1. Півстоліття тому ремені безпеки призупинили зростання важких травм і смертельних випадків в автомобільних...
2. Достеменно невідомо ...
3. конструкції

Півстоліття тому ремені безпеки призупинили зростання важких травм і смертельних випадків в автомобільних аваріях. Але швидко збільшується автопарк і швидкості руху стали знову затьмарювати і без того нерадісну статистику. На допомогу основним стримуючим системам були потрібні додаткові кошти пасивної безпеки, які б рятували життя в страшних аваріях. Це ... надувні подушки.

Мішок готовий надути вже через шість мілісекунд після зіткнення. Настільки короткий часовий проміжок важко уявити, адже навіть на те, щоб моргнути, йде близько 100 мс (0,1 с). Але зазвичай фронтальні ейрбегамі (встановлюються в рульовій маточини або під передньою консоллю) надуваються і готові прийняти удар по тому вже 30-60 мс після подачі електричного імпульсу на пиропатрон

Для чого воно?

Відразу обмовимося, подушки безпеки найбільш ефективні, коли працюють спільно з ременями . Сенс цієї комплексної утримує системи (SRS - S upplementary R estraint S ystem), що включає ще й преднатяжители, в тому, щоб передати кінетичну енергію і силу пристебнутого рухається за інерцією людини через лямки ременя і розкрилася подушку на деформується зону кузова, яка, мне на протягом якогось часу, плавно зупиняє і автомобіль, і тіло.

Ремінь при фронтальному зіткненні починає ловити людини вже на ранніх стадіях удару і утримує його на місці, незалежно від того, що з автомобілем відбувається далі (але ж далі можливі наступні зіткнення, перекидання і навіть серія переворотів). Але ремінь не здатний прийняти на себе голову і захистити шию від травми хлиста (характерний кивок вперед, небезпечний розтягуваннями шийних сухожиль і м'язів, вивихами хребців і навіть розривом спинного мозку). В цьому випадку і приходить на допомогу подушка. Газовий підпір ейрбегамі приймає на себе голову і частково грудну клітку. В результаті істотно знижується ризик виникнення «хлиста», знижуються пікові навантаження на головний мозок і вигинає момент, діючий на шийні хребці.

Крім того, ремінь і подушка, володіючи певною піддатливість, здатні самостійно частково погасити енергію удару в межах своєї «робочої зони». За статистикою подушка знижує ризик важких травм і смертей приблизно на 10-15% на додачу до тих 70-ти, що забезпечує ремінь. Але, якщо ви не пристебнуті, ейрбег здатний знизити ризики лише на 25-30%. Тобто, по суті, виходить - 85% з ременем проти 30% без ременя за ті ж гроші. Все ще не пристібатися? ..

Достеменно невідомо ...

... хто першим придумав подушку безпеки. В кінці 1951 року німецький інженер Вальтер Ліндерером представив в патентне бюро заявку на «пристрій, що захищає людей в автомобілі від травм і зіткнень». Правда, патент (Patentschrift 896312) видали винахіднику лише через два роки. І в тому ж 1953 році американець Джон В. Хедрік, що потрапив в автомобільну аварію, запропонував свій варіант подушки, схожий по ідеології, але трохи відрізнявся по конструкції (US patent 2649311). Приєднаний до керма мішок в момент аварії надувалася і брав вершника в «обійми», оберігаючи від контакту з деталями інтер'єру і знижуючи, тим самим, ризик травм.

Збільшене число ДТП підштовхнуло Mercedes в 1967 році почати розробляти подушки для серійного виробництва. І в 1980-му Mercedes Benz S-Klasse (заводське позначення W126) став першим автомобілем, в штатну комплектацію якого входила фронтальна подушка безпеки водія і преднатяжитель ременя

Ідея була фантастична, проте реалізувати її виявилося непросто. Головна складність - подушка так повільно надувалася з балона зі стисненим повітрям, що водій встигав дістати головою до керма. Боязкі спроби окремих фірм і винахідників удосконалити конструкцію не привели до успіху - були потрібні інші матеріали, технології і, природно, фінансові витрати. Тому про геніального винахід згадали лише через майже півтора десятка років, коли круто пішла вгору статистика смертних випадків в автомобільних аваріях.

У 70-ті роки минулого століття фахівці ЗІЛа пробували прилаштувати подушки безпеки на урядові лімузини. Але Політбюро ЦК КПРС припинило творчий порив, пояснивши, що машини перших осіб держав в аварії не потрапляють

Другий етап змагань між Америкою і Європою почався приблизно в середині 60-х років. Переміг отримував титул першого, хто довів ідею до серійного виробництва. Найбільші автогіганти з азартом включилися в боротьбу за першість і життя своїх потенційних покупців. Практично відразу прийшли до висновку, що приводити подушку в дію повинен пиропатрон (або газогенератор). Він компактний і при цьому йому під силу наповнити мішок газом за 30-50 мілісекунд (1 мілісекунда = тисячна частка секунди) - за такий час пристебнутий людина вже встигає відчутно натягнути ремінь.

Оком моргнути не встигнеш - подушка надувається менш ніж за 0,03 с. Оцінивши за допомогою акселерометрів (встановлюються в блоці управління по центру кузова) і датчиків удару (встановлюються в безпосередній близькості від бампера) силу і напрям удару, керуюча електроніка може трохи відстрочити постріл і навіть розтягнути його по часу. Наприклад, при фронтальному ударі на швидкості 56 км / год (при такій проходять сертифікаційні випробування) подушка спрацьовує приблизно через 15 мс. На 50-й мілісекунді в неї прилітає водій, а на 150-й мс вона вже здувається

На перших порах виникали складності з вибором речовини, яким начиняли пиропатрон. Експериментували навіть з ракетним паливом, але незабаром відмовилися - більшість тестових машин в буквальному сенсі горіли на роботі. Проблема пішла на другий план, коли з'явилися подушки з твердопаливним зарядом з азиду натрію (NaN3). Азид натрію - це токсична сіль, яка перебуває в зарядженої подушці в гранульованому або порошкоподібному стані.

У салоні сучасного автомобіля може бути сховано понад десятка подушок

При сильному механічному впливі, підвищенні температури до 250-300оС або подачі електричного заряду паливо буквально за мілісекунди розпадається на натрій і азот з вивільненням великої кількості теплової енергії, а значить і з сильним розширенням продуктів реакції. Ці гази, створюючи тиск, і надувають складений мішок. У подушках заряд «підпалюється» електричним імпульсом в строго певний момент по команді електроніки, а реакція наступна: 2 NaN3 → 2 Na + 3 N2.
N2 - це азот, нешкідливий газ без кольору і запаху, в нашій атмосфері його 75%, а ось натрій (Na) для організму небезпечний, але в автомобільних подушках він нейтралізується такими речовинами, як нітрат калію, або сполуками кремнію. Так що боятися нема чого. Ці гази виходять з подушки через спеціальні калібрувальні отвори з тильного боку, їх діаметр підібраний таким чином, щоб забезпечити необхідну жорсткість (поки горить паливо) максимально довго. До речі, моментальне «задимлення» в салоні при спрацьовуванні ейрбегамі - це зовсім не пожежа, а відпрацьовані гази. Якщо потрапили (не доведи Бог) в аварію, якщо бачите характерний білий «подушкові» дим, не поспішайте відстібатися і залишати салон, озирніться - раптом хтось із сусідів по потоку не встигає зупинитися ...

Фронтальні подушки ховають в кермі і панелі приладів. Через різної віддаленості ейрбегів від водія і пасажира, мішки відрізняються розмірами. Сидить за кермом оберігає зазвичай 50-літрова подушка, а його сусіда - об'ємом близько 80 л. До речі, енергію удару переднього пасажира більш об'ємна подушка гасить більш дбайливо. Відповідно і шанси для виживання у нього трохи вище

На кабріолетах, купе і компактних малолітражки, де проблематично через дефіцит місця розвісити «фіранки» під стелею, їх функції бере на себе специфічна бічна подушка Head / Thorax. Цей мішок асиметричною форми, захований в спинці переднього сидіння, захищає від контакту з дверима і склом одночасно і тулуб (груди, плечі, передпліччя), і голову ...

... але, як варіант, для захисту шиї і голови в кабріолетах може використовуватися подушка, захована в двері

У перших системах управління подушками виникало чимало запитань і до керуючої електроніці - від неї була потрібна хороша моторність, та й число помилкових спрацьовувань було надто велике. Незважаючи на зусилля світових автогігантів на різних континентах, перші нормально працюючі зразки подушок стали з'являтися лише в середині 70-х років минулого століття. Як додаткові опції їх пропонували американські виробники, а в 1980-му перші серійні подушки увійшли в список штатного обладнання Mercedes-Benz S-Класу (W126). Через сім років Porsche на моделі 944 в базовій комплектації встановлює водійський і пасажирський ейрбегамі. До речі, варто зауважити, що на перших порах подушки для американського і європейського ринку відрізнялися за обсягом. У Старому Світі Правила дорожнього руху зобов'язували водіїв пристібатися ременями, а в Новому лише рекомендували, а тому і розмірами надувати мішки для американських драйверів були мало не вдвічі більше, щоб хоч якось компенсувати відсутність ременя.

Комп'ютерні креш-тести допомагають з мінімальними витратами і максимальною точністю налагодити роботу подушок. Але остаточне доведення і узгодження з ременями і преднатяжителями вони все одно проходять при реальних краш-тестах

У тому ж 1987-му першим японським автомобілем з подушкою безпеки стає Honda Accord. А в 1994 році вперше покупці змогли замовити машини з бічними подушками, причому як для задніх, так і для передніх сідоків. Пізніше окремі повітряні мішки стали захищати ще й голову - такі ейрбегамі за те, що вони, спрацьовує, закривали бічні стійки і вікна, по праву охрестили «шторками» або «фіранками».

конструкції

Форми і конструкції подушок залежать від призначення і місця установки. Фронтальні більш об'ємні (від 50 до 100 літрів) і близькі до кулястої формі. Надувається купол подушки виконується з непроникного полотна - полімеру, армованого капроном. Купол щільно вкладається в компактний корпус, який вбудовується в маточину керма або передню панель. Бічні ейрбегамі аналогічні по конструкції, але вони менш об'ємні і їх форма може бути вельми хитромудрою.

Часті травми нижніх кінцівок у водіїв змусили виробників замислитися про додатковий захист. Так з'явилася подушка, яка оберігає коліна і гомілки при фронтальному ударі

Різні і газогенератори, які надувають купола. Для фронтальної водійської подушки, яка ховається в «бублику», і фронтальної пасажирської, розташованої в передній панелі, використовують газогенератор купольної форми, для бічних або «фіранок» - трубчасті, що нагадують по виду батон ковбаси. Останні, до речі, бувають ще й твердопаливні, і гібридні.

Твердопаливні генератори складаються з корпусу, всередині якого знаходяться Піропатрони - підпалює і виштовхує. Коли з блоку управління на пиропатрон приходить електричний імпульс, той запалює підпалює заряд - він служить запалом для переважної більшості твердого палива, при згорянні якого і вивільняється необхідний для надування подушки обсяг газу. На виході з корпусу встановлений металевий фільтр. Його завдання - не допустити потрапляння палаючих частинок в боїться вогню мішок і додатково охолодити газ.

У гібридних генераторах (вказано стрілкою на фото нижче) крім твердопаливного заряду встановлений додатковий балон зі стисненим газом (зазвичай суміш аргону і гелію під тиском від 200 до 600 бар). Піропатрон після подачі на нього електричного імпульсу відкриває захисний клапан і перемішані гази спрямовуються в подушку безпеки. Перевага такої конструкції перед твердопаливної в тому, що температура газів, що наповнюють мішок, значно нижче, і значить менше ймовірність отримати опіки при пострілі ейрбегамі. Надуваються такі подушки швидше, це особливо важливо для бічних «мішків» і шторок. Крім того, через меншої кількості «вибухової» речовини, гібридні дбайливіше ставляться до барабанних перетинках знаходяться в салоні (рівень шуму при їх спрацьовуванні - до 140 дБ, як при вибуху новорічної хлопавки). Однак є й недоліки - гібридні газогенератори більш громіздкі.

Концерн GM пропонує збільшити число подушок безпеки. Додаткова центральна захована в спинці переднього крісла з противоположенной боку від бічної і захищає сідоків переднього ряду від травм при бічному ударі або перевороті. Надуваючись, повітряний мішок створює м'яку амортизирующую перешкоду між водієм і пасажиром, не даючи їм вдаритися головами. Новинку планують встановлювати вже в наступному році на позашляховиках, кросовери і мінівенах, зокрема на Buick Enclave, GMC Acadia, Chevrolet Traverse

Ідея поєднати ремінь і подушку безпеки носилася в умах багатьох розробників. Одним з перших в серії її зміг реалізувати Ford. Така конструкція оберігає задніх пасажирів нового «Експлорер». При ударі повітряний мішок, покладений в лямку, надувається, збільшуючи площу контакту. Це дозволяє знизити питомий тиск на тіло і зменшити ймовірність травм. Подушки спрацьовують лише при серйозних аваріях - при незначних ударах досить одного ременя. Розробники запевняють, що проводили випробування не тільки на манекенах, але і на добровольцях, причому різного зросту, комплекції, статі і зросту. Всі залишилися задоволені результатами

Сучасні системи розкривають подушки не тільки вчасно, а й в залежності від напрямку і сили зіткнення автомобіля з перешкодою. Адже при несильних ударах надмірно «жорсткий» мішок більше травмує, ніж рятує. Тому такі подушки (їх ще називають адаптивні) пускають у хід двоступеневі газогенератори. Блок управління аналізує інформацію з датчиків і визначає часовий інтервал (від 5 до 50 мс) між спрацьовуванням першого і другого ступенів. Чим більше пауза, тим повільніше мішок наповнюється газом і тим м'якше він виявиться. Якщо удар при зіткненні дуже сильний, обидва заряду спрацьовують одночасно, вони забезпечать максимальний тиск і жорсткість подушці. Але у всього є межа - в дуже важких випадках навіть пристебнутий людина через газовий підпір подушки безпеки може-таки дістати головою до керма і деталей інтер'єру.

Міський «малюк» Toyota iQ, крім «дорослого» комплекту подушок безпеки (тут є і фронтальні, і бічні подушки, і «шторки», і навіть колінна подушка для водія) має ейрбегамі для захисту голів задніх пасажирів. Від задніх підголівників до скла третіх дверей дуже мало простору, саме його і заповнюють подушки при ударі в задню частину, щоб максимально ефективно пом'якшити удар. Розкриваючись «короною» навколо підголівників, «мішки» знижують ризик травмування голови і шиї при відскоку назад

Багато хто помилково вважає, що при аварії повинні розкритися всі подушки. На ділі сучасні системи управління подушками налаштовані так, щоб вистрілювали тільки ті мішки, які дійсно необхідні. Автомобіль буквально начинений датчиками прискорень і ударів. Отримуючи від них інформацію, блок управління обчислює, в яку частину машини припав удар і наскільки він сильний. Далі подається харчування на Піропатрони потрібних подушок ... Розумні системи багатьох сучасних автомобілів здатні розпізнавати, зайнято чи ні пасажирське сидіння. Якщо воно порожнє, там лежить куртка або портфель, то електроніка подушки не розкриє. Крім того, додаткові дані система управління може отримувати від ультразвукових датчиків, які вимірюють ріст і позу вершника, і вносить корективи в алгоритм спрацьовування подушок і преднатяжителей ременів. Але треба пам'ятати, яким би сучасним не був автомобіль, скільки подушок і прогресивних систем в ньому не було, все це ефективно працює тільки в тому випадку, якщо сідоки пристебнуті.
Анатолій Кучерявенко, Віталій Кабиш
Фото і відео: Віталій Кабиш, фірми-виробники, Euro NCAP і ADAC