Hvordan bilbelter fungerer

En sjåfør setter på sikkerhetsbeltet. Se flere bilsikkerhetsbilder. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

I følge en forskningsrapport fra National Highway Traffic and Safety Administration redder sikkerhetsbeltene cirka 13 000 liv i USA hvert år. Videre anslår NHTSA at 7000 amerikanske dødsulykker i bilulykker ville blitt unngått hvis ofrene hadde hatt på seg belter.

-

Mens sikkerhetsbelter av og til bidrar til alvorlig personskade eller døde, er nesten alle sikkerhetseksperter enige om at å spenne sammen dramatisk øker sjansene dine for å overleve en ulykke. I følge NHTSA reduserer sikkerhetsbeltene risikoen for død for en passasjersittende bil med omtrent 50 prosent.

Når du tenker på det, er dette helt fantastisk: Hvordan kan et stoffstykke ende opp med å være forskjellen mellom liv og død? Hva gjør den egentlig? I denne artikkelen skal vi undersøke teknologien til bilbelte for å se hvorfor de er en av de viktigste teknologiene i en bil.

Den grunnleggende ideen om sikkerhetsbeltet er veldig enkel: Det forhindrer deg i å fly gjennom frontruten eller trille deg mot instrumentpanelet når bilen din stopper brått. Men hvorfor skulle dette skje i utgangspunktet? Kort sagt, pga treghet.

Treghet er et objekts tendens til å fortsette å bevege seg til noe annet virker mot denne bevegelsen. For å si det på en annen måte, er treghet hver objekts motstand mot å endre hastighet og kjøreretning. Ting ønsker naturlig nok å fortsette.

Hvis en bil kjører med en hastighet på 50 miles per time, ønsker treghet å holde den gå 50 km / t i en retning. Luftmotstand og friksjon med veien bremser den stadig, men motorens kraft kompenserer for dette energitapet.

Alt som er i bilen, inkludert sjåføren og passasjerene, har sin egen treghet, som er atskilt fra bilens treghet. Bilen akselererer syklister til sin hastighet. Se for deg at du kaster 50 km i timen. Farten din og bilens hastighet er stort sett like, så du føler at du og bilen beveger deg som en enhet.

Men hvis bilen krasjet inn i en telefonstolpe, ville det være åpenbart at tregheten din og bilens var helt uavhengige. Polens styrke ville bringe bilen til en brå stopp, men hastigheten din vil forbli den samme. Uten sikkerhetsbelte ville du enten smelle inn rattet 50 miles per time eller flyr gjennom frontruten 50 miles per time. Akkurat som polet saktet bilen ned, ville dashbordet, frontruten eller veien bremse deg ved å utøve en enorm mengde kraft.

Det er en gitt at uansett hva som skjer i en krasj, noe måtte utøve kraft på deg for å bremse deg. Men avhengig av hvor og hvordan styrken blir brukt, kan du bli drept øyeblikkelig, eller du kan gå bort fra skadene uskadd.

Hvis du treffer frontruten med hodet, er stoppkraften konsentrert om en av de mest sårbare delene av kroppen din. Det stopper deg også veldig raskt, siden glasset er en hard overflate. Dette kan lett drepe eller skade en person.

Et sikkerhetsbelte påfører stoppkraften på mer holdbare deler av kroppen over lengre tid. I neste avsnitt skal vi se hvordan dette reduserer sjansene for større skader.

I den siste delen så vi at en passasjer stopper plutselig også når en bil stopper. En sikkerhetsbeltes jobb er å spre stoppkraften over sterkere deler av kroppen din for å minimere skader.

Et typisk sikkerhetsbelte består av en fang belte, som hviler over bekkenet ditt, og a skulderbelte, som strekker seg over brystet. De to belteseksjonene er tett festet til rammen av bilen for å holde passasjerer i setene.

Når beltet er slitt riktig, vil det bruke mesteparten av stoppkraften på ribbeholderen og bekkenet, som er relativt solide deler av kroppen. Siden beltene strekker seg over et stort parti av kroppen din, er ikke styrken konsentrert i et lite område, så den kan ikke gjøre så mye skade. I tillegg sikkerhetsbeltet webbing er laget av mer fleksibelt materiale enn dashbordet eller frontruten. Det strekker seg litt, noe som betyr at stoppet ikke er så brått. Sikkerhetsbeltet skal imidlertid ikke gi mer enn litt, ellers kan du slå inn rattet eller sidevinduet. Sikker bilbelte lar deg bare skifte litt fremover.

En bil krøllesoner gjør det virkelige arbeidet med å myke opp slag. Crumple-soner er områder foran og bak på en bil som faller relativt lett sammen. I stedet for at hele bilen stopper brått når den treffer en hindring, absorberer den noe av slagkraften ved å flate ut, som en tom brusbok. Bilens hytte er mye stødigere, så den krøller ikke rundt passasjerene. Den fortsetter å bevege seg kort, og knuser fronten på bilen mot hindringen. Selvfølgelig vil krøllesoner bare beskytte deg hvis du beveger deg med førerhuset på bilen - det vil si hvis du er festet til setet med sikkerhetsbeltet.

Den enkleste sikkerhetsbeltet, som finnes i noen berg-og dalbaner, består av en lengde av bånd festet til kjøretøyets kropp. Disse beltene holder deg tett mot setet til enhver tid, noe som er veldig trygt, men ikke spesielt behagelig.

Bilbelte har muligheten til forleng og trekk inn -- du kan lene deg lett frem mens beltet forblir ganske stramt. Men ved en kollisjon vil beltet plutselig stramme seg opp og holde deg på plass. I neste avsnitt skal vi se på maskineriet som gjør alt dette mulig.

En spiralfjær roterer spolen for å holde beltet på beltet stramt.

I et typisk sikkerhetsbeltesystem er beltebåndet koblet til en inntrekksmekanisme. Det sentrale elementet i inntrekkeren er en spole, som er festet til den ene enden av båndet. Inne i inntrekkeren påfører en fjær en rotasjonskraft, eller moment, til spolen. Dette fungerer for å rotere spolen, slik at den avvikler løs bånd.

Når du trekker vevingen ut, roterer spolen mot klokken, noe som vender den festede fjæren i samme retning. Effektivt fungerer den roterende spolen til Rett våren. Våren vil tilbake til sin opprinnelige form, så den motstår denne kronglete bevegelsen. Hvis du slipper båndet, vil fjæren stramme seg opp, rotere spolen med klokken til det ikke er mer slakk i beltet.

Inntrekkeren har en låsemekanisme som hindrer spolen i å rotere når bilen er involvert i en kollisjon. Det er to slags låsesystemer som brukes i dag:

• systemer utløst av bilens bevegelse
• systemer utløst av belteets bevegelse

Den første typen system låser spolen når bilen raskt bremser (når det treffer noe, for eksempel). Diagrammet nedenfor viser den enkleste versjonen av denne designen.

Det sentrale betjeningselementet i denne mekanismen er a vektet pendel. Når bilen plutselig stopper, får tregheten pendelen til å svinge fremover. De pal i den andre enden av pendelen fanger tak i en tann skralleutstyr festet til spolen. Når sperren griper tak i en av tennene, kan ikke giret rotere mot klokken, og den tilkoblede spolen kan heller ikke. Når båndet løsner igjen etter sammenbruddet, roterer giret med klokken og sperren løsner.

-

Den andre typen system låser spolen når noe rykker beltet på båndet. Aktiveringskraften i de fleste utførelser er hastigheten på spolens rotasjon. Diagrammet viser en vanlig konfigurasjon.

Det sentrale betjeningselementet i denne designen er en sentrifugalkobling -- en vektet svingarm som er montert på den roterende spolen. Når spolen snurrer sakte, svinger ikke spaken i det hele tatt. En fjær holder den i posisjon. Men når noe trekker røret, snurrer du spolen raskere, sentrifugalkraft driver den vektede enden av spaken utover.

Den forlengede spaken skyver a cam stykke montert på trekkerhuset. Kammen er koblet til et svingbart sperre med en glidestift. Når kammen forskyver seg til venstre, beveger tappen seg langs en rille i spalten. Dette trekker spalten inn i spinnende skralleutstyret festet til spolen. Låsen låser seg i tannhjulet og forhindrer rotasjon mot klokken.

I noen nyere sikkerhetsbeltesystemer, a forstrammer fungerer også for å stramme beltet. I den neste delen får vi se hvordan disse enhetene fungerer.

Når gassen tennes, skyver trykket stemplet opp for å rotere inntrekkeren.

Ideen med en forstrammer er å stramme opp eventuell slakk i beltet, i tilfelle en krasj. Mens den konvensjonelle låsemekanismen i en inntrekker holder beltet fra å strekke seg lenger, er faktisk forspeneren drar inn beltet. Denne styrken hjelper deg med å flytte passasjeren i optimal krasjposisjon i sitt sete. Pretensatorer jobber normalt sammen med konvensjonelle låsemekanismer, ikke i stedet for dem.

Det finnes en rekke forskjellige forspenningssystemer på markedet. Noen pretensjonsmaskiner trekker hele inntrekksmekanismen bakover og noen roterer selve spolen. Generelt kobles pretensjonister til den samme sentrale kontrollprosessoren som aktiverer bilens kollisjonsputer. Prosessoren overvåker mekanisk eller elektronisk bevegelsessensorer som svarer på den plutselige retardasjonen av en påvirkning. Når det oppdages et støt, aktiverer prosessoren forstrammeren og deretter kollisjonsputen.

Noen pretensjonsmaskiner er bygget rundt elektriske motorer eller solenoider, men de mest populære designene i dag bruker pyroteknikk for å trekke inn beltet. Diagrammet nedenfor viser en representativ modell.

Det sentrale elementet i denne forstrammeren er et kammer med brennbar gass. Inne i kammeret er det et mindre kammer med eksplosiv tenn materiale. Dette mindre kammeret er utstyrt med to elektroder, som er koblet til den sentrale prosessoren.

Når prosessoren oppdager en kollisjon, påfører den umiddelbart en elektrisk strøm over elektrodene. Gnisten fra elektrodene tenner tennmaterialet, som brenner for å antenne gassen i kammeret. Den brennende gassen genererer mye press utover. Trykket presser på a stempel hviler i kammeret og kjører den oppover i høy hastighet.

Et stativ er festet til den ene siden av stempelet. Når stempelet skyter opp, kobler rackutstyret inn et gir som er koblet til trekkrullmekanismen. Hastighetsstativet roterer spolen kraftig, og avvikler eventuell slak belte-bånd.

Ved alvorlige krasjer, når en bil kolliderer med et hinder i ekstremt høy hastighet, kan sikkerhetsbeltet forårsake alvorlig skade. Når passasjerens treghetshastighet øker, tar det en større kraft å bringe passasjeren til stopp. Med andre ord, jo raskere du får utslag, jo vanskeligere vil beltet presse deg.

Noen sikkerhetsbeltesystemer bruker belastningsbegrensere for å minimere skader på beltet. Den grunnleggende ideen med en lastbegrenser er å frigjøre litt mer overskytende beltebelte når det brukes mye kraft på beltet. Den enkleste lastbegrenseren er en brette sydd inn i beltet. Stingene som holder brettet på plass er designet for å gå i stykker når en viss kraft påføres beltet. Når maskene går fra hverandre, utfoldes båndet, slik at beltet kan forlenge litt mer.

Mer avanserte lastbegrensere er avhengige av a torsjonsstang i tilbaketrekningsmekanismen. En torsjonsstang er bare en lengde av metallmateriale som vil vri når det påføres nok kraft. I en lastbegrenser er torsjonsstangen festet til låsemekanismen i den ene enden og den roterende spolen på den andre. I en mindre alvorlig ulykke vil torsjonsstangen holde formen, og spolen låser seg sammen med låsemekanismen. Men når en stor kraft påføres båndet (og derfor spolen), vil torsjonsstangen vri seg litt. Dette gjør at båndet kan strekke seg litt lenger.

Gjennom årene har sikkerhetsbeltene vist seg å være langt på vei det viktigste sikkerhetsutstyret i biler og lastebiler. De er imidlertid på ingen måte ufeilbarlige, og bilsikkerhetsingeniører ser mye rom for forbedringer i dagens design. I fremtiden vil biler bli utstyrt med bedre belter, bedre kollisjonsputer og mest sannsynlig helt ny sikkerhetsteknologi. Selvfølgelig vil regjeringen fortsatt måtte ta opp det største problemet med sikkerhetsinnretninger - å få folk til å bruke dem.

For mer informasjon om bilbelter og andre sikkerhetssystemer, sjekk ut lenkene på neste side.

Relaterte artikler

• Hvordan krasjetesting fungerer
• Hvordan krefter, makt, dreiemoment og energi fungerer
• Slik fungerer NASCAR sikkerhet
• Hvordan 'Jaws of Life' fungerer
• Hvordan luftposer fungerer
• Hvordan rutsjebaner fungerer
• Sitronlover forklart

Flere gode lenker

• National Highway Traffic Safety Administration
• Federal Highway Administration
• Forsikringsinstitutt for motorveisikkerhet
• Automotive Coalition for Traffic Safety
• Car-Safety.org