Hoe veiligheidsgordels werken

  • Peter Tucker
  • 0
  • 4866
  • 542
Een chauffeur doet zijn veiligheidsgordel om. Zie meer foto's van autoveiligheid. SABAH ARAR / AFP / Getty-afbeeldingen

Volgens een onderzoeksrapport van de National Highway Traffic and Safety Administration redden veiligheidsgordels jaarlijks ongeveer 13.000 levens in de Verenigde Staten. Bovendien schat de NHTSA dat 7.000 Amerikaanse auto-ongelukken zouden zijn vermeden als de slachtoffers gordels hadden gedragen.

-

Hoewel veiligheidsgordels af en toe bijdragen aan ernstig letsel of overlijden, zijn bijna alle veiligheidsexperts het erover eens dat het vastmaken van de gordel uw kansen om een ​​ongeval te overleven aanzienlijk vergroot. Volgens de NHTSA verminderen veiligheidsgordels het risico op overlijden voor een inzittende op de voorstoel met ongeveer 50 procent.

Als je erover nadenkt, is dit absoluut verbazingwekkend: hoe kan een stuk stof het verschil worden tussen leven en dood? Wat doet het eigenlijk? In dit artikel zullen we de technologie van veiligheidsgordels onderzoeken om te zien waarom ze een van de belangrijkste technologieën in elke auto zijn.

Het basisidee van een veiligheidsgordel is heel eenvoudig: het voorkomt dat u door de voorruit vliegt of naar het dashboard slingert wanneer uw auto abrupt stopt. Maar waarom zou dit in de eerste plaats gebeuren? Kortom, vanwege traagheid.

Inertie is de neiging van een object om in beweging te blijven totdat iets anders deze beweging tegenwerkt. Om het anders te zeggen, traagheid is de weerstand van elk object om zijn snelheid en rijrichting te veranderen. De dingen willen natuurlijk doorgaan.

Als een auto met een snelheid van 80 kilometer per uur rijdt, wil de traagheid ervoor zorgen dat hij 80 kilometer per uur in één richting rijdt. Luchtweerstand en wrijving met de weg vertragen het constant, maar het motorvermogen compenseert dit energieverlies.

Alles wat in de auto zit, inclusief de bestuurder en passagiers, heeft zijn eigen traagheid, die los staat van de traagheid van de auto. De auto versnelt ruiters op zijn snelheid. Stel je voor dat je met een constante snelheid van 50 mijl per uur vaart. Je snelheid en de snelheid van de auto zijn vrijwel gelijk, dus je hebt het gevoel dat jij en de auto als één geheel bewegen.

Maar als de auto tegen een telefoonpaal zou botsen, zou het duidelijk zijn dat uw traagheid en die van de auto absoluut onafhankelijk waren. De kracht van de paal zou de auto abrupt tot stilstand brengen, maar je snelheid zou hetzelfde blijven. Zonder veiligheidsgordel zou je ofwel met 80 kilometer per uur tegen het stuur botsen of met 80 kilometer per uur door de voorruit vliegen. Net zoals de paal de auto vertraagde, zou het dashboard, de voorruit of de weg je vertragen door een enorme hoeveelheid kracht uit te oefenen.

Het is een gegeven dat wat er ook gebeurt bij een crash, iets zou kracht op je moeten uitoefenen om je te vertragen. Maar afhankelijk van waar en hoe de kracht wordt uitgeoefend, kunt u onmiddellijk worden gedood of kunt u ongeschonden weglopen van de schade.

Als je met je hoofd tegen de voorruit stoot, wordt de remkracht geconcentreerd op een van de meest kwetsbare delen van je lichaam. Het houdt je ook heel snel tegen, aangezien het glas een hard oppervlak is. Dit kan een persoon gemakkelijk doden of ernstig verwonden.

Een veiligheidsgordel oefent de remkracht uit op duurzamere delen van het lichaam gedurende een langere periode. In het volgende gedeelte zullen we zien hoe dit de kans op ernstig letsel verkleint.

In het laatste deel zagen we dat elke keer dat een auto plotseling tot stilstand komt, een passagier ook plotseling stopt. De taak van een veiligheidsgordel is om spreid de remkracht uit over stevigere delen van uw lichaam om schade te minimaliseren.

Een typische veiligheidsgordel bestaat uit een heupgordel, die over uw bekken rust, en a schouderband, die zich uitstrekt over je borst. De twee gordeldelen zijn stevig vastgemaakt aan het frame van de auto om passagiers op hun stoel te houden.

Wanneer de gordel correct wordt gedragen, zal deze de meeste remkracht uitoefenen op de ribbenkast en het bekken, die relatief stevige lichaamsdelen zijn. Omdat de gordels zich over een breed deel van je lichaam uitstrekken, is de kracht niet geconcentreerd op een klein gebied, dus het kan niet zoveel schade aanrichten. Daarnaast is de veiligheidsgordel geweven band is gemaakt van flexibeler materiaal dan het dashboard of de voorruit. Het rekt een beetje uit, wat betekent dat de stop niet zo abrupt is. De veiligheidsgordel mag echter niet meer dan een klein beetje meegeven, anders kunt u tegen het stuur of de zijruit stoten. Veilige veiligheidsgordels laten u slechts een klein beetje naar voren schuiven.

Een auto kreukelzones doe het echte werk om de klap te verzachten. Kreukelzones zijn gebieden in de voor- en achterkant van een auto die relatief gemakkelijk kunnen instorten. In plaats van dat de hele auto abrupt tot stilstand komt wanneer hij een obstakel raakt, absorbeert hij een deel van de impactkracht door af te vlakken, zoals een leeg blikje frisdrank. De cabine van de auto is veel steviger, waardoor hij niet kreukt rond de passagiers. Hij blijft kort bewegen en drukt de voorkant van de auto tegen het obstakel. Uiteraard beschermen kreukelzones u alleen als u met de cabine van de auto meebeweegt, dat wil zeggen als u met uw veiligheidsgordel aan de stoel vastzit..

De eenvoudigste soort veiligheidsgordel die in sommige achtbanen wordt aangetroffen, bestaat uit een stuk band dat aan de carrosserie van het voertuig is vastgeschroefd. Deze gordels houden je te allen tijde strak tegen de stoel, wat erg veilig maar niet bijzonder comfortabel is.

Autogordels hebben de mogelijkheid om uitschuiven en intrekken -- u kunt gemakkelijk naar voren leunen terwijl de gordel redelijk strak blijft. Maar bij een botsing zal de riem plotseling strakker worden en u op zijn plaats houden. In de volgende sectie kijken we naar de machines die dit allemaal mogelijk maken.

Een spiraalveer draait de spoel om de gordel strak te houden.

In een typisch veiligheidsgordelsysteem is de gordelband verbonden met een oprolmechanisme. Het centrale element in het oprolmechanisme is een spoel, die aan een uiteinde van de band is bevestigd. Binnenin het oprolmechanisme oefent een veer een rotatiekracht uit, of koppel, naar de spoel. Dit werkt om de spoel te draaien, zodat eventuele losse banden worden opgerold.

Wanneer u het web uittrekt, draait de spoel tegen de klok in, waardoor de bevestigde veer in dezelfde richting draait. Effectief werkt de roterende spoel losdraaien de lente. De veer wil terug naar zijn oorspronkelijke vorm, dus weerstaat hij deze draaiende beweging. Als u de riem loslaat, wordt de veer strakker en draait de spoel met de klok mee totdat er geen speling meer in de riem zit.

Het oprolmechanisme heeft een Sluitmechanisme dat voorkomt dat de spoel draait wanneer de auto betrokken raakt bij een aanrijding. Er zijn tegenwoordig twee soorten sluitsystemen die algemeen worden gebruikt:

  • systemen geactiveerd door de beweging van de auto
  • systemen geactiveerd door de beweging van de riem

Het eerste soort systeem vergrendelt de spoel wanneer de auto snel rijdt vertraagt (wanneer het bijvoorbeeld iets raakt). Het onderstaande diagram toont de eenvoudigste versie van dit ontwerp.

Het centrale bedieningselement in dit mechanisme is een gewogen slinger. Wanneer de auto plotseling tot stilstand komt, zorgt de traagheid ervoor dat de slinger naar voren zwaait. De pal aan het andere uiteinde van de slinger grijpt een tand ratel versnelling bevestigd aan de spoel. Als de pal een van zijn tanden vastgrijpt, kan het tandwiel niet tegen de klok in draaien, en dat geldt ook voor de aangesloten spoel. Als de band na de crash weer loskomt, draait het tandwiel met de klok mee en valt de pal los.

-

Het tweede soort systeem vergrendelt de spoel wanneer iets trekt aan de riem. De activeringskracht in de meeste ontwerpen is de snelheid van de spoelrotatie. Het diagram toont een algemene configuratie.

Het centrale bedieningselement in dit ontwerp is een centrifugaalkoppeling -- een verzwaarde draaibare hendel gemonteerd op de roterende spoel. Wanneer de spoel langzaam draait, draait de hendel helemaal niet. Een veer houdt hem op zijn plaats. Maar als iets aan het web trekt, draait de spoel sneller, centrifugale kracht drijft het verzwaarde uiteinde van de hendel naar buiten.

De uitgeschoven hendel duwt een cam stuk gemonteerd op de behuizing van het oprolmechanisme. De nok is door middel van een schuifpen verbonden met een scharnierende pal. Terwijl de nok naar links verschuift, beweegt de pen langs een groef in de pal. Dit trekt de pal in het draaiende rateltandwiel dat aan de spoel is bevestigd. De pal vergrendelt in de tanden van het tandwiel en voorkomt rotatie tegen de klok in.

In sommige nieuwere veiligheidsgordelsystemen is een gordelspanner werkt ook om het riemweefsel strakker te maken. In de volgende sectie zullen we zien hoe deze apparaten werken.

Wanneer het gas wordt ontstoken, duwt de druk de zuiger omhoog om het oprolmechanisme te laten draaien.

Het idee van een gordelspanner is om eventuele speling in de gordel vast te zetten in geval van een botsing. Terwijl het conventionele vergrendelingsmechanisme in een oprolmechanisme ervoor zorgt dat de gordel niet verder uitschuift, is dat eigenlijk de gordelspanner trekt aan de riem. Deze kracht helpt de passagier in zijn of haar stoel in de optimale botspositie te brengen. Gordelspanners werken normaal gesproken samen met conventionele vergrendelingsmechanismen, niet in de plaats daarvan.

Er zijn een aantal verschillende gordelspannersystemen op de markt. Sommige gordelspanners trekken het hele oprolmechanisme naar achteren en andere draaien de spoel zelf. Over het algemeen zijn gordelspanners aangesloten op dezelfde centrale besturingsprocessor die de airbags van de auto activeert. De processor controleert mechanisch of elektronisch bewegingssensoren die reageren op de plotselinge vertraging van een botsing. Wanneer een botsing wordt gedetecteerd, activeert de processor de gordelspanner en vervolgens de airbag.

Sommige gordelspanners zijn gebouwd rond elektromotoren of solenoïdes, maar de meest populaire ontwerpen worden tegenwoordig gebruikt pyrotechniek om de riem in te trekken. Het onderstaande diagram toont een representatief model.

Het centrale element in deze gordelspanner is een kamer met brandbaar gas. In de kamer bevindt zich een kleinere kamer met explosief ontsteker materiaal. Deze kleinere kamer is uitgerust met twee elektroden, die zijn aangesloten op de centrale processor.

Wanneer de processor een botsing detecteert, legt deze onmiddellijk een elektrische stroom over de elektroden. De vonk van de elektroden ontsteekt het ontstekingsmateriaal, dat verbrandt om het gas in de kamer te ontsteken. Het brandende gas genereert veel naar buiten gerichte druk. De druk drukt op a zuiger rusten in de kamer, het omhoog drijven met hoge snelheid.

Aan één kant van de zuiger is een tandheugel bevestigd. Wanneer de zuiger omhoog schiet, grijpt de tandheugel in een tandwiel dat is verbonden met het oprolmechanisme. Het snelheidsrek roteert de spoel krachtig en wikkelt eventuele slappe gordels op.

Bij ernstige ongevallen, wanneer een auto met extreem hoge snelheid tegen een obstakel botst, kan een veiligheidsgordel ernstige schade aanrichten. Naarmate de traagheidssnelheid van een passagier toeneemt, is er meer kracht nodig om de passagier tot stilstand te brengen. Met andere woorden, hoe sneller u een botsing krijgt, hoe harder de veiligheidsgordel tegen u zal drukken.

Sommige veiligheidsgordelsystemen gebruiken lastbegrenzers om letsel door de riem te minimaliseren. Het basisidee van een lastbegrenzer is om een ​​beetje meer overtollige gordelband los te laten wanneer er veel kracht op de gordel wordt uitgeoefend. De eenvoudigste lastbegrenzer is een vouwen genaaid in de riem. De steken die de vouw op zijn plaats houden, zijn ontworpen om te breken wanneer een bepaalde hoeveelheid kracht op de riem wordt uitgeoefend. Wanneer de steken uit elkaar vallen, ontvouwt de band zich, waardoor de riem iets meer kan worden verlengd.

Meer geavanceerde lastbegrenzers vertrouwen op een torsiestaaf in het oprolmechanisme. Een torsiestaaf is slechts een stuk metalen materiaal dat dat wel zal doen twist wanneer er voldoende kracht op wordt uitgeoefend. Bij een lastbegrenzer is de torsiestang aan het ene uiteinde vastgemaakt aan het vergrendelingsmechanisme en aan het andere uiteinde aan de roterende spoel. Bij een minder ernstig ongeval behoudt de torsiestang zijn vorm en vergrendelt de spoel samen met het vergrendelingsmechanisme. Maar als er veel kracht wordt uitgeoefend op het web (en dus de spoel), zal de torsiestaaf een beetje verdraaien. Hierdoor kan de singelband iets verder uitlopen.

Veiligheidsgordels hebben zich in de loop der jaren bewezen als verreweg het belangrijkste veiligheidsmiddel in auto's en vrachtwagens. Ze zijn echter zeker niet onfeilbaar, en autoveiligheidsingenieurs zien veel ruimte voor verbetering in het huidige ontwerp. In de toekomst zullen auto's worden uitgerust met betere gordels, betere airbags en hoogstwaarschijnlijk volledig nieuwe veiligheidstechnologie. Natuurlijk zal de overheid nog steeds het grootste probleem met veiligheidsapparatuur moeten aanpakken: mensen ertoe aanzetten ze te gebruiken.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over veiligheidsgordels en andere veiligheidssystemen.

Gerelateerde artikelen

  • Hoe crashtests werken
  • Hoe kracht, kracht, koppel en energie werken
  • Hoe NASCAR Safety werkt
  • Hoe de 'Jaws of Life' werken
  • Hoe airbags werken
  • Hoe achtbanen werken
  • Citroenwetten uitgelegd

Meer geweldige links

  • National Highway Traffic Safety Administration
  • Federal Highway Administration
  • Verzekeringsinstituut voor snelwegveiligheid
  • Automotive Coalition for Traffic Safety
  • Car-Safety.org



Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.

De meest interessante artikelen over geheimen en ontdekkingen. Veel nuttige informatie over alles
Artikelen over wetenschap, ruimte, technologie, gezondheid, milieu, cultuur en geschiedenis. Duizenden onderwerpen uitleggen, zodat u weet hoe alles werkt