Możemy uważać się za szczęściarzy, jeśli nigdy nie spotkaliśmy się twarzą w twarz z poduszką powietrzną. Mimo to jej obecność i zwiększone bezpieczeństwo, które zapewnia, jest obecnie czymś ważnym dla każdego kierowcy. W tym artykule przedstawimy krótką historię tego elementu, wyjaśnimy zasadę jego działania i omówimy trendy, które kierują rynkiem poduszek powietrznych.

Historia poduszki powietrznej

Patent na samochodową poduszkę powietrzną uzyskał Amerykanin John W. Hetrick, 5 sierpnia 1952 roku.

Niemal w tym samym czasie o przyznanie patentu wniósł niemiecki inżynier Walter Linderer, ale uzyskał go dopiero 12 listopada 1953 roku, czyli około trzy miesiące po swoim koledze ze Stanów Zjednoczonych. Pierwsze poduszki powietrzne, zarówno projektu Hetricka, jak i Linderera oparte były na systemie sprężonego powietrza, uwalnianego przez sprężynę, uderzenie w zderzak albo przez samego kierowcę.

Kolejne badania przeprowadzone w latach sześćdziesiątych wykazały, że sprężone powietrze nie może napełniać mechanicznych poduszek powietrznych wystarczająco szybko, aby zapewnić maksymalne bezpieczeństwo, co doprowadziło do powstania obecnych chemicznych i elektrycznych poduszek powietrznych.

Choć wynalazek ten opatentowano w latach 50., to jego pierwsze komercyjne zastosowanie miało miejsce dopiero po wygaśnięciu patentu w 1971 roku, kiedy to w poduszkę powietrzną wyposażono kilka eksperymentalnych samochodów Forda.

W 1964 roku japoński inżynier, Yasuzaburou Kobori, rozpoczął prace nad systemem „siatki bezpieczeństwa”. Koncepcja ta wykorzystywała do nadmuchiwania poduszki powietrznej materiał wybuchowy. Wynalazca uzyskał patent w 14 krajach, ale zmarł w 1975 r. tuż przed upowszechnieniem się nowatorskiego urządzenia.

W 1967 roku nastąpił przełom w rozwoju czujników uderzenia poduszek powietrznych, kiedy Allen K. Breed wynalazł mechanizm wykrywania uderzenia. W jego systemie czujnik elektromechaniczny z magnesem w postaci stalowej kulki przymocowany do rurki mógł  nadmuchać poduszkę powietrzną w czasie do 30 milisekund. Po raz pierwszy zamiast sprężonego powietrza zastosowano niewielki wybuch azydku sodu. Breed Corporation sprzedała tę innowację firmie Chrysler.

Na początku lat 70. firma General Motors zaczęła oferować samochody wyposażone w poduszki powietrzne, początkowo w kupowanych przez rząd sedanach Chevrolet Impala z 1973 roku. Samochody te były wyposażone w deskę rozdzielczą w stylu Oldsmobile z 1974 roku oraz specjalną kierownicę, która zawierała poduszkę powietrzną po stronie kierowcy.

Zasada działania poduszki powietrznej

Poduszki powietrzne pojazdu są sterowane przez jednostkę sterującą (ACU – airbag control unit), będącą specjalnym podzespołem centralnej jednostki sterującej ECU. ACU monitoruje szereg powiązanych czujników w pojeździe, w tym akcelerometry, czujniki kolizji, boczne (drzwiowe) czujniki ciśnienia, czujniki prędkości kół, żyroskopy, czujniki ciśnienia hamulców i czujniki zajętości foteli.

W związku z tym jednostka ACU często działa jako rejestrator zdarzeń; nie wszystkie jednostki ACU EDR i nie wszystkie jednostki ACU zawierają funkcję EDR. Jednostka ACU zazwyczaj zawiera kondensatory w swoich obwodach, dzięki czemu moduł pozostaje pod napięciem i jest w stanie uruchomić poduszki powietrzne w przypadku utraty połączenia elektrycznego z akumulatorem pojazdu podczas wypadku.

Sama poduszka powietrzna i jej mechanizm napełniający są zawsze ukryte gdzieś w środku pojazdu, za plastikowymi osłonami lub drzwiami, i zaprojektowane tak, aby otworzyły się w momencie napełnienia. Po osiągnięciu lub przekroczeniu wymaganego progu, jednostka sterująca poduszką powietrzną rozpoczyna zapłon materiału pędnego generatora gazu w celu szybkiego nadmuchania poduszki.

Gdy tylko osoba przebywająca w pojeździe uderzy w poduszkę powietrzną i wywrze nacisk, gaz zostaje uwolniony w sposób kontrolowany przez małe otwory wentylacyjne. Pojemność poduszki powietrznej i wielkość otworów wentylacyjnych w obudowie różnią się w zależności od pojazdu, ale celem jest zawsze rozłożenie opóźnienia (a więc i siły) na ciało pasażera i złagodzenie uderzenia – we współdziałaniu mechanizmu poduszki powietrznej z pasami bezpieczeństwa.

Sygnały z różnych czujników są przesyłane do jednostki sterującej poduszki powietrznej, która wykorzystuje je do określenia kąta, stopnia lub siły uderzenia, a także innych zmiennych.

Każde urządzenie blokujące jest zwykle uruchamiane przez jeden lub więcej elementów pirotechnicznych, składających się z przewodnika elektrycznego owiniętego materiałem palnym. Element taki uruchamiany jest impulsem prądowym o natężeniu od 1 do 3 amperów w czasie krótszym niż 2 milisekundy. Gdy przewodnik jest wystarczająco gorący, zapala materiał palny, co powoduje uruchomienie generatora gazu.

W napinaczu pasów bezpieczeństwa ten gorący gaz jest wykorzystywany do poruszenia tłoczkiem napinającym pas bezpieczeństwa. W poduszce powietrznej aktywator służy do zapalenia stałego materiału pędnego w urządzeniu napełniającym poduszkę powietrzną. W wyniku spalania materiału pędnego powstaje gaz obojętny, który w ciągu około 20-30 milisekund napełnia poduszkę powietrzną.

Jeśli poduszka powietrzna rozkłada się zbyt wolno, może wzrosnąć ryzyko obrażeń pasażera w wyniku kontaktu z napełniającą się poduszką. Ponieważ między pasażerem a deską rozdzielczą jest zwykle większa odległość, poduszka powietrzna po stronie pasażera jest większa i wymaga więcej gazu do nadmuchania.

Starsze systemy poduszek powietrznych zawierały mieszaninę azydku sodu (NaN3), KNO3 i SiO2. Typowa poduszka powietrzna po stronie kierowcy zawiera około 50-80 g NaN3, a większa poduszka powietrzna po stronie pasażera zawiera około 250 g. W ciągu około 40 milisekund od uderzenia składniki te reagują w trzech różnych reakcjach, wytwarzając gaz zawierający azot. Reakcje to, w kolejności:

2 NaN₃ → 2 Na + 3 N ₂

10 Na + 2 KNO₃ → K₂ O + 5 Na₂ O + N ₂

K₂ O + Na₂ O + 2 SiO₂  → K₂ SiO₃  + Na SiO₂₃

Bardzo ważne jest, aby materiały wykorzystane do reakcji nie były higroskopijne, ponieważ zaabsorbowana wilgoć może znieczulić układ i spowodować niepowodzenie reakcji.

Trwają starania o znalezienie alternatywnych związków, które mogłyby być stosowane w poduszkach powietrznych przy użyciu mniej toksycznych odczynników.

Rodzaje poduszek powietrznych i trendy obecnie stosowane

Poduszki powietrzne są obecnie nieodzownym elementem większości pojazdów drogowych, a konstruktorzy stale poszukują nowych stref w kabinie, w których warto byłoby je zastosować. Ich liczba rośnie, a wraz z nią bezpieczeństwo zderzeniowe samochodów.

Najpopularniejsze typy poduszek powietrznych spotykane dziś:

• Przednie poduszki powietrzne po stronie kierowcy i pasażera
• Tylna poduszka powietrzna dla drugiego rzędu siedzeń (zderzenie czołowe)
• Boczna poduszka powietrzna
• Przednie i tylne kurtynowe poduszki powietrzne
• Kurtynowa poduszka powietrzna z czujnikiem przewrócenia (RSCA)
• Centralna poduszka powietrzna
• Poduszka powietrzna na kolana
• Poduszka powietrzna chroniąca miednicę
• Poduszka powietrzna z pasem bezpieczeństwa
• Poduszka powietrzna dla pieszych

źródło: en.wikipedia.org, strony producentów