Автоматизированные системы, повышающие активную и пассивную безопасность транспорта

Системы управления уровнем комфортности и их принципиальные схемы.

Лекция 3. Автоматические системы, повышающие комфортность и безопасность водителя и пассажиров.

Данные системы облегчают труд водителя, уменьшают утомляемость его и пассажиров, повышают пассивную безопасность. Повышение комфортности и снижение утомляемости водителя приводит также к повышению активной безопасности. Статистические данные показывают, что до 80% дорожно-транспортных происшествий происходит из-за запаздывания реакции водителя, его невнимательности, а также усталости.

Поэтому в последние годы проблема облегчения труда водителя, снижения его утомляемости привлекает особенно пристальное внимание конструкторов и дизайнеров.

Сконструированы системы, обеспечивающие повышение внимательности водителя при монотонном длительном движении. Эти системы вырабатывают определенные звуковые сигналы при признаках засыпания или неправильных действиях водителя. Подобные системы могут в этих случаях выключать зажигание или включать тормозную систему.

Разработаны тестовые устройства, не позволяющие включать двигатель при большой усталости, возбудимости или алкогольном опьянении водителя. Лишь при выполнении нескольких логических задач в течение определенного времени замыкается цепь зажигания.

Безопасность повышается также при использовании противоугонных устройств, в которых все шире применяют электронные компоненты. Большое распространение за рубежом получили системы со световой или звуковой индикацией при открывании какой-либо двери или попытке завести двигатель автомобиля и несовпадении набранного кода, с заранее установленным. Эти сигналы вырабатываются с запаздыванием в 5 – 8 с, обеспечивая возможность владельцу отключить тревожную сигнализацию. Имеются системы, подающие кроме звукового сигнала и радиосигналы, поступающие в приемник, установленный в квартире.

Для повышения активной безопасности используются стабилизаторы поперечной устойчивости автомобиля. Нашли применение автоматические системы стабилизации положения кузова. В них используется подвеска кузова принципиально новой конструкции, включающая упругие гидропневматические элементы. При наклоне кузова, во время движения со значительной скоростью на повороте, датчики, характеризующие положение кузова относительно мостов автомобиля, вырабатывают сигналы, которые после сравнения и усиления действуют на гидропневматическую систему, выравнивающую уровень пола, обеспечивая увеличение устойчивости автомобиля. В автомобилях широко используют различные автоматические (автоматизированные) системы: увеличивающие комфортность и обеспечивающие регулировку температуры в салоне; включающие и переключающие осветительные приборы; изменяющие угол наклона фар и т. д. Автоматическое регулирование температуры в салоне возможно при помощи отопителей и кондиционеров.

Широкое применение получили отопители в которых используют тепло двигателя автомобиля. Автоматизация таких систем (рис. 3.1 а) обычно заключается в управлении скоростью вращения электрического двигателя, регулирующего расход воздуха через радиатор отопления в зависимости от температуры в салоне.

Измеренная температура t_c сравнивается с заранее установленной желаемой температурой воздуха в салоне t_з. Для сравнения температур обычно используют мостовые схемы (рис. 3.1 б).

В одно плечо моста включен датчик температуры R₁, в качестве которого обычно используют терморезистор, имеющий отрицательный температурный коэффициент. В противоположное плечо моста включено сопротивление R₄, с помощью которого водитель устанавливает требуемую температуру t_з. При R₁ ¹ R₄ на выходе мостовой схемы вырабатывается напряжение U_вых = f (t_с – t_з), которое усиливается и поступает на управляющую обмотку электрического двигателя, регулирующего количество воздуха, пропускаемого через радиатор, нагреваемый жидкостью системы охлаждения.

Рис. 3.1. Схема регулирования температуры в салоне: а – структурная схема; б – мостовая схема сравнения.

При t_с = t_з, U_вых = 0 электрический двигатель отключается и температура воздуха в кабине t_с снижается до тех пор, пока вновь не включится двигатель. Подобная система, однако, работает лишь при нагретом двигателе автомобиля.

Применением отопителей, работающих независимо от двигателя автомобиля, обеспечивается нагрев салона и при холодном двигателе и, следовательно, увеличивается комфортность водителя и пассажиров. В подобных системах также возможно применение структурной схемы, показанной на рис. 3.1 а. Отличие заключается лишь в том, что отопитель нагревается от топливной горелки.

Нашла также применение аппаратура, в которой температура воздуха в салоне автомобиля регулируется за счет управления работой топливного насоса, изменяющего количество подаваемого в горелку топлива.

В автомобилях высших классов некоторые зарубежные фирмы за дополнительную плату, достигающую 10% стоимости автомобиля, устанавливают кондиционеры, автоматически поддерживающие оптимальную температуру в салоне при широком диапазоне изменения наружных температур.

Система автоматического включения фар содержит датчик наружного освещения, включающий фары при освещенности ниже допустимой. В некоторых системах при этом также учитывается влажность воздуха. Разработана система автоматического переключения света фар, с дальнего на ближний свет, при освещении ТС светом фар встречного транспорта.

Рис. 3.2. Система регулирования положения фар.

При ближнем свете фар границы освещенной зоны должны находиться в определенных пределах. Если граница освещенной зоны приближается к автомобилю, видимость дороги ухудшается, если удаляется – ослепляются водители встречных автомобилей. Для устранения этого явления используют автоматическую систему регулирования положения фар (рис. 3.2).

Индуктивные датчики вырабатывают электрические сигналы, характеризующие положение кузова относительно заднего и переднего мостов. Сигналы поступают в устройство сравнения, где формируется сигнал рассогласования, характеризующий величину и направление смещения положения кузова относительно эталонного. Этот сигнал усиливается и поступает на электрический двигатель, который при помощи тросовой передачи изменяет угол наклона фар. Такое изменение происходит в зависимости от направления и степени отклонения кузова.

Имеется также система, исполнительное устройство которой представляет собой нагреваемую биметаллическую пластину и поворачивающую корпус фар при помощи рычажной передачи.

Наряду с повышением активной безопасности автомобиля проводятся мероприятия, повышающие пассивную безопасность, т. е. обеспечивающие защиту пассажиров и водителя при совершившемся дорожно-транспортном происшествии (ДТП). По сравнению с системой предотвращения столкновений автомобилей, система пассивной защиты пассажиров и водителя менее эффективна. Она, обеспечивая снижение травматизма и уменьшение числа смертельных исходов при аварии, не уменьшает вероятность совершения дорожно-транспортного происшествия.

Эти системы уменьшают инерционные нагрузки, действующие на человека в момент столкновения. Ограничивают его перемещение в салоне автомобиля, защищают пассажиров и водителя от травм и увечий при ударах о внутренние поверхности кузова автомобиля. Предотвращают выбрасывание людей из кузова автомобиля при столкновении, создают условия беспрепятственной эвакуации из автомобиля в случае аварии.

Пассивная безопасность обеспечивается комплексом мероприятий. Для поглощения энергии удара автомобиля при столкновении используют гидравлические, телескопические энергопоглощающие бамперы, эластичные бандажи кузова и т. д. Для снижения травматизма при ударах автомобилей используют травмобезопасные рулевые колонки, поглощающие часть кинетической энергии тела водителя при ударе его о рулевое колесо. Для этой цели создают также приборные панели с упругими элементами, применяют слоистые стекла, используют подголовники и т. д.

Широкое применение получили следующие удерживающие системы: ремни безопасности, автоматически наполняемые подушки, автоматически падающие сетки безопасности и т. д. Как показывает статистика, ремни безопасности снижают риск тяжелого ранения или смертельного исхода при столкновении в 3 – 4 раза, а риск легкого ранения до 35%.

Современные ремни безопасности содержат автоматические устройства, обеспечивающие:

- автоматическую блокировку натяжения, дающую возможность человеку нормально перемещаться на сиденье, что повышает комфортность. При резком же движении тела в момент совершения аварии срабатывает замок блокировки ремня безопасности, благодаря чему человек предохраняется от ударов о внутренние поверхности кузова;

- пуск двигателя или возможность включения высших передач только после пристегивания ремней безопасности.

Рис. 3.3. Схема автоматической системы наполнения пневмоподушки.

Автоматически наполняемые пневмоподушки безопасности (рис. 13) имеют то же назначение, что и ремни безопасности, но более эффективны. При столкновении или неизбежной угрозе столкновения включается датчик, вырабатывающий импульсный сигнал. После усиления и преобразования данный сигнал действует на приводное устройство, включающее генератор, обеспечивающий быстрое (за сотые доли секунды) наполнение подушек. В сложенном положении подушки лежат в углублении под панелью приборов, для впереди сидящего пассажира и водителя. В задней части спинки сиденья, для сзади сидящих пассажиров. В момент упора человека в наполненную пневмоподушку, происходит утечка газа через калиброванное отверстие в ней, что и способствует поглощению энергии удара.

Подушки обычно изготавливают из нейлона. Хорошо защищая человека при лобовых столкновениях, подушки, как и ремни безопасности, недостаточно эффективны при наездах автомобилей сзади и сбоку, при опрокидывании. Они не предотвращают выпадение пассажиров из автомобиля при открывании дверей при лобовом столкновении.

Недостатком пневматических подушек является также резкий звук силой 150 – 170 дБ и возможность разрушения их боковых стенок. Проводятся работы по разработке метода пиротехнического образования газов с использованием вещества, близкого по составу к пороху.

Рис. 3.4. Зависимость показателя тяжести травмы от времени развертывания системы пассивной защиты: 1000 – максимально-допустимое значение.

Фирма «Daimler Benz» разработала комбинированную систему пассивной безопасности, содержащую подушку, газогенератор, пиропатрон с электродетонатором и три ремня безопасности.

Подушка безопасности водителя объемом 60 л в наполненном состоянии имеет линзообразную форму и состоит из двух вулканизированных листов нейлона, с напыленным слоем неопрена. Время наполнения зависит от температуры. Избыточное давление внутри подушки равно 10 – 20 кПа и возрастает при ударе об нее водителя до 50 – 70 кПа.

При получении сигнала от датчика, установленного на кузове автомобиля, включается электродетонатор воспламеняющий пиропатрон с зарядом массой 2 г, который вызывает натяжение ремней безопасности. Датчик питается от бортовой сети и обеспечивает подачу сигнала об аварии, осуществляет контроль над всеми электрическими цепями системы пассивной безопасности, выдачу информации о готовности и функционировании системы. Время от зажигания пиропатрона до полного натяжения ремней безопасности равно 12 мс. Полное наполнение подушек безопасности происходит через 50 мс после столкновения.

Эффективность системы пассивной защиты зависит от времени наполнения подушек t (рис. 14), где h – показатель тяжести травмы. С увеличением времени развертывания системы повышается тяжесть травмы. При t > 65 мс тяжесть травмы превышает 1000, что соответствует максимально допустимому удару головой. При использовании упреждающих датчиков, обеспечивающих срабатывание системы до столкновения, имеется возможность более медленного наполнения подушек, что позволяет удерживать водителя и пассажиров при больших скоростях столкновений.

Качество работы систем пассивной защиты (надувных подушек, сеток безопасности) в значительной мере зависит от возможностей и параметров датчиков, которые могут быть инерционными, механическими или упреждающими. Механические датчики обладают большой инерционностью, срабатывают после столкновения и, следовательно, не обеспечивают эффективной защиты людей при столкновениях на больших скоростях.

Исследовались возможности использования упреждающих емкостных, индукционных, инфракрасных, оптических, ультразвуковых, радиолокационных и других типов неконтактных датчиков. Проведенные работы показали, что по ряду параметров радиолокационные датчики превосходят, а по большинству – вполне конкурентоспособны с другими датчиками.

Датчик должен обеспечивать высокую вероятность обнаружения угрожающих объектов и весьма малую вероятность обнаружения неопасных объектов. Эффективная система защиты должна обеспечивать наполнение подушек, при безопасном расстоянии до опасного объекта, равном (0,5 – 1) м.. При скорости движения автомобиля 100 км/ч система пассивной защиты, развертывающаяся за 25 мс. должна включаться на расстоянии не меньшем 0,6 м. При скоростях, меньших 25 – 30 км/ч, система должна отключаться. Особые трудности при разработке подобных систем возникают из-за необходимости сведения до минимума вероятности ложных срабатываний, приводящих обычно к ДТП.

Датчик не должен включаться от сигналов, отраженных дорожными знаками, потоками воды, птицами, ТС, движущимися по встречной полосе. В системе необходимо устранить мешающее воздействие сигналов датчиков других ТС, различного рода помех. Все это предъявляет весьма жесткие требования к подобным датчикам.

Исследования показали, что при скоростях до 40 км/ч достаточно эффективным оказывается механический контактный датчик; при скоростях от 40 до 80 км/ч целесообразно одновременное применение контактного и неконтактного датчиков. При этом можно, несколько снизив вероятность правильного срабатывания неконтактного датчика, значительно уменьшить вероятность ложных срабатываний всей системы. Высокая вероятность срабатывания в этом диапазоне скоростей обеспечивается за счет дублирующего неконтактного датчика. При скоростях, больших 80 км/ч, своевременная выработка сигнала включения системы пассивной защиты, может быть достигнута только неконтактным датчиком.

Дата добавления: 2014-01-05