Comment fonctionnent les ceintures de sécurité

Selon un rapport de recherche de la National Highway Traffic and Safety Administration, les ceintures de sécurité sauvent environ 13 000 vies aux États-Unis chaque année. En outre, la NHTSA estime que 7000 décès dans des accidents de voiture aux États-Unis auraient été évités si les victimes avaient porté des ceintures..

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Bien que les ceintures de sécurité contribuent parfois à des blessures graves ou à la mort, presque tous les experts en sécurité conviennent que le fait de se boucler augmente considérablement vos chances de survivre à un accident. Selon la NHTSA, les ceintures de sécurité réduisent d'environ 50% le risque de décès pour un occupant du siège avant.

Quand on y pense, c'est absolument incroyable: comment un morceau de tissu peut-il finir par faire la différence entre la vie et la mort? Que fait-il réellement? Dans cet article, nous examinerons la technologie des ceintures de sécurité pour voir pourquoi elles sont l'une des technologies les plus importantes de toute voiture..

L'idée de base d'une ceinture de sécurité est très simple: elle vous empêche de voler à travers le pare-brise ou de vous précipiter vers le tableau de bord lorsque votre voiture s'arrête brusquement. Mais pourquoi cela arriverait-il en premier lieu? En bref, à cause de inertie.

L'inertie est la tendance d'un objet à continuer à bouger jusqu'à ce que quelque chose d'autre agisse contre ce mouvement. Pour le dire autrement, l'inertie est la résistance de chaque objet à changer sa vitesse et sa direction de déplacement. Les choses veulent naturellement continuer.

Si une voiture accélère à 50 miles par heure, l'inertie veut la maintenir à 50 mph dans une direction. La résistance de l'air et le frottement avec la route la ralentissent constamment, mais la puissance du moteur compense cette perte d'énergie.

Tout ce qui se trouve dans la voiture, y compris le conducteur et les passagers, a sa propre inertie, qui est distincte de l'inertie de la voiture. La voiture accélère coureurs à sa vitesse. Imaginez que vous roulez à une vitesse constante de 50 miles par heure. Votre vitesse et la vitesse de la voiture sont à peu près égales, vous avez donc l'impression que vous et la voiture vous déplacez comme une seule unité.

Mais si la voiture venait à percuter un poteau de téléphone, il serait évident que votre inertie et celle de la voiture étaient absolument indépendantes. La force du poteau amènerait la voiture à s'arrêter brusquement, mais votre vitesse resterait la même. Sans ceinture de sécurité, vous claqueriez dans le volant à 50 miles par heure ou vous voleriez à travers le pare-brise à 50 miles par heure. Tout comme le poteau ralentissait la voiture, le tableau de bord, le pare-brise ou la route vous ralentiraient en exerçant une force énorme.

Il est acquis que peu importe ce qui se passe lors d'un crash, quelque chose devrait exercer une force sur vous pour vous ralentir. Mais selon où et comment la force est appliquée, vous pourriez être tué instantanément ou vous pourriez vous éloigner des dommages indemnes..

Si vous frappez le pare-brise avec votre tête, la puissance de freinage est concentrée sur l'une des parties les plus vulnérables de votre corps. Cela vous arrête également très rapidement, car le verre est une surface dure. Cela peut facilement tuer ou blesser gravement une personne.

Une ceinture de sécurité applique la force d'arrêt à des parties du corps plus durables sur une plus longue période de temps. Dans la section suivante, nous verrons comment cela réduit les risques de blessures graves.

Dans la dernière section, nous avons vu qu'à chaque fois qu'une voiture s'arrête brusquement, un passager s'arrête aussi brusquement. Le travail d'une ceinture de sécurité est de répandre la force d'arrêt sur des parties plus solides de votre corps afin de minimiser les dommages.

Une ceinture de sécurité typique se compose d'un ceinture abdominale, qui repose sur votre bassin, et un bandoulière, qui s'étend sur votre poitrine. Les deux sections de ceinture sont solidement fixées au châssis de la voiture afin de retenir les passagers dans leurs sièges.

Lorsque la ceinture est correctement portée, elle appliquera la majeure partie de la force d'arrêt à la cage thoracique et au bassin, qui sont des parties relativement solides du corps. Étant donné que les ceintures s'étendent sur une large section de votre corps, la force n'est pas concentrée dans une petite zone, elle ne peut donc pas faire autant de dégâts. De plus, la ceinture de sécurité sangles est fait d'un matériau plus flexible que le tableau de bord ou le pare-brise. Cela s'étire un peu, ce qui signifie que l'arrêt n'est pas aussi brusque. Cependant, la ceinture de sécurité ne doit pas céder plus d'un peu, sinon vous pourriez vous cogner contre le volant ou la vitre latérale. Les ceintures de sécurité sûres ne vous permettront que de passer légèrement vers l'avant.

Une voiture zones de déformation faire le vrai travail d'adoucir le coup. Les zones de déformation sont des zones à l'avant et à l'arrière d'une voiture qui s'effondrent relativement facilement. Au lieu que la voiture entière s'arrête brusquement lorsqu'elle heurte un obstacle, elle absorbe une partie de la force d'impact en s'aplatissant, comme une canette de soda vide. L'habitacle de la voiture est beaucoup plus robuste, donc il ne se froisse pas autour des passagers. Il continue de bouger brièvement, écrasant l'avant de la voiture contre l'obstacle. Bien sûr, les zones de déformation ne vous protégeront que si vous vous déplacez avec la cabine de la voiture - c'est-à-dire si vous êtes attaché au siège par votre ceinture de sécurité.

Le type le plus simple de ceinture de sécurité, que l'on trouve dans certains montagnes russes, consiste en une longueur de sangle boulonnée à la carrosserie du véhicule. Ces ceintures vous maintiennent fermement contre le siège à tout moment, ce qui est très sûr mais pas particulièrement confortable.

Les ceintures de sécurité d'auto ont la capacité de étendre et rétracter -- vous pouvez vous pencher facilement vers l'avant pendant que la ceinture reste assez tendue. Mais en cas de collision, la ceinture se resserre soudainement et vous maintient en place. Dans la section suivante, nous examinerons les machines qui rendent tout cela possible.

Dans un système de ceinture de sécurité typique, la sangle de la ceinture est reliée à un mécanisme de rétracteur. L'élément central de l'enrouleur est une bobine, qui est attachée à une extrémité de la sangle. À l'intérieur de l'enrouleur, un ressort applique une force de rotation, ou couple, à la bobine. Cela fonctionne pour faire tourner la bobine afin qu'elle enroule toute sangle lâche.

Lorsque vous retirez la sangle, la bobine tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, ce qui fait tourner le ressort attaché dans le même sens. En effet, la bobine rotative fonctionne pour défaire le printemps. Le ressort veut retrouver sa forme d'origine, il résiste donc à ce mouvement de torsion. Si vous relâchez la sangle, le ressort se resserrera, faisant tourner la bobine dans le sens des aiguilles d'une montre jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de jeu dans la courroie.

L'écarteur a un Mécanisme de verrouillage qui empêche la bobine de tourner lorsque la voiture est impliquée dans une collision. Il existe aujourd'hui deux sortes de systèmes de verrouillage:

• systèmes déclenché par le mouvement de la voiture
• systèmes déclenché par le mouvement de la ceinture

Le premier type de système verrouille la bobine lorsque la voiture rapidement décélère (quand il heurte quelque chose, par exemple). Le diagramme ci-dessous montre la version la plus simple de cette conception.

L'élément de commande central de ce mécanisme est un pendule pondéré. Lorsque la voiture s'arrête brusquement, l'inertie fait basculer le pendule vers l'avant. le cliquet à l'autre extrémité du pendule attrape un denté engrenage à cliquet attaché à la bobine. Avec le cliquet saisissant l'une de ses dents, l'engrenage ne peut pas tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, pas plus que la bobine connectée. Lorsque la sangle se desserre à nouveau après la collision, l'engrenage tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et le cliquet se désengage.

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Le deuxième type de système verrouille la bobine lorsque quelque chose secoue la sangle de la ceinture. La force d'activation dans la plupart des modèles est la vitesse de rotation de la bobine. Le diagramme montre une configuration commune.

L'élément de commande central de cette conception est un embrayage centrifuge -- un levier pivotant lesté monté sur la bobine rotative. Lorsque la bobine tourne lentement, le levier ne pivote pas du tout. Un ressort le maintient en position. Mais quand quelque chose arrache la sangle, faire tourner la bobine plus rapidement, force centrifuge pousse l'extrémité lestée du levier vers l'extérieur.

Le levier étendu pousse un came pièce montée sur le boîtier de l'enrouleur. La came est reliée à un cliquet pivotant par une goupille coulissante. Lorsque la came se déplace vers la gauche, la goupille se déplace le long d'une rainure dans le cliquet. Cela tire le cliquet dans l'engrenage à cliquet rotatif attaché à la bobine. Le cliquet se verrouille dans les dents de l'engrenage, empêchant la rotation dans le sens antihoraire.

Dans certains systèmes de ceintures de sécurité plus récents, un prétendeur travaille également à resserrer la sangle de la ceinture. Dans la section suivante, nous verrons comment ces appareils fonctionnent.

L'idée d'un prétensionneur est de resserrer tout jeu de la sangle de la ceinture en cas de collision. Alors que le mécanisme de verrouillage conventionnel dans un enrouleur empêche la ceinture de s'étendre plus loin, le prétensionneur en fait tire sur la ceinture. Cette force aide à amener le passager dans la position de collision optimale sur son siège. Les prétensionneurs fonctionnent normalement avec les mécanismes de verrouillage conventionnels, pas à leur place.

Il existe un certain nombre de systèmes de prétensionneurs différents sur le marché. Certains prétendeurs tirent tout le mécanisme de l'enrouleur vers l'arrière et certains font tourner la bobine elle-même. Généralement, les prétensionneurs sont câblés au même processeur de contrôle central qui active les airbags de la voiture. Le processeur surveille la mécanique ou l'électronique détecteurs de mouvement qui répondent à la décélération soudaine d'un impact. Lorsqu'un impact est détecté, le processeur active le prétensionneur puis l'airbag.

Certains prétendeurs sont construits autour de moteurs électriques ou de solénoïdes, mais les conceptions les plus populaires utilisent aujourd'hui pyrotechnie pour rentrer la sangle de la ceinture. Le diagramme ci-dessous montre un modèle représentatif.

L'élément central de ce prétensionneur est une chambre de gaz combustible. À l'intérieur de la chambre, il y a une chambre plus petite avec des explosifs allumeur Matériel. Cette chambre plus petite est équipée de deux électrodes, qui sont câblées au processeur central.

Lorsque le processeur détecte une collision, il applique immédiatement un courant électrique à travers les électrodes. L'étincelle des électrodes enflamme le matériau de l'allumeur, qui brûle pour enflammer le gaz dans la chambre. Le gaz brûlant génère une forte pression vers l'extérieur. La pression pousse sur un piston reposant dans la chambre, la faisant monter à grande vitesse.

Un engrenage à crémaillère est fixé sur un côté du piston. Lorsque le piston tire vers le haut, l'engrenage à crémaillère engage un engrenage relié au mécanisme de bobine d'enrouleur. Le support de vitesse fait tourner la bobine avec force, enroulant toute sangle de ceinture détendue.

Lors de collisions graves, lorsqu'une voiture entre en collision avec un obstacle à une vitesse extrêmement élevée, une ceinture de sécurité peut causer de graves dommages. À mesure que la vitesse d'inertie d'un passager augmente, il faut une plus grande force pour immobiliser le passager. En d'autres termes, plus vous allez vite à l'impact, plus la ceinture de sécurité vous poussera fort.

Certains systèmes de ceinture de sécurité utilisent limiteurs de charge pour minimiser les blessures infligées par la ceinture. L'idée de base d'un limiteur de charge est de libérer un peu plus de sangle de ceinture en excès lorsqu'une grande force est appliquée sur la ceinture. Le limiteur de charge le plus simple est un plier cousu dans la sangle de la ceinture. Les points qui maintiennent le pli en place sont conçus pour se rompre lorsqu'une certaine force est appliquée sur la ceinture. Lorsque les points se séparent, la sangle se déplie, permettant à la ceinture de s'étendre un peu plus.

Les limiteurs de charge plus avancés reposent sur un barre de torsion dans le mécanisme de l'écarteur. Une barre de torsion est juste une longueur de matériau métallique qui torsion quand une force suffisante y est appliquée. Dans un limiteur de charge, la barre de torsion est solidaire du mécanisme de verrouillage à une extrémité et de la bobine rotative de l'autre. Dans un accident moins grave, la barre de torsion conservera sa forme et la bobine se verrouillera avec le mécanisme de verrouillage. Mais lorsqu'une grande force est appliquée sur la sangle (et donc la bobine), la barre de torsion se tord légèrement. Cela permet à la sangle de s'étendre un peu plus loin.

Au fil des ans, les ceintures de sécurité se sont avérées être de loin le dispositif de sécurité le plus important dans les voitures et les camions. Cependant, ils ne sont en aucun cas infaillibles et les ingénieurs en sécurité automobile voient beaucoup de place à l'amélioration dans la conception actuelle. À l'avenir, les voitures seront équipées de meilleures ceintures, de meilleurs coussins gonflables et, très probablement, d'une toute nouvelle technologie de sécurité. Bien entendu, le gouvernement devra encore s'attaquer au plus gros problème des dispositifs de sécurité - amener les gens à les utiliser.

Pour plus d'informations sur les ceintures de sécurité et autres systèmes de sécurité, consultez les liens sur la page suivante.

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Plus de liens intéressants

• Administration nationale de la sécurité routière
• Administration fédérale des routes
• Institut d'assurance pour la sécurité routière
• Coalition automobile pour la sécurité routière
• Car-Safety.org