--> [Author:W] Spis treści:
Wprowadzenie
1.Bezpieczeństwo w pojazdach samochodowych.
1.1 Bezpieczeństwo czynne.
1.2 Bezpieczeństwo bierne.
1.3 Działanie poduszki powietrznej.
1.4 Zasada działania ABS.
1.5 Urządzenia regulujące siły napędowe na kołach jezdnych
URN.
Wprowadzenie
Rozwój motoryzacji spowodował ogromny wzrost ruchu i drastycznie zwiększył liczbę wypadków drogowych.
Władze administracyjne i przemysłowe w wielu krajach podjęły wobec tego akcję zapobiegania kolizją drogowym i ograniczenia ich skutków. Jedne z ważniejszych były prace nad zmianą koncepcji technicznej pojazdu samochodowego tak, by poprawić bezpieczeństwo jego użytkownika. Wyniki tych prac przyczyniły się do powstania nowej gałęzi wiedzy o bezpieczeństwie pojazdów.
Na bezpieczeństwo pojazdów składa się zespół cech samochodu, zwiększających możliwość utrzymania kontroli ruch pojazdu( także w sytuacjach awaryjnych) oraz szanse przeżycia kolizji.
Wyróżnia się przy tym :
- bezpieczeństwo czynne, z którym wiąże się poprawa sterowności, skuteczności hamowania, dynamiki i stateczności ruchu, widzialności optycznej z miejsca kierowcy oraz ergonomii pojazdu,
- bezpieczeństwo bierne, z którym wiąże się ograniczenie wpływu zderzenia na użytkowników pojazdu i inne potencjalne ofiary.
1. Bezpieczeństwo w pojazdach samochodowych.
W dyskusjach o samochodach wiele miejsca poświęca się bezpieczeństwu.
Najpopularniejsze jest ostatnio bezpieczeństwo bierne, czyli wszystko to, co wymyślają konstruktorzy dla łagodzenia skutków zaistniałego wypadku. Są to urządzenia które bez udziału kierowcy i pasażerów chronią ich w czasie kolizji z innym pojazdem lub przeszkodą. Urządzenia te działają zawsze i nie jest ważne, kto, gdzie, dlaczego i w jaki sposób spowodował kolizję.
Najważniejsze jednak jest bezpieczeństwo czynne, czyli rozwiązania, jakie konstruktorzy dają kierowcy, aby mógł prawidłowo i bezpiecznie prowadzić pojazd.
1.1 Bezpieczeństwo czynne.
Prowadzenie samochodu polega głównie na wyborze kierunku jazdy. Służy do tego układ kierowniczy, zmieniający położenie kół przednich zgodnie z zadanymi przez kierowcę ruchami kierownicy. Nowoczesny układ kierowniczy musi spełniać kilka wymagań. Powinien zapewniać dużą szybkość odpowiedzi − najmniejszy ruch koła kierownicy musi spowodować zmiany kół. Przyjęto, że nowoczesny układ kierowniczy musi spełniać następujące parametry:
maksymalna siła przykładana do obwodu kierownicy, potrzebna do skręcenia kół kierowanych gdy samochód stoi, nie może przekraczać 300 [N],
reakcja kół na ruch kierownicy nie może być dłuższa niż 0,05 [s],
zmiana położenia kół kierowanych z jednego skrajnego położenia w drugie nie może wymagać więcej niż czterech obrotów koła kierownicy.
W najnowszych konstrukcjach układów kierowniczych są instalowane progresywne układy wspomagające. Ich działanie jest odwrotnie proporcjonalne do prędkości pojazdu: największą wydajność układ zapewnia na postoju i przy małych prędkościach. Siła wymagana do poruszania kołem kierownicy rośnie wraz ze wzrostem prędkości jazdy pojazdu.
Kolejny element bezpieczeństwa czynnego to zawieszenie pojazdu. Jego praca ma zapewnić komfort jazdy, ale także bezpieczeństwo ruchu pojazdu. Starania konstruktorów idą w kierunku opracowania zawieszenia, które stałą charakterystykę prowadzenia samochodu bez względu na prędkość jazdy, obciążenie pojazdu, rodzaj i jakość nawierzchni po której porusza się pojazd. Podstawowe zadanie zawieszenia to utrzymanie kontaktu wszystkich kół z nawierzchnią bez względu na prędkość i rodzaj wykonywanego manewru. Ideałem jest gdy, koła w takich warunkach są ustawione prostopadle do nawierzchni, pozwala to bowiem maksymalnie wykorzystać przyczepność opon. Dodatkowo nowoczesne zawieszenie powinno wspomagać manewry wykonywane przez kierowcę. Chodzi głównie o zachowanie pojazdu w czasie hamowania: dąży się do tego, aby hamujący pojazd utrzymywał prostoliniowy tor jazdy. Geometria zawieszenia musi ponadto gwarantować samoczynny powrót do jazdy na wprost, gdy po obróceniu kierownicy kierowca puści ją swobodnie. Uzyskanie dobrej charakterystyki zawieszenia jest zależne w dużej mierze od zastosowania w nim elementów sprężystych (sprężyny, drążki skrętne, resory piórowe) i tłumiących (amortyzatory). Działanie amortyzatorów ma bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo jazdy. Gdy drgania zawieszenia są tłumione niewłaściwie lub w zbyt małym stopniu, ulega pogorszeniu przylegania kół do nawierzchni. Zwiększa się znoszenie boczne samochodu przy pokonywaniu zakrętów i znacznie wydłuża droga hamowania.
Przy opracowaniu koncepcji nowego samochodu jest wybierany typ układu napędowego. Wyboru dokonuje się biorąc pod uwagę bezpieczeństwo prowadzenia, przeznaczenie i funkcjonalność pojazdu. Może to być układ klasyczny: silnik z przodu i napęd na tylne koła, układ z silnikiem z przodu i napędzanymi kołami przednimi lub napęd czterech kół z silnikiem umieszczonym z przodu. Czwarty system to silnik z tyłu i napędzane koła tylne. Jego odmianą jest silnik umieszczony centralnie przed tylną osią przekazujący napęd na koła tylne, który jest stosowany przy samochodach sportowych i wyścigowych.
Następnym układem odpowiadającym w bardzo dużym stopniu za bezpieczeństwo czynne jest układ hamulcowy. Głównym zadaniem hamulców, niezmiennym od ponad stu lat rozwoju samochodów i innych pojazdów, jest zapewnienie niezawodnego zmniejszania prędkości, zatrzymania i utrzymania w bezruchu. Obecnie działanie hamulców jest w coraz większej liczbie pojazdów sterowane z udziałem elektroniki, która pomaga człowiekowi, koryguje jego błędy przy hamowaniu i zapewnia stateczność ruchu w zmiennych warunkach drogowych. Dynamiczna kontrola stateczności realizowana przy współpracy hamulców i elektroniki zwiększa bezpieczeństwo ruchu. Mówiąc o hamulcach warto przypomnieć podstawowe zależności występujące w procesie hamowania. Droga zatrzymania pojazdu, obejmująca drogę hamowania, zależy od prędkości w chwili rozpoczęcia hamowania, czasu reakcji kierującego, czasu narastania opóźnienia, średniej wartości opóźnienia hamowania po okresie narastania oraz współczynnika przyczepności. Obniżenie współczynnika przyczepności powoduje wydłużenie drogi zatrzymania. Zapobiedz temu nie może ani człowiek, ani elektronika. Wynika to z praw fizyki. Elektronika może tylko pomóc w pełnym wykorzystaniu przyczepności. Powinni o tym pamiętać wszyscy kierujący, szczególnie ci, których działanie elektroniki najbardziej fascynuje. Dla bezpieczeństwa ruchu ważne jest, aby skuteczność hamowania była w małym tylko stopniu zależna od stanu termicznego hamulców. Dlatego badania sprowadzające skuteczność prowadzi się zarówno przy hamulcach „zimnych” jak i „gorących”. Nie jest regułą spadek skuteczności po nagrzaniu. Przytoczone wielkości drogi hamowania odpowiadają opóźnieniom od około 8,76 do 10,19 [m /s2], znacznie wyższym niż wymagane przez Regulamin 13 EKG ONZ 5,80 [m /s2] przy Vo= 80 [km/h] (rys.1).
Rys.1. Droga hamowania samochodów wyższych klas z prędkości początkowej 100 [km/h].
Wyniki te świadczą o doskonałym stanie hamulców, bardzo dobrej przyczepności opon do nawierzchni drogi (zwłaszcza stosowanych opon sezonowych) oraz wysokim wykorzystaniu tej przyczepności dzięki ABS w tych wszystkich samochodach. Nienaganny musiał być także stan amortyzatorów. Wyniki podobnych badań dla samochodów dostawczych, mikrobusów i samochodów kempingowych o całkowitej masie od 2800 do 4600 [kg] (wśród nich tylko Mercedesy były wyposażone w ABS) wykazały, że drogi hamowania są dłuższe niż dla samochodów osobowych (rys.2.), a odpowiadające im wartości opóźnienia zawierały się w granicach od 5,5 do 7,7 [m /s2] (dla tych pojazdów Regulamin 13 wymaga 5,0 [m /s2]).
Rys.2. Droga hamowania popularnych samochodów dostawczych z prędkości początkowej 100 [km/h].
Na przestrzeni lat 1990−97 notuje się stały wzrost stosowania ABS w układach hamulcowych pojazdów europejskich, przy czym najbardziej widoczny jest on w klasach średniej (50 %), niższej − średniej i wyższej (34 % i 35 %). Dzięki miniaturyzacji układów, a tym samym obniżeniu masy i kosztów ich produkcji, coraz częściej są one stosowane również w pojazdach małych, których już ponad 10 % wyposażonych jest w ABS (rys.3).
Rys.3. Procentowy udział pojazdów wyposażonych w ABS w poszczególnych klasach samochodów osobowych w Europie (wg ITT Automotive).
Badania wykazały, że powszechne stosowanie w samochodach układów ABS pozwoliłoby przynajmniej o 10 % zmniejszyć liczbę wypadków drogowych spowodowanych blokowaniem kół w warunkach obniżonej przyczepności. Od kilku lat firma ITT Automotive prowadzi pracę nad układami przyczyniającymi się do stabilizacji ruchu pojazdów podczas hamowania. Jednym z nich jest ESBS (Enhanced Stability Brake System) zapewniający wzmożoną stabilność hamowanego samochodu. Spełnia on integracyjną rolę układu TCS (Traction Control System) zapobiegającemu poślizgowi kół podczas przyśpieszania na śliskiej nawierzchni oraz EBD (Electronic Brake Force Dystrybution) elektronicznego rozdziału sił hamowania. Dalszym rozwinięciem układów przyczyniających się do stabilizacji ruchu pojazdów opracowanych przez ITT Automotive jest system ASMS (Automotive Stability Management System), który koordynuje funkcje ABS, EBD, TCS oraz AYC (Active Yaw Control − aktywnej kontroli odchylenia kierunkowego). Układ ASBS wspomaga działanie kierowcy podczas hamowania, przyspieszania i w różnych krytycznych sytuacjach. Brak lub zastosowanie ABS nie wywiera odczuwalnego wpływu na drogę hamowania, natomiast decyduje o utrzymaniu kierowalności podczas hamowania na zakręcie. Samochody z ABS znacznie łatwiej wyprowadzać z opresji niż te, które nie mają urządzenia antyblokującego.
Bezpieczne prowadzenie samochodu zależy również, do czego niewielu kierowców przywiązuje należytą uwagę, od doboru i stanu opon. Nawet najlepsze hamulce, system ABS, doskonałe technicznie zawieszenie nie zapewni bezpiecznej jazdy, gdy na kołach znajdują się nieodpowiednie, uszkodzone lub zużyte opony. Znoszenie boczne pojazdu w zakręcie, przyczepność na śliskiej nawierzchni, odporność na aquaplaning (zjawisko powstawania klina wodnego na styku koła z nawierzchnią), droga hamowania zależą bezpośrednio od współczynnika tarcia, kształtu bieżnika, właściwości mieszanki gumowej czy elastyczności opony. Jazda zimą wymaga stosowania opon o głębokiej rzeźbie bieżnika wykonanego z mieszanki utrzymującej elastyczność w niskich temperaturach im zapewniających wysoki współczynnik tarcia między bieżnikiem a nawierzchnią. Opony letnie powinny cechować się dużą powierzchnią styku bieżnika z nawierzchnią, niskimi oporami toczenia, powinny także zapewnić szybkie usuwanie wody spod bieżnika w czasie opadów deszczu.
Często pomijanym aspektem bezpieczeństwa czynnego jest komfort, w jakim pracuje kierowca. Im jest on mniej zmęczony, przebywa w ciszy, mniej energii wkłada w obsługę mechanizmów, tym lepiej jest w stanie skoncentrować się na sytuacji na drodze, szybciej reagować na zmiany i lepiej przewidywać zachowania innych użytkowników drogi.
1.2 Bezpieczeństwo bierne.
W skład elementów odpowiadających za bezpieczeństwo bierne wchodzą następujące podzespołu: pasy bezpieczeństwa, napinacz pasów, poduszki powietrzne, tzw. bezpieczne nadwozia.
Pasy bezpieczeństwa w obecnie produkowanych samochodach występują na wszystkich siedzeniach w pojeździe samochodowym. Aby poprawnie mogły spełniać swą funkcję muszą być odpowiednia użytkowane, czyli tak zapięte aby przechodziły przez ramię i obojczyk kierowcy bądź pasażera. Inny sposób zapięcia może spowodować poważne uszkodzenia ciała podczas wypadku.
W nowoczesnych pojazdach pasy bezpieczeństwa dodatkowo są wyposażane w pirotechniczne napinacz, które podczas wypadku dodatkowo skracają pas, powodując lepsze jego przyleganie do ciała.
Znaczna część pojazdów posiada już poduszki powietrzne. Są one umieszczane w kierownicy (poduszka dla kierowcy), lub po drugiej stronie nad schowkiem (poduszka dla pasażera). W luksusowych pojazdach znajdują się też poduszki boczne umieszczane z boku w oparciu foteli chroniące przed skutkami bacznego zderzenia lub poduszki dachowe tworzące swoistą kurtynę powietrzną chroniącą kierowcę i pasażerów podczas dachowania pojazdu. Aby poduszka spełniła swoją funkcję podczas wypadku musi być użytkowana z zapiętymi pasami bezpieczeństwa, ponieważ w innym przypadku może dojść do poważnych obrażeń ciała spowodowanych wybuchowym otwarciem poduszki. Znane są śmiertelne przypadki, gdy poduszka zabiła kierowcę, ponieważ miał on nie zapięte pasy. Nie należy też przewozić dzieci w fotelikach na przednim siedzeniu, gdy pojazd posiada poduszkę dla pasażera.
Bezpieczne nadwozie to takie, które posiada kontrolowane strefy zgniotu z przodu i z tyłu nadwozia, których zadaniem jest pochłonienie znacznej energii podczas zderzenia pojazdu oraz sztywny przedział pasażerski tworzący „klatkę” bezpieczeństwa tak jak ma to miejsce w pojazdach wyścigowych i rajdowych. Aby łagodzić skutki zderzenia bocznego wprowadza się specjalne wzmocnienia w drzwiach bocznych pojazdu. Ponadto tak konstruuje się nadwozie aby podczas wypadku kierownica, pedały i inne elementy wnętrza pojazdu jak najmniej przesuwały się do jego środka, nie powodując obrażeń osób znajdujących się w pojeździe. W samochodach typu kombi należy zwrócić uwagę na prawidłowy przewóz ładunku umieszczonego z tyłu pojazdu. Powinien być on odpowiednio zabezpieczony, ponieważ podczas zderzenia przesuwa się on ze znaczną siłą do przodu pojazdu.
Poprawa bezpieczeństwa biernego polega na odpowiednim opracowaniu struktury nadwozia i wyposażenia wnętrza oraz kształtu zewnętrznego pojazdu. Problem bezpieczeństwa pojazdu ma więc odniesienie do dynamiki, teorii sprężystości i plastyczności.
Projektowanie nadwozia, wyposażenia wnętrza, systemów sterowania i elementów nośnych oparte jest na rozległych badaniach określających kryteria bezpieczeństwa pojazdu i wymagania dotyczące trwałości i niezawodności mechanizmów. Statystyki wykazują, że około 60% wypadków stanowią różnego rodzaju zderzenia czołowe i dlatego w pierwszej kolejności zajęto się złagodzeniem ich skutków. Równocześnie są prowadzone prace w dwóch kierunkach. Pierwszy z nich ma na celu stworzenie energochłonnej struktury nadwozia, a drugi to dążenie do zapewnienia możliwości skutecznej ,,indywidualnej” ochrony kierowcy i pasażerów.
Nadwozie współczesnego samochodu osobowego cechuje gradacja sztywności. Oznacza to ,że segment przedni i tylny jest przeznaczony do pochłaniania energii podczas kolizji i ulega wówczas znacznej deformacji. Segment środkowy, przeznaczony do przewozu osób, powinien być możliwie sztywny i nieodkształcony.
Drugim co do częstotliwości typem wypadków jest uderzenie boczne, stanowiące ponad 20% ogólnej liczby wypadków. Najczęściej występują uderzenia przez inne pojazdy oraz zderzenia z obiektami przydrożnymi jak drzewa i słupy, przy jednoczesnym poślizgu. Europejskie przepisy do niedawna nie zawierały jeszcze wymagań w tym zakresie, a mimo to wielu producentów stosowało już rozwiązania mające na celu ograniczenie deformacji bocznych części nadwozia. Są to podłużne wzmocnienia drzwi bocznych w postaci rur lub wytłoczek ze stali o podwyższonej wytrzymałości połączone z wkładkami z pianki poliuretanowej. Bardziej kompleksowe rozwiązania polegają na odpowiednim wzmocnieniu struktury, a więc progów, poprzecznic i słupków.
Trzecim pod względem częstotliwości rodzajem kolizji jest przewrócenie i koziołkowanie pojazdu. Występuje ono około 3% wszystkich wypadków. W takich sytuacjach liczy się wysoka wytrzymałość górnej części nadwozia , a zwłaszcza słupków okiennych oraz szkieletu dachów. Tylko najnowsze modele są konstruowane z myślą o spełnieniu wymagań dynamicznych i statycznych prób ,, rolowanie” , które oficjalnie nie są jeszcze stosowane w Europie. W najgorszej sytuacji są pasażerowie samochodów z nadwoziami otwartymi. Minimum zabezpieczenia daje odpowiednie wzmocnienie ramy szyby przedniej. Większą gwarancją jest zastosowanie stałego pałąka bezpieczeństwa, będącego przedłużeniem słupków środkowych. W najdroższych modelach są stosowane skomplikowane konstrukcje zabezpieczeń uruchamiane dopiero w przypadku bezpośredniego zagrożenia.
Rys.1. Procentowy udział typów kolizji w zależności od kierunku zdarzenia.
Już obecnie samochody są badane zgodnie z proponowaną procedurą uderzenia w prostopadłą, odkształcalną ścianą, przy którym tylko 60% struktury bierze bezpośredni udział zderzeniu. Odpowiada to rzeczywistym warunkom kolizji dwóch samochodów, których kierowcy usiłują uniknąć wypadku.
Wymagania zawarte w obowiązujących i zapowiadanych przepisach homologacyjnych i innych zaleceniach (np: próby wykonywane przez niemiecki automobilklub ADAC) zmuszają do starannego projektowania struktury nadwozia. Odpowiadają gradację struktury można uzyskać tylko w przypadku kompleksowego projektowania nadwozia, gdy już we wcześniejszym etapie prac prowadzi się analizy wytrzymałości poszczególnych węzłów. Należy uwzględnić miejscowe wzmocnienia wynikające z mocowania takich elementów jak pasy bezpieczeństwa czy zderzaki.
Sztywny przedział osobowy powinien zapewnić zachowanie dostatecznej strefy przeżycia w niemal wszystkich rodzajach wypadków oraz umożliwiać ewakuację przez drzwi otwierane bez użycia narzędzi. Zamki i zawiasy drzwi muszą spełniać odpowiednie wymagania wytrzymałościowe. Badania w zakresie bezpieczeństwa mają na celu sprawdzenie czy zachowanie się poszczególnych elementów w określonych warunkach badań zespołu lub całego pojazdu w danej próbie zderzeniowej zapewnia skuteczną ochronę. Badania wykonuje się w ramach homologacji typu przed dopuszczeniem pojazdu do sprzedaży.
Samochody osobowe dostępne w europie były sprawdzane od lat w próbach zderzenia czołowego i zderzenia tyłem. W obydwu próbach masa pojazdu badanego musi odpowiadać stanowi gotowości do jazdy określonemu przez producenta, a wewnątrz samochodu nie umieszcza się manekinów. Szczegółowe warunki prób oraz kryteria oceny wyników są określone w przepisach Europejskiej Komisji Gospodarczej (ECE), zwanych regulaminami.
W próbie zderzenia czołowego badany samochód uderza w sztywną płaską barierę prostopadłą do kierunku jazdy. Prędkość pojazdu w momencie uderzenia wynosi 48.3 km/h. Po próbie ocenia się charakterystyczne wymiary określające ,,przestrzeń przeżycia” wg wymagań dla kierowcy i pasażera przedniego. Wszystkie wymiary określone są względem punktów odniesienia ,,R” w wyznaczanych dla każdego miejsca siedzącego. Punkt ten odpowiada charakterystycznemu dla siedzącego człowieka śladowi przecięcia teoretycznej osi obrotu nóg względem tułowia z wydłużoną płaszczyzną pojazdu. Do wyznaczenia każdego punktu ,,R” w samochodzie służy trójwymiarowy (tzw. oskar) o wymiarach i masie odpowiadającej dorosłemu człowiekowi średniego wzrostu, umieszczony w najniższej i przesuniętej najbardziej do tyłu pozycji siedzenia.
Próbę zderzenia tyłem realizuje się za pomocą uderzenia wahadłem lub ruchomą barierę o masie 1100 kg. Prędkość uderzenia musi mieścić się w granicach od 35 do 38 km/h. Po próbie ocenia się wzdłużne poziome przesunięcie punktów ,,R” siedzeń tylnych. Po obydwu próbach żaden sztywny element kabiny nie powinien stwarzać ryzyka poważnego zranienia osób będących w samochodzie. Drzwi boczne nie powinny otworzyć się na skutek zderzenia, ale powinna istnieć możliwość otwarcia dostatecznej liczby drzwi bez użycia narzędzi w celu opuszczenia pojazdu przez pasażerów.
Ostatnio uznano, że powyższe próby nie w pełni odwzorowywują przebieg i skutki rzeczywistych kolizji na drodze. Opracowaną nową metodykę próby zderzenia czołowego. sztywna bariera ustawiona jest pod kątem 30 stopniowy i ma wbudowane elementy przeciw poślizgowe. Prędkość uderzenia zwiększono do 50 km/h. Próbą zderzenia z ustawioną prostopadle barierą odkształcalną, wykonaną z bloku aluminiowego o strukturze ,,plastra miodu”. Ustalono ponadto, że uderzenie samochodu w taką barierę nastąpi z 40-procentowym przesunięciem jego osi podłużnej względem bariery (tzw. Offset). Takie warunki lepiej odzwierciedlają rzeczywisty przebieg kolizji z innym pojazdem.
Opracowano także metodykę badania odporności nadwozia na zderzenia boczne. Próba polega na uderzeniu w bok ruchomą barierę odkształcalną umieszczoną na specjalnym wózku poruszającym się prostopadle do osi stojącego pojazdu badanego. Odkształcalna przednia część bariery składa się ze sześciu elementów o różnej podatności, odwzorowujących sztywność przedniej części samochodu. Bariera ma szerokość 1500 mm, a masa wózka z barierą wynosi 150 kg. Wózek uderza z prędkością 50 km/h w bok badanego samochodu, na wysokości punktu ,,R” przednich siedzeń kierowcy.
Dotychczasowe kryteria oceny określające tylko dopuszczalną deformację wnętrza uznano za niewystarczające i zastosowano kryteria biomechaniczne. W nowych próbach zderzeniowych biorą udział specjalne manekiny pomiarowe umieszczone na siedzeniach przednich i zabezpieczone za pomocą środków indywidualnej ochrony stanowiących wyposażenie badanego samochodu. Manekiny o wymiarach i masach odpowiadających dorosłemu człowiekowi średniego wzrostu są wyposażone w odpowiednie czujniki przesyłające informacje do urządzenia rejestrującego. Ze względu na różne kierunki zderzenia są stosowane dwa rodzaje manekinów. Manekin typu HYBRID 3 jest stosowany do zderzenia czołowego, natomiast do zderzeń bocznych manekin typu EUROSID 1. Wartości opóźnień odkształceń i sił obciążających poszczególnych części ,,ciała” manekinów poddano analizie i ocenie skutków w odniesieniu do organizmu człowieka.
Na tej podstawie sformułowano minimalne kryteria biochemiczne, których spełnienie powinno zapewnić skuteczną ochronę życia osób znajdujących się w samochodzie.
Dla głowy oblicza się wartość kryterium HIC (Head Performance Criterion). Kryterium to jest wspólne dla obu nowych prób zderzeniowych, a wyznacza się tylko w przypadkach wystąpienia kontaktu głowy z elementami wnętrza. Wartość HIC nie może przekroczyć liczby 1000. W próbie zderzenia czołowego (R94) operuje się jeszcze dwoma innymi kryteriami ThPC (Thorax Perfomance Criterion), wyrażające bezwzględną wartość deformacji tej części ciała. Jako maksymalną wartość graniczną przyjęto 75 mm. Następnym kryterium jest siła ściskająca przypadająca na kość udową FPC (Femum Performance Criterion). Jej wartość nie może być większa od 10 kN. Do próby zderzenia bocznego są stosowane kolejne kryteria. Dla klatki piersiowej przewidziano kryterium maksymalnego ugięcia żeber RDC (Rib deflection Criterion) oraz kryterium deformacji tkanki miękkiej VC (Viskous Criterion). Za granicą wartość ugięcia żeber przyjęto 42 mm, a prędkość deformacji tkanki nie może przekraczać 1m/s.
Kolejnym kryterium jest wielkość maksymalnej siły nacisku na miednicę PSPF, która nie powinna być większa niż 6 kN.
Ostatnim kryterium jest wielkość maksymalnej siły nacisku na brzuch APF. Graniczną wartość tej siły ustalono na 2,5 kN.
Podstawą pozytywnej oceny badanego samochodu jest jednoczesne spełnienie wszystkich kryteriów.
Badanie zderzaków (r42) może być realizowane poprzez uderzenia specjalnie ukształtowane na wózku lub wahadle. Prędkość uderzenia czołowego (w przód i tył) wynosi 4 km/h, natomiast przy uderzeniu w narożnik 2,5 km/h. Pierwszy kontakt bariery z pojazdem powinien nastąpić między krawędzią uderzającą znajdującą się na wysokości 445 mm nad podłożem, a zderzakiem. Po wykonaniu takich prób uderzenia oświetleniowe sygnalizujące badanego pojazdu powinny działać i pozostawać widoczne. Pod wpływem uderzenia drzwi boczne nie powinny się otworzyć, natomiast otwieranie pokryw silnika, bagażnika drzwi powinno odbywać się w sposób normalny dla danego samochodu. Nie mogą wystąpić wycieki z układu zasilania i chłodzenia ani zgniecenia zakłócające działanie tych układów. Również w układzie wydechowym nie powinny wystąpić uszkodzenia lub przemieszczenia. Uderzenia próby nie mogą mieć wpływu na normalne funkcjonowanie układu napędowego, zawieszeń kół, ogumienia oraz układów kierowniczego i hamulcowego. Skuteczne rozwiązanie problematyki bezpieczeństwa wymusza podjęcie odpowiednich działań we wczesnym etapie konstrukcji nadwozia. Na tym etapie prac nie istnieje jeszcze prototyp i nie można poprzez badania sprawdzić, czy prace biegną we właściwym kierunku. Istniejąca obecnie komputerowa technika obliczeniowa umożliwia odwzorowanie struktury nadwozia w postaci modelu matematycznego oraz wykonanie symulacji dowolnego rodzaju zderzenia. Uzyskuje się w ten sposób obraz deformacji struktury, której zadaniem jest maksymalne pochłanianie energii wypadku. Dokonana na tej podstawie ocena zachowania się konstrukcji umożliwia wprowadzenie niezbędnych poprawek, pozwalając na optymalizację rozwiązań poszczególnych węzłów i całej struktury nadwozia. Metody symulacji komputerowej umożliwiają znaczne przyspieszenie prac i ograniczenie liczby prób, a przez to zredukowanie kosztów i czasu opracowania nadwozia. Symulację komputerową wykorzystuje się również podczas sprawdzania skuteczności zabezpieczeń indywidualnych, jak pasy bezpieczeństwa i poduszki gazowe.
1.3 Działanie poduszki powietrznej .
Układem decydującym o prawidłowym działaniu poduszki jest czujnik i układ sterujący. Elementy te stanowią dzisiaj reguły jeden zespołów montowany na tunelu, za przegrodą czołową. Zespół ten zawiera piezoelektryczny czujnik przyspieszeń i cyfrowy układ mikroprocesorowy zapewniający niewrażliwość na zakłócenia, wysoką niezawodność działania, a także uniwersalność zastosowania w różnych modelach pojazdów, przez co uwzględnienie w programie sterującym ich indywidualnej charakterystyki zderzeniowej. Układ sterowania zaopatrzony jest w program testujący, który sygnalizuje wszystkie niesprawności systemu oraz kondensatory podtrzymujące jego działanie przy uszkodzeniu zasilania pojazdu podczas zderzenia.
Próg działania układu poduszki powietrznej może być jedno lub dwustopniowy, w zależności od sposobu wykorzystania innych urządzeń zabezpieczających. Ponieważ fala uderzenia przemieszcza się wzdłuż samochodu z ograniczoną prędkością, ruch pasażerów do przodu zaczyna się około 30 ms od momentu uderzenia w przeszkodę. W około 50 ms następuje uderzenie kierowcy o koło kierownicy, natomiast około 10 ms później uderzenie pasażera o tablicę rozdzielczą. Tak więc jeśli ma spełnić swoje zdarzenia powinna być całkowicie wypełniona.
Czas rozpoznania zaistnienia wypadku i podjęcia przez układ sterujący o napełnieniu poduszki wynosi od 10 do 25 ms, w zależności od miejsca usytuowania czujnika. Po około 5 ms od podania impulsu wyzwalającego następuje zapłon ładunku przez kapsułę inicjującą. Po około 10 ms od zapłonu poduszka wypełniona jest gazem więcej niż w połowie, zaś po 40 do 50 ms od chwili zderzenia - całkowicie. Faza amortyzowania uderzenia trwa około 40 ms i w tym czasie azot uchodzi z poduszki otworami wylotowymi. Po około 120-150 mas od sygnału inicjującego następuje całkowite opróżnienie poduszki, zaś ciało kierowcy rozpoczyna ruch powrotny w stronę oparcia fotela.
Trwające e firmie MERCEDES-BENZ prace rozwojowe mają uczynić poduszkę lepszą i lżejszą. W swoim programie badawczym firma uwzględnia także problematykę ekologiczną, użycia materiałów nadających się do powtórnej przeróbki. Dotyczy to szczególnie tkaniny poduszki i elektroniki oraz bezpiecznej neutralizacji wkładu generatora gazowego.
Przebieg działania poduszki powietrznej
W tym 150 ms dają się wyodrębnić następujące fazy:
0,000 -zetknięcie się zderzaka z przeszkodą,
0,025 - czujniki wyzwalają zapłon ładunku gazowego poduszki powietrznej po stronie
kierowcy,
0,030 - czujniki wyzwalają zapłon ładunku gazowego poduszki powietrznej po stronie
pasażera,
0,055 - poduszka powietrzna po stronie kierowcy jest napełniona: głowa manekina trafia na
poduszkę,
0,060 - poduszka powietrzna po stronie pasażera, siedzącego obok kierowcy, jest
sprężyście napełniana: głowa manekina trafia na poduszkę,
0,085 - manekin na siedzeniu kierowcy zakończył ruch do przodu: rozpoczyna ruch do
tyłu,
0,095 - manekin na siedzeniu obok kierowcy zakończył ruch do przodu: rozpoczyna się
ruch do tyłu,
0,150 - cały proces wywołany kolizją zakończył się, manekiny ponownie znajdują się w
pozycji spoczynku, poduszki są puste.
W połączeniu z pasami bezpieczeństwa poduszki powietrzne spełniały swe funkcje ochronne wydatnie złagodziły skutki wypadku w postaci urazów głowy. Jeśli są nie potrzebne, pozostają na swoich miejscach: jedna pod płytą kierownicy, druga w specjalnym schowku. Składające się w połowie z elektronicznych, w połowie z mechanicznych czujników urządzenie sterownicze zamontowane jest w przedniej części deski rozdzielczej. Po przekręceniu kluczyka zapłonowego zapala się światełko kontrolne, które przy sprawnym systemie po 3 s gaśnie, w przeciwnym razie należy niezwłocznie udać się do warsztatu naprawczego.
1.4 Zasada działania ABS.
Podczas gwałtownego hamowania czujniki prędkości kół wykrywają każdą nagłą zmianę prędkości obrotowej koła.
Elektroniczna jednostka sterująca (ECU) hamulcowego układu przeciwpoślizgowego (ABS) oblicza prędkości obrotowe kół i zmiany tych prędkości, a wyniki służą do obliczania prędkości pojazdu. Na tej podstawie elektroniczna jednostka sterująca (ECU) określa warunki współpracy opony z nawierzchnią i wysyła sygnały sterujące do sterowników, zapewniając optymalne ciśnienie płynu hamulcowego w obwodzie każdego z kół.
Hydrauliczne jednostki sterujące hamulców, wykorzystujące sygnały z elektronicznej jednostki sterującej (ECU), zmniejszają lub zwiększają ciśnienie płynu hamulcowego, w razie potrzeby utrzymując ciśnienie płynu hamulcowego na stałym poziomie, dzięki czemu utrzymują wartość poślizgu w optymalnym zakresie (od 10-30%) i zapobiega zablokowaniu koła.
Rys. 2. Schemat układu ABS w modelu TOYOTA CELICA
Rys. 3,4 Elementy ABS w modelu TOYOTA CELICA.
1.5 Urządzenia regulujące siły napędowe na kołach jezdnych URN.
Celem stosowania URN jest zwiększenie bezpieczeństwa ruchu pojazdu podczas przyspieszenia, a w szczególności podczas jazdy na zakręcie czy na jezdni o niejednorodnej nawierzchni. Zadaniem URN jest niedopuszczenie do wystąpienia dużych poślizgów obwodowych napędzanych kół jezdnych. Intensywne prace nad tymi urządzeniami były prowadzone w końcu lat sześćdziesiątych i na początku siedemdziesiątych. Dopiero jednak 1982 r. zaoferowano URN jako wyposażenie ,,na życzenie” w seryjnym samochodzie VOLVO 760 Turbo.
Urządzenie to nazwano ETC (Electronic Traction Control). ETC wykorzystuje czujniki prędkości kół jezdnych urządzenia ABS (w samochodzie VOLVO 760 jest ono wyposażeniem standardowym). W elektronicznym zespole sterującym następuje porównanie prędkości obrotowych tylnych kół jezdnych napędzanych z prędkościami nie napędzanych tylnych kół przednich i określenie ich wzajemnego poślizgu. W zależności od wartości tych poślizgów zespół sterujący wysyła odpowiedni sygnał do jednostki sterującej pracę silnika. Zmniejszenie momentu obrotowego silnika następuje przez wyłączenie z pracy kolejnych cylindrów lub zmniejszenie dawki paliwa. Od 1986 r. firma WABCO Westinghouse oferuje dla samochodów ciężarowych i autobusów z powietrznym systemem uruchamiającym hamulce urządzenie regulujące napęd, tzw. ASR(Antriebs-Schlupf-Regelung). Urządzenie ASR jest zintegrowane z ABS (rys.5).
Opis do rysunku 5:
1- elektroniczny zespół kontrolno-sterujący,
2 - modulator ABS,
3 - siłownik powietrzny,
4 - czujnik prędkości koła jezdnego,
5 - zawór dwudrogowy,
6 - zawór elektromagnetyczny-modulator ASR,
7 - zbiornik powietrza.
Na powyższym rysunku pokazano elementy i zespoły ASR/ABS do regulacji (zmniejszenia) siły napędowej na kole jezdnym przez hamowanie tego koła. Jeżeli prędkość pojazdu jest mniejsza od 25 km/h i na jednym kole jezdnym mostu napędowego występuje większy poślizg obwodowy niż na drugim, to pierwsze koło jezdne będzie hamowane przez ASR. Poślizg kół określa elektroniczny zespół ASR/ABS 1 na podstawie porównania sygnałów z czujników nie napędzanych kół jezdnych z sygnałami od napędzanych kół jezdnych 4. Gdy ASR/ABS wyśle sygnał sterujący do zaworu elektromagnetycznego 6 nastąpi otwarcie drogi przepływu powietrza ze zbiornika 7 do zaworu dwudrogowego 5 i dalej przez modulator 2 do siłownika hamulcowego. Uruchomiony zostaje mechanizm hamujący. Na kole jezdnym zmniejszy się siła napędowa i poślizg obwodowy.
Urządzenie ASR ma jeszcze drugi zakres działania. Jest on uruchamiany gdy prędkość pojazdu jest:
- większa od 25 km/h
- mniejsza od 25 km/h i poślizg na obu kołach jezdnych napędzany jest taki sam.
W tych przypadkach następuje regulacja (zmniejszenie) momentu obrotowego silnika napędowego pojazdu. Elementy urządzenia biorące udział w regulacji drugiego poziomu przedstawiono na rysunku 6.
Opis do rysunku 6:
1 - elektroniczny układ sterujący,
7 - zbiornik powietrzny,
8 - siłownik mechanizmu hamującego,
9 - zawór dwudrogowy,
10 - zawór elektromagnetyczny.
Impuls sterujący z elektronicznego zespołu ASR/ABS zostaje wysłany do zaworu elektromagnetycznego 10. Działanie zaworu spowoduje przepływ powietrza ze zbiornika 7 do zaworu dwudrogowego 9 i siłownia hamulca ,, górskiego” związanego z listwą sterującą pompy wtryskowej pompy silnika. Odpowiednie przemieszczenie listwy sterującej spowoduje zmniejszenie dawki paliwa wtryskiwanego do cylindrów silnika.
System ASR/ABS do układu hydraulicznego hamulców samochodu osobowego wyposażono w pompę wysokociśnieniową i zasobnik ciśnieniowy. Mechanizmy hamujące poszczególnych kół jezdnych tylnych (napędzanych) są - jeżeli działa pierwszy poziom regulacji ASR- uruchamiane z wykorzystaniem energii płynu roboczego z zasobnika ciśnieniowego. W przypadku działania drugiego poziomu regulacji następuje obniżanie momentu obrotowego silnika przez zmniejszenie dawki paliwa za pomocą siłownika sterowania przez blok elektroniczny sterujący (rys. 27).
Opis do rysunku 7:
9 - pompa wysokociśnieniowa,
10 - zasobnik ciśnieniowy,
11 - siłownik,
12 - elektroniczny blok sterujący,
13 - elektroniczny zespół sterujący ASR/ABS,
14 - hydraulika ASR,
15 - hydraulika ABS,
16,17 - zawory trójstanowe.
Poniższy rysunek przedstawia schemat hydrauliki ASR na tle hydrauliki ABS. Trójstanowe zawory elektromagnetyczne umożliwiają trójstanową regulację momentu tarcia na kole jezdnym tylnym lewym albo prawym (rys.8.).
Opis do rysunku 8:
4 - trójstanowe zawory elektromagnetyczne,
7 - zbiornik powietrza,
9 - zawór dwudrożny,
10 - zasobnik ciśnieniowy,
14 - hydraulika ASR,
15 - hydraulika ABS,
16,17 - zawory trójstanowe,
Automatyczna regulacja napędu, tzn. automatyczna regulacja sił napędowych na poszczególnych kołach jezdnych napędzanych może odbywać się wielopoziomowo za pomocą:
- sterowania pracą silnika przez oddziaływanie na przepustnicę gaźnika lub listwę sterującą pompy wtryskowej,
- sterowania pracą silnika przez wyłączenie (włączenie) kolejnych cylindrów silnika,
- hamowania poszczególnych kół jezdnych za pomocą mechanizmów hamujących,
- regulacji rozdziału momentów napędowych na półosie (lewa-prawą) przez uzmiennianie momentu tarcia wewnętrznego mechanizmu różnicowego (ewentualnie automatycznie blokowanie mechanizmu),
- regulacji rozdziału momentu napędowego na przód i tył przez włączenie lub wyłączenie jednego z mostów napędowych, zmienianie momentu tarcia wewnętrznego między osiowego mechanizmu różnicowego.
Taki pełny system regulacji napędu umożliwia uzyskanie bardzo dobrych właściwości tradycyjnych, zwiększa manewrowość pojazdu, poprawia stabilność, zwłaszcza na jezdniach nawierzchniach, przy małej przyczepności.
5