un seient reclinable còmode que, en cas d'accident, ofereix un nivell de seguretat més alt que un seient en què el respatller s'inclina allargant el coixí del seient.

Com a mesura contra el no ús dels cinturons de seguretat, des de l'any 1981 s'ofereixen cinturons de seguretat automàtics (Fig. 6), que asseguren automàticament el passatger en tancar la porta (engegar el motor) i l'alliberen en obrir-la (engegar el motor). ). Com a regla general, el moviment del cinturó d'espatlles que es mou per les vores del marc de la porta està automatitzat. El cinturó es subjecta manualment. A causa de la complexitat del disseny i les molèsties de pujar a un cotxe, actualment pràcticament no s'utilitzen els cinturons de seguretat automàtics.

Arròs. 6. Cinturó de seguretat automàtic

2. Tensors del cinturó de seguretat

A una velocitat de, per exemple, 56 km/h, triguen uns 150 ms des del moment de la col·lisió amb un obstacle estacionari fins a la parada completa del cotxe. El conductor i el passatger del cotxe no tenen temps per realitzar cap acció en un període de temps tan curt, per tant, són participants passius en la situació d'emergència. Durant aquest període s'han d'activar els pretensors del cinturó de seguretat, els airbags i l'interruptor d'emergència de la bateria.

En un accident, els cinturons de seguretat han d'absorbir un nivell d'energia aproximadament igual a l'energia cinètica d'una persona que cau des del quart pis d'un edifici de diversos pisos. A causa del possible debilitament del cinturó de seguretat, s'utilitza un tensor (pretensor) per compensar aquest debilitament.

El pretensor del cinturó de seguretat retreu el cinturó de seguretat en cas de col·lisió. Això ajuda a reduir el fluix del cinturó de seguretat (l'espai entre el cinturó de seguretat i el cos). D'aquesta manera, el cinturó de seguretat evita de manera proactiva que el passatger avanci (en relació amb el moviment del vehicle).

Els cotxes utilitzen tant tensors de cinturó de seguretat diagonal com tensors de cinturó de sivella. L'ús d'ambdós tipus permet assegurar de manera òptima el passatger, ja que en aquest cas el sistema tira la sivella cap enrere, tensant simultàniament les branques diagonals i ventrals del cinturó de seguretat. A la pràctica, els tensors del primer tipus s'instal·len principalment.

El tensor del cinturó de seguretat millora la tensió i augmenta la protecció contra el lliscament del cinturó. Això s'aconsegueix desplegant immediatament el pretensor del cinturó de seguretat durant l'impacte inicial. El moviment màxim del conductor o passatger en la direcció cap endavant ha de ser d'aproximadament 1 cm i la durada del procés d'impacte mecànic ha de ser de 5 ms (valor màxim de 12 ms). El tensor assegura que una secció de cinturó (fins a 130 mm de llarg) es rebobina en gairebé 13 ms.

Els més habituals són els pretensors mecànics dels cinturons de seguretat (Fig. 7).

Arròs. 7. Tensor mecànic del cinturó de seguretat: 1 — cinturó de seguretat; 2 — roda de trinquet; 3 — eix de la bobina inercial; 4 — pestell (posició tancada); 5 - dispositiu de pèndol

A més dels tensors mecànics tradicionals, molts fabricants ara equipen els vehicles amb tensors pirotècnics (figura 8).

Arròs. 8. Tensor pirotècnic: 1 — cinturó de seguretat; 2 - pistó; 3 - cartutx pirotècnic

S'activen quan el sensor integrat del sistema detecta que s'ha superat un llindar de desacceleració preestablert, indicant l'inici d'una col·lisió. Això encén el detonador del cartutx pirotècnic. Quan el cartutx explota, s'allibera gas, la pressió del qual actua sobre el pistó connectat al cinturó de seguretat. El pistó es mou ràpidament i tensa la corretja. Normalment, el temps de resposta del dispositiu no supera els 25 ms des de l'inici de la descàrrega.

Per evitar una càrrega excessiva al pit, aquests cinturons disposen de limitadors de tensió que funcionen assolint primer la capacitat de càrrega màxima, després del qual un dispositiu mecànic permet a l'ocupant avançar una certa distància mantenint constant el nivell de càrrega.

Segons el seu disseny i principi de funcionament, es distingeixen els següents tipus de tensors del cinturó de seguretat:

• cable d'accionament mecànic;
• pilota;
• girar;
• prestatge;
• reversible.

2.1. Cable tensor del cinturó de seguretat

El tensor del cinturó de seguretat 8 i el rebobinador automàtic del cinturó de seguretat 14 són els components principals del tensor del cable (Fig. 9). El sistema està muntat de manera mòbil sobre un tub protector 3 a la coberta del coixinet, semblant a un pèndol vertical. Un cable d'acer 1 està fixat al pistó 17. El cable s'enrotlla i s'instal·la sobre un tub protector del tambor 18 per al cable.

El mòdul de tensió consta dels següents elements:

• sensors en forma de sistema de "massa de molla";
• generador de gas 4 amb càrrega de propulsor pirotècnic;
• pistó 1 amb un cable d'acer al tub.

Si la desacceleració del cotxe durant una col·lisió supera un cert valor, la molla del sensor 7 comença a comprimir-se sota la influència de la massa del sensor. El sensor consta d'un suport 6, un generador de gas 4 amb una càrrega pirotècnica emesa per aquest, una molla de xoc 5, un pistó 1 i un tub 2.

Arròs. 9. Tensor del cable: a - encesa; b - tensió; 1, 16 — pistó; 2 - tub; 3 - tub protector; 4 - generador de gas; 5, 15 — molla de xoc; 6 — suport del sensor; 7 — molla del sensor; 8 — cinturó de seguretat; 9 — placa d'impacte amb passador d'impacte; 10, 14 — mecanisme d'enrotllament del cinturó de seguretat; 11 — cargol del sensor; 12 — anell d'engranatge de l'eix; 13 - segment dentat; 17 — cable d'acer; 18 - tambor

Si el suport 6 s'ha desplaçat una distància superior a la normal, el generador de gas 4, subjectat en repòs pel cargol del sensor 11, s'allibera en direcció vertical. El moll d'impacte tensat 15 l'empeny cap al passador d'impacte de la placa d'impacte. Quan el generador de gas colpeja el percutor, la càrrega flotant del generador de gas s'encén (Fig. 9, a).

En aquest moment, el gas es bombeja al tub 2 i mou el pistó 1 amb el cable d'acer 17 cap avall (Fig. 9, b). Durant el primer moviment del cable enrotllat al voltant de l'acoblament, el segment dentat 13 es mou radialment cap a l'exterior des del tambor sota la influència de la força d'acceleració i s'enganxa amb l'anella dentada de l'eix 12 de l'enrotllador del cinturó de seguretat 14.

2.2. Tensor del cinturó de seguretat de bola

Consta d'un mòdul compacte que, a més del reconeixement de la corretja, també inclou un limitador de tensió de la corretja (Fig. 10). L'activació mecànica només es produeix quan el sensor de la sivella del cinturó de seguretat detecta que el cinturó de seguretat està subjectat.

El pretensor del cinturó de seguretat de boles és accionat per boles col·locades al tub 9. En cas de col·lisió, la unitat de control de l'airbag encén la càrrega de l'ejector 7 (Fig. 10, b). En els tensors elèctrics del cinturó de seguretat, el mecanisme d'accionament s'activa mitjançant la unitat de control de l'airbag.

Quan la càrrega expulsada s'encén, els gasos en expansió posen les boles en moviment i les dirigeixen a través de l'engranatge 11 cap al cilindre 12 per recollir les boles.

Arròs. 10. Tensor de boles: a - vista general; b - encès; v - tensió; 1, 11 - engranatge; 2, 12 — cilindre per a boles; 3 — mecanisme d'accionament (mecànic o elèctric); 4, 7 — càrrega de propulsor pirotècnic; 5, 8 — cinturó de seguretat; 6, 9 — tub amb boles; 10 — enrotllador del cinturó de seguretat

Com que el rodet del cinturó de seguretat està connectat rígidament a la roda dentada, gira amb les boles i el cinturó es retrau (Fig. 10, c).

2.3. Tensor del cinturó de seguretat rotatiu

Funciona segons el principi del rotor. El tensor consta d'un rotor 2, un detonador 1, un mecanisme d'accionament 3 (Fig. 11, a)

El primer detonador és accionat per un accionament mecànic o elèctric, mentre que el gas en expansió fa girar el rotor (Fig. 11, b). Quan el rotor està connectat a l'eix del cinturó, el cinturó de seguretat comença a retraure's. Quan s'aconsegueix un cert angle de rotació, el rotor obre el canal de derivació 7 al segon cartutx. Sota la influència de la pressió de treball a la cambra número 1, el segon cartutx s'encén, de manera que el rotor continua girant (Fig. 11, c). Els gasos de combustió de la cambra núm. 1 surten pel canal d'escapament 8.

Arròs. 11. Tensor rotatiu: a - vista general; b - acció del primer detonador; c - acció del segon detonador; g - l'efecte del tercer petard; 1 - esquer; 2 - rotor; 3 - mecanisme d'accionament; 4 — cinturó de seguretat; 5, 8 — canal de sortida; 6 - treball del primer esquer; 7, 9, 10 - canals de derivació; 11 — activació del segon detonador; 12 — cambra no 1; 13 — actuació del tercer esquer; 14 - sala núm. 2

Quan s'arriba al segon canal de derivació 9, el tercer cartutx s'encén sota l'acció de la pressió de funcionament a la cambra núm. 2 (Fig. 11, d). El rotor continua girant i el gas d'escapament de la cambra núm. 2 surt per la sortida 5.

2.4. Tensor del cinturó de seguretat del pinyó i cremallera

Per transferir la força sense problemes a la corretja, també s'utilitzen diversos dispositius de transmissió de pinyó i cremallera (Fig. 12).

El tensor del puntal funciona de la següent manera. A partir d'un senyal de la unitat de control de l'airbag, s'encén la càrrega del detonador. Sota la pressió dels gasos resultants, el pistó amb la cremallera 8 es mou cap amunt, provocant la rotació de l'engranatge 3, que està engranat amb ell. La rotació de l'engranatge 3 es transmet als engranatges 2 i 4. L'engranatge 2 està connectat rígidament a l'anell exterior 7 de l'embragatge de rodatge, que transmet el parell a l'eix de torsió 6. Quan l'anell 7 gira, els corrons 5 de l'embragatge estan subjectada entre l'embragatge i l'eix de torsió. Com a resultat de la rotació de l'eix de torsió, el cinturó de seguretat es tensa. La tensió de la corretja s'atura quan el pistó arriba a l'amortidor.

Arròs. 12. Tensor del cinturó de seguretat: a — posició inicial; b - final de la tensió del cinturó; 1 - amortidor; 2, 3, 4 — engranatges; 5 - corró; 6 — eix de torsió; 7 — anell exterior de l'embragatge de rodatge; 8 — pistó amb cremallera; 9 - petard

Tensor de cinturó reversible 2.5

En sistemes de seguretat passiva més complexos, a més dels pretensors pirotècnics del cinturó de seguretat, s'utilitza un pretensor del cinturó de seguretat reversible (Fig. 13) amb una unitat de control i un limitador de força adaptatiu del cinturó de seguretat (es pot desactivar).

Cada pretensor del cinturó de seguretat reversible està controlat per una unitat de control independent. A partir de les ordres del bus de dades, les unitats de control del pretensor del cinturó de seguretat accionen els motors de l'actuador connectats.

Els tensors reversibles tenen tres nivells de força d'accionament:

1. força baixa: agafar el cinturó de seguretat fluix;
2. força mitjana - tensió parcial;
3. alta resistència - tensió total.

Si la unitat de control de coixí d'aire detecta una col·lisió frontal lleu en la qual no és necessari el pretensor pirotècnic, envia un senyal a les unitats de control del pretensor. Donen l'ordre perquè els cinturons de seguretat estiguin totalment tensats pels motors d'accionament.

Arròs. 13. Cinturó de seguretat amb pretensor reversible: 1 — engranatge; 2 - ganxo; 3 - Conducció principal

L'eix del motor (no mostrat a la figura 13), girant a través d'un engranatge, fa girar el disc accionat connectat a l'eix del cinturó de seguretat mitjançant dos ganxos retràctils. El cinturó de seguretat s'embolica al voltant de l'eix i s'estreny.

Si l'eix del motor no gira o gira lleugerament en sentit contrari, els ganxos poden plegar i alliberar l'eix del cinturó de seguretat.

El limitador de tensió del cinturó de seguretat commutable s'activa després d'activar els pretensors pirotècnics. En aquest cas, el mecanisme de bloqueig bloqueja l'eix del cinturó, evitant que el cinturó es desenrotlli sota la influència de la possible inèrcia dels cossos dels passatgers i del conductor.