Hur krockkuddar fungerar

Den utplacerade krockkudden inne i resterna av en Enzo Ferrari. Se fler bilsäkerhetsbilder. Michael Tullberg / Getty Images

I många år gav det pålitliga säkerhetsbältet den enda formen av passiv återhållsamhet i våra bilar. Det diskuterades om deras säkerhet, särskilt när det gäller barn, men med tiden antog en stor del av landet obligatoriska säkerhetsbälteslagar. Statistik har visat att användningen av säkerhetsbälten har räddat tusentals liv som kan ha gått förlorade i kollisioner.

Liksom säkerhetsbälten har begreppet krockkudde - en mjuk kudde att landa mot i en krasch - funnits i många år. Det första patentet på en uppblåsbar landningsanordning för flygplan lämnades in under andra världskriget. På 1980-talet dök de första kommersiella krockkuddarna upp i bilar.

Sedan modellåret 1998 har alla nya bilar som sålts i USA varit skyldiga att ha krockkuddar på både förarens och passagerarsidan. (Lätta lastbilar kom under regeln 1999.) Hittills visar statistik att krockkuddar minskar risken för att dö i en direkt frontalkrasch med ungefär 30 procent. Sedan kom sittmonterade och dörrmonterade sidokrockkuddar. Idag går vissa bilar långt utöver att ha dubbla krockkuddar till att ha sex eller till och med åtta krockkuddar. Efter att ha väckt något av samma kontrovers som omgick användning av säkerhetsbälten under de första åren, är airbags föremål för allvarlig regerings- och industriforskning och tester.

I den här artikeln lär du dig vetenskapen bakom krockkudden, hur enheten fungerar, vilka problem den är och var tekniken går härifrån.

Motion Laws

Innan vi tittar på detaljer, låt oss granska vår kunskap om rörelse lagar. Först vet vi att rörliga objekt har Momentum (produkten av massan och ett objekts hastighet). Om inte en yttre tvinga verkar på ett objekt, objektet kommer att fortsätta att röra sig med sin nuvarande hastighet och riktning. Bilar består av flera föremål, inklusive själva fordonet, lösa föremål i bilen och naturligtvis passagerare. Om dessa föremål inte hålls kvar, fortsätter de att röra sig med vilken hastighet bilen kör med, även om bilen stoppas av en kollision.

Att stoppa ett objekts momentum kräver kraftverkande under en tidsperiod. När en bil kraschar är kraften som krävs för att stoppa ett objekt mycket stor eftersom bilens momentum har förändrats direkt medan passagerarnas inte har det - det finns inte mycket tid att arbeta med. Målet med alla kompletterande fasthållningssystem är att hjälpa till att stoppa passageraren medan du gör så liten skada på honom eller henne som möjligt.

Vad en krockkudde vill göra är att bromsa passagerarens hastighet till noll med liten eller ingen skada. De begränsningar som det måste fungera inom är enorma. Krockkudden har utrymmet mellan passageraren och ratten eller instrumentpanelen och en bråkdel av en sekund att arbeta med. Även den lilla mängden utrymme och tid är värdefull, men om systemet kan bromsa passageraren jämnt snarare än att tvinga ett plötsligt stopp för hans eller hennes rörelse.

I nästa avsnitt ska vi titta på delar av en krockkudde och se hur den blåser upp.

Målet med en krockkudde är att bromsa passagerarens framåtrörelse så jämnt som möjligt på en bråkdel av en sekund. Det finns tre delar i en krockkudde som hjälper till att uppnå denna bragd:

• De väska själv är tillverkad av ett tunt nylonväv, som är hopfällt i rattet eller instrumentbrädan eller, nyligen, sätet eller dörren.
• De sensor är den enhet som berättar för påsen att blåsa upp. Inflation sker när det finns en kollisionskraft som är lika med att springa in i en tegelvägg med 10 till 15 mil per timme (16 till 24 km per timme). En mekanisk omkopplare vänds när det finns en massförskjutning som stänger en elektrisk kontakt, berättar sensorerna att en krasch har inträffat. Sensorerna får information från en accelerometer inbyggd i ett mikrochip.
• Airbaggen inflationssystem reagerar natriumazid (NaN3) med kaliumnitrat (KNO3) för att producera kvävgas. Heta sprängningar av kväve blåser upp krockkudden.

Airbag och uppblåsningssystem lagrat i rattet. Se fler bilsäkerhetsbilder.

Tidiga ansträngningar för att anpassa krockkudden för användning i bilar stötte på oöverkomliga priser och tekniska hinder som involverar lagring och frigöring av komprimerad gas. Forskare undrade:

• Om det fanns tillräckligt med utrymme i en bil för en gasbehållare
• Huruvida gasen skulle förbli inrymd under högt tryck under bilens livslängd
• Hur väskan skulle kunna göras för att expandera snabbt och pålitligt vid en mängd olika driftstemperaturer och utan att släppa ut ett öronsplitande slag

Inflationssystemet använder ett fast drivmedel och en tändare.

De behövde ett sätt att sätta igång en kemisk reaktion som skulle producera kväve som skulle blåsa upp påsen. Små massiva drivmedel kom till räddningen på 1970-talet.

Inflationssystemet är inte till skillnad från en solid raketbooster (se Hur raketmotorer fungerar för detaljer). Airbag-systemet tänds a fast drivmedel, vilket brinner extremt snabbt för att skapa en stor volym gas för att blåsa upp påsen. Väskan då bokstavligen skurar från sin lagringsplats på upp till 200 mph (322 km / h) - snabbare än ett ögonblick! En sekund senare sprids gasen snabbt genom små hål i påsen defla väskan så att du kan flytta.

Trots att hela processen bara händer en tjugofemte av en sekund, den extra tiden räcker för att förhindra allvarliga skador. De pulverformigt ämne som frigörs från krockkudden är förresten vanligt majsstark- eller talkpulver, som används av krockkuddstillverkarna för att hålla väskorna böjliga och smörjade medan de är i förvaring.

Därefter tittar vi på några av de säkerhetsföreskrifter som är kopplade till krockkuddar, särskilt när det gäller barn.

Sedan de tidiga dagarna med auto-airbags har experter varnat att airbags ska användas tillsammans med säkerhetsbälten. Säkerhetsbälten var fortfarande helt nödvändiga eftersom krockkuddar endast fungerade i frontkollisioner som inträffade på mer än 10 km / h (6 km / h). Endast säkerhetsbälten kan hjälpa till att dra åt sidan och kraschar (även om sidmonterade krockkuddar blir vanligare nu), bakre kollisioner och sekundära stötar. Även när tekniken utvecklas är kuddar fortfarande bara effektiva när de används med en bälte / axelbälte.

Det tog inte lång tid att lära sig att kraften i en krockkudde kan skada dem som är för nära den. Forskare har fastställt att riskzonen för förarens airbags är den första 2 till 3 tum (5 till 8 cm) inflation. Så om du placerar dig 25 cm från förarens airbag får du en klar säkerhetsmarginal. Mät avståndet från ratten mitt till bröstbenet. Om du för närvarande sitter mindre än 10 tum bort kan du justera din körposition på följande sätt:

• Flytta din säte bakåt så långt som möjligt medan du fortfarande når pedalerna bekvämt.
• Sätt tillbaka ryggen på din plats. Även om bilkonstruktionerna varierar, kan de flesta förare uppnå 10-tums avståndet, även med förarsätet hela vägen framåt genom att luta sig bakåt på sätet. Om lutningen av sätet gör det svårt att se vägen, kan du lyfta dig upp genom att använda bilens sätesupphöjningssystem (inte alla bilar har det här!) Eller en fast, halkfri kudde för att få samma effekt.
• Rikta krockkudden mot bröstet, istället för huvudet och nacken, genom att luta ratten nedåt (detta fungerar bara om ratten är justerbar).

Reglerna är olika för barn. En krockkudde kan allvarligt skada eller till och med döda ett oroligt barn som sitter för nära den eller kastas mot strecket vid nödbromsning. Experter är överens om att följande säkerhetspunkter är viktiga:

• Barn 12 år och yngre ska åka böjda i en korrekt installerad, åldersanpassad bilstol i baksätet.
• Spädbarn i bakåtvända barnstolar (under ett år gammalt och väger mindre än 20 kg / 10 kg) ska aldrig åka i framsätet på en bil som har en krockkudde på passagerarsidan.
• Om ett barn över ett år måste åka i framsätet med en krockkudde på passagerarsidan, bör han eller hon ligga i ett framsidande barnsäkerhetssäte, en boosterstol eller ett ordentligt passande varv / axelbälte, och sätet bör flyttas så långt tillbaka som möjligt.

För mer information om bilstolar, läs bilstolar: snabba fakta.

I vissa speciella fall kan bilejare begära möjligheten att inaktivera sina krockkuddar. I nästa avsnitt kommer vi att diskutera steg som ska vidtas om du vill inaktivera din airbag.

Som svar på oro över att barn - och andra, särskilt mindre människor - dödas eller allvarligt skadades av felaktiga eller alltför kraftiga krockkuddar, utfärdade National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) 1997 en slutregel för att tillåta biltillverkare att använda lägre -drivna airbags. Denna regel tillåter att airbags ska vara depowered med 20 till 35 procent. Från och med 1998 fick reparationer och återförsäljare installera på / av-omkopplare som gör att airbags kan inaktiveras. Fordonsägarna kan nu få tillstånd (av NHTSA) att få på / av brytare installerade för en eller båda krockkuddarna i sin bil om de (eller andra användare av sin bil) föll in i en eller flera av dessa specifika riskgrupper:

• För både förarens och passagerarsidan - Personer med medicinska tillstånd där riskerna för att sätta ihop krockkudden överstiger risken för påverkan i frånvaro av en krockkudde
• För förarsidan (utöver medicinska tillstånd) - De som inte kan positionera sig för att använda sina bilar på rätt sätt 25,4 cm bakifrån från mitten av förarens airbag-lock
• För passagerarsidan (utöver medicinska tillstånd) - Individer som behöver transportera en baby i ett bakåtvänd barnsäkerhet i framsätet eftersom bilen inte har någon baksäte, baksätet är för litet för att rymma en bakåtvänd barnstol eller på grund av att det är nödvändigt att ständigt övervaka ett barns medicinska tillstånd
• För passagerarsidan (utöver medicinska tillstånd) - Individer som behöver bära barn mellan 1 och 12 år i framsätet eftersom (a) bilen inte har någon baksäte, (b) fordonsägaren måste bära fler barn än vad som passar in i baksätet eller (c) eftersom det är nödvändigt att ständigt övervaka ett barns hälsa

Om du vill ha en on-off-switch installerad i din bil, behöver du en kopia av NHTSAs broschyr, "airbags och On-Off-switchar: Information för ett informerat beslut", och det bifogade formuläret, Begäran för krockkudde på-av-omkopplare. Du hittar dessa på NHTSA-webbplatsen, liksom på AAA-klubbar, nybilsförsäljare och statliga motorfordonsavdelningar. NHTSA skickar ett godkännandebrev som du kan ta till en verkstad. (Innan du bryr dig med allt detta bör du kontakta din bilhandlare eller en verkstad för att se om det finns en strömbrytare för din bil.) Några eftermontera av / på-brytare kan hittas och användas om federala krav uppfylls - omkopplare måste manövreras med en nyckel och utrustade med varningslampor för att indikera om väskorna är avstängda eller på.

Uppenbarligen, även om du har möjlighet att stänga av den, bör krockkudden vara kvar på förare som kan sitta minst 10 tum bakåt. För dem som inte kan (även med förslagen ovan) kan påsen stängas av. En grupp läkare vid den nationella konferensen för medicinska indikationer för krockkudde deaktivering ansåg de medicinska tillstånd som vanligtvis rapporterats i brev till NHTSA som en motivering för att stänga av krockkuddar. De rekommenderade dock inte att stänga av kuddar för relativt vanliga förhållanden, till exempel:

• pacemakers
• glasögon
• angina
• emfysem
• astma
• mastektomi
• tidigare rygg- eller nackoperation
• avancerad ålder
• osteoporos
• artrit
• graviditet

Generellt sett kan du inte inaktivera krockkudden utan att installera en omkopplare för tillbehör. Men om en ombyggnad av / på-strömbrytare ännu inte är tillgänglig (från fordonstillverkaren) för din bil, kommer NHTSA att godkänna deaktivering av krockkudden från fall till fall under lämpliga förhållanden. Försök aldrig att inaktivera påsen själv - kom ihåg, det här är ingen mjuk kudde! Det packar en tapet och kan skada dig när du inte vet vad du gör.

När det gäller fabriksinstallerade on-off-switchar, tillåter NHTSA biltillverkare att installera passagerar-airbag på / av-omkopplare i nya fordon under begränsade omständigheter - endast om fordonet inte har någon baksäte eller om baksätet är för litet för att rymma ett bakåtvänd barnsäkerhetsstol. Och tillverkare får för närvarande inte installera av / på-brytare för förarens krockkudde i något nytt fordon. Varför dessa regler? NHTSA beslutade mot utbredda fabriksinstallerade on-off-omkopplare av rädsla för att de skulle bli standardutrustning i alla nya fordon - även de som köpts av personer som inte är i riskgrupper. De såg också integrationen av on-off-switchar i nya bilar (och den efterföljande omformningen av instrumentpaneler) som något som skulle leda resurser från utvecklingen av säkrare, mer avancerade airbag-system.

Aktiviteter som syftar till att upprätthålla och förbättra livräddningsfördelarna med krockkuddar är i full gång. Nya NHTSA-sponsrade test använder förbättrade "dummy" skada kriterier baserade på ny kunskap och forskning.

Fram till nyligen var de flesta steg som gjordes inom bilsäkerhet framför och bakpåverkan, även om 40 procent av alla allvarliga skador från olyckor är resultatet av sidoeffekter, och 30 procent av alla olyckor är kollisioner i sidoeffekter. Många biltillverkare har svarat på denna statistik (och de resulterande nya standarderna) genom att slå upp dörrar, dörrkar och golv- och takavsnitt. Men bilar som för närvarande erbjuder sidokrockkuddar representerar den nya vågen av passagerarskydd. Ingenjörer säger att det är mycket svårare att designe effektiva sidokrockkuddar än att utforma främre krockkuddar. Detta beror på att mycket av energin från en frontkollision absorberas av stötfångare, huva och motor, och det tar nästan 30 till 40 millisekunder innan den når bilens passagerare. I sidoeffekter skiljer endast en relativt tunn dörr och några tum passageraren från ett annat fordon. Detta innebär att dörrmonterade sidokrockkuddar måste börja distribueras på bara fem eller sex millisekunder!

Volvotekniker experimenterade med olika sätt att montera sidokrockkuddar och valde installation av ryggstöd eftersom det skyddar passagerare i alla storlekar oavsett hur sätet är placerat. Detta arrangemang tillåter dem att placera en utlösande mekanisk sensor på sidorna på sittdynorna under föraren och den främre passageraren. Detta hindrar krockkudden på den oskadade sidan av bilen från att blåsa upp. Att installera hela krockkudde-paketet i ryggstödet ger också fördelen att förhindra onödig användning som kan orsakas av kollisioner med fotgängare eller cyklar. Det tar en kollision på ungefär 12 mph (19 km / h) för att utlösa sidokrockkuddar.

BMW-ingenjörer har valt dörrmonterade krockkuddar. Dörren har mer utrymme, vilket möjliggör en större väska som ger mer täckning.

De huvud airbag, eller uppblåsbar rörformig struktur (ITS), ser lite ut som en stor korv och, till skillnad från andra krockkuddar, är den utformad för att förbli uppblåst i cirka fem sekunder för att erbjuda skydd mot andra eller tredje stötar. Arbetar med sidokrockkudden, ITS är tänkt att ge bättre skydd i vissa sidokollisioner. Ett annat alternativ för huvudskydd vid sidoeffekter är gardin airbag.

Allt detta gör det ganska tydligt att vetenskapen om krockkuddar fortfarande är ny och under snabb utveckling. Du kan förvänta dig många framsteg inom detta område när designers kommer med nya idéer och lär sig av verkliga kraschdata.

För mer information om krockkuddar och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.

relaterade artiklar

• Hur Crash Testing fungerar
• Så fungerar NASCAR-säkerhet
• Hur bilbälten fungerar
• Hur "Jaws of Life" fungerar
• Hur däck fungerar
• Hur bromsar fungerar
• Hur Anti-Lock Bromsar fungerar
• Hur fungerar säkerhetsglas??
• Bilstolar: snabba fakta

Fler bra länkar

• Discovery Channel: "MythBusters"
• Airbags: Hur de fungerar
• Airbags och barn
• Avväxla en krockkudde
• gasgeneratorer
• Airbags: konstruktion och design