Дверные замки автомобилей

Дверные замки автомобилей

Как театр начинается с вешалки, так и автомобиль начинается с дверного замка. Дверные замки автомобилей выполняют различные функции. На первый взгляд, неприметный механизм, на практике имеет большое значение в безопасности, эксплуатации, комфорте эксплуатации и охране автомобиля. Вот о том, какими бывают дверные замки автомобилей, мы и поговорим в этой статье.

 

Системы замков автомобиля

 

Конструкция замка боковой двери автомобиляСистема замков включает замки и защелки дверей, крышки багажника, капота двигателя, крышки наливной горловины топливного бака и перчаточного ящика и соответствующие электронные блоки управления. Электронная часть системы замков включает систему дис­танционного радиоуправления или систему отпирания дверей автомобиля без ключа с ис­пользованием приемопередающих устройств. В сегменте автомобилей представительского класса система дополняется электроприводом автоматического открытия/закрытия бессту­пенчатой фиксации положения боковой двери.

Система замков должна выполнять следую­щие типичные функции:

  • контроль доступа, противоугонная сигна­лизация и защита водителя и пассажиров от посягательств третьих лиц;
  • приведение в действие ручек открытия две­рей с повышенным комфортом (в отношении акустики и осязательных ощущений);
  • подъем, торможение и запирание двери автомобиля во время операции закрытия;
  • иммобилизация дверей во время движения (решение проблем скрипа).

Большое разнообразие ситуаций, возникаю­щих в ходе повседневной эксплуатации ав­томобиля, вызывает необходимость наличии сложной системы логических функций. На случай аварийных ситуаций все электрон­ные логические цепи должны полностью дублироваться механическими элементами. Соответственно, система должна включать большое количество прецизионных механи­ческих узлов.

Кроме вышеуказанных функций компо­ненты боковой двери являются частью пассив­ной системы защиты водителя и пассажиров, поскольку в случае столкновения большая часть структурных усилий, воздействующих на дверь, рассеивается в кузове автомобиля дверным замком и держателем замка. Экстре­мальные ускорения, возникающие в ходе этих процессов, не должны выводить из строя меха­низм замка или изменять логическое состоя­ние цепи. Например, замок предотвращающий открывание двери детьми, должен оставаться запертым даже после столкновения. Для до­стижения этого для предотвращения само­произвольного срабатывания механические узлы точно сбалансированы или снабжены сильными пружинами.

В ходе повседневной эксплуатации автомо­биля система замков в сочетании с уплотне­ниями дверей играет важную роль в создании впечатления автомобиля высшего класса. Приятный звук и осязательные ощущения при закрывании дверей — это то, к чему сегодня стремятся конструкторы.

Конструкция замков автомобиля (на примере боковой двери)

 

Центральным компонентом системы явля­ется электромеханический дверной замок. Механический интерфейс замка включает держатель замка, внутренний и наружный при­воды и тросы или соединительные рычажные механизмы (см. рис.1 «Конструкция замка боковой двери автомобиля»). Замок активируется электрически при помощи блока управления дверями.

Основными функциями дверного замка яв­ляются закрывание, запирание, двойное за­пирание и открывание двери. В соответствии с этими функциями дверной замок включает следующие узлы: запорный механизм, рычаж­ный механизм и систему двойного запирания.

Функция закрытия замков

 

запорный механизм замка с держателемВ запорном механизме поворотная защелка, стопорная собачка и корпус замка совместно воздействуют на рабочий рычаг ударной пластины замка (см. рис.2 «Запорный механизм замка с держателем»). Когда дверь за­крывается, держатель замка входит в пово­ротную защелку. За счет поворота защелки дверь устанавливается в надлежащее конечное положение по вертикали (функция центровки). Это подъемное действие поворотной защелки имеет большую важность для иммобилиза­ции двери во время движения автомобиля. В противоположном направлении на держа­тель замка воздействует подпружиненный корпус замка (ловитель). Во время движения по неровной дороге относительное переме­щение замка и фиксатора может вызывать раздражающий скрип.

Во время закрывания дверь тормозится в горизонтальном направлении. При этом вы­сокая кинетическая энергия, при типичной скорости 1,2м/с) рассеивается на протяжении нескольких миллиметров перемещения фик­сатора замка. Для достижения требуемого звука при закрывании двери система уплотне­ний двери и запорный механизм должны быть очень точно согласованы друг с другом. При этом свою эффективность продемон­стрировали геометрические формы контакт­ных поверхностей, сводящие к минимуму импульсные ударные воздействия. Геометрия контактных поверхностей оптимизирована таким образом, что кинетическая энергия мо­жет быть равномерно рассеяна на протяжении увеличенных расстояний вхождения компо­нентов в зацепление. Количество остаточной энергии уменьшается звукоизолирующими элементами.

Когда держатель замка оказывается полно­стью убранным, стопорная собачка входит в первую фиксирующую выемку поворотной за­щелки. Механизм теперь заперт. Структурные силы, действующие между дверью и кузовом, надежно передаются без разрушающих ви­браций или относительных перемещений элементов.

Из соображений безопасности нормативные положения требуют наличия дополнительного предварительного фиксатора. Если система не достигает основного фиксатора (например, из-за недостаточной энергии закрытия или застрявшего в проеме ремня безопасности), дверь не открывается, а надежно удержива­ется в положении предварительной фиксации.



Функция открытия двери автомобиля

 

Передаточное отношение рычажного механизма поворотной защелки замкаДля открытия двери автомобиля требуется механическая работа, совершаемая наружной или внутренней ручкой, передаваемая про­межуточным рычажным механизмом и в ко­нечном итоге воздействующая на стопорную собачку. При этом необходимо преодолеть усилия сопротивления со стороны стопорной собачки и поворотной защелки. Следует учесть, что при открытии двери происходит резкое высвобождение энергии, запасенной в системе уплотнений двери. При этом усилия обычно могут достигать 300Н (на автомобилях представительского класса 700Н). Здесь также возможны безупречные с точки зрения акустики технические решения с использова­нием специальных фиксаторов, исключающие воздействие на стопорную собачку цикличе­ских нагрузок.

Для многих пользователей критериями каче­ства являются гармоничная характеристика усилий и низкое требуемое максимальное уси­лие. На ощущение комфорта очень большое влияние оказывает передаточное отношение рычажного механизма стопорной собачки и поворотной защелки. В современных конструк­циях это передаточное отношение составляет от 1:2 до 1:2,5 (см. рис.3 «Передаточное отношение рычажного механизма поворотной защелки замка»).

На рис.4 «Переменные, влияющие на усилие открытия замка» показано влияние соотношения плеч запорных элементов на усилие открытия. В то же время не следует игнорировать усилия возвратных пружин в рычажном механизме.

Переменные, влияющие на усилие открытия замка

Запорный механизм с двумя стопорными собачками (функция i-comfort)

Зависимость усилия открывания замка от величины перемещения освобождающего элементаОбычный механизм со стопорной собачкой яв­ляется самозапирающимся, что обеспечивает надежное запирание двери во время движения по неровной дороге или в случае столкновения. Запирание замка осуществляется всего лишь одной собачкой.

На смену этой конструкции вскоре может прийти запорный механизм с промежуточной стопорной собачкой. Эта конструкция обеспе­чит значительно более благоприятные пере­даточные отношения рычажного механизма (направление усилий) поворотной защелки. При этом требуемое для открывания двери усилие значительно снижается.

Что еще важнее, применение промежуточ­ной стопорной собачки позволит сгладить за­висимость усилия от величины перемещения рычажного механизма отпирания замка (см. рис.6 «Зависимость усилия открывания замка от величины перемещения освобождающего элемента автомобильного замка»).

Функции двойного запирания

 

Двойное запирание означает, что при определен­ных условиях механизм отпирания замка снаружи может быть деактивирован. Поскольку система запирания дверей должна продолжать надежно функционировать в случае аварийного отключе­ния электропитания, вся система двойного за­пирания должна быть механически избыточна. В каждом случае состояние системы двойного за­пирания запоминается механически. Здесь хо­рошо зарекомендовали себя соединительные механизмы с принудительной блокировкой, вклю­чающие двухпозиционную пружину и запорный рычаг. Приведение механизма в действие обычно осуществляется электрически (в целях повышения уровня комфорта). Механическое открытие ис­пользуется только в чрезвычайных ситуациях, затем, пока дверь открыта, может быть произ­ведено двойное запирание с использованием гнезда в декоративной панели; отпирание произ­водится принудительно каждый раз, когда пасса­жир, выходя из автомобиля, приводит в действие внутреннюю дверную ручку. Только на водитель­ской двери имеется скрытый цилиндрический механизм замка, дающий возможность доступа в автомобиль снаружи при помощи ключа.

Из соображений экономии и в целях ис­ключения излишних механических соединений внутри двери классическая запорная кнопка в дверной обшивке исключена. В будущем со­стояние системы двойного запирания будет индицироваться светодиодным индикатором.

Дополнительные функции замков

Защита от угона

В дополнение к функции двойного запирания деактивируются внутренние ручки открывания дверей и запорные кнопки. Теперь автомобиль можно отпереть только при помощи пульта дистанционного управления или механиче­ского ключа.

Блокируемый замок двери автомобиля

Деактивируется только цепь отпирания замка изнутри. Тем не менее, пассажиры имеют возможность изменить состояние системы двойного запирания (аварийные сценарии). Деактивирована только функция открывания двери изнутри.

Электрическая система открывания двери

Замок в механизме фиксатора деактивиру­ется электродвигателем (привода стопорной собачки).

Блокировка

Во избежание запирания человека внутри ав­томобиля механизм двойного запирания во время открывания двери блокируется изнутри.

Защита от запирания

Когда поворотная защелка открыта, функция двойного запирания водительской двери не­возможна.

Двойное приведение в действие

При выходе пассажиров из автомобиля тре­буется двойное приведение в действие ме­ханизма замка задней двери (требование для США).

Силовая доводка дверей автомобиля (функция i-close)

 

Эта функция была первоначально предусмо­трена для автомобилей представительского класса, на которых она была предназначена для преодоления высоких противодавлений со стороны дверных уплотнений. По дости­жении предварительного фиксатора дверь притягивается в конечное положение электро­механическим устройством, преодолевающим возрастающее сопротивление уплотнений. Операция закрывания двери может быть ме­ханически прервана в любой момент времени (см. рис.7 «Система доводки двери функция i-close»).

Система доводки двери функция i-close Система доводки двери функция i-close

Эта функция позволяет исключить раздра­жающий хлопающий звук при закрывании две­рей. Пользователю более не требуется хлопать дверью, чтобы закрыть ее — достаточно легким усилием направить ее в сторону закрытия.

Еще одно преимущество этой системы за­ключается в том, что после силовой доводки двери автомобиля оказываются надежно закрытыми в основном фиксаторе во всех мыслимых ситуациях (пассажиры такси, дети, пассажиры с багажом в руках и т.д.)

Акустика замков автомобиля

 

Сегодня акустические свойства замков явля­ются одним из главных показателей качества дверных замков. Для достижения «сочного» и в тоже время приятного, четко воспринимае­мого звука при закрывании дверей могут быть приняты специальные конструктивные меры. Эти меры включают минимизацию моментов инерции компонентов и усилий пружин, сни­жение усилий реакции на изменение нагрузки, специальную геометрию контактных поверх­ностей, использование звукоизолирующих элементов и изоляцию резонирующих поверх­ностей (см. рис.8 «Акустическая оптимизация поворотной защелки автомобильного замка»). Объем исследовательских и опытно-конструкторских работ в этой области, проводимых производителями автомобилей, достаточно велик.

Акустическая оптимизация поворотной защелки автомобильного замка Акустическая оптимизация поворотной защелки автомобильного замка 2

Согласование параметров трения поворот­ной защелки и фиксатора замка с жесткостью запорного механизма позволяет исключить раздражающие щелчки и скрипы. Критические относительные смещения поворотной защелки и фиксатора замка сдвигаются в области, ко­торые при нормальных условиях движения недостижимы.

Воздушный поток внутри двери автомобиля

 

Воздушный поток, обтекающий автомобиль во время движения, создает перепад давле­ния между салоном автомобиля и наружной обшивкой двери. Величина этого перепада давления может достигать 80МПа. В резуль­тате внутри двери автомобиля возникает вто­ричный воздушный поток. Этот поток обычно содержит пыль, а его направление зависит от относительного положения линии уплотнения двери и входного отверстия дверного замка.

Конструкция дверного замка по определе­нию не может быть абсолютно герметичной (вследствие наличия входного отверстия в фиксаторе замка). Отсюда вытекает необхо­димость в принятии специальных мер для отвода этого, содержащего пыль, потока от прецизионных механических узлов. На прак­тике это сводится к установке специальных дефлекторов. Оптимизация потока осущест­вляется с использованием методов визуали­зации, измерения перепадов давления и т.д.



Электрическая система запирания дверей

 

Ввиду имеющейся сегодня тенденции к пере­ходу на электромобили снова приобретают важность электрические замки. Замок этого типа состоит только из запорного механизма и его привода. Дверные ручки и иные элементы управления снабжены датчиками. Роль ме­ханических соединительных элементов вы­полняют электрические провода.

Электрическая система запирания дверей обладает рядом значительных преимуществ: меньшие размеры и вес замков, один единственный вариант замка на автомобиле и т.д.

При этом более не требуется перемещения дверных ручек, или в конечном счете, от них можно полностью отказаться.

Анализ частоты отказов демонстрирует, что система электрических замков имеет, как минимум, не меньшую надежность, чем обычные системы. Важным аспектом явля­ется надежное электропитание, т.е. наличие отдельного аккумулятора для системы элек­трических замков в то время как основная аккумуляторная автомобиля используется только в чрезвычайных ситуациях.

Системы привода дверей (i-move)

 

Дальнейшим развитием систем обеспечения комфорта станут автоматические приводы дверей (системы i-move). Они значительно облегчат пользователю вход и выход из ав­томобиля.

Эти технические решения основаны на электроприводе. Сначала дверь движется по команде оператора до предварительного фиксатора. По достижении этой точки сигнал пред­варительного фиксатора активирует систему доводки двери (функция i-close).

В целях обеспечения плавной работы и удобства для пользователя (например, на тесных парковках) ограничитель открывания двери будет плавно регулируемым. В настоя­щее время разрабатываются гидродинамиче­ские и вязкостно-механические технические решения.

Технологии изготовления дверных замков автомобиля

 

Компоненты из микропористого пенопластаКомпоненты замков изготавливаются из стали (методом прецизионной штамповки). В целях предотвращения коррозии и снижения трения и износа требуются сложные методы термо­обработки и обработки поверхностей (такие как чистовая обработка, закалка и отпуск, на­несение покрытий).

В целях обеспечения эффективной шумоизоляции и уменьшения шума при закрывании двери поворотная защелка и стопорная со­бачка замка заключаются в пластиковую обо­лочку. Высококачественные дверные замки, как правило, содержат элементы шумоизоляции, встроенные в рычажные механизмы и приводы.

Дорогостоящие гальванопокрытия уходят в прошлое. Теперь на корпусы замков мето­дом окраски наносятся слоистые цинковые покрытия.

Металлические компоненты рычажных ме­ханизмов в значительной степени заменяются пластмассовыми деталями из армированного полибутиленового терефталата. Основными преимуществами являются отсутствие необ­ходимости в обработке поверхностей, сокра­щение времени изготовления, снижение веса.

Крупные пластмассовые компоненты из­готавливаются из микропористого пенопласта. Внутренние части имеют пористую структуру; близкие к поверхности зоны остаются незатро­нутыми (см. рис.10 «Компоненты из микропористого пенопласта»). Что касается прочности на изгиб, которому в основном подвергаются компоненты, снижение прочности этой струк­туры с технологической точки зрения явля­ется пренебрежимо малым. Снижение на 10% массы и на 35% технического времени, затрачиваемого на единицу продукта, более чем оправдывают дополнительные затраты на разработку и мониторинг технологического процесса.

В прошлом замки дверей автомобиля пред­ставляли собой чисто механические устрой­ства. Затем появились системы центрального запирания дверей (с использованием элек­трических и пневматических исполнительных устройств). В настоящее время эти исполни­тельные устройства полностью встроены в корпус замка. Пневматические устройства практически полностью вытеснены электри­ческими исполнительными механизмами. Ко­манды системы санкционирования доступа выполняются миниатюрными электродви­гателями, осуществляющими механические перемещения элементов замков. При помощи червячных передач вращательное движение вала высокоскоростного двигателя преобра­зуется в поступательное движение управляю­щего элементов замка (см. рис.9 «Система центральной блокировки дверей автомобиля»). Основное преимущество червячной передачи заклю­чается в высоком передаточном отношении (при небольшом занимаемом пространстве) и низком уровне шума.

Система центральной блокировки дверей автомобиля Система центральной блокировки дверей автомобиля

Состояние замка определяется датчиками. В современных системах применяются датчики Холла и микровыключатели.

Сигналы датчиков передаются с дверных замков на блок управления системы обычными способами. В блоке управления системы цен­трального запирания дверей осуществляется цифровое преобразование сигналов с целью облегчения связи с замками других дверей и центральным блоком всей системы. В со­временных системах используется передача данных по шине LIN.

 В следующей статье я расскажу об автомобильном электрооборудовании.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *