Спасительное надувательство: история создания российской подушки безопасности
22.11.2019
20 минут
Ростех
1163

Спасительное надувательство: история создания российской подушки безопасности

Подмосковный Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения Госкорпорации Ростех можно назвать первопроходцем в создании отечественной автомобильной подушки безопасности. 25 лет назад институт зарегистрировал первый российский патент на разработку. Об истории изобретения рассказали эксперты предприятия.

Действие подушки безопасности / ©giphy.com

От Хетрика до Брида

История создания подушки безопасности насчитывает не одно десятилетие. О чем-то подобном конструкторы начали думать еще до Второй мировой войны. Правда, это были лишь поверхностные разработки, так и не воплощенные в жизнь. А потом по известным причинам стало и вовсе не до этого.

В итоге первая подушка безопасности появилась позже. Авторами изобретения стали два инженера, которые работали независимо друг от друга. 18 августа 1953 года патент на систему, способную защитить человека от удара о твердые предметы салона автомобиля во время аварии, был выдан американцу Джону Хетрику, а 12 ноября этого же года другой патент получил немец Вальтер Линдерер.

Но дальше чертежей и опытных разработок ни у того, ни у другого конструктора дело не пошло. Обе подушки безопасности, представлявшие собой мешки из плотной материи, наполнялась сжатым воздухом через клапаны по команде электроники. Причем наполнялись они слишком медленно – это значительно увеличивало вероятность получения человеком травмы. Устройства сочли неэффективными, но работы в этом направлении продолжались.

В 1963 году японский изобретатель Ясузобуро Кобори создал конструкцию, которая практически мгновенно надувала воздушный мешок. Для этого использовался пиропатрон, выделяющий при срабатывании мощный поток газов. Конструкция получилась простой и эффективной, доказав тем самым право на существование. Именно она используется в современных подушках.

Спустя четыре года после изобретения японца американец Аллен Брид создал основной компонент для срабатывания воздушных мешков – шариковый сенсор. При столкновении шарик по инерции перемещался, замыкал электрические контакты, и подушка «выстреливала». В начале 1970-х годов с конвейеров заводов Ford стали сходить первые автомобили, оснащенные подушками безопасности (правда, это были лишь экспериментальные образцы). При столкновении в специальном баллончике происходила химическая реакция, и нейлоновый мешок мгновенно наполнялся газом, который затем постепенно стравливался через небольшие отверстия.

Первым, установившим на автомобили подушки безопасности, была компания Ford, а вот первой серийной машиной с таким устройством стала модель Oldsmobile Toronado 1973 года / ©www.zr.ru

В США подушки безопасности воспринимались как альтернатива ремням, в связи с чем увеличивалось число случаев, когда срабатывание подушки становилось причиной гибели человека. В основном это происходило из-за сильного удара от срабатывания подушки, когда при езде с не пристегнутым ремнем тело водителя или пассажира успевало податься вперед. Поэтому более поздние подушки стали раскрываться с меньшей энергией.

В 1980 году «воздушный мешок» пришел в Европу – Mercedes-Benz оснастили революционной по тем временам подушкой безопасности модель S-класса. В чем была революционность? В том, что при аварии сначала затягивались ремни безопасности и только после этого развертывалась подушка, которая в итоге позиционировалась не как альтернатива ремням, а как способ дополнительной защиты водителя и пассажиров.

В поисках перспективного проекта

В Центральном научно-исследовательском институте точного машиностроения работы по созданию подушки безопасности велись под руководством Юрия Филиппова с начала 1980-х годов и подтверждены авторскими свидетельствами. Сначала речь шла о защитных надувных экранах для сидящих сзади пассажиров правительственных автомобилей. Зарегистрированное в 1984 году в Государственном реестре изобретений Союза ССР изобретение называлось «Гибкая оградительная оболочка для пользователей пассажирским транспортом».

Один из первых патентов на подушку безопасности в СССР / ©Пресс-служба Ростеха

«Задача обезопасить высокопоставленных пассажиров при авариях поступила в институт из Гаража особого назначения в конце 1980 года, после того, как в автокатастрофе погиб кандидат в члены Политбюро ЦК КПСС, Первый секретарь ЦК КП Белоруссии Петр Машеров, – вспоминает эксперт Ростеха, начальник лаборатории Центрального научно-исследовательского института точного машиностроения (ЦНИИТОЧМАШ) Сергей Матвейкин. – Работы мы вели совместно с научно-исследовательским автомобильным и автомоторным институтом».

Оболочка (по сути – экран) включала в себя две пневмокамеры, одна из которых, камера высокого давления, была секционной и связывалась с источником сжатого газа, а другая, камера низкого давления, сообщалась с атмосферой через клапаны одностороннего действия и располагалась в зоне головы. При поступлении в случае аварии электрического сигнала на вспомогательное устройство газогенератора образовывался газ, который сначала поступал в нижнюю часть камеры высокого давления, с которой взаимодействовали колени пассажира.

Далее газ поступал в верхнюю часть камеры высокого давления. Заполняясь газом, камера высокого давления распрямлялась в горизонтальном и вертикальном положениях и, образуя каркас, натягивала перед пассажиром полотнище. При этом воздух из салона автомобиля поступал в камеру низкого давления.

«Общий надуваемый объем составлял 120-150 литров, – продолжает эксперт Ростеха. – Дошли до экспериментальных образцов. Но в итоге дальнейшую работу над проектом посчитали нецелесообразной. При срабатывании экрана раздавался сильный шум, сам же заполненный газом экран получался достаточно громоздким. А тут прошла информация, что за границей разрабатываются компактные подушки безопасности».

И после серии испытаний экранов мы переключили свое внимание на эти, как оказалось, более перспективные изделия. Для начала решили создать подушку для рулевого колеса. Занимались непосредственно ее конструкцией и разработкой газогенератора. Соответствующий пиротехнический состав для газогенератора готовили в Загорском (ныне – Сергиев Посад) научно-исследовательском институте прикладной химии, а прорезиненную ткань для подушки поставлял Уфимский завод резинотехнических изделий».

Точку поставила перестройка

Подушка безопасности способна выполнить свои функции только в том случае, если во время удержания пользователя она по жесткости не напоминает футбольный мяч, а при ударе автомобиля плавно затормаживает водителя или пассажира, поглощая их энергию движения. Такое действие осуществляется за счет выпуска воздушно-газовой смеси из подушки через специальные клапаны.

К тому времени – начало-середина 1990-х годов – в ряде западных образцов использовались закрывающие отверстия клапаны, которые при повышении давления в подушке за счет воздействия на нее пассажира или избытка газа отрывались, выпуская газ в атмосферу. Получается, что газ из подушки выходил даже тогда, когда на нее не воздействовал пользователь, что могло привести к серьезной травме при повторных ударах.

Не исключался и такой вариант: если авария не произошла, а подушка по какой-либо причине сработала, и клапаны не оторвались, то раскрывшаяся подушка ограничивала водителю обзор дороги, что могло привести к серьезному дорожно-транспортному происшествию.

Конструкторы ЦНИИТОЧМАШ в качестве прототипа для изобретения выбрали техническое решение, в котором стравливающие отверстия в подушке закрывались закрепленными на полотнище тонкими резиновыми пластинками с отверстиями. При повышении давления в подушке пластинки растягивались, отверстия в них увеличивались, и газ выходил из подушки. Но конструкция не позволяла удерживать газ в подушке при отсутствии воздействия со стороны пассажира. Кроме того, отверстия в пластинах не обладали способностью регулировать выход газа в зависимости от величины давления в подушке.

Для улучшения конструкции были использованы, перекрывающие отверстия, тонкие прямоугольные резиновые пластины, закрепленные на полотнище короткими сторонами. Половина пластин была шире диаметра отверстий, а другая половина – уже.

На рисунке 1 изображено устройство клапанов на подушке в развернутом состоянии; на рисунке 2 – клапан в закрытом положении, перекрывающий отверстие (вид сбоку) / ©Пресс-служба Ростеха


На рисунке 4 – клапан в закрытом положении, не перекрывающий отверстие; на рисунке 5 – клапан при выпуске воздушно-газовой смеси из подушки при воздействии на нее пользователя / ©Пресс-служба Ростеха

 При повышении давления в подушке после срабатывания за счет воздействия на нее пользователя все клапаны выворачивались и позволяли газовой смеси выходить с различной интенсивностью в зависимости от массы пользователя, производительности газогенератора и так далее. Как только давление газа в подушке снижалось до заданного значения, некоторые клапаны вновь закрывались. То есть подушка была способна защитить пассажира при повторных ударах. При случайном разворачивании подушки газовая смесь в течение определенного времени выходила через клапаны, перекрытые пластинами не полностью, и подушка сдувалась, не препятствуя обзору водителя.

Подушка безопасности времен СССР / ©Пресс-служба Ростеха

Заключив договор с Волжским автозаводом, институт провел несколько сотен испытаний разрабатываемого образца – причем не только на жигулях (ВАЗ-2109, «Нива»), но и на волгах и ГАЗах. В результате подушка безопасности практически дошла до этапа постановки на производство. В «боевое» состояние она приводилась за доли секунды. При столкновении автомобиля с препятствием сигнал от электронных датчиков подавался на электронный блок, дававший команду на срабатывание пиротехнического генератора, также разработанного в ЦНИИТОЧМАШ.

Генератор, в свою очередь, наполнял подушку газом, который благодаря специальному фильтру из металлокерамики был намного чище зарубежных аналогов. Причем газ наполнял не всю подушку, а несколько ее сегментов, в остальные же подсасывался воздух из салона. Проще говоря, подушка была двухконтурная. Кроме подушки безопасности в институте были разработаны и испытаны устройства аварийного натяжения ремней безопасности. Команду на срабатывание натяжителя ремня давал все тот же электронный блок.

Тестирование подушек безопасности переднего сиденья / ©autoleek.ru
Тестирование подушек безопасности заднего сиденья / ©autoleek.ru

Оснастить отечественный автопром созданными в ЦНИИТОЧМАШ подушками безопасности помешала перестройка. Министерство оборонной промышленности СССР из-за ухудшения в стране экономической ситуации перестало финансировать проект. АвтоВАЗ же поначалу проявил заинтересованность в продолжении сотрудничества с ЦНИИТОЧМАШ, но дальше слов дело не пошло – Волжский автогигант сделал ставку на зарубежных производителей элементов пассивной безопасности автомобилей. «Но мы не ставим крест на данном направлении, — отмечает Сергей Матвейкин. – У Ростеха сегодня есть все нужные компетенции и специалисты в этой сфере. Мы готовы оперативно развернуть производство российских подушек безопасности». 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Ростех
14 статей
Ростех — российская государственная корпорация, созданная в конце 2007 года для содействия в разработке, производстве и экспорте высокотехнологичной промышленной продукции гражданского и военного назначения. В её составе более 700 организаций, из которых сформировано 14 холдинговых компаний. 11 из них — в оборонно-промышленном комплексе, 3 — в гражданских отраслях промышленности, а также более 80 организаций прямого управления.
Вчера, 15:32
4 минуты
Полина Гершберг

Периваскулярная жировая ткань вокруг сосудов не только накапливает липиды, но и непосредственно влияет на релаксацию сосудистых тканей.

Вчера, 15:32
17 минут
Александр Березин

На борту круизного лайнера Diamond Princess в феврале 2020 года случился настоящий разгул эпидемии Covid-19. Судно поместили на карантин, во время которого по идее пассажиры должны были отсиживаться по каютам. Несмотря на это, каждый шестой там заболел. За пределами Китая нигде больше нет такого числа заразившихся — ни в одной стране. Стали говорить, что этот корабль — прообраз будущей эпидемии коронавируса по всей планете. Мол, раз тут карантин не помог, значит, не сдержит болезнь и в мировом масштабе. На самом деле, задолго до коронавируса путешествия на круизных лайнерах стали называть «плаванием к болезни». Предположительно роскошное времяпрепровождение часто оборачивалось инфекцией и до коронавируса. Не приходится удивляться, что новому вирусу пришлись по вкусу именно круизные лайнеры. Почему так — рассказываем ниже.

Вчера, 12:20
4 минуты
НИТУ «МИСиС»

Коллектив ученых из НИТУ «МИСиС» провел комплексную оценку влияния нано- и микродобавок алюминия, бора, цинка, никеля, меди и молибдена на скорость горения твердого топлива, содержащего алюминиевые порошки. Эксперимент показал, что наиболее эффективными добавками являются наночастицы меди. Добавление ее в топливо позволит увеличить скорость ракет в пять раз.

18 февраля
8 минут
Полина Гершберг

Один из наиболее полезных режимов питания оказался хорош с неожиданной стороны: выяснилось, что он способствует развитию кишечных бактерий, связанных с улучшением качества жизни пожилых людей.

17 февраля
5 минут
Мария Азарова

По мнению исследователей, мидии погибли вследствие «теплового стресса», вызванного повышением температуры океана.

19 февраля
4 минуты
Сергей Васильев

В галактике Маркарян 231, расположенной в полумиллиарде световых лет от нас, нашли облака молекулярного кислорода — впервые где-либо вне Млечного Пути.

11 февраля
4 минуты
Сергей Васильев

Экспериментальные данные указали на виды физических нагрузок, которые стимулируют нейропластичность мозга.

28 января
25 минут
Александр Березин

Недавняя научная работа предрекла серьезную эпидемию коронавируса 2019-nCoV. Согласно ей, 95% зараженных еще не зарегистрированы властями, а значит, через пару недель в одной Ухани будут сотни тысяч заболевших. При наблюдаемой смертности от вируса в 2,36% — это многие тысячи погибших. На самом деле, новая работа скорее «ловит хайп» или, если угодно, пытается держать мир настороже, чем описывает реальную эпидемию. Последние данные по заразности коронавируса показывают: он действительно неблестяще передается от человека к человеку. Для эпидемии в Китае этого достаточно, но большое число жертв за пределами этой страны маловероятно. Выясняем почему.

28 января
3 минуты
Полина Гершберг

Ученые создали информационную панель, показывающую распространение китайского коронавируса по миру в режиме реального времени. Данные вносятся из подтвержденных источников — это поможет бороться с дезинформацией.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: