Poduszka powietrzna, airbag

poduszka powietrznaPoduszka gazowa (poduszka powietrzna, airbag, poduszka bezpieczeństwa) jest częścią samochodowego systemu bezpieczeństwa biernego. Ma za zadanie ochronę przed obrażeniami, jakim może ulec ciało, a głównie głowa i szyjny odcinek kręgosłupa, podczas wypadku na skutek przeciążeń oraz gwałtownego uderzenia o kierownicę, tablicę przyrządów, słupki boczne, belki nadokienne itp. Urządzenie to nie zapobiega wypadkom, jedynie osłabia ich skutki.

DLACZEGO SĄ STOSOWANE
Poduszki gazowe zaczęto stosować w latach 70. W 1973 r. montowano je w Chevrolecie Impala, od 1981 r. w Mercedesach. Pierwsze próbne rozwiązania były bardzo proste – złożony worek z grubej folii polietylenowej, butla ze sprężonym do 150 barów powietrzem, zawór i przewód łączący butlę z workiem. Zawór uruchamiany był cięgnem zamocowanym do zderzaka. Gdy samochód uderzał w przeszkodę, deformacja zderzaka powodowała napięcie cięgna i otwarcie zaworu butli. Powietrze napełniało worek. Niestety, skuteczność takiego rozwiązania była niska i w testach worek mógł chronić kierowcę… po wypadku. Idea okazała się jednak słuszna i pomysł rozwijano dalej. Zastosowanie bezwładnościowych czujników przyspieszeń, pirotechnicznych generatorów gazu i elektronicznych systemów po-miarowo-wykonawczych pozwoliło stosować poduszki w wyposażeniu seryjnym nawet najtańszych samochodów.
Podstawą stosowania poduszki bezpieczeństwa była analiza zachowania się organizmu człowieka w czasie zderzenia, czyli poddanego gwałtownie narastającym, wysokim i krótkotrwałym przyspieszeniom. Okazało się, że w momencie zderzenia ze sztywną przeszkodą z prędkością około 50 km/h (była to ustalona statystycznie średnia prędkość badanych przypadków zderzeń czołowych) przesunięcie środka masy samochodu osobowego wynosi ok. 0,6 m. Zderzenie dwóch pojazdów, z których każdy porusza się z prędkością 50 km, powoduje wzrost tej wartości do 0,75 m ze względu na wzajemną penetrację odkształcających się nadwozi. Opóźnienie kabiny sięga wówczas 15-28 g. Opóźnienie głowy kierowcy lub jego towarzysza przy uderzeniu w przednią szybę wyniosłoby 40-90 g, a przy uderzeniu w słupek lub belkę nadokienną nawet 150 g. Przyjmuje się, że korpus człowieka powinien wytrzymać przyspieszenia 40-80 g przy zderzeniach czołowych i 30 g przy zderzeniach bocznych. Pod warunkiem rozłożenia działających sił na dużej powierzchni i czasu trwania impulsu ok. 50 ms nie powinny one spowodować śmierci. Wiadomo jednak, że żadne zabezpieczenie nie będzie skuteczne, jeżeli głowa jadącego będzie poddana przyspieszeniu 100 lub więcej g. Tu decyduje już biologiczna budowa organizmu ludzkiego. Przy tej wartości przyspieszeń w czaszce odrywa się rdzeń kręgowy od móżdżku i następuje natychmiastowa śmierć.
Analizy i dane liczbowe pozwoliły wykorzystać poduszkę gazową jako rodzaj amortyzatora, który pozwala wyhamować bezwładny ruch głowy i znacznie obniżyć wielkość przyśpieszeń, działających na czaszkę. Działanie poduszki zmniejsza przyspieszenia do wielkości 15-30 g, zależnie od jej wielkości i odległości od głowy. W dalszym rozwoju tego urządzenia wykorzystano je również do ochrony klatki piersiowej, zwiększając wymiary worka i zmieniając jego kształt. Tu też chodzi o zmniejszenie przyspieszeń, działających na układ kostny, i sił nacisku, wywieranego przez taśmę pasa na mostek i żebra.