Все о подушках безопасности

Долгие годы надежный ремень безопасности оставался единственным средством пассивной безопасности автомобилиста. Шли дебаты по поводу их безопасности, особенно в отношении детей, но с течением времени, многие страны приняли законы об обязательности ремней. Статистика показывает, что использование ремней безопасности спасло тысячи жизней людей, которые могли бы погибнуть при столкновении.

Как и ремни безопасности, концепция пневмоподушки - мягкой подушки, срабатывающей при столкновении - давно витала в воздухе. Первая патентная заявка на надувное устройство для защиты пассажиров при жесткой посадке самолетов была подана во время Второй мировой войны. В 1980-х первые промышленные подушки безопасности появились в автомобилях.

Начиная с 1998 года, все новые автомобили, продаваемые в Соединенных Штатах, были обязаны иметь подушки безопасности со стороны как водителя, так и пассажира (закон распространился на легкие грузовики в 1999 году). На сегодняшний день статистика свидетельствует о том, что подушки безопасности снижают риск смерти в случае прямой лобовой аварии примерно на 30 процентов. Затем последовали подушки безопасности, вмонтированные в сиденья и двери. Сегодня некоторые машины имеют гораздо больше, чем две подушки - шесть или даже восемь подушек безопасности. Из-за тех же противоречий, которые когда-то происходили при внедрение ремней, подушки безопасности являются предметом серьезных государственных и промышленных исследований и испытаний.

Из этой статьи вы узнаете, какие научные достижения стоят за подушками безопасности, как это устройство работает, каковы его проблемы и в каком направлении развиваются технологии.

Законы движения

Прежде чем рассмотреть специфику, давайте вспомним основы законов движения. Во-первых, мы знаем, что движущиеся объекты обладают импульсом (произведение массы на скорости движения объекта). За исключением случаев, когда внешняя сила действует на объект, объект будет продолжать двигаться с заданной скоростью в заданном направлении. Автомобиль состоит из нескольких объектов, в том числе само транспортное средство, различных объектов внутри автомобиля, и, конечно, пассажиров. Если эти объекты не закреплены, они будут продолжать движение на той скорости, с которой двигался автомобиль, даже если автомобиль останавливился из-за столкновения.

Чтобы погасить импульс объекта требуется силы, действующие в течение определенного периода времени. Когда автомобиль попадает в аварию, сила, необходимая, чтобы остановить объект, достаточно велика, потому что импульс машины изменился мгновенно, в отличие от пассажиров - для этого потребовалось бы больше времени. Цель любой удерживающей системы заключается в том, чтобы помочь остановить пассажира с минимальным ущербом для здоровья последнего.

Подушка существует для того, чтобы снизить скорость пассажира до нуля практически без какого-либо ущерба. При этом ограничения, в рамках которых она должна работать огромны. Для выполнения своей задачи у подушки имеется пространство между пассажиром и рулем или приборной доской, и какая-то доля секунды. Даже это крошечное пространство и количество времени имеют огромное значение, так как система должна замедлить пассажира равномерно, а не резким толчком. В следующем разделе мы рассмотрим поподробнее части подушки и то, как они надуваются.

Надутие воздушной подушки

Цель подушки безопасности заключается в том, чтобы замедлить движение пассажира вперед насколько возможно равномерно в имеющиеся у нее доли секунды. Существуют три части подушки безопасности, которые помогут достичь такого результата:

• Подушка сама по себе сделана из тонкой нейлоновой ткани и уложена в руль или приборную доску, или, как часто встречается в последнее время, сиденье или дверь.
• Датчик устройства, который сообщает подушке о необходимости надува. Надутие происходит тогда, когда сила столкновения равна столкновению с кирпичной стеной на скорости от 16 до 24 км/час.  Механический переключатель срабатывает тогда, когда есть массовый сдвиг, закрывший электрический контакт, что сообщает датчикам о том, что произошла авария. Датчики получают информацию из акселерометра, встроенного в микропроцессор.
• Система надува пневмоподушки смешивает азид натрия (NaN₃) и нитрата калия (KNO₃), в результате чего выделяется газ. Горячий газообразный азот взрывом надувает подушки безопасности.

Ранние попытки использования подушек безопасности в автомобилях наткнулись на непомерно высокую цену и технические трудности, связанные с хранением и высвобождением сжатого газа.

Исследователей интересовало:

• Имеется ли в машине достаточно места для размещения канистры с газом
• Будет ли газ оставаться стабильным под высоким давлением
• Как можно быстро и надежно надуть подушку безопасности при различных температурных условиях эксплуатации и без оглушающего звука

Им был нужен способ запустить химическую реакцию, производящую азот, который стал бы раздувать подушку. Малые твердо-топливные надуватели пришли на помощь в 1970-х годах.

Система надува в чем-то похожа на ракетный ускоритель. Система подушки безопасности поджигает твердое топливо, которое горит очень быстро, создавая большие объемы газа, раздувающие подушку. Затем подушка буквально вырывается из своего места на скорости до 322 км/ч - быстрее, чем в мгновение ока! В следующую секунду газ быстро рассеивается через крошечные отверстия в камере, тем самым сдувая подушку, чтобы вы могли двигаться.

Даже несмотря на то, что весь процесс занимает одну двадцать пятую секунды,  дополнительное время необходимо, чтобы помочь предотвратить серьезные травмы. Кстати, порошкообразное вещество, высвобождающееся из подушки безопасности - это обычный кукурузный крахмал или тальк, который используется производителем для того, чтобы подушка оставалась гибкой и служит смазкой во время нахождения подушки в своем хранилище.

Далее мы рассмотрим некоторые меры предосторожности, связанные с подушками безопасности, особенно там, где речь идет о детях.

Меры предосторожности, связанные с подушками безопасности

С первых дней использования пневмоподушек, эксперты предупреждали, что подушки безопасности, должны использоваться в сочетании с ремнями безопасности. Ремни безопасности были по-прежнему абсолютно необходимы, поскольку подушки работали только в случае фронтального столкновения, происходящих на скорости более чем 6 км/ч. Только ремни безопасности могут помочь при заносе или боковой аварии (хотя боковые подушки безопасности становятся все более распространены в настоящее время), задних столкновених и вторичных воздействиях.Даже при современных достижениях технологии, подушки по-прежнему являются эффективным только при одновременном использовании коленного или плечевого ремней безопасности.

Не заняло много времени, чтобы понять, что сила подушки может повредить тем, кто оказался слишком близко. Исследователи установили, что зоной риска для водителя являются первые 5-8 см надува подушки. Так что, располагаясь в 25 см от подушки безопасности, вы получите надежный запас прочности. Это расстояние замеряется от центра руля до вашей грудины. Если в данный момент расстояние составляет менее 25 сантиметров, вы можете настроить водительское место одним из следующих способов:

• Переместите водительское место назад, насколько это возможно, сделать чтобы удобно дотягиваться до педалей.
• Немного опустите спинку сиденья. Хотя конструкции автомобилей различаются, большинство водителей может достичь расстояния в 25 см даже если водительское сиденье выдвинуто вперед, немного наклонив спинку сиденья. Если наклон сиденья не позволяет вам обеспечить хорошую видимость дороги, вы можете приподнять сиденье за счет системы подъема (не все машины оборудованы этой системой) или подложив твердую, нескользкую подушку для достижения того же эффекта.
• Убедитесь, что подушка безопасности "нацелена" на центр груди, а не на голову и шею, наклонив рулевое колесо вниз (это работает только если ваше рулевое колесо регулируется).

Эти правила отличаются для детей. Подушка может серьезно ранить или даже убить непристегнутого ребенка, который сидит слишком близко к ней или же был выброшен вперед силой экстренного торможения. Эксперты согласны с тем, что для безопасности ребенка необходимы следующие условия:

• Дети до 12 лет должны ездить закрепленными в правильно установленом, соответствующем возрасту автомобильном кресле на заднем сиденье.
• Младенцы, находящиеся в кресле, закрепленном против хода движения (в возрасте до одного года и весом менее 10 кг) не должны ездить на переднем сиденье легкового автомобиля, имеющего подушки безопасности на пассажирской стороне.
• Если ребенок старше одного года вынужден ехать на переднем сиденье, оборудованном подушкой безопасности со стороны пассажира, то он или она должны сидеть в детском кресле, установленном по ходу движения, или на специальной подушке-бустере, или с использованием надлежащим образом закрепленного коленного или плечевого ремня, а сиденье должно быть откинуто или отведено назад насколько возможно.

В некоторых случаях, владельцы автомобилей могут захотеть иметь возможность отключить подушки безопасности. В следующем разделе мы будем обсуждать меры, которые необходимо предпринять, если вы хотите, чтобы ваши подушки безопасности были отключены.

Деактивация воздушных подушек

В ответ на обеспокоенность, возникшую по поводу детей и некоторых других категорий, особенно людей маленького роста, которые были убиты или тяжело ранены в результате неисправного или слишком мощного действия подушек безопасности, Национальная администрация безопасности дорожного движения (НАБДД) США в 1997 году опубликовала окончательные правила, позволяющие автопроизводителям использовать менее мощные подушки безопасности. Это правило позволяет снижать мощность подушек безопасности на величину от 20 до 35 процентов. Кроме того, начиная с 1998 года, ремонтным мастерским и дилерам было разрешено устанавливать переключатели, которые позволяют отключить подушки безопасности в случае необходимости. Владельцы автотранспортных средств в настоящее время могут получить разрешение на установку переключателя на одну или обе подушки безопасности в автомобиле, если они (или другие лица, использующие данный автомобиль) попадают в одну или несколько из этих групп риска:

• Имеют право на отключение подушек безопасности как с водительской, так и с пассажирской стороны - лица с медицинскими показаниями, для которых риск срабатывания подушек безопасности превышает риск от отсутствия подушки безопасности
• Со стороны водителя (в дополнение к медицинским показаниям) - люди, которые не могут расположить себя так, чтобы при эксплуатации машины от корпуса до центральной части подушки безопасности оставалось не менее 25,4 см
• С пассажирской стороны (в дополнение к медицинским показаниям) - лица, которые перевозят ребенка на переднем сиденье автомобиля в кресле, установленном против хода движения, так как не имеют задних сидений, задние сиденья слишком малы, чтобы разместить на них детское автокресло или потому, что необходимо постоянно следить за ребенком по медицинским показаниям.
• С пассажирской стороны (в дополнение к медицинским показаниям) - лица, которые перевозят детей в возрасте от одного до 12 лет на переднем сиденье, так как (а) на машине нет заднего сиденья, (б) владелец транспортного средства имеет больше детей, чем может поместиться на заднем сиденье или (в), так как необходимо постоянно следить за здоровьем ребенка.

Если вы хотели бы установить в вашей машине переключатель, вам необходимо ознакомиться со всеми "за" и "против", прежде чем пойти в мастерскую, а также с информацией от производителя о том, возможна ли установка такой опции на вашем автомобиле.

Очевидно, что даже у вас есть возможность установить переключатель, подушки безопасности должны быть оставлены на водителей, комплекция которых оставляет необходимое расстояние до подушки безопасности. Для тех же, кто не может следовать этому условию (даже с учетом предложений, перечисленных выше), подушка может быть отключена. Группа врачей на Национальной конференции по медицинским показаниям для деактивации подушек безопасности рассмотрела ряд медико-санитарных оснований, которые служат возможными основаниями для отключения подушки безопасности. По их мнению, медицинскими показаниями не являются:

• кардиостимуляторы
• очки
• ангина
• эмфизема
• астма
• мастэктомия
• предыдущме хирургические вмешательства в области спины и шеи
• преклонный возраст
• остеопороз
• артрит
• беременность

Напомним, что в США вы вообще не можете отключить подушку безопасности без установки переключателя. Однако, если заводом-изготовителем транспортного средства такой функции не предусмотрено, НАБДД позволит разрешить отключение подушки безопасности на индивидуальной основе при наличии соответствующих условий. Никогда не пытайтесь отключить подушку безопасности самостоятельно - помните, это не мягкая подушка! Она может повредить вам, если вы не знаете, что делаете - лучше обратиться с сервис-центр.

В некоторых машинах автопроизводители сами устанавливают переключатель подушек безопасности в том случае, если транспортное средство не имеет заднего сиденья или задние сиденья слишком малы, чтобы разместить детское кресло. В США производители в настоящее время не имеют права устанавливать переключатели для водителя. К чему эти правила? НАБДД США решила запретить заводскую установку переключателей из опасений, что они станут стандартным оборудованием на всех новых транспортных средств, - даже те, которые приобретаются людьми не входящими в группы риска. такое решение было принято и для того, чтобы производители работали над разработкой более безопасных, более развитых систем подушек безопасности, а не отключали существующие.

Будущее подушек безопасности

Мероприятия, направленные на поддержание и улучшение жизнесберегающих преимущества подушек безопасности, переживают свой расцвет. Новые тесты с использованием манекенов, проведенные под эгидой НАБДД, позволили улучшить требования к подушкам безопасности на основе новых знаний и научных исследований.

До недавнего времени большая часть успехов в авто безопасности была достигнута в области передних и задних столкновений, хотя 40 процентов от всех серьезных травм в результате аварий являются результатом боковых воздействий, а 30 процентов всех несчастных случаев являются результатами побочных последствий столкновений. Многие автопроизводители отреагировали на эти статистические данные (и связанные с этим новые стандарты) усилением дверей, дверных рам, и пола и крыши. Но автомобили, которые в настоящее время предлагают боковые подушки безопасности представляют собой новое слово в безопасности пассажиров.

Инженеры говорят, что разработка эффективных боковых подушек безопасности, намного сложнее, чем проектирование передних подушек. Это объясняется тем, что большая часть энергии от переднего столкновения поглощается бампером, капотом и двигателем, и это занимает от 30 до 40 миллисекунд, прежде чем воздействие достигнет водителя или пассажира. В боковом ударе, пассажира автомобиля отделяет от другого транспортного средства лишь сравнительно тонкая дверь и буквально несколько дюймов. Это означает, что вмонтированные в двери боковые подушки безопасности должны развертываться за пять или шесть миллисекунд!

Инженеры Volvo экспериментировали с различными способами монтажа боковых подушек безопасности, и выбрали задние сиденья в качестве места установки, потому что они защищают пассажиров любого размера независимо от того, как расположено место. Этот механизм позволяет им поместить механический датчик по бокам подушек сиденья водителя и переднего пассажира. Это предотвращает пневмоподушки неповрежденной части автомобиля от вздутия. Установка всего пакета подушек безопасности в спинки сидений также дает преимущество предотвращения ненужного развертывания, которые могут быть вызваны в результате столкновений с пешеходами или велосипедами. Для задействования боковых подушек безопасности столкновение должно произойти на скорости около 19 км/ч.

Инженеры BMW решили проблему установкой подушек безопасности, вмонтированных в дверь. Дверь имеет больше пространства, что означает подушку безопасности большего размера.

Головная подушка безопасности или Надувная трубчатая структура (ITS) немного похожа на большую колбасу, и, в отличие от других подушек безопасности, призвана оставаться надутой в течение пяти секунд, чтобы обеспечить защиту против второго или третьего ударов. воздействия. В сочетании с боковой подушкой безопасности, ITS предлагает более эффективную защиту при боковых столкновениях. Другой вариант для защиты головы в боковых столкновениях -  подушка-"занавес".

Из всего этого ясно, что научные исследования, лежащие в основе подушек безопасности все еще новы, но быстро развиваются. В этой области можно ожидать много достижений по мере того, как у дизайнеров будут возникать новые идеи, которые они получат на материалах реальных автокатастроф.