Системы безопасности современных смарт автомобилей

Современные системы безопасности автомобилей

Рынок автомобильной безопасности переживает реальные изменения. Проблемы с безопасностью заставляют рынок более динамично реагировать на новые стандарты и технологии в области транспорта. Многие ведущие автомобильные производители ставят безопасность вождения на первое место, особенно если водитель – не человек.

Когда подключается встроенная система, особенно если это транспортное средство, то возникает логический вопрос «а насколько это безопасно?». Для подключенных автомобилей до совсем недавнего времени системы безопасности оставляли желать лучшего. К счастью в этом направлении происходят изменения в положительную сторону, так как за это в большей степени отвечает программное обеспечение, что связано с развитием автомобилей с автономным вождением.

Как сказал предприниматель и инженер-программист Марк Андрессен, «Программное обеспечение поедает мир». Если это так, то следующий курс будет подаваться «на колесах». Для любого наблюдателя теперь ясно, что программное обеспечение уже становится основой автомобильной конкуренции для автопроизводителей. Статистика показывает, что программное обеспечение станет основным двигателем рентабельности автопроизводителя.

Автономное вождение, возможности подключения к различным устройствам и другие инициативы направленные на упрощение жизни пользователя и «фаршировки» транспортных средств электроникой увеличивает сложность систем, а также сложность программного обеспечения для поддержки необходимого функционала. В недалеком будущем «простой автомобиль» по сложности и наличию различного рода умных систем превзойдет современный истребитель. Но есть и минусы. Возможность подключения к посторонним устройствам, а также сложность программного обеспечения делает автомобили более уязвимыми к хакерским атакам. И в последние годы этот факт находит все больше подтверждений.

Атаки на системы передачи данных и электронные блоки управления (ЭБУ), особенно убедительно это было доказано Чарли Миллером и Крисом Валясеком на автомобиле Jeep, требуют надежных криптографические систем безопасности, и чем быстрее – тем лучше. Это связано с автономным вождением и подключением транспортного средства к внешним устройствам (интеллектуальная инфраструктура «смарт шоссе») обеспечить должный уровень надежности просто невозможно. Безопасность станет фундаментом для любой конкретной разработки в сфере автотранспорта, вплоть до специфических процессоров. Безопасность должна стать основой автомобильных систем и подсистем, как ДНК для человека.

Используемость программного обеспечения в современных автомобилях

Ненадежность означает ответственность

Рынок систем безопасности известен текущими решениями в системах управления автотранспортом (таких как ЭБУ, работающие под сетевым контролем, CAN, шины данных), которые ненадежны, что возлагает на плечи производителей огромнейшую потенциальную ответственность. Данная проблема может быть решена только с помощью более продвинутых технологий, чем у атакующих хакеров. Из – за громких хакерских атак, «ударов по карманам» производителей и судебных процессов, связанных с вопросами защищенности и гибкости, началась гонка между производителями по улучшению «надежности» транспортных средств.

Рекламные ролики «о вреде выбросов CO2 крупных промышленных гигантов» постепенно вытесняются роликами о том, как «умный автомобиль чуть не убил своих хозяев». В транспортном средстве управляемом человеком, ответственность за происшествия несет человек, а вот в автономных автомобилях заключительный итог в виновности дать куда сложнее.

Поскольку на карту ставится жизнь и здоровье людей нельзя обойтись без строгой стандартизации в этой области, а также без реализации законодательной базы. Однако специфика данных систем пока точно не определена. Самыми яркими примерами законодательной заинтересованности в автомобильной безопасности являются отчет о надежности автомобилей Markey и закон SPY Car. Когда Вашингтон приступит к действиям, очевидно, что возрастет срочность разработки, анализа, тестирования, реагирования и стандартизации автомобильной безопасности. Однако, прежде чем технические решения могут быть стандартизированы и / или законодательно закреплены, важно понять, что подразумевается под понятием «автомобильной безопасности».

Мобильная вычислительная платформа

Подключенный автономный автомобиль превратится в сложную сетевую вычислительную платформу, интегрированную со встроенными датчиками и исполнительными механизмами, и будет все больше контролироваться искусственным интеллектом. Это уже становится очевидным.

Транспортные средства уже представляют собой гибридную механически-электрическую систему управления с широким спектром ЭБУ, отправляющих и принимающих сигналы по разветвляющимся шинам связи для реализации согласованного и ограниченного пути. ЭБУ контролируется все более сложным и сложным программным обеспечением. Но для подключенных, сетевых автомобилей, обеспечение надежности требует от программного и аппаратного обеспечения чрезвычайно высоких мер безопасности, то есть они должны иметь многослойные надежные криптографические механизмы, встроенные в него.

Криптографическая безопасность означает, что математические алгоритмы, методы, протоколы, криптографические ключи и сертификаты, подобные тем, которые используются для защиты банковских систем, смарт-карт, мобильной инфраструктуры и защищенных веб-сайтов, должны быть сконструированы в транспортных средствах (и в их производственных системах). Эти методологии будут использоваться для защиты датчиков, исполнительных механизмов, ЭБУ, коммуникационных шин, точек доступа электронных блоков и шлюзов для связи с внешним миром.

Сегодня шины передачи данных и электронные блоки управления не очень надежны, и хакер может внедрять вредоносный код, чтобы сделать автомобиль потенциально опасным. Можно даже сказать, что без осуществления повышенных мер безопасности понятие подключенного автономного автомобиля не может быть реализовано.

Если автономные автомобили являются «большой вещью», то по-настоящему надежная автомобильная архитектура для ЭБУ, шлюзов, контроллеров домена / области и их производственных систем — это то, что делает возможным существование этой «большой вещи». Поэтому нельзя назвать преувеличением повышенные требования к криптографической безопасности, которая является непременным условием будущего автомобилестроения.

ЭБУ являются основой проблемы безопасности автомобилей, потому что они и шины, которые их соединяют, должны быть защищены. Невозможно сказать, передаются ли сигналы или сообщения от аутентифицированного отправителя или они были повреждены (то есть потеряли целостность данных). Это нужно изменить быстро, и каждый автопроизводитель, производитель электронных блоков управления и поставщик автомобильных микросхем знают об этом и работают над этим. Тем не менее, нет четких стандартов, и эти подходы часто имеют тенденцию к разбиению на подзадачи.

По мере роста количества вычислительных узлов в автомобильной сети, способы, с помощью которых эти узлы могут быть атакованы, возрастают экспоненциально.

Автомобильные криптографические стандарты и архитектуры для безопасных ЭБУ и других процессоров не стандартизированы. OEM производители, Tier Ones и Tier Two поставщики полупроводниковых изделий не договорились об общем стандарте для обеспечения безопасности и обновления программного обеспечения транспортных средств и заводов, но все же стараются найти общее решение, которое в настоящее время не может предложить ни один из них. Прошлые мероприятия по стандартизации, такие как EVITA, все еще не продвинулись далеко, несмотря на почти десятилетие работы в сфере автомобильных экосистем.

Это означает, что нет крепкого фундамента, когда речь идет об автомобильной безопасности, и многие предложения вносятся стартапами, созданными компаниями по компьютерной безопасности, сетевыми компаниями, консультантами по управлению, IP провайдерами, компаниями мобильной связи, OEM производителями, уровнями Tier Ones, уровнями Tier Twos, и другими.

Учитывая не лучшее состояние цифровой безопасности и постоянный прогресс в автономном автомобилестроении, все время будет происходить улучшение криптографической безопасности, что ставит задачу определения и стандартизации сложных архитектур. Возможность адаптации к неизвестному должна быть встроена в любую систему безопасности.

Принципы автомобильной безопасности

Несмотря на постоянную неопределенность и меняющуюся динамику рынка, некоторые основные принципы безопасности автомобилей начинают фокусироваться:

  • Защищенность автомобильных систем начинается с процессора. Процессоры должны быть персонализированы с использованием закрытых ключей, встроенным защищенным оборудованием и процессами. Система управления качеством Certicom — пример оборудования, используемого для выполнения этой задачи.
  • Следующим шагом является обеспечение надежности операционной системы. Примером может служить микроядровая архитектура ОС BlackBerry QNX SDP 7.0. Она разделяет критические компоненты ОС на свои собственные разделы защищенной памяти, обеспечивает временное разделение потоков, использует зашифрованную файловую систему, предлагает функции с несколькими политиками безопасности и обеспечивает сетевую безопасность для уменьшения поверхности атаки.
  • Необходимо управлять различными уровнями критической надежности. Примером этого является гипервизор True Type 1 BlackBerry QNX, который позволяет изолировать виртуальные функциональные модули, обеспечивая еще один уровень надежности и безопасности — он может изолировать критически важные для защищенности функции, не связанные с ней.
  • У ЭБУ и модулей будут установлены сертификаты, которые могут использоваться для аутентификации других модулей или других автомобилей и инфраструктуры (V2X). Эти сертификаты должны выдаваться и управляться с использованием управляемой системы PKI, например, предлагаемой Certicom.
  • Программное обеспечение должно быть легко обновляемым у представителей производителей или сервисных центрах через системы обновления программного обеспечения, такие как предлагаемые BlackBerry IoT.
  • Поставщики «послепродажного» оборудования или услуг по обслуживанию должны иметь возможность продавать и обновлять программное обеспечение на защищенных устройствах.
  • Связь между электронными блоками управления должна быть аутентифицирована, а сообщения должны быть подписаны, чтобы избежать вредоносных сообщений, которые могут создать неполадки в работе.
  • Доступ к «чувствительной электронике» автомобиля через различные порты должен быть защищен от не аутентифицированного подключения.
  • OEM производители должны иметь возможность позволять или не позволять использование определенных электронных устройств во время производства и в процессе эксплуатации автомобиля (например, для обеспечения соблюдения политики безопасности).
  • Программное обеспечение необходимо внимательно исследовать и внедрять для обеспечения большей защищенности транспортных средств. Для этого требуются очень специфические инструменты, также предоставляемые BlackBerry.

Кто сейчас лидирует?

Результаты опроса Embedded Revolution от Electronic Design о безопасности IoT двух летней давности

Интересно отметить, что недавние результаты опроса по степени защищенности IoT (рисунок выше) очень тесно связаны с опросами 2015 года, посвященным автомобильной встроенной безопасности, которая была до взлома Jeep. С тех пор ситуация сильно изменилась.

Первичные исследования, недавно проведенные с автомобильными производителями, Tier Ones и Tier Twos, показывают, что безопасность «очень важна», что подтвердили более 95% респондентов. Эта новая статистика действительно соответствует свидетельствам крупномасштабных инвестиций в автомобильные шлюзы безопасности, «тертые» ЭБУ (аппаратные модули безопасности или HSM) и контроллеры домена, безопасное выполнение операций, надежные операционные системы, защищенную прошивку по радиоканалу (FOTA) обновлений, мониторинга работоспособности системы безопасности и защищенных процессоров (рисунок ниже). Автомобильная промышленность быстро «перешагнула» уровень обычного смарт устройства для достижения совсем другого уровня защищенности и надежности.

Многие меры предосторожности и технологии должны быть переплетены в развитие системы поскольку безопасность - многогранное и многослойное предложение

Безопасность начинается с цепочки поставок

Как отмечено выше, механизмы защищенности, такие как ключи и сертификаты, должны быть введены в электронные блоки управления на заводе в процессе сборки. Для этого производственная система должна иметь глобальный охват, быть управляемой на распределенной основе, быть обновляемой различными организациями и оставаться безопасной в течение многих лет. Чтобы поддерживать максимальную гибкость, персонализация и обновление компонентов системы должны быть расположены как можно ближе к самой точке производства, что является важной задачей глобального производственного плана:

Пример безопасного глобального производства

Многоуровневая безопасность

Современные автомобили имеют несколько уровней защищенности. Многоуровневая кибербезопасность не будет опцией, но будет коммерчески обязательной и утвержденной правительством (рисунок ниже). Предпосылки уже есть.

Многоуровневая кибербезопасность современных автомобилей

Системы многоуровневой системы безопасности включают в себя следующие факторы:

  • Изоляция автомобильной электроники от внешних интерфейсов с помощью брандмауэров.
  • Применение строгого контроля доступа, позволяющее только известным / проверенным объектам доступ к системам транспортного средства.
  • Кластеризация сетей транспортных средств с одинаковой важностью в доменах, чтобы лучше изолировать критически важные для безопасности системы от других.
  • Защита сетей в автомобиле с криптографической аутентификацией, целостностью данных и, возможно, более поздним шифрованием.
  • Использование систем обнаружения / предотвращения вторжений (IPS / IDS) для обнаружения и противодействия хакерским атакам.
  • Защита работы электронных блоков управления через безопасную загрузку, безопасное обновление и прочие особенности.
  • Обновление ЭБУ для внедрения защищенных процессоров.
  • Защищенные шлюзы, приемопередатчики и коммутаторы для защиты сетей.
  • Защита криптографических ключей с использованием аппаратного хранилища ключей (например, защищенных криптографических элементов и / или HSM).
  • Использование высокоскоростных защищенных криптографических элементов для аутентификации сигналов V2X.
  • Движение в сторону защищенности на основе PKI с использованием корневого узла безопасности и активного управления сертификатами.

Воспроизведение

Недостаточная надежность CAN шины в сочетании с высококлассными хакерскими атаками
поставили автопроизводителей в положение, в котором они должны «догонять прогресс». С растущей базой кода растет и уязвимость подключенных автомобилей. Это создает больше возможностей для удачных программных атак. Проще говоря – взломать современный подключенный автомобиль теперь можно значительно большим количеством способов:

Способы взлома современных подключенных автомобилей

Индустрия должна быстро найти способ криптографической защиты существующих шин с низкой пропускной способностью, таких как CAN, через которые соединяются блоки управления. Шины с более высокой пропускной способностью, такие как Ethernet, поступают на автомобильные платформы, чтобы удовлетворить потребность в более быстром и большем объеме передачи информации. Эти системы имеют более высокий уровень надежности, но они не избавят производителей от необходимости модернизации существующей шины CAN. Данный процесс несет в себе существенные проблемы, связанные с ресурсами, стоимостью, реализацией и управлением (особенно ключами безопасности).

На каком этапе сейчас процесс?

Индустрия автомобильной безопасности, как упоминалось ранее, находится в зародыше. Пока нет четких лидеров в отрасли автомобильной защищенности и «интеллектуальной» инфраструктуры. Общие ключи RSA, PKI на основе RSA, PKI на основе ECC и смешанные системы находятся в разных состояниях разработки и реализации с OEM-производителями, Tier Ones и Tier Twos. Используются и рассматриваются различные типы хранения и обновления ключей, в том числе и автомобильные проверенные платформенные модули (TPM), HSM и другие методы.

Эволюция методов защиты происходит на чисто прагматичной основе, поскольку стандарты существуют не долго. В отрасли используется подход, основанный на «обходах», а это означает, что некоторый тип быстрого решения для обеспечения безопасности, возможно, с использованием общих симметричных ключей, похоже, является новым первым шагом (сканирование). За этим может последовать более надежный подход с использованием инфраструктуры открытых ключей (прогулка). Впоследствии может быть принят (запущен) еще более безопасный подход с использованием шин с более высокой пропускной способностью, таких как Ethernet и более сложные контроллеры домена / области и шлюзы, оснащенные решениями на основе PKI.

PKI, скорее всего, будет частью любого долгосрочного решения. Это потому, что PKI более безопасен и управляем при более высоком разрешении (то есть ключ для каждого ЭБУ), чем подходы общего ключа.

Безопасность требуется не только на управляющих шинах и ЭБУ, но и на транспортных средствах и транспортных средствах + смарт инфраструктура (включая V2X), а также на системах обработки и обновления. Различные схемы будут реализованы для V2X и внутренней безопасности транспортного средства в зависимости от потребностей. V2X уже принимает PKI.

Интересные выводы

Решающей динамикой, на которую стоит обратить внимание в автомобильной промышленности сегодня, является вопрос, кто будет контролировать разработку программного обеспечения, включая безопасность. OEM производители признают, что они должны контролировать разработку автомобильного программного обеспечения, поскольку надежность и безопасность взаимосвязаны и должны быть встроены в основу разработки на каждом уровне.

Так же, как автопроизводители берут на себя большую ответственность за разработку программного обеспечения, производители полупроводниковых элементов берут на себя большую ответственность за надежность системы. Они усложняют системы, чтобы добавить больше функций, а также повысить надежность и производительность полупроводниковых элементов. Они не могут сделать это каждый отдельно, поэтому они сотрудничают с компаниями-разработчиками программного обеспечения в области защиты транспортных средств.

Из-за длительных циклов проектирования электронных компонентов, особенно для многоядерных процессорных продуктов и длительных циклов проектирования автомобилей, производители электронных компонентов должны предвидеть потребности рынка более чем когда-либо, задолго до того, как стандарты будут установлены и будут зашифрованы. Многоядерные процессоры со сложными графическими процессорными блоками (графические процессоры) имеют довольно дорогостоящий процесс проектирования.

В связи с необходимостью обеспечения безопасности под давлением времени, а также угрозы ответственности и регулирования, разработчики электронных компонентов, производящие автомобильные процессоры, просто не имеют иного выбора, кроме как предлагать передовые решения в области защиты с риском того, что некоторые из них никогда могут быть приняты или стандартизированы.

Свидетельством технического и рыночного лидерства компаний полупроводниковых элементов являются автомобильные аппаратные устройства безопасности различного рода, такие как HSM, защищенные процессоры и автомобильные TPM. Одна из особенностей, общая для этих устройств, заключается в том, что кремниевые производители выяснили, что ключ к криптографической безопасности «хранит секретный ключ в секрете». Поэтому эти продукты все чаще хранят секретный ключ в защищенном оборудовании.

Конечно, не последнюю роль в надежности электронных компонентов играет программное обеспечение. Они должны все время работать вместе тщательно и надежно, чтобы обеспечить высшую степень надежности транспортного средства. Программное обеспечение нуждается в защищенном оборудовании, которое должно быть сделано и обновлено с достаточным уровнем защищенности. Зная это, уже можно расшифровать программное обеспечение, которое будет определять автомобильным будущим: электроника, программное обеспечение, безопасность и надежность должны стать единым целым.

Активная и пассивная безопасность автомобиля: что это такое, назначение, компоненты

Активная и пассивная безопасность автомобиля – это обязательный комплекс, входящий в современный автомобиль. Сегодня автомобиль – это не только комфортное транспортное средство, но и потенциальный источник повышенной опасности для человека.

По статистике, В России только за первые 3 месяца 2020 года на российских дорогах зафиксировано 6250 ДТП, в которых погибло 768 и ранено 7850 человек. Стремительное увеличение показателей мощности автоматически повышает требования к конструктивным свойствам: активной и пассивной безопасности автомобиля.

Самые первые попытки обезопасить людей, находящихся в салоне автомобиля, появились в 1930 г. Американский физик С. Стрикленд и хирург К.Стрейт самыми первыми в мире предложили применять ремни безопасности. Затем автопроизводители стали совершенствовать элементы активной и пассивной безопасности.

Робкие попытки обезопасить водителя и пассажиров были предприняты в 1930 году в США. Физик С. Стрикленд и хирург К. Стрейт первыми в мире предложили использовать ремни безопасности, нововведение быстро прижилось. С этого момента производители стали развивать различные элементы пассивной и активной безопасности.

Высокая устойчивость, отличная управляемость, надежные тормозные свойства авто направлены на предотвращение аварии. Это назначение активной безопасности автомобиля. Если столкновения избежать не удалось, срабатывают элементы пассивной системы: специальная конструкция кузова, ремни, подушки безопасности. Они предназначены для сохранения здоровья, жизни пассажиров и водителя.

Внешняя система безопасности

В статье подробно разберём что такое активная и пассивная безопасность автомобиля, что это такое, виды и все существующие компоненты.

Что такое пассивная безопасность автомобиля?

Это комплекс конструктивных и эксплуатационных свойств транспортного средства, разработанных для защиты человека в машине в момент аварийного столкновения авто. Если дорожно-транспортное происшествие произошло, задействуется пассивная защита.

Схема внутренней системы безопасности

Современные разработчики стараются предусмотреть все возможные сценарии:

  • чтобы защитить водителя и пассажиров от травмирования во время удара;
  • уменьшить инерционные нагрузки;
  • сдержать перемещение людей по салону;
  • предотвратить выбрасывание человека из машины в момент столкновения.

Недаром требования к пассивной безопасности автомобилей довольно высоки. От ее уровня зависят последствия аварии у всех участников дорожного движения.

Защиту пешеходов и людей в другом транспортном средстве обеспечивает внешняя пассивная безопасность автомобиля. Внутренняя действует, чтобы не покалечились водитель и пассажиры внутри авто.

Перейдём к структуре инерционной безопасности.

Компоненты системы пассивной безопасности

Оценить важность конструктивных свойств автомобиля поможет представление об аварийной ситуации. Что происходит при лобовом столкновении? При ударе сминается кузов авто, машина резко останавливается. Люди, находящиеся в салоне, продолжают двигаться по инерции, набирая скорость, как при падении с большой высоты.

Компоненты пассивной безопасности автомобиля

Всё это происходит в считанные секунды. Пассажиры и водитель травмируются, наскакивая на рулевое колесо, лобовое стекло, панель приборов. Поэтому главная задача всех элементов пассивной безопасности в автомобиле – смягчение удара, снижение скорости движущихся предметов.

Что относится к пассивной безопасности автомобиля:

Рассмотрим подробнее про внутреннюю и внешнюю пассивную безопасность.

Отмечу, что в гоночных авто кроме вышеуказанных систем внедряют:

Каркас для внутренней системы безопасности

  1. Стойкий к огню костюм водителя.
  2. Хорошо сконструированный каркас, даже если автомобиль переворачивается много раз подряд.
  3. В одноместных болидах применяется Halo – дополнительная дуга безопасности.
  4. Ремни безопасности, имеющие многоточечную систему, которые быстро отстёгиваются.
  5. Хорошая система защиты головы и шейной области, которая значительно уменьшает нагрузку на основание черепа при лобовом ударе.
  6. Наличие встроенной системы пожаротушения.
  7. Пониженный риск появления топливного пожара.
  8. Привязанные колёса, которые уменьшают вероятность попадание ими в постороннего человека.

Внутренняя

Современная система безопасности начинается со специальной конструкции кузова автомобиля. В ней предусмотрены зоны деформации, усиленная «решётка безопасности» в области нахождения водителя и пассажиров. Чередование прочных и легко сминаемых участков кузова предусмотрено для уменьшения скорости деформации кузова, снижения инерционных нагрузок.

Защитный каркас вокруг зоны с людьми необходим для смягчения силы удара в момент столкновения. В первую очередь при аварии у современного авто сминается передняя и задняя часть, и только потом будет деформироваться силовая клетка вокруг салона. Кроме того, усиленная конструкция становится надежной защитой от попадания двигателя, а также других тяжелых деталей внутрь авто.

При резкой остановке в момент удара, человек по инерции продолжает двигаться вперед, получая дополнительное ускорение. При этом на скорости 50 км/ч он ударяется с силой в 30-60 раз больше его веса. Чтобы сдержать «полет», используют ремни безопасности с натяжителем (зажимами полотна), которые в современном виде применяются с 1950-х гг. Они удерживают человека на месте и снижают риск серьезных ранений, моментально фиксирующих при ударе, чтобы максимально уменьшить движение пассажира вперёд. Дополнительно преднатяжители не дают человеку проскальзывать под свободным ремнём. Всего имеется 3 вида преднатяжителей ремней безопасности: электрический, механический и пиротехнический.

Устройство автоматического натяжения ремня безопасности

Для защиты детей предусмотрены специальные удерживающие устройства – детские кресла. Чтобы обезопасить водителя от удара об руль, устанавливают складывающуюся рулевую колонку, предохранительные мягкие прокладки на рулевое колесо и другие приспособления.

К пассивной конструктивной безопасности автомобиля относят систему Airbag: датчики удара и пневматические подушки. В обычном автомобиле подушек обычно 6 штук. Подушки безопасности применяют с начала 1980-х гг. Они срабатывают при столкновении, закрывая руль и другие выступающие элементы салона:

  • фронтальные – подушки безопасности водителя и переднего пассажира защищают голову, грудную клетку. Подушки встроены в рулевое колесо и панель приборов с пассажирской стороны;
  • боковые – находятся над дверью, сбоку в сиденьях, предотвращают травмы таза, живота;
  • головные «шторки» — они защищают шею и голову;
  • подушка сидения – защищает тазовую область ниже поясного ремня;
  • коленные и напольные – расположены в нижней части приборной доски, на полу, чтобы обезопасить нижние конечности.;
  • подушка безопасности пешеходов.

Видео: Подушка безопасности. Как определить сработает ли подушка безопасности?

Стоит отметить, что пневматические подушки будут выполнять защитную функцию, если человек пристегнут ремнем безопасности. При ударе за 10 мс от датчика идёт команда на запуск газогенератора, который и надувает подушки. Это происходит при ударе на скорости 50км/ч и выше. Непристёгнутый пассажир рискует получить дополнительные травмы при столкновении с оболочкой подушки, которая «выстреливает» со скоростью до 300 км/ч.

Боковые же подушки ставятся в спинках сидений (где потолочная обшивка). При боковом ударе они надуваются, становятся похожими на боковые шторы. Они отлично защищают тело, руки и голову от повреждений. Они надуваются быстрее, чем 5 мс. При опрокидывании автомобиля автоматически срабатывают передние и боковые подушки.

Для исключения хлыстовой травмы шейного отдела позвоночника, сиденье снабжено активным подголовником со специальным подвижным рычагом. Конструкция защищает голову и шею пассажира или водителя от резкого сгибания, разгибания при внезапной остановке во время удара.

Также к внутренней пассивной безопасности относится система ЭРА-ГЛОНАСС, которая автоматически обеспечивает постоянную связь с диспетчерами и определяют координаты при ДТП.

Для эффективной пассивной безопасности интерьер салона современного автомобиля сделан из мягких материалов, которые не имеют острых краёв, не подвержены горению. Также в машине применяются замки, которые можно легко открыть после столкновения, но в то же время во время движения они не дают открыть дверь.

В кабриолетах и больших внедорожниках при опрокидывании для защиты водителя и пассажиров используется жёсткий борт на авто за задними сидениями, а также усиленная рама ветрового стекла. Это тоже относится к пассивным элементам безопасности.

Также применяются так называемые активные подголовники. Они необходимы для защиты головы и шеи при резком ударе в автомобиль сзади, предотвращая резкое опрокидывание головы назад. Но на практике они почти не защищают от травм.

Как срабатывают активные подголовники

Внешняя

Современные конструкторы авто позаботились, чтобы пассивная безопасность транспортного средства распространялась не только на защиту пассажиров, но и на пешеходов, а также других участников аварии. За поглощение энергии удара и защиту корпуса отвечает бампер.

Ранее бампер применялся для защиты колёс, моторного и багажного отсека. Бампер изготавливали из прочной закалённой стали. Со временем бампер стали изготавливать из легко деформирующихся материалов, а внутренняя его часть эффективно поглощает удар и легко сминается.

Современный бампер бывает:

  • механическим;
  • пневматическим;
  • гидравлическим;
  • комбинированным.

Бампер устанавливают на передней и задней части машины, как можно ниже к поверхности дороги. Это снижает вероятность травм бедер, таза, коленных суставов у пешехода. А нежёсткая конструкция бампера уменьшает тяжесть ранения.

В систему защиты пешехода и других транспортных средств входят:

Внешние пневматические подушки безопасности автомобиля

  • безопасные многослойные стекла, которые при ударе сдерживаются внутренним слоем, что снижает вероятность повреждения людей осколками. С виду разбитое стекло похоже на паутину. Дополнительно стекло можно с лёгкостью выдавить изнутри салона;
  • отсутствие объемных выступающих элементов – эмблем, ручек дверей, спойлеров;
  • ручки дверей утоплены в основание;
  • антенна перемещена на крышу или заднюю часть автомобиля;
  • безопасные зеркала заднего вида, которые при ударе отлетают или складываются;
  • применение брызговиков;
  • детали, увеличивающие заметность автомобиля (противотуманные фары, отражатели, контрастный цвет кузова);
  • пневматические подушки в капоте авто (при ударе одна раскрывается прямо перед бампером, а другая – около лобового стекла);
  • безопасные топливные баки. Они расположены перед задней осью во избежание деформации при аварии. Как правило, бак изготовлен из качественного пластика и имеет на борту систему, которая предотвращает утечку горючего при опрокидывании авто;
  • аккумулятор автомобиля расположен так, чтобы избежать деформации при ударе;
  • барьерные сетки. Их устанавливают между грузовым и пассажирским отсеком (в больших внедорожниках и фургонах) для защиты пассажира и водителя от обрушения крыши и попадания груза.
  • разделённая рулевая колонка. При лобовом ударе она поглощает часть энергии и предотвращает попадание руля в салон.

Что такое активная безопасность автомобиля

Большинство аварий на дорогах происходит по ошибке человека. Но несчастье может случиться даже с самым внимательным водителем. Под активной безопасностью понимают свойства автомобиля, которые направлены на предотвращение опасной ситуации. Чтобы исключить «сюрпризы» были созданы электронные «помощники», которые распознают опасность и посылают предупреждающий сигнал.

Активная безопасность автомобиля

Что входит в элементы активной безопасности автомобиля:

  • антиблокировочная система тормозов;
  • колёсные диски и шины;
  • подвеска;
  • рулевое управление;
  • тормозная система;
  • система контроля тяги;
  • электронный контроль устойчивости;
  • система распределения тормозных усилий;
  • электронная блокировка дифференциала;
  • внешняя система освещения;
  • иные электронные ассистенты, которые предотвратят столкновения и вовремя проинформируют водителя о нестандартных ситуациях.

Для облегчения вождения в сложных ситуациях задействуют вспомогательные системы активной безопасности автомобиля. К ним относят парктроники, система помощи при спуске или подъеме, круиз-контроль, электромеханический стояночный тормоз, датчики и камеры для контроля «слепых зон».

Элементы активной безопасности

Сегодня умными электронными ассистентами оснащен даже бюджетный автомобиль. Для обеспечения безопасного передвижения устанавливают датчики, камеры, радары. Они «умеют» сообщать водителю об опасности или сами принимают решение по управлению рулем и тормозами.

Что входит в систему активной безопасности?

  1. Контроль тяги и устойчивости транспортного средства на дороге. Это предотвращает возникновение заноса.
  2. Контроль давления в шинах.
  3. Быстрое обнаружение автомобилей, которые находятся в «слепых» зонах.
  4. Система распознавания дорожных знаков.
  5. Экстренное торможение.
  6. Различные системы помощи водителю, предупреждают водителя при выходе из полосы движения или при риске прямого столкновения.
  7. Круиз-контроль.
  8. Система автоматического поддержания дистанции (ACC).
  9. EDS – электронная система блокировки дифференциала.

Рассмотрим элементы активной безопасности более подробно.

Антиблокировочная система ABS

Не потерять устойчивость и контроль над управлением автомобиля при экстренном торможении помогает ABS. Это система контроля над блокировкой колес во время резкого снижения скорости. Если при активации тормозной системы одно или несколько колёс перестают вращаться, ABS ослабит давление, и шина вернется в действие. При длительном нажатии на педаль тормоза, блокировка/разблокировка непрерывно продолжается до конца торможения (в 10 раз быстрее, чем, если бы это делал водитель без использования этой системы). Это в свою очередь значительно уменьшит тормозной путь. Отмечу, что при срабатывании антиблокировочной системы слышится характерный звук и чувствуется вибрация на педали тормоза.

Как работает авто с ABS и без неё

Это одна из первых электронных систем активной безопасности автомобиля. Сегодня ABS устанавливают на легковые и грузовые автомобили, мотоциклы и даже шасси самолета.

Антипробуксовочная система

ASR (Traction Control, TCS) – это электрогидравлический комплекс в авто, который не дает ведущим колесам хаотично вращаться в момент резкого ускорения, в начале движения, на поворотах, в условиях бездорожья. Хорошее сцепление с дорожным покрытием – это, то что обеспечивает активная безопасность автомобиля «в лице» антипробуксовочной системы. При активизации ASR выходная мощность мотора снижается, а частота вращения ведущих колёс увеличивается.

Как работает антипробуксовочная система

Принцип действия TCS прост: колеса оснащены датчиками, которые отслеживают угловую скорость. Если фиксируется резкое увеличение частоты вращения ведущего колеса, блок управления дает команду снижения тяги с последующим притормаживанием. Антипробуксовочную систему часто устанавливают вместе с ABS.

Система курсовой устойчивости

Для предотвращения заноса и опрокидывания автомобиля, активную систему дополняет ESP (ESC), по-другому – динамическая система стабилизации транспортного средства. Во время движения, ESP сопоставляет параметры скорости, направления и действия водителя. При выявлении несоответствия, система исправляет положение, стабилизируя авто:

  • изменяя крутящий момент двигателя;
  • замедляя вращение определенных колес;
  • регулируя действие амортизаторов;
  • меняя угол поворота передних колес.

Основная задача системы курсовой устойчивости – не дать транспортному средству отклониться от нужной траектории при поворотах. На основании показаний разных датчиков ESP «видит», как движется автомобиль и в критичных ситуациях берёт управление на себя, в нужный момент притормаживая и регулируя скорость, чтобы избежать заноса.

Система курсовой устойчивости

ESP работает вместе с ABS и TSC. Отмечу, что если скорость автомобиля высокая, то даже самая продвинутая система не сможет предотвратить занос.

Адаптивный круиз-контроль

САПСустройство для автоматического поддержания определенной скорости с соблюдением нужной дистанции по отношению к впереди едущему автомобилю. Данная функция особенно востребована для передвижения на дальние расстояния, когда длительная монотонная езда утомляет водителя.

Круиз-контроль «умеет» тормозить и увеличивать скорость самостоятельно, строго соблюдая заданные параметры вне зависимости от профиля дорожного полотна (подъём, спуски и т.д.). Главная часть круиз-контроля – это ультразвуковой датчик, который сканирует пространство перед автомобилем. Из минусов отмечу, что повышается расход топлива, но зато увеличивается ресурс мотора.

Система распределения тормозных усилий

EBV электронный ассистент, предупреждает сносы, заносы авто не только при резком нажатии на педаль тормоза, но и в стабильном режиме. Основная нагрузка при торможении ложится на ведущие колеса, а остальные блокируются из-за недостатка массы. При этом сцепление с дорогой у них разное, а вот давление тормозов везде одинаковое. Датчики EBV регулируют тормозные усилия в соответствии с «поведением» каждого колеса.

Что дает данный вид активной безопасности автомобиля:

  • не позволяет транспортному средству отклониться от первоначальной траектории;
  • минимизирует риски заносов, сносов, разворотов на поворотах или скользкой дороге;
  • облегчает управление авто в постоянном режиме.

Наибольший эффект заметен EBV во время езды по неоднородной поверхности.

Система экстренного торможения

AEB – активное устройство, которое при опасном сближении авто с препятствием, другим ТС или пешеходом включает тормоз без ведома водителя. Анализируя расстояние, скорость и траекторию движения объекта, ассистент оценивает вероятность столкновения, и передает предупреждение водителю. При отсутствии ответных действий, AEB включает автоматическое торможение.

Система экстренного торможения

Рейтинг безопасности автомобилей

Сегодня авторынок пестрит многообразием моделей с различной комплектацией. Мировые концерны регулярно выпускают новые модификации авто, непрерывно совершенствуя активную и пассивную систему безопасности транспортного средства. Независимой оценкой автомобильных новинок занимается Euro NCAP, действующая с 1995 года. Европейская организация проводит краш-тесты для оценки основных критериев:

  • защиты взрослых пассажиров при боковом и лобовом ударе, столкновении со столбом;
  • оценка рисков травм шейного отдела позвоночника;
  • пассивной защиты детей 1,5 и 3 лет;
  • степень опасности для пешеходов;
  • наличие и взаимодействие электронных ассистентов.

Ежегодно для испытаний на столкновение отбираются новинки или модели, уже находящиеся в продаже. Euro NCAP анонимно закупает авто и передает его в собственную испытательную лабораторию.

Тесты Euro NCAP

Результаты краш-тестов оценивают в баллах, авто присваивают «звезды» и место в рейтинге. Благодаря независимой оценке, у потребителей есть уникальная возможность получить обширную и достоверную информацию о безопасности авто. Например, в 2019 году лидерами в активной и пассивной безопасности стали Tesla Model 3, Citroen C5 Aircross, VW T-Cross, Audi A1, Seat Tarraco.

Заводские краш-тесты

Предварительный анализ конструктивных свойств авто, производитель проводит в условиях заводской лаборатории. Обычно исследование совпадает с анонсом новой модификации автомобиля. Аварийное испытание помогает инженерам оценить сильные и слабые стороны модели, а также предоставить потребителям убедительные доказательства безопасности выпускаемого автомобиля.

К значимым краш-тестам активной и пассивной безопасности относят:

  • фронтальное столкновение машины, движущейся со скоростью 56 км/ч и неподвижного препятствия (стены);
  • испытание на боковой удар, когда в неподвижный авто со стороны водителя со скоростью 50 км/ч влетает предмет массой 950 кг.

Чтобы оценить степень разрушения кузова, его окрашивают специальным образом. Разумеется, кроме стандартных тестов проводятся и нестандартные тесты, чтобы максимально обезопасить пассажиров при разнообразных авариях.

Манекены для тестов

Проверку эффективности пассивной безопасности проводят, усаживая в салон «искусственных людей». Так называют манекены, которые изготавливают в полном соответствии с анатомией и физиологией человеческого тела. Дополнительно их оснащают многочисленными датчиками, которые передают сигнал о степени повреждения «организма» во время аварии. Цена такого манекена составляет более 200 тыс. зелёных.

Манекены для тестов пассивной безопасности автомобиля

Манекены для краш-тестов применяют уже около 70 лет, с середины прошлого столетия (хотя поначалу использовались человеческие трупы, животные и даже живые люди). Благодаря таким испытаниям, уровень безопасности авто значительно повысился, а «искусственные люди» помогли «спасти» большое количество реальных жизней.

Перспективы развития систем безопасности

С каждым годом авто всё больше становится похож на гаджет с множеством функций, отвечающих за безопасное вождение и связь с внешним миром. Благодаря стремительному развитию информационных технологий, инженеры-конструкторы большое значение придают интерактивной составляющей пользовательского интерфейса машины.

Постоянное совершенствование конструкции кузова, ремней безопасности и других конструктивных свойств, упрощает рулевое управление, экономит время и улучшает безопасность транспортного средства. Умная электроника уже умеет отслеживать сигналы, посылаемые человеческим мозгом, реагировать на движение глаз.

Сегодня инженеры-конструкторы внедряют новую модель взаимодействия водителя и транспортного средства на уровне диалога. А в будущем автомобиль окончательно преобразуется в «интеллектуальное» устройство, которое не только предупредит об опасности, но и самостоятельно устранит риск возникновения аварийных ситуаций.

Несмотря на постоянную модернизацию активной и пассивной безопасности автомобиля, его эксплуатационных свойств, полностью исключить ДТП невозможно.

Поэтому современный автомобиль должен быть таким, чтобы, когда пассажиры и водители становятся пассивными участниками аварии и не имеют возможности и времени на активные действия, элементы систем безопасности «взяли ситуацию в свои руки», предотвратили опасность или сделали тяжесть последствий минимальной.

Важно понимать, что какая бы ни была навороченная активная безопасность, без прочного каркаса, грамотного проектирования кузова, наличие подушек безопасности это не спасёт жизнь человека.

Источник Источник Источник https://elenergi.ru/sovremennye-sistemy-bezopasnosti-avtomobilej.html
Источник https://motorist.guru/ustrojstvo/aktivnaya-i-passivnaya-bezopasnost-avtomobilya.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *