Wysuwana maska i poduszka powietrzna dla pieszych: przygotowanie nadwozia przed zderzeniem

Maska pojazdu unosząc się o 100 mm na milisekundy przed zderzeniem łagodzi los głowy pieszego uderzonego przez samochód.
Maska pojazdu unosząc się o 100 mm na milisekundy przed zderzeniem łagodzi los głowy pieszego uderzonego przez samochód.

Udostępnij tę stronę

Wysuwana maska i poduszka powietrzna dla pieszych to zewnętrzne technologie bezpieczeństwa nadwozia, które aktywują się tuż przed uderzeniem w pieszego, unosząc maskę o około 100 mm i osłaniając twardą strefę przedniej szyby poduszką. Celem nie jest całkowita ochrona głowy, lecz złagodzenie siły uderzenia w ciągu milisekund. Na tej stronie opowiem o łańcuchu inżynieryjnym tych systemów, od czujników po siłowniki, bez języka marketingowego.

Najważniejsze informacje

  • Wysuwana maska unosi tylną część o około 100 mm, zanim głowa pieszego dotknie maski.
  • Honda zaprezentowała swój system w 2004 roku, a w 2008 trafił do produkcji seryjnej; Nissan ogłosił swój 2 sierpnia 2007.
  • W przykładowej symulacji pieszego wykryto w 2,3. sekundzie, a automatyczne hamowanie zadziałało w 2,4. sekundzie.
  • W porównawczym teście wskaźniki obrażeń w pojazdach z wysuwaną maską i poduszką dla pieszych spadły odpowiednio o 82,2% i 95,4%.
  • Bezpieczeństwo pieszych może wpływać na aż 20% oceny gwiazdkowej Euro NCAP.

Wyobraź sobie: samochód jedzie w stronę pieszego i kolizja wydaje się prawie nieunikniona. Co wtedy robi pojazd? Hamuje, tak - ale co ciekawsze, jego nadwozie wchodzi w stan przygotowania mierzony w tysięcznych sekundy. Maska się unosi, poduszka się otwiera, zderzak zmienia swoje zachowanie. To znaczy, że bezpieczeństwo zaczyna się nie po rozpoczęciu kolizji, lecz przed nią. Uwielbiam tę koncepcję "przygotowania nadwozia przed kolizją", ponieważ większość tekstów o bezpieczeństwie koncentruje się na pasażerze w środku i zapomina o człowieku na zewnątrz. Teraz rozłóżmy ten łańcuch ogniwo po ogniwie.

Dlaczego bezpieczeństwo pieszych zaczyna się przed kolizją?

Najpierw połóżmy na stole gorzką prawdę: w zderzeniach pieszy-pojazd najbardziej zagrażającą życiu kontuzją jest najczęściej uderzenie głową w maskę lub przednią szybę. Źródło problemu tkwi tutaj: silnik to wielka, twarda masa znajdująca się tuż pod maską. Jeśli przestrzeń między blachami maski jest mała, głowa uderza nie w miękką blachę, lecz bezpośrednio w blok silnika. W pomiarze zwanym kryterium obrażeń głowy ta różnica ujawnia się niezwykle wyraźnie.

Stąd dwa inżynierskie wyjścia. Pierwsze to pasywne: zaprojektowanie wnętrza maski i zderzaka tak, by już same pochłaniały uderzenie. Drugie to aktywne: wcześniejsze wykrycie kolizji i przygotowanie nadwozia na ten moment. Ta strona opisuje głównie to drugie, ale zobaczysz, że w rzeczywistości to dwie strony tego samego medalu - system aktywny w końcu i tak przekazuje zadanie konstrukcji pochłaniającej uderzenie.

Jak działa wysuwana maska: od czujnika do siłownika w milisekundach

Sercem systemu jest łańcuch decyzyjny. Gdy czujnik ciśnienia w zderzaku lub czujnik przyspieszenia wykryje uderzenie, informacja trafia do sterownika wysuwanej maski. Sterownik odpowiada na pytanie "Czy za chwilę dojdzie do kolizji z pieszym, czy muszę unieść maskę?" i jeśli odpowiedź brzmi tak, uruchamia siłownik. Zanim głowa pieszego dotknie maski, jej tylna krawędź unosi się o około 100 mm - czyli dziesięć centymetrów. Przy okazji dobrze wiedzieć, że siłownik to najczęściej rozwiązanie pirotechniczne, czyli działające dzięki małemu ładunkowi wybuchowemu: to członek tej samej rodziny co przedni napinacz pasów bezpieczeństwa. A kto inny wystrzelił rakietę, jeśli nie on?

Podam przykład z codziennego życia: wyobraźmy sobie telefon spadający na stół. Na twardym podłożu ekran pęka, jeśli upadnie na cienką kołdrę, wychodzi na zdrowie. Podnosząca się maska robi dokładnie to - gdy maska się unosi i tworzy przestrzeń w komorze silnika, łatwiej się ugina przy uderzeniu głową, a czas uderzenia się wydłuża. Ta sama energia, działająca przez dłuższy czas, daje niższą siłę szczytową. Jeśli pamiętasz z lekcji fizyki temat sprężystości i czasu uderzenia, to jest dokładnie to.

Dlaczego próg wynosi 25 km/h?

Według systemu Hondy aktywacja włącza się przy prędkościach od 25 km/h wzwyż. Logika jest prosta: przy bardzo niskich prędkościach zderzenie samo w sobie nie stanowi już poważnego ryzyka dla głowy, a każde uruchomienie jest drogie i jednorazowe. Ale powiedzmy też szczerze: według Hondy system nie zawsze działa, w zależności od miejsca i kąta zderzenia. Żaden system bezpieczeństwa nie daje 100% gwarancji, taka jest jego natura.

Eleganckie rozwiązanie problemu niskiej maski

Jeśli zapytasz, czy wygrali projektanci, czy inżynierowie: gdy maska jest niska, czyli gdy jest bardzo mało miejsca między maską a elementami silnika, trudno zapewnić ochronę głowy środkami pasywnymi. Wysoka maska z kolei może ograniczać widoczność kierowcy i zwiększać ryzyko zderzenia. Aktywna maska wkracza tu na scenę jak superbohater: zachowując smukły, niski design, sprawia, że możliwe jest zmniejszenie urazu głowy. Dokładnie tak brzmiało oświadczenie Nissana z 2007 roku - połączenie sportowego designu z ochroną głowy pieszego w jednej masce.

Poduszka powietrzna dla pieszych: wyścielenie twardej szyby czołowej poduszką

Nawet jeśli maska się uniesie, niebezpieczeństwo nie mija, bo głowa pieszego zwykle zsuwa się z maski na szybę czołową i słupek A. I właśnie tu wchodzi na scenę poduszka powietrzna dla pieszych: po wykryciu zderzenia zewnętrzna poduszka otwiera się spod maski i zakrywa obszary twardej szyby czołowej i słupka A. Miejsce otwarcia jest znane, bo trajektoria głowy jest dość przewidywalna w kinematyce zderzenia - dlatego poduszka otwiera się nie "w przestrzeń", lecz w dokładnie określony punkt celu.

Najbardziej znanym przykładem seryjnym jest technika poduszki powietrznej dla pieszych Volvo. Po raz pierwszy weszła do produkcji seryjnej w modelu V40 i łączy kilka elementów w jednym pakiecie: po wykryciu zderzenia maska się otwiera, poduszka zwiększa odległość od konstrukcji schowanej pod maską, a wraz z uniesieniem maski wartość HIC wyraźnie spada. Czyli tu podnoszenie maski i airbag działają jako jeden system - poduszka nie sama w sobie, lecz ręka w rękawie z unoszącą się maską.

Podobnie jak wewnętrzne airbagi, poduszka dla pieszego otwiera się za pomocą procesu pirotechnicznego, jednorazowo. To wspólna cecha systemów typu "raz słusznie, decyzja podjęta": tak jak w wewnętrznym airbagu, system projektuje się w logice pomocniczego ogranicznika pasa bezpieczeństwa, a gdy raz zadziała, nie ma odwrotu. Dlatego "może tak, może nie" jednostki sterującej to bezcenny luksus - w momencie decyzji musi ona być całkowicie pewna.

Porównanie: podnosząca się maska czy poduszka powietrzna dla pieszych?

Postawmy oba systemy obok siebie i zobaczmy, co robią - bo nie robią tej samej pracy, są różnymi ogniwami łańcucha:

CechaWysuwana maskaPoduszka piesza (airbag dla pieszych)
Obszar działaniaPrzestrzeń między maską a silnikiemPrzednia szyba i słupek A
Mechanizm działaniaPodniesienie maski o ok. 100 mm, tworząc przestrzeń odkształceniaZakrycie twardej powierzchni poduszką
AktywacjaCzujniki w zderzaku + sterownik, aktywator pirotechnicznyWykrycie zderzenia, pirotechniczne rozłożenie
Przykładowa skutecznośćZmniejszenie wskaźnika obrażeń o 82,2%Zmniejszenie wskaźnika obrażeń o 95,4%
Pierwszy przykład produkcji seryjnej2008, HondaVolvo V40

Procenty z tabeli czytaj z ostrożnością: dane pochodzą z jednego artykułu i nie jest do końca jasne z treści, czy wskaźnik 95,4% dotyczy samej poduszki, czy poduszki wraz z podnoszeniem maski. Mimo to istnieją mocne przesłanki, że oba systemy istotnie obniżają wskaźniki obrażeń - pojazdy z wysuwaną maską uzyskiwały średnio lepsze wyniki ochrony pieszych niż odpowiedniki bez tej funkcji. Z drugiej strony są i tacy, którzy uważają, że skuteczność systemów łączonych nadal jest niewystarczająca. W obszarach takich jak bezpieczeństwo słowo "wystarczające" zawsze jest stanem przejściowym.

Przednie ogniwa łańcucha: fuzja czujników i AEB

Wysuwana maska i piesza poduszka powietrzna to ostatnie ogniwo łańcucha; ale łańcuch zaczyna się znacznie wcześniej. Systemy wykrywania pieszych zwykle wykorzystują kombinację radaru zintegrowanego z atrapą i kamery umieszczonej przed wewnętrznym lusterkiem wstecznym. W rozwiązaniach takich jak system Mercedesa Pre-Safe + z wykrywaniem pieszych para stereo kamera + radar wykrywa pieszego przed pojazdem. Dlaczego dwa czujniki? Bo kamera "widzi", a radar "mierzy" - jeden mówi o kształcie, drugi o odległości i prędkości. Tę współpracę nazywamy fuzją czujników i jest ona niezbędna, aby ograniczyć fałszywe pozytywy, czyli błędne branie znaków drogowych lub cieni za pieszego.

Zobrazujmy teraz kwestię czasu. W symulacji automatycznego hamowania awaryjnego (AEB) wydarzenia przebiegają następująco: czujniki po raz pierwszy wykrywają pieszego-dziecko w 2,3. sekundzie, natychmiast potem włącza się ostrzeżenie, a w 2,4. sekundzie zostaje zastosowane automatyczne hamowanie. Spójrz, co dzieje się w przedziale czasu, o którym mówisz "jedna dziesiąta sekundy" - właśnie dlatego inżynierowie żyją milisekundami. System predykcyjny AEB stale ocenia trajektorię pieszego, prędkość pojazdu, odległość i warunki drogowe oraz szacuje prawdopodobieństwo zderzenia; jeśli hamowanie wystarczy, zderzenie w ogóle nie następuje, a jeśli nie - do akcji wchodzą wysuwana maska i poduszka.

Gdzie zaczynają się granice AEB?

Czujniki nie są czarodziejską różdżką. Uznaje się, że są skuteczne w obrębie swojego funkcjonalnego zasięgu; poza nim - w zależności od ciemności, prędkości, odległości i kąta widzenia - skuteczność spada. Producenci też to przyznają: awaryjne hamowanie z wykrywaniem pieszych nie działa w każdym warunku i nie zastępuje bezpiecznej jazdy. Innymi słowy, aktywne systemy nadwozia można przygotować we właściwym momencie tylko wtedy, gdy wcześniejszy łańcuch wykrywania działa poprawnie. Słabe ogniwo łańcucha znajduje się niemal na samym początku, a nie na końcu.

Cicha strona nadwozia: zderzak pochłaniający uderzenie i przestrzeń pod maską

Bir kaputun altındaki birkaç santimlik boşluk, yayaya çarpan aracın kaderini milisaniyeler öncesinden değiştirebiliyor.

O systemach aktywnych mówi się na każdym kroku, ale pracę faktycznego pochłaniania uderzenia wykonuje pasywna architektura nadwozia. Na przednim czole, czyli strefie pierwszego kontaktu z nogą, konstrukcje pochłaniające energię stały się standardem. Powszechnym materiałem jest EPP, czyli spieniony polipropylen - wyobraź sobie lekką gąbkę umieszczoną wewnątrz zderzaka, która podczas zgniatania zamienia energię w ciepło. Alternatywnie opatentowano także pochłaniacze formowane wtryskowo z polimerów, składające się z równomiernie rozmieszczonych płatów i pochłaniające energię przez zgniatanie; a nawet istnieją konstrukcje w kształcie litery X, w których zmieniono tryby odkształceń tak, aby jednocześnie spełniać wymagania ochrony pieszych i zderzeń przy niskich prędkościach. Co ciekawe: nawet wymieniając zderzak na prostą osłonę i przestrzeń, można uzyskać wystarczającą sztywność, by zatrzymać nogę.

Po stronie nogi testy przeprowadza się za pomocą elastycznego impactora nogi zwanego Flex-PLI - w praktyce wystrzeliwuje się w laboratorium protezę, która zgina się jak ludzka noga, i mierzy, jak dobrze konstrukcja pochłonęła energię uderzenia. Po stronie maski klasyczny problem wyglądał tak: zdecydowana większość pojazdów sprzedawanych w USA ma maskę z podporami, które zapadają się przy uderzeniu z góry; to znaczy zamiast zwiększać przestrzeń pod maską celowo osłabia się wsporniki. Aktywna maska zamiast na stałe tworzyć tę przestrzeń, generuje ją w momencie potrzeby - moim zdaniem jeden z najpiękniejszych przykładów sprytu konstrukcyjnego.

Co się zmienia po stronie testów i przepisów?

Ochrona pieszych to już poważna pozycja w tabeli punktowej: w ocenie Euro NCAP wyniki w zakresie bezpieczeństwa pieszych mogą stanowić do 20% całkowitej punktacji gwiazdkowej pojazdu. I dziedzina jest dynamiczna. NHTSA we wrześniu 2024 roku zaproponowała procedury testowe odtwarzające kontakt głowy z maską w oparciu o globalną regulację techniczną GTR nr 9 odtwarzający kontakt kafa-kapu - zaproponowane procedury testowe; w listopadzie 2024 roku zdecydowała się przyjąć, z pewnymi różnicami, przyrządy i procedury testowe Euro NCAP do ochrony pieszych przy zderzeniach. Po stronie Euro NCAP zmiany protokołu - największa rewizja od 2009 roku - wejdą w życie w 2026 roku.

Dodajmy też, bo trzeba być wyważonym: krytyka aparatury testowej nie jest bezpodstawna. Dyskutuje się, że układ, w którym swobodnie poruszająca się głowa formy uderza w maskę pod stałym kątem, może nie odzwierciedlać realnych warunków drogowych. Ponadto mówi się o przypadkach niezamierzonego uruchomienia systemów - w systemie jednorazowego użytku samoczynne podniesienie maski ma poważne praktyczne konsekwencje. To jednak problemy spowalniające technologię, a nie kwestionujące jej zasadność - część procesu dojrzewania.

Często zadawane pytania: czy jeśli maska się podniesie, głowa i tak się nie uderzy?

Uderzy, najprawdopodobniej. Celem systemu nie jest niedopuszczenie do kontaktu głowy z maską; lecz nawet przy kontakcie zapobieżenie dotknięciu twardych elementów, takich jak silnik pod maską. Gdy maska jest uniesiona, głowa uderza w zmiękczoną powierzchnię, a część energii uderzenia jest pochłaniana przez zapadanie się maski. Różnica może być między życiem a śmiercią - a to dla mnie wystarczająco mocne zdanie.

Drugie częste pytanie: o ile podnosi się maska: około 10 cm. Trzecie - czy system działa zawsze: nie - w zależności od miejsca i kąta zderzenia oraz prędkości pojazdu może się nie uruchomić. Najważniejsze zdanie, jakie zabierzesz z tej strony: aktywne systemy nadwozia to nie ubezpieczenie owinięte wokół kierownicy, lecz ostatnia linia obrony zmniejszająca koszt zderzenia.

Zakończenie: łańcuch bezpieczeństwa - żadne ogniwo samo w sobie nie wystarcza

Kiedy zastanawiam się sam ze sobą, najbardziej porusza mnie to: żaden z tych systemów nie odgrywa bohatera - każdy wnosi po kolei mały wkład. Fuzja sensorów wykrywa pieszego, AEB hamuje, maska podnosi się dla resztki energii, jeśli tor głowy zmierza ku przedniej szybie, otwiera się poduszka, a w momencie kontaktu pianka zderzaka i przestrzeń pod maską pochłaniają energię. To nie jedna technologia chroni pieszego, lecz sam ten łańcuch. A łańcuch znaczy tyle, że gdy jedno ogniwo się zerwie, całość słabnie. Kupując następny samochód, popatrz nie tylko pod maskę, ale i na samą maskę - inżynieria, która się tam kryje, czasem ratuje życie równie skutecznie jak ta w środku.

Źródła