Seguretat passiva de l'automòbil: com els vehicles moderns et protegeixen en un accident

La seguretat de l’automòbil es divideix convencionalment en dos tipus: activa i passiva. La seguretat activa es refereix als sistemes i dispositius que ajuden un cotxe a evitar una col·lisió en primer lloc. La seguretat passiva, en canvi, és la capacitat del cotxe de protegir la vida i la salut dels seus ocupants quan es produeix un accident. Tots els vehicles moderns es basen en una combinació de sistemes clau de seguretat passiva, com ara els cinturons de seguretat, els coixins de seguretat i les zones de deformació programada, per minimitzar les lesions durant un xoc.

Què passa amb un cotxe i els seus passatgers durant una col·lisió?

En una col·lisió frontal, el cotxe es deforma i s’atura bruscament, però els passatgers continuen movent-se cap endavant per inèrcia, llançant-se cap al volant, el tauler de comandaments i el parabrisa. Pot semblar que dins de l’habitacle no hi ha prou espai per acumular una velocitat perillosa, però les forces implicades són impressionants. La desacceleració pot arribar a desenes de g, fet que fa que l’impacte sigui equivalent a saltar des de dalt d’un gratacel.

Per mantenir els ocupants vius i il·lesos en un accident greu, cal reduir la seva velocitat de la manera més gradual i suau possible, de manera molt semblant a com s’utilitzen matalassos de múltiples capes per amortir les caigudes des d’una alçada. Aconseguir-ho dins d’un cotxe requereix que l’estructura de la carrosseria faci dues coses aparentment contradictòries alhora: ser prou rígida per protegir els ocupants i prou flexible per absorbir l’energia del xoc.

Les zones de deformació programada i la cèl·lula de seguretat rígida

Les carrosseries dels cotxes moderns resolen aquest repte mitjançant una filosofia de disseny de dues parts:

• Cèl·lula de passatgers rígida: L’estructura que envolta el conductor i els passatgers està construïda per ser tan rígida com sigui possible. Utilitza acer d’ultra alta resistència, i s’incorporen barres de reforç a les portes per evitar que es col·lapsin cap a dins en cas d’impacte.
• Zones de deformació programada: Les seccions davantera (compartiment del motor) i posterior (maleter) del cotxe estan dissenyades per deformar-se de manera controlada, absorbint i dissipant l’energia del xoc abans que arribi a l’habitacle.

Aquest enfocament és un desenvolupament relativament recent. Els vehicles més antics no tenien aquesta enginyeria: tota la carrosseria es deformava de manera uniforme, és a dir, l’habitacle tenia tantes probabilitats de col·lapsar com el para-xocs. Avui dia, és habitual veure un cotxe modern amb la part davantera completament destruïda mentre l’habitacle dels passatgers roman en gran part intacte.

El motor també suposa un risc greu en una col·lisió frontal. Per evitar que sigui empès cap a l’habitacle, cosa que podria ser fatal, els cotxes moderns utilitzen suports de motor i estructures de paret tallafocs especialment dissenyats que dirigeixen el motor cap avall i lluny dels ocupants en cas d’un xoc greu.

Impactes posteriors i reposacaps

Les col·lisions per la part posterior comporten els seus propis riscos greus, sobretot la lesió cervical (cop de fuet) i les lesions al coll causades pel sobtat retrocés del cap. S’han desenvolupat dues generacions de tecnologia de reposacaps per abordar-ho:

• Reposacaps estàndard: Limiten el moviment del cap cap enrere per evitar la hiperextensió del coll.
• Reposacaps actius: Es mouen automàticament cap endavant en el moment en què es detecta un impacte posterior, proporcionant un suport instantani al cap i eliminant pràcticament el moviment perillós.

Cinturons de seguretat: el dispositiu de seguretat passiva més important

Quan es tracta de protegir els ocupants durant un accident, cap dispositiu és més fonamental que el cinturó de seguretat. Manllevat de l’aviació, els cinturons de seguretat han evolucionat significativament des de la seva introducció al món de l’automòbil. Així és com es va desplegar aquesta evolució:

• Cinturons de dos punts: Els primers cinturons de seguretat de l’automòbil subjectaven el passatger pel ventre o el pit en un únic punt de tensió. Millor que res, però lluny de ser ideals.
• Cinturons de tres punts: El disseny ara universal que distribueix les forces del xoc de manera més uniforme pel pit, l’espatlla i la falda, reduint dràsticament el risc de lesions a la columna vertebral i als òrgans interns. La seva combinació d’eficàcia i facilitat d’ús el va convertir en l’estàndard per als vehicles civils de tot el món.
• Cinturons de múltiples punts (4, 5 i 6 punts): S’utilitzen en l’automobilisme esportiu per subjectar el conductor fermament al seient en condicions extremes, tot i que són massa restrictius per a la conducció diària.

Els cinturons de seguretat moderns són molt més sofisticats que una simple corretja. Les innovacions clau inclouen:

• Carrets d’inèrcia: Permeten que el cinturó es mogui lliurement en condicions normals, adaptant-se automàticament a qualsevol mida corporal i deixant que l’usuari canviï de posició còmodament, però bloquejant-se a l’instant quan es detecta una desacceleració sobtada.
• Pretensors pirotècnics: Petites càrregues explosives que detonen en un xoc, tibant el cinturó en mil·lisegons i empenyent l’ocupant fermament cap enrere al seient abans que les forces de l’impacte facin efecte.

Coixins de seguretat: la segona línia de defensa

Els coixins de seguretat són, sens dubte, el segon invent de seguretat passiva més important després dels cinturons de seguretat. El concepte —inflar una bossa plegada en una fracció de segon durant una col·lisió— es va patentar per primera vegada el 1953, tot i que la tecnologia per fer-lo funcionar de manera fiable no existiria fins dues dècades més tard.

Com funciona un coixí de seguretat?

La clau perquè un coixí de seguretat sigui efectiu és la velocitat. Els enginyers van provar diversos mètodes d’inflat abans de decidir-se per un sistema pirotècnic, que continua sent l’estàndard avui dia. Així funciona:

• Els sensors de xoc detecten una col·lisió i activen un corrent elèctric en mil·lisegons.
• El corrent escalfa una pastilla compacta d’azida de sodi (NaN3) —un compost cristal·lí— per sobre dels 330 °C.
• L’azida de sodi es descompon ràpidament en gas nitrogen i sodi metàl·lic.
• El gas nitrogen alliberat infla el coixí de seguretat en només 0,025 a 0,05 segons (25 a 50 mil·lisegons).
• La bossa amorteix l’ocupant i després es desinfla gairebé immediatament, permetent-li moure’s lliurement després del xoc.

Un efecte secundari d’aquest inflat ràpid en un espai tancat és un fort pic de pressió que pot causar danys al timpà o una commoció cerebral. Els fabricants gestionen aquest risc limitant la velocitat de desplegament del coixí de seguretat i utilitzant bosses de volum relativament petit, tot i que continua existint un cert risc segons l’individu i la mida del vehicle.

Una breu història del coixí de seguretat

Contràriament a la creença popular, els coixins de seguretat no es van originar amb les marques de luxe europees. A mitjans de la dècada de 1970, Ford i General Motors van equipar més de 12.000 cotxes amb sistemes de coixins de seguretat, el primer desplegament a gran escala de la història de l’automòbil. Tanmateix, aquests primers coixins de seguretat americans estaven dissenyats per substituir els cinturons de seguretat en lloc de complementar-los, cosa que va resultar desastrosa. Un coixí de seguretat es desplega cap a un ocupant sense cinturó a 270-300 km/h, i els casos documentats de fractures de vèrtebres cervicals causades pel mateix coixí de seguretat van fer que els fabricants abandonessin aquest enfocament.

Va ser Mercedes-Benz, treballant en col·laboració amb Bosch, qui va reviure i perfeccionar el concepte. El 1980, Mercedes es va convertir en el primer fabricant a oferir coixins de seguretat com a equipament de sèrie en un cotxe de producció —la Classe S— amb un principi de disseny crucial: els coixins de seguretat han de treballar conjuntament amb els cinturons de seguretat, no en lloc d’ells. Aquesta idea va transformar la tecnologia dels coixins de seguretat en el sistema salvavides que coneixem avui dia. De fet, molts vehicles encara estan dissenyats de manera que els coixins de seguretat no es despleguin si l’ocupant no porta el cinturó cordat.

Sistemes moderns de coixins de seguretat: més enllà del volant

Els sistemes de coixins de seguretat actuals van molt més enllà d’una sola bossa al volant. Una configuració moderna i completa sol incloure:

• Coixins de seguretat frontals: Per al conductor i el passatger del davant, protegeixen contra lesions al cap i al pit en col·lisions frontals.
• Coixins de seguretat laterals (muntats al seient): Incorporats als laterals dels seients davanters per protegir el tors durant un impacte lateral.
• Coixins de seguretat de cortina: Es despleguen des del muntant del sostre per protegir els caps dels passatgers davanters i posteriors. A diferència dels coixins de seguretat frontals, els de cortina mantenen la pressió durant diversos segons per oferir protecció durant un bolc i per evitar que els passatgers sense cinturó surtin disparats.
• Coixins de seguretat per als genolls: Cada vegada més habituals, protegeixen els genolls i les cames de la intrusió del tauler de comandaments.
• Coixins de seguretat per als passatgers del darrere: Alguns fabricants ara també inclouen protecció amb coixí de seguretat per als ocupants del seient del darrere.

El futur de la tecnologia dels coixins de seguretat és igualment prometedor. Els enginyers estan desenvolupant sistemes que poden desplegar els coixins de seguretat moments abans que es detecti una col·lisió —en lloc de durant aquesta— reduint la gravetat de l’impacte. Els sistemes de seguretat també s’estan entrenant per reconèixer dades individuals dels ocupants (alçada, pes, posició del seient) per optimitzar el desplegament del coixí de seguretat per a cada persona concreta que ocupi el seient en el moment d’un xoc.

La conclusió: la seguretat passiva només funciona quan l’utilitzes

Per molt avançats que siguin els sistemes de seguretat passiva del teu vehicle —zones de deformació programada, cinturons amb pretensors, coixins de seguretat de múltiples etapes, sistemes de cortina—, tots estan dissenyats al voltant d’una única hipòtesi fonamental: que el conductor i tots els passatgers porten posat el cinturó de seguretat. Sense això, l’eficàcia de totes aquestes tecnologies cau dràsticament i, en alguns casos, esdevenen perilloses en lloc de protectores. Corda’t sempre el cinturó. A cada viatge, cada vegada.

Aquesta és una traducció. Pots llegir l’original aquí: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e337d.html