Кузова подвижного состава автомобильного транспорта 3 страница

Рис. 7.26. Варианты крепления детских сидений по стандарту ISOFIX

В области создания средств пассивной безопасности для детей, находящихся в автомобиле, в последнее время был достигнут значительный прогресс. Был принят стандарт ISOFIX, регламентирующий порядок установки детских защитных устройств, со стандартными элементами крепления, которые должны применяться на всех автомобилях для стран Евросоюза (рис. 7.26). Основная задача состоит в том, чтобы места крепления сидений, соответствующие стандарту, легко устанавливались в любом автомобиле, оборудованном ISOFIX, без риска ошибки.

НАДУВНЫЕ ПОДУШКИ БЕЗОПАСНОСТИ

Надувная подушка безопасности представляет собой мешок из синтетической ткани. Подушка безопасности для водителя размещается в ступице рулевого колеса, а подушка безопас­ности для переднего пассажира - в передней панели кузова. В случае лобового столкновения происходит мгновенное наполнение подушек газом, они надуваются перед водителем и пассажиром, что защищает от травм головы и грудной клетки. Надувные подушки безопасности заполняются газом с помощью пиротехнического патрона (или от баллона, в кото­ром газ находится под высоким давлением). Срабатывание устройства происходит в том случае, если замедление достигает заданного уровня, свидетельствующего о столкновении. На это замедление реагирует специальный датчик. Он посылает сигнал детонатору, который взрывает пиротехнический патрон. При взрыве выделяется большое количество газа, подушка быстро расширяется, разрывает пенополиуретановый корпус, закрепленный на ступице рулевого колеса, и упирается в грудную клетку водителя. При достижении заданного давления газа в подушке, происходит разрыв специального шва и газ начинает постепенно выходить через образовавшиеся отверстия. Подушка безопасности наполняется газом примерно за 30 мс. Объем подушки безопасности для водителя на европейских автомобилях примерно равен 60 л, а объем подушки для переднего пассажира - 150 л. В комплект устройства, кроме самой подушки и детонатора с пиротехническим патроном, входят датчик удара, управ­ляющий блок (с микропроцессором), блок питания (иногда автономный, с сухой батареей, заряда которой хватает на 4 года). Компьютер проводит постоянное тестирование устройст­ва и в случае обнаружения неисправности включает световой сигнализатор.

Подушка безопасности может нанести большой вред человеку маленького роста или ребенку, если в случае аварии произойдет ее наполнение и она придет в соприкосновение с головой, а не грудью человека. Многие из современных автомобилей оборудуются специальными датчиками, отслеживающими вес пассажира. В простейшем варианте подушки безопасности отключаются, если место занято невысоким пассажиром. Наиболее совершенные системы используют двухступенчатое наполнение подушки безопасности, а в некоторых автомобилях для управления работой подушек используются ультразвуковые датчики, которые определяют не только размеры человека, но и положение, которое он занимает на сиденье (рис. 7.27).

Информация о пассажире может быть объединена с расчетным определением тяжести столкновения с целью регулирования процесса наполнения подушки безопасности: полное наполнение, частичное или вообще отсутствие наполнения.

Рис. 7.27. Ультразвуковые датчики положения пассажира

Боковые надувные подушки безопасно­сти, оснащенные собственными газогенераторами, располагаются сбоку в спинках передних сидений (рис. 7.28). Надуваясь, боковая подушка безопасности разрывает крышку корпуса, поролон и обивку сидений. Хорошую защиту от бокового удара обеспечивает сочетание боковых подушек безопасности и надувных занавесов, которые при срабатывании раздуваются сверху вниз от боковой части крыши автомобиля.

В последнее время появились подушки безопасности, располагаемые в задних частях передних сидений или в задних ремнях безопасности, для защиты пассажиров задних сидений,

Рис. 7.28. Боковые подушки безопасности

а также подушки раздувающиеся в области ног, чтобы уменьшить риск травмирования ног. Появляются также опытные конструкции внешних надувных устройств для снижения травмирования пешеходов при наезде на них автомобиля (рис. 7.29).

Рис.7.29 Внешние надувные подушки

Удар в заднюю часть автомобиля, как правило, не имеет таких тяжелых последствий, как лобовое столкновение. В свое время существовали проекты безопасных автомобилей, в которых водитель и пассажиры сидели спиной к направлению движения, а контроль за дорогой осуществлялся с помощью телекамер и мониторов. При ударе в заднюю часть автомобиля, пассажиры и водитель обычного автомобиля за счет инерционных нагрузок вжимаются в сиденья.

Единственной опасностью является отклонение головы назад с возможностью повреждения шейных позвонков. Для снижения тяжести последствий таких аварий были созданы подголовники, устанавливаемые на спинке сиденья. Обычные подголовники не могут гарантировать полной безопасности. На современных автомобилях появляются сиденья с активными подголовниками, которые после срабатывания датчика столкновения перемещаются в сторону головы человека и уменьшают нагрузку на шейные позвонки (рис. 7.30).

Рис. 7.30. Сиденье с активными подголовниками.

На рисунках показаны принципы действия сиденья с активным подголовником в момент удара сзади

Рис. 7.31. Аккумулятор с отключаемыми клеммами (BMW)

Компания Volvo применяет на своих автомобилях систему WHIPS, которая существенно снижает последствия удара сзади за счет специальной конструкции передних сидений.

Особое внимание при создании автомобиля уделяется системам пассивной безопасно­сти, не допускающим возможности возгорания автомобиля после аварии. Топливные баки современных автомобилей размещают в местах, где они наименее подвержены поврежде­нию, а системы питания двигателей снабжаются автоматическими клапанами, отключающи­ми подачу топлива в случае аварии. Устройства аналогичного назначения разрабатываются и для системы электрооборудования (рис. 7.31).

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

СИСТЕМ БЕЗОПАСНОСТИ АВТОМОБИЛЯ

Разработка систем безопасности автомобиля идет постоянно. Каждый год появляются системы (в основном электронные), которые делают автомобиль все более безопасным как для водителя и пассажиров, так и для других участников дорожного движения и пешеходов. На сегодняшний день основным направлением повышения безопасности является увеличение «зоны безопасности» вокруг автомобиля электронными средствами. Уже имеются системы, обнаруживающие близлежащие, но не видимые водителю объекты. Эти системы, в частности, помогают водителю при парковке автомобиля.

Рис.7.32. Система раннего предупреждения о возможности столкновения Distronic:

1 - радарный датчик расстояния; 2 - блоки управления двигателем, трансмиссией и ESP;

3 - приборный щиток с дисплеем Distronic; 4 - рычаг круиз-контроля;

5 - контрольный блок; 6 - вакуумный усилитель; 7 - блок управления Distronic

Аналогичные системы могут использоваться для обнаружения движущихся объектов. Например, в случае бокового столкновения должен ,быть чрезвычайно малый промежуток времени между моментами удара и наполнения боковой подушки. Если бы датчик мог предупреждать даже за долю секунды до столкновения, можно было бы обеспечить лучшую защиту. Даже при лобовом столкновении раннее предупреждение может сыграть положительную роль для вычисления характера и серьезности столкновения и создать наиболее оптимальное срабатывание систем безопасности (подушек, натяжителей ремней и т. д.). Раннее предупреждение удара сзади может обеспечить наилучшее срабатывание системы активных подголовников. Поэтому сейчас многие исследователи занимаются созданием защитного пространства вокруг автомобиля с помощью электроники, использующей датчики, сканирующие пространство вокруг автомобиля в различных направлениях. Например, система distronic (рис. 7.32) автомобиля Mercedes-Benz S-класса может автоматически поддерживать расстояние до впереди идущего автомобиля и при необходимости сбрасывать обороты двигателя, включать торможение и систему ESP.

Подобные системы, даже по современным стандартам, должны быть чрезвычайно «умными». Они должны учитывать случаи, когда подушки безопасности не должны срабатывать, например: автомобиль припарковался очень близко к другому автомобилю, или к стене гаража, или даже случайно задел другой автомобиль. Для создания работоспособных систем безопасности такого типа нужно решить еще очень много проблем, но это направление является наиболее важным из числа тех, которые призваны модернизировать системы защиты.

СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ

Хорошее освещение дороги перед автомобилем всегда было одним из основных требований безопасности движения. Автомобильные фары прошли путь от керосиновых и ацетиленовых фонарей до современных высокоэффективных систем освещения. В настоящее время большинство автомобилей оборудуется фарами с галогенными лампами, которые более эффективны, чем обычные лампы накаливания. В то же время появляется все больше автомобилей, в фарах которых монтируются газоразрядные лампы, которые еще недавно устанавливались только на автомобилях представительского класса. За последние несколько лет радикально изменились форма отражателя и технология изготовления фар.

В фаре с газоразрядной лампой источником света является электрический разряд, проходящий между двумя электродами, которые расположены внутри колбы из кварцевого стекла. Колба заполнена под давлением смесью инертного газа ксенона и металла галогена. Такие фары часто называют ксеноновыми. Освещение разрядом высокой интен­сивности (HID - High Intensity Discharge) обеспечивает более низкое потребление энергии, большую долговечность и лучший световой поток. Ксеноновая лампа мощностью 35 Вт производит вдвое больший световой поток, чем галогенная лампа мощностью 60 Вт. Цветовая температура таких ламп почти соответствует дневному свету. Долговечность газоразрядных ламп достигает 3000 ч, и это не является пределом, потому что конструкция фар, использующих принцип HID, постоянно совершенствуется. К сожалению, такие фары пока еще достаточно дороги.

Некоторые разработчики предлагают системы освещения, в которых свет создается единственным HID-источником, находящимся в специальной камере внутри автомобиля, а передается к фарам по оптоволоконным проводникам. Такая система позволит уменьшить число необходимых ламп, делает более легким размещение системы высокого напряжения и защищает наиболее дорогие элементы системы освещения от возможного повреждения при аварии. Дополнительные преимущества этой системы заключаются в том, что в осветительных приборах свет является холодным, что позволяет использовать прозрачные пластмассовые материалы, которые не могут применяться в высокотемпературных обычных лампах. Очевидно, что центральный источник света должен быть продублирован, для избежания выхода из строя всего освещения автомобиля из-за единственной неисправности. Свет высокой интенсивности может привести к временному ослеплению встречных водителей, особенно в случае неправильного направления светового луча фар. В Европе действует законодательство, которое требует, чтобы автомобили с газоразрядными фарами были оборудованы системами автоматической регулировки, корректирующими положение фар при изменении нагрузки автомобиля. В системах автоматической регулировки положения фар используются датчики, измеряющие положение элементов подвески относительно кузова.

(в)

Рис. 7.33. Расположение и типы внешних световых приборов автомобиля

(а):1 - передние фары; 2 - задние фонари; 3 - освещение номерного знака;

4 - подсветка дверных ручек; 5 - внешнее освещение двери;

6 - противотуманные фары; регулируемые (поворачивающиеся) фары

(б) и современные системы головного освещения автомобиля с регулируемыми световыми потоками (в)

Рис. 7.34. Приборы освещения: а - фонари; б - подсветка фар BMW; в - подсветка дверных ручек

Проводятся исследования по использованию ультрафиолетовых ламп в целях устранения возможности ослепления встречных водителей. Дополнительные преимущества от применения таких ламп могут быть получены, если использовать специальную отражающую краску для дорожной разметки и знаков.

Рис. 7.35. Освещение дороги фарами ближнего света: а - обычными фарами с асимметричным лучом; б - активной системой освещения

Существуют опытные образцы автомобилей, которые оборудованы инфракрасными видеокамерами, которые гораздо лучше обнаруживают объекты в темноте или в тумане, особенно при использовании их в сочетании с инфракрасными фарами.

Последние разработки в области систем освещения автомобиля направлены на создание «интеллектуальных» фар (рис. 7.33), изменяющих световой поток по интенсивности, направлению и освещаемой площади (см. рис. 7.35): эти фары, в частности, поворачиваются при повороте автомобиля и освещают труднодоступные участки дороги, а также боковые участки дорог на перекрестке.

В конструкции подфарников, фонарей сигналов торможения, указателей поворотов все чаще на смену лампам накаливания приходят светодиодные матрицы, которые потребляют меньше энергии, более долговечны, а световые приборы становятся более информативными (рис. 7.34).

В некоторых странах законодательство требует обязательного применения на автомобилях систем очистки фар. Для этой цели часто применяются щеточные стеклоочистители, но им на смену приходят распылители очищающей жидкости высокого давления.

СТЕКЛООЧИСТИТЕЛИ

Сейчас уже трудно представить, что когда-то были автомобили, не имевшие стеклоочистителей. С момента их появления было опробовано много разных методов очистки стекла от дож­дя, включая обработку стекла специальным составом, который почти полностью устраняет поверхностное натяжение, так чтобы вода на ветровом стекле скатывалась каплями, не ухудшая обзорность. Тем не менее, основным устройством для очистки стекла остаются механические щетки.

Используются различные методы улучшения качества механической очистки стекла. Некоторые изготовители применяют сложные приводы щетки стеклоочистителя в попытке очистить «слепые» зоны, оставляемые после работы обычного стеклоочистителя, движущегося по дуге. В некоторых автомобилях Mercedes используется одна щетка стеклоочистителя. Во время работы устройство выдвигает щетку к верхним углам ветрового стекла, очищая большую его область, чем две обычных щетки.

Рис. 7.36. Схема датчика дождя: 1 - капля, дождя; 2 - ветровое стекло; 3 - зеркало;

4 - диафрагма; 5 - фотодатчик; 6 - источник света; 7 - зеркало

Фирмы Bosch и Valeo предлагают использовать для каждой щетки стеклоочистителя индивидуальные электродвигатели вместо одного двигателя со сложной и громоздкой кинематикой. Работой этих двигателей может управлять электроника, обеспечивающая не только синхронную работу стеклоочистителя, но и возможность удаления щеток из поля зрения водителя, после окончания очистки стекла. Датчики дождя (рис. 7.36), способные «видеть» капли воды на стекле и включать стеклоочистители автоматически, теперь начинают появляться на автомобилях массового производства.

Кроме того, для очистки ветрового стекла (а иногда и заднего) применяются стеклоомыватели, состоящие из бачка с запасом воды, электроприводного насоса, обратных клапанов, трубок и жиклеров-распы лителей.

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Водитель, находящийся за рулем автомобиля, постоянно должен следить за показаниями приборов, находящимися на приборном щитке. Некоторое время назад считалось, что чем больше приборов имеет автомобиль, тем лучше. Стрелочные приборы позволяли узнавать о давлении и температуре масла, температуре охлаждающей жидкости, напряжении и силе тока в электрической сети и т. п. Сегодня наблюдается другая тенденция - обеспечивать водителя

Рис. 7.37. Элементы контрольно-измерительных приборов

только самой необходимой информацией. Практически основной и необходимой водителю информацией являются данные о скорости движения, количестве топлива в баке, температуре охлаждающей жидкости и частоте вращения коленчатого вала.

Хотя большинство автомобильных приборов все еще традиционно выполняются круглыми и со стрелками, сейчас все чаще используется технология электронного дисплея (рис. 7.37).

Информация о скорости автомобиля поступает теперь на спидометр не от гибкого троса, соединенного ведомым валом с коробкой передач, а от компьютера АБС. Такой способ определения скорости движения не только надежнее, но и точнее.

В конструкциях некоторых автомобилей используются устройства с виртуальным дисплеем, который проецирует изображение показаний приборов на ветровое стекло, на значительном расстоянии перед автомобилем (рис. 7.38). Виртуальный дисплей создает перевернутое изображение, но оно, снова оптически обработанное, появляется впереди на некотором расстоянии. Такие устройства уменьшают потребность в переносе взгляда между дорогой и приборами.

Часть информации водитель получает с помощью ламп аварийной сигнализации. Некоторые автомобили имеют большое световое табло, которое, привлекая внимание водителя, информирует его о возможных нарушениях в работе разных систем автомобиля. В некоторых случаях лампы аварийной сигнализации объеди­няются в графическую тестовую панель, на которой появляются предупреждающие надписи, а также рисунки-пиктограммы, демонстрирующие, какая дверь автомобиля закрыта не полностью, а иногда и дающая

Рис. 7.38. Виртуальный дисплей

информацию о давлении в шинах. Некоторая информация подается звуковыми сигналами, например чтобы напомнить водителю о том, что он забыл выключить освещение.

В настоящее время все больше автомобилей оснащаются системами электронной парковки, использующими ультразвуковые датчики расстояния. Система парковки, как правило, включается автоматически при включении передачи заднего хода. Водитель оценивает расстояние до препятствия посредством линейки цветных огней в углу зеркала заднего вида, а при уменьшении расстояния до препятствия ниже определенного предела включается звуковой сигнал. Некоторые автомобили не только высокого, но и среднего класса оборудуются видеокамерами заднего обзора, выводящими изображение на дисплей, расположенный перед водителем

ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

На рынке сейчас предлагается много систем, которые обеспечивают водителя навигационной информацией: показывают текущее местоположение автомобиля на улично-дорожной сетке и предлагает более удобный маршрут для поездки к месту назначения.

Принципы автоматической навигации хорошо разработаны, и конкурирующие системы отличаются друг от друга только в деталях аппаратных средств ЭВМ и программного обеспечения. Географическая информация сохраняется на CD и DVD, что дает возможность оперативного обновления и позволяет использовать одну навигационную систему для различных местностей. Положение транспортного средства определяется с помощью спутниковых данных Глобальной системы позиционирования (GPS — Global Positioning System). Система GPS должна постоянно пересчитывать положение автомобиля после попадания в «мертвые точки» (например, тоннели или области «радиотени» в больших городах).

В настоящее время активно разрабатываются и внедряются мощные системы, способные воспринимать информацию в реальном масштабе времени от информационных систем движения. Они предупреждают водителя о пробках на дорогах, местах стоянки и отдыха, заправочных станциях и позволяют навигационной системе автоматически повторно вычислять самый короткий маршрут, если на ранее рассчитанном маршруте возникают транспортные заторы и задержки движения.

Для отображения информации используются дисплеи с ярким и четким экраном (рис. 7.39).

В наиболее современных системах используется речевое управление с синтезаторами речи, что дает возможность водителю управлять различными устройствами с помощью собственного голоса, а такжеполучать информацию в виде голосового сопровождения, не отвлекаясь от управления автомобилем. Используя такие устройства, например, на некоторых автомобилях Jaguar, водитель через голосовую связь «общается» с автомобилем, заставляя его выполнить определенную операцию. В настоящее время, чтобы пользоваться такой системой, водитель должен изучить небольшой список стандартных фраз.

Рис. 7.39. Дисплей навигационной системы

СИСТЕМЫ ДЛЯ КОМФОРТА И УДОБСТВА

Для того чтобы водитель и пассажиры ощущали себя в автомобиле комфортно и не утомлялись в продолжительных поездках, автомобильный кузов должен иметь соответствующее оборудование. Наиболее важным является наличие эргономичных и удобных сидений, которые должны равномерно распределять нагрузку от тела пассажира по подушке и спинке. Люди имеют различные габариты и массу, поэтому сиденье, особенно водительское, должно иметь разные регулировки, чтобы обеспечить возможность управления автомобилем без необходимости изменять свое положение в попытке дотянуться до рулевого колеса, педалей или кнопок.

Почти все передние сиденья легкового автомобиля позволяют регулировать продольное положение и угол наклона спинки сиденья. Некоторые сиденья имеют также регулировку по высоте. Механизмы регулировки могут быть простыми механическими или с электроприводом. Сиденья с электроприводом часто оборудуются запоминающими устройствами с памятью на несколько положений, для удобства использования автомобиля разными водителями. Большинство современных автомобилей имеют механизмы регулировки положения рулевого колеса. Рулевое колесо может занимать различные положения в вертикальной (из­меняя наклон) и продольной плоскости (изменение длины рулевого вала). Регулировка положения рулевого колеса может производиться вручную или с применением электропривода; в последнем случае несколько положений могут запоминаться.

Некоторые автомобили Audi продаются с несколькими комплектами ключей, которые имеют брелоки разного цвета, предназначенные для различных членов одной семьи. При нажатии кнопки брелока отключается сигнализация, открываются двери автомобиля, а сиденье и рулевое колесо устанав­ливаются в положение, которое было задано заранее под конкретного водителя.

Рис. 7.40. Сиденье с обдувом

Каркас передних сидений изготавливается из стальных элементов, на которые накладываются подпружиненные подушки из пенополиуретана. Нижняя подушка сиденья обычно имеет поперечный выступ в передней части, который предотвращает «подныривание» под нижнюю часть ремня безопасности в случае лобового столкновения. Правила безопасности требуют, чтобы места крепления сидений к полу были достаточно прочными для предотвра­щения отрыва сиденья в момент столкно­вения. Спинка сиденья не должна складываться, если в нее ударяется пассажир, расположенный за этим сиденьем.

.

Рис. 17 Сиденье водителя на автомобиле «Кадиллак»,

(при помощи электродвигателей с дистанционным управлением можно подобрать наиболее соответствующую форме тела кривизну спинки, наклон сиденья по высоте и расстояние до педалей)

Под обивкой некоторых сидений располагают нагревательные элементы, а интенсивность нагрева может регулироваться. Появились сиденья, в которые встроена целая система вентиляторов, обеспечивающих обдув через пористую структуру обивки подушки и спинки сиденья (рис. 7.40).

Новые автомобили Mercedes-Benz Е-класса комплектуются сиденьями, в которых имеются надувные полости, обеспечивающие боковую поддержку водителя.

Управление объемом этих полостей осуществляется компьютером, который получает сигнал отдатчика боковых ускорений и изменяет объем полостей справа или слева в зависимости от направления и скорости прохождения поворота.

Современные грузовые автомобили и автобусы, особенно предназначенные для дальних поездок, также оборудуются комфортабельными сиденьями, имеющими большой диапазон регулировок.

.

Рис. 4. Сиденье водителя с пневмоподвеской: 1 - органы управления; 2 - подушки с изменяемым объ­емом; 3 - элементы подвески; 4 - пневмобаллон; 5 - горизонтальный гидроамортизатор

Такие сиденья имеют пружинную или пневматическую подвеску с амортизаторами. Наиболее совершенные конструкции автоматически определяют вес водителя и соответствующим образом изменяют упругие и гасящие свойства подвески сиденья.

ОБОГРЕВ, ВЕНТИЛЯЦИЯ

И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА кузова

Производители автомобилей постоянно стараются повысить комфортабельность салона автомобиля. Первые автомобили были открытыми и не защищали пассажиров от непогоды. Автомобили 20-х гг. уже имели крышу, которая защищала пассажиров задних сидений автомобиля. Автомобили с закрытым кузовом и отапливаемым салоном появились в 50 гг. В 70-е гг. стали широко применяться автомобильные кондиционеры.

Современные системы вентиляции и отопления стали более совершенными и производительными и могут обеспечить водителя и пассажиров более высоким уровнем комфорта.

В настоящее время практически все автомобили оборудуются отопителями, которые смешивают потоки горячего и холодного воздуха. Большие бесшумные и многоскоростные вентиляторы заменили воздухозаборники нагнетательного типа, уменьшив зависимость работы систем отопления и вентиляции от скорости движения автомобиля.

Получают все большее распространение терморегуляторы с электронным управлением, поддерживающие заданный уровень температуры в салоне. Для сокращения нежелательного солнечного нагревания через окна и особенно через ветровое стекло используют тонированные стекла и отражающие металлизированные покрытия.

Типичная минимальная комплектация серийного автомобиля состоит из отопителя смешивающего типа, многоскоростного и малошумного центробежного вентилятора и направляющих каналов с заслонками, которые распределяют воздух к ветровому и боковым окнам и в салон автомобиля на уровне лица и нижней части ног (См. рис. 18).

Рис. 18. Составные элементы в устройстве системы отопления и вентиляции

автомобиля ГАЗ 24 «Волга»

(стрелками показано направление движения воздуха):

1 - штуцер выхода воды;

2 - кран отопителя;

3 - патрубки обогрева ветрового стекла;

4 - радиатор отопителя;

5 - заслонка регулирования подачи теплого воздуха для отопления кузова и обогрева стекол

б - люк для поступления воздуха в отопитель

7 – вентилятор

8 – патрубок подачи воздуха для обогрева стекол передних дверей

9 – электродвигатель вентилятора

10 – регулятор подачи теплого воздуха к ногам водителя и рядом сидящего пассажира

11 – регулятор подачи воздуха к ногам пассажиров заднего сидении

12 – воздуховоды

13 – регулятор подачи теплого воздуха в салон и на обдув ветрового стекла