Bezpieczeństwo bierne pojazdu. Poduszki powietrzne

Kolejnym ze sposobów znacznie zwiększającym szanse na przeżycie i odniesienie mniejszych obrażeń w trakcie wypadku jest zastosowanie poduszek powietrznych.

Zadaniem poduszki powietrznej w razie ewentualnego wypadku jest niedopuszczenie do bezpośredniego kontaktu kierowcy z kierownicą, a pasażerów z deską lub innymi elementami stanowiącymi wyposażenie wnętrza pojazdu. Poduszka powietrzna kierowcy wyraźnie redukuje niebezpieczeństwo ciężkich urazów głowy i klatki piersiowej, zwłaszcza w przypadku zderzenia czołowego. Obecnie system bezpieczeństwa biernego w postaci poduszek powietrznych stosowany jest jedynie w połączeniu z systemem trzypunktowych pasów bezpieczeństwa. Układ taki działa wspólnie podczas wszystkich kolejnych faz zderzenia, minimalizując potencjalne odniesienie obrażeń przez kierowcę i pasażerów.

Działanie poduszki powietrznej polega na tym, że w momencie zderzenia (w ściśle określonych warunkach) następuje gwałtowne napełnienie jej gazem. Po ułamkach sekund odpowiadających momentowi uderzenia w nią człowieka (kierowcy czy pasażera) następuje proces opróżniania, dzięki czemu w najlepszy z możliwych sposobów absorbowana jest energia uderzenia. Decydujący o jak najwłaściwszym zadziałaniu tego systemu bezpieczeństwa jest właśnie moment zgrania trzech czynności: chwili napełnienia do końca poduszki, uderzenia w nią człowieka i chwili rozpoczęcia opróżniania poduszki. To właśnie właściwe dobranie tych parametrów jest gwarancją sukcesu działania tego układu, którego efektem końcowym jest najczęściej ochrona zdrowia, a nieraz i życia kierowcy i pasażerów pojazdu. Cały system bezpieczeństwa biernego oparty na poduszce powietrznej składa się ze sterownika, czujników oraz samych poduszek. Podstawowym zadaniem sterownika w chwili wypadku jest ocena siły uderzenia oraz podjęcie decyzji o “odpaleniu” ładunku pirotechnicznego poduszki na podstawie analizy zapisanych w jego pamięci parametrów (kąt i siła uderzenia w chwili wypadku). Sterownik posiada następujące bloki:
- czujnik przyspieszeń (pirotechniczny) – zadaniem którego jest wytworzenie sygnału o przyspieszeniach (opóźnieniach) jakie występują;
- włącznik bezpieczeństwa – zabezpieczający przed zbyt wczesnym, fałszywym “odpaleniem” ładunku pirotechnicznego (np. na podstawie błędnych sygnałów z czujnika przyspieszeń). Przybiera on najczęściej postać mechanicznego czujnika opóźnień;
- układ podtrzymania napięcia – najczęściej poprzez wykorzystanie kondensatora. Dzięki niemu możliwe jest podtrzymanie napięcia zasilającego sterownik nawet w sytuacji, kiedy odłączony on zostanie od zewnętrznego napięcia zasilającego (np. w razie wypadku);
- układ scalony – realizujący funkcje przetwarzania danych z czujników, tworzenia sygnałów testujących obwody, przetwarzania napięć umożliwiających komunikację z urządzeniem diagnostycznym;
- kontroler – zarządzający pracą sterownika.
W systemie poduszki powietrznej występują następujące czujniki:
- czujniki zderzeń czołowych (zintegrowane ze sterownikiem czujniki przyspieszeń) – które w przypadku zderzenia przekazują sygnały wystarczająco wcześnie i precyzyjnie, aby ocenić konieczność aktywowania poduszki już po 15 ms od uderzenia;
- czujniki zderzeń bocznych – występują tylko w przypadku wyposażenia pojazdu w boczne poduszki powietrzne. W nowych konstrukcjach uderzenia boczne wykrywane są przez cztery czujniki zderzenia bocznego, przekazujące sygnały tak, aby zagwarantować wystarczająco wczesne zadziałanie poduszek bocznych;
- czujnik obrotów pojazdu wokół osi – określający prędkość kątową samochodu w płaszczyźnie poziomej i pionowej, a w związku z tym dający informację, czy pojazd dachuje;
- czujnik obecności pasażera – wykrywający, czy fotel pasażera jest zajęty (czy istnieje konieczność odpalenia poduszki pasażera) oraz zapewniający bezpieczeństwo pasażerom o niestandardowej budowie ciała (zwłaszcza dzieciom) lub zajmującym nietypową pozycję na siedzeniu. W najnowszych rozwiązaniach, w celu zoptymalizowania sterowania “odpalania” poduszek stosowane są czujniki określające masę, wielkość i położenie pasażera;
- wyłącznik poduszki pasażera – dzięki ustawieniu go w pozycji aktywności lub jej braku możliwe jest zdezaktywowanie zadziałania poduszki w razie wypadku przy zamocowanym na siedzeniu foteliku dla dziecka.
Wszystkie czujniki muszą być tak skonstruowane, aby sterownik wykrył jakiekolwiek stany awaryjne mogące wystąpić w praktyce.
Poduszka powietrzna składa się z generatora gazu i worka zrobionego ze specjalnego materiału. Materiałem tym jest najczęściej nylon. Kształt tych worków dla każdego pojazdu jest dobrany w ten sposób, aby po napełnieniu chroniły kierowcę przed uderzeniem w koło kierownicy, a pasażera obok kierowcy w tablicę rozdzielczą lub szybę przednią. Obecnie coraz częściej poduszki mają kształt parasola z wgłębionym środkiem Dzięki temu ewentualny kontakt pasażera z poduszką jest już mniej niebezpieczny. Worki te w trakcie normalnej eksploatacji są złożone i umieszczone analogicznie w kierownicy lub tablicy rozdzielczej nad generatorem gazu. Nad workami znajdują się osłony, które podczas napełniania ulegają pęknięciu w odpowiednich, wcześniej ustalonych, osłabionych konstrukcyjnie miejscach. Z góry ustalony kształt takiego worka nadają specjalne taśmy przytrzymujące. Wypływ gazu z worka w trakcie wgłębiania się w niego ciała pasażera jest możliwy dzięki otworom wylotowym umieszczonym w stronę kierownicy lub tablicy rozdzielczej. W praktyce stosowane są już także poduszki o regulowanym stopniu napełniania. Możliwe jest to dzięki zastosowaniu dwustopniowego ładunku pirotechnicznego lub instalowaniu dwóch niezależnych ładunków ”odpalanych” w zależności od siły zderzenia.
Generator gazu poduszki jest umieszczany pod workiem powietrznym. Jest to metalowa obudowa wypełniona dokładnie wyliczoną ilością pirotechnicznego materiału napędowego. Wewnątrz umieszczony jest zapalnik elektryczny z ładunkiem zapłonowym, wyzwalającym ładunek dodatkowy. Dopiero ładunek dodatkowy odpala właściwy materiał napędowy.
W poduszce powietrznej kierowcy po 30 ms od wystąpienia kolizji następuje zapłon ładunku pirotechnicznego i rozpoczyna się proces wytwarzania gazów. W rzeczywistości gaz napełniający poduszkę nie jest powietrzem, jak wskazuje nazwa, lecz azotem. Po 54 ms poduszka jest już całkowicie napełniona, a po 150 ms od momentu wystąpienia zderzenia pojazdu następuje proces opróżniania poduszki z gazów. Ze względu na zwiększoną odległość od elementów tablicy rozdzielczej poduszka powietrzna pasażera ma dwukrotnie większą objętość niż poduszka kierowcy. Z tego samego względu poduszka pasażera “odpalana” jest nieco później niż poduszka kierowcy. Wszystkie układy poduszek powietrznych są wyposażone w lampkę kontrolną. Jej zadaniem jest sygnalizacja wystąpienia usterki w systemie. Po włączeniu zapłonu sterownik systemu zapala lampkę kontrolną i przeprowadza diagnostykę systemu. Jeśli sterownik podczas przeprowadzanych testów nie wykryje usterki w systemie, lampka kontrolna po kilku sekundach zgaśnie. Świecenie się lampki przez dłuższy czas, to informacja o uszkodzeniu systemu.
Ze względu na ciągle rosnące wymagania w zakresie bezpieczeństwa biernego pojazdów aktualną tendencją jest wyposażanie samochodu w poduszki powietrzne chroniące również pozostałe części ciała kierowcy i pasażerów. Najczęściej stosuje się obecnie dodatkowo poduszki boczne chroniące bezpośrednio głowę i klatkę piersiową. Są one instalowane w panelach drzwiowych oraz mocowane w bokach oparcia foteli kierowcy i pasażera. Zastosowanie w praktyce znalazły również zabezpieczenia głowy poprzez wprowadzenie gazowej kurtyny, tworzonej w razie wypadku pod wykładziną sufitową wzdłuż ściany bocznej wnętrza nadwozia. Pojawiają się już także poduszki powietrzne chroniące kolana, montowane w konsoli, lub poduszki chroniące stopy, mocowane w podłodze pod dywanikiem. Można z całą pewnością powiedzieć, że współcześnie stosowane poduszki powietrzne w zdecydowanej większości przypadków ratują zdrowie a nawet życie pasażerów pojazdów. Niestety wszystkie te nowatorskie rozwiązania poduszek stosowane są na razie w pojazdach wyższych klas przeznaczonych tylko dla nielicznej rzeszy kierowców.

mgr Andrzej Kowalewski