С начала эпохи автомобилестроения было разработано и внедрено немало устройств и систем, обеспечивающих безопасность водителя и пассажиров. Подушки безопасности сегодня стали обязательным элементом конструкции любого автомобиля, однако для этого им пришлось пройти долгий и тернистый путь.  

Как все начиналось

Первые патенты на устройства, способные во время аварии защищать водителя от травм, были выданы еще  в 1953 году. Оба изобретения имели похожие характеристики и принцип действия, но разработаны они были в двух разных частях света двумя разными изобретателями отдельно друг от друга. Американец Джон Хэтрик получил патент на свой «складной развертываемый мешок» в августе, а спустя два месяца похожую систему запатентовал и немецкий инженер Вальтер Линдерер. Гораздо позже, в середине 60-х годов, инженером Алленом Бридом был разработан шариковый сенсорный датчик, который позволял отследить резкое изменение скорости движения автомобиля, или, другими словами, точно определить момент аварии. Собственно, с этих событий и началась история современной SRS – системы пассивной безопасности.

Вопросы и ответы

Период наиболее бурных и не всегда успешных экспериментов с конструкцией подушек приходится на 70-е годы. Тогда Национальная администрация по безопасности дорожного движения (NHTSA) в США обязала всех автопроизводителей оснастить свои автомобили автоматизированными системами защиты пассажиров в довольно сжатые сроки. Однако на деле оказалось, что сделать это не так-то просто – идея Линдерера и Хэтрика, которую взяли на вооружение инженеры крупнейших автоконцернов тех лет, требовала серьезной доработки. Помимо самого «надувающегося мешка» систему предстояло оснастить множеством дополнительных элементов.

Главной проблемой стал тот факт, что для наполнения подушки безопасности и Линдерер, и Хэтрик предложили использовать баллон со сжатым воздухом. Скоро выяснилось, что давления внутри баллона недостаточно для того, чтобы подушка развертывалась достаточно быстро.  Множество проведенных экспериментов доказало, что наполнить купол воздухом за 40 миллисекунд – а именно столько требуется для обеспечения защиты человека от удара о торпеду – можно было только с помощью небольшого взрыва. В итоге родилась конструкция современного пиропатрона, содержащего азид натрия и нитрат калия. При соединении эти вещества образуют азот, который наполняет подушку в доли секунды.  Еще одно важное изменение коснулось материала подушки – плотная ткань была заменена более современным, тонким и герметичным нейлоном, который занимал гораздо меньше места и не пропускал сквозь себя газ.

Результаты инженерных исследований и разработок не заставили себя ждать – под давлением NHTSA ведущие автопроизводители Америки стали постепенно оснащатьподушками безопасности свои автомобили. Первая экспериментальная партия таких машин была выпущена Ford в 1971 году, а в серийном производстве технология была впервые применена на Oldsmobile Tornado в 1972 году. Двумя годами позже подушки безопасности появились и на крупногабаритных моделях марок Cadillac и Buick, а также на автомобилях General Motors. Система, разработанная концерном GM, носила название ACRS (Air Cushion Restraint System) и отличалась двухступенчатым развертыванием и боковой подушкой безопасности для пассажиров.

Вместе с тем в эти годы в мире стала набирать обороты кампания против использования эйрбегов – противники системы считали, что она сама по себе может представлять большую опасность для водителя. Они были не так далеки от истины: конструкция первых подушек безопасности была настолько несовершенна, что их срабатывание нередко приводило к травмам. Подушки либо раскрывались недостаточно быстро, либо сдувались практически сразу, либо просто срабатывали в неподходящее время. Кроме того, в те годы они рассматривались как альтернатива ремням безопасности, поэтому автомобили, оснащенные подушками, нередко не имели в своей конструкции ремней, что приводило к еще более печальным последствиям. В итоге распространения система так и не получила, а совсем скоро была отменена и директива NHTSA об обязательном оснащении подушками всех автомобилей.

Впрочем, работы над усовершенствованием системы пассивной безопасности не останавливались. Было ясно, что для управления ею необходим некий «умный» электронный механизм, который разворачивал бы подушку именно тогда, когда это нужно, не позволял бы ей сдуваться раньше времени и к тому же защищал бы водителя от самопроизвольного срабатывания системы на ходу. Работу в этом направлении вели инженеры концерна Bosh, который к тому времени уже обладал достаточным опытом в области электроники и электротехники.  Около десяти лет компания работала над системой управления, способной в момент аварии  за доли секунды передавать сигнал от датчиков к пиропатрону, и при этом игнорировать любые незначительные внешние воздействия. Первый серийный автомобиль, оснащенный уже привычной нам SRS, был выпущен Mercedes-Benz в декабре 1980 года – через 27 лет после того, как были запатентованы первые в истории подушки безопасности. 

Современный эйрбег

Устройство современной системы пассивной безопасности (SRS - Supplementary Restraint System) почти ничем не отличается от того, что было внедрено в производство в восьмидесятые. Система состоит из модуля с подушкой и газогенератором, датчиков определения удара и электронного блока управления. 

Состав модуля подушки безопасности на всех автомобилях одинаков: это сама подушка, выполненная обычно из прочного и легкого нейлона или полиэстера, пиропатрон и блок наполнения подушки (газогенератор). Пиропатрон отвечает за открытие клапана газогенератора и за выброс пневмоподушки, а генератор накачивает подушку газом. Как правило, в качестве топлива в газогенераторе используется все тот же азид натрия, который при сгорании преобразуется в чистый азот, безопасный для здоровья человека. Кроме азота, выделяются также окись углерода и углекислый газ, но благодаря специальным фильтрам внутрь подушки попадает только азот. Чтобы подушка выбрасывалась как можно быстрее, ее обрабатывают специальной смазкой на основе талька.  

Модуль подушки безопасности водителя располагается в рулевом колесе, пассажира – в панели приборов. «Пассажирская» подушка, как правило, намного больше водительской – 130 литров против 60-80 литров. Это объясняется тем, что дистанция между пассажиром и торпедо больше, чем между рулем и водителем.  Помимо этого, многие автомобили оснащаются также подушками для ног объемом 6-10 литров, а также боковыми подушками, защищающими водителя и пассажиров от боковых ударов.

Датчики отвечают за передачу информации об ударе блоку управления. Ударные фронтальные датчики располагают обычно на лонжеронах, под арками, боковые – на порогах. Они дополняются датчиками сидения пассажира, которые подсказывают системе, нужно ли раскрывать подушку: если пассажира на сиденье нет, подушка не раскроется.

Современные системы пассивной безопасности в качестве дополнительных элементов включают в себя также преднатяжители ремней безопасности, которые работают вместе с подушками. В момент фронтального удара они натягивают ремни безопасности, плотно прижимая сидящего человека к спинке кресла – это позволяет избежать сильных ударов о подушку безопасности, а также травм позвоночника. В некоторых моделях автомобилей устанавливаются активные подголовники – при аварии они отодвигаются назад, чтобы защитить от травм шею и голову. 

Электронный блок управления координирует работу всей системы, отслеживая показания датчиков и отдавая команды тем или иным компонентам системы. Кроме того, блок постоянно мониторит ее состояние, в случае неисправности предупреждая водителя о необходимости сервисного обслуживания. В некоторых автомобилях предусмотрена возможность принудительного отключения блока, если такая необходимость возникнет.

Инновации

Разумеется, работа над совершенствованием системы пассивной безопасности продолжается и в наши дни. Передовые системы способны подстраивать свою работу под индивидуальные характеристики – датчики считывают данные о росте и весе человека в момент его посадки в кресло, анализируют его позу. Система сопоставляет собранную информацию с данными о силе и направлении удара и корректирует давление внутри подушки безопасности и степень ее раскрытия.  Как правило, в подобных системах используется двухступенчатый газогенератор, который максимально быстро заполняет подушку газом при сильных столкновениях или оставляет подушку достаточно мягкой при слабых ударах. 

В последнее время появляется множество инновационных разработок, дополняющих привычные фронтальные подушки. Инженеры VAG и BMW создали цилиндрические подушки, способные в момент удара закрыть боковые окна автомобиля, защищая водителя и пассажиров не только от ударов, но и от проникновения извне различных посторонних предметов. Разработчики TRW Automotive вообще отошли от идеи внутренней защиты, и создали внешние подушки безопасности, скрытые в порогах и раскрывающиеся наружу при боковых столкновениях. В настоящее время компания работает также над созданием подушек безопасности, монтирующихся во внутреннюю обивку крыши.

Инженеры Volvo пошли еще дальше – в 2013 году компания получила престижную награду Global NCAP Innovation Award за подушки безопасности для пешеходов, важную часть системы  Pedestrian Detection (обнаружение пешеходов). Помимо самой подушки, накрывающей часть капота, лобового стекла и передних стоек автомобиля, система включает в себя семь сенсоров, следящих за приближающимися пешеходами. Подушка срабатывает, если столкновение с пешеходом оказывается неизбежным.  Впервые система была установлена на автомобиле VolvoV40. Немного иначе проблему защиты пешеходов решили инженеры Ford. Они установили одну подушку безопасности между бампером и решеткой радиатора, а еще две – у основания лобового стекла. 

«Подушечные» проблемы

Как правило, клиенты приезжают в автосервис с двумя проблемами: первая – горящий на панели приборов индикатор неисправности системы, вторая – уже сработавшие в результате ДТП подушки безопасности. В первом случае необходимо выявить неисправность. Система SRS проводит самодиагностику каждый раз при заводе автомобиля, и в случае обнаружения каких-либо неполадок включается сигнальная лампа на приборной панели.  Причины неполадок могут быть разными – замыкания или повреждения электропроводки, перегрев или переохлаждение электронных компонентов, выход из строя датчиков, износ системы (в машинах с большим пробегом). Как правило, ответ на вопрос дает простая проверка ошибок блока управления. Чаще всего обнаруживаются неисправности фронтальных датчиков удара, датчиков преднатяжителей ремней безопасности, кольца SRS на руле. Если же все компоненты системы работоспособны, нужно искать повреждения и разрывы в цепи – проблема, с которой часто сталкиваются обладатели «возрастных» автомобилей.

Задача восстановления системы после ДТП куда сложнее. Необходимо заменить сработавший модуль подушки безопасности вместе с газогенератором, которые по сути являются одноразовыми и восстановлению не подлежат, и поврежденные при ДТП датчики. Кроме того, нередко ремонта или замены требуют также ремни безопасности, а точнее, «запускающие» их пиропатроны, которые являются дополнительными компонентами всей системы и также управляются блоком SRS. Впрочем, сама процедура замены отработавших элементов системы для опытного мастера не составляет особого труда. Задача несколько усложняется, если же при ДТП сработали не все подушки – в этом случае необходимо провести тщательную всестороннюю диагностику системы, чтобы убедиться, что остальные ее части все так же работоспособны. 

Большинство автопроизводителей рекомендует менять после аварии не только сработавшие модули и поврежденные датчики, но в обязательном порядке и блок управления SRS. Дело в том, что после срабатывания системы в нем прописываются данные о происшествии – так называемые CrashData.В результате работа всей системы оказывается заблокирована, так как она, по сути, является одноразовой. Однако, в отличие от подушек и сработавших пиропатронов, дать блоку вторую жизнь вполне возможно – конечно, при условии, что он не получил никаких повреждений при ДТП. Для этого необходимо просто удалить crash data из памяти блока. Автопроизводители не рекомендуют этого делать, и настаивают на полной замене блока, но практика показывает, что в большинстве случаев «перепрошитые» блоки работают, как и прежде, и выбор того или иного способа решения проблемы полностью зависит от желания клиента, а зачастую и от его финансовых возможностей.  

Комментарий эксперта:

 
Сергей Торощин, менеджер по технической части компании «AirbagSib»:

 
Когда автолюбитель после ДТП задумывается о восстановлении подушек безопасности, ему обычно предлагается два варианта – либо полная замена всей системы SRS вместе с подушками и блоком управления, либо установка так называемой «обманки» - муляжа подушки безопасности. Муляж «обманывает» компьютер – датчики передают в блок управления сигналы о том, что все на месте, все работает, однако самой подушки при этом нет, и при ДТП, естественно, система не выполнит своей задачи. Установка муляжа стоит значительно дешевле полного восстановления системы, и поэтому большинство клиентов в целях экономии выбирают именно этот вариант. Законодательно установка муляжей в России никак не регламентируется. У нас есть серьезные штрафы за непристегнутый ремень, за отсутствие детского автокресла, а вот за отсутствие подушки безопасности ответственность не предусмотрена, и даже при прохождении техосмотра горящий на приборной панели индикатор отсутствия подушки никак не повлияет на результаты осмотра. Мы считаем, что это положение вещей нужно менять, так как безопасность – превыше всего. Как говорится, за безопасность нужно платить, а за ее отсутствие – расплачиваться. В последнее время все больше людей стали это понимать. Мы заметили, что по сравнению с предыдущими годами значительно вырос процент тех, кто выбирает вместо простой установки имитатора полную замену всей системы безопасности.  Впрочем, в большинстве случаев можно обойтись без замены блока управления SRS, достаточно будет его просто перепрошить – на эффективности работы системы это никак не отразится, однако значительно уменьшит стоимость ее восстановления.