Hvordan kollisjonsputer fungerer

Den utplasserte kollisjonsputen inne i restene av en Enzo Ferrari. Se flere bilsikkerhetsbilder. Michael Tullberg / Getty Images

I årevis ga det pålitelige sikkerhetsbeltet den eneste formen for passiv tilbakeholdenhet i våre biler. Det var debatter om deres sikkerhet, spesielt knyttet til barn, men over tid vedtok store deler av landet obligatoriske setebeltelover. Statistikk har vist at bruken av bilbelter har reddet tusenvis av liv som kan ha gått tapt i kollisjoner.

I likhet med bilbelter har konseptet med kollisjonsputen - en myk pute å lande mot i en krasj - eksistert i mange år. Det første patentet på en oppblåsbar landingsapparat for fly ble inngitt under andre verdenskrig. På 1980-tallet dukket de første kommersielle kollisjonsputene opp i biler.

Siden modellåret 1998 har alle nye biler som er solgt i USA blitt pålagt å ha kollisjonsputer på både fører- og passasjersiden. (Lette lastebiler kom under regelen i 1999.) Til dags dato viser statistikk at kollisjonsputer reduserer risikoen for å dø i en direkte frontal krasj med ca. 30 prosent. Så kom setemonterte og dørmonterte sidekollisjonsputer. I dag går noen biler langt utover å ha doble kollisjonsputer til å ha seks eller til og med åtte kollisjonsputer. Etter å ha fremkalt noe av den samme kontroversen som omgikk bruk av belte i de første årene, er kollisjonsputene gjenstand for seriøs regjering og industri forskning og tester.

I denne artikkelen lærer du vitenskapen bak kollisjonsputen, hvordan enheten fungerer, hva dens problemer er og hvor teknologien går herfra.

Lov om bevegelse

Før vi ser på detaljer, la oss se på kunnskapen vår om bevegelseslover. Først vet vi at bevegelige gjenstander har momentum (produktet av massen og hastigheten til et objekt). Med mindre en utenfor makt fungerer på et objekt, vil gjenstanden fortsette å bevege seg med sin nåværende hastighet og retning. Biler består av flere gjenstander, inkludert selve kjøretøyet, løse gjenstander i bilen og selvfølgelig passasjerer. Hvis disse gjenstandene ikke er behersket, fortsetter de å bevege seg med uansett hastighet bilen kjører med, selv om bilen blir stoppet av en kollisjon.

Å stoppe et objekts momentum krever kraftvirkende over en tidsperiode. Når en bil krasjer, er kraften som kreves for å stoppe en gjenstand veldig stor fordi bilens fart har endret seg mens passasjerene ikke har det - det er ikke mye tid å jobbe med. Målet med ethvert tilleggssystem er å hjelpe til med å stoppe passasjeren mens du gjør så lite skade på ham eller henne som mulig.

Det en kollisjonspute vil gjøre er å senke passasjers hastighet til null med liten eller ingen skade. Begrensningene for at det må fungere innenfor er enorme. Airbaggen har mellomrommet mellom passasjeren og rattet eller dashbordet og en brøkdel av et sekund å jobbe med. Selv den lille mengden plass og tid er verdifull, men hvis systemet kan bremse passasjeren jevnt i stedet for å tvinge en brå stopp av bevegelsen.

I neste avsnitt skal vi se på delene av en kollisjonspute og se hvordan den blåses opp.

Målet med en kollisjonspute er å bremse passasjerens bevegelse fremover så jevnt som mulig på et brøkdel av et sekund. Det er tre deler til en kollisjonspute som hjelper deg med å oppnå denne bragden:

• De bag i seg selv er laget av et tynt, nylonstoff, som er brettet inn i rattet eller instrumentbordet, eller mer nylig setet eller døren.
• De sensor er enheten som forteller posen å blåse opp. Inflasjonen skjer når det er en kollisjonsstyrke som tilsvarer å løpe inn i en murvegg med 10 til 15 mil per time (16 til 24 km i timen). En mekanisk bryter vippes når det er et masseskift som lukker en elektrisk kontakt, og forteller sensorene at det har skjedd et brak. Sensorene mottar informasjon fra en akselerometer innebygd i en mikrochip.
• Airbaggen inflasjonssystem reagerer natriumazid (NaN3) med kaliumnitrat (KNO3) for å produsere nitrogengass. Varme sprengninger av nitrogenet blåser opp kollisjonsputen.

Airbag og oppblåsingssystem som er lagret i rattet. Se flere bilsikkerhetsbilder.

Tidlig innsats for å tilpasse kollisjonsputen til bruk i biler slo opp mot uoverkommelige priser og tekniske hindringer som involverer lagring og frigjøring av komprimert gass. Forskere lurte på:

• Hvis det var nok plass i en bil til en bensinbeholder
• Om gassen forblir inneholdt ved høyt trykk i bilens levetid
• Hvordan posen kan gjøres for å utvide seg raskt og pålitelig ved en rekke forskjellige driftstemperaturer og uten å avgi et øreklipsende smell

Inflasjonssystemet bruker et solid drivmiddel og en tenner.

De trengte en måte å sette i gang en kjemisk reaksjon som ville produsere nitrogenet som ville blåse opp posen. Liten gasspumper med fast drivmiddel kom til unnsetning på 1970-tallet.

Inflasjonssystemet er ikke ulikt en solid rakettforsterker (se Hvordan rakettmotorer fungerer for detaljer). Airbag-systemet tenner a solid drivmiddel, som brenner ekstremt raskt for å skape et stort volum av gass for å blåse opp posen. Posen da bokstavelig talt utbrudd fra lagringsplassen på opptil 200 mph (322 km / t) - raskere enn å blinke! Et sekund senere forsvinner gassen raskt gjennom bittesmå hull i posen defla vesken slik at du kan bevege deg.

Selv om hele prosessen bare skjer ett-tjuefemte av et sekund, tilleggstiden er nok til å forhindre alvorlig personskade. De pulveraktig stoff som frigjøres fra kollisjonsputen er for øvrig vanlig maisstivelse eller talkumpulver, som brukes av kollisjonsputeprodusentene for å holde posene smidige og smurte mens de er i lagring.

Deretter skal vi se på noen av sikkerhetsreglene knyttet til kollisjonsputer, spesielt når det gjelder barn.

Siden de første dagene med auto-kollisjonsputer, har eksperter advart om at kollisjonsputer skal brukes i takt med belter. Sikkerhetsbelter var fremdeles helt nødvendige fordi kollisjonsputer bare fungerte i frontkollisjoner som oppsto på mer enn 6 km / t. Bare sikkerhetsbelter kan hjelpe til med sveipe og krasjer i siden (selv om sidemonterte kollisjonsputer blir mer vanlig nå), bakkollisjoner og sekundære støt. Selv når teknologien utvikler seg, er kollisjonsputer fremdeles bare effektive når de brukes med et belte / et skulderbelte.

Det tok ikke lang tid å lære at kraften i en kollisjonspute kan skade dem som er for nær den. Forskere har bestemt at risikosonen for førerens kollisjonspute er den første 2 til 3 tommer (5 til 8 cm) inflasjon. Så å plassere deg 25 cm fra førerens kollisjonspute gir deg en klar sikkerhetsmargin. Mål denne avstanden fra midten av rattet til brystbenet. Hvis du for øyeblikket sitter mindre enn 10 centimeter unna, kan du justere kjøreposisjonen din på følgende måter:

• Flytt setet bak bak så langt som mulig, mens du fremdeles når pedalene komfortabelt.
• Legg litt bakover på setet. Selv om bilutformingen varierer, kan de fleste sjåfører oppnå 10-tommers avstand, selv med førersetet helt frem ved å legge litt bakover på setet. Hvis å sitte på setet gjør det vanskelig å se veien, kan du heve deg opp ved å bruke bilens setehevingssystem (ikke alle bilene har dette!) Eller en fast, ikke glatt pute for å oppnå samme effekt.
• Pek kollisjonsputen mot brystet, i stedet for hodet og nakken, ved å vippe rattet nedover (dette fungerer bare hvis rattet er justerbart).

Reglene er forskjellige for barn. En kollisjonspute kan alvorlig skade eller til og med drepe et barn utenuckling som sitter for nær den eller blir kastet mot streken under nødbremsing. Eksperter er enige om at følgende sikkerhetspunkter er viktige:

• Barn under 12 år skal sykle i et riktig installert, alderspasset bilstol i baksetet.
• Spedbarn i bakovervendte barneseter (under ett år gamle og veier under 10 kg) bør aldri sykle i forsetet på en bil som har kollisjonspute på passasjersiden..
• Hvis et barn over ett år må sykle i forsetet med en kollisjonspute på passasjersiden, skal han eller hun være i et frontsikret barnesikkerhetssete, et boostersete eller et riktig passende fang / skulderbelte, og setet skal flyttes så langt tilbake som mulig.

Les bilstoler: raske fakta for mer informasjon om bilstoler.

I visse spesielle tilfeller kan bileiere be om muligheten til å deaktivere kollisjonsputene. I neste avsnitt diskuterer vi skritt du må ta hvis du vil deaktivere kollisjonsputen.

Som svar på bekymring for at barn - og andre, spesielt mindre mennesker - blir drept eller alvorlig skadet av funksjonsfeil eller altfor kraftige kollisjonsputer, utstedte National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) i 1997 en endelig regel for å tillate bilprodusenter å bruke lavere -drevne kollisjonsputer. Denne regelen tillater kollisjonsputer å være depowered med 20 til 35 prosent. I tillegg, fra 1998, fikk reparasjonsbutikker og forhandlere lov til å installere av / på brytere som lar kollisjonsputene deaktiveres. Bileiere kan nå få autorisasjon (av NHTSA) til å få av / på brytere installert for en eller begge kollisjonsputer i bilen sin hvis de (eller andre brukere av bilen deres) falt i en eller flere av disse spesifikke risikogruppene:

• For både fører- og passasjersiden - Personer med medisinske forhold der risikoen for å utsette kollisjonsputen overstiger risikoen for påvirkning i mangel av kollisjonspute
• For førersiden (i tillegg til medisinske forhold) - De som ikke kan plassere seg for å betjene bilene sine ordentlig minst 25,4 cm fra midten av førerens kollisjonspute
• For passasjersiden (i tillegg til medisinske forhold) - Personer som trenger å transportere en baby i en bakovervendt barnesikring i forsetet fordi bilen ikke har noen baksete, baksetet er for lite til å romme et bakovervendt barnesete eller fordi det er nødvendig å hele tiden overvåke et barns medisinske tilstand
• For passasjersiden (i tillegg til medisinske forhold) - Personer som trenger å bære barn mellom ett og 12 år i forsetet fordi (a) bilen ikke har baksete, (b) eier av bilen må ha flere barn enn det som passer inn i bilen baksetet eller (c) fordi det er nødvendig å hele tiden overvåke barnets helse

Hvis du ønsker å få installert en av-på-bryter i bilen din, trenger du en kopi av NHTSAs brosjyre, "kollisjonsputer og av-brytere: Informasjon for et informert vedtak", og det medfølgende skjemaet, Forespørsel om kollisjonspute av / på-bryter. Du finner disse på NHTSA-nettstedet, så vel som hos AAA-klubber, forhandlere av nye biler og statlige avdelinger for motorvogner. NHTSA vil sende deg et autorisasjonsbrev som du kan ta til et verksted. (Før du bry deg med alt dette, bør du ta kontakt med bilforhandleren eller verkstedet for å se om det er en avbryter for bilen din.) Noen ettermontere av / på-brytere kan bli funnet og brukes hvis føderale krav er oppfylt - brytere må betjenes av en nøkkel og utstyres med varsellamper for å indikere om posene er slått av eller på.

Selv om du selv har muligheten til å slå den av, bør kollisjonsputen ligge på for sjåfører som kan sitte minst 10 tommer bak. For de som ikke kan (selv med forslagene oppført ovenfor), kan vesken være slått av. En gruppe leger på National Conference on Medical Indications for airbag Deactivation vurderte de medisinske tilstandene som ofte er rapportert i brev til NHTSA som mulig begrunnelse for å slå av kollisjonsputene. De anbefalte imidlertid ikke å slå av kollisjonsputer under relativt vanlige forhold, for eksempel:

• pacemakere
• briller
• angina
• emfysem
• astma
• mastektomi
• tidligere rygg- eller nakkeoperasjon
• avansert alder
• osteoporose
• gikt
• svangerskap

Generelt sett kan du ikke deaktivere kollisjonsputen uten å installere en påmontert bryter. Imidlertid, hvis en ettermontering av / på-bryter ennå ikke er tilgjengelig (fra bilprodusenten) for bilen din, vil NHTSA godkjenne deaktivering av kollisjonspute fra sak til sak under passende forhold. Forsøk aldri å deaktivere vesken selv - husk, dette er ingen myk pute! Den pakker en wallop og kan skade deg når du ikke vet hva du gjør.

Når det gjelder fabrikkinstallerte av / på-brytere, lar NHTSA bilprodusentene installere passasjer kollisjonspute av / på-brytere i nye kjøretøy under begrensede omstendigheter - bare hvis kjøretøyet ikke har noen baksete, eller hvis baksetet er for lite til å romme et bakovervendt barnesikringssete. Og produsentene har foreløpig ikke lov til å installere av / på-brytere for førerens kollisjonspute i noe nytt kjøretøy. Hvorfor disse reglene? NHTSA bestemte seg for utbredte fabrikkinstallerte av / på-brytere av frykt for at de skulle bli standardutstyr i alle nye kjøretøyer - også de som er kjøpt av personer som ikke er i risikogrupper. De så også integrasjonen av avbrytere i nye biler (og den påfølgende redesignen av instrumentpaneler) som noe som ville avlede ressurser fra utviklingen av tryggere, mer avanserte kollisjonsputesystemer..

Aktiviteter som har som mål å opprettholde og forbedre livreddende fordeler med kollisjonsputer er i full gang. Nye NHTSA-sponsede tester bruker forbedrede "dummy" skadekriterier basert på ny kunnskap og forskning.

Inntil nylig var de fleste skritt gjort i autosikkerhet foran og bakpåvirkninger, selv om 40 prosent av alle alvorlige personskader som følge av ulykker er et resultat av sidekonsekvenser, og 30 prosent av alle ulykker er kollisjoner med sidekollisjoner. Mange bilprodusenter har svart på denne statistikken (og de resulterende nye standardene) ved å skaffe opp dører, dørkarmer og gulv- og takseksjoner. Men biler som for tiden tilbyr sidekollisjonsputer representere den nye bølgen av passasjerbeskyttelse. Ingeniører sier at å designe effektive kollisjonsputer er mye vanskeligere enn å designe kollisjonsputer foran. Dette er fordi mye av energien fra en kollisjon foran støtet blir absorbert av støtfangeren, hetten og motoren, og det tar nesten 30 til 40 millisekunder før den når bilens passasjer. Ved sidekollisjon er det bare en relativt tynn dør og noen få centimeter som skiller passasjeren fra et annet kjøretøy. Dette betyr at dørmontert sidekollisjonspute må begynne å distribuere på en ren måte fem eller seks millisekunder!

Volvo-ingeniører eksperimenterte med forskjellige måter å montere sidekollisjonsputer og valgte seterygginstallasjon fordi det beskytter passasjerer i alle størrelser uansett hvordan setet er plassert. Denne ordningen lar dem plassere en utløsende mekanisk sensor på sidene av sitteputene under sjåføren og passasjeren foran. Dette forhindrer at kollisjonsputen på den uskadede siden av bilen blåser opp. Å installere hele kollisjonsputepakken i ryggen gir også fordelen med å forhindre unødvendige installasjoner som kan være forårsaket av kollisjoner med fotgjengere eller sykler. Det tar en kollisjon på omtrent 12 mph (19 km / t) for å utløse sidekollisjonsputer.

BMW-ingeniører har valgt dørmonterte kollisjonsputer. Døren har mer plass, noe som gir en større pose som gir mer dekning.

De hodekollisjonspute, eller oppblåsbar rørformet struktur (ITS), ligner litt på en stor pølse, og i motsetning til andre kollisjonsputer, er den designet for å holde seg oppblåst i omtrent fem sekunder for å gi beskyttelse mot andre eller tredje støt. Arbeidet med sidekollisjonsputen er ment å tilby bedre beskyttelse i noen sidekollisjoner. Et annet alternativ for hodebeskyttelse ved sidekollisjon er gardin kollisjonspute.

Alt dette gjør det ganske tydelig at vitenskapen om kollisjonsputer fremdeles er ny og under rask utvikling. Du kan forvente mange fremskritt på dette feltet når designere kommer med nye ideer og lærer fra virkelige krasjdata.

For mer informasjon om kollisjonsputer og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

relaterte artikler

• Hvordan krasjetesting fungerer
• Slik fungerer NASCAR sikkerhet
• Hvordan bilbelter fungerer
• Hvordan 'Jaws of Life' fungerer
• Hvordan dekk fungerer
• Hvordan bremser fungerer
• Hvordan anti-låsebremser fungerer
• Hvordan fungerer sikkerhetsglass?
• Bilseter: raske fakta

Flere gode lenker

• Discovery Channel: "MythBusters"
• Kollisjonsputer: Slik fungerer de
• Airbag og barn
• Avvæpne en kollisjonspute
• inflators
• Airbag: Bygging og design