Jak działają poduszki powietrzne

Rozwinięta poduszka powietrzna wewnątrz szczątków Enzo Ferrari. Zobacz więcej zdjęć bezpieczeństwa samochodu. Michael Tullberg / Getty Images

Sprawdzony pas bezpieczeństwa przez lata stanowił jedyną formę biernego zabezpieczenia w naszych samochodach. Odbyły się debaty na temat ich bezpieczeństwa, zwłaszcza w odniesieniu do dzieci, ale z biegiem czasu w większości kraju wprowadzono przepisy dotyczące obowiązkowych pasów bezpieczeństwa. Statystyki pokazują, że używanie pasów bezpieczeństwa uratowało tysiące istnień ludzkich, które mogły zostać utracone w wyniku kolizji.

Podobnie jak pasy bezpieczeństwa, koncepcja poduszki powietrznej - miękkiej poduszki, na której można wylądować w razie wypadku - istnieje od wielu lat. Pierwszy patent na nadmuchiwane urządzenie do lądowania awaryjnego dla samolotów został złożony podczas II wojny światowej. XX wieku w samochodach pojawiły się pierwsze komercyjne poduszki powietrzne.

Od roku modelowego 1998 wszystkie nowe samochody sprzedawane w Stanach Zjednoczonych muszą mieć poduszki powietrzne po stronie kierowcy i pasażera. (W 1999 roku obowiązywały lekkie ciężarówki). Do chwili obecnej statystyki pokazują, że poduszki powietrzne zmniejszają ryzyko śmierci w bezpośrednim zderzeniu czołowym o około 30 proc. Potem pojawiły się boczne poduszki powietrzne montowane w fotelach i drzwiach. Obecnie niektóre samochody wykraczają daleko poza posiadanie podwójnych poduszek powietrznych, do sześciu, a nawet ośmiu poduszek powietrznych. Po wywołaniu niektórych z tych samych kontrowersji, które otaczały stosowanie pasów bezpieczeństwa we wczesnych latach, poduszki powietrzne są przedmiotem poważnych badań i testów rządowych i przemysłowych..

W tym artykule dowiesz się o nauce stojącej za poduszką powietrzną, o tym, jak działa urządzenie, jakie są jego problemy i skąd bierze się technologia.

Prawa ruchu

Zanim przyjrzymy się szczegółom, przejrzyjmy naszą wiedzę na temat prawa ruchu. Po pierwsze wiemy, że poruszające się obiekty mają pęd (iloczyn masy i prędkości obiektu). Chyba że na zewnątrz siła działa na obiekt, będzie on nadal poruszał się z obecną prędkością i kierunkiem. Samochody składają się z kilku obiektów, w tym samego pojazdu, luźnych przedmiotów w samochodzie i oczywiście pasażerów. Jeśli te obiekty nie są unieruchomione, będą się poruszać z dowolną prędkością, z jaką jedzie samochód, nawet jeśli samochód zostanie zatrzymany przez kolizję.

Zatrzymanie pędu obiektu wymaga działania siły przez pewien czas. Kiedy samochód się rozbija, siła potrzebna do zatrzymania obiektu jest bardzo duża, ponieważ pęd samochodu zmienia się natychmiast, podczas gdy pasażerowie nie - nie ma zbyt wiele czasu na pracę. Celem każdego dodatkowego systemu zabezpieczającego jest pomoc w zatrzymaniu pasażera przy jak najmniejszym uszkodzeniu go.

To, czego chce poduszka powietrzna, to spowolnienie pasażera do zera z niewielkimi uszkodzeniami lub bez uszkodzeń. Ograniczenia, w ramach których musi działać, są ogromne. Poduszka powietrzna ma przestrzeń między pasażerem a kierownicą lub deską rozdzielczą i zajmuje ułamek sekundy. Jednak nawet ta niewielka ilość miejsca i czasu jest cenna, jeśli system może jednakowo spowolnić pasażera, zamiast wymuszać nagłe zatrzymanie jego ruchu..

W następnej sekcji przyjrzymy się elementom poduszki powietrznej i zobaczymy, jak się napełnia.

Celem poduszki powietrznej jest jak najbardziej równomierne spowolnienie ruchu pasażera do przodu w ułamku sekundy. Poduszka powietrzna składa się z trzech części, które pomagają osiągnąć ten wyczyn:

• Plik torba sama jest wykonana z cienkiego, nylonowego materiału, który jest składany w kierownicy lub desce rozdzielczej lub ostatnio w siedzeniu lub drzwiach.
• Plik czujnik to urządzenie, które nakazuje nadmuchaniu worka. Inflacja ma miejsce, gdy siła zderzenia jest równa uderzeniu w ścianę z cegły przy prędkości od 10 do 15 mil na godzinę (16 do 24 km na godzinę). Przełącznik mechaniczny jest przełączany, gdy występuje przesunięcie masy, które zamyka styk elektryczny, informując czujniki o zderzeniu. Czujniki otrzymują informacje od akcelerometr wbudowany w mikroczip.
• Poduszka powietrzna system inflacyjny reaguje azydek sodu (NaN3) z azotanem potasu (KNO3) w celu wytworzenia azot. Gorące podmuchy azotu nadmuchują poduszkę powietrzną.

Poduszka powietrzna i system pompowania w kierownicy. Zobacz więcej zdjęć bezpieczeństwa samochodu.

Wczesne próby dostosowania poduszki powietrznej do użytku w samochodach napotkały zaporowe ceny i przeszkody techniczne związane z przechowywaniem i zwalnianiem sprężony gaz. Badacze zastanawiali się:

• Jeśli w samochodzie było wystarczająco dużo miejsca na kanister z gazem
• Czy gaz utrzyma się pod wysokim ciśnieniem przez cały okres eksploatacji samochodu
• Jak można sprawić, by worek mógł szybko i niezawodnie rozszerzać się w różnych temperaturach roboczych i bez wydawania huku powodującego pękanie uszu

System napełniania wykorzystuje paliwo stałe i zapalnik.

Potrzebowali sposobu na wywołanie reakcji chemicznej, w wyniku której wytworzony zostanie azot, który nadmuchałby worek. Mały inflatory na paliwo stałe przyszedł na ratunek w latach 70.

System nadmuchiwania nie różni się od solidnego wzmacniacza rakietowego (szczegółowe informacje można znaleźć w artykule Jak działają silniki rakietowe). System poduszek powietrznych zapala się a paliwo stałe, który spala się niezwykle szybko, tworząc dużą objętość gazu do nadmuchania worka. Torba dosłownie wybuchy z miejsca składowania z prędkością do 322 km / h - szybciej niż w mgnieniu oka! Sekundę później gaz szybko ulatnia się przez maleńkie otwory w worku opróżnianie torbę, abyś mógł się poruszać.

Mimo że cały proces odbywa się tylko w jedna dwudziesta piąta sekundy, dodatkowy czas wystarczy, aby zapobiec poważnym obrażeniom. Plik substancja sproszkowana Nawiasem mówiąc, z poduszki powietrznej uwalniana jest zwykła skrobia kukurydziana lub talk, który jest używany przez producentów poduszek powietrznych do utrzymywania elastyczności i smarowania worków podczas przechowywania.

Następnie przyjrzymy się niektórym środkom ostrożności związanym z poduszkami powietrznymi, szczególnie w przypadku dzieci.

Od samego początku istnienia automatycznych poduszek powietrznych eksperci ostrzegają, że poduszki powietrzne powinny być używane razem z pasami bezpieczeństwa. Pasy bezpieczeństwa były nadal całkowicie konieczne, ponieważ poduszki powietrzne działały tylko w przypadku zderzeń czołowych, które miały miejsce z prędkością większą niż 10 mil na godzinę (6 km / h). Tylko pasy bezpieczeństwa mogą pomóc w bocznych uderzeniach i zderzeniach (chociaż boczne poduszki powietrzne są teraz coraz bardziej powszechne), zderzeniach tylnych i wtórnych uderzeniach. Mimo postępu technologii poduszki powietrzne są skuteczne tylko wtedy, gdy są używane z pasami bezpieczeństwa na biodrach / ramionach.

Nie trzeba było długo czekać, aby dowiedzieć się, że siła poduszki powietrznej może zranić osoby, które są zbyt blisko. Badacze ustalili, że strefa zagrożenia dla poduszek powietrznych kierowcy jest pierwszą 2 do 3 cali (Od 5 do 8 cm) inflacji. Tak więc umieszczenie się 10 cali (25 cm) od poduszki powietrznej kierowcy zapewnia wyraźny margines bezpieczeństwa. Zmierz odległość od środka kierownicy do mostka. Jeśli obecnie siedzisz mniej niż 10 cali dalej, możesz dostosować swoją pozycję za kierownicą w następujący sposób:

• Przesuń siedzenie maksymalnie do tyłu, nadal wygodnie sięgając do pedałów.
• Lekko odchyl oparcie siedzenia. Chociaż projekty samochodów są różne, większość kierowców może osiągnąć 10-calowy dystans nawet z siedzeniem kierowcy maksymalnie do przodu, lekko odchylając oparcie siedzenia. Jeśli odchylenie fotela utrudnia dostrzeżenie drogi, możesz podnieść się, używając systemu podnoszenia fotela w samochodzie (nie wszystkie samochody mają to!) Lub twardej, antypoślizgowej poduszki, aby osiągnąć ten sam efekt..
• Skieruj poduszkę powietrzną w kierunku klatki piersiowej, zamiast głowy i szyi, przechylając kierownicę w dół (działa to tylko wtedy, gdy kierownica jest regulowana).

Zasady są inne dla dzieci. Poduszka powietrzna może poważnie zranić, a nawet zabić dziecko bez zapięć, które siedzi zbyt blisko niej lub zostanie rzucone w stronę deski rozdzielczej podczas hamowania awaryjnego. Eksperci są zgodni, że ważne są następujące punkty bezpieczeństwa:

• Dzieci w wieku 12 lat i młodsze powinny jeździć zapięte na pasach w prawidłowo zamontowanym, dostosowanym do wieku foteliku samochodowym na tylnym siedzeniu.
• Niemowlęta w fotelikach dziecięcych zwróconych tyłem do kierunku jazdy (w wieku poniżej jednego roku i ważące mniej niż 20 funtów / 10 kg) nigdy nie powinny jeździć na przednim siedzeniu samochodu wyposażonego w poduszkę powietrzną po stronie pasażera.
• Jeżeli dziecko powyżej pierwszego roku życia musi jeździć na przednim siedzeniu z poduszką powietrzną po stronie pasażera, powinno ono znajdować się w foteliku dziecięcym skierowanym przodem do kierunku jazdy, foteliku podwyższającym lub odpowiednio dopasowanym pasie biodrowym / barkowym, a siedzenie powinno być odsunięty jak najdalej do tyłu.

Aby uzyskać więcej informacji na temat fotelików samochodowych, przeczytaj artykuł Foteliki samochodowe: najważniejsze fakty.

W szczególnych przypadkach właściciele samochodów mogą poprosić o możliwość wyłączenia poduszek powietrznych. W następnej sekcji omówimy kroki, które należy podjąć, jeśli chcesz wyłączyć poduszkę powietrzną.

W odpowiedzi na obawy o śmierć lub poważne obrażenia dzieci - i innych, zwłaszcza mniejszych osób - przez nieprawidłowe działanie lub zbyt mocne poduszki powietrzne, National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) w 1997 r. Wydała ostateczną zasadę zezwalającą producentom samochodów na stosowanie niższych poduszki powietrzne zasilane. Ta zasada dopuszcza stosowanie poduszek powietrznych depowered o 20 do 35 procent. Ponadto, począwszy od 1998 r., Zezwolono na instalację warsztatom naprawczym i dealerom włączniki / wyłączniki które umożliwiają wyłączenie poduszek powietrznych. Właściciele pojazdów mogą być teraz upoważnieni (przez NHTSA) do zainstalowania włączników / wyłączników jednej lub obu poduszek powietrznych w ich samochodzie, jeśli oni (lub inni użytkownicy ich samochodu) należą do jednej lub więcej z następujących grup ryzyka:

• Po stronie kierowcy i pasażera - Osoby ze schorzeniami, w których ryzyko wyzwolenia poduszki powietrznej jest większe niż ryzyko uderzenia w przypadku braku poduszki powietrznej
• Po stronie kierowcy (oprócz schorzeń) - Osoby, które nie mogą ustawić się do prawidłowego prowadzenia samochodu w odległości co najmniej 10 cali (25,4 cm) od środka osłony poduszki powietrznej kierowcy
• Po stronie pasażera (oprócz schorzeń) - Osoby, które muszą przewozić dziecko w foteliku dziecięcym ustawionym tyłem do kierunku jazdy na przednim siedzeniu, ponieważ samochód nie ma tylnego siedzenia, tylne siedzenie jest zbyt małe, aby pomieścić fotelik dziecięcy skierowany tyłem do kierunku jazdy lub ponieważ konieczne jest ciągłe monitorowanie stanu zdrowia dziecka
• Po stronie pasażera (oprócz schorzeń) - Osoby, które muszą przewozić dzieci w wieku od 1 do 12 lat na przednim siedzeniu, ponieważ (a) samochód nie ma tylnego siedzenia, (b) właściciel pojazdu musi przewozić więcej dzieci, niż może pomieścić tylne siedzenie lub (c) ponieważ konieczne jest ciągłe monitorowanie zdrowia dziecka

Jeśli chcesz zainstalować wyłącznik w swoim samochodzie, potrzebujesz kopii broszury NHTSA „Poduszki powietrzne i włączniki-wyłączniki: informacje do podjęcia świadomej decyzji” oraz załączony formularz, Żądanie przełącznika włączania / wyłączania poduszki powietrznej. Można je znaleźć na stronie internetowej NHTSA, a także w klubach AAA, u sprzedawców nowych samochodów i stanowych wydziałach motoryzacyjnych. NHTSA wyśle ​​ci list upoważniający, który możesz zabrać do warsztatu naprawczego. (Zanim zajmiesz się tym wszystkim, powinieneś skontaktować się z dealerem samochodowym lub warsztatem, aby sprawdzić, czy przełącznik on-off jest dostępny dla twojego samochodu). zmodernizowane przełączniki on-off można znaleźć i używać, jeśli spełnione są wymagania federalne - przełączniki muszą być obsługiwane za pomocą klucza i wyposażone w lampki ostrzegawcze wskazujące, czy worki są wyłączone, czy włączone.

Oczywiście nawet jeśli masz możliwość jej wyłączenia, poduszkę powietrzną należy zostawić włączoną dla kierowców, którzy mogą siedzieć co najmniej 10 cali do tyłu. Dla tych, którzy nie mogą (nawet przy powyższych sugestiach), torbę można wyłączyć. Grupa lekarzy z Krajowej Konferencji Wskazań Medycznych do dezaktywacji poduszek powietrznych uznała schorzenia często zgłaszane w listach do NHTSA jako możliwe uzasadnienie wyłączenia poduszek powietrznych. Nie zalecili jednak wyłączania poduszek powietrznych w stosunkowo powszechnych sytuacjach, takich jak:

• rozruszniki serca
• okulary
• dusznica
• rozedma
• astma
• usunięcie piersi
• poprzednia operacja pleców lub szyi
• zaawansowany wiek
• osteoporoza
• artretyzm
• ciąża

Ogólnie rzecz biorąc, nie można dezaktywować poduszki powietrznej bez zainstalowania dodatkowego przełącznika on-off. Jeśli jednak przełącznik on-off do modernizacji nie jest jeszcze dostępny (od producenta pojazdu) dla Twojego samochodu, NHTSA zezwoli na dezaktywację poduszki powietrznej na podstawie indywidualnych przypadków w odpowiednich warunkach. Nigdy nie próbuj samodzielnie wyłączać torby - pamiętaj, to nie jest miękka poduszka! Robi ciosy i może cię zranić, gdy nie wiesz, co robisz.

Jeśli chodzi o fabrycznie montowane przełączniki on-off, NHTSA zezwala producentom samochodów na instalację wyłączniki poduszki powietrznej pasażera w nowych pojazdach w ograniczonych okolicznościach - tylko wtedy, gdy pojazd nie ma tylnego siedzenia lub jeśli tylne siedzenie jest zbyt małe, aby pomieścić fotelik dziecięcy skierowany tyłem do kierunku jazdy. Obecnie producentom nie wolno instalować włączników-wyłączników poduszki powietrznej kierowcy w żadnym nowym pojeździe. Dlaczego te zasady? NHTSA zdecydowała się sprzeciwić się powszechnym instalowanym fabrycznie wyłącznikom z obawy, że staną się one standardowym wyposażeniem wszystkich nowych pojazdów - nawet tych kupowanych przez osoby spoza grup ryzyka. Widzieli również, że integracja włączników-wyłączników w nowych samochodach (i późniejsze przeprojektowanie tablic przyrządów) byłaby czymś, co odciągnęłoby zasoby od rozwoju bezpieczniejszych, bardziej zaawansowanych systemów poduszek powietrznych..

Działania mające na celu utrzymanie i poprawę właściwości ratujących życie poduszek powietrznych idą pełną parą. Nowe testy sponsorowane przez NHTSA wykorzystują ulepszone kryteria obrażeń „manekina” w oparciu o nową wiedzę i badania.

Do niedawna większość kroków podejmowanych w zakresie bezpieczeństwa samochodowego dotyczyła zderzeń czołowych i tylnych 40 proc wszystkich poważnych obrażeń odniesionych w wypadkach jest wynikiem zderzeń bocznych, a 30 procent wszystkich wypadków to kolizje boczne. Wielu producentów samochodów zareagowało na te statystyki (i wynikające z nich nowe standardy), ulepszając drzwi, framugi drzwi oraz sekcje podłogowe i dachowe. Ale samochody, które obecnie oferują boczne poduszki powietrzne reprezentują nową falę ochrony pasażerów. Inżynierowie twierdzą, że zaprojektowanie skutecznych bocznych poduszek powietrznych jest znacznie trudniejsze niż zaprojektowanie przednich poduszek powietrznych. Dzieje się tak, ponieważ znaczna część energii zderzenia czołowego jest pochłaniana przez zderzak, maskę i silnik, a zanim dotrze do pasażera potrzeba prawie 30 do 40 milisekund. W przypadku zderzenia bocznego tylko stosunkowo cienkie drzwi i kilka cali oddziela pasażera od innego pojazdu. Oznacza to, że boczne poduszki powietrzne montowane w drzwiach muszą zacząć się wyzwalać już po chwili pięć lub sześć milisekund!

Inżynierowie Volvo eksperymentowali z różnymi sposobami montażu bocznych poduszek powietrznych i wybrali montaż oparcia siedzenia, ponieważ zapewnia to ochronę pasażerów o różnym wzroście, niezależnie od ustawienia siedzenia. Taki układ pozwala im na umieszczenie wyzwalanie czujnika mechanicznego po bokach siedziska poduszki pod kierowcą i pasażerem z przodu. Zapobiega to napełnieniu się poduszki powietrznej po nieuszkodzonej stronie samochodu. Zainstalowanie całego pakietu poduszek powietrznych w oparciu siedzenia daje również tę zaletę, że zapobiega niepotrzebnym wyzwoleniom, które mogą być spowodowane kolizjami z pieszymi lub rowerami. Potrzeba zderzenia około 12 mph (19 km / h), aby uruchomić boczne poduszki powietrzne.

Inżynierowie BMW wybrali poduszki powietrzne w drzwiach. Drzwi mają więcej miejsca, pozwalając na większą torbę, która zapewnia lepsze pokrycie.

Plik poduszka powietrzna głowy, lub nadmuchiwana konstrukcja rurowa (ITS), wygląda trochę jak duża kiełbasa i, w przeciwieństwie do innych poduszek powietrznych, została zaprojektowana tak, aby pozostawała napompowana przez około pięć sekund, aby zapewnić ochronę przed drugim lub trzecim uderzeniem. Działając z boczną poduszką powietrzną, ITS ma zapewniać lepszą ochronę podczas niektórych zderzeń bocznych. Inną opcją ochrony głowy w przypadku zderzeń bocznych jest kurtynowa poduszka powietrzna.

Wszystko to pokazuje, że nauka o poduszkach powietrznych jest wciąż nowa i szybko się rozwija. Możesz spodziewać się wielu postępów w tej dziedzinie, ponieważ projektanci wpadają na nowe pomysły i uczą się na podstawie rzeczywistych danych o wypadkach.

Aby uzyskać więcej informacji na temat poduszek powietrznych i powiązanych tematów, sprawdź linki na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Jak działa testowanie zderzeniowe
• Jak działa bezpieczeństwo NASCAR
• Jak działają pasy bezpieczeństwa
• Jak działają „Szczęki życia”
• Jak działają opony
• Jak działają hamulce
• Jak działają hamulce przeciwblokujące
• Jak działa szkło bezpieczne?
• Foteliki samochodowe: fakty

Więcej świetnych linków

• Discovery Channel: „MythBusters”
• Poduszki powietrzne: jak działają
• Poduszki powietrzne i dzieci
• Rozbrajanie poduszki powietrznej
• Inflatory
• Poduszki powietrzne: konstrukcja i konstrukcja