Официально история подушки безопасности берет начало в середине прошлого века. Для меня же она началась с зимы двухтысячного года, когда во время тест-драйва Volvo по пути из Москвы в Питер под Новгородом в одну из наших машин, вылетев на встречную полосу, врезалась «девятка». Водитель «девятки» погиб, а водитель Volvo отделался лишь испугом. Правда, вечером жаловался на то, что от встречи с подушкой у него щеки горят. Был он за рулем одного из первых Volvo S80, который в реальной жизни подтвердил репутацию марки как одной из самых безопасных в мире.

Признаться, до того случая я не уделял особого внимания средствам пассивной безопасности. Но после все мои покупки автомобиля начинались с вопроса о наличии подушек безопасности.

Воздушная, но без воздуха

Кто же был создателем воздушной защитной системы? Патенты на первые автомобильные подушки безопасности одновременно подали в 1951 году Джон Хетрик (John W. Hetrick) в Соединенных Штатах Америки и инженер Вальтер Линдерер (Walter Linderer) в Германии. Оба изобретения основывались на использовании в подушках сжатого воздуха. При дальнейших исследованиях, правда, выяснилось, что устройства не отличаются быстродействием и не обеспечивают максимальной безопасности. Их использование признали нецелесообразным.

Оптимальным решением оказалось использование пиропатрона, выделяющего при срабатывании мощный поток газов, достаточный для практически мгновенного надувания воздушного мешка. И такую подушку, которой пользуются сегодня повсеместно все автопроизводители, запатентовал в 1963 году японский изобретатель Ясузобуро Кобори.

Примечательно, что в этой подушке воздуха не оказалось и в помине - только продукты сгорания, и не просто токсичные, но и опасные для здоровья, хотя всюду прижилось название «воздушный мешок» - именно так переводится с английского Airbag. Тогда как термин cushion - подушка, введенный Джоном Хетриком, почему-то не получил распространения в англоговорящих странах.

Первые автомобили с подушками

Прежде чем подушка добралась до автомобиля , прошло еще почти десять лет. В экспериментальном порядке Ford устанавливал эйрбэги на модель Ford Taunus 20M P7b, а вот первым серийным автомобилем с таким устройством на борту стал Oldsmobile Toronado 1973 модельного года.

Надо сказать, что клиенты встречали инновацию по-разному. Кто-то считал ее бесполезной и даже опасной. Тем более статистика GM зафиксировала случай разрыва сердца от внезапного срабатывания устройства. Кого-то, наоборот, воодушевляла идея того, что подушка может заменить ремнибезопасности , которыми американцы долгое время пренебрегали.

Первые эйрбэги в Европе внедрила в 1980 году компания Mercedes-Benz на флагманской модели S-класса в кузове W126. Фронтальные подушки защищали водителя и переднего пассажира. В середине девяностых Volvo в качестве опции предложила на своих автомобилях боковые подушки безопасности, которые располагались в боковинах передних кресел. В 1998 году Toyota начала устанавливать надувные шторки для защиты головы и верхней части туловища. Примерно в это же время корейская Kia выдвинула идею защиты подушкой коленей водителя, который при ударе мог сползти под рулевое колесо. Тойота разработала центральную подушку безопасности, выскакивающую из подлокотника, для предотвращения травм, которые могут нанести друг другу сами пассажиры при боковом ударе.

Ford пришел к выводу, что существенно обезопасит задних пассажиров, если снабдит надувными устройствами ремни безопасности. В 2011 году надувные ремни появились на модели Explorer, а еще через три года начал их опционально ставить и на Ford Fusion. Компания TRW представила в том же 2011 году потолочную подушку безопасности , но широкого применения изобретение не нашло до сих пор.

Эйрбэги выходят наружу

Постепенно защитные надувные приспособления заполнили весь салон автомобиля и теперь просятся наружу. Первой внешнюю подушку - для защиты пешехода - предложила Volvo на модели V40 в 2012 году. Сегодня ZF TRW (так называется объединенная компания после покупки немецким производителем трансмиссий ZF американского производителя эйрбэгов TRW) работает над внешней боковой подушкой безопасности, закрывающей всю боковину транспортного средства. По сути это надувной матрац, который прячется в пороге автомобиля и должен срабатывать не после столкновения, а перед ним. Работа на опережение требует серьезной программной проработки вопроса.

Внешняя подушка под лобовым стеклом для защиты головы пешехода появилась в 2012 году на автомобиле Volvo V40. Она обеспечивает полную защиту пешехода на скоростях 20–50 км/ч. Внешняя подушка под лобовым стеклом для защиты головы пешехода появилась в 2012 году на автомобиле Volvo V40. Она обеспечивает полную защиту пешехода на скоростях 20–50 км/ч.

Возможность смягчить удар воздушной подушкой привлекла к ней внимание и создателей других транспортных средств. Фирма Honda первой предложила эйрбэг для своего двухколесного флагмана - Gold Wing.

Но не все мотоциклы подходят для установки стационарных подушек. Чтобы от эйрбэга была польза, между наездником и мотоциклом должно быть пространство. Спортивные мотоциклы, на которых пилот буквально лежит на бензобаке, не позволяют использовать подушку безопасности. Так родилась идея использования надувных жилетов и шлемов.

Опасная защита

Призванная защищать, подушка с пиропатроном таит в себе и немалую опасность. Во-первых, она вылетает со скоростью от 200 до 300 км/ч (в зависимости от конструкции) и может нанести повреждение человеку, особенно если тот не пристегнут ремнем безопасности. Во-вторых, раскрытие происходит в замкнутом пространстве салона, и, чтобы избежать баротравм, нужно одновременно позаботиться об открытии стекол или другом способе разгерметизации салона. Компания Volvo предложила просто разбивать стекла - в этом случае вероятность заклинивания механизма опускания нулевая. В-третьих, азид натрия (NaN 3) - основной газообразующий компонент многих подушек безопасности - весьма токсичное вещество, в больших дозах опасное для здоровья человека. Поэтому необходимо быстрое проветривание салона сразу после срабатывания эйрбэга. В защитных системах небольшого объема, таких как мотоциклетные куртки, шлемы, используется сжатый воздух.Надувной защитный жилет может стать спасением для любого водителя двухколесного транспорта.

Надувной защитный жилет может стать спасением для любого водителя двухколесного транспорта.

Для снижения непроизвольного риска срабатывания подушек безопасности ряд компаний используют датчики давления в сиденьях: пассажир на месте - пиропатрон наготове. Аналогичным образом отключаются подушки при установке детских кресел, но в некоторых случаях их придется деактивировать вручную.

Наконец, не раскрывшаяся во время аварии подушка безопасности коварна, как неразорвавшаяся мина. Она угрожает спасателям, когда те для извлечения пострадавших специальными ножницами режут кузов. Внезапное срабатывание может привести к трагедии.

Из всего этого следует, что самым безопасным будет не заставлять подушку безопасности работать.

Насчитывает не один десяток лет. Главной целью этого гуманного устройства является спасение жизни и сохранения здоровья людей при самых серьезных авариях. Эти приспособления сейчас можно встретить почти на всех автомобилях, произведенных за последнее десятилетие. Их расположение, предназначение и количество претерпевают значительные изменения и современные автомобили становятся просто «нашпигованными» аирбэгами. Но когда и как они появились? Кто первым изобрёл эти устройства и как они работали?

На этот вопрос мы постараемся ответить в этой краткой статье, содержащей основные вехи в изобретении и развитии подушек безопасности.

Подушка безопасности, первые разработки.

Как это часто бывает, дорога к разработке эффективной и надежной подушке безопасности была извилистой. А первые попытки их создания относятся к 1941 году. Правда документально это не подтверждено, да и разработки были приостановлены, наступило военное время и стало не до этого.

Но вот прошла война и к забытой идее вновь устремились взоры инженеров.

Изобретение приписывают двум инженерам, создавшим каждый свое устройство, независимо друг от друга, на разных континентах (с выдающимися изобретениями такое иногда происходит).

Одним из создателей стал немецкий инженер Вальтер Линдерер, вторым был американец, Джон Хетрик. Таким образом в 1953 году был впервые выдан патент на систему способную защитить человека от удара о твердые предметы салона во время аварии.

18 августа 1953 года патент был выдан Джону Хетрику, а через 3 месяца, 12 ноября 1953 года другой патент был зарегистрирован на изобретение немца, Вальтера Линдерера.

Проблемы первых подушек безопасности

Как выяснилось позднее, научные изыскания немецкого инженера из Мюнхена имели один очень существенный недочет, который поставил жирный крест на разработки подушки по его технологии. Подушка безопасности немца имела баллон со сжатым воздухом, которым и наполнялся купол.

В чем был просчет? Давления сжатого воздуха было недостаточно для быстрого развертывания подушки, в результате чего человек ударялся о руль или приборную панель до раскрытия купола подушки безопасности. От идеи пришлось отказаться и начался поиск новых решений и компонентов системы, способных за кратчайшее время заполнить мешок газом. Оно было найдено в пиропатроне, способном в крайне короткий промежуток времени создать достаточное избыточное давление газа.

Примерно в тоже время на другом конце Атлантики к подобной идее пришел инженер-технолог ВМС , Джон Хетрик. Разработке его аирбэга помог случай и служебное положение.

Как гласит легенда, идея о том, что было бы не лишним пришла Хетрику в результате аварии, когда он ехал на своем автомобиле вместе с семьей. По счастливому стечению обстоятельств в той аварии никто не пострадал, даже автомобиль не был серьезно поврежден. Но пережитое настолько серьезно поразило будущего изобретателя, что приехав домой, в ту же ночь он сел за создание чертежей, которым суждено было стать прообразом подушек безопасности будущего. Также полезным в разработке устройства оказался опыт службы в Военно-Морском Флоте, а точнее опыт обслуживания торпед.

Как и у немца задумка заключалась в использовании сжатого воздуха. Проект был обречен.

Прорыв в технологиях для airbag

Потребуются годы и десятилетия в проектировании, тестировании и создании работающих экземпляров подушек безопасности. Разработка легла на плечи мировых автогигантов и их инженеров. Но даже не смотря на приложение таких усилий, первые аирбеги появились гораздо позже предполагаемого срока.

В США, этой проблемой одновременно занялись и в конце 1950-х годов. Но обе компании быстро пришли к пониманию сложностей в изобретения.

Существовало два препятствия, которые необходимо было преодолеть для того, чтобы подушка безопасности стала успешной.

Первое- нужно было изобрести датчик удара, который надежно обнаруживал факт столкновения.

Второе- скорость наполнения подушки должна была быть в районе 40 миллисекунд.

Оба производителя посчитали, что эти две задачи являются непреодолимыми при нынешнем уровне технологий и потеряли интерес к этой идее. Но ненадолго.

В 1967 году произошел прорыв в развитии датчиков подушек безопасности, когда Аллен Брид создал основной компонент для использования аирбэгов- шариковый сенсор, определяющий столкновения. Это устройство используется для определения резкого изменения скорости и до сих пор применяется в системах пассивной безопасности.

Второй важный шаг был совершен, когда была разработана и применена система надувания подушки не с помощью воздуха, но с помощью пиропатрона, соединяющего две составляющих, азида натрия (Nan3) с нитратом калия (KNO3), для создания азота. Который и надувает подушку.

Третий ключевой момент состоялся в Японии, где в 1963 году изобретатель Ясузабуро Кобори запатентовал свое видение подушки безопасности. И именно этот патент используется во всех подушках безопасности современности. Кобори умер в 1975 году, так и не увидев внедрение систем подушек безопасности.

Создание первых серийных экземпляров аирбэгов

После этих решающих моментов, в начале 70-х годов началась эра развития подобных систем безопасности. На волне инженерных успехов решил, устанавливать подушки на свои автомобили. Тем не менее при всем прогрессе и проделанной работе, эти планы также было не просто реализовать. Причина на этот раз заключалась в экономических факторах, компоненты стояли настолько дорого, что массово производить их было просто не выгодно. И вторая часть нерешенной к тому времени проблемы была противоположенной той задаче, которую должна была решать подушка безопасности, дело в том, что при испытаниях она чаще ранила людей, чем спасала. Параллельно с этим были решены другие менее важные, но необходимые конструктивные недостатки, в том числе и относящиеся к салону автомобилей тех времен.

И только упорным трудом, инженеры, химики, физики, дизайнеры смогли создать то устройство, которое используется во всех современных автомобилях и спасает тысячи жизней в самых серьезных авариях.

Это авторский, с замечаниями из российской практики, перевод статьи «Air Bag Deployment Criteria », опубликованной в 2014 году Kenneth Solomon и Jesse Kendall в журнале «The Forensic Examiner® », официальном рецензируемом научном журнале Американского колледжа Института судебных экспертов, который приобрел популярность и признание в качестве ведущего судебно-экспертного журнала в мире.

И так как наши люди в булочную на такси такие журналы не читают, эта статья на «Праворубе» будет полезна как адвокатам по ДТП, так и читающим автоэкспертам. Адвокатам – как информация для допросов в суде нечитающих автоэкспертов с целью разъяснения им их пустых заключений, а читающим автоэкспертам – для того, чтобы не давать заключения на основе шаманского камлания.

Введение

Модули управления подушек безопасности используют сложные алгоритмы для принятия решений о развертывании на основе оценки серьезности аварии, связанной с изменением скорости движения транспортного средства или замедления в течение некоторого времени. Из-за того, что алгоритмы управления являются ноу-хау производителя, их фактические значения порогов скорости, ускорения, или деформации (пути) для развертывания подушки безопасности при столкновении не известны. Значения этих параметров и алгоритмы производители автомобилей не разглашают, ограничиваясь декларативными «сильный удар» или «удар достаточной силы» в руководствах владельцев, а дилеры их просто не знают, при этом разыгрывая перед клиентами спектакли с тестирующими модули управления приборами.

Действительно, столь размытые критерии нетехнического характера создают тупиковые ситуации при предъявлении судебных претензий со стороны владельцев автомобилей, у которых подушки безопасности не сработали в ДТП, или сработали произвольно без видимых причин. Это так же создает благоприятную почву для мошеннических инсценировок ДТП, заключающихся в «перекидке» на практически не деформированный автомобиль панелей со сработавшими подушками безопасности.

Однако величины технических параметров, необходимые для развертывания подушки безопасности, могут быть установлены путем исследования результатов лабораторных краш-тестов автомобилей конкретных производителей.

Задачи статьи

1. Получение информации и понимание работы системы управления подушками безопасности и ее компонентов.
2. Получение информации и понимание, когда должны или не должны сработать подушки безопасности.Статья содержит введение в системы управления подушками безопасности и процессами их срабатывания, краткую историю датчиков удара. Описаны переменные, используемые в алгоритмах развертывания подушек безопасности, приведены сравнительные примеры с использованием нескольких запатентованных систем управления. Показан способ оценки диапазона скорости, замедления или деформации (пути), являющегося порогом для развертывания подушки безопасности.

Процесс развертывания подушек безопасности

Целью подушки безопасности является обеспечение упругой мягкой прокладки между пассажирами и интерьером автомобиля. Для достижения этой цели подушки должны быть полностью наполнены газом в короткий промежуток времени и ранее, чем пассажиры вступят с ними в контакт. Быстрое развертывание подушки потенциально может привести к смертельным травмам людей, если они уже находятся в контакте с подушкой безопасности во время ее раскрытия. Поэтому подушки безопасности должны иметь систему управления, которая может правильно распознавать, что происходит столкновение. При этом распознать достаточно рано, чтобы подушка безопасности успела раскрыться безопасно.

Подушка безопасности раскрывается после того, как электрический сигнал на раскрытие послан детонатору от модуля управления подушкой безопасности. Этот сигнал инициирует химическую реакцию, которая быстро надувает газом воздушный мешок из нейлоновой ткани. Газ содержит частицы пыли из материала, используемого для смазки мешка (как правило, тальк и кукурузный крахмал). После полного развертывания подушки газ выходит через небольшие вентиляционные отверстия. Отверстия имеют размеры и расположены так, чтобы уменьшать объем мешка с разной скоростью, в зависимости от типа транспортного средства.

История датчиков удара

Ранние системы раскрытия подушки безопасности использовали для обнаружения удара механические датчики, которые затем были изъяты из употребления на американском рынке около 1994 года. Такие датчики, как, например, «rolamite », содержали металлические ролики, стабилизированные в положении режима ожидания с помощью пружины или магнита.

При ударе за пределами предназначенного порога пружина или магнит не могли больше удерживать металлическую массу на месте. Масса перемещалась и нажимала на контакт, посылая электрический сигнал на модуль управления подушки безопасности. Системы с механическими датчиками, как правило, неточны в интерпретации небольших столкновений. Движения в механических датчиках может быть недостаточно при лобовых столкновениях, из-за чего срабатывание может происходить с задержкой. Современные датчики удара сейчас основаны на микроэлектромеханических системах (MEMS).

Новые системы распознавания удара

Новые датчики MEMS удара измеряют ускорение акселерометром, который посылает непрерывный поток данных в модуль управления подушки безопасности. Акселерометры, как правило, пьезоэлектрические или переменно емкостные датчики. Наиболее распространенным MEMS акселерометр, который используется сегодня, ADXL-50 производства Analog Devices.

Автору приходилось встречать заключения законченных идио «нечитающих» автоэкспертов, в которых они визуальным осмотром или органолептическим методом устанавливают неисправность датчика удара. Их логика ограничена примитивной цепочкой «был удар – подушки не сработали – значит, не исправен датчик удара». На самом деле процедуры тестирования таких датчиков основаны (на не утвержденных Минюстом, и, значит, на не признаваемых госэкспертами научными) алгоритмах типа Гаусса-Ньютона , требуют наличия специального программного обеспечения и оборудования . Примеры многочисленных тестов можно посмотреть на ютюбе, а при необходимости можно найти на сайте производителя официальный регламент тестирования и калибровки конкретной модели датчика.

https://youtu.be/ycThnu3k_vc

По мере того, как прицеленные к упругим элементам массы движутся относительно корпуса датчика за счет ускорения, специальные пластины, прикрепленные к массам, приближаются к другим неподвижным пластинам. Изменение расстояния между пластинами влияет на емкость датчика, или на способность удерживать электрический заряд. Это изменение емкости легко измеряется, и затем превращается в изменение напряжения. Изменение напряжения напрямую зависит от силы инерции из-за ускорения, а показания интерпретируются модулем управления подушки безопасности как ускорение. Алгоритм модуля управления может определить, является ли развертывание подушки безопасности необходимым, на основе заложенной в него математической модели импульсов ускорения во времени.

Процесс принятия решения

Модуль управления подушки безопасности (ACM) получает непрерывный сигнал от каждого датчика MEMS и записывает данные в течение определенного периода после специфического события. С помощью центрального процессора (CPU) он выполняет алгоритмические вычисления и дает или не дает команду для развертывания подушки безопасности. Алгоритмы определения степени тяжести удара работают путем оценки одного или нескольких кинематических параметров (ускорение, его производных или интегралов), список которых приведен приведены в таблице 1 ниже. Примеры блок-схем алгоритмов принятия решения показаны на следующих рисунках.

Таблица 1.

Блок-схема алгоритма, использующего параметры: изменение скорости, путь и плотность энергии.

Блок-схема алгоритма, использующего параметры: замедление и рывок (толчок).

Блок-схема алгоритма, использующего параметры: ускорение и изменение скорости.

Варианты алгоритмов
Системы распознавания удара сильно различаются между патентами. Большинство систем, запатентованных после 1995 года, используют изменение скорости «дельта-V», ускорение, или рывок, как параметры для включения системы пробуждения и для раскрытия подушек безопасности. Последние системы также включают системы анализа наличия пассажиров и анализа расстояния до пассажира. В подходах, использованных в период между 1995 и 2008 годами несколькими изобретателями, различия весьма существенны. Однако команда для срабатывания подушек безопасности зависит от одного или более из набора основных кинематических параметров, описанных выше.

Когда раскрываются подушки безопасности

В соответствии с позицией Национального управления по безопасности движения департамента транспорта США (закреплено в соответствующем стандарте США, которого придерживаются и ряд широко известных иностранных производителей автомобилей ), «подушки безопасности, как правило, предназначены для развертывания при фронтальных и почти фронтальных столкновениях, которые сравнимы с ударом в неподвижный жесткий барьер на скорости примерно от 8 до 14 миль в час». Определенные пороговые значения откалиброваны каждым производителем в соответствии с размером транспортного средства и жесткостью его конструкции. Система управления активируется для различения событий, таких как попадание в выбоину или столкновение с другим автомобилем. Это, как правило, имеет место, когда два последовательных импульса ускорения менее (примерно) -1g для небольших транспортных средств или менее (примерно) -2g для больших автомобилей, происходят в течение 10 миллисекунд. После пробуждения принимается решение либо раскрыть подушки безопасности, либо вернуться в нормальное состояние.

Из-за статуса «ноу-хау» алгоритмы управления и значения кинематических параметров для развертывания подушки безопасности при столкновении не известны. Однако, используя директиву NHTSA для подушек безопасности, в части их разворачивания при фронтальном ударе в барьер при скорости от 8 до 14 миль/ч, диапазон пороговых значений кинематических параметров может быть оценен с помощью известных значений жесткости транспортных средств и их массы.

Оценка пороговых значений

При столкновении величина деформации С (в дюймах) при заданной скорости удара V (в милях в час) связана с отношением жесткости транспортного средства k (в фунт/дюйм) и его весом w (в фунтах) с помощью следующего уравнения:

Время от начала воздействия до момента достижения максимального импульса при ударе:
Заменяя в первом выражении отношение C/V из второго выражения, получаем:
Жесткость автомобиля k может быть определена из результатов краш-тестов с учетом массы автомобиля m , деформации C , и скорости удара V . Жесткость автомобиля рассчитывается по формуле:

Таблица 2 показывает соответствующий спектр замедлений и деформаций (перемещений) в краш-тестах на фронтальный удар, для автомобилей, на которых имеются подушки безопасности, учитывая расчетное время для максимального импульса удара и для различных автомобилей по жесткости и массе.

Таблица 2


Видно, что нет существенной корреляции между весом автомобиля и его жесткостью. Две машины аналогичного веса могут иметь очень разные значения жесткости, как видно из сравнения 2010 Ford Fusion и 2010 Toyota Prius. Оба транспортных средства имеют примерно одинаковый вес автомобиля, но жесткость переда Toyota Prius значительно больше, чем жесткость Ford Fusion. Так как величина деформации и продолжительность воздействия на Ford Fusion больше, подушке безопасности Ford Fusion нужно будет раскрыться в пределах значения замедления меньших, чем те, которые требуются для Toyota Prius.

Сравнение значений

Условия реальных столкновений часто не совпадают с ударом в жесткий неподвижный барьер, и это надо учитывать при сравнении диапазонов фактических (из краш-тестов) и расчетных значений параметров. Продолжительность воздействия существенно не изменяется со скоростью удара, но в значительной степени зависит от типа столкновения. Подушки безопасности могут не развернуться, если есть жесткий удар, как наезд на столб, где деформируется только одна часть автомобиля. Подушки безопасности иногда не срабатывают, когда воздействие происходит постепенно, в течение длительного периода времени, как, когда автомобиль едет под или над другим объектом. Подушки безопасности могут не развернуться в столкновениях, в которых относительная жесткость столкнувшихся автомобилей сильно отличается. Например, столкновение передней части одного автомобиля и боковой стороны другого автомобиля. Кроме того, столкновения, которые происходят при острых углах, не всегда приводят к развертыванию подушек безопасности, так как значительного замедления в направлении продольных осей автомобилей (в направлении, измеряемом датчиком удара) не происходит.

Пример: подушки безопасности не раскрылись

Примером удара, где было значительное изменение скорости, но фронтальные подушки безопасности не сработали, было ДТП с участием Chevrolet Equinox 2007 года со встречным мотоциклом Harley-Davidson. Модуль управления подушки безопасности в Equinox зафиксировал максимальное изменение скорости 9.27 миль в час. Это значение находится в пределах диапазона от 8.0 до 14.0 миль в час, в котором ожидается развертывание подушек безопасности (как в случае фронтального удара в жесткий неподвижный барьер). Однако максимальное замедление было 3.27g. Это замедление было значительно ниже расчетного значения в диапазоне развертывания от 7.5g до 13.2g, как показано в таблице выше. Таким образом, фронтальные подушки безопасности не должны были сработать.

Пример: подушки безопасности раскрылись

Примером удара, который не привел к существенному изменению в скорости, но подушки безопасности раскрылись, было ДТП с участием Chevrolet Corvette 2007 года, который снес несколько дорожных знаков, деревьев и дорожных столбиков на очень высокой скорости. Автомобиль ударил первый объект на скорости более чем 60 миль в час, и модуль управления подушек безопасности зафиксировал максимальное изменение скорости 4.96 миль в час, что значительно ниже диапазона от 8.0 до 14.0 миль в час, в котором ожидается развертывание подушек безопасности (как в случае фронтального удара в жесткий неподвижный барьер). К счастью для пассажира и водителя, зафиксированное максимальное замедление во время удара было 11.3g, которое находится выше расчетного порогового диапазона от 6.1g до 10.6g из таблицы выше. В результате подушки безопасности раскрылись и спасли жизнь пассажира и водителя.

Заключение

Подушки безопасности должны иметь систему управления, которая может распознавать удары правильно и достаточно рано, и раскрывать подушки безопасности безопасно. Системы развертывания обычно используют электронные датчики, которые постоянно сообщают ускорение автомобиля модулю управления подушками безопасности. Модули используют сложные алгоритмы, чтобы принять решение о раскрытии подушек безопасности на основе одного или более кинематических переменных. Из-за статуса «ноу-хау» алгоритмов развертывания значения скорости, ускорения или деформации, используемые в этих алгоритмах, неизвестны. Вместо этого, диапазоны значений скоростей удара, замедлений или деформаций могут быть рассчитаны на основе данных краш-тестов и затем использованы для экспертной оценки, должны ли были раскрыться подушки безопасности в случае конкретного столкновения .

Ссылки на источники

1. Collision Safety Institute. (2011). Bosch Crash Data Retrieval System – Crash Data Retrieval. Data Analyst Course Manual.
2. Huang, Mathew. (2002). Vehicle Crash Mechanics. CRC Press.
3. US Department of Transportation National Highway Traffic Safety Administration. (2003). What You Need to Know About Air Bags - DOT HS 809 575.

Об авторах

Джесси Кендалл получил степень бакалавра наук в области гражданского строительства в Университете Вермонта в Берлингтоне, штат Вермонт. Он завершил свою инженерную стажировку в Денвере, штат Колорадо, работая в строительных консалтинговых фирмах, прежде чем стать лицензированным профессиональным инженером в шести штатах. С более чем пятнадцатью лет опыта в гражданском строительстве, Джесси Кендалл сейчас живет и работает в Калифорнии в Института анализа риска и безопасности, специализирующимся в области судебной инженерии и реконструкции обстоятельств ДТП.

Доктор Соломон получил степень бакалавра наук, магистра наук и доктора в области машиностроения в Лос-Анджелесе. Доктор Соломон также имеет профессиональные инженерные лицензии. Доктор Соломон проводит исследования в области реконструкции ДТП и биомеханике в течение более 40 лет, имеет более чем 200 научных публикаций в международных изданиях, доклады и презентации. Им и в соавторстве написаны 13 книг. Он работал в качестве старшего научного сотрудника с RAND Corporation, преподавал на факультете в Высшей школе RAND, в Калифорнийском университете, Университете Южной Калифорнии, в Военно-морской аспирантуре, Университете Джорджа Мэйсона и академии шерифов Orange County.

Какой марки был первый автомобиль с надувными подушками и почему первоначально затея с их внедрением провалилась? В каких случаях они спасают жизнь, а в каких – убивают? Разбираемся в их истории и конструкции.

Немного истории

Родина подушек безопасности, как не трудно догадаться, – США. Еще в начале 50-х инженеры Джон Хендрик и Вальтер Линдерер запатентовали надувной мешок, который срабатывал при аварии. Правда, довольно долго конструкторы ломали голову над датчиком, который мог бы посылать сигнал при столкновении. Решение было найдено в 1967 году, когда изобретатель Аллен Брид предложил шариковый сенсор, реагирующий на очень резкое изменение скорости, которое могло произойти только при ударе. Брид продал технологию компании Chrysler, но пионерами в серийном производстве машин с подушками стали злейшие конкуренты концерна.

Впрочем, случится это только спустя четыре года. А пока автопроизводители занимались внедрением технологии, на арену вышли конгрессмены. Планы были амбициозными: желая показать избирателям свою заботу о их жизнях, депутаты приняли закон, обязывавший к 1973 году оснастить все серийные автомобили подушками безопасности. Идея была откровенно популистской, но под давлением властей автомобильные компании вынуждены были форсировать разработки.

Один за другим в 1971 году вышли Ford Taunus P7 и Oldsmoblie Toronado, в качестве опции оснащавшиеся надувными мешками для водителя и пассажира. Правда, тогда подушки позиционировали в качестве альтернативы ремням безопасности, и вскоре стало понятно, что затея не удалась. Американцы побаивались подушек, и не желали за них переплачивать. Масла в огонь подлили несколько смертельных случаев – водители умирали от сердечных приступов, шокированные громким хлопком, с которым надувались подушки.

Забегая вперед, стоит упомянуть, что подушки безопасности на американских автомобилях стали обязательными только к 1998 году. А в 1981-м появился первый европейский автомобиль с надувными мешками.

Им стал Mercedes-Benz S-class в новейшем на тот момент кузове W126, что позволило ему два года подряд (в 1988-м и 1989-м) называться самым безопасным автомобилем в мире по версии Американского института изучения дорожной смертности.

В 90-х годах, когда испытания доказали эффективность подушек безопасности, те стали применяться уже повсеместно. В России они до сих пор не являются обязательными, возможно, и потому, что на ряд архаичных моделей их устанавливать просто не рентабельно. Ушли в историю вазовская « классика» и « Самара» .

Последним из могикан остается Lada 4×4, более известная как Нива, – на неё нельзя установить подушки ни за какие деньги. Зато Granta, Kalina, Priora и Largus имеют их в «базе», что вселяет надежду на светлое будущее.

Как устроены современные подушки?

В конструкции самой подушки нет ничего особенно хитрого – это мешок из тонкой ткани (обычно нейлона). Часто мешки эти имеют несколько камер. Например, пассажирская фронтальная разделена на более крупную нижнюю секцию для тела и более мелкую – для головы. Мешок уложен в компактную капсулу и пересыпан тальком или крахмалом, чтобы не слеживался. Именно этот порошок после срабатывания системы порою летает в воздухе.

Изначально было понятно, что надувать подушки безопасности надо очень быстро – за 20-50 милисекунд. С 70-х годов прошлого века единственно возможным средством для этого остается маленький взрыв, в результате которого выделяется газ, который заполняет пространство внутри мешка. Взрыв обеспечивает пиропатрон, который подрывает кусок топлива из азида (не путать с оксидом!) натрия, нитрата калия и диоксида кремния. В результате взрыва образуется безвредный нетоксичный азот. Бывают также гибридные блоки наполнения, в которых заряд твердого топлива – всего лишь «пробка», затыкающая баллон со сжатым азотом. Сила взрыва ниже, и шума тоже меньше.

В современных автомобилях команду на выстреливание подушек дает электронный блок управления, который собирает информацию с датчиков удара. Датчиков очень много, и компьютер может различать, в какую сторону пришелся удар. Поэтому если машину стукнули в бок, фронтальные подушки не сработают. Более продвинутые системы также учитывают силу удара и даже вес пассажира, регулируя количество газа, поступающего в подушку и, соответственно, её размер.

Где размещаются подушки безопасности?

Традиционно фронтальные подушки располагаются в корпусе ступицы руля для водителя и в приборной панели для пассажира. Боковые же подушки могут размещаться в разных местах: в дверях или над ними, в стойках или спинках сидений. Часто встречаются комбинированные решения: например, из слота над дверью выстреливает шторка для защиты головы, а из кресла – вторая подушка пониже для защиты грудной клетки, живота и таза.

Ноги от контакта с жестким пластиком приборной панели защищает коленная подушка, которая «зашита» под рулем. В 2009 году с подачи Toyota появились также центральные подушки – они расположены в спинке сиденья или в подлокотнике и предотвращают травмы, которые при боковом ударе могут нанести друг другу водитель и пассажир.

Для мотоциклистов и велосипедистов

В 2006 году дебютировал первый мотоцикл с подушкой безопасности – большой чоппер Honda Goldwing. Подушка встроена в его переднюю панель и в целом похожа на автомобильную. Пока что технология не нашла широкого применения у конкурентов.

Мотоциклисты, особенно экстремалы, предпочитают «автомобильным» решениям… костюмы с подушками. Капсула с ней расположена на шее, при падении она раскрывается как воротник, и вместо твердого асфальта байкер бьется головой о мягкую ткань.

И для пешеходов тоже

Если вы питаете особо нежную любовь к пешеходам, то ваш автомобиль – Volvo V40 Cross Country. Это единственный автомобиль на российском рынке (а еще и первый серийный в мире), который оснащен подушкой безопасности для пешеходов. Располагается она под капотом и выстреливает, приподнимая его и закрывая почти целиком лобовое стекло. К сожалению, от перелома ног этот девайс не спасает (кромка капота и бампер остаются жесткими), но от черепно-мозговой травмы – вполне.

Но как V40 понимает, что произошло столкновение именно с пешеходом, а не, скажем, со столбом? За это отвечает тепловизор, который на расстоянии замеряет температуру объекта, к которому приближается машина. Помимо уникальной подушки, Volvo имеет еще систему City Safety с принудительным экстренным торможением. Так что в идеальном случае подушка пешеходу вообще понадобиться не должна.

Немного статистики

Пик активности исследований, касающихся эффективности подушек безопасности, пришелся на начало 2000-х. Подушки получили массовое внедрение с начала 90-х, и спустя десятилетие у исследователей появилась база для изучения.

В 2001 году американская Администрация по дорожной безопасности (NHTSA) сделала вывод, что за первое десятилетие подушки безопасности спасли более 8 000 жизней. В 2009 году NHTSA рассчитало, что при условии, когда ремни безопасности пристегнуты, фронтальные подушки сокращают риск смерти на 11%.

В 2003 году медики Элиза Брейвер и Сергей Кириченко изучили данные аварийности в США в 1999-2001 годах, и пришли к вполне ожидаемому выводу, что наличие в автомобиле боковых подушек безопасности существенно снижает риск гибели при боковом столкновении. Статистику собирали исключительно по современным на тот момент автомобилям 1997-2002 модельных годов.

А теперь конкретика: за два года при боковых столкновениях в машинах вообще без боковых подушек погибли 1 800 человек, в автомобилях, оборудованных только подушками для защиты торса, – 105 человек, а в ТС с надувными шторками для защиты головы – всего 35 человек. Выходит, что наличие боковых подушек снижает риск смерти в ДТП на один-два порядка. Хороший повод задуматься о комплектации вашего автомобиля.

Стоит отметить, что любая аналитика статистики – это нечто условное. Всегда сложно выявить точную причину смерти человека при ДТП и уж тем более понять, почему выживший в аварии человек не умер. Весьма полезными в данном случае оказываются натурные испытания автомобилей с подушками, то есть краш-тесты.

Испытания подушек

Подушки безопасности нужно испытывать в деле, поэтому самыми объективными критериями их оценки являются результаты краш-тестов. Как известно, в мире существует несколько национальных стандартов. В частности, в Евросоюзе используют протокол Euro NCAP, в США — IIHS и NHTSA, в Японии — JNCAP, а в Китае — C-NCAP. Последний, как нетрудно догадаться, наиболее либеральный из всех.

Иногда краш-тесты помогали выявлять конкретные недостатки именно подушек безопасности. Так, в 1998 году, когда по методике Euro NCAP разбили BMW 5-й серии в кузове Е39, то стало понятно, что подушки срабатывают слишком медленно. Датчики удара и блок управления подушками модернизировали, и только после этого «пятерка» пошла в продажу.

Видео: autoblog.com

В 2012 году уже известная нам американская организация NHTSA провела отдельные стендовые испытания… контрафактных подушек. Видео, которое они опубликовали по итогам тестов, впечатляет. Неоригинальные дешевые подушки, которые часто предлагают на автосервисах в качестве замены дорогим оригинальным, раскрываются неполностью или вовсе взрываются.

Еще одно интересное испытание связано с детскими креслами. Как известно, если ребенок сидит на переднем сиденье в кресле, пассажирскую подушку надо отключать, иначе она больно ударит малыша по лицу. Что, собственно, и доказали исследователи в ходе краш-теста.

Видео: youtube.com/user/Avtodeti

Интересен и российский опыт. Так, журнал «Авторевю» проводил испытания Лады Калины по собственной методике, сравнивая результаты для одинаковых машин с подушками безопасности и без оных. Первая Калина набрала 8,4 балла из 16 возможных, а вторая — 5,6 балла. Таким образом, главную роль в обеспечении безопасности человека внутри автомобиля играет конструкция последнего: в частности, насколько хорошо поглощается и как распределяется по кузову сила удара. Подушка – вещь вспомогательная.

Видео: youtube.com/user/oxion812

А что если не сработает?

В начале 2014 года американское автомобильное издание Automotive Information провело собственное исследование федеральной базы данных ДТП и сделало вывод: ежегодно в США около 3 400 человек гибнет во фронтальных столкновениях из-за того, что подушка безопасности не срабатывает. Как мы уже говорили, однозначных выводов здесь быть не может, однако факт остается фактом: подушки могут не сработать.

В числе распространенных причин указываются ошибки блока управления, повреждение проводки, старость самих подушек (банально от возраста может слежаться сам мешок), а также… недостаток мощности! В частности, исследователям удалось доказать 12 случаев, когда подушка не раскрылась из-за неполадки в системе зажигания Chevrolet Cobalt и соплатформенного с ним Saturn Ion. Обе эти модели попали под отзывную кампанию. Россиянам на этот счет можно не беспокоиться: наш Chevrolet Cobalt с американским не имеет ничего общего, кроме названия.

Нужно ли пристегиваться?

Как мы уже знаем из истории, подушки безопасности не смогли стать заменой ремням безопасности. И всё-таки некоторые несознательные водители ездят без ремней в надежде на то, что в случае аварии подушка спасёт им жизнь. Но в действительности при отсутствии ремней подушка превращается из помощника в смертельно опасного врага.

Дело в том, что при столкновении подушка вылетает навстречу водителю или пассажиру со скоростью от 200 до 300 километров в час. Если человек не пристегнут, он рискует встретиться «лицом к лицу» с не до конца раскрытой подушкой и получить удар более сильный, чем от столкновения с рулем или приборной панелью.

Человек должен находиться на расстоянии не менее 25 сантиметров от места, откуда вылетает подушка. Поэтому жизненно необходимо всегда пристегиваться, а еще не забывать отключать пассажирскую подушку, если на переднее сиденье устанавливается детское кресло.

Стреляные подушки

Подушка безопасности – штука сугубо одноразовая. Если она выстрелила, то придется менять весь модуль вместе с мешком и блоком наполнения. Стоимость такого модуля обычно довольно высока. Например, на Ford Focus 2 модуль водительской подушки стоит около 21 000 рублей, а на Opel Astra H – и вовсе 44 000.

Фото: by alegri / 4freephotos.com

Поэтому совершенно не удивительно, что когда автомобиль продают после ДТП, то вместо подушек ставят внешние заглушки и перепрошивают блок управления таким образом, чтобы компьютерная диагностика не показывала ошибок. Достоверно установить, «стреляла» ли подушка, невозможно. Поэтому при покупке подержанного автомобиля уделяйте внимание другим признакам участия в аварии, таким как перекрашенные элементы кузова и ржавчина.

Чехлы на кресла и боковые подушки

Владельцам автомобилей с боковыми подушками стоит помнить о том, что «неправильный» чехол, надетый на кресло, может свести эффективность подушек на нет. А какой же чехол в таком случае «правильный»? Тот, что имеет сертификат испытаний. Эти испытания проводят очень немногие производители авточехлов, но на российском рынке найти их можно. В конце концов, если вы раскошелились на авто с продвинутой системой пассивной безопасности, есть ли смысл в том, чтобы экономить на аксессуарах?

Что дальше?

Итак, за последние 30 лет подушки безопасности из причудливого аксессуара дорогих автомобилей вроде Mercedes-Benz S-class стали совершенно обязательным атрибутом любого современного автомобиля, в том числе и в России (за редким исключением). Современный водитель десять раз подумает перед тем, как садиться в машину без подушек.

Как будут развиваться подушки в дальнейшем, можно только догадываться. Скорее всего, они просто станут ещё более массовыми: технология производства постепенно удешевится, и не за горами тот день, когда мы увидим бюджетные автомобили с полным набором подушек, включая коленную и «шторки». Возможно, конструкторы уделят больше внимания безопасности задних пассажиров, и, разумеется, широкое применение должна найти технология Volvo для защиты пешеходов.