Bierne bezpieczeństwo samochodu: jak nowoczesne pojazdy chronią Cię podczas wypadku

Bezpieczeństwo motoryzacyjne dzieli się tradycyjnie na dwa rodzaje — czynne i bierne. Bezpieczeństwo czynne odnosi się do systemów i urządzeń, które przede wszystkim pomagają uniknąć kolizji. Bezpieczeństwo bierne to z kolei zdolność samochodu do ochrony życia i zdrowia jego pasażerów, gdy do wypadku już dojdzie. Każdy nowoczesny pojazd opiera się na połączeniu kluczowych systemów bezpieczeństwa biernego — w tym pasów bezpieczeństwa, poduszek powietrznych i stref zgniotu — aby zminimalizować obrażenia podczas zderzenia.

Co dzieje się z samochodem i jego pasażerami podczas kolizji?

Podczas zderzenia czołowego samochód ulega zgnieceniu i gwałtownie się zatrzymuje — ale pasażerowie wskutek bezwładności poruszają się dalej do przodu, w stronę kierownicy, deski rozdzielczej i przedniej szyby. Może się wydawać, że wewnątrz kabiny nie ma dość miejsca, by rozpędzić się do niebezpiecznej prędkości, lecz działające siły są oszałamiające. Opóźnienie może osiągać dziesiątki g, czyniąc uderzenie równoważnym skokowi ze szczytu wieżowca.

Aby pasażerowie przeżyli poważny wypadek bez obrażeń, ich prędkość musi zostać zredukowana możliwie stopniowo i płynnie — podobnie jak wielowarstwowe maty amortyzują upadek z wysokości. Osiągnięcie tego wewnątrz samochodu wymaga, by konstrukcja nadwozia robiła jednocześnie dwie pozornie sprzeczne rzeczy: była dostatecznie sztywna, by chronić pasażerów, i dostatecznie podatna, by pochłaniać energię zderzenia.

Strefy zgniotu i sztywna klatka bezpieczeństwa

Nadwozia nowoczesnych samochodów rozwiązują to wyzwanie dzięki dwuczęściowej filozofii projektowania:

• Sztywna klatka pasażerska: rama konstrukcyjna otaczająca kierowcę i pasażerów jest budowana tak, by była możliwie najsztywniejsza. Wykorzystuje się stal o ultrawysokiej wytrzymałości, a w drzwiach montuje się belki wzmacniające, które zapobiegają ich zapadnięciu do wnętrza podczas uderzenia.
• Programowane strefy odkształceń: przednia (komora silnika) i tylna (bagażnik) część samochodu są zaprojektowane tak, by zgniatać się w kontrolowany sposób, pochłaniając i rozpraszając energię zderzenia, zanim dotrze ona do kabiny.

To stosunkowo niedawne rozwiązanie. Starsze pojazdy nie miały takiej konstrukcji — całe nadwozie zgniatało się równomiernie, co oznaczało, że kabina mogła ulec zniszczeniu równie łatwo jak zderzak. Dziś powszechnym widokiem jest nowoczesny samochód z całkowicie zniszczonym przodem, podczas gdy przedział pasażerski pozostaje w dużej mierze nienaruszony.

Poważne zagrożenie podczas zderzenia czołowego stanowi również silnik. Aby zapobiec wepchnięciu go do kabiny — co mogłoby być śmiertelne — nowoczesne samochody wykorzystują specjalnie zaprojektowane mocowania silnika oraz konstrukcję ściany grodziowej, które w razie poważnego wypadku kierują silnik w dół i z dala od pasażerów.

Uderzenia w tył i zagłówki

Zderzenia tylne niosą własne poważne ryzyko — przede wszystkim uraz typu „smagnięcia bicza” (whiplash) i kontuzje szyi spowodowane nagłym odrzuceniem głowy do tyłu. Aby temu przeciwdziałać, opracowano dwie generacje technologii zagłówków:

• Standardowe zagłówki: ograniczają ruch głowy do tyłu, zapobiegając nadmiernemu przeprostowi szyi.
• Aktywne zagłówki: automatycznie przesuwają się do przodu w chwili wykrycia uderzenia w tył, zapewniając natychmiastowe podparcie głowy i praktycznie eliminując niebezpieczny ruch.

Pasy bezpieczeństwa: najważniejsze urządzenie bezpieczeństwa biernego

Jeśli chodzi o ochronę pasażerów podczas wypadku, żadne urządzenie nie jest bardziej fundamentalne niż pas bezpieczeństwa. Zapożyczone z lotnictwa pasy bezpieczeństwa znacząco ewoluowały od momentu wprowadzenia ich do świata motoryzacji. Oto, jak przebiegała ta ewolucja:

• Pasy dwupunktowe: najwcześniejsze samochodowe pasy bezpieczeństwa przytrzymywały pasażera w jednym punkcie napięcia w poprzek brzucha lub klatki piersiowej. Lepsze niż nic, ale dalekie od ideału.
• Pasy trzypunktowe: obecnie powszechna konstrukcja, która równomierniej rozkłada siły zderzenia na klatkę piersiową, bark i biodra, drastycznie zmniejszając ryzyko urazów kręgosłupa i narządów wewnętrznych. Połączenie skuteczności i łatwości użycia sprawiło, że stała się standardem w pojazdach cywilnych na całym świecie.
• Pasy wielopunktowe (4-, 5- i 6-punktowe): stosowane w sportach motorowych, by mocno utrzymać kierowcę w fotelu w ekstremalnych warunkach, choć zbyt krępujące do codziennej jazdy.

Nowoczesne pasy bezpieczeństwa są znacznie bardziej zaawansowane niż zwykły pas materiału. Do kluczowych innowacji należą:

• Zwijacze bezwładnościowe: pozwalają pasowi swobodnie się przesuwać w normalnych warunkach, automatycznie dopasowując się do każdej postury i umożliwiając wygodną zmianę pozycji — ale blokują się natychmiast, gdy wykryte zostanie nagłe opóźnienie.
• Napinacze pirotechniczne: niewielkie ładunki wybuchowe, które detonują podczas wypadku, napinając pas w ciągu milisekund i mocno dociągając pasażera do fotela, zanim zadziałają siły uderzenia.

Poduszki powietrzne: druga linia obrony

Poduszki powietrzne to prawdopodobnie drugi najważniejszy wynalazek w dziedzinie bezpieczeństwa biernego po pasach bezpieczeństwa. Koncepcję — napompowanie złożonej poduszki w ułamku sekundy podczas kolizji — opatentowano po raz pierwszy w 1953 roku, choć technologia umożliwiająca jej niezawodne działanie miała powstać dopiero dwie dekady później.

Jak działa poduszka powietrzna?

Kluczem do skuteczności poduszki powietrznej jest szybkość. Inżynierowie testowali różne metody napełniania, zanim zdecydowali się na system pirotechniczny, który do dziś pozostaje standardem. Oto jak to działa:

• Czujniki zderzenia wykrywają kolizję i w ciągu milisekund wyzwalają prąd elektryczny.
• Prąd nagrzewa sprasowaną tabletkę azydku sodu (NaN3) — związku krystalicznego — powyżej 330°C.
• Azydek sodu gwałtownie rozkłada się na gazowy azot i metaliczny sód.
• Uwolniony gazowy azot napełnia poduszkę powietrzną w zaledwie 0,025 do 0,05 sekundy (25 do 50 milisekund).
• Poduszka amortyzuje pasażera, a następnie niemal natychmiast się opróżnia, pozwalając mu swobodnie się poruszać po zderzeniu.

Skutkiem ubocznym tego błyskawicznego napełnienia w zamkniętej przestrzeni jest gwałtowny skok ciśnienia, który może uszkodzić błonę bębenkową lub spowodować wstrząśnienie mózgu. Producenci zarządzają tym ryzykiem, ograniczając prędkość rozwijania poduszki i stosując poduszki o stosunkowo niewielkiej objętości, choć pewne ryzyko pozostaje w zależności od danej osoby i rozmiaru pojazdu.

Krótka historia poduszki powietrznej

Wbrew powszechnemu przekonaniu poduszki powietrzne nie wywodzą się od europejskich marek luksusowych. W połowie lat 70. XX wieku Ford i General Motors wyposażyły ponad 12 000 samochodów w systemy poduszek powietrznych — pierwsze wdrożenie na dużą skalę w historii motoryzacji. Te wczesne amerykańskie poduszki zaprojektowano jednak tak, by zastępowały pasy bezpieczeństwa, a nie je uzupełniały, co okazało się katastrofalne. Poduszka powietrzna rozwija się w stronę niezapiętego pasażera z prędkością 270–300 km/h, a udokumentowane przypadki złamań kręgów szyjnych spowodowanych przez samą poduszkę skłoniły producentów do porzucenia tego podejścia.

To Mercedes-Benz, we współpracy z firmą Bosch, ożywił i udoskonalił tę koncepcję. W 1980 roku Mercedes jako pierwszy producent zaoferował poduszki powietrzne jako wyposażenie standardowe w samochodzie produkcyjnym — klasie S — kierując się kluczową zasadą projektową: poduszki powietrzne muszą współpracować z pasami bezpieczeństwa, a nie je zastępować. To spostrzeżenie przekształciło technologię poduszek powietrznych w ratujący życie system, który znamy dzisiaj. W istocie wiele pojazdów wciąż projektuje się tak, by poduszki powietrzne w ogóle się nie rozwijały, jeśli pasażer nie jest zapięty.

Nowoczesne systemy poduszek powietrznych: więcej niż tylko kierownica

Dzisiejsze systemy poduszek powietrznych wykraczają daleko poza pojedynczą poduszkę w kierownicy. Kompleksowy nowoczesny zestaw zazwyczaj obejmuje:

• Czołowe poduszki powietrzne: dla kierowcy i pasażera z przodu, chroniące głowę i klatkę piersiową przed obrażeniami podczas zderzeń czołowych.
• Boczne poduszki powietrzne (montowane w fotelach): wbudowane w boki przednich foteli, by chronić tułów podczas uderzenia bocznego.
• Kurtyny powietrzne: rozwijane z listwy dachowej, by chronić głowy pasażerów z przodu i z tyłu. W przeciwieństwie do czołowych poduszek, kurtyny powietrzne utrzymują ciśnienie przez kilka sekund, zapewniając ochronę przez cały przebieg dachowania — oraz zapobiegając wyrzuceniu niezapiętych pasażerów.
• Kolanowe poduszki powietrzne: coraz powszechniejsze, chronią kolana i nogi przed wtargnięciem deski rozdzielczej.
• Poduszki powietrzne dla pasażerów z tyłu: niektórzy producenci zapewniają już ochronę poduszkami powietrznymi także osobom siedzącym z tyłu.

Przyszłość technologii poduszek powietrznych jest równie obiecująca. Inżynierowie opracowują systemy zdolne rozwinąć poduszki powietrzne na chwilę przed wykryciem kolizji — a nie podczas niej — ograniczając siłę uderzenia. Systemy bezpieczeństwa są też uczone rozpoznawania indywidualnych danych pasażera (wzrostu, wagi, pozycji siedzenia), by zoptymalizować rozwinięcie poduszki dla każdej konkretnej osoby zajmującej fotel w chwili wypadku.

Wniosek: bezpieczeństwo bierne działa tylko wtedy, gdy z niego korzystasz

Bez względu na to, jak zaawansowane są systemy bezpieczeństwa biernego w Twoim pojeździe — strefy zgniotu, pasy z napinaczami, wielostopniowe poduszki powietrzne, kurtyny — wszystkie one są zaprojektowane wokół jednego fundamentalnego założenia: że kierowca i każdy pasażer mają zapięte pasy bezpieczeństwa. Bez tego skuteczność wszystkich tych technologii drastycznie spada, a w niektórych przypadkach stają się one raczej niebezpieczne niż ochronne. Zawsze zapinaj pasy. Podczas każdej podróży, za każdym razem.

To jest tłumaczenie. Oryginał możesz przeczytać tutaj: https://www.drive.ru/technic/4efb330700f11713001e337d.html