Jak boczne poduszki powietrzne (kurtyny powietrzne) chronią głowę przy szybie?

Udostępnij tę stronę
Boczna kurtyna powietrzna to długa materiałowa kurtyna rozciągająca się wzdłuż relingu dachu, która przy uderzeniu z boku zapobiega wyrzuceniu głowy poza szybę boczną. Ponieważ szyba może pęknć, kurtyna ta często jest jedyną rzeczą między twoją głową a uderzającym pojazdem lub słupem energetycznym; wykonuje inne zadanie niż boczna kurtyna powietrzna w drzwiach i działa według zupełnie innej logiki. Oto szczegóły tej logiki, przedstawione jako temat, w którym sam niegdyś się zatkałem.
Najważniejsze informacje
- Kurtyna powietrzna działa w pierwszych 10-20 milisekundach uderzenia bocznego; mrgnięcie okiem jest od tego 5-7 razy wolniejsze.
- Boczna poduszka powietrzna z ochroną głowy zmniejsza ryzyko śmierci w uderzeniu bocznym u kierowcy samochodu o 37%, a u kierowcy SUV-a o 52%.
- Kurtyny wyzwalane przez przewrócenie się pojazdu mogą pozostawać napompowane znacznie dłużej niż zwykle - 10 sekund i więcej.
- W scenariuszu dachowania kombinacja kurtyny + pasa bezpieczeństwa zmniejsza prawdopodobieństwo wyrzucenia pasażera z pojazdu o 99%.
- Próg wyzwolenia przy uderzeniu w wąski obiekt, taki jak drzewo lub słupek, wynosi około 13 km/h, a przy uderzeniu bocznym pojazd-pojazd około 29 km/h.
Jak uruchamiana jest boczna kurtyna powietrzna?
Przy zderzeniu czołowym wszystko podlega określonemu porządkowi: przód się miażdży, strefa deformacji wykonuje swoją pracę, czujniki zarządzają procesem. Przy uderzeniu bocznym nie ma takiego luksusu. Odległość między pasażerem a uderzającym pojazdem bywa czasem wielkości garści; strefą zgniotu jest tutaj praktycznie tylko drzwi. Dlatego logika wyzwalania kurtyny powietrznej musi działać radykalnie szybciej i bardziej selektywnie niż przednia poduszka powietrzna.
Boczne czujniki zderzeń zatopione w nadwoziu mierzą siłę, szybkość i kąt uderzenia i przesyłają je do jednostki sterującej. Jednostka sterująca ocenia te dane w ciągu milisekund i, jeśli próg został przekroczony, odpala kurtynę. Jest też drugi wyzwalacz: czujnik dachowania. Ten czujnik monitoruje ruch boczny pojazdu i kąt przechyłu; nawet jeśli prawdziwy dachowanie jeszcze się nie rozpoczęło, kurtyna może się napełnić, gdy boczne odchylenie i przechył przekroczą próg wykrywania. Oznacza to, że kurtyna powietrzna może zdecydować się na odpalenie, widząc możliwość dachowania, nawet jeśli do dachowania nie dojdzie - to zachowanie, którego nie mają przednie poduszki powietrzne.
Progi zmieniają się w zależności od typu uderzenia
Najbardziej wrażliwe zadanie jednostki sterującej: zdecydować, które uderzenie zasłużyło na kurtynę. Uderzenie z boku w wąski obiekt, taki jak drzewo lub słupek energetyczny, które skupia siłę w jednym punkcie, jest bardziej śmiertelne niż szerokie zderzenie pojazd-pojazd; ale paradoksalnie przekazuje czujnikom mniejszą siłę. Dlatego próg wyzwalania dla uderzeń w wąskie obiekty jest utrzymywany nisko, około 13 km/h (8 mph); przy rozproszonych zderzeniach bocznych pojazd-pojazd wartość ta wynosi około 29 km/h (18 mph). Dla porównania: przednie poduszki powietrzne napełniają się przy około 26 km/h z zapiętym pasem i przy około 16-19 km/h bez pasa. Strona boczna, czyli konieczność podjęcia decyzji wcześniej.
Wypływa z tego następujący praktyczny wniosek: po wypadku bardzo naturalne jest zapytanie "dlaczego poduszka powietrzna się nie uruchomiła?". Uderzenia poniżej określonego kąta, niskie prędkości, zderzenia przechodzące nad pojazdem albo uderzenia skupione w jednym punkcie, które nie przekazują pełnej siły na czujniki, mogą nie spowodować rozpięcia się kurtyny. To nie jest usterka, lecz naturalny skutek logiki progów zadziałania. W niektórych wypadkach przed poduszką odpala się przednapinacz pasów bezpieczeństwa; decydujące jest zawsze to, jak jednostka sterująca oceni wartości progowe.
Napełnianie wyścigujące się z milisekundami: jak działa kalibracja prędkości?
Najbardziej imponującą cechą kurtyny powietrznej jest jej szybkość. W zderzeniu bocznym głowa potrzebuje dziesiątek milisekund, by dotrzeć do krawędzi szyby, dlatego kurtyna musi znaleźć się w pełnej pozycji, zanim wjedzie między pasażera a boczną część pojazdu. Typowa boczna poduszka powietrzna nadyma się w ciągu pierwszych 10-20 milisekund zderzenia. W przypadku kurtyn powietrznych pomiary laboratoryjne wykazały czasy napełniania wynoszące około 20 ms, a prędkości rozprzestrzeniania się sięgały nawet 7,77 metra na sekundę. Autoliv, producent kurtyn, twierdzi, że jego kurtyna osiąga pozycję roboczą w czasie krótszym niż 30 ms; mignięcie okiem trwa 5-7 razy dłużej. Naprawdę spróbuj choć raz i pomyśl o tym: w tej krótkiej chwili materiałowa kurtyna zakrywa całe okno confession rozciągające się od drzwi do sufitu.
Choć czas napełniania wydaje się stałą wartością fabryczną, w rzeczywistości projektuje się go w zależności od charakterystyki uderzenia. Przy zderzeniu z wysoką prędkością w wąski słupek głowa porusza się szybciej, więc kurtyna musi się rozwinąć wcześniej i z większą siłą; przy rozproszonym kontakcie pojazd-pojażd pasażer ma o kilka milisekund dłużej. Generator gazowy kurtyny, sztywność tkaniny i rozmiary otworów wentylacyjnych kalibruje się tak, aby obejmowały wszystkie te scenariusze. Czyli w tym cienkim pasku materiału kryje się system decyzyjny zapisany fizyką zderzenia.
Ukryta inżynieria za słupkami B i C

Czy zastanawiałeś się kiedyś, gdzie ukryta jest kurtyna powietrzna? Długi materiałowy worek czeka złożony nad drzwiami, wzdłuż relingu dachu, za tapicerką sufitu i listwami słupków. Ponieważ znajduje się nad przednimi i tylnymi drzwiami, w obu relingach dachu, chroni jednocześnie głowy pasażerów zarówno z przodu, jak i z tyłu. Po uruchomieniu rozwija się w dół, a jej materiałowa konstrukcja rozszerza się jak szyba bez szkła, zakrywając okno.
Najdrobniejszy szczegół dotyczy słupka B. Kurtyna opada w dół przed słupkiem B; nie za nim. Powód jest prosty: wewnątrz słupka B przebiega instalacja kablowa, a gdyby kurtyna mieszała się w nią, jej rozwijanie zostałoby zaburzone. Producenci opracowali więc specjalne rozwiązania; takie jak opatentowane konstrukcje "pillar ramp", które utrzymują kanał rozprężania poduszki z dala od kabli. Następnym razem, gdy dotkniesz słupka B swojego samochodu, wiedz, że kryje się w nim system, który wygląda biernie, ale ma zaplanowaną każdą milisekundę.
Dlaczego przy dachowaniu kurtyna pozostaje nadęta przez 10 sekund?
Przy normalnym zderzeniu bocznym kurtyna opada w ciągu kilku sekund; jej robota jest skończona. Przy dachowaniu sytuacja jest zupełnie inna. Jeśli samochód się przetacza, kurtyna nie może reagować tylko na pierwszy moment kontaktu, ponieważ przewrót trwa kilka sekund, a pojazd może przewrócić się kilkakrotnie. Dlatego kurtyny uruchamiane przy przewrocie nadymają się w pierwszych 10-20 ms zderzenia, ale potem mogą pozostawać napompowane przez 10 sekund lub dłużej. Przy przewrotach z większą liczbą obrotów nadmuchują się mocniej niż zwykle, aby utrzymać zamknięcie otworu okiennego i uniemożliwić wypadnięcie przez okno pasażerom zapiętym pasami.
Jak bardzo ta funkcja się sprawdza? W federalnych testach normatywnych, w których łącznie oceniano kurtynę uruchamianą przy przewrocie i pasy bezpieczeństwa, obliczono 99% zmniejszenie ryzyka wypadnięcia pasażera podczas przewrotu. Odczytywanie tej liczby z tej cienkiej tkaniny za słupkiem dachu to moim zdaniem jedno z najbardziej imponujących osiągnięć inżynierii samochodowej. Jeszcze jeden ciekawy szczegół: to zachowanie przy przewrocie nie jest w USA specjalnie wymagane, ale samochody od 2018 roku i tak spełniają warunek zapobiegania wypadaniu pasażerów przez boczne okna właśnie za pomocą tych kurtyn. Czyli regulacja uchyliła drzwi, a inżynieria wypełniła ich wnętrze.
Trzeba być uczciwym: strona związana z przewrotem też ma swoje ograniczenia. Testy obrotu i pełnoskalowe testy przewrotu wykazały, że kurtyny uruchamiane przy przewrocie nie są w stanie całkowicie powstrzymać ruchu zapiętego pasami pasażera w górę i na zewnątrz; poza tym czujnik przewrotu może niepotrzebnie zadziałać nawet przy lekkich przechyłach. Ponieważ poduszki są zaprojektowane na jedno nadmuchanie, w wypadku wieloetapowym nie mogą zapewnić ochrony przy drugim zderzeniu tą samą kurtyną.
Jak bardzo kurtyna powietrzna się sprawdza - i czy nie wystarczy sama?
Niech przemówią liczby. Boczne poduszki z ochroną głowy zmniejszają ryzyko śmierci w zderzeniu bocznym u kierowcy samochodu osobowego o 37%, a u kierowcy SUV-a o 52%. Kombinacja kurtyny i poduszki siedzeniowo-bocznej zmniejsza ryzyko śmierci przy bliskich zderzeniach bocznych o 31%, a poduszki kombinowane głowa/tułów w jednym elemencie o 25%. Szacuje się, że same w USA do 2012 roku boczne poduszki uratowały 2252 życia. Od 2003 roku wszystkie pojazdy uzyskujące najlepsze wyniki w testach zderzeń bocznych były wyposażone w boczne poduszki z ochroną głowy; a od 2008 roku kurtyna powietrzna jest warunkiem wstępnym w australijskich programach testowych. Po stronie europejskiej test ze słupkiem przeprowadza się przy prędkości 32 km/h, a napompowane strefy pochłaniania energii w pojazdach z kurtyną powietrzną są dodatkowo oceniane.
Ale kluczowe zdanie brzmi tak: Sama kurtowna boczna (kurtynowa) nie wystarczy; warunkiem jest zachowanie integralności kabiny podczas zderzenia. Poduszka kładzie łóżko między głową a światem zewnętrznym; Poduszka kładzie łóżko między głową a światem zewnętrznym, ale jeśli ściana za tym łóżkiem zostanie zgnieciona i wejdzie do środka, żadna tkanina nie pomoże. Ponadto dane z testu ze słupkiem pokazały, że poduszki tułowia/głowy montowane w fotelu nie sprawdzają się tak dobrze jak kurtyna. Kurtyna to najlepiej udokumentowany format ochrony bocznej.
| Typ poduszki | Scenariusz uruchomienia | Czas pozostawania napompowana |
|---|---|---|
| Przednia poduszka powietrzna | Zderzenie czołowe | Krótki, nie uruchamia się przy przewrocie |
| Standardowa boczna kurtyna powietrzna | Zderzenie boczne | Wygasa w ciągu sekund |
| Kurtyna powietrzna z czujnikiem przewrotu (RSCA) | Zderzenie boczne i przewrót | 10 sekund i więcej |
| Zewnętrzna boczna poduszka powietrzna (precrash, niedostępna w produkcji seryjnej) | Nadchodzące uderzenie boczne, pod drzwiami | Otwiera się przed zderzeniem |
Patrząc w przyszłość: W 2020 roku dodano nowe testy boczne dla zderzeń far-side (z dalekiej strony); poduszki far-side zmniejszają ryzyko wyrzucenia głowy i złamania żeber. Zewnętrzna boczna poduszka powietrzna jednego z dostawców, wyposażona w czujniki precrash, ma na celu przeciwdziałanie nadchodzącemu uderzeniu bocznemu poprzez rozwinięcie pod drzwiami poduszki wielkości łóżka; jeszcze nie wszedł do produkcji seryjnej, ale koncepcja oznacza przeniesienie logiki kurtyny na zewnątrz pojazdu.
Zapinasz pasy? Kurtyna pracuje dla ciebie
Głównym zadaniem kurtyny powietrznej w scenariuszu dachowania jest zapobieganie wyrzuceniu pasażerów, szczególnie tych z zapiętymi pasami bezpieczeństwa. Czyli pas i kurtyna to zespół; jeden przytrzymuje cię w fotelu, drugi zasłania otwór okienny. Cieszącym danych jest to, że u dzieci poniżej 15 roku życia nie stwierdzono zwiększonego ryzyka obrażeń związanych z napełnianiem bocznej poduszki powietrznej; boczne poduszki i tak napełniają się wolniej i z mniejszą energią niż przednie.
Praktyczna lekcja z tego jest prosta: zapięj pas, nie mocuj twardych przedmiotów do podsufitki i listew ozdobnych słupków, ustaw zagłówek fotelu przy oknie we właściwej pozycji. W momencie wypadku nie możesz zarządzać milisekundami, ale inżynierowie robią dokładnie to od 30 lat - a statystyki mówią, że to działa. Sądżisz, że to zmieni twój następny rzut oka na słupek B samochodu? Moim zdaniem zdecydowanie tak.
Źródła
- Airbags - IIHS
- Side Curtain Airbag - Autoliv
- Eksperymentalne stanowisko badawcze do nieniszczącej analizy poduszek kurtynowych - MDPI
- Ocena FMVSS nr 226 - NHTSA
- Dlaczego moja poduszka powietrzna nie zadziałała w zderzeniu? - Kia Instrukcja obsługi
- Warunki działania poduszki powietrznej - Hyundai Instrukcja obsługi
- Protokół oceny Euro NCAP - AOP - v9.1.3
- Test uderzenia w słupek boczny - Latin NCAP
- Patent na konstrukcję pochylonego słupka - US20070132217A1
- Poduszka kurtynowa z mechanizmem upuszczania powietrza - US20060202456A1
- Ochrona pasażerów przy zderzeniach far-side - IRCOBI
- Poduszki powietrzne pojazdów i zapobieganie obrażeniom - NHTSA