Passiivinen turvallisuus autossa: kuinka nykyaikaiset ajoneuvot suojaavat sinua kolarissa

Ajoneuvojen turvallisuus jaetaan perinteisesti kahteen tyyppiin – aktiiviseen ja passiiviseen. Aktiivinen turvallisuus tarkoittaa järjestelmiä ja laitteita, jotka auttavat autoa välttämään törmäyksen jo ennalta. Passiivinen turvallisuus puolestaan on auton kyky suojella matkustajiensa henkeä ja terveyttä silloin, kun onnettomuus tapahtuu. Jokainen nykyaikainen ajoneuvo nojaa keskeisten passiivisten turvajärjestelmien yhdistelmään – turvavöihin, turvatyynyihin ja muodonmuutosvyöhykkeisiin – minimoidakseen vammat kolarissa.

Mitä autolle ja sen matkustajille tapahtuu törmäyksessä?

Etutörmäyksessä auto rutistuu kokoon ja pysähtyy äkillisesti – mutta matkustajat jatkavat hitaudesta johtuen eteenpäin syöksyen kohti ohjauspyörää, kojelautaa ja tuulilasia. Saattaa vaikuttaa siltä, ettei matkustamossa ole tarpeeksi tilaa vaarallisen nopeuden kertymiseen, mutta vaikuttavat voimat ovat valtavia. Hidastuvuus voi saavuttaa kymmeniä g:itä, mikä tekee iskusta yhtä voimakkaan kuin hyppy korkean kerrostalon katolta.

Jotta matkustajat säilyisivät hengissä ja vahingoittumattomina vakavassa onnettomuudessa, heidän nopeuttaan on pienennettävä mahdollisimman vähitellen ja pehmeästi – paljolti samaan tapaan kuin monikerroksisilla patjoilla pehmennetään korkealta tulevia putoamisia. Tämän saavuttaminen autossa vaatii korirakennetta tekemään kaksi näennäisesti ristiriitaista asiaa yhtä aikaa: olemaan riittävän jäykkä suojellakseen matkustajia ja riittävän joustava vaimentaakseen törmäysenergian.

Muodonmuutosvyöhykkeet ja jäykkä turvakehto

Nykyaikaiset autonkorit ratkaisevat tämän haasteen kaksiosaisella suunnittelufilosofialla:

• Jäykkä matkustamokehto: Kuljettajaa ja matkustajia ympäröivä rakenteellinen kehikko on rakennettu mahdollisimman jäykäksi. Siinä käytetään erikoislujaa terästä, ja oviin on rakennettu vahvistuspalkit, jotka estävät niitä lommahtamasta sisäänpäin törmäyksessä.
• Ohjelmoidut muodonmuutosvyöhykkeet: Auton etuosa (moottoritila) ja takaosa (tavaratila) on suunniteltu rutistumaan hallitusti, jolloin ne imevät ja hajauttavat törmäysenergian ennen kuin se ehtii matkustamoon.

Tämä lähestymistapa on suhteellisen tuore kehitysaskel. Vanhemmissa ajoneuvoissa ei ollut tällaista suunnittelua – koko kori rutistui tasaisesti, mikä tarkoitti, että matkustamo oli yhtä altis luhistumaan kuin puskuri. Nykyään on tavallista nähdä moderni auto täysin tuhoutuneella etuosalla, vaikka matkustamo on säilynyt suurelta osin ehjänä.

Myös moottori muodostaa vakavan riskin nokkakolarissa. Estääkseen sitä työntymästä matkustamoon – mikä voisi olla kohtalokasta – nykyautoissa käytetään erityisesti suunniteltuja moottorinkannattimia ja palomuurirakenteita, jotka ohjaavat moottorin alaspäin ja pois matkustajien luota vakavan kolarin sattuessa.

Peräänajot ja niskatuet

Peräänajoihin liittyy omat vakavat riskinsä – ennen kaikkea niskan retkahdusvamma ja niskavammat, jotka aiheutuvat pään äkillisestä sinkoutumisesta taaksepäin. Tähän ongelmaan on kehitetty kaksi niskatukiteknologian sukupolvea:

• Tavalliset niskatuet: Rajoittavat pään liikettä taaksepäin estääkseen niskan yliojennuksen.
• Aktiiviset niskatuet: Liikkuvat automaattisesti eteenpäin sillä hetkellä, kun peräänajo havaitaan, tarjoten välittömän tuen päälle ja käytännössä eliminoiden vaarallisen liikkeen.

Turvavyöt: tärkein passiivisen turvallisuuden laite

Kun on kyse matkustajien suojaamisesta onnettomuudessa, mikään laite ei ole perustavanlaatuisempi kuin turvavyö. Ilmailusta lainatut turvavyöt ovat kehittyneet merkittävästi sen jälkeen, kun ne tulivat autoilun maailmaan. Näin tuo kehitys eteni:

• Kaksipistevyöt: Varhaisimmat auton turvavyöt pitivät matkustajaa paikallaan vatsan tai rinnan yli yhdestä kiristyspisteestä. Parempi kuin ei mitään, mutta kaukana ihanteellisesta.
• Kolmipistevyöt: Nykyään yleismaailmallinen malli, joka jakaa törmäysvoimat tasaisemmin rinnan, olkapään ja lantion yli, vähentäen dramaattisesti selkärangan ja sisäelinten vammojen riskiä. Sen tehokkuuden ja helppokäyttöisyyden yhdistelmä teki siitä standardin siviiliajoneuvoihin maailmanlaajuisesti.
• Monipistevyöt (4-, 5- ja 6-pistevyöt): Käytetään moottoriurheilussa pitämään kuljettaja tukevasti istuimessaan äärimmäisissä olosuhteissa, joskin liian rajoittavia jokapäiväiseen ajamiseen.

Nykyaikaiset turvavyöt ovat paljon kehittyneempiä kuin pelkkä hihna. Keskeisiä innovaatioita ovat:

• Kelautuvat kelat (hitausrullat): Antavat vyön liikkua vapaasti normaaleissa olosuhteissa, mukautuen automaattisesti mihin tahansa kehon kokoon ja antaen käyttäjän vaihtaa asentoa mukavasti – mutta lukittuen välittömästi, kun äkillinen hidastuvuus havaitaan.
• Pyrotekniset vyönkiristimet: Pienet räjähdepanokset, jotka laukeavat kolarissa kiskaisten vyön tiukalle millisekunneissa ja vetäen matkustajan tukevasti takaisin istuimeen ennen kuin törmäysvoimat ottavat vallan.

Turvatyynyt: toinen puolustuslinja

Turvatyynyt ovat kiistatta toiseksi tärkein passiivisen turvallisuuden keksintö turvavöiden jälkeen. Ajatus – kokoontaitetun pussin täyttäminen sekunnin murto-osassa törmäyksen aikana – patentoitiin ensimmäisen kerran vuonna 1953, vaikka teknologiaa sen luotettavaan toteuttamiseen ei ollut olemassa vielä kahteen vuosikymmeneen.

Kuinka turvatyyny toimii?

Avain turvatyynyn tehokkuuteen on nopeus. Insinöörit kokeilivat erilaisia täyttömenetelmiä ennen kuin päätyivät pyrotekniseen järjestelmään, joka on edelleen standardi nykyään. Näin se toimii:

• Törmäysanturit havaitsevat törmäyksen ja laukaisevat sähkövirran millisekunneissa.
• Virta kuumentaa pienen natriumatsidin (NaN3) – kiteisen yhdisteen – tabletin yli 330 °C:n lämpötilaan.
• Natriumatsidi hajoaa nopeasti typpikaasuksi ja natriummetalliksi.
• Vapautunut typpikaasu täyttää turvatyynyn vain 0,025–0,05 sekunnissa (25–50 millisekunnissa).
• Tyyny vaimentaa matkustajan iskun ja tyhjenee sitten lähes välittömästi, jolloin tämä voi liikkua vapaasti kolarin jälkeen.

Yksi tämän nopean täyttymisen sivuvaikutus suljetussa tilassa on jyrkkä painepiikki, joka voi aiheuttaa tärykalvon vaurioita tai aivotärähdyksen. Valmistajat hallitsevat tätä riskiä rajoittamalla turvatyynyn laukeamisnopeutta ja käyttämällä suhteellisen pienitilavuuksisia tyynyjä, joskin jonkin verran riskiä jää jäljelle yksilöstä ja ajoneuvon koosta riippuen.

Lyhyt katsaus turvatyynyn historiaan

Toisin kuin yleisesti uskotaan, turvatyynyt eivät saaneet alkuaan eurooppalaisilta luksusmerkeiltä. 1970-luvun puolivälissä Ford ja General Motors varustivat yli 12 000 autoa turvatyynyjärjestelmillä – ensimmäinen laajamittainen käyttöönotto autoilun historiassa. Nämä varhaiset amerikkalaiset turvatyynyt oli kuitenkin suunniteltu korvaamaan turvavyöt eikä täydentämään niitä, mikä osoittautui tuhoisaksi. Turvatyyny laukeaa vyöttömän matkustajan suuntaan 270–300 km/h:n nopeudella, ja dokumentoidut tapaukset, joissa turvatyyny itse aiheutti kaularangan murtumia, saivat valmistajat hylkäämään tämän lähestymistavan.

Mercedes-Benz, joka työskenteli yhteistyössä Boschin kanssa, herätti ja hioi konseptin uudelleen henkiin. Vuonna 1980 Mercedes oli ensimmäinen valmistaja, joka tarjosi turvatyynyjä vakiovarusteena sarjatuotantoautossa – S-sarjassa – kriittisellä suunnitteluperiaatteella: turvatyynyjen on toimittava yhdessä turvavöiden kanssa, ei niiden sijaan. Tämä oivallus muunsi turvatyynyteknologian siksi henkiä pelastavaksi järjestelmäksi, jonka tunnemme tänään. Itse asiassa monet ajoneuvot on edelleen suunniteltu niin, etteivät turvatyynyt laukea lainkaan, ellei matkustaja ole kiinnittänyt turvavyötään.

Nykyaikaiset turvatyynyjärjestelmät: ohjauspyörää pidemmälle

Nykypäivän turvatyynyjärjestelmät menevät paljon pidemmälle kuin yksi tyyny ohjauspyörässä. Kattava nykyaikainen kokoonpano sisältää tyypillisesti:

• Etuturvatyynyt: Kuljettajalle ja etumatkustajalle, suojaten pään ja rinnan vammoilta etutörmäyksissä.
• Sivuturvatyynyt (istuimeen asennetut): Rakennettu etuistuinten sivuihin suojaamaan ylävartaloa sivutörmäyksessä.
• Verhoturvatyynyt: Laukeavat kattolistasta suojaamaan etu- ja takamatkustajien päitä. Toisin kuin etuturvatyynyt, verhoturvatyynyt säilyttävät paineen useita sekunteja tarjotakseen suojaa koko kattoonajon ajan – ja estääkseen vyöttömiä matkustajia sinkoutumasta ulos.
• Polviturvatyynyt: Yhä yleisemmät; ne suojaavat polvia ja jalkoja kojelaudan tunkeutumiselta.
• Takamatkustajien turvatyynyt: Jotkut valmistajat tarjoavat nykyään turvatyynysuojaa myös takapenkin matkustajille.

Turvatyynyteknologian tulevaisuus on yhtä lupaava. Insinöörit kehittävät järjestelmiä, jotka voivat laukaista turvatyynyt hetkiä ennen törmäyksen havaitsemista – eikä sen aikana – vähentäen iskun vakavuutta. Turvajärjestelmiä myös opetetaan tunnistamaan matkustajakohtaisia tietoja (pituus, paino, istuma-asento) optimoidakseen turvatyynyn laukeamisen kullekin istuimessa kolarihetkellä olevalle henkilölle.

Lopputulos: passiivinen turvallisuus toimii vain, kun käytät sitä

Riippumatta siitä, kuinka edistyneitä ajoneuvosi passiiviset turvajärjestelmät ovat – muodonmuutosvyöhykkeet, vyönkiristimet, monivaiheiset turvatyynyt, verhojärjestelmät – ne kaikki on suunniteltu yhden perustavanlaatuisen oletuksen ympärille: että kuljettaja ja jokainen matkustaja käyttää turvavyötään. Ilman sitä kaikkien näiden teknologioiden tehokkuus laskee dramaattisesti, ja joissakin tapauksissa niistä tulee suojaavan sijaan vaarallisia. Kiinnitä aina turvavyö. Joka matkalla, joka kerta.

Tämä on käännös. Voit lukea alkuperäisen tekstin täältä: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e337d.html