Cinture di sicurezza e pretensionatori delle cinture di sicurezza

L'elemento strutturale più comune del sistema di sicurezza passiva di un'auto sono le cinture di sicurezza. Il suo utilizzo riduce la probabilità e la gravità delle lesioni dovute a urti su parti dure del corpo, vetri e altri passeggeri (i cosiddetti impatti secondari). Le cinture di sicurezza allacciate garantiscono il funzionamento efficace degli airbag.

In base al numero di punti di attacco, si distinguono i seguenti tipi di cinture di sicurezza: a due, tre, quattro, cinque e sei punti.

Le cinture di sicurezza a due punti (fig. 1) sono attualmente utilizzate come cintura di sicurezza centrale nel sedile posteriore di alcune auto più vecchie, così come nei sedili dei passeggeri degli aerei. La cintura di sicurezza reversibile è una cintura addominale che avvolge la vita ed è fissata su entrambi i lati del sedile.

Le cinture di sicurezza a tre punti (fig. 2) sono il tipo principale di cinture di sicurezza e sono installate su tutte le auto moderne. La cintura in vita diagonale a 3 punti ha una disposizione a V che distribuisce uniformemente l'energia del corpo in movimento su petto, bacino e spalle. Volvo ha introdotto le prime cinture di sicurezza a tre punti prodotte in serie nel 1959. Considera il dispositivo cinture di sicurezza a tre punti come il più comune.

La cintura di sicurezza a tre punti è composta da una cinghia, una fibbia e un tenditore.

La cintura di sicurezza è realizzata in materiale resistente ed è fissata alla scocca con appositi dispositivi in ​​tre punti: sul montante, sulla soglia e su un'apposita asta con serratura. Per adattare la cintura all'altezza di una determinata persona, molti modelli prevedono la regolazione dell'altezza del punto di attacco superiore.

Il lucchetto fissa la cintura di sicurezza ed è installato accanto al seggiolino dell'auto. Una linguetta mobile in metallo è realizzata per connettersi con la chiusura del cinturino. Per ricordare la necessità di indossare la cintura di sicurezza, il design della serratura include un interruttore incluso nel circuito del sistema di allarme AV. L'avviso si verifica con una spia sul cruscotto e un segnale acustico. L'algoritmo di questo sistema è diverso per le diverse case automobilistiche.

L'avvolgitore fornisce lo srotolamento forzato e il riavvolgimento automatico della cintura di sicurezza. È attaccato alla carrozzeria dell'auto. La bobina è dotata di un meccanismo di bloccaggio inerziale che blocca il movimento della cinghia sulla bobina in caso di incidente. Vengono utilizzati due metodi di bloccaggio: per effetto del movimento (inerzia) dell'auto e per effetto del movimento della cintura di sicurezza stessa. Il nastro può essere estratto dal tamburo solo lentamente, senza accelerazione.

Le auto moderne sono dotate di cinture di sicurezza con pretensionatore.

Le cinture di sicurezza a cinque punti (fig. 4) sono utilizzate nelle auto sportive e per assicurare i bambini nei seggiolini. Include due cinghie in vita, due cinghie per le spalle e una cinghia per le gambe.

Riso. 4. Imbracatura a cinque punti

L'imbracatura di sicurezza a 6 punti ha due cinghie tra le gambe, che forniscono una vestibilità più sicura per il pilota.

Uno degli sviluppi promettenti sono le cinture di sicurezza gonfiabili (Fig. 5), che vengono riempite di gas durante un incidente. Aumentano l'area di contatto con il passeggero e, di conseguenza, riducono il carico sulla persona. La sezione gonfiabile può essere una sezione per le spalle o una sezione per le spalle e la vita. I test dimostrano che questo design della cintura di sicurezza offre un'ulteriore protezione dagli impatti laterali.

Riso. 5. Cinture di sicurezza gonfiabili

Ford offre questa opzione in Europa per la Ford Mondeo di quarta generazione. Per i passeggeri dell'ultima fila sono installate cinture di sicurezza gonfiabili. Il sistema è progettato per ridurre le lesioni alla testa, al collo e al torace in caso di incidente per i passeggeri delle ultime file, spesso bambini e anziani, particolarmente soggetti a questo tipo di lesioni. Nell'uso quotidiano, le cinture di sicurezza gonfiabili funzionano come quelle normali e sono compatibili con i seggiolini per bambini.

In caso di incidente il sensore d'urto invia un segnale alla centralina del sistema di sicurezza, la centralina invia un segnale per aprire la valvola di intercettazione della bombola di anidride carbonica situata sotto la sede, la valvola si apre e il gas che era precedentemente in uno stato compresso riempie il cuscino della cintura di sicurezza. La cintura si dispiega rapidamente, distribuendo la forza d'impatto sulla superficie del corpo, che è cinque volte superiore rispetto alle cinture di sicurezza standard. Il tempo di attivazione delle cinghie è inferiore a 40 ms.

Con la nuova Mercedes-Benz Classe S W222, l'azienda amplia le opzioni di protezione dei passeggeri dei sedili posteriori. Il pacchetto PRE-SAFE per i sedili posteriori combina pretensionatori e un airbag nella cintura di sicurezza (Beltbag) con airbag nei sedili anteriori. L'uso combinato di questi dispositivi durante un incidente riduce le lesioni dei passeggeri del 30% rispetto allo schema tradizionale. L'airbag della cintura di sicurezza è una cintura di sicurezza in grado di gonfiarsi e quindi ridurre il rischio di lesioni ai passeggeri in caso di collisione frontale riducendo il carico sul torace. Il sedile reclinabile è dotato di serie di un airbag nascosto sotto il rivestimento del cuscino del sedile, tale cuscino impedirà al passeggero in posizione reclinata di scivolare sotto la cintura di sicurezza in caso di incidente (cd "tuffo") . Mercedes-Benz ha così potuto sviluppare un comodo sedile reclinabile che offre un livello di sicurezza maggiore in caso di incidente rispetto a un sedile in cui lo schienale è reclinato allungando il cuscino del sedile.

Come misura contro il non utilizzo delle cinture di sicurezza, dal 1981 sono state proposte le cinture di sicurezza automatiche (Fig. 6), che assicurano automaticamente il passeggero alla chiusura della porta (avviamento motore) e lo sbloccano all'apertura della portiera (motore inizio fermata). Di norma, il movimento della tracolla che si sposta lungo i bordi del telaio della porta è automatizzato. La cintura è allacciata a mano. A causa della complessità del design, dell'inconveniente di salire in macchina, le cinture di sicurezza automatiche attualmente non vengono praticamente utilizzate.

Riso. 6. Cintura di sicurezza automatica

2. Pretensionatori delle cinture di sicurezza

Ad una velocità, ad esempio, di 56 km/h, dal momento dell'urto con un ostacolo fisso all'arresto completo della vettura occorrono circa 150 ms. Il conducente e il passeggero dell'auto non hanno il tempo di compiere alcuna azione in un lasso di tempo così breve, quindi sono partecipanti passivi all'emergenza. Durante questo periodo devono essere attivati ​​i pretensionatori delle cinture di sicurezza, gli airbag e l'interruttore di spegnimento della batteria.

In un incidente, le cinture di sicurezza devono assorbire un livello di energia all'incirca uguale all'energia cinetica di una persona che cade dal quarto piano di un grattacielo. A causa del possibile indebolimento della cintura di sicurezza, viene utilizzato un pretensionatore (pretensionatore) per compensare questo indebolimento.

Il pretensionatore della cintura di sicurezza ritrae la cintura di sicurezza in caso di collisione. Questo aiuta a ridurre l'allentamento della cintura di sicurezza (lo spazio tra la cintura di sicurezza e il corpo). Pertanto, la cintura di sicurezza impedisce al passeggero di avanzare (in relazione al movimento dell'auto) in anticipo.

I veicoli utilizzano sia i pretensionatori delle cinture di sicurezza diagonali che i pretensionatori delle fibbie. L'utilizzo di entrambi i tipi consente di fissare in modo ottimale il passeggero, poiché in questo caso il sistema tira indietro la fibbia, stringendo contemporaneamente i rami diagonale e ventrale della cintura di sicurezza. In pratica si installano principalmente tenditori del primo tipo.

Il pretensionatore della cintura di sicurezza migliora la tensione e migliora la protezione dallo slittamento della cintura. Ciò si ottiene attivando immediatamente il pretensionatore della cintura di sicurezza durante l'impatto iniziale. Il movimento massimo del guidatore o del passeggero in avanti dovrebbe essere di circa 1 cm e la durata dell'azione meccanica dovrebbe essere di 5 ms (valore massimo 12 ms). Il tenditore assicura che la sezione della cinghia (fino a 130 mm di lunghezza) venga avvolta in quasi 13 ms.

I più comuni sono i pretensionatori meccanici delle cinture di sicurezza (Fig. 7).

Riso. 7. Tendicinghia meccanico: 1 - cintura di sicurezza; 2 - ruota a cricchetto; 3 - asse della bobina inerziale; 4 - chiavistello (posizione chiusa); 5 - dispositivo a pendolo

Oltre ai tradizionali tenditori meccanici, molti produttori stanno ora equipaggiando i veicoli con tenditori pirotecnici (Figura 8).

Riso. 8. Tenditore pirotecnico: 1 - cintura di sicurezza; 2 - pistone; 3 - cartuccia pirotecnica

Si attivano quando il sensore integrato nel sistema rileva il superamento di una soglia di decelerazione predeterminata, indicando l'inizio di una collisione. Questo accende il detonatore della cartuccia pirotecnica. Quando la cartuccia esplode, viene rilasciato del gas la cui pressione agisce sul pistone collegato alla cintura di sicurezza. Il pistone si muove rapidamente e tende la cinghia. Tipicamente, il tempo di risposta del dispositivo non supera i 25 ms dall'inizio della scarica.

Per evitare di sovraccaricare il torace, queste cinture sono dotate di limitatori di tensione che funzionano come segue: in primo luogo si raggiunge il carico massimo consentito, dopodiché un dispositivo meccanico consente al passeggero di spostarsi in avanti di una certa distanza, mantenendo costante il livello di carica.

In base al design e al principio di funzionamento, si distinguono i seguenti tipi di pretensionatori delle cinture di sicurezza:

• cavo con azionamento meccanico;
• una palla;
• girare;
• ripiano;
• reversibile.

2.1. Tendicavo per cintura di sicurezza

Il tendicinghia di sicurezza 8 e l'avvolgitore automatico della cintura di sicurezza 14 sono i componenti principali del tendicavo (Fig. 9). Il sistema è fissato in modo mobile sul tubo di protezione 3 nel coperchio del cuscinetto, in modo simile a un pendolo verticale. Sul pistone 1 è fissato un cavo d'acciaio 17. Il cavo è avvolto e installato su un tubo di protezione sul tamburo 18 per il cavo.

Il modulo di tensione è composto dai seguenti elementi:

• sensori sotto forma di un sistema "massa primaverile";
• generatore di gas 4 con carica di propellente pirotecnico;
• pistone 1 con un cavo d'acciaio nel tubo.

Se la decelerazione dell'auto durante una collisione supera un certo valore, la molla del sensore 7 inizia a comprimersi sotto l'azione della massa del sensore. Il sensore è costituito da un supporto 6, un generatore di gas 4 con una carica pirotecnica espulsa da esso, una molla d'urto 5, un pistone 1 e un tubo 2.

Riso. 9. Tendicavo: a - accensione; b - tensione; 1, 16 - pistone; 2 - tubo; 3 - tubo protettivo; 4 - generatore di gas; 5, 15 - molla d'urto; 6 - staffa sensore; 7 - molla del sensore; 8 - cintura di sicurezza; 9 - piastra antiurto con perno antiurto; 10, 14 - meccanismo di avvolgimento della cintura di sicurezza; 11 - bullone del sensore; 12 - corona dentata dell'albero; 13 - segmento dentato; 17 - cavo d'acciaio; 18 - tamburo

Se il supporto 6 si è spostato di una distanza maggiore della norma, il generatore di gas 4, tenuto a riposo dal perno sensore 11, viene rilasciato in direzione verticale. La molla d'urto sollecitata 15 la spinge verso il perno d'urto nella piastra d'urto. Quando il generatore di gas colpisce l'impattatore, la carica galleggiante del generatore di gas si accende (Fig. 9, a).

In questo momento, il gas viene iniettato nel tubo 2 e sposta il pistone 1 con il cavo d'acciaio 17 verso il basso (Fig. 9, b). Durante il primo movimento del cavo avvolto attorno alla frizione, il segmento dentato 13 si sposta radialmente verso l'esterno dal tamburo sotto l'azione della forza di accelerazione e si impegna con la corona dentata dell'albero 12 dell'avvolgitore della cintura di sicurezza 14.

2.2. Tendicinghia a sfera

È costituito da un modulo compatto che, oltre al riconoscimento della cinghia, include anche un limitatore di tensione della cinghia (fig. 10). L'attivazione meccanica avviene solo quando il sensore della fibbia della cintura di sicurezza rileva che la cintura di sicurezza è allacciata.

Il pretensionatore della cintura di sicurezza a sfera è azionato da sfere poste nel tubo 9. In caso di collisione, la centralina dell'airbag accende la carica di espulsione 7 (Fig. 10, b). Nei pretensionatori elettrici delle cinture di sicurezza, l'attivazione del meccanismo di azionamento viene effettuata dalla centralina dell'airbag.

Quando la carica espulsa viene accesa, i gas in espansione mettono in movimento le sfere e le dirigono attraverso l'ingranaggio 11 nel palloncino 12 per raccogliere le sfere.

Riso. 10. Tenditore a sfera: a - vista generale; b - accensione; c - tensione; 1, 11 - marcia; 2, 12 - palloncino per palline; 3 - meccanismo di azionamento (meccanico o elettrico); 4, 7 - carica di propellente pirotecnico; 5, 8 - cintura di sicurezza; 6, 9 - tubo con palline; 10 - avvolgi cintura di sicurezza

Poiché l'avvolgitore della cintura di sicurezza è rigidamente collegato alla ruota dentata, ruota con delle sfere e la cintura si ritrae (Fig. 10, c).

2.3. Tendicinghia rotante

Funziona secondo il principio di un rotore. Il tenditore è costituito da un rotore 2, un detonatore 1, un meccanismo di azionamento 3 (Fig. 11, a)

Il primo detonatore è azionato da un azionamento meccanico o elettrico, mentre il gas in espansione fa ruotare il rotore (Fig. 11, b). Poiché il rotore è collegato all'albero della cintura, la cintura di sicurezza inizia a ritrarsi. Al raggiungimento di un certo angolo di rotazione, il rotore apre il canale di bypass 7 alla seconda cartuccia. Sotto l'azione della pressione di lavoro nella camera n. 1, la seconda cartuccia si accende, a causa della quale il rotore continua a ruotare (Fig. 11, c). I fumi della camera n. 1 escono attraverso il canale di scarico 8.

Riso. 11. Tenditore rotativo: a - vista d'insieme; b - l'azione del primo detonatore; c - azione del secondo detonatore; g - l'azione del terzo petardo; 1 - esca; 2 - rotore; 3 - meccanismo di azionamento; 4 - cintura di sicurezza; 5, 8 - canale di uscita; 6 - lavoro della prima esca; 7, 9, 10 - bypass dei canali; 11 - attivazione del secondo detonatore; 12 - camera n. 1; 13 - esecuzione della terza esca; 14 - telecamera numero 2

Quando viene raggiunto il secondo canale di bypass 9, la terza cartuccia viene accesa sotto l'azione della pressione di lavoro nella camera n. 2 (Fig. 11, d). Il rotore continua a ruotare e il gas di scarico dalla camera n. 2 esce attraverso l'uscita 5.

2.4. Tendicinghia

Per un trasferimento fluido della forza alla cinghia, vengono utilizzati anche vari dispositivi a cremagliera e pignone (Fig. 12).

Il tenditore a cremagliera funziona come segue. Al segnale della centralina dell'airbag si accende la carica del detonatore. Sotto la pressione dei gas risultanti, il pistone con la cremagliera 8 si solleva, provocando la rotazione dell'ingranaggio 3, che è impegnato con esso. La rotazione dell'ingranaggio 3 viene trasmessa agli ingranaggi 2 e 4. L'ingranaggio 2 è rigidamente collegato all'anello esterno 7 della frizione unidirezionale, che trasmette la coppia all'albero di torsione 6. Quando l'anello 7 ruota, i rulli 5 della frizione sono bloccato tra la frizione e l'albero di torsione. A causa della rotazione dell'albero di torsione, la cintura di sicurezza viene tesa. La tensione della cinghia viene rilasciata quando il pistone raggiunge l'ammortizzatore.

Riso. 12. Tendicinghia di sicurezza: a - posizione di partenza; b - la fine della tensione della cinghia; 1 - ammortizzatore; 2, 3, 4 - marce; 5 - rullo; 6 - asse di torsione; 7 - l'anello esterno della frizione unidirezionale; 8 - pistone con cremagliera; 9 - petardo

2.5 tendicinghia reversibile

Nei sistemi di sicurezza passiva più complessi, oltre ai pretensionatori pirotecnici delle cinture di sicurezza, un pretensionatore delle cinture di sicurezza reversibile (Fig. 13) con una centralina e un limitatore di forza della cintura di sicurezza adattivo (commutabile.

Ciascun pretensionatore delle cinture di sicurezza reversibili è comandato da una centralina separata. Sulla base dei comandi del bus dati, le centraline di comando dei pretensionatori delle cinture di sicurezza azionano i motori di attuazione collegati.

I tenditori reversibili hanno tre livelli di forza di azionamento:

1. basso sforzo - selezione dell'allentamento della cintura di sicurezza;
2. forza media - tensione parziale;
3. alta resistenza - piena tensione.

Se la centralina airbag rileva un urto frontale di lieve entità che non necessita del pretensionatore pirotecnico, invia un segnale alle centraline pretensionatori. Comanda che le cinture di sicurezza siano completamente tese dai motori di azionamento.

Riso. 13. Cintura di sicurezza con pretensionatore reversibile: 1 - marcia; 2 - gancio; 3 - guida principale

L'albero motore (non mostrato in Fig. 13), ruotando tramite un ingranaggio, fa ruotare un disco condotto collegato all'albero della cintura di sicurezza tramite due ganci a scomparsa. La cintura di sicurezza avvolge l'asse e si stringe.

Se l'albero motore non ruota o ruota leggermente nella direzione opposta, i ganci possono piegarsi e rilasciare l'albero della cintura di sicurezza.

Il limitatore di forza della cintura di sicurezza commutabile viene attivato dopo che i pretensionatori pirotecnici sono stati attivati. In questo caso, il meccanismo di bloccaggio blocca l'asse della cintura, impedendo lo svolgimento della cintura a causa della possibile inerzia dei corpi dei passeggeri e del conducente.