История создания подушки безопасности

25 лет назад мир впервые увидел подушку безопасности (Air Bag) на серийном автомобиле. Тогда она считалась эксклюзивом. Сегодня невозможно себе представить современную машину без этой детали. Но путь подушки от остроумной идеи до всеобщего признания оказался тернист.

Подушки безопасности водителя в момент срабатывания

К середине прошлого века прогресс в автопроме привёл к логичным результатам. Машин в мире становилось всё больше, а сами они – всё мощнее и быстрее. Соразмерно росло количество аварий, и главное, люди, попадавшие в них, всё чаще гибли или получали тяжелые травмы. Естественно, самой угрожающей эта статистика была в главной автомобильной державе – США. В результате, в 1967 году там был принят законодательный акт, предписывавший оборудовать все автомобили в стране «автоматической системой защиты пассажиров», начиная уже 1969 года. Однако на тот момент единственной системой безопасности являлись ремни, причём обычные, привязные – инерционные появились только в начале 70-х.

Тогда-то, в 1967-м, и вспомнили об идее, одновременно изложенной еще в 1953 году американцем Джоном Хедриком и немцем Вальтером Линдерером. В выданных им патентах говорилось о прикреплённом к рулю «складном развёртываемом мешке, надуваемом в случае опасности». За идею ухватились многие разработчики, но они столкнулись с множеством проблем. Между тем, в 1970 году на инженеров надавило только что созданное в США ведомство дорожной безопасности (NTHSA), которое обязало оснащать подушками все новые автомобили уже с 1973 года. Это было просто нереально.

В итоге в СМИ и на политической арене развернулась кампания... против подушек. Сроки внедрения сначала были отодвинуты до 1976 года, а потом и вовсе отменены как директива. Обязательное оснащение автомобилей эйр-бэгами было введено в только в 1993 году.

Однако реализация идеи «развёртываемого» мешка потребовала колоссальных усилий. Сегодня традиционная подушка состоит из надувного колокола, пиропатрона, набора датчиков и электронного блока управления. Все это надо было создавать с нуля.

Принцип пиротехнического наполнения подушки был взят на вооружение практически сразу. Только так можно было добиться требуемого показателя времени срабатывания – 30-50 миллисекунд. Однако встал вопрос, чем именно начинять пиропатрон. Сегодня используют сухое горючее – азид натрия (NaN3), например, а в начале пытались применять даже ракетное топливо. Часто пиротехнические эксперименты заканчивались гибелью автомобиля. Кроме того, патрон должен был быть компактным (сегодня это «таблетки» весом от 8 до 50 г), а продукты сгорания – безвредными для человека.

Опасность таилась и в том, что раскрытие подушки сопровождается громким хлопком (до 140 дБ) и скачком давления в салоне. Боялись, что это может травмировать барабанные перепонки. Здесь разработчики прибегли к старинному методу – поместили в салоне клетку с 15 канарейками. Все хрупкие птички прекрасно перенесли акустический удар и даже сохранили способности к пению.

Главную часть подушки – колокол сначала делали из плотной ткани, но она была довольно толстой и пропускала часть газа. Так что со временем остановились на тонком и прочном нейлоне (около 0,5 мм) с герметичным покрытием.

Создание механизма, способного быстро и безопасно раскрывать подушку, было только половиной дела. Необходимо было ещё научить её раскрываться вовремя и только в критический момент. Ведь самопроизвольное срабатывание эйр-бэга на ходу весьма опасно. Кроме того, человек должен удариться в полностью раскрывшуюся, но ещё не начавшую сдуваться подушку. Слишком ранний или поздний контакт делает наличие эйр-бэга бессмысленным или даже вредным. Подушка, раскрываясь, «летит» человеку в лицо со скоростью 270-300 км/ч...

В такой сложной работе потребовалась помощь концерна Bosh с его колоссальным опытом в сфере электрики и электроники. Система управления совместно с датчиками должна передать сигнал пиропатрону за несколько миллисекунд и при этом не реагировать на слабые воздействия (наезд на мелкое животное и т. п.), а также долгое время сохранять работоспособность, независимо от условий эксплуатации автомобиля.

Чтобы выполнить все эти требования, разработчикам понадобилось более 10 лет работы, 250 краш-тестов на комплектных автомобилях и ещё 2500 – на макетах. А также 7 млн. километров испытательных пробегов. Интересно, что 600 опытных автомобилей, оснащенных подушками, проходили реальные испытания с «мерседесовцами» за рулём. Каждый сотрудник исследовательского центра обязан был откатать свою «тестовую повинность». Излишне говорить, что это было связано с немалым риском.

Подушки безопасности водителя и пассажира в момент срабатывания

В итоге в декабре 1980 года, 13 лет спустя после начала работ, свет увидел первый серийный автомобиль, оснащённый подушкой безопасности. Стоимость опции тогда составляла немалую сумму – 4130 марок, но было ясно: будущее за подушками. И процесс, что называется, пошёл, Air Bag бросились внедрять все ведущие производители. А в 1988 году впервые была представлена серийная подушка для переднего пассажира.

Статистика дорожных происшествий очень скоро выявила эффект от внедрения эйр-бэгов. В течение 80-х количество тяжелых травм и смертельных исходов во встречных авариях уменьшилось на 5%, а в 90-х, когда подушки вошли в стандартное оснащение, – упало радикально. Подушки, показав свою эффективность, стали неотъемлемой частью комплектации большинства автомобилей.

Системы «надувной» защиты уже давно не ограничиваются фронтальными эйр-бэгами. В связи с опасностью боковых ударов и при перевороте автомобиля конструкторы разработали аналогичные устройства для защиты человека сбоку. В базовое оснащение вошли боковые подушки, вмонтированные в спинки передних сидений, а также надувные занавески, размещающиеся в стойках крыши и над дверями. Особые требования к боковым подушкам предъявляются на открытых автомобилях. Отсутствие жёсткой крыши и стоек заставляет монтировать их в верхней части дверей и делать более прочными. Часто предлагается оборудовать машину дополнительными эйр-бэгами для защиты коленей и ступней и предотвращения «подныривания» под ремни безопасности. Индивидуальные подушки получают и задние пассажиры.

Подушки безопасности пешеходов в момент срабатывания

В борьбе за безопасность технология надувного мешка вышла за пределы автомобильного салона. Последние новинки – подушки, защищающие пешехода в случае наезда на него. Они раскрываются в местах контакта с автомобилем (перед бампером и у кромки капота) и защищают от травм ноги и голову сбитого человека.

С каждым годом подушек в автомобиле становится больше, а сами они – умнее. Увеличивается количество датчиков, способных различать удары по силе и характеру. Самые совершенные системы могут даже распознать ситуацию, когда в стоящую на месте машину врезается другая. И это притом, что обычно подушки блокируются при скорости менее 20 км/ч.

Подушки срабатывают быстрее. Теперь на раскрытие уходит не более 20 миллисекунд. Пиропатроны стали безвреднее. Современные фильтры пропускают в подушку только азот, задерживая опасные для здоровья газы и твердые частицы. Подушки научились варьировать внутреннее давление и степень раскрытия в зависимости от силы столкновения (адаптивные подушки). Благодаря датчикам в креслах, эйр-бэги умеют не раскрываться, если на сиденье никого нет или не пристегнут ремень безопасности. Современные подушки, в отличие от ранних образцов, которые опадали спустя 1-2 секунды после срабатывания, могут сохранять нужное давление до 10 секунд. Это позволяет защитить людей при повторном столкновении или при последующем перевороте машины.

Подушки становятся деликатнее. Уберечь от тяжелых травм – их главная задача, но эйр-бэги при срабатывании часто наносят ущерб лицу оберегаемого. Ситуация усугубляется, если человек в момент удара был, к примеру, в очках. Поэтому недавно (пока только в арсенале Lexus) появилась раздвоенная пассажирская подушка. Основную тяжесть её удара принимают на себя плечи и грудь человека, а лицо остается в относительной неприкосновенности.

Схема работы системы подушек безопасности

Разработаны подушки безопасности, как для водителей, так и для пассажиров на переднем сиденье. Для водителя подушка устанавливается обычно нарулевом управлении, для пассажира - на приборной панели (в зависимости от конструкции).

Передние подушки безопасности срабатывают при получении аварийного сигнала от блока управления. В зависимости от конструкции, степень наполнения подушки газом может варьироваться. Предназначение передних подушек – защита водителя и пассажира от травмирования твёрдыми предметами (кузов двигателя и др.) и осколками стёкол при фронтальных столкновениях.

Боковые подушки предназначены для уменьшения повреждения людей, находящихся в автомобиле при боковом ударе. Они устанавливаются на дверях, либо в спинках сидений. При боковом столкновении внешние датчики посылают сигналы в центральный блок управления подушками безопасности. Это делает возможным срабатывание как некоторых, так и всех боковых подушек.

В случае если подушки безопасности сработали, или были каким-либо образом повреждены, они не могут быть отремонтированы. Вся система подушек безопасности подлежит замене.

Подушка безопасности для мотоцикла

Подушка безопасности мотоциклиста в момент срабатывания

Компания Honda обнародовала первую в мире систему подушек безопасности для мотоцикла (Motorcycle Airbag System), которая будет установлена на серийной модели следующей весной.

Модуль воздушной камеры вмонтирован по центру руля. Подушка надувается, когда четыре «датчика крушения» обнаруживают серьёзное лобовое столкновение - создаётся буфер, не дающий мотоциклисту вылететь вперёд.

По данным Honda, большинство ранений и смертей наездников происходят именно в результате лобовых столкновений. Компания надеется, что её система существенно сократит количество таких несчастных случаев.

Первым делом подушками безопасности будет оснащен байк Gold Wing, самый большой и тяжелый мотоцикл Honda, цены на который начинаются с $18,6 тысячи. Тем не менее, на сегодняшний день по всему миру продано около 14 тысяч таких аппаратов.

Представители компании сказали, что с удовольствием оборудовали бы новой системой и другие мотоциклы, но этому мешает множество препятствий.

Поскольку подушка поглощает кинетическую энергию летящего вперёд наездника, сам мотоцикл должен быть достаточно тяжёлым, чтобы не опрокинуться и не пробросить владельца мимо развёрнутой камеры.

Кроме того, подушке, чтобы надуться, нужно достаточно места, а это означает, что систему невозможно установить на спортивном байке, наездник которого во время езды наклоняется к рулю.

Новая техника подушек безопасности

Боковая «занавеска» безопасности в момент срабатывания

Honda представляет новую, быстро надувающуюся «занавеску», которая защищает пассажиров автомобиля при боковых столкновениях. Надуваясь, боковая «занавеска» прикрывает как передних, так и задних пассажиров – особенно голову при ударе в центральную стойку. Первой получит новые «занавески» Accord, которая появится в сентябре.

Новые «занавески» разработаны для эффективной защиты головы и шеи пассажиров неодинакового телосложения, находящихся в разных положениях, в случае бокового удара – без нанесения вторичных травм. Чтобы «занавеска» надувалась мгновенно и перекрывала практически всю площадь боковых окон, применён низкотемпературный газ (сжатый гелий), который срабатывает примерно за 0,015 сек. Столь высокая скорость надувания позволила выполнить «занавеску» - для более полного поглощения удара – «пухлой» и уменьшить воздействие на голову в момент столкновения.

В системе работают 5 датчиков столкновения, размещённые в центре машины, по сторонам передних сидений, а также рядом с задними пассажирами.Таким образом достигается оптимальное время надувания «занавесок» и боковых подушек – в зависимости от характера столкновения.

Honda начала заниматься надувными подушками безопасности в 1971. В 1987 она стала первым японским автомобилестроителем, который применил подушкуSRS для водителя. Honda самостоятельно развивала свою технику подушек безопасности – совершенствуя их размещение, способы активации, укладку и хранение подушек, и многие другие стороны дела. В 1998 подобная идея уже нашла применение в хондовской системе SRS, которая впервые в мире отличалась 2-ступенчатым надуванием – в зависимости от силы удара, а также боковыми подушками с сенсорным датчиком положения пассажира, что улучшало защиту и уменьшало риск вторичных травм.

«Умные» подушки безопасности

Объявлено о запуске в серию седанов 2006-го модельного года с подушками безопасности нового поколения. Подушки оснащены сенсорными датчиками и способны ограничивать объём своего развёртывания для предотвращения тяжёлых увечий в зависимости от веса и позы пассажира.

Срабатывание подушек в полную силу, как правило, наносит непоправимые увечья детям, а также взрослым пассажирам, которые до столкновения подались вперёд и оказались в непосредственной близости к гнезду подушки. По этой причине решено ввести новое требование, согласно которому подушки должны иметь две степени развёртывания, максимальную и ограниченную, которые будут выбираться автоматикой в зависимости от веса пассажира и натяжения ремня безопасности. Новые подушки используют внешние датчики для определения веса пассажира, однако для фиксации положения пассажира применяются автономные сенсоры, срабатывающие за доли миллисекунды. Благодаря этому поза седока распознаётся независимо от того, пристёгнут он ремнём безопасности или нет.

Несмотря на большие достижения в сфере «надувной» защиты, нельзя сказать, что подушки находятся на пике развития. Дел – непочатый край. Например, хорошо бы научить их раскрываться не после аварии, а за мгновения до неё. Подушки будущего должны уметь распознавать индивидуальные данные человека, который в момент аварии сидит в кресле – возраст, вес, рост, пол. В общем, есть ещё над, чем работать.

И всё же, каких бы заоблачных высот не достигли «надувные» технологии, следует помнить, что результат работы подушки во многом зависит от того, был ли, пристёгнут человек обычным ремнём безопасности.