Co spouští airbag?

B ang! Výbuchy považujeme za strašné a nebezpečné věci – ale není tomu tak vždy. Výbuchy každý den pomáhají zachraňovat lidské životy. Pokud máte tu smůlu, že jste účastníkem dopravní nehody, pečlivě kontrolovaná exploze (doufejme) vystřelí airbag z palubní desky, ztlumí náraz a pomůže snížit poškození vašeho těla. Airbagy jsou velmi jednoduché, ale také úžasně chytré, protože se musí otevřít při rychlosti vyšší než 300 km/h (200 mph) – rychleji, než může havarovat auto! Pojďme se blíže podívat na to, jak fungují.

Umělecké dílo: Airbagy zachraňují životy díky nezištné obětavosti figurín pro nárazové zkoušky, které jsou součástí designu automobilů od doby, kdy první figurína Sierra Sam provedla svou původní testovací jízdu v roce 1949. Kdybychom nemohli otestovat nové bezpečnostní inovace s figurínami bychom je nikdy nemohli reálně nasadit do našich aut. Foto Alex Durbin s laskavým svolením US Air Force a DVIDS.

Obsah

Proč autonehody způsobují škody

Stejně jako všechno ostatní na světě jsou i autonehody řízeny fyzikálními zákony – a přesněji zákony pohybu.

Vše, co se pohybuje, má hmotnost (velmi volně řečeno, to znamená, kolik „materiálu“ předmět obsahuje a úzce to souvisí s tím, jak se cítí těžký) a rychlost (volně, je to totéž jako rychlost, ale přesně to znamená rychlost v určitý směr). Cokoli, co má hmotnost a rychlost, má kinetickou energii a čím těžší je vaše auto a čím rychleji jedete, tím více kinetické energie má. To je v pořádku, dokud nebudete chtít náhle přestat – nebo dokud do něčeho nenarazíte. Veškerá energie pak musí někam jít. Přestože jsou automobily navrženy tak, aby se zmačkaly a absorbovaly nárazy, jejich energie stále představuje velké riziko pro řidiče a cestující.

Graf: Čím rychleji jedete, tím těžší je zastavit. Je to proto, že vaše kinetická energie roste s druhou mocninou vaší rychlosti (vaše rychlost × vaše rychlost). Čím více kinetické energie máte, tím více musíte ztratit, než se zastavíte. Pokud srážka zastaví vaše auto v určitém čase, čím více energie máte, tím prudší je srážka a tím větší je pravděpodobnost, že budete zraněni nebo zabiti. Airbagy pomáhají vašemu tělu zastavit se pomaleji, čímž snižují riziko zranění a smrti. [Tabulka založená na vozidle o celkové hmotnosti 1500 kg.]

Problém je v tom, že lidé v jedoucím autě mají také hmotnost a rychlost, a i když auto zastaví, budou mít tendenci pokračovat v jízdě. Základním fyzikálním zákonem (známým jako první Newtonův pohybový zákon, podle brilantního anglického fyzika Sira Isaaca Newtona, který jej poprvé vyslovil), že věci, které se pohybují, mají tendenci se pohybovat, dokud je něco (nějaká síla) nezastaví. Auta mají bezpečnostní pásy po celá desetiletí, ale jde o poměrně hrubou formu ochrany. Největší problém je, že omezují pouze vaše tělo. Vaše hlava váží překvapivých 3–6 kg (6–12 liber) – tolik jako několik sáčků cukru – a není vůbec omezená. Takže i když je vaše tělo pevně připoutané, stejný základní fyzikální zákon říká, že vaše hlava bude pokračovat a narazí do volantu nebo skla čelního skla (čelního skla). Tam přicházejí na řadu airbagy.

Jak airbagy pomáhají

Airbag je přesněji znám jako doplňkový zádržný systém (SRS) nebo doplňkový nafukovací zádržný systém (SIR). Slovo „doplňkový“ zde znamená, že airbag je navržen tak, aby vás bezpečnostní pásy chránil, spíše než aby je nahradil (spoléhat se na to, že vás airbag ochrání, aniž byste se připoutali, je extrémně nebezpečné).

Základní myšlenkou je, že airbag se nafoukne, jakmile auto při nehodě začne zpomalovat, a vyfoukne, když se k němu přitlačí vaše hlava. To je důležité: pokud by se pytel nevyfoukl, vaše hlava by se od něj jen odrazila a nebylo by vám o nic lépe.

Foto: Typická figurína pro crash testy má uvnitř zabalené více než 130 různých senzorů. Tato figurína, jejíž jméno je „Adam“, netestuje reakce při nárazu: je navržena tak, aby se potil jako skutečný člověk, takže vědci mohou testovat klimatické podmínky uvnitř auta! Foto Warren Gretz s laskavým svolením Ministerstva energetiky USA/Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (DOE/NREL).

Jak účinné jsou airbagy?

Airbagy zní, jako by to musel být dobrý nápad, ale vědci mají rádi jasné důkazy: existuje nějaký důkaz, že snižují počet úmrtí? V roce 1995 publikovali Adrian Lund a Susan Fergusonová velkou studii o dopravních nehodách na silnicích během osmi let od roku 1985 do roku 1993. Zjistili, že airbagy snížily úmrtnost o 23–24 procent při čelních nárazech a o 16 procent při nehodách všeho druhu, ve srovnání s vozy vybavenými pouze manuálními bezpečnostními pásy.

To je samozřejmě obrovské zlepšení, ale je důležité si uvědomit, že airbagy jsou násilně výbušné věci, které samy o sobě představují nebezpečí. Největší riziko je pro malé děti, i když dospělí také čelí malému riziku poranění očí a ztráty sluchu. Pokud vám airbag zachrání život, pravděpodobně považujete mírné riziko zranění za cenu, kterou stojí za to zaplatit. I tak je zjevně důležité studovat potenciální nebezpečí airbagů, abychom je mohli vyrobit co nejbezpečnější a nejúčinnější. Moderní airbagy (instalované od konce 1990. let XNUMX. století) se spouští s menší silou než starší konstrukce a existují přesvědčivé důkazy, že to snížilo náhodná úmrtí, zejména u dětí, aniž by byla ohrožena bezpečnost cestujících.

Jak fungují airbagy

1. Když auto do něčeho narazí, začne velmi rychle zpomalovat (ztrácet rychlost).
2. Akcelerometr (elektronický čip, který měří zrychlení nebo sílu) detekuje změnu rychlosti.
3. Pokud je zpomalení dostatečně velké, akcelerometr spustí okruh airbagu. Normální brzdění negeneruje dostatečnou sílu k tomu.
4. Obvod airbagu prochází elektrickým proudem topným článkem (trochu jako jeden z drátů v toustovači).
5. Topné těleso zapálí chemickou výbušninu. Starší airbagy používaly jako výbušninu azid sodný; novější používají jiné chemikálie.
6. Jak výbušnina hoří, generuje obrovské množství neškodného plynu (typicky buď dusíku nebo argonu), který se zaplaví do nylonového sáčku sbaleného za volantem.
7. Jak se taška roztahuje, sfoukne plastový kryt z volantu a nafoukne se před řidičem. Sáček je potažen křídovou látkou, jako je mastek, aby se usnadnilo jeho rozbalení.
8. Řidič (pohybující se vpřed kvůli nárazu) tlačí na tašku. Díky tomu se vak vyfoukne, protože plyn, který obsahuje, uniká malými otvory kolem jeho okrajů. Než auto zastaví, pytel by měl být úplně vypuštěný.

Kdo vynalezl airbagy?

Když budete hledat na internetu, zjistíte, že za vynález airbagů je připisováno několik různých lidí. Kdo na ně myslel jako první? Ve Spojených státech se zdá, že to byl John W. Hetrick z Newportu v Pensylvánii, kdo přišel s nápadem po nehodě, při které sjel se svým autem ze silnice do příkopu, aby nenarazil do kamene, čímž málem odhodil svou dceru. přes čelní sklo. Hetrick podal svůj patent na sestavu bezpečnostního polštáře pro automobilová vozidla 5. srpna 1952 (byl udělen jako americký patent č. 2,649,311 18 1953 896312. srpna 1951). Mezitím v Evropě podal německý vynálezce jménem Walter Linderer v říjnu 10 patent na airbag (DE1953C: Zařízení na ochranu osob ve vozidle před zraněním v případě kolize), asi XNUMX měsíců před Hetrickem, ačkoli mu byly oficiálně uděleny tři patenty. měsíců po Hetrickově patentu v listopadu XNUMX. Jak se často v historii vynálezu stává, zdá se pravděpodobné, že oba muži přišli se stejnou myšlenkou nezávisle ve víceméně ve stejnou dobu.

Umělecké dílo: Originální design airbagu Johna Hetricka z roku 1953, který jsem obarvil, aby se dal lépe sledovat. Jsou zde tři samostatné nákresy znázorňující hlavní mechanismus (zabírající většinu obrázku), perspektivní pohled řidiče na volant (vpravo dole) a pohled na nafouknutý vak ze strany (vpravo nahoře). Vak je spouštěn těžkým závažím (modré) přidržovaným pružinou (žlutá) uvnitř červeného válce vpravo. Po nárazu závaží zatlačí pružinu doprava a otevře ventil uvnitř trubky (tyrkysová), který umožňuje proudění stlačeného vzduchu z válce (zelená) a nafouknutí polštáře airbagu. Umělecká díla s laskavým svolením US Patent and Trademark Office. Přečtěte si úplný popis v části Sestava bezpečnostního polštáře pro automobilová vozidla (prostřednictvím patentů Google).

Od té doby na této myšlence stavělo mnoho dalších vynálezců, zejména Allen K. Breed (1927–2000), který vyvinul řadu různých způsobů spuštění výbuchu plynu uvnitř airbagu těsně před nárazem nárazu. Podle nekrologu Breed’s New York Times vytvořil svůj první návrh airbagu v roce 1968 a podal četné patenty na vylepšení, což pomohlo proměnit Breed Corporation v jednoho z největších světových dodavatelů bezpečnostních systémů pro automobily.

Mezi další rané průkopníky patří Charles O Berryman z Eaton Yale a Towne Inc, který vyráběl airbagy pro Ford (US3441290A: Bezpečnostní systém pro vozidla z roku 1967), Maurice Leising a kolegové z Chrysler (US3618981A: Nafukovací zařízení z roku 1969) a Irving a Emanuel Landsman (US3617073A: Automobilový bezpečnostní systém podaný v roce 1969), který byl mezi prvními, kdo popsal boční airbagy pro řidiče a cestující na zadních sedadlech. V Evropě inspirovala práce Waltera Linderera Mercedes k experimentování s airbagy ve svých luxusních vozech. Vývoj začal v polovině 1960. let a v roce 1971 vznikl další vlivný patent US3874693A/DE2152902C2: Ochranné zařízení, zejména pro cestující v motorových vozidlech.