Раньше ремни безопасности были единственной линией обороны. Они работали. Эти законы обсуждались, особенно в вопросах, касающихся детей, но в итоге принудительные законы восторжествовали. Информация самоочевидна. Рабство вывело тысячи людей из могилы.
Затем появились подушки безопасности. Представьте себе мягкую подушку, ожидающую удара. Эта идея не нова. Во время Второй мировой войны инженеры запатентовали надувные шасси для самолетов. Но лишь в 1980-х годах эти устройства стали частью повседневного вождения.
Сейчас это требование. Начиная с 1998 года, все автомобили, продаваемые в США, должны были оснащаться двойными фронтальными подушками безопасности. Грузовики последовали этому примеру в 1999 году. Статистика не лжет. Фронтальные подушки безопасности снижают риск гибели при лобовом столкновении примерно на 30%. Это важно.
Но на этом мы не остановились. Также была добавлена защита от бокового удара. Подушка, прикрепляемая к сиденью. Подушка, вешаемая на дверь. Некоторые современные автомобили имеют шесть, восемь или даже больше подушек в одном кузове. Как и ремни безопасности до них, подушки безопасности встретили скептицизм. Теперь? Это предмет пристального внимания со стороны правительства и промышленности.
Это наука. И механика. Будущее еще впереди.
Законы движения
Забудьте пока о учебниках. Посмотрите на скорость. Это произведение массы и скорости. Это достаточно просто. Движущийся объект продолжает двигаться, пока что-то не заставит его остановиться. Если это автомобиль, вы являетесь владельцем автомобиля. Есть незакрепленные предметы. Пока вы существуете, вы существуете.
Если вы не пристегнуты ремнем безопасности, продолжайте движение. Даже если автомобиль разбивается и останавливается. Ваше тело не останавливается.
Чтобы остановить этот импульс, требуется сила. Но вот в чем проблема. Сила должна действовать в течение определенного периода времени.
Авария происходит быстро. Автомобиль останавливается мгновенно. Вы не знаете. Реагировать было практически некогда. Цель дополнительной системы удержания (SRS) — снизить скорость до нуля. Ничто не должно нанести вам вреда в этом процессе.
Вероятность срабатывания подушки безопасности мала. Это занимает менее секунды. И пространство между лицом и рулем ограничено. Если вы заставите его остановиться, вы можете получить травмы. Вы можете выжить, если замедление происходит плавно. Все дело в этом балансе.
Далее рассмотрим компоненты. И то, как эта подушка наполняется за миллисекунды.
Надувание подушки безопасности
Как на самом деле работают подушки безопасности
Цель — не остановить вас резко. Это замедляет всё одновременно. Менее чем за 1 секунду.
Три компонента решают эту задачу. Они работают вместе, чтобы предотвратить удар пользователя о панель приборов.
Упаковка очень проста. Тонкая нейлоновая ткань. Её аккуратно складывают и размещают в новом месте, например, в рулевом колесе, на панели приборов, сиденье или двери. Там она ждёт. Беззвучно.
Датчик определяет момент срабатывания. Надувание начинается, когда сила удара соответствует столкновению с кирпичной стеной на скорости 16–24 км/ч. Механическая муфта изменяется. Происходит резкое изменение. Электрические контакты замыкаются. Система понимает, что произошло столкновение.
Он основан на встроенном акселерометре микрочипа. Измеряет замедление. Когда оно становится достаточно сильным, сигнал исчезает.
Система надувания берёт на себя основную работу. Смешивает азид натрия (NaN₃) и нитрат калия (KNO₃). Эта реакция производит азот. Горячий воздух от газа быстро наполняет подушку.
Подушки безопасности делают больше, чем просто надуваются. Система рассчитывает это за вас.
Что если столкновение слишком мягкое? Ничего не происходит. Что если слишком сильное? Газ наполняет подушку за миллисекунды. Затем она быстро сдувается. Вы скользите вперёд. Медленно. Под контролем.
Именно поэтому подушки безопасности спроектированы так, чтобы сдуваться при столкновении. Они не являются щитами. Это подушка с таймером.
Физика срабатывания
Ранние попытки установки подушек безопасности в автомобили столкнулись с проблемами стоимости и техническими сложностями. Основная проблема заключалась в сжатом газе. Его хранение. Высвобождение. Обеспечение безопасного срабатывания.
Исследователям пришлось задать сложные вопросы.
Возможно ли действительно установить газовый баллон в автомобиль, не разрушив при этом интерьер? Способен ли баллон сохранять давление более десятилетия без утечек или взрыва? И самое главное: как наполнить подушку достаточно быстро, чтобы спасти жизнь, не разбив при этом лобовое стекло взрывом?
Перепады температур также создают серьезные проблемы. Холодная погода замедляет химические реакции. Жара ускоряет их. Нахождение компромисса, который работает в диапазоне от -20°F до 120°F, поначалу может показаться невозможным.
Решение заключается не просто в увеличении размера баллона. Это химия. А точнее, твердое ракетное топливо, которое горит при высоких температурах и с высокой скоростью.
Твердое топливо выходит на первый план
Газовые баллоны были отвергнуты. Они тяжелые, дорогие и занимают слишком много места. Индустрия перешла на твердое топливо. Представьте себе петарду внутри модуля.
Когда датчик фиксирует столкновение, электрический сигнал активирует воспламенитель. Снаряд (squib) поджигает топливо. Это не «дым» в традиционном смысле. Вот краткое описание процесса.
Реакция производит азот. Чистый азот. Инертный. По сравнению с другими побочными продуктами, он безопасен для вдыхания в высоких концентрациях.
Объем газа мгновенно расширяется. Подушка наполняется. Менее чем за 0,03 секунды.
Почему азот? Он не вступает в реакцию с другими веществами. Он не поддерживает горение. Он просто… присутствует. Расширяясь.
Задача заключается в управлении этим расширением. Если подушка наполняется слишком быстро, можно получить ушиб ребер. Слишком медленно — и она не будет эффективной.
Инженеры решили эту проблему с помощью системы выпуска газа. Небольшое отверстие в задней части подушки позволяет газу выходить, когда пассажир давит на подушку. Это смягчает удар. Превращая жесткий барьер в динамический амортизатор.
Стоимость и сложность
Переход на твердое топливо решает не только физические задачи. Он резко снизил затраты.
Отпала необходимость в стальных баллонах высокого давления. Не требуются сложные клапаны. Все, что вам нужно, это пластиковый корпус, блок надувания и сама подушка.
Производство стало проще. Модули можно штамповать и собирать на той же производственной линии, что и другие детали автомобиля.
Но это не идеально. Топливо должно быть точно дозировано. Слишком много — и сила воздействия будет избыточной. Слишком мало — и подушка не сработает.
Ключевое значение имеет стабильность. Каждый отдельный блок должен работать исправно.
Ранние неудачи дали отрасли важный урок. Простота побеждает. А в вопросах безопасности простота работает каждый раз.
Взрывной фактор
Помните оглушительный хлопок, которого опасались исследователи? Это правда.
Если вы когда-либо смотрели видео краш-тестов, вы слышали его. Резкий звук «хлопка». Как выстрел.
Это был звук воспламенения топлива и разрыва упаковки подушки.
Современный дизайн смягчает этот эффект. Модуль выложен звукопоглощающим материалом. Последовательность срабатывания была скорректирована для минимизации акустических ударов.
Тем не менее, это шумно.
Но как это сравнить со переломом черепа или переломом шеи? Шум не имеет значения.
Эволюция от газовых баллонов к твердотельным надувным устройствам стала поворотным моментом. Она вывела подушки безопасности из категории роскошного прототипа в разряд стандартного оборудования.
Они должны найти способ запустить химическую реакцию, которая производит азот для надувания. В 1970-х годах эту задачу решали надувные устройства с твердым ракетным топливом.
Эта система напоминает твердотопливный ускоритель ракеты. Твердое топливо воспламеняется и сгорает очень быстро. В результате образуется большое количество газа. Этот газ заставляет подушку взрываться из места хранения. Она может двигаться со скоростью до 200 миль в час (322 км/ч). Это быстрее, чем моргание глаза. За одну секунду газ выходит через крошечные отверстия. Подушка сдувается. Вы снова можете двигаться.
Вся эта последовательность занимает всего одну двадцать пятую секунды. Времени едва хватает, чтобы спасти вашу жизнь. Порошкообразное вещество внутри? Это кукурузный крахмал или тальк. Производители используют его, чтобы сохранить подушку гибкой во время хранения.
Понимание сил и мест расположения подушек безопасности
С самого начала эксперты предупреждали, что подушки безопасности требуют использования ремня безопасности. Эта технология работает только при фронтальных столкновениях со скоростью более 10 миль в час (6 км/ч). Ремни безопасности защищают от вторичных аварий, задних ударов и повторных столкновений. Даже с новейшими технологиями она работает только при использовании с поясным/нагрудным ремнем.
Если расстояние слишком близко, приложенная сила может вызвать повреждения. Исследователи определили первые 2–3 дюйма (5–8 см) надувания как зону риска для водительских подушек безопасности. Требуется 10 дюймов (25 см) свободного пространства. Измерьте расстояние от центра рулевого колеса до грудины.
Если вы сидите ближе, отрегулируйте свое положение.
- Отведите сиденье как можно дальше назад, пока не достигнете педалей.
- Немного наклоните спинку сиденья. Большинство автомобилей позволяют это. Это помогает обеспечить зазор в 10 дюймов.
- Если рулевое колесо регулируется, наклоните его вниз. Это направит подушку к вашей груди, а не к голове.
Правила безопасности для детей и отключение подушек безопасности
Для детей правила меняются. Подушка безопасности может травмировать или убить непристегнутого ребенка, сидящего слишком близко. Также существует опасность, если ребенок будет выброшен вперед при экстренном торможении.
Следуйте этим инструкциям точно:
- Дети младше 12 лет должны ехать на заднем сиденье. Используйте правильно установленную систему детского удерживающего устройства, соответствующую возрасту.
- Если заднее детское кресло (для детей младше 1 года и весом менее 20 фунтов / 10 кг) оснащено подушкой безопасности, никогда не размещайте его на переднем пассажирском сиденье.
- Если вашему ребенку уже есть 1 год и он находится на переднем сиденье, используйте переднее детское кресло, бустер или подходящий ремень безопасности. Отведите сиденье как можно дальше назад.
Некоторые владельцы могут запросить отключение подушки безопасности. Это объясняется далее.
В 1997 году Национальная администрация безопасности движения на шоссе (NHTSA) столкнулась с суровой реальностью. Подушки безопасности не только спасают жизни, но и убивали людей небольшого роста. Водителей низкого роста. Сила срабатывания была слишком высокой для всех находящихся в салоне. Именно поэтому было выпущено окончательное правило. Оно позволяет производителям снижать мощность срабатывания подушек безопасности на 20–35 процентов. Менее жестокое. Более безопасное для уязвимых пассажиров.
Но этого недостаточно для всех. Некоторые люди не могут сидеть достаточно далеко. Некоторые могут нуждаться в детских креслах, установленных лицом назад, если задних сидений нет или их использование нецелесообразно. Таким образом был открыт путь к установке выключателей (вкл./выкл.).
Это не стандартное оборудование. Это специальные устройства, предназначенные для конкретных групп риска. Вы не могли просто щелкнуть выключателем из-за нервозности. Требуется разрешение.
Кто имеет право на отключение?
Правила строгие. Вы должны относиться к одной из следующих групп, чтобы получить разрешительное письмо от NHTSA. Без этого письма ремонтная мастерская не стала бы выполнять работу.
Для водителя и пассажира:
Состояние здоровья, при котором риск от подушки безопасности превышает риск самого столкновения. Речь идет о серьезных деформациях грудной клетки или других физических недостатках, когда сила удара подушки более опасна.
Со стороны водителя:
Здесь речь идет о геометрии. Если вы не находитесь на расстоянии не менее 10 дюймов (25,4 см) от центра крышки подушки безопасности водителя для безопасного управления автомобилем, вы можете подпадать под действие исключения. Медицинские проблемы в сочетании с этим пространственным ограничением.
Со стороны пассажира:
Здесь есть два основных сценария.
1. Перевозка младенцев в детских креслах, установленных лицом вперед и лицом назад. Это относится к случаям, когда в автомобиле нет заднего сиденья, заднее сиденье слишком мало для кресла или если вам необходимо постоянно контролировать состояние здоровья ребенка.
2. Дети в возрасте от 1 до 12 лет должны сидеть на переднем сиденье. Опять же, только если нет задних сидений, количество детей превышает вместимость задних сидений или если требуется постоянное медицинское наблюдение.
Обратите внимание на закономерность. Это никак не связано с комфортом. Это связано с тем, что автомобили физически не могут обеспечить безопасное расстояние и удовлетворить экстренные медицинские потребности, а также не имеют пространства для соблюдения стандартных протоколов безопасности.
Бюрократические препятствия
Если вы думаете, что это простая поездка к прилавку запчастей, вы ошибаетесь. Требуется соблюдение определенных процедур.
Во-первых, вам понадобится брошюра NHTSA «Подушки безопасности и выключатели: информация для принятия обоснованных решений». Кроме того, вам также понадобится форма Запрос на установку выключателя подушки безопасности (вкл./выкл.) *.
Где я могу найти эти документы?
— На веб-сайте NHTSA.
— В клубе AAA.
— У дилеров новых автомобилей.
— В Департаменте транспортных средств штата.
Пожалуйста, заполните форму. Отправьте ее в NHTSA на рассмотрение. Если она будет принята, вы получите письмо о принятии. Отнесите это письмо в ремонтную мастерскую.
Поговорите с дилером или специалистом перед началом обширного процесса оформления документов. Проверьте, доступен ли выключатель для конкретной марки и модели автомобиля. Если нет, процесс может отличаться.
Требования к модернизации
Если вы хотите установить модернизированный выключатель (вкл./выкл.), федеральное законодательство неумолимо. Выключатель должен управляться ключом. Никаких бесключевых систем. Он также должен иметь индикаторную лампу, указывающую, включены или выключены подушки безопасности.
Эти функции безопасности не являются необязательными. Они предотвращают случайное отключение. Они обеспечивают вас информацией о состоянии системы пассивной безопасности.
Что насчет медицинских состояний?
Здесь люди часто путаются. Тот факт, что у вас есть медицинская проблема, не означает, что ваша подушка безопасности должна быть отключена.
Группа врачей, участвовавших в Национальной конференции по медицинским показаниям для отключения подушек безопасности, рассмотрела поток писем, направленных в Национальную администрацию безопасности движения на шоссе. Они сосредоточились на распространенных жалобах. Они отказали многим людям.
Предпосылки (состояния, которые НЕ являются основанием для отключения):
— кардиостимулятор;
— ношение очков;
— стенокардия;
— эмфизема;
— астма;
— предыдущая мастэктомия;
— перенесенные операции на спине или шее;
— пожилой возраст;
— остеопороз;
— артрит;
— беременность.
Эти состояния не могут служить основанием для отключения. Риск травмы при срабатывании подушки безопасности по-прежнему считается меньшим, чем риск столкновения без подушки безопасности. Подушки безопасности рассчитаны на срабатывание с достаточной силой, чтобы преодолеть сопротивление. В большинстве ситуаций эта сила управляема.
Правило 10 дюймов
Даже если выключатель есть, не отключайте его, если это не необходимо. Если вы можете отодвинуться на 10 дюймов, оставайтесь на месте.
Подушки безопасности — это мощные взрывные устройства. Это не подушка. Газовая буферная зона создается за миллисекунды. При близком контакте давление может вызвать серьезные переломы лица, травмы глаз и внутренние повреждения.
Для тех, кто не может обеспечить это расстояние, снижение мощности является единственным логичным вариантом. Риск травмы, причиненной подушкой, больше, чем риск столкновения.
Заводское оборудование и изменения
Вы можете заметить здесь разницу. Заводские выключатели разрешены в ограниченных случаях. Только если в автомобиле нет заднего сиденья или если заднее сиденье слишком мало для детского кресла, установленного лицом назад.
А как насчет водителей? Ни в коем случае. Производителям запрещено устанавливать выключатели подушки безопасности водителя на новые автомобили.
Почему? NHTSA обеспокоена нарушением правил. Если бы в каждой новой машине был выключатель на панели приборов, люди отключали бы его ради удобства. Они ставили ноги на панель приборов. Они сидели слишком близко друг к другу. Подушки безопасности также были бы опцией.
Они также обеспокоены инженерными ресурсами. Установка выключателей и перепроектирование приборных панелей отвлекает от разработки более безопасных и продвинутых систем подушек безопасности. Лучше сделать подушки безопасности более безопасными для всех, чем облегчить людям возможность избежать их использования.
Индивидуальные исключения
Что если автомобиль старый? Что если производитель не предлагает модернизированный выключатель (вкл./выкл.)?
NHTSA выдает разрешение в индивидуальном порядке. Даже если критерии соблюдены, лицензия может быть выдана, если на рынке нет одобренных выключателей. Это не гарантия. Это процесс рассмотрения.
Но есть одно абсолютное правило. Не пытайтесь отключить подушку безопасности самостоятельно.
Это не проект «сделай сам». Модуль подушки безопасности содержит взрывчатые вещества. Если обращаться с ним неправильно, вы можете травмировать себя или других. Эта система основана на точном тайминге и электрической целостности. У нас нет инструментов для ее воспроизведения.
Подушки безопасности — это серьезная инженерия. Они могут спасти жизни. Но для некоторых людей они опасны. Правила отключения отражают это противоречие. У его строгости есть причина. Они балансируют потребности в защите большинства с потребностями в выживании немногих.
Будущее подушек безопасности
Обсуждение на этом не остановилось. По мере того как датчики становятся умнее, а камеры совершенствуются, подушки безопасности также развиваются. Но это уже другая история.
Математика миллисекунд для защиты при боковом ударе
Боковые столкновения составляют 30% всех аварий, но приводят к серьезным травмам в 40% случаев. До недавнего времени автомобильная промышленность фокусировалась на фронтальных и задних столкновениях. Это меняется. Производители автомобилей усилили дверные рамы и конструкции крыши, но настоящим нововведением стали боковые подушки безопасности.
Фронтальные подушки безопасности — это просто. Бампер, капот и двигатель поглощают начальную энергию. На передачу этой силы пассажиру требуется 30–40 миллисекунд. Боковые удары — это ужасно. Нет зоны деформации. Между вами и другими автомобилями лишь тонкие двери и несколько дюймов пространства. Подушки безопасности должны раскрыться за 5–6 миллисекунд. Это разница между жизнью и смертью.
Конструкции с креплением на спинке сиденья против крепления на двери
Инженеры Volvo решили, что крепление на спинке сиденья является лучшим решением. Оно защищает пассажиров любого роста независимо от положения в сиденье. Они установили механический датчик в подушке сиденья, который служит триггером. Это предотвращает надувание подушки безопасности на стороне, не подвергшейся удару. Также это предотвращает ложные срабатывания при незначительных столкновениях с пешеходами или велосипедистами. Для активации этих устройств столкновение должно происходить со скоростью примерно 12 миль в час (19 км/ч).
BMW выбрала другой путь. Они выбрали подушки безопасности, крепящиеся на двери. Дверная рама добавляет объем. Это позволяет разместить более крупные подушки и охватить большую площадь.
Защита головы: ITS и шторки безопасности
Самый большой риск при боковых столкновениях — это травмы головы. Головные подушки безопасности известны как Inflatable Tubular Structure (ITS) и выглядят как длинные сосиски. Они остаются надутыми около 5 секунд. Это предотвращает вторичные или третичные удары. Они работают в сочетании с боковыми подушками безопасности для защиты пассажиров.
Другим вариантом является боковая шторка безопасности. Цель обеих систем — предотвратить удары головой о стекла или вторжение компонентов автомобиля в салон. Наука в этой области все еще нова. Прогресс происходит быстро, поскольку дизайнеры анализируют реальные данные о столкновениях и совершенствуют эти спасающие жизни функции.
