Cintos de segurança e tensores dos cintos de segurança

O elemento estrutural mais comum do sistema de segurança passiva de um carro são os cintos de segurança. Seu uso reduz a probabilidade e a gravidade de lesões devido a impactos em partes duras do corpo, vidros e outros passageiros (os chamados impactos secundários). Os cintos de segurança apertados garantem o funcionamento eficaz dos airbags.

Pelo número de pontos de fixação, distinguem-se os seguintes tipos de cintos de segurança: dois, três, quatro, cinco e seis pontos.

Cintos de segurança de dois pontos (fig. 1) são atualmente usados ​​como cinto de segurança central no banco traseiro de alguns carros mais antigos, bem como em assentos de passageiros de aviões. O cinto de segurança reversível é um cinto subabdominal que envolve a cintura e é fixado em ambos os lados do assento.

Os cintos de segurança de três pontos (fig. 2) são o principal tipo de cinto de segurança e estão instalados em todos os carros modernos. O cinto diagonal de 3 pontos tem um arranjo em forma de V que distribui uniformemente a energia do corpo em movimento para o peito, pelve e ombros. A Volvo introduziu os primeiros cintos de segurança de três pontos produzidos em massa em 1959. Considere o dispositivo cinto de segurança de três pontos como o mais comum.

O cinto de segurança de três pontos é composto por uma correia, uma fivela e um tensor.

O cinto de segurança é feito de material durável e é preso ao corpo com dispositivos especiais em três pontos: no pilar, na soleira e em uma haste especial com trava. Para adaptar o cinto à altura de uma pessoa em particular, muitos projetos prevêem o ajuste da altura do ponto de fixação superior.

A trava prende o cinto de segurança e é instalada ao lado do assento do carro. Uma lingueta de metal móvel é feita para se conectar ao fecho da alça. Como lembrete da necessidade de usar cinto de segurança, o design da trava inclui um interruptor incluído no circuito do sistema de alarme AV. O aviso ocorre com uma luz de aviso no painel e um sinal sonoro. O algoritmo de funcionamento deste sistema tem diferenças para diferentes fabricantes de automóveis.

O retrator fornece desenrolamento forçado e rebobinamento automático do cinto de segurança. Ele é fixado na carroceria do carro. O carretel está equipado com um mecanismo de travamento inercial que interrompe o movimento do cinto no carretel em caso de acidente. Dois métodos de bloqueio são usados: como resultado do movimento (inércia) do carro e como resultado do movimento do próprio cinto de segurança. A fita só pode ser retirada do carretel lentamente, sem aceleração.

Os carros modernos estão equipados com cintos de segurança pré-tensores.

Os cintos de segurança de cinco pontos (fig. 4) são usados ​​em carros esportivos e para prender crianças em assentos infantis. Inclui duas alças de cintura, duas alças de ombro e uma alça de perna.

Arroz. 4. Arnês de cinco pontos

O cinto de segurança de 6 pontos possui duas tiras entre as pernas, o que proporciona um ajuste mais seguro para o ciclista.

Um dos desenvolvimentos promissores são os cintos de segurança infláveis ​​(Fig. 5), que são preenchidos com gás durante um acidente. Eles aumentam a área de contato com o passageiro e, consequentemente, reduzem a carga sobre a pessoa. A seção inflável pode ser uma seção de ombro ou uma seção de ombro e cintura. Testes mostram que este design de cinto de segurança oferece proteção adicional contra impactos laterais.

Arroz. 5. Cintos de segurança infláveis

A Ford oferece esta opção na Europa para a quarta geração do Ford Mondeo. Para os passageiros na fila de trás, são instalados cintos de segurança infláveis. O sistema foi projetado para reduzir lesões na cabeça, pescoço e tórax em caso de acidente para passageiros da fila traseira, que geralmente são crianças e idosos, que são particularmente propensos a esses tipos de lesões. No uso diário, os cintos de segurança infláveis ​​funcionam como os cintos de segurança normais e são compatíveis com as cadeiras de criança.

Em caso de acidente, o sensor de choque envia um sinal para a unidade de controle do sistema de segurança, a unidade envia um sinal para abrir a válvula de fechamento do cilindro de dióxido de carbono localizado sob o assento, a válvula abre e o gás que estava anteriormente em um estado comprimido enche a almofada do cinto de segurança. O cinto é acionado rapidamente, distribuindo a força de impacto sobre a superfície do corpo, cinco vezes mais do que os cintos de segurança padrão. O tempo de ativação das cintas é inferior a 40ms.

Com o novo Mercedes-Benz S-Class W222, a empresa está expandindo suas opções de proteção de passageiros no banco traseiro. O pacote PRE-SAFE do banco traseiro combina pré-tensores e airbag no cinto de segurança (Beltbag) com airbags nos bancos dianteiros. O uso combinado desses dispositivos em um acidente reduz os ferimentos dos passageiros em 30% em comparação com o esquema tradicional. O airbag do cinto de segurança é um cinto de segurança capaz de inflar e, assim, reduzir o risco de ferimentos aos passageiros em uma colisão frontal, reduzindo a carga no peito. O banco reclinável está equipado de série com um airbag escondido sob o estofamento da almofada do banco. Essa almofada impedirá que o passageiro em posição reclinada escorregue sob o cinto de segurança em caso de acidente (o chamado "mergulho") . Desta forma, a Mercedes-Benz conseguiu desenvolver um assento reclinável confortável que oferece um maior nível de segurança em caso de acidente do que um assento em que o encosto é reclinado através da extensão da almofada do assento.

Como medida contra a não utilização de cintos de segurança, os cintos de segurança automáticos são propostos desde 1981 (Fig. 6), que seguram automaticamente o passageiro quando a porta é fechada (partida do motor) e o liberam quando a porta é aberta ( iniciar parar). Como regra, o movimento do cinto de ombro que se move ao longo das bordas da moldura da porta é automatizado. O cinto é preso à mão. Devido à complexidade do design, à inconveniência de entrar em um carro, os cintos de segurança automáticos atualmente praticamente não são usados.

Arroz. 6. Cinto de segurança automático

2. Tensionadores do cinto de segurança

A uma velocidade de, por exemplo, 56 km/h, são necessários cerca de 150 ms desde o momento da colisão com um obstáculo fixo até à paragem total do automóvel. O motorista e o passageiro do carro não têm tempo para realizar nenhuma ação em um período de tempo tão curto, portanto, são participantes passivos da emergência. Durante este período, os pré-tensores dos cintos de segurança, airbags e interruptor de desligamento da bateria devem ser ativados.

Em um acidente, os cintos de segurança devem absorver um nível de energia aproximadamente igual à energia cinética de uma pessoa caindo do quarto andar de um prédio alto. Devido ao possível afrouxamento do cinto de segurança, um pré-tensionador (pré-tensionador) é usado para compensar esse afrouxamento.

O tensor do cinto de segurança retrai o cinto de segurança em caso de colisão. Isso ajuda a reduzir a folga do cinto de segurança (o espaço entre o cinto de segurança e o corpo). Assim, o cinto de segurança evita que o passageiro avance (em relação ao movimento do carro) antecipadamente.

Os veículos utilizam pré-tensores de cintos de segurança diagonais e pré-tensores de fivelas. O uso de ambos os tipos permite fixar o passageiro de maneira ideal, pois neste caso o sistema puxa a fivela para trás, enquanto aperta simultaneamente os ramos diagonal e ventral do cinto de segurança. Na prática, os tensionadores do primeiro tipo são instalados principalmente.

O tensor do cinto de segurança melhora a tensão e melhora a proteção contra deslizamento do cinto. Isso é obtido acionando imediatamente o pré-tensionador do cinto de segurança durante o impacto inicial. O movimento máximo do motorista ou passageiro na direção à frente deve ser de cerca de 1 cm, e a duração da ação mecânica deve ser de 5 ms (valor máximo de 12 ms). O tensor garante que a seção da correia (até 130 mm de comprimento) seja enrolada em quase 13 ms.

Os mais comuns são os pré-tensores mecânicos dos cintos de segurança (Fig. 7).

Arroz. 7. Tensor mecânico do cinto de segurança: 1 - cinto de segurança; 2 - roda catraca; 3 - eixo da bobina inercial; 4 - trinco (posição fechada); 5 - dispositivo de pêndulo

Além dos tensionadores mecânicos tradicionais, muitos fabricantes estão equipando os veículos com tensionadores pirotécnicos (Figura 8).

Arroz. 8. Tensor pirotécnico: 1 - cinto de segurança; 2 - pistão; 3 - cartucho pirotécnico

Eles são ativados quando o sensor integrado do sistema detecta que um limite de desaceleração predeterminado foi excedido, indicando o início de uma colisão. Isso acende o detonador do cartucho pirotécnico. Quando o cartucho explode, o gás é liberado, cuja pressão atua no pistão conectado ao cinto de segurança. O pistão se move rapidamente e tensiona a correia. Normalmente, o tempo de resposta do dispositivo não excede 25 ms desde o início da descarga.

Para evitar sobrecarregar o tórax, esses cintos possuem limitadores de tensão que funcionam da seguinte forma: primeiro, a carga máxima permitida é atingida, após o que um dispositivo mecânico permite que o passageiro se mova uma certa distância para frente, mantendo o nível de carga constante.

De acordo com o design e o princípio de operação, distinguem-se os seguintes tipos de tensores do cinto de segurança:

• cabo com acionamento mecânico;
• bola;
• girando;
• prateleira;
• reversível.

2.1. Tensor de cabo para cinto de segurança

O tensor do cinto de segurança 8 e o carretel do cinto de segurança automático 14 são os principais componentes do tensor do cabo (Fig. 9). O sistema é fixado de forma móvel no tubo de proteção 3 na tampa do mancal, de forma semelhante a um pêndulo vertical. Um cabo de aço 1 é fixado no pistão 17. O cabo é enrolado e instalado em um tubo protetor no tambor 18 para o cabo.

O módulo de tensão consiste nos seguintes elementos:

• sensores na forma de um sistema "mola-massa";
• gerador de gás 4 com uma carga propulsora pirotécnica;
• pistão 1 com um cabo de aço no tubo.

Se a desaceleração do carro durante uma colisão exceder um determinado valor, a mola do sensor 7 começa a comprimir sob a ação da massa do sensor. O sensor consiste em um suporte 6, um gerador de gás 4 com uma carga pirotécnica ejetada por ele, uma mola de choque 5, um pistão 1 e um tubo 2.

Arroz. 9. Tensor do cabo: a - ignição; b - tensão; 1, 16 - pistão; 2 - tubo; 3 - tubo protetor; 4 - gerador de gás; 5, 15 - mola de choque; 6 - suporte do sensor; 7 - mola do sensor; 8 - cinto de segurança; 9 - placa de choque com pino de choque; 10, 14 - mecanismo de enrolamento do cinto de segurança; 11 - parafuso sensor; 12 - aro da engrenagem do eixo; 13 - segmento dentado; 17 - cabo de aço; 18 - tambor

Se o suporte 6 se deslocou uma distância superior à norma, o gerador de gás 4, mantido em repouso pelo parafuso sensor 11, é libertado na direcção vertical. A mola de impacto tensionada 15 empurra-a em direção ao pino de impacto na placa de impacto. Quando o gerador de gás atinge o impactor, a carga flutuante do gerador de gás acende (Fig. 9, a).

Neste momento, o gás é injetado no tubo 2 e move o pistão 1 com o cabo de aço 17 para baixo (Fig. 9, b). Durante o primeiro movimento do cabo enrolado em torno da embreagem, o segmento dentado 13 se move radialmente para fora do tambor sob a ação da força de aceleração e engata no aro dentado do eixo 12 do enrolador do cinto de segurança 14.

2.2. Tensor de cinto de bola

É composto por um módulo compacto que, além da detecção da correia, inclui também um limitador de tensão da correia (fig. 10). O acionamento mecânico ocorre apenas quando o sensor de fivela do cinto de segurança detecta que o cinto de segurança está apertado.

O pré-tensionador do cinto de segurança esférico é acionado por esferas colocadas no tubo 9. Em caso de colisão, a unidade de controle do airbag acende a carga de ejeção 7 (Fig. 10, b). Nos tensores elétricos dos cintos de segurança, a ativação do mecanismo de acionamento é realizada pela unidade de controle do airbag.

Quando a carga ejetada é inflamada, os gases em expansão colocam as bolas em movimento e as direcionam através da engrenagem 11 para dentro do balão 12 para coletar as bolas.

Arroz. 10. Tensor de esferas: a - visão geral; b - ignição; c - tensão; 1, 11 - engrenagem; 2, 12 - balão para bolas; 3 - mecanismo de acionamento (mecânico ou elétrico); 4, 7 - carga propulsora pirotécnica; 5, 8 - cinto de segurança; 6, 9 - tubo com bolas; 10 - enrolador de cinto de segurança

Como o carretel do cinto de segurança está rigidamente conectado à roda dentada, ele gira com esferas e o cinto retrai (Fig. 10, c).

2.3. Tensor giratório da correia

Funciona no princípio de um rotor. O tensor consiste em um rotor 2, um detonador 1, um mecanismo de acionamento 3 (Fig. 11, a)

O primeiro detonador é acionado por acionamento mecânico ou elétrico, enquanto o gás em expansão gira o rotor (Fig. 11, b). Como o rotor está conectado ao eixo do cinto, o cinto de segurança começa a se retrair. Ao atingir um certo ângulo de rotação, o rotor abre o canal de desvio 7 para o segundo cartucho. Sob a ação da pressão de trabalho na câmara nº 1, o segundo cartucho acende, devido ao qual o rotor continua a girar (Fig. 11, c). Os gases de combustão da câmara nº 1 saem pelo canal de saída 8.

Arroz. 11. Tensor rotativo: a - visão geral; b - a ação do primeiro detonador; c - ação do segundo detonador; g - a ação do terceiro foguete; 1 - isca; 2 - rotor; 3 - mecanismo de acionamento; 4 - cinto de segurança; 5, 8 - canal de saída; 6 - trabalho da primeira isca; 7, 9, 10 - canais de desvio; 11 - acionamento do segundo detonador; 12 - câmara nº 1; 13 - realização da terceira isca; 14 - câmera número 2

Quando o segundo canal de desvio 9 é alcançado, o terceiro cartucho é aceso sob a ação da pressão de trabalho na câmara n° 2 (Fig. 11, d). O rotor continua a girar e o gás de exaustão da câmara nº 2 sai pela saída 5.

2.4. Tensor da correia

Para uma transferência suave de força para a correia, vários dispositivos de cremalheira e pinhão também são usados ​​(Fig. 12).

O tensor do rack funciona da seguinte maneira. Ao sinal da unidade de controle do airbag, a carga do detonador acende. Sob a pressão dos gases resultantes, o pistão com a cremalheira 8 move-se para cima, provocando a rotação da engrenagem 3, que está engatada com ela. A rotação da engrenagem 3 é transmitida às engrenagens 2 e 4. A engrenagem 2 é rigidamente conectada ao anel externo 7 da embreagem de roda livre, que transmite torque ao eixo de torção 6. Quando o anel 7 gira, os rolos 5 da embreagem são preso entre a embreagem e o eixo de torção. Como resultado da rotação do eixo de torção, o cinto de segurança é tensionado. A tensão da correia é liberada quando o pistão atinge o amortecedor.

Arroz. 12. Tensor do cinto de segurança: a - posição inicial; b - o fim da tensão da correia; 1 - amortecedor; 2, 3, 4 - engrenagens; 5 - rolo; 6 - eixo de torção; 7 - o anel externo da embreagem de roda livre; 8 - pistão com cremalheira; 9 - bombinha

2.5 tensor de correia reversível

Em sistemas de segurança passiva mais complexos, além dos pré-tensores pirotécnicos do cinto de segurança, um pré-tensor reversível do cinto de segurança (Fig. 13) com uma unidade de controle e um limitador de força do cinto de segurança adaptável (comutável.

Cada pré-tensor reversível do cinto de segurança é controlado por uma unidade de controle separada. Com base nos comandos do barramento de dados, as unidades de controle do pré-tensionador do cinto de segurança acionam os motores de acionamento conectados.

Tensionadores reversíveis têm três níveis de força de atuação:

1. baixo esforço - seleção de cinto de segurança flácido;
2. força média - tensão parcial;
3. alta resistência - tensão total.

Se a unidade de controle do airbag detectar uma pequena colisão frontal que não requer o pré-tensor pirotécnico, ela envia um sinal para as unidades de controle do pré-tensionador. Eles comandam os cintos de segurança para serem totalmente tensionados pelos motores de acionamento.

Arroz. 13. Cinto de segurança com pré-tensionador reversível: 1 - engrenagem; 2 - gancho; 3 - acionamento principal

O eixo do motor (não mostrado na Fig. 13), girando através de uma engrenagem, gira um disco acionado conectado ao eixo do cinto de segurança por dois ganchos retráteis. O cinto de segurança envolve o eixo e aperta.

Se o eixo do motor não girar ou girar levemente na direção oposta, os ganchos podem dobrar e soltar o eixo do cinto de segurança.

O limitador de força do cinto de segurança comutável funciona após a ativação dos pré-tensores pirotécnicos. Neste caso, o mecanismo de travamento bloqueia o eixo do cinto, impedindo que o cinto se desenrole devido à possível inércia dos corpos dos passageiros e do motorista.