Ceintures de sécurité et tendeurs de ceinture de sécurité

L'élément structurel le plus courant du système de sécurité passive d'une voiture est la ceinture de sécurité. Son utilisation réduit la probabilité et la gravité des blessures dues aux impacts sur les parties dures du corps, le verre et les autres passagers (impacts dits secondaires). Les ceintures de sécurité attachées assurent le fonctionnement efficace des airbags.

Selon le nombre de points d'attache, on distingue les types de ceintures de sécurité suivants : deux, trois, quatre, cinq et six points.

Les ceintures de sécurité à deux points (fig. 1) sont actuellement utilisées comme ceinture de sécurité centrale sur le siège arrière de certaines voitures plus anciennes, ainsi que sur les sièges passagers des avions. La ceinture de sécurité réversible est une ceinture sous-abdominale qui s'enroule autour de la taille et est attachée des deux côtés du siège.

Les ceintures de sécurité à trois points (fig. 2) sont le principal type de ceintures de sécurité et sont installées sur toutes les voitures modernes. La ceinture diagonale à 3 points a une disposition en forme de V qui répartit uniformément l'énergie du corps en mouvement sur la poitrine, le bassin et les épaules. Volvo a introduit les premières ceintures de sécurité à trois points produites en série en 1959. Considérez les ceintures de sécurité à trois points comme les plus courantes.

La ceinture de sécurité à trois points se compose d'une sangle, d'une boucle et d'un tendeur.

La ceinture de sécurité est faite d'un matériau durable et est fixée au corps avec des dispositifs spéciaux en trois points: sur le pilier, sur le seuil et sur une tige spéciale avec un verrou. Pour adapter la ceinture à la taille d'une personne en particulier, de nombreuses conceptions prévoient de régler la hauteur du point d'attache supérieur.

Le verrou sécurise la ceinture de sécurité et est installé à côté du siège auto. Une languette métallique mobile est conçue pour se connecter au fermoir du bracelet. Pour rappeler la nécessité de porter une ceinture de sécurité, la conception de la serrure comprend un interrupteur inclus dans le circuit du système d'alarme AV. L'avertissement se produit avec un voyant d'avertissement sur le tableau de bord et un signal sonore. L'algorithme de fonctionnement de ce système présente des différences pour les différents constructeurs automobiles.

L'enrouleur assure le déroulement forcé et le rembobinage automatique de la ceinture de sécurité. Il est attaché à la carrosserie de la voiture. L'enrouleur est équipé d'un mécanisme de blocage inertiel qui arrête le mouvement de la ceinture sur l'enrouleur en cas d'accident. Deux méthodes de blocage sont utilisées : en raison du mouvement (inertie) de la voiture et en raison du mouvement de la ceinture de sécurité elle-même. Le ruban ne peut être retiré du tambour de bobine que lentement, sans accélération.

Les voitures modernes sont équipées de ceintures de sécurité à prétendeur.

Les ceintures de sécurité à cinq points (fig. 4) sont utilisées dans les voitures de sport et pour attacher les enfants dans les sièges auto. Comprend deux sangles de taille, deux bretelles et une sangle de jambe.

Riz. 4. Harnais à cinq points

Le harnais de sécurité à 6 points a deux sangles entre les jambes, ce qui offre un ajustement plus sûr pour le cycliste.

L'un des développements prometteurs est celui des ceintures de sécurité gonflables (Fig. 5), qui sont remplies de gaz lors d'un accident. Ils augmentent la zone de contact avec le passager et, par conséquent, réduisent la charge sur la personne. La section gonflable peut être une section d'épaule ou une section d'épaule et de taille. Les tests montrent que cette conception de ceinture de sécurité offre une protection supplémentaire contre les chocs latéraux.

Riz. 5. Ceintures de sécurité gonflables

Ford propose cette option en Europe pour la Ford Mondeo de quatrième génération. Pour les passagers de la rangée arrière, des ceintures de sécurité gonflables sont installées. Le système est conçu pour réduire les blessures à la tête, au cou et à la poitrine en cas d'accident pour les passagers de la rangée arrière, qui sont souvent des enfants et des personnes âgées, particulièrement sujettes à ce type de blessures. Au quotidien, les ceintures de sécurité gonflables fonctionnent de la même manière que les ceintures ordinaires et sont compatibles avec les sièges pour enfants.

En cas d'accident, le capteur de choc envoie un signal à l'unité de contrôle du système de sécurité, l'unité envoie un signal pour ouvrir la vanne d'arrêt de la bouteille de dioxyde de carbone située sous le siège, la vanne s'ouvre et le gaz qui a été précédemment dans un état comprimé remplit le coussin de la ceinture de sécurité. La ceinture se déploie rapidement, répartissant la force d'impact sur la surface du corps, ce qui est cinq fois plus que les ceintures de sécurité standard. Le temps d'activation des sangles est inférieur à 40 ms.

Avec la nouvelle Mercedes-Benz Classe S W222, l'entreprise élargit ses options de protection des passagers arrière. Le pack PRE-SAFE pour les sièges arrière combine des prétensionneurs et un airbag dans la ceinture de sécurité (Beltbag) avec des airbags dans les sièges avant. L'utilisation combinée de ces dispositifs lors d'un accident réduit les blessures des passagers de 30 % par rapport au schéma traditionnel. L'airbag de ceinture de sécurité est une ceinture de sécurité capable de se gonfler et de réduire ainsi le risque de blessure des passagers en cas de collision frontale en réduisant la charge sur la poitrine. Le siège inclinable est équipé de série d'un airbag dissimulé sous le rembourrage de l'assise d'assise.Un tel coussin empêchera le passager en position allongée de glisser sous la ceinture de sécurité en cas d'accident (dit "plongée") . De cette façon, Mercedes-Benz a pu développer un siège inclinable confortable qui offre un plus grand niveau de sécurité en cas d'accident qu'un siège dans lequel le dossier est incliné en allongeant le coussin de siège.

Pour lutter contre le non-port des ceintures de sécurité, des ceintures de sécurité automatiques ont été proposées depuis 1981 (Fig. 6), qui sécurisent automatiquement le passager à la fermeture de la porte (démarrage du moteur) et le libèrent à l'ouverture de la porte (démarrage du moteur). commencer arrêter). En règle générale, le mouvement de la ceinture épaulière se déplaçant le long des bords du cadre de la porte est automatisé. La ceinture est attachée à la main. En raison de la complexité de la conception, de l'inconvénient d'entrer dans une voiture, les ceintures de sécurité automatiques ne sont actuellement pratiquement pas utilisées.

Riz. 6. Ceinture de sécurité automatique

2. Tendeurs de ceinture de sécurité

A une vitesse de, par exemple, 56 km/h, il faut environ 150 ms entre le moment de la collision avec un obstacle fixe et l'arrêt complet de la voiture. Le conducteur et le passager de la voiture n'ont pas le temps d'effectuer des actions en si peu de temps, ils sont donc des participants passifs à l'urgence. Pendant cette période, les prétensionneurs de ceinture de sécurité, les airbags et le coupe-batterie doivent être activés.

En cas d'accident, les ceintures de sécurité doivent absorber un niveau d'énergie à peu près égal à l'énergie cinétique d'une personne tombant du quatrième étage d'un immeuble de grande hauteur. En raison du relâchement possible de la ceinture de sécurité, un prétensionneur (prétendeur) est utilisé pour compenser ce relâchement.

Le tendeur de ceinture de sécurité rétracte la ceinture de sécurité en cas de collision. Cela aide à réduire le jeu de la ceinture de sécurité (l'espace entre la ceinture de sécurité et le corps). Ainsi, la ceinture de sécurité empêche le passager d'avancer (par rapport au mouvement de la voiture) en avance.

Les véhicules utilisent à la fois des prétensionneurs de ceinture de sécurité diagonaux et des prétensionneurs de boucle. L'utilisation des deux types vous permet de fixer de manière optimale le passager, car dans ce cas, le système tire la boucle vers l'arrière, tout en resserrant simultanément les branches diagonale et ventrale de la ceinture de sécurité. En pratique, les tendeurs du premier type sont principalement installés.

Le tendeur de ceinture de sécurité améliore la tension et améliore la protection contre le glissement de la ceinture. Ceci est réalisé en déployant immédiatement le prétensionneur de ceinture de sécurité lors de l'impact initial. Le mouvement maximal du conducteur ou du passager vers l'avant doit être d'environ 1 cm et la durée de l'action mécanique doit être de 5 ms (valeur maximale 12 ms). Le tendeur garantit que la section de courroie (jusqu'à 130 mm de long) est enroulée en près de 13 ms.

Les plus courants sont les prétensionneurs mécaniques de ceinture de sécurité (Fig. 7).

Riz. 7. Tendeur de ceinture de sécurité mécanique : 1 - ceinture de sécurité ; 2 - roue à rochet; 3 - axe de la bobine inertielle ; 4 - loquet (position fermée); 5 - dispositif pendulaire

En plus des tendeurs mécaniques traditionnels, de nombreux constructeurs équipent désormais les véhicules de tendeurs pyrotechniques (Figure 8).

Riz. 8. Tendeur pyrotechnique : 1 - ceinture de sécurité ; 2 - pistons; 3 - cartouche pyrotechnique

Ils sont activés lorsque le capteur intégré au système détecte qu'un seuil de décélération prédéterminé a été dépassé, indiquant le début d'une collision. Cela allume le détonateur de la cartouche pyrotechnique. Lorsque la cartouche explose, un gaz est libéré, dont la pression agit sur le piston relié à la ceinture de sécurité. Le piston se déplace rapidement et tend la courroie. Typiquement, le temps de réponse de l'appareil ne dépasse pas 25 ms dès le début de la décharge.

Pour éviter de surcharger la poitrine, ces ceintures sont équipées de limiteurs de tension qui fonctionnent comme suit : d'abord, la charge maximale autorisée est atteinte, après quoi un dispositif mécanique permet au passager d'avancer d'une certaine distance, en maintenant le niveau de charge constant.

Selon la conception et le principe de fonctionnement, on distingue les types de tendeurs de ceinture de sécurité suivants:

• câble à entraînement mécanique;
• balle;
• tournant;
• étagère;
• réversible.

2.1. Tendeur de câble pour ceinture de sécurité

Le tendeur de ceinture de sécurité 8 et l'enrouleur automatique de ceinture de sécurité 14 sont les composants principaux du tendeur de câble (Fig. 9). Le système est fixé de manière mobile sur le tube de protection 3 dans le couvercle de palier, à la manière d'un pendule vertical. Un câble en acier 1 est fixé sur le piston 17. Le câble est enroulé et installé sur un tube de protection sur le tambour 18 pour le câble.

Le module de tension se compose des éléments suivants :

• des capteurs sous la forme d'un système "ressort-masse" ;
• générateur de gaz 4 à charge propulsive pyrotechnique ;
• piston 1 avec un câble en acier dans le tube.

Si la décélération de la voiture lors d'une collision dépasse une certaine valeur, alors le ressort du capteur 7 commence à se comprimer sous l'action de la masse du capteur. Le capteur est constitué d'un support 6, d'un générateur de gaz 4 avec une charge pyrotechnique éjectée par celui-ci, d'un ressort de choc 5, d'un piston 1 et d'un tube 2.

Riz. 9. Tendeur de câble : a - allumage ; b - tension ; 1, 16 - pistons; 2 - tuyau ; 3 - tube de protection ; 4 - générateur de gaz ; 5, 15 - ressort de choc; 6 - support de capteur ; 7 - ressort de capteur; 8 - ceinture de sécurité; 9 - plaque de choc avec une goupille de choc; 10, 14 - mécanisme d'enroulement de la ceinture de sécurité; 11 - boulon du capteur ; 12 - couronne dentée de l'arbre; 13 - segment denté; 17 - câble en acier ; 18 - tambour

Si le support 6 s'est déplacé d'une distance supérieure à la normale, le générateur de gaz 4, maintenu au repos par le verrou détecteur 11, est libéré dans le sens vertical. Le ressort d'impact sollicité 15 le pousse vers la tige d'impact dans la plaque d'impact. Lorsque le générateur de gaz frappe l'impacteur, la charge flottante du générateur de gaz s'enflamme (Fig. 9, a).

A ce moment, le gaz est injecté dans le tube 2 et déplace le piston 1 avec le câble en acier 17 vers le bas (Fig. 9, b). Lors du premier mouvement du câble enroulé autour de l'embrayage, le segment denté 13 s'écarte radialement du tambour sous l'action de la force d'accélération et vient en prise avec la couronne dentée de l'arbre 12 de l'enrouleur de ceinture de sécurité 14.

2.2. Tendeur de courroie à billes

Il se compose d'un module compact qui, en plus de la reconnaissance de la courroie, comprend également un limiteur de tension de la courroie (fig. 10). L'actionnement mécanique ne se produit que lorsque le capteur de boucle de ceinture de sécurité détecte que la ceinture de sécurité est bouclée.

Le prétensionneur de ceinture de sécurité à billes est actionné par des billes placées dans le tube 9. En cas de collision, l'unité de commande d'airbag enflamme la charge d'éjection 7 (Fig. 10, b). Dans les tendeurs de ceinture de sécurité électriques, l'activation du mécanisme d'entraînement est effectuée par l'unité de commande de l'airbag.

Lorsque la charge éjectée est allumée, les gaz en expansion mettent les billes en mouvement et les dirigent à travers l'engrenage 11 dans le ballon 12 pour collecter les billes.

Riz. 10. Tendeur à billes : a - vue générale ; b - allumage ; c - tension ; 1, 11 - engrenage; 2, 12 - ballon pour balles; 3 - mécanisme d'entraînement (mécanique ou électrique); 4, 7 - charge propulsive pyrotechnique; 5, 8 - ceinture de sécurité; 6, 9 - tube à billes; 10 - enrouleur de ceinture de sécurité

Étant donné que l'enrouleur de ceinture de sécurité est relié de manière rigide au pignon, il tourne avec des billes et la ceinture se rétracte (Fig. 10, c).

2.3. Tendeur de courroie rotatif

Fonctionne sur le principe d'un rotor. Le tendeur se compose d'un rotor 2, d'un détonateur 1, d'un mécanisme d'entraînement 3 (Fig. 11, a)

Le premier détonateur est entraîné par un entraînement mécanique ou électrique, tandis que le gaz en expansion fait tourner le rotor (Fig. 11, b). Étant donné que le rotor est relié à l'arbre de la ceinture, la ceinture de sécurité commence à se rétracter. Lorsqu'il atteint un certain angle de rotation, le rotor ouvre le canal de dérivation 7 vers la deuxième cartouche. Sous l'action de la pression de travail dans la chambre n ° 1, la deuxième cartouche s'enflamme, grâce à quoi le rotor continue de tourner (Fig. 11, c). Les fumées de la chambre n°1 sortent par le canal de sortie 8.

Riz. 11. Tendeur rotatif : a - vue générale ; b - l'action du premier détonateur ; c - action du deuxième détonateur ; g - l'action du troisième pétard; 1 - appât; 2 - rotor; 3 - mécanisme d'entraînement; 4 - ceinture de sécurité; 5, 8 - canal de sortie ; 6 - travail du premier appât; 7, 9, 10 - canaux de dérivation ; 11 - actionnement du deuxième détonateur ; 12 - chambre n° 1 ; 13 - performance du troisième appât; 14 - caméra numéro 2

Lorsque le deuxième canal de dérivation 9 est atteint, la troisième cartouche est allumée sous l'action de la pression de travail dans la chambre n ° 2 (Fig. 11, d). Le rotor continue de tourner et les gaz d'échappement de la chambre n°2 sortent par la sortie 5.

2.4. Tendeur de courroie

Pour un transfert de force en douceur vers la courroie, divers dispositifs à crémaillère et pignon sont également utilisés (Fig. 12).

Le tendeur de crémaillère fonctionne comme suit. Au signal de l'unité de commande de l'airbag, la charge du détonateur s'enflamme. Sous la pression des gaz résultants, le piston avec la crémaillère 8 monte, provoquant la rotation de l'engrenage 3, qui est en prise avec lui. La rotation du pignon 3 est transmise aux pignons 2 et 4. Le pignon 2 est solidaire de la bague extérieure 7 de l'embrayage à roue libre, qui transmet le couple à l'arbre de torsion 6. Lorsque la bague 7 tourne, les galets 5 de l'embrayage sont coincé entre l'embrayage et l'arbre de torsion. En raison de la rotation de l'arbre de torsion, la ceinture de sécurité est tendue. La tension de la courroie est relâchée lorsque le piston atteint l'amortisseur.

Riz. 12. Tendeur de ceinture de sécurité : a - position de départ ; b - la fin de la tension de la courroie ; 1 - amortisseur; 2, 3, 4 - vitesses; 5 - rouleau; 6 - axe de torsion; 7 - la bague extérieure de l'embrayage à roue libre; 8 - piston avec crémaillère; 9 - pétard

2.5 tendeur de courroie réversible

Dans les systèmes de sécurité passive plus complexes, en plus des prétensionneurs de ceinture de sécurité pyrotechniques, un prétensionneur de ceinture de sécurité réversible (Fig. 13) avec une unité de commande et un limiteur d'effort de ceinture de sécurité adaptatif (commutable.

Chaque prétensionneur de ceinture de sécurité réversible est commandé par une unité de commande distincte. Sur la base des commandes du bus de données, les calculateurs de prétensionneur de ceinture de sécurité actionnent les servomoteurs raccordés.

Les tendeurs réversibles ont trois niveaux de force d'actionnement :

1. faible effort - sélection du mou dans la ceinture de sécurité;
2. force moyenne - tension partielle;
3. haute résistance - pleine tension.

Si le calculateur d'airbag détecte un choc frontal mineur ne nécessitant pas le prétensionneur pyrotechnique, il envoie un signal aux calculateurs de prétensionneurs. Ils commandent que les ceintures de sécurité soient complètement tendues par les moteurs d'entraînement.

Riz. 13. Ceinture de sécurité avec prétendeur réversible : 1 - vitesse ; 2 - crochet; 3 - entraînement principal

L'arbre du moteur (non représenté sur la figure 13), tournant à travers un engrenage, fait tourner un disque entraîné relié à l'arbre de la ceinture de sécurité par deux crochets rétractables. La ceinture de sécurité s'enroule autour de l'essieu et se resserre.

Si l'arbre du moteur ne tourne pas ou tourne légèrement dans le sens opposé, les crochets peuvent se replier et libérer l'arbre de la ceinture de sécurité.

Le limiteur d'effort commutable des ceintures de sécurité est activé après le déclenchement des prétensionneurs pyrotechniques. Dans ce cas, le mécanisme de verrouillage bloque l'axe de la ceinture, empêchant la ceinture de se dérouler en raison de l'éventuelle inertie des corps des passagers et du conducteur.