Раніше ремені безпеки були єдиною лінією оборони. Вони працювали. Ці закони обговорювалися, особливо у питаннях, що стосуються дітей, але у результаті примусові закони перемогли. Інформація самоочевидна. Рабство вивело тисячі людей із могили.
Потім з’явилися подушки безпеки. Уявіть собі м’яку подушку, яка чекає на удар. Ця ідея не нова. Під час Другої світової війни інженери запатентували надувні шасі для літаків. Але лише у 1980-х роках ці пристрої стали частиною повсякденного водіння.
Нині це вимога. Починаючи з 1998 року, всі автомобілі, що продаються в США, мали оснащуватися подвійними фронтальними подушками безпеки. Вантажівки наслідували цей приклад у 1999 році. Статистика не бреше. Фронтальні подушки безпеки знижують ризик загибелі при лобовому зіткненні приблизно на 30%. Це важливо.
Але на цьому ми не зупинились. Також було додано захист від бокового удару. Подушка, що прикріплюється до сидіння. Подушка, що вішається на двері. Деякі сучасні автомобілі мають шість, вісім чи навіть більше подушок в одному кузові. Як і ремені безпеки до них, подушки безпеки зустріли скептицизм. Тепер? Це предмет пильної уваги з боку уряду та промисловості.
Це наука. І механіка. Майбутнє ще попереду.
Закони руху
Забудьте поки що про підручники. Подивіться на швидкість. Це твір маси та швидкості. Це досить просто. Об’єкт, що рухається, продовжує рухатися, поки щось не змусить його зупинитися. Якщо це автомобіль, ви власник автомобіля. Є незакріплені предмети. Поки ви існуєте, існуєте.
Якщо ви не пристебнуті ременем безпеки, продовжуйте рух. Навіть якщо автомобіль розбивається та зупиняється. Ваше тіло не зупиняється.
Щоб зупинити цей імпульс, потрібна сила. Але ось у чому проблема. Сила має діяти протягом певного періоду часу.
Аварія трапляється швидко. Автомобіль зупиняється миттєво. Ви не знаєте. Реагувати було практично ніколи. Мета додаткової системи утримання (SRS) – знизити швидкість до нуля. Ніщо не повинно завдати вам шкоди у цьому процесі.
Імовірність спрацьовування подушки безпеки мала. Це займає менше ніж секунду. І простір між обличчям та кермом обмежений. Якщо ви змусите його зупинитись, ви можете отримати травми. Ви можете вижити, якщо уповільнення відбувається плавно. Вся справа у цьому балансі.
Далі розглянемо компоненти. І те, як ця подушка наповнюється за мілісекунди.
Надування подушки безпеки
Як насправді працюють подушки безпеки
Мета – не зупинити вас різко. Це уповільнює все одночасно. Менш ніж за 1 секунду.
Три компоненти вирішують це завдання. Вони працюють разом, щоб запобігти удару користувача об панель приладів.
Упаковка дуже проста. Тонка нейлонова тканина. Її акуратно складають і розміщують у новому місці, наприклад, у рульовому колесі, на панелі приладів, сидінні чи дверях. Там вона чекає. Беззвучно.
Датчик визначає момент спрацьовування. Надування починається, коли сила удару відповідає зіткненню з цегляною стіною на швидкості 16–24 км/год. Механічна муфта змінюється. Відбувається різка зміна. Електричні контакти замикаються. Система розуміє, що сталося зіткнення.
Він ґрунтується на вбудованому акселерометрі мікрочіпа. Вимірює уповільнення. Коли вона стає досить сильною, сигнал зникає.
Система надування бере на себе основну роботу. Змішує азид натрію (NaN₃) та нітрат калію (KNO₃). Ця реакція робить азот. Гаряче повітря від газу швидко наповнює подушку.
Подушки безпеки роблять більше, ніж просто надуваються. Система розраховує це за вас.
Що якщо зіткнення надто м’яке? Нічого немає. Що якщо надто сильне? Газ наповнює подушку за мілісекунди. Потім вона швидко здувається. Ви ковзаєте вперед. Повільно. Під контролем.
Саме тому подушки безпеки спроектовані так, щоб здуватися під час зіткнення. Вони є щитами. Це подушка із таймером.
Фізика спрацьовування
Ранні спроби встановлення подушок безпеки в автомобілі зіткнулися з проблемами вартості та технічними складнощами. Основна проблема полягала у стислому газі. Його зберігання. Вивільнення. Забезпечення безпечного спрацьовування.
Дослідникам довелося поставити складні питання.
Чи можливо дійсно встановити газовий балон у автомобіль, не зруйнувавши при цьому інтер’єр? Чи здатний балон зберігати тиск понад десятиліття без витоків чи вибуху? І найголовніше: як наповнити подушку досить швидко, щоб урятувати життя, не розбивши при цьому лобове скло вибухом?
Перепади температур створюють серйозні проблеми. Холодна погода уповільнює хімічні реакції. Спека прискорює їх. Знаходження компромісу, який працює в діапазоні від -20°F до 120°F, спочатку може здатися неможливим.
Рішення не просто збільшення розміру балона. Це – хімія. А точніше, тверде ракетне паливо, що горить за високих температур і з високою швидкістю.
Тверде паливо виходить на перший план
Газові балони були відкинуті. Вони важкі, дорогі і займають дуже багато місця. Промисловість перейшла на тверде паливо. Уявіть петарду всередині модуля.
Коли датчик фіксує зіткнення, електричний сигнал активує запалювач. Снаряд (squib) підпалює паливо. Це не «дим» у традиційному сенсі. Ось короткий опис процесу.
Реакція здійснює азот. Чистий азот. Інертний. У порівнянні з іншими побічними продуктами він безпечний для вдихання у високих концентраціях.
Об’єм газу миттєво розширюється. Подушка наповнюється. Менш ніж за 0,03 секунди.
Чому азот? Він вступає у реакцію коїться з іншими речовинами. Він не підтримує горіння. Він просто… є. Розширюючись.
Завдання полягає в управлінні цим розширенням. Якщо подушка наповнюється надто швидко, можна отримати забій ребер. Занадто повільно і вона не буде ефективною.
Інженери вирішили цю проблему за допомогою системи випуску газу. Невеликий отвір у задній частині подушки дозволяє виходити газу, коли пасажир тисне на подушку. Це пом’якшує удар. Перетворюючи жорсткий бар’єр на динамічний амортизатор.
Вартість та складність
Перехід на тверде паливо вирішує як фізичні завдання. Він різко знизив витрати.
Відпала потреба у сталевих балонах високого тиску. Не потрібні складні клапани. Все, що вам потрібно, це пластиковий корпус, блок надування і сама подушка.
Виробництво стало простіше. Модулі можна штампувати та збирати на тій самій виробничій лінії, що й інші деталі автомобіля.
Але це ідеально. Паливо має бути точно дозоване. Занадто багато — і сила дії буде надмірною. Занадто мало – і подушка не спрацює.
Ключове значення має стабільність. Кожен окремий блок має працювати справно.
Ранні невдачі дали галузі важливий урок. Простота перемагає. А в питаннях безпеки простота працює щоразу.
Вибуховий фактор
Пам’ятаєте оглушливу бавовну, яку побоювалися дослідники? Це правда.
Якщо ви коли-небудь дивилися відео-краш-тестів, ви чули його. Різкий звук “бавовни”. Як постріл.
Це був звук запалення палива та розриву упаковки подушки.
Сучасний дизайн пом’якшує цей ефект. Модуль викладено звукопоглинаючим матеріалом. Послідовність спрацьовування було скориговано для мінімізації акустичних ударів.
Тим не менш, це галасливо.
Але як це порівняти з переломом черепа чи переломом шиї? Шум не має значення.
Еволюція від газових балонів до твердотільних надувних пристроїв стала поворотним моментом. Вона вивела подушки безпеки із категорії розкішного прототипу до розряду стандартного обладнання.
Вони повинні знайти спосіб запустити хімічну реакцію, яка виробляє азот для надування. У 1970-х роках це завдання вирішували надувні пристрої із твердим ракетним паливом.
Ця система нагадує твердопаливний прискорювач ракети. Тверде паливо спалахує і згоряє дуже швидко. В результаті утворюється велика кількість газу. Цей газ змушує подушку “вибухати” з місця зберігання. Вона може рухатися зі швидкістю до 200 миль на годину (322 км/год). Це швидше, ніж моргання ока. За одну секунду газ виходить через крихітні отвори. Подушка “здувається”. Ви можете знову рухатися.
Вся ця послідовність займає всього одну двадцять п’яту секунду. Часу ледве вистачає, щоб урятувати ваше життя. Порошкоподібна речовина усередині? Це кукурудзяний крохмаль чи тальк. Виробники використовують його, щоб зберегти подушку гнучкою під час зберігання.
Розуміння сил і місць розташування подушок безпеки
Із самого початку експерти попереджали, що подушки безпеки вимагають використання ременя безпеки. Ця технологія працює тільки при фронтальних зіткненнях зі швидкістю понад 10 миль на годину (6 км/год). Ремені безпеки захищають від вторинних аварій, задніх ударів та повторних зіткнень. Навіть із найновішими технологіями вона працює тільки при використанні з поясним/нагрудним ременем.
Якщо відстань занадто близько, прикладена сила може спричинити пошкодження. Дослідники визначили перші 2–3 дюйми (5–8 см) надування як зону ризику для подушок водія безпеки. Потрібно 10 дюймів (25 см) вільного простору. Виміряйте відстань від центру рульового колеса до грудини.
Якщо ви сидите ближче, налаштуйте своє положення.
- Відведіть сидіння якнайдалі назад, поки не досягнете педалей.
- Трохи нахиліть спинку сидіння. Більшість автомобілів дозволяють це. Це допомагає забезпечити зазор 10 дюймів.
- Якщо рульове колесо регулюється, нахиліть його вниз. Це спрямує подушку до ваших грудей, а не до голови.
Правила безпеки для дітей та відключення подушок безпеки
Для дітей правила змінюються. Подушка безпеки може травмувати або вбити непристебнуту дитину, яка сидить надто близько. Також існує небезпека, якщо дитина буде викинута вперед під час екстреного гальмування.
Дотримуйтесь цих інструкцій точно:
- Діти молодші 12 років мають їхати на задньому сидінні. Використовуйте правильно встановлену систему дитячого утримуючого пристрою, що відповідає віку.
- Якщо заднє дитяче крісло (для дітей молодше 1 року та вагою менше 20 фунтів/10 кг) оснащене подушкою безпеки, ніколи не розміщуйте його на передньому пасажирському сидінні.
- Якщо вашій дитині вже є 1 рік і вона знаходиться на передньому сидінні, використовуйте переднє дитяче крісло, бустер або ремень безпеки. Відведіть сидіння якнайдалі назад.
Деякі власники можуть вимагати відключення подушки безпеки. Це далі.
1997 року Національна адміністрація безпеки руху на шосе (NHTSA) зіткнулася з суворою реальністю. Подушки безпеки не лише рятують життя, а й убивали людей невеликого зросту. Водiй низького зростання. Сила спрацьовування була надто високою для всіх, хто перебував у салоні. Саме тому було випущено остаточне правило. Воно дозволяє виробникам знижувати потужність спрацьовування подушок безпеки на 20-35 відсотків. Менш жорстоке. Безпечніше для вразливих пасажирів.
Але цього замало всім. Деякі люди не можуть сидіти досить далеко. Деякі можуть потребувати дитячих крісел, встановлених обличчям назад, якщо задніх сидінь немає або їх використання недоцільне. Таким чином було відкрито шлях до встановлення вимикачів (вкл./вимк.).
Це не стандартне обладнання. Це спеціальні пристрої, призначені для певних груп ризику. Ви не могли просто клацнути вимикачем через нервозність. Потрібен дозвіл.
Хто має право на відключення?
Правила суворі. Ви повинні належати до однієї з наступних груп, щоб отримати дозвільний лист від NHTSA. Без цього листа ремонтна майстерня не стала виконувати роботу.
Для водія та пасажира:
Стан здоров’я, у якому ризик від подушки безпеки перевищує ризик самого зіткнення. Йдеться про серйозні деформації грудної клітки або інші фізичні недоліки, коли сила удару подушки більш небезпечна.
З боку водія:
Тут йдеться про геометрію. Якщо ви не знаходитесь на відстані не менше 10 дюймів (25,4 см) від центру кришки подушки безпеки водія для безпечного керування автомобілем, ви можете підпадати під дію виключення. Медичні проблеми у поєднанні з цим просторовим обмеженням.
З боку пасажира:
Тут є два основні сценарії.
1. Перевезення немовлят у дитячих кріслах, встановлених особою вперед та назад. Це стосується випадків, коли в автомобілі немає заднього сидіння, заднє сидіння занадто мало для крісла або якщо вам необхідно постійно контролювати стан здоров’я дитини.
2. Діти віком від 1 до 12 років повинні сидіти на передньому сидінні. Знову ж таки, тільки якщо немає задніх сидінь, кількість дітей перевищує місткість задніх сидінь або потрібне постійне медичне спостереження.
Зверніть увагу на закономірність. Це не пов’язано з комфортом. Це пов’язано з тим, що автомобілі фізично не можуть забезпечити безпечну відстань та задовольнити екстрені медичні потреби, а також не мають простору для дотримання стандартних протоколів безпеки.
Бюрократичні перешкоди
Якщо ви думаєте, що це проста поїздка до прилавку запчастин, ви помиляєтесь. Потрібно дотримання певних процедур.
По-перше, вам знадобиться брошура NHTSA «Подушки безпеки та вимикачі: інформація для прийняття обґрунтованих рішень». Крім того, вам також знадобиться форма Запит на встановлення вимикача подушки безпеки (вкл./вимк.) *.
Де я можу знайти ці документи?
– На веб-сайті NHTSA.
– У клубі AAA.
– У дилерів нових автомобілів.
– у Департаменті транспортних засобів штату.
Будь ласка, заповніть форму. Надішліть її в NHTSA на розгляд. Якщо її буде прийнято, ви отримаєте лист про прийняття. Віднесіть цей лист до ремонтної майстерні.
Поговоріть з дилером або фахівцем перед початком процесу оформлення документів. Перевірте, чи доступний вимикач для конкретної марки та моделі автомобіля. Якщо ні, процес може відрізнятись.
Вимоги до модернізації
Якщо ви хочете встановити модернізований вимикач (вкл./вимк.), федеральне законодавство невблаганне. Вимикач повинен керуватися ключем. Жодних безключових систем. Він також повинен мати індикаторну лампу, яка вказує, увімкнені або вимкнені подушки безпеки.
Ці функції безпеки не є необов’язковими. Вони запобігають випадковому вимкненню. Вони надають вам інформацію про стан системи пасивної безпеки.
Що щодо медичних станів?
Тут люди часто плутаються. Той факт, що у вас є медична проблема, не означає, що ваша подушка безпеки має бути відключена.
Група лікарів, які брали участь у Національній конференції з медичних показань для відключення подушок безпеки, розглянула потік листів, направлених до Національної адміністрації безпеки руху на шосе. Вони зосередилися на найпоширеніших скаргах. Вони відмовили багатьом людям.
Передумови (стани, які НЕ є підставою для відключення):
– кардіостимулятор;
– Носіння окулярів;
– стенокардія;
– емфізема;
– астма;
– Попередня мастектомія;
– перенесені операції на спині чи шиї;
– Літній вік;
– остеопороз;
– артрит;
– Вагітність.
Ці стани не можуть бути підставою для відключення. Ризик травми при спрацюванні подушки безпеки, як і раніше, вважається меншим, ніж ризик зіткнення без подушки безпеки. Подушки безпеки розраховані на спрацювання із достатньою силою, щоб подолати опір. У більшості ситуацій ця сила керована.
Правило 10 дюймів
Навіть якщо вимикач є, не відключайте його, якщо це не потрібно. Якщо ви можете відсунутись на 10 дюймів, залишайтеся на місці.
Подушки безпеки – це потужні вибухові пристрої. Це не подушка. Газова буферна зона створюється за мілісекунди. При близькому контакті тиск може спричинити серйозні переломи обличчя, травми очей та внутрішні ушкодження.
Для тих, хто не може забезпечити цю відстань, зниження потужності є єдиним логічним варіантом. Ризик травми, завданої подушкою, більший, ніж ризик зіткнення.
Заводське обладнання та зміни
Ви можете побачити тут різницю. Заводські вимикачі дозволені в обмежених випадках. Тільки якщо в автомобілі немає заднього сидіння або заднє сидіння занадто мало для дитячого крісла, встановленого обличчям назад.
А як щодо водіїв? У жодному разі. Виробникам заборонено встановлювати вимикачі подушки безпеки водія на нові автомобілі.
Чому? NHTSA стурбована порушенням правил. Якби у кожній новій машині був вимикач на панелі приладів, люди відключали б його задля зручності. Вони ставили ноги на панель приладів. Вони сиділи надто близько один до одного. Подушки безпеки також були опцією.
Вони також стурбовані інженерними ресурсами. Встановлення вимикачів та перепроектування приладових панелей відволікає від розробки більш безпечних та просунутих систем подушок безпеки. Краще зробити подушки безпеки безпечнішими для всіх, ніж полегшити людям можливість уникнути їх використання.
Індивідуальні винятки
Що якщо автомобіль старий? Що якщо виробник не пропонує модернізований вимикач (вкл./вимк.)?
NHTSA видає дозвіл у індивідуальному порядку. Навіть якщо критерії дотримані, ліцензія може бути видана, якщо на ринку немає схвалених вимикачів. Це не є гарантією. Це процес розгляду.
Але є одне абсолютне правило. Не намагайтеся самостійно вимкнути подушку безпеки.
Це не проект «зроби сам». Модуль подушки безпеки містить вибухові речовини. Якщо поводитися з ним неправильно, ви можете травмувати себе чи інших. Ця система заснована на точному таймінгу та електричній цілісності. Ми не маємо інструментів для її відтворення.
Подушки безпеки – це серйозна інженерія. Вони можуть урятувати життя. Але для деяких людей вони є небезпечними. Правила відключення відбивають це протиріччя. Його суворість має причину. Вони балансують потреби у захисті більшості із потребами у виживанні небагатьох.
Майбутнє подушок безпеки
Обговорення цьому не зупинилося. У міру того, як датчики стають розумнішими, а камери вдосконалюються, подушки безпеки також розвиваються. Але то вже інша історія.
Математика мілісекунд для захисту при бічному ударі
Бічні зіткнення становлять 30% усіх аварій, але призводять до серйозних травм у 40% випадків. Донедавна автомобільна промисловість фокусувалася на передніх та задніх зіткненнях. Це змінюється. Виробники автомобілів посилили дверні рами та конструкції даху, але справжнім нововведенням стали бічні подушки безпеки.
Фронтальні подушки безпеки – це просто. Бампер, капот та двигун поглинають початкову енергію. На передачу цієї сили пасажиру потрібно 30-40 мілісекунд. Бічні удари – це жахливо. Немає зони деформації. Між вами та іншими автомобілями лише тонкі двері та кілька дюймів простору. Подушки безпеки повинні розкритися за 5-6 мілісекунд. Це різниця між життям та смертю.
Конструкції з кріпленням на спинці сидіння проти кріплення на двері
Інженери Volvo вирішили, що кріплення на спинці сидіння є найкращим рішенням. Воно захищає пасажирів будь-якого зростання незалежно від становища сидіння. Вони встановили механічний датчик у подушці сидіння, який є тригером. Це запобігає надуванню подушки безпеки на стороні, яка не зазнала удару. Також це запобігає хибним спрацьовуванням при незначних зіткненнях з пішоходами або велосипедистами. Для активації цих пристроїв зіткнення має відбуватися зі швидкістю приблизно 12 миль на годину (19 км/год).
BMW вибрала інший шлях. Вони вибрали подушки безпеки, що кріпляться на дверях. Дверна рама додає об’єм. Це дозволяє розмістити більші подушки і охопити більшу площу.
Захист голови: ITS та шторки безпеки
Найбільший ризик при бічних зіткненнях – це травми голови. Головні подушки безпеки відомі як Inflatable Tubular Structure (ITS) і виглядають як довгі сосиски. Вони залишаються надутими близько 5 секунд. Це запобігає вторинні чи третинні удари. Вони працюють у поєднанні з бічними подушками безпеки для захисту пасажирів.
Іншим варіантом є бічна шторка безпеки. Мета обох систем – запобігти ударам головою об скло або вторгнення компонентів автомобіля в салон. Наука в цій галузі все ще нова. Прогрес відбувається швидко, оскільки дизайнери аналізують реальні дані про зіткнення і вдосконалюють ці функції, що рятують життя.
