Sådan fungerer sikkerhedsseler

En chauffør sætter sit sikkerhedssele på. Se flere bilsikkerhedsbilleder. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

Ifølge en forskningsrapport fra National Highway Traffic and Safety Administration redder sikkerhedsseler ca. 13.000 liv i USA hvert år. Desuden estimerer NHTSA, at 7.000 amerikanske dødsulykker i bilulykker ville være blevet undgået, hvis ofrene havde bælter.

-

Mens sikkerhedsseler lejlighedsvis bidrager til alvorlig skade eller -dede, er næsten alle sikkerhedseksperter enige om, at knækning dramatisk øger dine chancer for at overleve en ulykke. Ifølge NHTSA reducerer sikkerhedsseler risikoen for død for en passagersædet bil omkring 50 procent.

Når du tænker over det, er dette helt fantastisk: Hvordan kan et stykke stof ende med at være forskellen mellem liv og død? Hvad gør det egentlig? I denne artikel undersøger vi sikkerhedsselernes teknologi for at se, hvorfor de er en af ​​de vigtigste teknologier i enhver bil.

Den grundlæggende idé om en sikkerhedssele er meget enkel: Det forhindrer dig i at flyve gennem forruden eller kæmpe mod instrumentbrættet, når din bil stopper pludselig. Men hvorfor skulle dette ske i første omgang? Kort sagt på grund af inerti.

Inerti er et objekts tendens til at bevæge sig, indtil noget andet virker imod denne bevægelse. For at sige det på en anden måde, er inerti enhver objekts modstand mod at ændre dens hastighed og kørselsretning. Ting vil naturligvis fortsætte.

Hvis en bil kører med en hastighed på 50 miles i timen, ønsker inerti at holde den i gang 50 km / t i en retning. Luftmodstand og friktion med vejen bremser den konstant, men motorens kraft kompenserer for dette energitab.

Alt, hvad der er i bilen, inklusive føreren og passagererne, har sin egen inerti, som er adskilt fra bilens inerti. Bilen accelererer kørere til dets hastighed. Forestil dig, at du kaster 50 km i timen. Din hastighed og bilens hastighed er stort set ens, så du har lyst til at du og bilen bevæger dig som en enkelt enhed.

Men hvis bilen styrtede ned i en telefonstang, ville det være indlysende, at din inerti og bilens var helt uafhængige. Polens kraft bringer bilen til et pludseligt stop, men din hastighed vil forblive den samme. Uden sikkerhedssele, ville du enten smække ind i rattet 50 miles i timen eller flyve gennem forruden 50 miles i timen. Ligesom polet bremsede bilen ned, ville instrumentbrættet, forruden eller vejen bremse dig ved at udøve en enorm mængde kraft.

Det er en given, at uanset hvad der sker i et styrt, noget bliver nødt til at udøve kraft på dig for at bremse dig. Men afhængigt af hvor og hvordan styrken anvendes, kan du blive dræbt med det samme, eller du kan gå væk fra skaden, der ikke er sket.

Hvis du rammer forruden med dit hoved, er stopkraften koncentreret om en af ​​de mest sårbare dele af din krop. Det stopper dig også meget hurtigt, da glasset er en hård overflade. Dette kan let dræbe eller alvorligt skade en person.

En sikkerhedssele påfører stopkraften på mere holdbare dele af kroppen over en længere periode. I det næste afsnit vil vi se, hvordan dette reducerer chancerne for større skader.

I det sidste afsnit så vi, at når en bil pludselig stopper, også kommer en passagerer til et pludseligt stop. Et sikkerhedssele er et job sprede stopkraften på tværs af mere robuste dele af din krop for at minimere skader.

Et typisk sikkerhedssele består af en skødbælte, som hviler over dit bækken, og a skulderbælte, som strækker sig over dit bryst. De to bæltesektioner er tæt fastgjort til bilens ramme for at holde passagerer i deres sæder.

Når bæltet bæres korrekt, anvender det det meste af stoppekraften på ribbeholderen og bækkenet, som er relativt robuste dele af kroppen. Da bælterne strækker sig over et bredt afsnit af din krop, koncentreres kraften ikke i et lille område, så det kan ikke gøre så meget skade. Derudover sikkerhedsselen gjord er lavet af mere fleksibelt materiale end instrumentbrættet eller forruden. Det strækker sig lidt, hvilket betyder, at stoppestedet ikke er så pludselig. Sikkerhedsselen skal dog ikke give mere end lidt, ellers kan du slå i rattet eller sidevinduet. Sikker sikkerhedsseler giver dig kun mulighed for at skifte lidt fremad.

En bil krummezoner udføre det rigtige arbejde med at blødgøre slag. Crumple zoner er områder foran og bag på en bil, der relativt let kollapser. I stedet for at hele bilen stopper pludselig, når den rammer en hindring, absorberer den noget af slagkraften ved at udflade, ligesom en tom sodavand. Bilens kabine er meget mere robust, så den ikke krøller rundt omkring passagererne. Den fortsætter med at bevæge sig kort og knuser fronten på bilen mod forhindringen. Selvfølgelig vil sammenbrudzoner kun beskytte dig, hvis du bevæger dig med førerhuset i bilen - det vil sige, hvis du er fastgjort til sædet ved din sikkerhedssele.

Den enkleste sikkerhedssele, der findes i nogle rutsjebaner, består af en længde af bånd, der er boltet til køretøjets karosseri. Disse bælter holder dig tæt mod sædet på alle tidspunkter, hvilket er meget sikkert, men ikke særlig behageligt.

Sikkerhedsseler til biler har evnen til udvid og træk tilbage -- Du kan nemt læne dig fremad, mens bæltet forbliver ret stramt. Men ved en kollision vil bæltet pludselig stramme op og holde dig på plads. I det næste afsnit skal vi se på det maskiner, der gør alt dette muligt.

En spiralformet fjeder roterer spolen for at holde sikkerhedsselen på båndet stram.

I et typisk sikkerhedssele er båndbåndet forbundet til en tilbagetrækningsmekanisme. Det centrale element i tilbagetrækkeren er en spole, der er fastgjort til den ene ende af båndet. Inde i tilbagetrækkeren påfører en fjeder en rotationskraft, eller drejningsmoment, til spolen. Dette fungerer til at rotere spolen, så den afvikler enhver løs bånd.

Når du trækker båndet ud, roterer spolen mod uret, hvilket drejer den fastgjorte fjeder i samme retning. Effektivt fungerer den roterende spole til snoet foråret. Fjederen ønsker at vende tilbage til sin oprindelige form, så den modstår denne snoede bevægelse. Hvis du frigiver båndet, strammes fjederen op og drejer spolen med uret, indtil der ikke er mere slap i bæltet.

Tilbagetrækeren har en låsemekanisme der forhindrer spolen i at rotere, når bilen er involveret i en kollision. Der er to slags låsesystemer i almindelig brug i dag:

• systemer udløst af bilens bevægelse
• systemer udløst af båndets bevægelse

Den første slags system låser spolen, når bilen hurtigt decelererer (når det f.eks. rammer noget). Diagrammet herunder viser den enkleste version af dette design.

Det centrale betjeningselement i denne mekanisme er en vægtet pendul. Når bilen pludselig stopper, får trægheden pendelen til at svinge fremad. Det pal i den anden ende af pendelen griber fat i en tandet skraldetræ fastgjort til spolen. Når palen griber fat i en af ​​tænderne, kan gearet ikke rotere mod uret, og den tilsluttede spole kan heller ikke. Når båndet løsner igen efter nedbruddet, roterer gearet med uret, og spærren løsnes.

-

Den anden type system låser spolen, når der er noget rykker båndbåndet. Aktiveringskraften i de fleste konstruktioner er hastigheden på spolens rotation. Diagrammet viser en fælles konfiguration.

Det centrale betjeningselement i dette design er en centrifugalkobling -- et vægtet drejearm monteret på den roterende spole. Når spolen drejer langsomt, drejes håndtaget slet ikke. En fjeder holder den på plads. Men når noget trækker båndet sammen, spinder spolen hurtigere, centrifugal kraft driver den vægtede ende af håndtaget udad.

Den udvidede håndtag skubber a cam stykke monteret på tilbagetrækningshuset. Knasten er forbundet til en drejelig pal med en glidestift. Når kammen skifter til venstre, bevæger stiften sig langs en rille i spærren. Dette trækker palen ind i det spindende skraldearm, der er fastgjort til spolen. Palen låses fast i tandens tandhjul og forhindrer rotation mod uret.

I nogle nyere sikkerhedsseler er a seleforstrammeren fungerer også til at stramme båndbåndet. I det næste afsnit ser vi, hvordan disse enheder fungerer.

Når gassen antændes, skubber trykket stemplet op for at rotere indtrækkeren.

Ideen med en forspænder er at stramme enhver slap i båndbåndet i tilfælde af et styrt. Mens den konventionelle låsemekanisme i en indtrækker holder båndet i at strække sig længere, forspænderen faktisk trækker ind i bæltet. Denne kraft hjælper med at bevæge passageren i den optimale nedbrudsposition i hans eller hendes sæde. Tilspændere arbejder normalt sammen med konventionelle låsemekanismer, ikke i stedet for dem.

Der er en række forskellige forspændingssystemer på markedet. Nogle forspændere trækker hele tilbagetrækningsmekanismen bagud og nogle roterer selve spolen. Generelt tilsluttes forspændere til den samme centrale kontrolprocessor, der aktiverer bilens airbags. Processoren overvåger mekanisk eller elektronisk bevægelsessensorer der reagerer på den pludselige deceleration af en påvirkning. Når der registreres et stød, aktiverer processoren forspænderen og derefter airbagen.

Nogle forspændere er bygget op omkring elektriske motorer eller solenoider, men de mest populære design i dag bruger pyroteknik at trække i båndbåndet. Diagrammet herunder viser en repræsentativ model.

Det centrale element i denne forspænder er et kammer med brændbar gas. Inde i kammeret er der et mindre kammer med sprængstof tændsats materiale. Dette mindre kammer er udstyret med to elektroder, der er forbundet til den centrale processor.

Når processoren registrerer en kollision, påfører den straks en elektrisk strøm på tværs af elektroderne. Gnisten fra elektroderne antænder antændingsmaterialet, der forbrænder for at antænde gassen i kammeret. Den brændende gas genererer et meget stort pres udad. Trykket skubber på a stempel hviler i kammeret og kører det opad med høj hastighed.

Et rackgir er fastgjort til den ene side af stemplet. Når stemplet skyder op, griber rackgearet i indgreb med et gear, der er tilsluttet retractorspolemekanismen. Hastighedsstativet drejer spolen kraftigt og afvikler enhver slap bælte.

I alvorlige nedbrud, når en bil kolliderer med en hindring i ekstremt høj hastighed, kan et sikkerhedssele påføre alvorlige skader. Når en passagers inertialhastighed øges, tager det en større kraft at bringe passageren til stop. Med andre ord, jo hurtigere du går på påvirkning, jo sværere trækker sikkerhedsselen på dig.

Nogle sikkerhedsseler bruger belastningsbegrænsere for at minimere skader på bælterne. Den grundlæggende idé med en belastningsbegrænser er at frigive lidt mere overskydende båndbånd, når der påføres båndet meget kraft. Den enkleste belastningsbegrænser er en folde syet ind i båndbåndet. Stingene, der holder folden på plads, er designet til at gå i stykker, når en vis mængde kraft påføres bæltet. Når stingene adskilles, udfoldes webbingen, hvilket gør det muligt at bæltet strækker sig lidt mere.

Mere avancerede belastningsbegrænsere er afhængige af a torsionsstang i tilbagetrækningsmekanismen. En torsionsstang er kun en længde af metalmateriale, der vil vride når der påføres nok kraft til det. I en belastningsbegrænser er torsionsstangen fastgjort til låsemekanismen i den ene ende og den roterende spole på den anden. I en mindre alvorlig ulykke vil torsionsstangen have sin form, og spolen låser sammen med låsemekanismen. Men når en stor mængde kraft påføres båndet (og derfor spolen), vil torsionsstangen svinge lidt. Dette gør det muligt for webbingen at strække sig lidt længere.

Gennem årene har sikkerhedsseler vist sig at være langt væk fra det vigtigste sikkerhedsudstyr i biler og lastbiler. De er imidlertid på ingen måde ufejlbarlige, og bilsikkerhedsingeniører ser meget plads til forbedringer i dagens design. I fremtiden vil biler være udstyret med bedre bælter, bedre airbags og sandsynligvis helt ny sikkerhedsteknologi. Selvfølgelig er regeringen stadig nødt til at tackle det største problem med sikkerhedsanordninger - at få folk til at bruge dem.

For mere information om sikkerhedsseler og andre sikkerhedssystemer, se linkene på næste side.

Relaterede artikler

• Sådan fungerer crashtest
• Sådan fungerer kraft, magt, drejningsmoment og energi
• Sådan fungerer NASCAR-sikkerhed
• Hvordan 'Livets kæber' fungerer
• Sådan fungerer luftposer
• Sådan rutsjebaner arbejder
• Citronlove forklaret

Flere gode links

• National Highway Traffic Safety Administration
• Federal Highway Administration
• Forsikringsinstitut for motorvejsikkerhed
• Automotive Koalition for trafiksikkerhed
• Car-Safety.org