poduszka powietrzna

W samochodach mogą znajdować się bierne i czynne systemy zapewniające większe bezpieczeństwo dla kierowcy i jego pasażerów. Bierne mają za zadanie zmniejszyć skutki kolizji czy zaistniałego zdarzenia drogowego. Do grupy tej zalicza się między innymi poduszki powietrzne. Kiedyś luksus i nowinka techniczna wprowadzona do obiegu po raz pierwszy przez koncern Mercedes-Benz, dziś standardowy element wyposażenia pojazdów zjeżdżających taśm produkcyjnych. Jak działa poduszka powietrzna i jaką ma konstrukcję?

Jak powstały poduszki powietrzne?

Historia air bagów, czyli poduszek powietrznych sięga lat 50. XX wieku. Już wówczas podejmowano pierwsze prace nad znalezieniem sposobu na szybkie napełnianie poduszek gazem, tak, aby mogły one niwelować szkody osobowe podczas wypadków. Do powstania poduszek powietrznych z pewnością przyczynił się John W. Hetrick, który na początku lat 50. ubiegłego stulecia rozpoczął prace nad projektem urządzenia, które wyeliminowałoby lub ograniczyło obrażenia pasażerów samochodu podczas kolizji. Zainspirował się przy tym własnymi doświadczeniami, ponieważ przeżył wraz z żoną i córką wypadek. Był emerytowanym technikiem inżynierii przemysłowej i wiele miesięcy poświęcił na skonstruowanie swojego wynalazku. W 1953 roku uzyskał patent na „zespół poduszki bezpieczeństwa dla pojazdów samochodowych”.

Tymczasem w Niemczech inny wynalazca, Walter Linderer, również uzyskał na nie patent. Opracowana przez niego poduszka powietrzna miała napełniać się sprężonym powietrzem w wyniku kontaktu zderzaka auta z przeszkodą. Po opatentowaniu tych dwóch prototypów poduszek bezpieczeństwa sprawą ostatecznie zajęły się dwa duże amerykańskie koncerny – Ford i GM.

Kolejnym krokiem pozwalającym na stworzenie poduszek powietrznych były prace realizowane przez mechanika i inżyniera Allena K. Breeda w stanie New Jersey w USA. W 1960 roku opracował on pierwszy na świecie system elektromechanicznych poduszek powietrznych, które uruchamiały się za pomocą czujników zderzeniowych – czołowych i bocznych. Wymyślił on system napełniania poduszek poprzez wybuch, co pozwalało na napompowanie ich w czasie nieprzekraczającym 1 sekundy.

W 1971 roku Ford wprowadził na rynek eksperymentalną flotę pojazdów, które były wyposażone w poduszki powietrzne, a dwa lata później GM zaczął testy takiego rozwiązania w modelach Chevroleta. Ostatecznie jednak to Mercedes okazał się być pierwszym producentem, który do swoich samochodów wprowadził bierne systemy, jakimi były w pełni funkcjonalne poduszki powietrzne, działające równolegle do pasów bezpieczeństwa. Urządzenia te były montowane w Mercedesie-Benz w modelu W126 od 1980 roku.

Od 1981 roku airbag system był dostępny, wyłącznie dla kierowców, w samochodach Mercedes-Benz. Wiosną 1988 roku pojawiły się pierwsze czołowe poduszki ochronne dla pasażerów. Oba przełomowe dla całej historii motoryzacji rozwiązania debiutowały w Mercedesie klasy S serii 126. Nieco później auta wyposażano także w szereg innych poduszek powietrznych, m.in. w boczne kurtyny powietrzne.

Inżynierowie ze Stuttgartu w Niemczech opracowali system, w wyniku którego poduszka powietrzna napełniała się w zaledwie 30 milisekund. Wystrzał poduszki powietrznej szybko zabezpieczał kierowcę czy pasażera przed urazami w trakcie zderzenia. Stworzono  nylonowe rozwiązanie, które do dziś z powodzeniem jest wykorzystywane w pojazdach.

Jak zbudowana jest poduszka powietrzna w samochodzie?

Poduszki powietrzne w autach tworzą integralny system bezpieczeństwa, który składa się z trzech podstawowych części:

  • układu uaktywniającego,
  • generatora gazu,
  • elastycznego pojemnika.

Jednocześnie najważniejszym miejscem w systemie poduszek powietrznych jest sterownik. Instalowany jest on przez konstruktorów pojazdów w centralnym ich miejscu, z reguły w okolicy deski rozdzielczej na tunelu środkowym. Odpowiada on za wiele kwestii, w tym za:

  • rozpoznawanie wypadków,
  • rozpoznawanie sygnałów dostarczanych przez czujniki zderzeniowe,
  • wyzwalanie odpowiednich obwodów zapłonowych,
  • zasilanie obwodów zapłonowych energią przez kondensator, niezależnie od tego, czy i jak pracuje akumulator,
  • autodiagnostykę całego układu,
  • rejestrowanie możliwych błędów i usterek w pamięci układu,
  • połączenie z innymi sterownikami, z wykorzystaniem magistrali CAN,
  • aktywację lampki kontrolnej poduszek powietrznych, jeśli zdarzyłaby się awaria systemu.

W koncernach motoryzacyjnych produkowane samochody biorą udział w testach zderzeniowych, dla określenia poziomu bezpieczeństwa zapewnianego kierowcy i pasażerom. W sterownikach poduszek powietrznych mogą być zapisywane wszelkie informacje, jakie uzyskiwane są w tych testach. System powinien rozróżniać stopnie ciężkości wypadku:

  • Stopień 0 – lekki wypadek, przy którym poduszka powietrzna nie zostanie aktywowana.
  • Stopień 1 – średni wypadek, w którym możliwe jest aktywowanie poduszek powietrznych, ale wyłącznie na pierwszym stopniu napełnienia.
  • Stopień 2 – ciężki wypadek, kiedy poduszki powietrzne zostają aktywowane na pierwszym stopniu napełnienia.
  • Stopień 3 – bardzo ciężki wypadek, w którym poduszki aktywowane są bezwzględnie na pierwszym i drugim stopniu napełnienia.

Dla zachowania sprawności i prawidłowości działania systemu poduszek bezpieczeństwa konieczne jest montowanie w samochodach czujników zderzeniowych. To elementy montowane bezpośrednio w sterowniku poduszek powietrznych lub jako elementy satelitarne w części przedniej i bocznej pojazdu. W samochodach zawsze montuje się podwójnie czujniki przednie.

Sama poduszka powietrzna w samochodzie ma postać worka o objętości około 67 litrów. Posiada uchwyt, generator zamontowany na wsporniku i osłonę. W razie wypadku sterownik aktywuje generator poduszki, a prąd zapłonowy rozgrzeje cienki drucik zapalający ładunek zapłonowy. Później ma miejsce nie tyle wybuch poduszki powietrznej, ile spalenie ładunku, w wyniku którego gaz rozpręża się i reaguje z utleniaczem, tworząc niemal czysty azot, który napełnia worek poduszki powietrznej.

Worek poduszki powietrznej produkowany jest z bardzo wytrzymałej i jednocześnie odpornej na starzenie tkaniny poliamidowej. Początkowo poduszka powietrzna produkowana była z lekkiego nylonu. Tkanina na poduszki posiada niski współczynnik tarcia, łatwo się rozwija i nie skleja dzięki wykorzystaniu talku. Podczas aktywacji talk ten jest widoczny w postaci chmury białego pyłu. We wnętrzu poduszki powietrznej są taśmy chwytne, które nadają workowi pożądany kształt w czasie nadmuchiwania, a na spodzie otwory, przez które gaz może się ulatniać.

Pomiędzy nieruchomą kolumną kierownicy, w przypadku poduszki powietrznej kierowcy, a ruchomym kołem kierownicy znajduje się sprężyna spiralna, która zapewnia połączenie pomiędzy sterownikiem poduszek i generatorem gazu.

Poduszki powietrznezasady działania

Jak działają poduszki powietrzne w samochodzie? To zależy, czy są to boczne poduszki bezpieczeństwa, czy poduszka powietrzna w kierownicy bądź poduszka powietrzna pasażera. Podstawowe rozwiązanie tego typu reaguje na zderzenie samochodu, o czym sterownik poduszki informuje czujnik zderzenia. Cały proces aktywowania poduszki zaczyna się już po 10 milisekundach od momentu zdarzenia drogowego. Układ aktywujący, z wykorzystaniem systemów mikroprocesorowych, przesyła sygnał do generatora gazu. Tam dochodzi do rozpoczęcia procesu napełniania poduszki bezpieczeństwa gazem. Trwa to około 30 milisekund i towarzyszy temu głośny huk wybuchu. Dla zobrazowania tego, jak szybko zachodzi proces wybuchu poduszki powietrznej, trzeba uświadomić sobie, że 1 milisekunda to zaledwie 1 tysięczna sekundy.

Kiedy sensor poduszki wykryje zderzenie, sterownik aktywuje generator i następuje spalanie ładunku z azydku sodu. Ładunek ten z reguły ma postać niewielkiej kapsułki, która jest hermetycznie zapakowana w komorze spalania. Stosowane są różnego rodzaju ładunki, które dopasowuje się do wielkości worka poduszki powietrznej oraz do tego, jak szybko poduszka ma się otworzyć. Po reakcji chemicznej –  zapłonie w poduszce – powstaje w komorze spalania wysoka temperatura rzędu 700 stopni Celsjusza, a gaz wydzielony pod ciśnieniem około 120 bar przepływa przez sito filtracyjne. Ulega on schłodzeniu do temperatury około 80 stopni Celsjusza na wylocie, dzięki czemu można zdecydowanie ograniczyć zagrożenie dla pasażerów. W nowszych układach poduszek powietrznych częstą praktyką jest stosowanie dwustopniowych generatorów gazu i w zależności od tego, jak ciężki jest wypadek, sterownik zapala po kolei oba ładunki zapłonowe.

W przypadku, gdy mamy do czynienia z poduszką powietrzną pasażera lub poduszką boczną, stosowane są hybrydowe generatory gazu, w których oprócz gazu powstającego wskutek wypalania się ładunku stosowane jest drugie jego źródło. Zbiornik ciśnieniowy zawiera mieszaninę gazu: w 96 procentach jest to argon, a w 4 proc. hel pod ciśnieniem około 220 barów. Zbiornik ciśnieniowy jest zabezpieczony membraną.

Kiedy aktywują się poduszki powietrzne, ładunek przemieszcza tłok, a ten przebija membranę, uwalniając gaz. Miesza się on z gazem ze zbiornika ciśnieniowego, a jego temperatura na wylocie wynosi około 56 stopni Celsjusza. Objętość poduszki powietrznej pasażera wynosi około 140 litrów i napełniana jest ona w około 35 milisekund.

Podobnie przebiega proces napełniania się bocznej poduszki powietrznej, ale trwa krócej – około 22 milisekund. Takie poduszki z reguły są zainstalowane w okładzinie drzwi lub w oparciu fotela.

Jak sprawdzić poduszki powietrzne w samochodzie?

Od wielu lat pojazdy muszą być wyposażone w poduszki powietrzne. Jednak, gdy kupujemy używane auto, nie mamy pewności, czy jego poduszki bezpieczeństwa działają poprawnie i w ogóle znajdują się za osłoną. Musimy pamiętać, że to urządzenie jednorazowego użytku. Odpalenie poduszki w czasie zderzenia prowadzi do jej nieodwracalnego zużycia. Podobnie w przypadku urządzeń współpracujących z poduszką.

Wymiana poduszek powietrznych na nowe jest kosztowna i powinna być wykonywana wyłącznie przez ekspertów. Aby sprawdzić, czy w danym pojeździe poduszki działają bez zarzutu, najlepiej poprosić w autoryzowanym serwisie marki o podłączenie samochodu do urządzenia diagnostycznego. Dzięki temu odczytane zostaną parametry auta zapisane w głównym sterowniku, informujące m.in. o rejestrowanych uderzeniach, w następstwie których mogło nastąpić odpalenie poduszek. Jeśli poduszka wystrzeliła w wyniku wypadku spowodowanego przez innego prowadzącego pojazd, to wtedy szkoda może być naprawiona w ramach OC samochodu

Źródła:

https://www.hella.com/techworld/pl/Technologia/Elektryka-i-elektronika-samochodowa/Poduszki-powietrzne-3083/

https://www.auto-swiat.pl/jak-dziala-airbag/dq745gv#slajd-1

https://www.motofakty.pl/artykul/jak-dzialaja-poduszki-bezpieczenstwa.html

https://motoryzacja.interia.pl/wiadomosci/producenci/news-poduszka-powietrzna-ma-juz-30-lat,nId,2555953

https://www.auto-swiat.pl/25-lat-poduszki-powietrznej/s1b89bv

http://www.strefatestow.pl/airbag-historia-i-zasada-dzialania-poduszek-powietrznyc/

https://www.auto-swiat.pl/porady/eksploatacja/falszywe-poduszki-powietrzne/fvf9rqw