Jak bezpečnostní pásy fungují

Řidič si nasadí bezpečnostní pás. Prohlédněte si další obrázky týkající se bezpečnosti automobilů. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

Podle výzkumné zprávy Národní správy silničního provozu a bezpečnosti, bezpečnostní pásy každoročně zachrání přibližně 13 000 životů ve Spojených státech. Kromě toho podle odhadů NHTSA by se vyhnulo 7 000 úmrtí při nehodách v USA, pokud by oběti měly opasky.

-

Přestože bezpečnostní pásy občas přispívají k vážnému zranění nebo zranění, téměř všichni odborníci na bezpečnost souhlasí s tím, že vzpěra dramaticky zvyšuje vaše šance na přežití při nehodě. Podle NHTSA snižují bezpečnostní pásy cestující v autě na předním sedadle riziko úmrtí o asi 50 procent.

Když o tom přemýšlíte, je to naprosto úžasné: Jak může nakonec kus látky znamenat rozdíl mezi životem a smrtí? Co to vlastně dělá? V tomto článku prozkoumáme technologii bezpečnostních pásů, abychom zjistili, proč jsou jednou z nejdůležitějších technologií v každém automobilu.

Základní myšlenka bezpečnostního pásu je velmi jednoduchá: nedovolí vám letět přes čelní sklo nebo překážet směrem k přístrojové desce, když se vaše vozidlo náhle zastaví. Ale proč by se to stalo na prvním místě? Zkrátka kvůli setrvačnost.

Inertie je tendence objektu se pohybovat, dokud proti tomuto pohybu nebude fungovat něco jiného. Jinými slovy, setrvačnost je odpor každého objektu vůči změně jeho rychlosti a směru jízdy. Věci samozřejmě chtějí pokračovat.

Pokud auto jede rychlostí rychlostí 50 km / h, setrvačnost chce udržet rychlost jedoucího 50 km / h v jednom směru. Odpor vzduchu a tření s vozovkou ji neustále zpomalují, ale výkon motoru kompenzuje tuto ztrátu energie.

Všechno, co je v autě, včetně řidiče a cestujících, má svou vlastní setrvačnost, která je oddělená od setrvačnosti vozidla. Auto zrychluje jezdci na jeho rychlost. Představte si, že dojíždíte rychlostí 50 mil za hodinu. Vaše rychlost a rychlost vozu jsou téměř stejné, takže máte pocit, že se ty a auto pohybují jako jedna jednotka.

Pokud by však auto narazilo na telefonní pól, bylo by zřejmé, že vaše setrvačnost a vůz byly naprosto nezávislé. Síla pólu by náhle zastavila auto, ale vaše rychlost by zůstala stejná. Bez bezpečnostního pásu byste buď narazili do volantu rychlostí 50 mil za hodinu, nebo byste letěli přes čelní sklo rychlostí 50 mil za hodinu. Stejně jako tyč zpomalila auto dolů, přístrojová deska, čelní sklo nebo silnice by vás zpomalily tím, že vyvinou ohromnou sílu.

Je samozřejmé, že bez ohledu na to, co se stane při havárii, něco bude muset na vás vynaložit sílu, aby vás zpomalila. Ale v závislosti na tom, kde a jak je síla aplikována, můžete být okamžitě zabiti nebo můžete odejít bez poškození bez zranění.

Pokud hlavou narazíte na čelní sklo, brzdná síla se soustředí na jednu z nejzranitelnějších částí vašeho těla. Také vás velmi rychle zastaví, protože sklo je tvrdý povrch. To může člověka snadno zabít nebo vážně zranit.

Bezpečnostní pás aplikuje brzdnou sílu na odolnější části těla po delší dobu. V další části uvidíme, jak to snižuje šance na vážné zranění.

V poslední části jsme viděli, že kdykoli dojde k náhlému zastavení automobilu, náhle dorazí i cestující. Úkolem bezpečnostního pásu je rozložte brzdnou sílu napříč robustnějšími částmi těla, aby se minimalizovalo poškození.

Typický bezpečnostní pás se skládá z: a břišní pás, který spočívá na vaší pánvi a ramenní pás, která se rozprostírá po vaší hrudi. Obě části pásu jsou pevně připevněny k rámu automobilu, aby udržely cestující na jejich sedadlech.

Při správném nošení řemene bude většina zastavovací síly působit na hrudní koš a pánev, které jsou relativně robustními částmi těla. Protože se pásy rozprostírají přes širokou část těla, síla není soustředěna v malé oblasti, takže nemůže způsobit tolik poškození. Navíc bezpečnostní pás popruh je vyroben z pružnějšího materiálu než přístrojová deska nebo čelní sklo. Trochu se táhne, což znamená, že zastávka není tak prudká. Bezpečnostní pás by však neměl dávat více než trochu, jinak byste mohli narazit do volantu nebo do bočního okna. Bezpečné bezpečnostní pásy vám umožní jen mírně posunout vpřed.

Auto je zmačkané zóny dělat skutečnou práci změkčení ránu. Zmačkané zóny jsou oblasti v přední a zadní části automobilu, které se relativně snadno zhroutí. Namísto toho, aby se celé auto náhle zastavilo, když narazí na překážku, pohlcuje část nárazové síly zploštěním, jako prázdná plechovka sody. Kabina automobilu je mnohem robustnější, takže se kolem cestujících nezhroutí. Krátce se pohybuje a tlačí přední část vozu na překážku. Zmačkané zóny vás samozřejmě ochrání, pouze pokud se pohybujete s kabinou automobilu - to znamená, pokud jste k sedadlu připoutáni bezpečnostním pásem.

Nejjednodušší druh bezpečnostního pásu, který se nachází v některých kolečkách, se skládá z délky popruhů připevněných k karoserii vozidla. Tyto pásy vás vždy pevně přitisknou k sedadlu, což je velmi bezpečné, ale ne zvlášť pohodlné.

Bezpečnostní pásy vozidel mají schopnost prodloužit a zasunout -- můžete se snadno naklonit dopředu, zatímco pás zůstává docela napnutý. Ale při kolizi se pás náhle napne a udrží vás na místě. V další části se podíváme na strojní zařízení, které to všechno umožňuje.

Spirálová pružina otáčí cívkou, aby udržovala napnutý popruh bezpečnostního pásu.

V typickém systému bezpečnostních pásů je popruh pásu připojen k a navíjecí mechanismus. Centrálním prvkem v navíječi je cívka, která je připevněna k jednomu konci popruhu. Uvnitř navíječe působí pružina rotační sílu, nebo točivý moment, na cívku. To funguje tak, že se cívka otáčí, takže navinuje jakékoli volné popruhy.

Když vytáhnete popruh ven, cívka se otáčí proti směru hodinových ručiček, což otáčí připojenou pružinou ve stejném směru. Rotující cívka účinně pracuje rozplést jaro. Pružina se chce vrátit do svého původního tvaru, takže odolává tomuto kroucení. Pokud uvolníte popruh, pružina se utáhne a otáčí cívkou ve směru hodinových ručiček, dokud již v pásu nezůstane vůle.

Navíječ má blokovací mechanismus to brání cívce v otáčení, když je vozidlo zapojeno do kolize. Dnes se běžně používají dva druhy zamykacích systémů:

• systémy spouštěné pohybem auta
• systémy spouštěné pohybem pásu

První systém zamkne cívku, když auto rychle zpomaluje (například když něco zasáhne). Níže uvedený diagram ukazuje nejjednodušší verzi tohoto návrhu.

Ústředním ovládacím prvkem tohoto mechanismu je a vážené kyvadlo. Když se vozidlo náhle zastaví, setrvačnost způsobí, že kyvadlo se otáčí dopředu. západka na druhém konci kyvadla chytí ozubené rohatkové kolo připojené k cívce. Po sevření západky jedním ze zubů se ozubené kolo nemůže otáčet proti směru hodinových ručiček a připojená cívka se také nemůže otáčet. Když se popruh po pádu opět uvolní, rychlostní stupeň se otáčí ve směru hodinových ručiček a západka se uvolní.

-

Druhý systém uzamkne cívku, když něco trhne popruh pásu. Aktivační síla ve většině návrhů je rychlost otáčení cívky. Diagram ukazuje společnou konfiguraci.

Ústředním ovládacím prvkem v tomto provedení je odstředivá spojka -- vážená otočná páka namontovaná na rotující cívce. Když se cívka otáčí pomalu, páka se vůbec neotáčí. Pružina ji udržuje na svém místě. Ale když něco trhne popruh, rychleji točí cívku, odstředivá síla tlačí vážený konec páky směrem ven.

Prodloužená páka tlačí a vačka kus připevněný k pouzdru navíječe. Vačka je spojena s otočnou západkou posuvným čepem. Když se vačka posune doleva, kolík se pohybuje podél drážky v západce. To zatáhne západku do spřádacího rohatkového kola připojeného k cívce. Západka zapadne do zubů ozubeného kola a zabraňuje otáčení proti směru hodinových ručiček.

V některých novějších systémech bezpečnostních pásů předpínač také pracuje na utažení popruhu pásu. V další části se podíváme, jak tato zařízení fungují.

Když je plyn zapálen, tlak tlačí píst nahoru a otáčí navíječem.

Myšlenkou předpínače je utáhnout případné uvolnění popruhu pásu v případě nárazu. Zatímco konvenční blokovací mechanismus v navíječi brání roztažení řemenu dále, ve skutečnosti předpínač zatáhne za pás. Tato síla pomáhá posunout spolujezdce do optimální polohy nárazu na jeho sedadle. Předpínače normálně pracují společně s konvenčními zamykacími mechanismy, nikoli na jejich místě.

Na trhu existuje celá řada různých systémů předpínačů. Někteří předpínače táhnou celý mechanismus navíječe dozadu a jiní otáčejí cívkou samotnou. Předpínače jsou obecně zapojeny do stejného centrálního řídicího procesoru, který aktivuje airbagy automobilu. Procesor monitoruje mechanické nebo elektronické snímače pohybu které reagují na náhlé zpomalení dopadu. Když je detekován náraz, aktivuje procesor předpínač a pak airbag.

Některé předpínače jsou postaveny na elektromotorech nebo solenoidech, ale dnes se používají nejoblíbenější designy pyrotechnika zatáhnout za popruh pásu. Níže uvedený diagram ukazuje reprezentativní model.

Ústředním prvkem tohoto předpínače je komora hořlavého plynu. Uvnitř komory je menší komora s výbušninou zapalovač materiál. Tato menší komora je vybavena dvěma elektrodami, které jsou zapojeny do centrálního procesoru.

Když procesor detekuje kolizi, okamžitě přivede elektrický proud přes elektrody. Jiskra z elektrod zapálí zapalovací materiál, který spaluje, aby zapálil plyn v komoře. Hořící plyn vytváří velký tlak směrem ven. Tlak tlačí na a píst odpočívá v komoře a tlačí ji vysokou rychlostí nahoru.

K jedné straně pístu je připevněno ozubené kolo. Když píst vystřelí, ozubené kolo zabere ozubené kolo připojené k navíjecímu mechanizmu navíječe. Regulátor rychlosti otáčí cívku násilně a navíjí všechny popruhy uvolněného pásu.

Při těžkých nehodách, kdy se vozidlo srazí s překážkou při extrémně vysoké rychlosti, může bezpečnostní pás způsobit vážné poškození. Se zvyšující se setrvačnou rychlostí cestujícího se zastaví cestující s větší silou. Jinými slovy, čím rychleji na vás dopadne, tím těžší bude bezpečnostní pás na vás tlačit.

Některé systémy bezpečnostních pásů používají omezovače zatížení minimalizovat zranění způsobené pásem. Základní myšlenkou omezovače zatížení je uvolnění trochu většího přebytku popruhu, když je na řemen aplikována velká síla. Nejjednodušší omezovač zatížení je složit všité do popruhu. Očka, které drží záhyb na místě, jsou navrženy tak, aby se zlomila, když je na pás aplikována určitá síla. Když se stehy rozdělí, popruh se odvíjí, což umožňuje pásu natáhnout o něco více.

Pokročilější omezovače zatížení spoléhají na a torzní tyč v mechanismu navíječe. Torzní tyč je jen délka kovového materiálu, která bude kroutit když na to působí dostatečná síla. V omezovači zatížení je torzní tyč připevněna k blokovacímu mechanismu na jednom konci a otočné cívce na druhém. Při méně závažné nehodě si torzní tyč udrží svůj tvar a cívka se zamkne spolu s blokovacím mechanismem. Když se však na popruh (a tedy cívku) aplikuje velká síla, torzní tyč se mírně krouží. To umožňuje, aby se popruh trochu prodloužil.

V průběhu let se bezpečnostní pásy ukázaly být zdaleka nejdůležitějším bezpečnostním zařízením v osobních a nákladních vozech. V žádném případě však nejsou neomylní a inženýři v oblasti bezpečnosti automobilů vidí v dnešním designu spoustu prostoru pro zlepšení. V budoucnu budou auta vybavena lepšími pásy, lepšími airbagy a pravděpodobně zcela novou bezpečnostní technologií. Vláda bude samozřejmě muset vyřešit největší problém s bezpečnostními zařízeními - přimět lidi, aby je používali.

Další informace o bezpečnostních pásech a dalších bezpečnostních systémech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Jak funguje Crash Testing
• Jak síla, síla, točivý moment a energie fungují
• Jak NASCAR Safety funguje
• Jak fungují „Čelisti života“
• Jak fungují airbagy
• Jak fungují horské dráhy
• Citronové zákony vysvětlily

Další skvělé odkazy

• Národní správa bezpečnosti silničního provozu
• Federální správa dálnic
• Pojišťovací ústav pro bezpečnost silnic
• Automobilová koalice pro bezpečnost provozu
• Car-Safety.org