Замочные механизмы современных автомобилей

Если театр встречает вас вешалкой, то автомобиль – дверным замком. Замочные механизмы современных машин могут выполнять самые разнообразные функции. С первого взгляда может показаться, что автомобильный замок не отличается особой надежностью. На практике же оказывается, что этот неприметный с виду механизм обеспечивает вашего железного коня безопасностью по высшему разряду, одновременно заботясь о значительном повышении эксплуатационного комфорта для владельца. В данной статье будут подробно рассмотрены те замочные конструкции и механизмы, которые применяются в дверях современных автомобилей.

Системы автомобильных замков

Замочная система включает как дверной замок, так и всевозможные защелки, относящиеся к капоту, багажнику, пассажирским дверям, крышке наливной топливной горловины, перчаточного ящика и т.д. Кроме того, данная система охватывает соответствующие блоки электронного управления. В своей электронной части замочная система может включать в себя дистанционное радиоуправление механизмом, а также систему открытия автомобильных дверей без ключа (с помощью приемопередающей аппаратуры). Если говорить о машинах представительского класса, то в этом сегменте в систему также может встраиваться электропривод, позволяющий открывать и закрывать двери, с дополнительной возможностью использования бесступенчатой фиксации положения автомобильной двери.

Замочная система современных автомобилей выполняет следующие типовые функции.

Контроль доступа, защита пассажиров и водителей от преступных посягательств, противоугонная сигнализационная система. Активация дверных ручек, повышение эксплуатационного комфорта их использования (тактильные и акустические показатели). Подъем, затормаживание и закрытие автомобильной двери в процессе ее запирания. Иммобилизация автомобильных дверей в процессе движения машины (избавление от скрипа).

В ходе ежедневной эксплуатации современной машины может возникать огромное разнообразие рабочих ситуаций, вынуждающих производителей встраивать в выпускаемые автомобили сложные системы логического функционала. Если возникнет аварийная ситуация, логические электронные цепи должны иметь возможность дублирования посредством использования механических элементов. Это значит, что система замков автомобиля должна иметь в своем составе большое число механических прецизионных узлов.

Помимо озвученного функционала элементы боковой двери входят в состав пассивной защитной системы пассажиров и водителя. В случае аварии большая часть воздействующих на автомобильную дверь структурных нагрузок будет рассеяна в автомобильном кузове держателем замка и самим дверным замком. При этом будут возникать экстремальные ускорения, которые не должны влиять на работоспособность замочного механизма и приводить к изменениям в логическом состоянии рабочей цепи. К примеру, если говорить о «детском» замке, защищающем от случайного открывания автомобильной двери маленькими детьми, то он должен находиться в закрытом состоянии даже после аварии. Механические узлы замочной системы будут отличаться точной сбалансированностью, либо их могут оснащать сильными пружинами. И то, и другое, поможет защитить систему от самопроизвольного срабатывания.

При ежедневной эксплуатации машины замочная система в сочетании с дверными уплотнителями будет играть большую роль в формировании эксплуатационного комфорта, а также в создании общих впечатлений от пользования автомобилем высокого класса. Приятные тактильные и звуковые ощущения в процесс закрытия автомобильных дверей – это тот момент, на который делают ставку современные конструкторы.

Конструкции современных автомобильных замков

Центральным элементом замочной системы автомобиля является дверной замок электромеханического типа. Механический замочный интерфейс включает в себя замочный держатель, наружный и внутренний приводы, тросы либо рычажные соединительные механизмы. Активация замка осуществляется электрическим способом, при участи блока дверного управления.

Главными функциями замков современных автомобилей являются процессы запирания (включая двойное запирание), а также стандартного открывания и закрывания двери. Данные функции приводят к необходимости использования в замочных конструкциях следующих узлов: рычажный механизм, запорный механизм, система двойного запирания.

Функция закрывания автомобильной двери

В запорном механизме на ударную замочную пластину, а конкретно, на ее рабочий рычаг, совместным образом воздействуют стопорная собачка, поворотная защелка и замочный корпус. В процессе закрывания двери замочный держатель входит в поворотную защелку, и поворот этой защелки позволяет поставить автомобильную дверь в нужное конечное положение с точки зрения ее позиционирования по вертикали. Речь идет о так называемой функции центровки двери. Подъемное действие защелки имеет огромное значение для иммобилизации двери в процессе движения машины. На замочный держатель в противоположном направлении воздействует так называемый ловитель или подпружиненный замочный корпус. В процессе движения автомобиля по неровной дороге может осуществляться относительное смещение фиксатора и самого замка, что приводит к возникновению неприятного скрипа.

Закрывая автомобильную дверь, вы тормозите ее движение в горизонтальной плоскости. Типичная скорость движения двери составляет 1,2 метра в секунду, что сопровождается достаточно высокой кинетической энергией, которой приходится рассеиваться на расстоянии всего нескольких миллиметров смещения замочного фиксатора. Чтобы достичь нужного акустического эффекта, необходимо очень точно согласовать между собой работу запорного механизма и системы дверных уплотнений. Высокую эффективность в данном вопросе показывают строгие геометрические очертания контактных поверхностей, которые минимизируют ударные импульсные воздействия. Современные производители уделяют большое внимание оптимизации геометрии контактных поверхностей, что позволяет равномерно рассеивать кинетическую энергию на дистанции увеличенных расстояний вхождения элементов системы в зацепление. Что касается остаточной энергии, то ее количество уменьшается за счет использования звукоизолирующих деталей.

При полном убирании замочного держателя, стопорная собачка оказывается внутри первой фиксирующей выемки в составе поворотной защелки. Это приводит к запиранию замочного механизма. Между кузовом и дверью будут действовать структурные силы, которые будут передаваться с повышенной степенью надежности, без возникновения относительных смещений деталей и разрушающих вибраций.

Соображения элементарной безопасности приводят к необходимости встраивания в конструкцию дополнительного предварительного фиксатора, на что указывают нормативные положения. Если замочная система не сможет достичь пределов главного фиксатора (к примеру, это может произойти вследствие недостаточности энергия закрытия, либо вследствие ремня безопасности, попавшего в проем, дверь автомобиля не откроется. Вместо этого она будет удерживаться в состоянии предварительной фиксации с высокой степенью надежности.

Функция открывания автомобильной двери

Чтобы открыть автомобильную дверь, необходимо проделать механическую работу, которая будет совершаться посредством использования внутренней или наручной ручки. Рассматриваемая работа будет передаваться рычажным промежуточным механизмом, с конечным воздействием элемента на стопорную собачку. Нужно будет преодолеть возникающее усилие сопротивления от поворотной защелки и стопорной собачки. Учтите, что открытие двери приводит к стремительному высвобождению той энергии, которая накопилась в системе дверных уплотнений. Усилия могут находиться на уровне 300 Н для обычных автомобилей и до 700 Н в машинах представительского класса. Производитель может использовать безупречные акустические технические решения, представляющие собой встраивание в конструкцию специальных фиксаторов, не допускающих воздействия циклических нагрузок на стопорную собачку.

Многие владельцы современных автомобилей в качестве критериев качества используемой продукции указывают низкое максимальное усилие, а также гармонизацию характеристик усилий. На эксплуатационный комфорт будет влиять передаточное отношение рычажного механизма поворотной защелки и стопорной собачки. В современных замочных конструкциях указанное отношение находится на уровне 1:2 – 1:2,5. Несмотря на значительное влияние на усилие открытия соотношения плеч запорных деталей, не стоит игнорировать усилия, возникающие в рычажном механизме под воздействием возвратных пружин.

Механизм запирания с 2-мя стопорными собачками

Стандартные механизмы запирания со стопорными собачками относятся к самозапирающемуся типу, что гарантирует высокую надежность запирания автомобильной двери в процессе движения машины по неровному дорожному полотну, либо во время аварийной ситуации. Запирание замочного механизма в данном случае осуществляется на одну стопорную собачку.

Подобная конструкция начинает потихоньку морально устаревать. И уже сегодня во многих автомобилях начинают использовать механизм запирания, оснащающийся стопорной собачкой промежуточного типа. Данная конструкция позволит сформировать более оптимальные передаточные отношения для поворотной защелки, в плане направления усилий ее рычажного механизма. Усилие, требуемое для открытия автомобильной двери, будет гораздо меньшим. Что немаловажно, использование промежуточной стопорной собачки обеспечит сглаживание зависимости усилия от степени смещения рычажного механизма отпирания замочной конструкции. В современных автомобилях рассмотренный механизм запирания с двумя собачками носит название функции i-comfort.

Функция двойного запирания

В современных автомобильных дверях иногда используется функция двойного запирания. Она означает, что при воздействии определенных условий отпирающий замок механизм может быть деактивирован от попыток внешнего открытия. Система дверного запирания должна иметь возможность продолжения функционирования при аварийном отключении питания. А это значит, что система двойного запирания двери автомобиля должна характеризоваться механической избыточностью. В каждом отдельно взятом случае рассматриваемой системы будет запоминаться на механической основе. Здесь отлично себя зарекомендовали соединительные механизмы, имеющие принудительную блокировку и характеризующиеся присутствием в составе запорного рычага и двухпозиционной пружины. Использование данного механизма осуществляется на электрической основе, что повышает степень эксплуатационного открытия. Но при возникновении чрезвычайных ситуаций может быть задействовано и механическое открытие. В этом случае, в открытом положении двери может осуществляться двойное запирание, для чего используется гнездо, расположенное в декоративной панели. Принудительное отпирание осуществляется при каждом приведении в действие внутренней ручки автомобильной двери в процессе выхода пассажира из машины. Что касается водительской двери, то она оснащается скрытым цилиндрическим замочным механизмом, позволяющим попасть в автомобиль с улицы с помощью ключа.

Вследствие экономии, а также с целью исключения лишних механических соединений в конструкции автомобильной двери традиционная запорная кнопка не встраивается в дверную обшивку. В перспективе состояние двойной запирающей системы будет идентифицироваться посредством использования светодиодных индикаторов.

Дополнительный функционал автомобильных замков

Защита автомобиля от угона

Функция двойного запирания дополняется деактивацией внутренних ручек и запорных кнопок. После этого машину можно будет открыть только с помощью ПДУ или обычного ключа.

Блокируемый замок автомобильной двери

Деактивации подвергается только цепь, отвечающая за отпирание автомобильного замка изнутри. При этом пассажирам будет предоставлена возможность использования аварийного сценария, при котором можно менять состояние двойной запирающей системы. Деактивации будет подвергнута только непосредственно функция внутреннего открытия.

Электрическая система открытия автомобильной двери

Деактивация замочного механизма в фиксаторе осуществляется за счет использования привода стопорной собачки (электродвигателя).

Блокирование

Чтобы не допустить запирания пассажира внутри машины механизм двойного запирания в процессе открытия двери автомобиля блокируется изнутри.

Защита от случайного запирания

Если поворотная защелка находится в открытом положении, для водительской двери автомобиля функция двойного запирания недоступна.

Двойная активация

Если пассажиры покидают машину, необходима двойная активация замочного механизма задней двери. Данное требование особенно актуально для автомобилей, ездящих по территории Соединенных Штатов.

Силовая доводка автомобильных дверей или функция i-close

Данная функция изначально предназначалась только для представительских автомобилей, где было необходимо преодолевать достаточно высокие противодавления от системы уплотнителей автомобильных дверей. Когда дверь будет достигать предварительного фиксатора, она будет притянута в финальное положение за счет работы электромеханического устройства, направленного на преодоление сильного сопротивления уплотнительной системы. Имеется возможность механически прервать данную операцию при возникновении соответствующей необходимости.

Функция i-close обеспечивает возможность исключения неприятного хлопающего звука в процессе закрытия автомобильных дверей. Пользователь может не хлопать дверью с целью ее надежного закрытия. Достигнуть необходимого результата можно при помощи легкого усилия, прилагаемого к двери для ее направления в сторону закрытия.

Дополнительным преимуществом рассматриваемой системы является надежное закрытие автомобильных дверей в главном фиксаторе после завершения ее силовой доводки. Это является актуальным для многих ситуаций, включая перевозку детей, пассажиров такси, пассажиров с ручным багажом и т.д.

Акустические особенности автомобильных замков

Акустические характеристики современных автомобильных замков ставятся производителями на одно из самых высоких мест. Звук от срабатывания замочного механизма в процессе закрывания двери должен быть «сочным», но исключительно приятным, для чего могут приниматься особые конструктивные меры. Данные меры подразумевают снижение до минимума инерционного момента, применимого к компонентам и пружинам. Также, могут минимизироваться реакционные усилия на изменение уровня нагрузки, могут использоваться контактные поверхности особых геометрических форм, применяться элементы звукоизолирующего типа, а также изоляционные элементы, размещающиеся поверх резонирующих поверхностей. Объем опытно-конструкторских и исследовательских работ в данном направлении, производящихся современными производителями, довольно велик.

Согласование характеристик трения замочного фиксатора и поворотной защелки с жесткостью механизма запирания позволяет избежать появления неприятных скрипов и щелчков. Относительные критические смещения замочного фиксатора и поворотной защелки сдвигаются в пределах, недостижимых при обычных условиях движения.

Воздушный поток внутри автомобильной двери

Автомобиль в процессе движения обтекается воздушным потоком, что приводит к возникновению перепадов давления между наружной дверной обшивкой и автомобильным салоном. Величина указанного перепада давления может составлять 80 МПа. Как результат, внутри конструкции автомобильной двери формируется воздушный поток вторичного характера, включающий в себя пыль. Направление потока будет определяться относительным положением уплотнительной линии, а также входного отверстия замочного механизма автомобильной двери.

Конструкция замка не отличается абсолютной герметичностью, поскольку замочный фиксатор имеет в себе входное отверстие. Поскольку внутренний воздушный поток содержит пыль, производителю приходится прилагать усилия для отвода воздушного потока от механических узлов прецизионного типа. Как правило, делается это за счет установки дефлекторов. Потом оптимизируется за счет применения методов визуализации, проведения измерений с перепадами давлений и др.

Электрическая запирающая система

В нынешних условиях наблюдается тренд, заключающийся в более активном использовании электричества в современных автомобилях. Помимо непосредственного изготовления электромобилей, производители используют более локальные электрические системы, включая установку в своей продукции электрических замков. Подобные замочные механизмы включают в себя два основных элемента: запорный механизм, а также привод, который им управляет. Дверные ручки и остальные управляющие элементы снабжаются специальными датчиками. Что касается соединительных элементов механического типа, то в их роли выступают электрические провода.

Электрическая запирающая система для автомобильных дверей имеет целый ряд важных преимуществ. К ним можно отнести меньший вес и меньшие габаритные размеры замочных механизмов, возможность использования одного варианта замочной конструкции в машине и т.д. При этом исчезает необходимость перемещения дверных ручек. В конечном итоге производитель имеет возможность и вовсе от них отказаться.

Анализ частоты отказов свидетельствует о том, что электрическая замочная система не менее надежна, чем система механического типа. Здесь важным будет являться обеспечение автомобиля надежной системой электропитания, с выделением отдельного аккумулятора, обслуживающего электрическую замочную систему. Основной же автомобильный аккумулятор будет применяться исключительно при возникновении чрезвычайных ситуаций.

Приводные системы автомобильных дверей i-move

Следующим методом повышения эксплуатационного комфорта современного автомобиля станет использование автоматизированного дверного привода типа i-move. Это система, которая серьезно облегчает процесс входа в автомобиль и выхода из него. Рассматриваемые технические решения базируются на активном использовании электричества, а конкретно – электропривода. Изначально автомобильная дверь приводится в движение по операторской команде, прекращая движение на позиции предварительного фиксатора. Достигнув соответствующей точки, предварительный фиксатор издаст сигнал, который приведет в действие функцию i-close (доводчик автомобильной двери).

С целью гарантии максимально плавного движения, а также повышения пользовательского удобства (к примеру, при использовании на узких парковочных местах), ограничитель открытия автомобильной двери может получить функцию плавной регуляции. Сегодня активно прорабатываются вязкостно-механические и гидродинамические технические решения, применимые в данном отношении.

Технологии производства дверных автомобильных замков

Компоненты современных замочных механизмов производятся из стали, для чего используется методика прецизионной штамповки. Чтобы не допустить развития коррозийных процессов, а также с целью снижения износа вследствие трения, применяются сложные методики термической обработки поверхностей, чистовой обработки, отпуска и закалки, нанесения специализированных покрытий и т.д.

Чтобы обеспечить замочную систему эффективной звукоизоляцией и снижением уровня шумности в процессе закрывания автомобильной двери, стопорная собачка и поворотная защелка размещаются внутри пластиковой оболочки. Дверные замки высокого качества обязательно оснащаются элементами звукоизоляции, которые встраиваются в приводы и рычажные механизмы. Дорогие гальванопокрытия сегодня практически не используются. Сегодня на замочные корпусы наносят цинк в несколько слоев, для чего применяются современные методики окраски.

Металлические элементы рычажных механизмов стремятся заменить на детали из пластмассы (армированный полибутиленовый терефталат). Преимуществом данного материала является отсутствие какой-либо необходимости в дополнительной обработке поверхностей. Также, пластмассовые детали имеют меньший вес и изготавливаются заметно быстрее в сравнении с изделиями из металла.

Крупноразмерные пластмассовые компоненты замочных систем могут производиться из микропористого пенопласта. Внутренние элементы характеризуются пористой структурой, тогда как зоны, прилегающие к поверхности, остаются нетронутыми. Следует учитывать, что рассматриваемые компоненты в процессе эксплуатации подвергаются изгибу, что приводит к необходимости обращать внимание на соответствующий параметр прочности на изгиб. В случае с использованием микропористого пенопласта, прочность на изгиб будет немного меньшей, но снижение данного параметра, с технологической точки зрения, признается ничтожно малым. По остальным параметрам, рассматриваемые детали имеют на 10 процентов меньший вес и изготавливаются на 35 процентов быстрее, с точки зрения технологического времени, которое тратится на производство единицы продукта. Так что, несмотря на дополнительные траты на разработку технологического процесса и его мониторинг, все вышеперечисленное полностью себя оправдывает.

В недавнем прошлом автомобильные замки были сугубо механическими. Затем стали применяться системы центрального запирания автоматических дверей, в которых использовались пневматические и электрические исполнительные устройства. Сегодня данные исполнительные устройства являются встроенными в замочный корпус. При этом устройства пневматического типа полностью вытесняются механизмами на электрической основе. Команды санкционирования доступа к автомобилю выполняются маленькими электродвигателями, которые обеспечивают механическое перемещение замочных элементов. Червячные передачи обеспечивают вращательное движение вала скоростного двигателя, с его превращением в поступательное движение управляющих замочных элементов. Преимуществом использования червячной передачи является формирование высокого передаточного отношения, совмещаемого с минимизацией занимаемого пространства, а также снижением уровня шумности системы.

За состоянием автомобильного замка будут следить датчики (датчики Холла и специальные микровыключатели в случае с автомобилями последних моделей). Сигналы от датчиков поступают от дверных замков к управляющему блоку системы, для чего используются традиционные способы. В управляющем блоке системы центрального запирания автомобильных дверей происходит цифровое преобразование поступающих сигналов, что позволяет существенно упростить и облегчить связь с остальными дверными замками, а также с главным блоком системы. В системах современных автомобилей может применяться передача данных через шину LIN.