Какой газ заполняет подушку безопасности: Газ для подушек безопасности — что защищает человека во время аварии

  • 19.12.1977

Содержание

Газ для подушек безопасности — что защищает человека во время аварии

Производители дорожных автомобилей уделяют особое внимание вопросу защиты водителя и пассажиров в аварийных ситуациях, придерживаясь определенных технических критериев. В частности, газ для подушек безопасности (англ. — Airbag) должен практически мгновенно наполнять мешок, чтобы человек не успел получить серьезных травм при боковом или лобовом ударе. Именно о том, как устроена данная система и какой газовый компонент используется для ее функционирования, пойдет речь ниже.

 

История возникновения Airbag

Первой областью, где начала применяться подобная защита, считается авиация. В 40-х годах прошлого столетия авиа-инженеры решили внедрить инновационную по тем временам систему безопасности. В автомобильной промышленности такое изобретение стало активно внедряться только спустя три десятка лет. При этом первые попытки создать действительно эффективное и надежное средство защиты человека при аварии имели неутешительные результаты.

 

На начальном этапе развития Airbag в качестве газа для подушек безопасности применялся атмосферный воздух. Основная идея заключалась в том, чтобы накачать мешок за 20-30 мс, с чем ни один промышленный компрессор так и не смог справиться. После неудачных попыток добиться приемлемого результата было принято решение отказаться от идеи компрессорного нагнетания и воспользоваться энергией, которая возникает при сгорании топлива.

 

Наиболее эффективным методом оказалось сжигание ракетного топлива. В результате выделялось столько энергии, что ее вполне хватало не только на мгновенное наполнение мешка, но и на взрыв автомобиля. Поэтому впоследствии в качестве источника энергии стали применяться специальные патроны (таблетки), которые выделяли достаточное количества газа при сгорании, однако были гораздо безопаснее ракетного топлива.

 

устройство генератора

 

Какой газ для подушек безопасности используется сегодня

В современных условиях для наполнения Airbag применяется азот, который вырабатывается при сгорании таблетки натриевой кислоты или азида натрия (NaN3). Алгоритм работы системы выглядит так:

  1. При сильном ударе в автомобиле срабатывают датчики, сигнал от которых поступает в газогенератор.
  2. Газогенератор начинает вырабатывать тепло и высокое давление, в результате чего патроны сгорают, вырабатывая газ.
  3. Поскольку азота в общем объеме только 45% (остальное — это оксид и диоксид углерода, водяные пары и твердые частицы), на выходе газогенератора устанавливаются фильтры, которые не пропускают вредные для человеческого организма компоненты.
  4. Наполнение подушки осуществляется за 20-50 мс. При этом давление сохраняется не более 1 с, после чего сквозь технологические отверстия азот распространяется в автомобильном салоне.

 

процесс наполнения

 

Для человека азот является абсолютно безопасным веществом. Однако стоит отметить, что в случае высокой концентрации и давления он может вызывать легкое «опьянение». Больше об этом эффекте читайте здесь.

Количество подушек безопасности в салоне может быть разным. В наиболее защищенных транспортных средствах такие элементы располагаются не только на руле и лицевой панели, но и по всему внутреннему периметру автомобиля. Таким образом, во время серьезной аварии пассажиры оказываются внутри своеобразной капсулы, которая призвана смягчить прямые и боковые удары.

 

 

Существует ли альтернатива NaN3?

Помимо азида натрия в качестве топлива для генерации газа некоторые производители автомобилей применяют нитроцеллюлозу, которая при сгорании не выделяет вредных веществ, поэтому не требует дополнительной установки фильтра. Кроме того, при одинаковой массе таблетки нитроцеллюлоза вырабатывает больше полезного газообразного вещества, чем натриевая кислота, что позволяет повысить мощность газогенератора. Вместе с тем, это вещество является взрывоопасным, поэтому, несмотря на очевидные преимущества, не получило широкое распространение при производстве Airbag.

 

Таким образом, среди веществ, выделяющих N, у азида натрия на текущий момент нет полноценной альтернативы. А готовые технические газы не применяются поскольку, во-первых, это не безопасно, во-вторых, они требуют дополнительное место для размещения баллона.

 

В качестве заключения обратим ваше внимание, что подушки безопасности смогут защитить вас только в случае, если соблюдены все необходимые нормы и требования по их установке, замене, производству и использованию. Впрочем, во всех отраслях деятельности необходимо соблюдение установленных правил.

 

Так, компания «Промтехгаз» с удовольствием профессионально проконсультирует вас по любому вопросу относительно технических газов и газового оборудования, применяемого в промышленной сфере и быту – пишите вопросы в комментариях. А если вам нужно  приобрести азот, бытовые, сварочные или пищевые газовые смеси, то ждем вас на нашем сайте – там можно найти полную техническую информацию о поставляемой продукции и быть уверенным в полном соблюдении всех необходимых нормативов и правил.

как работают подушки безопасности и какие бывают? Какой газ заполняет подушку безопасности

Подушка безопасности служит для замедления движения пассажира вперед, при столкновении за считанные секунды. Она сделана из нейлоновой ткани, и уложена в приборную доску, руль, сиденье или дверь. Там установлен датчик устройства, который и сообщает подушке, когда необходим ее надув. О том, каким газом заполняется подушка безопасности, принцип ее действия, а также меры предосторожности при использовании воздушных подушек, расскажет данная публикация.

Надув начинается при силе столкновения, равносильной столкновению со стеной на скорости 16-24 км/ч. При столкновении происходит массовый сдвиг, который закрывает электрический контакт, после этого срабатывает механический переключатель. Это и сообщает датчикам об аварии.

Система наддува подушки смешивает нитрат калия и азид натрия. В итоге выделяется газ, который взрывом надувает подушку безопасности .

Система наддува схожа с ракетным ускорителем. Она поджигает твердое топливо, которое быстро горит, создает большие объемы газа, и они раздувают подушку. Подушка вырывается из своего места в мгновение ока, со скоростью 322 км/ч. После этого газ рассеивается через маленькие отверстия в камере, сдувая подушку, чтобы можно было двигаться.

Весь процесс занимает 1/25 секунды, но дополнительное время обязательно для предотвращения серьезных травм. Порошкообразное вещество, которое высвобождается из подушки — это тальк или кукурузный крахмал. Оно используется, чтобы подушка была гибкой, и для смазки, когда подушка лежит в своем хранилище.

Главные меры предосторожности, которые связаны с подушками безопасности.

С первого использования подушек безопасности предупреждали, что подушки должны использоваться вместе с ремнями безопасности. Ремни безопасности были необходимы, потому что подушки безопасности работали лишь в случае фронтального совпадения. При боковой аварии или заносе помогут только ремни безопасности. Хотя в настоящее время распространены боковые подушки безопасности, их значительно эффективнее использовать вместе с ремнями безопасности.

Сила подушки может повредить тому, кто окажется близко от нее. Самыми опасными считаются 5-8 см наддува подушки. Располагаться надо на 25 см от подушки. Если расстояние от центра руля до груди меньше 25 см, надо настроить водительское место. Опустите немного спинку сиденья. Подвинуть водительское сиденье назад, так, чтобы вам было удобно доставать до педалей. Также надо убедиться, что подушка «нацелена» на грудь, а не на шею или голову.

Для детей правила эксплуатации воздушных подушек отличаются.

Если ребенок не пристегнут ремнем безопасности, или сидит близко к подушке безопасности, подушка может ранить, или убить ребенка.

Условия, необходимые для безопасности ребенка:

  • Детям до 12 лет нужно ездить в специальных детских сиденьях, которые соответствуют возрасту ребенка.
  • Младенцы до 1 года, находящиеся в детском кресле, не должны ездить на переднем сиденье автомобиля, где на пассажирской стороне находится подушка безопасности.
  • Ребенок старше 1 года, который вынужден ехать на переднем сиденье, должен сидеть в детском кресле, которое установлено по ходу движения, или на подушке-бустере, либо с использованием плечевого, или коленного ремня. Сиденье надо откинуть насколько это возможно.

Скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагентов: чем она выше, тем чаще сталкиваются молекулы и тем быстрее идет реакция. Аналогично частота аварий пропорциональна концентрации автомобилей на дорогах, которая неуклонно увеличивается. Соответственно растет и число аварий. Самые опасные происходят при лобовом столкновении. Можно ли при этом защитить водителя и пассажиров? Одно из самых простых и надежных изобретений — ремни безопасности, которые спасли множество жизней. Но если скорость машины при лобовом столкновении велика, не спасают и они: ремень задерживает туловище, а голова по инерции продолжает движение вперед, что приводит к повреждению шейного отдела позвоночника. Такая травма обычно смертельна.

Лет двадцать назад химики ведущих автомобильных корпораций разработали новый способ защиты автомобилистов — подушку безопасности. Это мешок, изготовленный из прочного полиамидного волокна, и в сложенном виде он занимает так мало места, что его можно упрятать в стойку рулевого колеса. При лобовом столкновении мешок почти мгновенно надувается и мягко принимает на себя поступательное движение как корпуса, так и головы водителя, спасая тем самым ему жизнь. Если к концу 80-х годов лишь один из 15 выпускавшихся в США автомобилей снабжался подушкой безопасности, то сейчас почти все автомобили имеют их две — для водителя и для пассажира.
Как работает это устройство? Поскольку счет при аварии идет на тысячные доли секунды (при скорости 100 км/ч машина проходит 10 см всего за 3 миллисекунды), никакие механические компрессоры или баллоны с сжатым газом не успеют надуть мешок. Остается взрывное разложение химического соединения с выделением большого объема газа. Химикам требовалось найти такое соединение, а остальное было делом техники. Вариантов оказалось немного. Остановились на распаде азида натрия — соли очень взрывчатой и очень ядовитой азотистоводородной кислоты HN3. Хотя эта кислота слабая (какуксусная), ее водные растворы обладают настолько сильным окислительным действием, что смесь HN3 и HCI растворяет золото и даже платину. Азиды тяжелых металлов (меди, серебра, ртути, свинца и других) — весьма неустойчивые соединения, которые взрываются при трении, ударе, нагревании, действии света. Взрыв может произойти даже под слоем воды! Азид свинца Pb(N3)2 используется как инициирующее взрывчатое вещество, с помощью которого подрывают основную массу взрывчатки: для этого достаточно всего двух десятков миллиграммов этого вещества.

Азид натрия сам не взрывается, но ядовит- его сильно разбавленные водные растворы иногда используют в качестве консерванта биохимических препаратов.

Работает все это так. При столкновении датчики, установленные в автомобиле, передают сигнал на микропроцессор. Он оценивает ситуацию; если скорость автомобиля превышала определенное значение (обычно 35 км/ч),
микропроцессор включает электрический запал и запускает реакцию разложения азида. В результате перед человеком надувается мешок, содержащий около 70 литров азота. Это спасет ему жизнь даже в таких случаях, которые раньше считались безнадежными. В автомобилях последних моделей можно даже регулировать скорость наполнения мешка азотом в зависимости от массы водителя и его точного расположения в салоне.

Однако мешки безопасности, хотя и доказали свою эффективность, создают экологические проблемы. Ведь большинство автомобилей заканчивает свой век, ни разу не испытав лобового столкновения. И на свалках вместо сравнительно безопасных груд ржавеющего металла могут образоваться очаги отравляющих веществ. Один из способов борьбы с этим -использовать вместо порошка таблет-ки, которые можно было бы извлекать. Другой путь — поиск химических соединений для замены азида натрия.

Airbag (подушка безопасности) – это один из элементов пассивной безопасности в современных автомобилях. Их наличие является важным фактором, обеспечивающим безопасность водителя и пассажиров. Airbag в переводе с английского языка означает «воздушная подушка», отсюда возникло и русское название – подушка безопасности, которое мы все привыкли использовать.

Подушки безопасности спасли тысячи жизней с тех пор, как их стали массово устанавливать на транспортные средства. Задумка системы Airbag проста: подушки безопасности надуваются достаточно быстро для того, чтобы защитить тело человека в случае аварии. Но как они это делают так быстро?

Содержание статьи:

Устройство и принцип работы подушек безопасности

Тайна мгновенного наполнения воздухом подушек безопасности на самом деле кроется не столько в самих подушках, сколько в специальном устройстве – газогенераторе. Это самая технически сложная деталь во всей системе Airbag.

Газогенераторы, которые используются в подушках безопасности, способны надуть её примерно в три раза быстрее, чем вы успеете моргнуть. В конце статьи смотрите видео о том, как устроена подушка безопасности, и через какие этапы производства ей приходится пройти перед установкой на авто.

Принцип работы подушек безопасности достаточно прост. Они срабатывают при ударе, когда скорость автомобиля превышает 20 км/ч.

  • В случае столкновения машины с препятствием, срабатывает один или несколько специальных датчиков. Эти датчики могут быть установлены спереди, сзади и по бокам автомобиля.
  • Сигналы от датчиков обрабатываются электронным блоком управления (ЭБУ), контролирующим работу системы Airbag. При определенных условиях (например, сильный лобовой или косой удар, наезд на высокий бордюр, жесткое падение после прыжка и т.д.) ЭБУ дает команду на срабатывание подушек безопасности.
  • На основании запрограммированного алгоритма, блок управления принимает решение о необходимости срабатывания подушек и передает электрический сигнал на исполнение.
  • Этот сигнал поступает в газогенератор подушки безопасности, и в нём срабатывает пиротехнический заряд (выстреливает пиропатрон).
  • В результате срабатывания пиропатрона, заключённая в газогенераторе натриевая кислота сгорает, выделяя значительное количество газа (азота), который поступает в Airbag и мгновенно раскрывает его.

Подушки безопасности изготавливаются из нейлоновой ткани похожей на парашютную. В ней есть отверстия, через которые газ после надувания подушки покидает её всего за 0,3 секунды. Быстрое сдутие необходимо, поскольку, когда из подушки безопасности выходит воздух, она становится мягче.

К каждой подушке безопасности в процессе производства прикрепляется газогенератор, после чего она сворачивается в компактный сверток (достаточно маленький для того, чтобы поместиться в руле или в передней панели со стороны пассажира). При этом генератор газа для водительской подушки безопасности дополнительно помещают в резиновое кольцо, в котором он исполняет роль балансировочного груза.

Устройство газогенератора подушки безопасности

Поскольку водители и пассажиры бывают разных размеров, инженеры, в свое время, хотели придумать такой Airbag-генератор, который мог бы регулировать количество газа. Ранние подушки безопасности не могли изменять скорость надувания относительно размера и положения человека, или силы столкновения автомобиля.

Поэтому конструкторы придумали «умный» генератор – в нем два пиропатрона вместо одного. Один из них выпускает газ всего на 80 процентов (для «мягкой посадки» этого хватает). Но если этого недостаточно, то второй пиропатрон запускает вторичное наполнение, и оставшийся газ наполняет Airbag и делает его жестче.

Типичный газогенератор подушки безопасности водителя состоит из следующих основных частей (смотрите на рисунке выше):

  1. Корпус с камерами сгорания;
  2. Заряды №1 и №2 из таблеток натриевой кислоты;
  3. Вспомогательный заряд для воспламенения заряда №1;
  4. Два пиротехнических патрона для воспламенения зарядов;
  5. Металлический фильтр.

Так что же происходит в газогенераторе при срабатывании Airbag?

  • В пиропатронах, устанавливаемых в газогенераторе подушки безопасности, содержится материал, похожий на порох. Когда к ним поступает сигнал от электронного блока управления, они срабатывают, образуя при этом тепло и высокое давление.
  • От срабатывания пиротехнического патрона в корпусе газогенератора загораются находящиеся там специальные таблетки натриевой кислоты (заряд). Эти таблетки при сгорании выпускают горячий, но безопасный газ на основе азота, который деформирует корпус генератора и покидает его, наполняя Airbag.
  • Перед попаданием в подушку безопасности, азот проходит через специальный металлический фильтр, который устраняет твердые частицы, образованные при сгорании заряда, и остужает газ.
  • При подаче электричества на пиропатрон №2, он воспламеняет второй заряд. Газ, образующийся при сгорании заряда, поднимает колпачок камеры ступени №2 и через камеру сгорания первой ступени наполняет подушку безопасности.

С того момента, как машина попадает в аварию до полного наполнения подушки безопасности проходит не более 30 миллисекунд.

Виды автомобильных подушек безопасности

Наибольшее распространение в автомобилях получили три основных вида подушек безопасности:

  1. Фронтальные подушки безопасности – устанавливаются в руле для водителя, и в правой части передней панели автомобиля для пассажира. Такие подушки безопасности встречаются практически во всех машинах иностранного производства и в некоторых отечественных авто.
  2. Боковые подушки безопасности – при аварии защищают грудную клетку человека, брюшную полость и кости таза. Встраиваются такие подушки безопасности чаще всего в спинки передних автокресел.
  3. Подушки-шторки (головные подушки безопасности) – предназначены для предотвращения травм головы, вследствие боковых ударов. Автопроизводители устанавливают эти подушки безопасности в районе крыши, как спереди, так и сзади или между центральными стойками.

Также на некоторых моделях автомобилей можно встретить коленные подушки безопасности и даже центральный Airbag (между водителем и пассажиром). Но такие виды подушек безопасности встречаются намного реже первых трёх, и в основном на премиальных марках авто.

Поскольку подушки безопасности стали достаточно важным компонентом конструкции современного автомобиля, инженеры постоянно изучают возможность проверки их функционирования. Немецкие специалисты, к примеру, разработали и систематизировали целый ряд тестов, учитывающих климатические факторы и вибрацию, экстремальные перепады температур и различные условия срабатывания устройства.

Производители гарантируют безупречную работу подушек безопасности, потому что, по сравнению с создаваемой ими в лабораториях обстановкой, реальные ситуации, в которых эксплуатируется автомобиль, можно назвать очень щадящими.

Подушки безопасности служат долго и надежно не только благодаря испытаниям, предшествующим их серийному внедрению, но и в силу совершенства конструкции, которая сама следит за поддержанием рабочего состояния системы Airbag и исключает возможность старения и износа ткани.

– промышленный газ, который кроме других полезных функций еще и служит спасению жизней людей в дорожных авариях. При необходимости именно он быстро раздувает подушку безопасности.

Надувная автомобильная подушка безопасности или, как ее еще называют «airbag», нужна для того, чтобы погасить внезапно возникающую энергию удара. Эта травмирующая энергия проявляется при столкновении тяжелого, обладающего большой скоростью автомобиля с другим транспортным средством или неподвижным препятствием.

При этом водитель и пассажиры машины могут пораниться осколками стекла или любыми предметами, находящимися в салоне автомобиля. Подушка оберегает их от ранений. Подушки безопасности давно уже стали почти непременной деталью любого современного автомобиля. Их может быть от одной до десяти штук в одной машине

Где и когда начали использовать подушки безопасности?

Еще в сороковых годах двадцатого века некоторые самолеты оснащались приспособлениями по своей идее подобными подушкам безопасности. В пятидесятых годах начали оформлять патенты на различные версии этого изобретения. Самым первым из них стал патент 1953 года. Только спустя двадцать лет после этого надувная подушка безопасности стала элементом защиты в серийном автомобиле.

Вальтер Линдерер – изобретатель из Мюнхена создал прообраз современных автомобильных подушек безопасности, закрепив на руле мешок, который должен был надуваться воздухом. Производители автомобилей заметили и оценили это изобретение. К сожалению, в таком виде применить его для серийного производства машин не представлялось возможным. Ни один компрессор не мог справиться с трудной задачей – накачать достаточный объем воздуха в подушку безопасности за двадцать миллисекунд.

Поэтому в дальнейшем было предложено воспользоваться энергией газов, которые образуются при горении топлива. Сжигание в таких условиях ракетного топлива приводило к взрыву самой подушки и всего автомобиля. После этих экспериментов стали применять газообразные вещества, которые выделяются при сгорании «патрона» или «таблетки» азида натрия. Эти вещества обладают меньшей пожарной опасностью.

Как используют и чем наполняют сейчас подушки безопасности?

Такая подушка представляет собой сложную разнокомпонентную систему. В нее входит собственно подушка, изготовленная из нейлона. Для этого применяется материал, толщина которого от 0.45 до 0.55миллиметров. Для усиления герметичности нейлон покрывают слоем силикона или резины. Газогенератор нужен для наполнения емкости газом. Датчики, реагирующие на удар, приводят подушку в рабочее состояние. Наиболее современные и совершенные системы оснащены еще и электронным блоком управления.

Газогенератор представляет собой пиропатрон. Твердое топливо, NaN3 — азид натрия, сгорая, выделяет много газа, который быстро раздувает подушку безопасности. Горение этого вещества происходит очень быстро, но при этом не происходит взрыва. 45 процентов от массы продуктов сгорания составляет азот. Остальные 55 процентов – это угарный и углекислый газы, пары воды и твердые частицы. Образовавшиеся газы и пары, прежде чем попасть внутрь подушки фильтруются. В результате в нее проникает только .

Время полного заполнения подушки в этом случае составляет от 30 до 55 миллисекунд. После этого в развернутом состоянии она остается около секунды. Безвредный для человека азот сквозь специальные отверстия выпускается в салон автомобиля. Подушка при этом сдувается, освобождая место для дыхания и движения человека, которого она защищает.

Электрический импульс поступает от датчиков удара к пиропатрону или от электронного блока и включает его. В современных автомобилях срабатывание таких датчиков зависит от скорости машины, угла столкновения и характера препятствия. Датчики, обычно не менее трех экземпляров, устанавливают в салоне автомобиля и его дверцах. В наиболее оснащенных подушками безопасности машинах их может насчитываться до десяти. Электронные системы комплектуются отдельным конденсатором, который в случае необходимости обеспечит энергией передачу сигнала от датчика к пиропатрону.

Плюсы и минусы старых и новых наполнителей автомобильных подушек безопасности.

Наполнители в ранних опытных образцах автомобильных подушек не предоставляли нужной безопасности водителям и пассажирам. Накачивание их воздухом происходит слишком медленно. Наполнение подушки газом, образующимся при сгорании взрывоопасных веществ, подвергает жизни людей еще большей опасности.

Некоторые из производителей подушек безопасности используют в качестве топлива нитроцеллюлозу. Ее применение не требует установки фильтра. Кроме того, для заполнения подушки этого вещества потребуется меньше. Газ, получающийся из восьми граммов нитроцеллюлозы и пятидесяти граммов азида натрия, заполняют одинаковый объем.

Азид натрия и нитроцеллюлоза, современные наполнители подушек безопасности позволяют совершенствовать их защищающие свойства. К сожалению, нитроцеллюлоза, являющаяся основой бездымного пороха, взрывоопасна. Поэтому применение ее не получило большого распространения. Чаще всего используется именно азид натрия.

Количество подушек безопасности, имеющих различное назначение и размещение в машине, постоянно увеличивается. Разработчики предлагают новые варианты, чтобы еще лучше защитить людей в случае аварии. Новые, более чуткие датчики помогают подушкам срабатывать быстрее. Подушка разворачивается полностью в течение двадцати миллисекунд.

Такие датчики способны различать силу, характер и направленность ударов. Теперь они способны включать пиропатроны определенных подушек. Внутри адаптивных подушек регулируется внутреннее давление, а также, в зависимости от ситуации степень их раскрытия. Необходимое давление сохраняется в них на протяжении десяти секунд, это оберегает людей от травм при перевороте машины или при повторном столкновении.

Сами пиропатроны стали безопаснее для здоровья человека. Более совершенные фильтры не пропускаю в подушку и далее в салон ядовитый газ и вредные твердые частицы.

Интересные факты о подушках безопасности.

Если обратиться к знаменитым дневникам Леонардо да Винчи, может оказаться, что концепция подушки безопасности намного старше, чем обычно предполагается. На одном из рисунков, который находится в архивных материалах Королевской библиотеки Турина нарисовано своеобразное приспособление. Фигура человека на нем окружена кожаными мехами, наполненными воздухом. Как следует из подписи к рисунку, их назначение уберечь от ушибов падающего с высоты на землю или воду человека.

Азид натрия – ядовитое вещество. Симптомы отравления им сходны с симптомами отравления цианидом. Большие дозы этого вещества могут привести к смерти.

Чтобы подушки безопасности хорошо выполняли свою функцию их нужно заменять не реже, чем через десять лет.

В наши дни идут активные разработки подушек безопасности не только для мотоциклистов и велосипедистов, но и для пешеходов. Защитная подушка для велосипедистов представляет собой нечто похожее на быстро раздувающийся шлем. Она должна защитить от травм голову упавшего с велосипеда человека.

Подушки безопасности, чья задача спасать пешеходов располагаются снаружи машины. Их две: одна охватывает всю переднюю часть автомобиля, другая защищает голову пассажира от удара о лобовое стекло.

В мире ежегодно порядка 1,2 миллиона человек погибают в автокатастрофах. Европы по количеству смертельных ДТП… Не в последнюю очередь влияют на исход происшествия технические свойства автомобиля, его «фарш». Поэтому и производители, и автолюбители озадачены поиском . Как свидетельствуют испытания, подушка безопасности водителя существенно снижает риск его гибели. Только представьте, машины столкнулись лоб в лоб и в такой ситуации шофёр получает шансов выжить на 20–25% больше. О том, как именно могут защитить человека автомобильные подушки, и какие из них наиболее эффективны — поговорим в нашей статье.

Идея «в мешке»

Как это работает?

Какой же принцип работы подушек безопасности? Состоит этот механизм из нескольких частей. Первое — сама подушка. Как правило, она выполнена из нейлона с силиконовым или . Объём водительской подушки достигает 80 литров, а пассажирских — до 130.

Видео о том, как работают подушки безопасности:

Второе — датчики удара и инертные датчики, расположенные спереди и на боках кузова. Третье — бокс с газом или пиротехнический патрон. В «коробочке» находится специальная «взрывная» смесь. Четвёртое — электронный процессор.

Жизнь в секундах

Так вот, все эти составляющие нужны, чтобы молниеносно среагировать и «открыть парашют».

Принцип таков: в момент удара срабатывает как минимум один . Он реагирует на давление или на неоправданную прибавку скорости. По цепочке датчик посылает соответствующий сигнал на микроплату. Процессор срабатывает и даёт команду о раскрытии пиротехническому патрону. В этот момент происходит мини взрыв, всплеск азота и подушка, наполняясь газом, выскакивает внутрь салона.

Подушка при раскрытии закрывает собой водителя и так смягчает удар. Также она с большой долей вероятности не даст человеку вылететь через .

Всё это происходит молниеносно, занимает какие-то доли секунды (в среднем порядка 0,25 секунды).

Плюс и минус

Но на этом работа подушки не заканчивается. Зафиксировав пассажиров, она автоматически сдувается. Таким образом, «мешок» не станет преградой и никого не зажмёт, мешая выбраться из машины.

Хотя есть здесь и недостаток: эффект подушки одноразовый. И если в момент аварии происходит, например, парное поэтапное столкновение, то сработает «мешок» только при первом «бахе».

«Надувной» ассортимент

Есть и разные виды подушек безопасности. Одни созданы, чтобы защитить водителя. Другие — . Есть «мешки» для салона и те, что крепятся снаружи авто, чтобы смягчить последствия для пешеходов. Отдельно разработаны и устройства для владельцев мототранспорта, чтобы при «встрече» лоб в лоб не дать наезднику вылететь вперёд.

Подушки в салоне могут быть боковыми и фронтальными.

На фронте…

Чаще всего сейчас применяют как раз фронтальные устройства, создающие блок между людьми, сидящими спереди, и передней частью машины. Эти подушки вмонтированы и в панель напротив пассажирского кресла.

Учитывайте, что если пассажирское место в вашей машине обеспечено фронтальной подушкой, то пассажир должен быть предельно внимателен. Главное правило: не держите ничего крупного (даже сумку) и не прижимайте коленями панель. Иначе при раскрытии можно получить серьёзные травмы…

… и сбоку

Но появляется возможность установки «воздушных мешков» в спинках и в дверях сбоку. Это и есть горизонтальная защита, которая пока чаще всего есть только в дорогих моделях.

Такие механизмы срабатывают от мощного толчка в бок кузова. Подобные подушки называют «занавесками» из-за того, что, вскрываясь, они располагаются в окнах. Такое положение позволяет защитить головы и шеи пассажиров.

Разумная защита

Процесс не стоит на месте и уже идёт разработка «мешков» нового поколения. Например, некоторые варианты настолько самостоятельны и разумны, что способны принимать решения об ограничении объёма при открытии. Такой себе само-стоп-контроль. Это возможность индивидуально подобрать параметры «вздутия» в зависимости от физиологических особенностей пассажиров и положения их ремней безопасности. Таким образом, можно избежать многих травм. Чтобы устройство могло проводить подобный анализ, предусмотрен специальный сенсорный механизм.

Безопасная безопасность

Несмотря на все ноу-хау, чтобы «воздушные мешки» сработали правильно, должны постараться не только механизмы, но и люди. Мы уже говорили о ремне безопасности. Так вот ещё раз — это не обсуждается, он должен быть пристёгнут!

Видео о том, как изготавливаются подушки безопасности:

Также внутри салона желательно принимать прямые, ровные позы. Вариант ехать полулёжа не подходит.

Также не закрывайте и не заклеивайте «красивостями» отверстия для вылета подушек. Особенно обратите внимание на устройство в руле — держите руки сбоку, а не поверх рулевого колеса.

Отдельный пункт — . Малыши должны ехать пристёгнутыми в специальных детских «перевозках», которые крепятся на заднем диване машины.

Будьте внимательны и не допустите, чтобы технологии, изобретённые для безопасности человека, привели к противоположному эффекту. Ни на минуту не забывайте, что в вашем автомобиле есть «надувные» подушки и пусть это будет поводом ездить ещё более аккуратно, а не «бросаться в скорость с головой».

Газ который заполняет подушку безопасности. Газ для подушек безопасности — что защищает человека во время аварии. Шторки или головные подушки

Это авторский, с замечаниями из российской практики, перевод статьи «Air Bag Deployment Criteria », опубликованной в 2014 году Kenneth Solomon и Jesse Kendall в журнале «The Forensic Examiner® », официальном рецензируемом научном журнале Американского колледжа Института судебных экспертов, который приобрел популярность и признание в качестве ведущего судебно-экспертного журнала в мире.

И так как наши люди в булочную на такси такие журналы не читают, эта статья на «Праворубе» будет полезна как адвокатам по ДТП, так и читающим автоэкспертам. Адвокатам – как информация для допросов в суде нечитающих автоэкспертов с целью разъяснения им их пустых заключений, а читающим автоэкспертам – для того, чтобы не давать заключения на основе шаманского камлания.

Введение Модули управления подушек безопасности используют сложные алгоритмы для принятия решений о развертывании на основе оценки серьезности аварии, связанной с изменением скорости движения транспортного средства или замедления в течение некоторого времени. Из-за того, что алгоритмы управления являются ноу-хау производителя, их фактические значения порогов скорости, ускорения, или деформации (пути) для развертывания подушки безопасности при столкновении не известны. Значения этих параметров и алгоритмы производители автомобилей не разглашают, ограничиваясь декларативными «сильный удар» или «удар достаточной силы» в руководствах владельцев, а дилеры их просто не знают, при этом разыгрывая перед клиентами спектакли с тестирующими модули управления приборами.

Действительно, столь размытые критерии нетехнического характера создают тупиковые ситуации при предъявлении судебных претензий со стороны владельцев автомобилей, у которых подушки безопасности не сработали в ДТП, или сработали произвольно без видимых причин. Это так же создает благоприятную почву для мошеннических инсценировок ДТП, заключающихся в «перекидке» на практически не деформированный автомобиль панелей со сработавшими подушками безопасности.

Однако величины технических параметров, необходимые для развертывания подушки безопасности, могут быть установлены путем исследования результатов лабораторных краш-тестов автомобилей конкретных производителей.

Задачи статьи 1. Получение информации и понимание работы системы управления подушками безопасности и ее компонентов.
2. Получение информации и понимание, когда должны или не должны сработать подушки безопасности.Статья содержит введение в системы управления подушками безопасности и процессами их срабатывания, краткую историю датчиков удара. Описаны переменные, используемые в алгоритмах развертывания подушек безопасности, приведены сравнительные примеры с использованием нескольких запатентованных систем управления. Показан способ оценки диапазона скорости, замедления или деформации (пути), являющегося порогом для развертывания подушки безопасности.
Процесс развертывания подушек безопасности Целью подушки безопасности является обеспечение упругой мягкой прокладки между пассажирами и интерьером автомобиля. Для достижения этой цели подушки должны быть полностью наполнены газом в короткий промежуток времени и ранее, чем пассажиры вступят с ними в контакт. Быстрое развертывание подушки потенциально может привести к смертельным травмам людей, если они уже находятся в контакте с подушкой безопасности во время ее раскрытия. Поэтому подушки безопасности должны иметь систему управления, которая может правильно распознавать, что происходит столкновение. При этом распознать достаточно рано, чтобы подушка безопасности успела раскрыться безопасно.

Подушка безопасности раскрывается после того, как электрический сигнал на раскрытие послан детонатору от модуля управления подушкой безопасности. Этот сигнал инициирует химическую реакцию, которая быстро надувает газом воздушный мешок из нейлоновой ткани. Газ содержит частицы пыли из материала, используемого для смазки мешка (как правило, тальк и кукурузный крахмал). После полного развертывания подушки газ выходит через небольшие вентиляционные отверстия. Отверстия имеют размеры и расположены так, чтобы уменьшать объем мешка с разной скоростью, в зависимости от типа транспортного средства.

История датчиков удара Ранние системы раскрытия подушки безопасности использовали для обнаружения удара механические датчики, которые затем были изъяты из употребления на американском рынке около 1994 года. Такие датчики, как, например, «rolamite », содержали металлические ролики, стабилизированные в положении режима ожидания с помощью пружины или магнита.


При ударе за пределами предназначенного порога пружина или магнит не могли больше удерживать металлическую массу на месте. Масса перемещалась и нажимала на контакт, посылая электрический сигнал на модуль управления подушки безопасности. Системы с механическими датчиками, как правило, неточны в интерпретации небольших столкновений. Движения в механических датчиках может быть недостаточно при лобовых столкновениях, из-за чего срабатывание может происходить с задержкой. Современные датчики удара сейчас основаны на микроэлектромеханических системах (MEMS).

Новые системы распознавания удара Новые датчики MEMS удара измеряют ускорение акселерометром, который посылает непрерывный поток данных в модуль управления подушки безопасности. Акселерометры, как правило, пьезоэлектрические или переменно емкостные датчики. Наиболее распространенным MEMS акселерометр, который используется сегодня, ADXL-50 производства Analog Devices.


Автору приходилось встречать заключения законченных идио «нечитающих» автоэкспертов, в которых они визуальным осмотром или органолептическим методом устанавливают неисправность датчика удара. Их логика ограничена примитивной цепочкой «был удар – подушки не сработали – значит, не исправен датчик удара». На самом деле процедуры тестирования таких датчиков основаны (на не утвержденных Минюстом, и, значит, на не признаваемых госэкспертами научными) алгоритмах типа Гаусса-Ньютона , требуют наличия специального программного обеспечения и оборудования . Примеры многочисленных тестов можно посмотреть на ютюбе, а при необходимости можно найти на сайте производителя официальный регламент тестирования и калибровки конкретной модели датчика.

По мере того, как прицеленные к упругим элементам массы движутся относительно корпуса датчика за счет ускорения, специальные пластины, прикрепленные к массам, приближаются к другим неподвижным пластинам. Изменение расстояния между пластинами влияет на емкость датчика, или на способность удерживать электрический заряд. Это изменение емкости легко измеряется, и затем превращается в изменение напряжения. Изменение напряжения напрямую зависит от силы инерции из-за ускорения, а показания интерпретируются модулем управления подушки безопасности как ускорение. Алгоритм модуля управления может определить, является ли развертывание подушки безопасности необходимым, на основе заложенной в него математической модели импульсов ускорения во времени.

Процесс принятия решения Модуль управления подушки безопасности (ACM) получает непрерывный сигнал от каждого датчика MEMS и записывает данные в течение определенного периода после специфического события. С помощью центрального процессора (CPU) он выполняет алгоритмические вычисления и дает или не дает команду для развертывания подушки безопасности. Алгоритмы определения степени тяжести удара работают путем оценки одного или нескольких кинематических параметров (ускорение, его производных или интегралов), список которых приведен приведены в таблице 1 ниже. Примеры блок-схем алгоритмов принятия решения показаны на следующих рисунках.

Таблица 1.

Блок-схема алгоритма, использующего параметры: изменение скорости, путь и плотность энергии.


Блок-схема алгоритма, использующего параметры: замедление и рывок (толчок).


Блок-схема алгоритма, использующего параметры: ускорение и изменение скорости.


Варианты алгоритмов
Системы распознавания удара сильно различаются между патентами. Большинство систем, запатентованных после 1995 года, используют изменение скорости «дельта-V», ускорение, или рывок, как параметры для включения системы пробуждения и для раскрытия подушек безопасности. Последние системы также включают системы анализа наличия пассажиров и анализа расстояния до пассажира. В подходах, использованных в период между 1995 и 2008 годами несколькими изобретателями, различия весьма существенны. Однако команда для срабатывания подушек безопасности зависит от одного или более из набора основных кинематических параметров, описанных выше.

Когда раскрываются подушки безопасности В соответствии с позицией Национального управления по безопасности движения департамента транспорта США (закреплено в соответствующем стандарте США, которого придерживаются и ряд широко известных иностранных производителей автомобилей ), «подушки безопасности, как правило, предназначены для развертывания при фронтальных и почти фронтальных столкновениях, которые сравнимы с ударом в неподвижный жесткий барьер на скорости примерно от 8 до 14 миль в час». Определенные пороговые значения откалиброваны каждым производителем в соответствии с размером транспортного средства и жесткостью его конструкции. Система управления активируется для различения событий, таких как попадание в выбоину или столкновение с другим автомобилем. Это, как правило, имеет место, когда два последовательных импульса ускорения менее (примерно) -1g для небольших транспортных средств или менее (примерно) -2g для больших автомобилей, происходят в течение 10 миллисекунд. После пробуждения принимается решение либо раскрыть подушки безопасности, либо вернуться в нормальное состояние.

Из-за статуса «ноу-хау» алгоритмы управления и значения кинематических параметров для развертывания подушки безопасности при столкновении не известны. Однако, используя директиву NHTSA для подушек безопасности, в части их разворачивания при фронтальном ударе в барьер при скорости от 8 до 14 миль/ч, диапазон пороговых значений кинематических параметров может быть оценен с помощью известных значений жесткости транспортных средств и их массы.

Оценка пороговых значений При столкновении величина деформации С (в дюймах) при заданной скорости удара V (в милях в час) связана с отношением жесткости транспортного средства k (в фунт/дюйм) и его весом w (в фунтах) с помощью следующего уравнения:

Время от начала воздействия до момента достижения максимального импульса при ударе:
Заменяя в первом выражении отношение C/V из второго выражения, получаем:
Жесткость автомобиля k может быть определена из результатов краш-тестов с учетом массы автомобиля m , деформации C , и скорости удара V . Жесткость автомобиля рассчитывается по формуле:

Таблица 2 показывает соответствующий спектр замедлений и деформаций (перемещений) в краш-тестах на фронтальный удар, для автомобилей, на которых имеются подушки безопасности, учитывая расчетное время для максимального импульса удара и для различных автомобилей по жесткости и массе.

Таблица 2


Видно, что нет существенной корреляции между весом автомобиля и его жесткостью. Две машины аналогичного веса могут иметь очень разные значения жесткости, как видно из сравнения 2010 Ford Fusion и 2010 Toyota Prius. Оба транспортных средства имеют примерно одинаковый вес автомобиля, но жесткость переда Toyota Prius значительно больше, чем жесткость Ford Fusion. Так как величина деформации и продолжительность воздействия на Ford Fusion больше, подушке безопасности Ford Fusion нужно будет раскрыться в пределах значения замедления меньших, чем те, которые требуются для Toyota Prius.

Сравнение значений Условия реальных столкновений часто не совпадают с ударом в жесткий неподвижный барьер, и это надо учитывать при сравнении диапазонов фактических (из краш-тестов) и расчетных значений параметров. Продолжительность воздействия существенно не изменяется со скоростью удара, но в значительной степени зависит от типа столкновения. Подушки безопасности могут не развернуться, если есть жесткий удар, как наезд на столб, где деформируется только одна часть автомобиля. Подушки безопасности иногда не срабатывают, когда воздействие происходит постепенно, в течение длительного периода времени, как, когда автомобиль едет под или над другим объектом. Подушки безопасности могут не развернуться в столкновениях, в которых относительная жесткость столкнувшихся автомобилей сильно отличается. Например, столкновение передней части одного автомобиля и боковой стороны другого автомобиля. Кроме того, столкновения, которые происходят при острых углах, не всегда приводят к развертыванию подушек безопасности, так как значительного замедления в направлении продольных осей автомобилей (в направлении, измеряемом датчиком удара) не происходит.
Пример: подушки безопасности не раскрылись Примером удара, где было значительное изменение скорости, но фронтальные подушки безопасности не сработали, было ДТП с участием Chevrolet Equinox 2007 года со встречным мотоциклом Harley-Davidson. Модуль управления подушки безопасности в Equinox зафиксировал максимальное изменение скорости 9.27 миль в час. Это значение находится в пределах диапазона от 8.0 до 14.0 миль в час, в котором ожидается развертывание подушек безопасности (как в случае фронтального удара в жесткий неподвижный барьер). Однако максимальное замедление было 3.27g. Это замедление было значительно ниже расчетного значения в диапазоне развертывания от 7.5g до 13.2g, как показано в таблице выше. Таким образом, фронтальные подушки безопасности не должны были сработать.
Пример: подушки безопасности раскрылись Примером удара, который не привел к существенному изменению в скорости, но подушки безопасности раскрылись, было ДТП с участием Chevrolet Corvette 2007 года, который снес несколько дорожных знаков, деревьев и дорожных столбиков на очень высокой скорости. Автомобиль ударил первый объект на скорости более чем 60 миль в час, и модуль управления подушек безопасности зафиксировал максимальное изменение скорости 4.96 миль в час, что значительно ниже диапазона от 8.0 до 14.0 миль в час, в котором ожидается развертывание подушек безопасности (как в случае фронтального удара в жесткий неподвижный барьер). К счастью для пассажира и водителя, зафиксированное максимальное замедление во время удара было 11.3g, которое находится выше расчетного порогового диапазона от 6.1g до 10.6g из таблицы выше. В результате подушки безопасности раскрылись и спасли жизнь пассажира и водителя.
Заключение Подушки безопасности должны иметь систему управления, которая может распознавать удары правильно и достаточно рано, и раскрывать подушки безопасности безопасно. Системы развертывания обычно используют электронные датчики, которые постоянно сообщают ускорение автомобиля модулю управления подушками безопасности. Модули используют сложные алгоритмы, чтобы принять решение о раскрытии подушек безопасности на основе одного или более кинематических переменных. Из-за статуса «ноу-хау» алгоритмов развертывания значения скорости, ускорения или деформации, используемые в этих алгоритмах, неизвестны. Вместо этого, диапазоны значений скоростей удара, замедлений или деформаций могут быть рассчитаны на основе данных краш-тестов и затем использованы для экспертной оценки, должны ли были раскрыться подушки безопасности в случае конкретного столкновения .
Ссылки на источники 1. Collision Safety Institute. (2011). Bosch Crash Data Retrieval System – Crash Data Retrieval. Data Analyst Course Manual.
2. Huang, Mathew. (2002). Vehicle Crash Mechanics. CRC Press.
3. US Department of Transportation National Highway Traffic Safety Administration. (2003). What You Need to Know About Air Bags — DOT HS 809 575.
Об авторах Джесси Кендалл получил степень бакалавра наук в области гражданского строительства в Университете Вермонта в Берлингтоне, штат Вермонт. Он завершил свою инженерную стажировку в Денвере, штат Колорадо, работая в строительных консалтинговых фирмах, прежде чем стать лицензированным профессиональным инженером в шести штатах. С более чем пятнадцатью лет опыта в гражданском строительстве, Джесси Кендалл сейчас живет и работает в Калифорнии в Института анализа риска и безопасности, специализирующимся в области судебной инженерии и реконструкции обстоятельств ДТП.

Доктор Соломон получил степень бакалавра наук, магистра наук и доктора в области машиностроения в Лос-Анджелесе. Доктор Соломон также имеет профессиональные инженерные лицензии. Доктор Соломон проводит исследования в области реконструкции ДТП и биомеханике в течение более 40 лет, имеет более чем 200 научных публикаций в международных изданиях, доклады и презентации. Им и в соавторстве написаны 13 книг. Он работал в качестве старшего научного сотрудника с RAND Corporation, преподавал на факультете в Высшей школе RAND, в Калифорнийском университете, Университете Южной Калифорнии, в Военно-морской аспирантуре, Университете Джорджа Мэйсона и академии шерифов Orange County.

В мире ежегодно порядка 1,2 миллиона человек погибают в автокатастрофах. Европы по количеству смертельных ДТП… Не в последнюю очередь влияют на исход происшествия технические свойства автомобиля, его «фарш». Поэтому и производители, и автолюбители озадачены поиском . Как свидетельствуют испытания, подушка безопасности водителя существенно снижает риск его гибели. Только представьте, машины столкнулись лоб в лоб и в такой ситуации шофёр получает шансов выжить на 20–25% больше. О том, как именно могут защитить человека автомобильные подушки, и какие из них наиболее эффективны — поговорим в нашей статье.

Идея «в мешке»

Как это работает?

Какой же принцип работы подушек безопасности? Состоит этот механизм из нескольких частей. Первое — сама подушка. Как правило, она выполнена из нейлона с силиконовым или . Объём водительской подушки достигает 80 литров, а пассажирских — до 130.

Видео о том, как работают подушки безопасности:

Второе — датчики удара и инертные датчики, расположенные спереди и на боках кузова. Третье — бокс с газом или пиротехнический патрон. В «коробочке» находится специальная «взрывная» смесь. Четвёртое — электронный процессор.

Жизнь в секундах

Так вот, все эти составляющие нужны, чтобы молниеносно среагировать и «открыть парашют».

Принцип таков: в момент удара срабатывает как минимум один . Он реагирует на давление или на неоправданную прибавку скорости. По цепочке датчик посылает соответствующий сигнал на микроплату. Процессор срабатывает и даёт команду о раскрытии пиротехническому патрону. В этот момент происходит мини взрыв, всплеск азота и подушка, наполняясь газом, выскакивает внутрь салона.

Подушка при раскрытии закрывает собой водителя и так смягчает удар. Также она с большой долей вероятности не даст человеку вылететь через .

Всё это происходит молниеносно, занимает какие-то доли секунды (в среднем порядка 0,25 секунды).

Плюс и минус

Но на этом работа подушки не заканчивается. Зафиксировав пассажиров, она автоматически сдувается. Таким образом, «мешок» не станет преградой и никого не зажмёт, мешая выбраться из машины.

Хотя есть здесь и недостаток: эффект подушки одноразовый. И если в момент аварии происходит, например, парное поэтапное столкновение, то сработает «мешок» только при первом «бахе».

«Надувной» ассортимент

Есть и разные виды подушек безопасности. Одни созданы, чтобы защитить водителя. Другие — . Есть «мешки» для салона и те, что крепятся снаружи авто, чтобы смягчить последствия для пешеходов. Отдельно разработаны и устройства для владельцев мототранспорта, чтобы при «встрече» лоб в лоб не дать наезднику вылететь вперёд.

Подушки в салоне могут быть боковыми и фронтальными.

На фронте…

Чаще всего сейчас применяют как раз фронтальные устройства, создающие блок между людьми, сидящими спереди, и передней частью машины. Эти подушки вмонтированы и в панель напротив пассажирского кресла.

Учитывайте, что если пассажирское место в вашей машине обеспечено фронтальной подушкой, то пассажир должен быть предельно внимателен. Главное правило: не держите ничего крупного (даже сумку) и не прижимайте коленями панель. Иначе при раскрытии можно получить серьёзные травмы…

… и сбоку

Но появляется возможность установки «воздушных мешков» в спинках и в дверях сбоку. Это и есть горизонтальная защита, которая пока чаще всего есть только в дорогих моделях.

Такие механизмы срабатывают от мощного толчка в бок кузова. Подобные подушки называют «занавесками» из-за того, что, вскрываясь, они располагаются в окнах. Такое положение позволяет защитить головы и шеи пассажиров.

Разумная защита

Процесс не стоит на месте и уже идёт разработка «мешков» нового поколения. Например, некоторые варианты настолько самостоятельны и разумны, что способны принимать решения об ограничении объёма при открытии. Такой себе само-стоп-контроль. Это возможность индивидуально подобрать параметры «вздутия» в зависимости от физиологических особенностей пассажиров и положения их ремней безопасности. Таким образом, можно избежать многих травм. Чтобы устройство могло проводить подобный анализ, предусмотрен специальный сенсорный механизм.

Безопасная безопасность

Несмотря на все ноу-хау, чтобы «воздушные мешки» сработали правильно, должны постараться не только механизмы, но и люди. Мы уже говорили о ремне безопасности. Так вот ещё раз — это не обсуждается, он должен быть пристёгнут!

Видео о том, как изготавливаются подушки безопасности:

Также внутри салона желательно принимать прямые, ровные позы. Вариант ехать полулёжа не подходит.

Также не закрывайте и не заклеивайте «красивостями» отверстия для вылета подушек. Особенно обратите внимание на устройство в руле — держите руки сбоку, а не поверх рулевого колеса.

Отдельный пункт — . Малыши должны ехать пристёгнутыми в специальных детских «перевозках», которые крепятся на заднем диване машины.

Будьте внимательны и не допустите, чтобы технологии, изобретённые для безопасности человека, привели к противоположному эффекту. Ни на минуту не забывайте, что в вашем автомобиле есть «надувные» подушки и пусть это будет поводом ездить ещё более аккуратно, а не «бросаться в скорость с головой».

Подушка безопасности служит для замедления движения пассажира вперед, при столкновении за считанные секунды. Она сделана из нейлоновой ткани, и уложена в приборную доску, руль, сиденье или дверь. Там установлен датчик устройства, который и сообщает подушке, когда необходим ее надув. О том, каким газом заполняется подушка безопасности, принцип ее действия, а также меры предосторожности при использовании воздушных подушек, расскажет данная публикация.

Надув начинается при силе столкновения, равносильной столкновению со стеной на скорости 16-24 км/ч. При столкновении происходит массовый сдвиг, который закрывает электрический контакт, после этого срабатывает механический переключатель. Это и сообщает датчикам об аварии.

Система наддува подушки смешивает нитрат калия и азид натрия. В итоге выделяется газ, который взрывом надувает подушку безопасности .

Система наддува схожа с ракетным ускорителем. Она поджигает твердое топливо, которое быстро горит, создает большие объемы газа, и они раздувают подушку. Подушка вырывается из своего места в мгновение ока, со скоростью 322 км/ч. После этого газ рассеивается через маленькие отверстия в камере, сдувая подушку, чтобы можно было двигаться.

Весь процесс занимает 1/25 секунды, но дополнительное время обязательно для предотвращения серьезных травм. Порошкообразное вещество, которое высвобождается из подушки — это тальк или кукурузный крахмал. Оно используется, чтобы подушка была гибкой, и для смазки, когда подушка лежит в своем хранилище.

Главные меры предосторожности, которые связаны с подушками безопасности.

С первого использования подушек безопасности предупреждали, что подушки должны использоваться вместе с ремнями безопасности. Ремни безопасности были необходимы, потому что подушки безопасности работали лишь в случае фронтального совпадения. При боковой аварии или заносе помогут только ремни безопасности. Хотя в настоящее время распространены боковые подушки безопасности, их значительно эффективнее использовать вместе с ремнями безопасности.

Сила подушки может повредить тому, кто окажется близко от нее. Самыми опасными считаются 5-8 см наддува подушки. Располагаться надо на 25 см от подушки. Если расстояние от центра руля до груди меньше 25 см, надо настроить водительское место. Опустите немного спинку сиденья. Подвинуть водительское сиденье назад, так, чтобы вам было удобно доставать до педалей. Также надо убедиться, что подушка «нацелена» на грудь, а не на шею или голову.

Для детей правила эксплуатации воздушных подушек отличаются.

Если ребенок не пристегнут ремнем безопасности, или сидит близко к подушке безопасности, подушка может ранить, или убить ребенка.

Условия, необходимые для безопасности ребенка:

  • Детям до 12 лет нужно ездить в специальных детских сиденьях, которые соответствуют возрасту ребенка.
  • Младенцы до 1 года, находящиеся в детском кресле, не должны ездить на переднем сиденье автомобиля, где на пассажирской стороне находится подушка безопасности.
  • Ребенок старше 1 года, который вынужден ехать на переднем сиденье, должен сидеть в детском кресле, которое установлено по ходу движения, или на подушке-бустере, либо с использованием плечевого, или коленного ремня. Сиденье надо откинуть насколько это возможно.

– промышленный газ, который кроме других полезных функций еще и служит спасению жизней людей в дорожных авариях. При необходимости именно он быстро раздувает подушку безопасности.

Надувная автомобильная подушка безопасности или, как ее еще называют «airbag», нужна для того, чтобы погасить внезапно возникающую энергию удара. Эта травмирующая энергия проявляется при столкновении тяжелого, обладающего большой скоростью автомобиля с другим транспортным средством или неподвижным препятствием.

При этом водитель и пассажиры машины могут пораниться осколками стекла или любыми предметами, находящимися в салоне автомобиля. Подушка оберегает их от ранений. Подушки безопасности давно уже стали почти непременной деталью любого современного автомобиля. Их может быть от одной до десяти штук в одной машине

Где и когда начали использовать подушки безопасности?

Еще в сороковых годах двадцатого века некоторые самолеты оснащались приспособлениями по своей идее подобными подушкам безопасности. В пятидесятых годах начали оформлять патенты на различные версии этого изобретения. Самым первым из них стал патент 1953 года. Только спустя двадцать лет после этого надувная подушка безопасности стала элементом защиты в серийном автомобиле.

Вальтер Линдерер – изобретатель из Мюнхена создал прообраз современных автомобильных подушек безопасности, закрепив на руле мешок, который должен был надуваться воздухом. Производители автомобилей заметили и оценили это изобретение. К сожалению, в таком виде применить его для серийного производства машин не представлялось возможным. Ни один компрессор не мог справиться с трудной задачей – накачать достаточный объем воздуха в подушку безопасности за двадцать миллисекунд.

Поэтому в дальнейшем было предложено воспользоваться энергией газов, которые образуются при горении топлива. Сжигание в таких условиях ракетного топлива приводило к взрыву самой подушки и всего автомобиля. После этих экспериментов стали применять газообразные вещества, которые выделяются при сгорании «патрона» или «таблетки» азида натрия. Эти вещества обладают меньшей пожарной опасностью.

Как используют и чем наполняют сейчас подушки безопасности?

Такая подушка представляет собой сложную разнокомпонентную систему. В нее входит собственно подушка, изготовленная из нейлона. Для этого применяется материал, толщина которого от 0.45 до 0.55миллиметров. Для усиления герметичности нейлон покрывают слоем силикона или резины. Газогенератор нужен для наполнения емкости газом. Датчики, реагирующие на удар, приводят подушку в рабочее состояние. Наиболее современные и совершенные системы оснащены еще и электронным блоком управления.

Газогенератор представляет собой пиропатрон. Твердое топливо, NaN3 — азид натрия, сгорая, выделяет много газа, который быстро раздувает подушку безопасности. Горение этого вещества происходит очень быстро, но при этом не происходит взрыва. 45 процентов от массы продуктов сгорания составляет азот. Остальные 55 процентов – это угарный и углекислый газы, пары воды и твердые частицы. Образовавшиеся газы и пары, прежде чем попасть внутрь подушки фильтруются. В результате в нее проникает только .

Время полного заполнения подушки в этом случае составляет от 30 до 55 миллисекунд. После этого в развернутом состоянии она остается около секунды. Безвредный для человека азот сквозь специальные отверстия выпускается в салон автомобиля. Подушка при этом сдувается, освобождая место для дыхания и движения человека, которого она защищает.

Электрический импульс поступает от датчиков удара к пиропатрону или от электронного блока и включает его. В современных автомобилях срабатывание таких датчиков зависит от скорости машины, угла столкновения и характера препятствия. Датчики, обычно не менее трех экземпляров, устанавливают в салоне автомобиля и его дверцах. В наиболее оснащенных подушками безопасности машинах их может насчитываться до десяти. Электронные системы комплектуются отдельным конденсатором, который в случае необходимости обеспечит энергией передачу сигнала от датчика к пиропатрону.

Плюсы и минусы старых и новых наполнителей автомобильных подушек безопасности.

Наполнители в ранних опытных образцах автомобильных подушек не предоставляли нужной безопасности водителям и пассажирам. Накачивание их воздухом происходит слишком медленно. Наполнение подушки газом, образующимся при сгорании взрывоопасных веществ, подвергает жизни людей еще большей опасности.

Некоторые из производителей подушек безопасности используют в качестве топлива нитроцеллюлозу. Ее применение не требует установки фильтра. Кроме того, для заполнения подушки этого вещества потребуется меньше. Газ, получающийся из восьми граммов нитроцеллюлозы и пятидесяти граммов азида натрия, заполняют одинаковый объем.

Азид натрия и нитроцеллюлоза, современные наполнители подушек безопасности позволяют совершенствовать их защищающие свойства. К сожалению, нитроцеллюлоза, являющаяся основой бездымного пороха, взрывоопасна. Поэтому применение ее не получило большого распространения. Чаще всего используется именно азид натрия.

Количество подушек безопасности, имеющих различное назначение и размещение в машине, постоянно увеличивается. Разработчики предлагают новые варианты, чтобы еще лучше защитить людей в случае аварии. Новые, более чуткие датчики помогают подушкам срабатывать быстрее. Подушка разворачивается полностью в течение двадцати миллисекунд.

Такие датчики способны различать силу, характер и направленность ударов. Теперь они способны включать пиропатроны определенных подушек. Внутри адаптивных подушек регулируется внутреннее давление, а также, в зависимости от ситуации степень их раскрытия. Необходимое давление сохраняется в них на протяжении десяти секунд, это оберегает людей от травм при перевороте машины или при повторном столкновении.

Сами пиропатроны стали безопаснее для здоровья человека. Более совершенные фильтры не пропускаю в подушку и далее в салон ядовитый газ и вредные твердые частицы.

Интересные факты о подушках безопасности.

Если обратиться к знаменитым дневникам Леонардо да Винчи, может оказаться, что концепция подушки безопасности намного старше, чем обычно предполагается. На одном из рисунков, который находится в архивных материалах Королевской библиотеки Турина нарисовано своеобразное приспособление. Фигура человека на нем окружена кожаными мехами, наполненными воздухом. Как следует из подписи к рисунку, их назначение уберечь от ушибов падающего с высоты на землю или воду человека.

Азид натрия – ядовитое вещество. Симптомы отравления им сходны с симптомами отравления цианидом. Большие дозы этого вещества могут привести к смерти.

Чтобы подушки безопасности хорошо выполняли свою функцию их нужно заменять не реже, чем через десять лет.

В наши дни идут активные разработки подушек безопасности не только для мотоциклистов и велосипедистов, но и для пешеходов. Защитная подушка для велосипедистов представляет собой нечто похожее на быстро раздувающийся шлем. Она должна защитить от травм голову упавшего с велосипеда человека.

Подушки безопасности, чья задача спасать пешеходов располагаются снаружи машины. Их две: одна охватывает всю переднюю часть автомобиля, другая защищает голову пассажира от удара о лобовое стекло.

Когда система безопасности распознает достаточно серьезное столкновение, происходит срабатывание подушек безопасности.

Краткое описание узла

В максимальной комплектации автомобиля установлены следующие подушки безопасности:
  • НПБ водителя
  • НПБ переднего пассажира
  • Боковые НПБ
  • Головные НПБ
  • Передняя коленная НПБ (исполнение для США)

Модуль НПБ

Модуль НПБ состоит из пиропатрона, генератора и собственно подушки безопасности.

Пиропатроны

Пиропатроны отвечают за срабатывание подушек.

Пиропатроны состоят из стекло-металлической гильзы, в которой находятся два вывода. Эти выводы внутри гильзы соединены проволокой высокого сопротивления, погруженной во взрывчатое вещество (первичный заряд).

Пиропатроны получают электрические импульсы от соответствующих блоков управления (сателлиты). Импульсы нагревают проволоку внутри пиропатрона. В результате нагревания происходит воспламенение взрывчатого вещества.

Газогенераторы

Существует два вида газогенераторов:

  • Первичный заряд пиропатрона поджигает вторичный заряд, находящийся в генераторе. Вторичный заряд высвобождает газ, которым заполняется подушка безопасности.
  • В генераторе содержится сжатый газ. При воспламенении первичного заряда пиропатрона разрывается мембрана, и сжатый газ начинает поступать в подушку безопасности.

Тип газогенератора не имеет значения для срабатывания подушки безопасности.

Надувная подушка безопасности

Существует два вида подушек безопасности:

  • Подушки безопасности, которые относительно быстро сдуваются обратно: НПБ водителя, переднего пассажира, боковые и коленная НПБ. Выпуск воздуха из подушек служит для амортизации.
  • Подушки безопасности, которые остаются наполненными: головные НПБ.

Подушки, которые после срабатывания снова сдуваются, задерживают движение пассажиров, а через некоторое время за счет выпуска воздуха позволяют пассажирам производить некоторые движения.

Несдувающиеся подушки по сути представляют собой статическую опору.

НПБ водителя/переднего пассажира, 1-й и 2-й этап

НПБ водителя, расположенная в рулевом колесе, и НПБ переднего пассажира, расположенная в панели приборов, срабатывают в два этапа. На каждую подушку приходится по два пиропатрона. Всегда поджигаются оба пиропатрона (2 этапа). Чем короче интервал между воспламенениями, тем быстрее наполняется подушка.

Боковые НПБ

Боковые НПБ встроены в обшивки дверей или спинки сидений и защищают корпус тела пассажира от травм при боковом ударе. Боковые подушки относительно быстро сдуваются; это способствует оптимальной амортизации.

Головные НПБ

Головная подушка безопасности укорачивает непроизвольное движение головы при ударе. Это ведет к уменьшению сил смещения шеи и травм головы. Кроме того, она обеспечивает дополнительную защиту от осколков стекла и прочих опасных предметов. В зависимости от комплектации и модели автомобиля головная подушка может быть установлена:

  • между передней и центральной стойками,
  • между передней и задней стойками.

В кабриолете головные НПБ не устанавливаются!

Сервисные функции

Требования техники безопасности

Работы на топливном насосе выполнять только при выключенном зажигании!

Все работы на НПБ выполнять только при отсоединенном аккумуляторе!

Все блоки управления BYTEFLIGHT, датчики и генераторы можно отсоединять и подсоединять только при отсоединенном аккумуляторе!

При ремонте оптоволоконного кабеля шины BYTEFLIGHT необходимо учитывать, что в нем может быть только одно разъемное соединение. Поэтому оптоволоконный кабель нельзя ремонтировать, если одно разъемное соединение уже есть в разъеме двери. При неисправности оптоволоконный кабель необходимо заменить!

Экспортные исполнения

США

Коленная НПБ: Коленная подушка безопасности в случае аварии обеспечивает опору коленям, особенно если водитель или передний пассажир не пристегнут ремнем безопасности. За счет этого происходит контролируемое перемещение верхней части туловища вперед, которое затормаживается основной НПБ водителя или переднего пассажира.

Поделись статьей:

Похожие статьи

Откуда в подушке безопасности газ и сколько она служит | Gadget Terra — интересно про гаджеты и компьютеры

Когда создавались первые подушки безопасности перед разработчиками стояли две задачи, связанные с наполнением подушки. Первая — газ должен быть безопасным. Вторая — где собственно взять газ.

Полушка в машине — это не элемент комфорта, а система безопасности

Полушка в машине — это не элемент комфорта, а система безопасности

С первым вопросом определились достаточно быстро. В случае аварии подушку безопасности заполняет безвредный для человека азот.

Со второй частью было сложнее. Азот можно было хранить в баллоне в сжатом виде в автомобиле. А можно было «создавать» в процессе запуска системы безопасности. В итоге производители пошли по второму пути. Были созданы компактные одноразовые газогенераторы на основе азида натрия. Это бесцветная соль азотистоводородной кислоты, которую формуют в виде таблеток. При срабатывании пиропатрона вещество вступает в бурную реакцию с выделением большого количества азота.

Азот горячий. Кроме азота образуется также водяной пар, углекислый газ и мелкодисперная пыль. Чтобы не «травить» попавших в аварию людей, вокруг газогенератора установлен специальный фильтр, который существенно снижает количество «вредных выбросов», попадающих в салон при аварии. Реакция настолько бурная, что подушка выстреливается со скоростью 300 км/ч и тут же сдувается — газ выходит через отверстия, иначе бы водитель и пассажиры получили дополнительные травмы от удара о «надутую» подушку.

При лобовом ударе на приличной скорости подушка вряд ли спасет

При лобовом ударе на приличной скорости подушка вряд ли спасет

К слову «дым», который наблюдается при срабатывании подушки, состоит в основном из талька или кукурузного крахмала, которым пересыпан нейлоновый мешок подушки для предотвращения слипания материала во время хранения.К слову, срок службы подушки безопасности составляет примерно 15 лет. По истечении этого срока может подвести пиропатрон, не сработать газогенератор или сама подушка развернется не должным образом. Но давайте говорить честно — не знаю ни одного автовладельца, который бы озаботился заменой подушек на новые…

Как работает подушка безопасности. Критерии срабатывания подушек безопасности Ложка дегтя: о недостатках подушек

– промышленный газ, который кроме других полезных функций еще и служит спасению жизней людей в дорожных авариях. При необходимости именно он быстро раздувает подушку безопасности.

Надувная автомобильная подушка безопасности или, как ее еще называют «airbag», нужна для того, чтобы погасить внезапно возникающую энергию удара. Эта травмирующая энергия проявляется при столкновении тяжелого, обладающего большой скоростью автомобиля с другим транспортным средством или неподвижным препятствием.

При этом водитель и пассажиры машины могут пораниться осколками стекла или любыми предметами, находящимися в салоне автомобиля. Подушка оберегает их от ранений. Подушки безопасности давно уже стали почти непременной деталью любого современного автомобиля. Их может быть от одной до десяти штук в одной машине

Где и когда начали использовать подушки безопасности?

Еще в сороковых годах двадцатого века некоторые самолеты оснащались приспособлениями по своей идее подобными подушкам безопасности. В пятидесятых годах начали оформлять патенты на различные версии этого изобретения. Самым первым из них стал патент 1953 года. Только спустя двадцать лет после этого надувная подушка безопасности стала элементом защиты в серийном автомобиле.

Вальтер Линдерер – изобретатель из Мюнхена создал прообраз современных автомобильных подушек безопасности, закрепив на руле мешок, который должен был надуваться воздухом. Производители автомобилей заметили и оценили это изобретение. К сожалению, в таком виде применить его для серийного производства машин не представлялось возможным. Ни один компрессор не мог справиться с трудной задачей – накачать достаточный объем воздуха в подушку безопасности за двадцать миллисекунд.

Поэтому в дальнейшем было предложено воспользоваться энергией газов, которые образуются при горении топлива. Сжигание в таких условиях ракетного топлива приводило к взрыву самой подушки и всего автомобиля. После этих экспериментов стали применять газообразные вещества, которые выделяются при сгорании «патрона» или «таблетки» азида натрия. Эти вещества обладают меньшей пожарной опасностью.

Как используют и чем наполняют сейчас подушки безопасности?

Такая подушка представляет собой сложную разнокомпонентную систему. В нее входит собственно подушка, изготовленная из нейлона. Для этого применяется материал, толщина которого от 0.45 до 0.55миллиметров. Для усиления герметичности нейлон покрывают слоем силикона или резины. Газогенератор нужен для наполнения емкости газом. Датчики, реагирующие на удар, приводят подушку в рабочее состояние. Наиболее современные и совершенные системы оснащены еще и электронным блоком управления.

Газогенератор представляет собой пиропатрон. Твердое топливо, NaN3 — азид натрия, сгорая, выделяет много газа, который быстро раздувает подушку безопасности. Горение этого вещества происходит очень быстро, но при этом не происходит взрыва. 45 процентов от массы продуктов сгорания составляет азот. Остальные 55 процентов – это угарный и углекислый газы, пары воды и твердые частицы. Образовавшиеся газы и пары, прежде чем попасть внутрь подушки фильтруются. В результате в нее проникает только .

Время полного заполнения подушки в этом случае составляет от 30 до 55 миллисекунд. После этого в развернутом состоянии она остается около секунды. Безвредный для человека азот сквозь специальные отверстия выпускается в салон автомобиля. Подушка при этом сдувается, освобождая место для дыхания и движения человека, которого она защищает.

Электрический импульс поступает от датчиков удара к пиропатрону или от электронного блока и включает его. В современных автомобилях срабатывание таких датчиков зависит от скорости машины, угла столкновения и характера препятствия. Датчики, обычно не менее трех экземпляров, устанавливают в салоне автомобиля и его дверцах. В наиболее оснащенных подушками безопасности машинах их может насчитываться до десяти. Электронные системы комплектуются отдельным конденсатором, который в случае необходимости обеспечит энергией передачу сигнала от датчика к пиропатрону.

Плюсы и минусы старых и новых наполнителей автомобильных подушек безопасности.

Наполнители в ранних опытных образцах автомобильных подушек не предоставляли нужной безопасности водителям и пассажирам. Накачивание их воздухом происходит слишком медленно. Наполнение подушки газом, образующимся при сгорании взрывоопасных веществ, подвергает жизни людей еще большей опасности.

Некоторые из производителей подушек безопасности используют в качестве топлива нитроцеллюлозу. Ее применение не требует установки фильтра. Кроме того, для заполнения подушки этого вещества потребуется меньше. Газ, получающийся из восьми граммов нитроцеллюлозы и пятидесяти граммов азида натрия, заполняют одинаковый объем.

Азид натрия и нитроцеллюлоза, современные наполнители подушек безопасности позволяют совершенствовать их защищающие свойства. К сожалению, нитроцеллюлоза, являющаяся основой бездымного пороха, взрывоопасна. Поэтому применение ее не получило большого распространения. Чаще всего используется именно азид натрия.

Количество подушек безопасности, имеющих различное назначение и размещение в машине, постоянно увеличивается. Разработчики предлагают новые варианты, чтобы еще лучше защитить людей в случае аварии. Новые, более чуткие датчики помогают подушкам срабатывать быстрее. Подушка разворачивается полностью в течение двадцати миллисекунд.

Такие датчики способны различать силу, характер и направленность ударов. Теперь они способны включать пиропатроны определенных подушек. Внутри адаптивных подушек регулируется внутреннее давление, а также, в зависимости от ситуации степень их раскрытия. Необходимое давление сохраняется в них на протяжении десяти секунд, это оберегает людей от травм при перевороте машины или при повторном столкновении.

Сами пиропатроны стали безопаснее для здоровья человека. Более совершенные фильтры не пропускаю в подушку и далее в салон ядовитый газ и вредные твердые частицы.

Интересные факты о подушках безопасности.

Если обратиться к знаменитым дневникам Леонардо да Винчи, может оказаться, что концепция подушки безопасности намного старше, чем обычно предполагается. На одном из рисунков, который находится в архивных материалах Королевской библиотеки Турина нарисовано своеобразное приспособление. Фигура человека на нем окружена кожаными мехами, наполненными воздухом. Как следует из подписи к рисунку, их назначение уберечь от ушибов падающего с высоты на землю или воду человека.

Азид натрия – ядовитое вещество. Симптомы отравления им сходны с симптомами отравления цианидом. Большие дозы этого вещества могут привести к смерти.

Чтобы подушки безопасности хорошо выполняли свою функцию их нужно заменять не реже, чем через десять лет.

В наши дни идут активные разработки подушек безопасности не только для мотоциклистов и велосипедистов, но и для пешеходов. Защитная подушка для велосипедистов представляет собой нечто похожее на быстро раздувающийся шлем. Она должна защитить от травм голову упавшего с велосипеда человека.

Подушки безопасности, чья задача спасать пешеходов располагаются снаружи машины. Их две: одна охватывает всю переднюю часть автомобиля, другая защищает голову пассажира от удара о лобовое стекло.

Скорость химической реакции пропорциональна концентрации реагентов: чем она выше, тем чаще сталкиваются молекулы и тем быстрее идет реакция. Аналогично частота аварий пропорциональна концентрации автомобилей на дорогах, которая неуклонно увеличивается. Соответственно растет и число аварий. Самые опасные происходят при лобовом столкновении. Можно ли при этом защитить водителя и пассажиров? Одно из самых простых и надежных изобретений — ремни безопасности, которые спасли множество жизней. Но если скорость машины при лобовом столкновении велика, не спасают и они: ремень задерживает туловище, а голова по инерции продолжает движение вперед, что приводит к повреждению шейного отдела позвоночника. Такая травма обычно смертельна.
Лет двадцать назад химики ведущих автомобильных корпораций разработали новый способ защиты автомобилистов — подушку безопасности. Это мешок, изготовленный из прочного полиамидного волокна, и в сложенном виде он занимает так мало места, что его можно упрятать в стойку рулевого колеса. При лобовом столкновении мешок почти мгновенно надувается и мягко принимает на себя поступательное движение как корпуса, так и головы водителя, спасая тем самым ему жизнь. Если к концу 80-х годов лишь один из 15 выпускавшихся в США автомобилей снабжался подушкой безопасности, то сейчас почти все автомобили имеют их две — для водителя и для пассажира.
Как работает это устройство? Поскольку счет при аварии идет на тысячные доли секунды (при скорости 100 км/ч машина проходит 10 см всего за 3 миллисекунды), никакие механические компрессоры или баллоны с сжатым газом не успеют надуть мешок. Остается взрывное разложение химического соединения с выделением большого объема газа. Химикам требовалось найти такое соединение, а остальное было делом техники. Вариантов оказалось немного. Остановились на распаде азида натрия — соли очень взрывчатой и очень ядовитой азотистоводородной кислоты HN3. Хотя эта кислота слабая (какуксусная), ее водные растворы обладают настолько сильным окислительным действием, что смесь HN3 и HCI растворяет золото и даже платину. Азиды тяжелых металлов (меди, серебра, ртути, свинца и других) — весьма неустойчивые соединения, которые взрываются при трении, ударе, нагревании, действии света. Взрыв может произойти даже под слоем воды! Азид свинца Pb(N3)2 используется как инициирующее взрывчатое вещество, с помощью которого подрывают основную массу взрывчатки: для этого достаточно всего двух десятков миллиграммов этого вещества.

Азид натрия сам не взрывается, но ядовит- его сильно разбавленные водные растворы иногда используют в качестве консерванта биохимических препаратов.

Работает все это так. При столкновении датчики, установленные в автомобиле, передают сигнал на микропроцессор. Он оценивает ситуацию; если скорость автомобиля превышала определенное значение (обычно 35 км/ч),
микропроцессор включает электрический запал и запускает реакцию разложения азида. В результате перед человеком надувается мешок, содержащий около 70 литров азота. Это спасет ему жизнь даже в таких случаях, которые раньше считались безнадежными. В автомобилях последних моделей можно даже регулировать скорость наполнения мешка азотом в зависимости от массы водителя и его точного расположения в салоне.
Однако мешки безопасности, хотя и доказали свою эффективность, создают экологические проблемы. Ведь большинство автомобилей заканчивает свой век, ни разу не испытав лобового столкновения. И на свалках вместо сравнительно безопасных груд ржавеющего металла могут образоваться очаги отравляющих веществ. Один из способов борьбы с этим -использовать вместо порошка таблет-ки, которые можно было бы извлекать. Другой путь — поиск химических соединений для замены азида натрия.

Многие годы испытанный, старый-добрый ремень был единственным защитником пассивной безопасности в наших машинах. Проходило много дебатов об эффективности его использования, особенно это касалось детей, но со временем многие страны в мире узаконили обязательное использование ремней безопасности на автомобилях. Статистика показала, использование ремней безопасности спасло тысячи, сотни тысяч жизней в самых серьезных авариях.

Также как и с ремнями концепция подушки безопасности, мягкой подушки в которую можно «приземлиться» телом при аварии, давно витала в воздухе, в прямом и переносном смысле. Первый официально зарегистрированный патент на надувную подушку для самолетов (да, да они пришли к нам с небес) был выдан во время второй мировой войны. И только через десятилетия первые подушки появились на автомобилях, случилось это в 1980-х годах.

С 1998 года большинство новых легковых машин (развитого машиностроения) стали комплектоваться подушками безопасности, как для водителя, так и для переднего пассажира. В 1999 году это правило коснулось автомобилей погабаритнее, джипов и минивэнов. Далее подушки стали появляться и в других местах, в сидениях, дверях и иных частях автомобиля. Сегодня в некоторых машинах число подушек намного больше, чем две, 6 и даже 8 штук стали нормой.

Вызвав похожие споры, также, как и с ремнями безопасности, подушки стали предметом серьезных исследований, тестирований и споров на самом высшем уровне.

На сегодняшний день статистика уверенно показывает, что риск гибели подобные устройства снижают примерно на 30%.

В этой статье вы узнаете о работе этих устройств, как научно подтверждено его действие, какие у них есть недочеты и пути будущего развития.

Подушка безопасности


Цель подушки безопасности замедлить движение вперед тела человека настолько равномерно, насколько это возможно за доли секунды. Вот три составляющие подушки безопасности, которые помогают достичь этой цели, то есть в необходимый момент сработать:

Сама подушка. Сделанная из тонкого нейлона, сложена в рулевом колесе, приборной панели или сидениях, дверях и других частях автомобиля.

Сенсор. Устройство, которое «говорит» подушке безопасности сработать. Срабатывание происходит при силе удара соответствующей столкновению со стеной на скорости в 16-24 км/ч.. Сигналом для срабатывания пиропатрона подушки служит электрический импульс специального шарикового датчика удара. удара идет на блок управления, который в свою очередь определяет срабатывать системе надувания подушки или нет.

Система надувания подушки соединяет две составляющих, азид натрия (Nan3) с нитратом калия (KNO3), для создания азота. Именно он и надувает подушку.

Ранние попытки приспособить эирбэг для использования в машинах столкнулись с рядом сложностей, одними из которых были невероятно высокая цена и технические проблемы, включавшие хранение и использование сжатого газа.

На ранних этапах исследователям предстояло решить:

Где разместить баллон с сжатым газом

Не улетучится ли газ хранящийся под высоким давлением на всем протяжении срока службы автомобиля

Как сделать так, чтобы подушка раскрывалась почти мгновенно, при этом была надежной при различных температурных режимах работы и при раскрытии не издавала оглушающего звука.

Постепенно все наиболее важные вопросы были решены. Непрактичный газ был заменен на надежный твердотельный элемент- пиропатрон, произошло это в 70-х годах двадцатого века. При аварии «мозги» подушки безопасности инициируют поджог твердотопливного заряда, который сгорает с огромной скоростью и создает за короткое время, 30-50 миллисекунд, необходимое количество газа для наполнение эирбэга. Купол подушки в буквальном смысле взрывается, выходя из своего посадочного места со скоростью до 322 км/ч, быстрее чем моргнёте глазом! Долями секунды позже, газ под действием давления выходит через специальные отверстия (именно этот дым в салоне автомобиля вперемешку с тальком, можно часто наблюдать при аварии).

Виды подушек безопасности

В современности существует большое множество подушек безопасности.

Наиболее распространенным видом являются фронтальные подушки безопасности , как для водителей, так и для передних пассажиров.


Следующим этапом развития стали боковые подушки . Их функцией является защита груди и таза человека от повреждений при боковом ударе.


Так называемые «шторки» или головные подушки безопасности. Защищают голову человека от контакта с твердыми частями автомобиля при боковом ударе.


Подушка безопасности для коленей. Чтобы уменьшить риск возникновения травм коленного сустава (что при фронтальном ударе случается нередко) была разработана подобная подушка безопасности.


Ремень безопасности со встроеной подушкой безопасности. Снижает риск получения травм груди.


Центральная подушка безопасности. Была спроектирована не так давно. В ее задачи входит недопущение столкновения двух сидящих рядом друг с другом людей при боковом ударе или перевороте. Также она позволяет избежать травмы шеи.

Меры безопасности

С самого начала применения эирбэгов специалисты, изучавшие вопрос работы этого средства защиты поняли, что оно может приносить не только пользу, но и вред. Второй вариант возможет при неправильном использовании средств пассивной безопасности автомобиля. Что под этим подразумевается?

1. Минимальное расстояние между подушкой безопасности и сидящим пассажиром должно составлять минимум 25 см, в противном случае при раскрытии человек может получить травмы непосредственно от самого airbag»а.

2. Пассажир обязательно должен быть пристегнут. Так как ремень безопасности уменьшает скорость перемещения тела человека и направляет его в нужном направлении к подушке безопасности.

3. Если airbag может легко травмировать взрослого человека, то с детьми дело обстоит еще сложнее. Первое условие безопасной перевозки ребенка. Он должен перевозится в правильно установленном, соответствующем его возрасту кресле на заднем сидении.

4. Если ребенок должен перевозится на переднем сидении со стороны пассажира, то он должен сидеть в кресле расположенном по направлению движения, а сиденье должно быть отодвинуто максимально назад.

5. Нельзя перевозить младенцев в детском кресле с реверсивным расположением на переднем сидении при включенной фронтальной подушке безопасности.

Здравствуйте, уважаемые гости и читатели блога Автогид.ру. Сегодня в статье мы узнаем, как срабатывают подушки безопасности наших легковых автомобилей. Венцом эволюции систем безопасности автомобиля становиться подушка безопасности. Сотни тысяч аварий и десятки тысяч спасённых жизней являют собой яркий пример эффективности использования подушки безопасности в современных машинах.

Любой водитель, который садится за руль транспортного средства автоматически находиться под угрозой попадания в дорожно-транспортное происшествие. Зачастую причиной ДТП могут быть собственная невнимательность или ошибки других участников дорожного движения. Даже невысокая скорость таит в себе опасность для водителя и его пассажиров. Столкновения машин при скорости в 60 км/час могут привести к летальному исходу. Именно для защиты водителя и пассажиров в случае ДТП были придуманы подушки безопасности.

Увеличение количества автомобильного транспорта на дорогах повлекло за собой стремительный рост ДТП. Правила на заре автомобилестроения находились ещё в зачаточном состоянии и контроль со стороны правоохранительных органов был налажен недостаточным образом. Ещё только появлялись первые подразделения дорожной полиции, не имевшие опыта.

В силу недостатков конструкции и значительной массы машин многие ДТП заканчивались смертельным исходом или глубокой инвалидностью участников столкновения. Согласно статистике количество жертв на дорогах увеличивалось с каждым годом в силу возрастания использования автомобильного транспорта.

Первым конструктивным элементов призванным снизить количество жертв ДТП было появление ремня безопасности. Его использование позволило снизить печальную статистику на 30%. До 90-х годов прошлого века в силу особенностей развития технического прогресса не удавалось инженерам автомобильных компаний внедрять новые системы безопасности в машины. Ремень безопасности оставался единственным шансом для водителя и пассажиров минимизировать вредные последствия ДТП.

Появление подушек безопасности в автомобилях стало переломным моментом в деле повышения безопасности участников движения. В конце 90-х годов прошлого века в США на законодательном уровне закрепили обязательную комплектацию машины подушками безопасности. При лобовых столкновениях подушки безопасности снижают риск смерти водителя и пассажиров на 30-40%. Главная задача подушки безопасности минимизировать возможный ущерб для организма человека при столкновении с другим движущимся транспортным средством или недвижимым объектом.

Устройство подушки безопасности выполнено таким образом, чтобы обеспечить её срабатывание при сильном ударе. После столкновения с другим движимым или недвижимым объектом датчики, расположенные в передней части машины передают сигнал пиропатрону, активизирующему срабатывание подушки.

Порядок срабатывания подушки безопасности следующий:

Реакция датчиков кузова на сильный удар.

Непосредственно датчик удара представляет собой стеклянную трубочку с отверстием. Внутри её находиться небольшой по размеру шарик со ртутью. При столкновении автомобиля ртутный шарик приходит в движение и активизирует датчик. Он в свою очередь, посылает электрический импульс к пиропатрону с порохом.

Пиропатрон.

Взрыв пиропатрона приводит в действие натяжители ремней безопасности. Ремень плотно прижимает тело человека к автомобильному сиденью и надёжно фиксирует его на несколько секунд.

Взрыв пороха в пиропатроне активизирует подушки безопасности. Они за очень короткое время наполняются газом, образующимся в результате смешивания азида натрия и нитрата калия. Отвечает за их смешивание система наддува, которая и закачивает практически мгновенно образовавшийся газ в подушки безопасности автомобиля.

Подушка безопасности.

Смешивание двух химических веществ приводит к образованию газообразного азота. В результате реакции происходит мини-взрыв практически мгновенно заполняющий подушки газом. Очень удобная и практически безотказная система.

Именно раскрывающаяся подушка безопасности мгновенно заполняет пространство между водителем и панелью приборов тем самым, исключая их контакт, зачастую приводящий к получению серьёзных травм.

Главная задача подушки безопасности снизить скорость движения пассажира или водителя до нулевой отметки. При этом на все действия должны уходить секунды для того, чтобы действительно обеспечить высокий уровень защиты людей.

Сегодня на дорогах страны становится всё меньше автомобилей, которые не оборудованы подушками безопасности. Невозможно увидеть новый автомобиль, не использующий этот важный элемент активной защиты водителя и пассажиров.

Устройство современной подушки безопасности

Конструкция подушки безопасности современного автомобиля проста и эффективна в использовании. Необходимо помнить, что применять её можно только один раз и потом система требует восстановления и установки новых комплектующих элементов. После срабатывания подушек практически все основные элементы требуют полной замены.

Всего можно выделить 3 составные части подушки безопасности:

Сумка.

Представлена крепкой нейлоновой тканью, которая может выдерживать очень серьёзные кратковременные нагрузки. Она хранится до срабатывания в специальной шине закрытой пластиковой или матерчатой накладкой.

Датчик удара.

Главная задача датчика удара своевременно активизировать подушку безопасности на начальной стадии столкновения. Не каждый удар приводит к срабатыванию подушек безопасности, и датчик обязательно учитывает силу, с которой происходит столкновение.

Дополнительно с датчиками устанавливают акселерометры, определяющие положение автомобиля в режиме реального времени. Система защиты водителя и пассажиров настроена таким образом, чтобы обеспечить срабатывание подушек безопасности за секунды. От этого во много зависит человеческая жизнь.

Система надува.

Служит для оперативного заполнения газом подушки безопасности с целью мгновенного увеличения её объёма. На всё про всё уходят доли секунды.

В принципе случаев, когда происходил отказ работы системы не зафиксировано. Необходимым условием срабатывания подушек безопасности является использование ремня безопасности. Если водитель или пассажир не пристёгнуты ремнями безопасности срабатывания подушек, может и не произойти.

Правила использования подушек безопасности

Мало знать принцип работы подушек безопасности ещё с ними надо правильным образом взаимодействовать для того, чтобы избежать вреда от их срабатывания при ДТП. Риск получения повреждений при активизации подушки безопасности минимален, но он всё равно существует. Зачастую отдельные водители получали тяжёлые травмы именно потому, что не знали правил использования подушек безопасности.

Детское автомобильное кресло.

Многие родители зачастую неправильно устанавливают детское автомобильное кресло на пассажирское сиденье рядом с водителем и тем самым подвергают своего ребёнка серьёзной опасности. Они устанавливают кресло не спинкой вперёд, а наоборот. Лицо ребёнка, оказывается прямо перед открывающейся подушкой безопасности. Делать это категорически запрещено. Выстрелившая подушка безопасности может поломать шейные позвонки неокрепшего молодого организма.

Наклейки.

Использование наклеек в местах срабатывания подушек безопасности недопустимо. Заклеивание отстреливающих элементов салона может привести к нарушению порядка срабатывания подушки безопасности. Эффективность защиты в этом случае значительно уменьшается.

Ремень безопасности.


На протяжении многих лет надёжный ремень безопасности оставался единственной формой пассивной безопасности в наших автомобилях. Были дебаты по поводу их безопасности, особенно в отношении детей, но с течением времени бóльшая часть всех стран приняла обязательным условием выезда на дорогу пристёгнутые ремни безопасности. Статистика показывает, что использование ремней безопасности спасло тысячи жизней, которые могли быть потеряны в случае столкновения.

Но также как и ремни безопасности, концепция подушек безопасности — мягкая опора, чтобы облегчить для человека последствия аварии — была мыслью инженеров в течение многих лет. Первый патент на надувную аварийную подушку безопасности для самолетов был подан во ещё время Второй мировой войны. А в 1980 году первая коммерческая подушка безопасности появились и в автомобилях.

На сегодняшний день подавляющее большинство не самых бюджетных легковых автомобилей снабжены подушками безопасности как минимум для водителя и переднего пассажира. Статистика показывает, что подушки безопасности снижают риск смерти при прямом лобовом столкновении примерно на 30 процентов. Всё чаще боковыми подушками оборудуются сиденья и/или двери. Сегодня некоторые автомобили выходят далеко за рамки имеющегося стандарта двойных подушек безопасности, располагая шестью или даже восемью подушками безопасности для водителя и всех пассажиров. Но они всё ещё остаются предметом серьёзных споров и исследований правительства и промышленности.

В этой статье мы узнаем о науке в закромах этих устройств, о том, как подушка безопасности работает, когда срабатывает, каковы её проблемы, и насколько технология продвинулась на сегодняшний день.

Законы движения

Прежде чем рассмотреть специфику, давайте рассмотрим наши знания о законах движения. Во-первых, мы знаем, что движущиеся объекты имеют импульс (произведение массы на скорость объекта). Если некоторая сила воздействует на объект и затем перестаёт воздействовать, то объект всё равно будет продолжать двигаться, лишь снижая свою скорость — это называют инерцией. Автомобиль состоит из нескольких объектов, в том числе самого транспортного средства, незакреплённых предметов в машине и, конечно же, водителя и пассажиров. Если эти объекты не прикреплены к кузову авто, то они будут продолжать движение на любой скорости, на которой движется автомобиль, даже если автомобиль остановлен столкновением.

Остановка импульса объекта требует силы, действующей в течение короткого периода времени. При ДТП усилие, необходимое, чтобы остановить объект, очень большое, потому что импульс автомобиля изменился мгновенно, а пассажиров — нет, и тут не так много времени для работы. Цель любой дополнительной удерживающей системы — помочь остановить пассажира, при этом, причинив максимально незначительный ущерб ему или ей, как это возможно.

Подушка призвана замедлить скорость пассажира до нуля практически без его повреждений. При этом, рамки, в которых она должна работать, огромны. Подушка безопасности при своей работе занимает всё пространство между пассажиром и рулевым колесом или приборной панели за доли секунды.

Цель подушки безопасности — замедлить движение вперёд пассажира как можно более равномерно за доли секунды. Подушка состоит из трёх частей, каждая из которых помогает совершить этот подвиг:

  • Сумка сама по себе состоит из тонкой нейлоновой ткани, которая складывается в рулевом колесе или приборной панели, или, если речь о боковой подушке — в двери.
  • Датчик представляет собой устройство, сообщающее сумке, когда необходимо раздуться. Раздув происходит при столкновении при силе, равной как минимум столкновению с кирпичной стеной на скорости 16-24 км в час. Механический переключатель поворачивается, закрывая электрический контакт. Датчики, между тем, получают информацию от акселерометра, встроенного в микрочип.
  • Система надува служит для быстрого закачивания в подушку газа за счёт реакции азида натрия (NaN3) с нитратом калия (KNO3) для получения газообразного азота. Взрыв азота раздувает подушки безопасности практически мгновенно.

Ранние попытки адаптировать подушку безопасности для использования в автомобилях столкнулись с непомерно высокими ценами и техническими препятствиями, связанными с хранением и выпуском сжатого газа. Исследователи задавались вопросами:

  • Откуда взять необходимое достаточное место в машине для газового баллона?
  • Если газ будет оставаться долго в своём спокойном состоянии под высоким давлением, то это ведь довольно опасно?
  • Как сумку можно было бы расширить быстро и надёжно на различных рабочих температурах и без оглушительного взрыва?

Все вопросы учёных отпали, когда на помощь пришло твёрдое топливо в 1970 году. Твёрдое топливо горит очень быстро, создавая большой объём газа и издаёт при этом меньше шума.

Кроме прочего, воздушная подушка смазывается порошкообразными веществами регулярно — часто кукурузным крахмалом или тальком, которые позволяют держать сумки гибкими и смазывать их, пока они находятся «в хранении».

Рекомендуем также

Alpinestars Tech-Air 5, часть 2: Принцип срабатывания

26.06.2020 17:08:00

Подушка безопасности Tech-Air® 5 — это легкая и удобная автономная система безопасности для мотоциклистов (как водителя мотоцикла, так и пассажира). О том, что она включает в себя с точки зрения технического оснащения, мы рассказывали в предыдущей статье. Там же вы найдете информацию об ограничениях ее диапазона работы.

Сегодня же мы хотим поговорить о принципе ее срабатывания: 

Подушка безопасности срабатывает в случаях резкого столкновения, то есть когда встроенные датчики зафиксируют резкое изменение положение тела пользователя. Срабатывание подушки произойдет вне зависимости от того, столкнулся мотоцикл с препятствием или что-то столкнулось с неподвижной техникой: единственное ограничение состоит в том, что если скорость объекта менее 25 км/ч, подушка сработает не до столкновения, а в сам момент удара. Впрочем, благодаря высокой скорости срабатывания, защита в любом случае остается эффективной.

Время развертывания представляет собой сумму времени, в течение которого датчики обнаруживают опасное событие, и времени, необходимого для заполнения подушки безопасности газом, которое составляет максимум 40 миллисекунд (мс). Существуют некоторые ограничения для развертывания системы Tech-Air® 5 даже в пределах диапазона защиты (например, большой угол соударения при столкновении с препятствием или малая сила удара). Также система не должна развертываться, если энергия удара слишком мала.

Важно помнить, что система Tech-Air® 5 должна использоваться с защитной верхней экипировкой, так как жилет не обладает стойкостью к истиранию. Если выбран правильный размер системы, ее можно использовать с любой экипировкой Alpinestars, совместимой с Tech-Air®, поскольку дизайн такой экипировки предусматривает наличие эластичных вставок, рассчитанных на развертывание подушки безопасности. Следовательно, использование неподходящей экипировки может препятствовать развертыванию подушки в аварийной ситуации.

Как работает (или должна работать) надувная подушка безопасности

Читая новости об отзыве подушек безопасности Takata, которые были названы «виновницами» по крайней мере шести смертей, нужно помнить, что подушки безопасности спасли тысячи и тысячи жизней с тех пор, как они впервые появились в 1970-х годах.

По данным Национального управления по безопасности движения автотранспорта США, подушки безопасности снижают риск смертельного исхода при лобовых столкновениях приблизительно на 30%. Нечего и говорить, сколько они предотвратили серьезных травм, включая разрушительные травмы головы.

Большинство современных автомобилей имеют не одну, а несколько подушек безопасности, защищающих водителя и пассажира при лобовых и боковых столкновениях, а также при опрокидывании транспортного средства. Так называемые «системы пассивной безопасности» автомобилей разработаны для того, чтобы помочь ремням безопасности защитить водителя и пассажиров. Подушки безопасности предохраняют людей от ударов об элементы интерьера автомобилей и гасят инерцию движения тела человека при во время ДТП.

Вот как они работают.
Автомобильные датчики определяют момент, когда произошло столкновение. Они посылают сигнал о внезапном резком замедлении автомобиля бортовому компьютеру в салоне автомобиля. Подушки безопасности не срабатывают в низкоскоростных ДТП, при которых достаточную защиту должны обеспечить ремни безопасности. По сигналу с датчиков компьютер определяет, необходимо ли развертывание подушки безопасности.

Компьютер также принимает во внимание данные от других датчиков передних сидений и определяет, находится ли кто-нибудь на пассажирском сиденье и насколько это крупный человек.

Маленькие дети могут пострадать от подушек безопасности, поверхность которых при развертывании движется со скоростью до 200 миль (около 320 км.) в час. По этой причине подушка безопасности переднего пассажира будет деактивирована или будет развернута более мягко, если датчики обнаружат, что на пассажирском кресле сидит маленький человек. Самое безопасное место для детей в автомобиле это, безусловно, заднее сиденье.

Подушки безопасности могут также развернуться более медленно, если датчики обнаруживают, что на передних сиденьях находятся люди, не пристегнутые ремнями безопасности. Не пристегнутые ремнями безопасности люди сталкиваются с подушками безопасности во время ДТП с непредусмотренной скоростью, поэтому люди могут пострадать от удара о раскрывшуюся с обычной скоростью подушку.

Счет идет на доли секунды, так что срабатывание подушек безопасности происходит почти мгновенно.

Подушка безопасности на стороне водителя сложена внутри рулевого колеса, как парашют. Внутри подушки монтируется так называемый инфлятор. Это небольшое устройство, содержащее химические вещества, которые за доли секунды выделяют большое количество безвредного газа, главным образом азота. Этот газ заполняет подушку безопасности, заставляя ее быстро развернуться.

Передняя подушка безопасности должна не только быстро надуваться, но и быстро сдуваться для того, чтобы не препятствовать обзору и движениям водителя сверх необходимого времени.

В дефектных подушках Takata что-то шло не так: при заполнении газом подушки взрывались, раня людей разлетающимися с большой скоростью металлическими частями содержащих подушки контейнеров.

Точная причина этого пока не определена.

R93 — Автопортал Краснодарского края: Автообзоры


Твитнуть

Поделиться

Поделиться

Класснуть

Это одна быстрая реакция! — Американское химическое общество

Лори Р. Степан

Знаете ли вы, что очень быстрая химическая реакция делает езду в автомобиле более безопасной? Большинство автомобилей имеют подушки безопасности, встроенные в приборную панель и рулевое колесо, которые могут взорваться, как сверхбыстрые воздушные шары, во время столкновения и защитить водителя от травм. Что заставляет подушку безопасности надуваться, как воздушный шарик? Химия! Вместо того, чтобы перевозить сжатый газ в автомобиле для надувания подушки безопасности, мы используем очень быструю реакцию, которая производит необходимый газ.

Многие надувные подушки безопасности автомобилей содержат небольшое количество токсичной молекулы, называемой азидом натрия, или NaN 3 (объединенные один атом натрия и три атома азота). Азид натрия очень быстро разрушается при нагревании или физическом воздействии. Это называется разложением на . Продуктами разложения являются атомы натрия и газообразный азот.

Если автомобиль участвует в столкновении, датчики посылают электрический сигнал на контейнер, где находится азид натрия.Сигнал воспламеняет горючее соединение, и выделяемое им тепло запускает разложение азида натрия.

Огромное количество газообразного азота немедленно выбрасывается со взрывом и заполняет подушку безопасности. Удивительно, что с момента обнаружения датчиком столкновения до момента полного раскрытия подушки безопасности проходит всего 30 миллисекунд, или три сотые секунды! Нормальное моргание вашего глаза составляет 100 миллисекунд. Примерно через 50 миллисекунд после столкновения человек, едущий в автомобиле, попадает в подушку безопасности, которая поглощает энергию движения вперед и защищает его от столкновения с другими частями автомобиля.Химия спасла положение!

Относительно небольшое количество азида натрия (4,6 унции или 130 г) очень быстро производит большое количество газообразного азота; чтобы заполнить обычную подушку безопасности, требуется почти пять воздушных шаров для вечеринок! Металлический натрий может представлять потенциальную опасность, но в этом случае другие ингредиенты вступают в реакцию с натрием, образуя безопасные соединения.

Вы можете придумать другие ситуации, когда требуется быстрое производство газа. Например, азид натрия также используется для надувания аварийных парашютов самолетов в случае аварии.Если бы вы были изобретателем, как бы вы использовали это быстрое производство газа?

Степан Лори Р., к.м.н. является адъюнкт-профессором химии в Университете штата Пенсильвания в Государственном колледже, штат Пенсильвания.

Азот: безопасный газ для подушек безопасности

Подушки безопасности — это защитное дополнение к ремням безопасности в автомобилях, предотвращающее удары водителя и других пассажиров о руль, лобовое стекло и т. д. С 1990-х годов постановления правительства США требуют наличия подушки безопасности в каждом новом автомобиле, продаваемом в США.

Джон Л. Хетрик, инженер из США, получил первый патент на подушку безопасности в 1953 году. Вскоре после этого немецкий инженер Вальтер Линдерер получил патент, основанный на той же независимо сформулированной предпосылке. Основная концепция заключалась в том, что удар бампера или какой-либо другой раздражитель инициировал выброс сжатого воздуха в мешок.

Это была хорошая идея, но более поздние исследования показали, что сжатый воздух не мог наполнить подушки достаточно быстро, чтобы оптимально защитить водителя. Существенная опасность взрыва при переноске канистры со сжатым воздухом также является серьезным ограничением.

Критическое улучшение произошло, когда исследователи придумали надувать подушки безопасности посредством взрыва, который происходит за десятки миллисекунд. Ключевой реакцией является воспламенение небольшого количества частиц азида натрия (NaN3, относительно стабильное взрывчатое вещество), которые разлагаются на большое количество газообразного азота (N2, основной компонент повседневного воздуха), тем самым надувая мешок.

2NaN3(т) → 2Na(т) + 3N2(г)

Химики узнают другой продукт этой химической реакции: металлический натрий, Na.Обычно это был бы чрезвычайно опасный побочный продукт, т.е. металлический натрий взрывается при контакте с водой. Однако дополнительные химические реакции надежно и быстро превращают металлический натрий в практически безвредный силикат натрия Na2SiO3.

Азид натрия чрезвычайно токсичен, сравним с основными цианидами. Он подавляет митохондриальную функцию в клетках вашего тела и может быстро убить вас в низких дозах. Следовательно, продолжаются исследования по разработке системы подушек безопасности, которые люди могут безопасно выбросить до развертывания.

Тем не менее, риск отравления азидом натрия при срабатывании подушки безопасности отсутствует; он полностью превращается в нетоксичный газообразный азот. Производство или выпуск других распространенных газов для надувания мешка было бы менее полезным; например, кислород представляет собой возможный риск взрыва.

Азот явно безопаснее и эффективнее в подушках безопасности, чем сжатый воздух. Аналогично, инертизация азотом помогает улучшить топливную экономичность автомобилей, не окисляет резину и является безопасной альтернативой сжатому воздуху.

Лаборатория автомобильной электроники Клемсона: нагнетатели подушек безопасности

Надувные подушки безопасности

Основное описание

Инфузор подушки безопасности является одним из многих компонентов системы подушек безопасности. Основная цель подушки безопасности — как можно более равномерно замедлить движение пассажира вперед сразу после столкновения. Одной из самых больших проблем в первых усилиях по адаптации подушек безопасности для использования в автомобилях была их высокая цена и технические трудности, связанные с хранением и выпуском сжатого газа.Эти трудности включали обеспечение достаточного места для хранения газа в автомобиле, поддержание высокого давления газа в течение всего срока службы автомобиля, а также быстрое и надежное расширение мешка без причинения травм. Эти требования предполагали необходимость разработки конструкции подушки безопасности, основанной на химической реакции, которая выделяла бы газообразный азот для надувания подушки безопасности. Первые автомобильные подушки безопасности, разработанные в 1970-х годах, использовали твердое топливо. В этих системах надувания подушек безопасности азид натрия (NaN3) реагировал с нитратом калия (KNO3) с образованием газообразного азота.Горячие потоки азота надули подушку безопасности. Поскольку азид натрия чрезвычайно токсичен, в 1990-х годах эти химические вещества были постепенно выведены из употребления в пользу более эффективных, менее дорогих и менее токсичных альтернатив. Альтернативные пропелленты могут включать, например, комбинацию нитрогуанидина, фазово-стабилизированного нитрата аммония (Nh5NO3) или других неметаллических окислителей и богатого азотом топлива, отличного от азида (например, тетразолы, триазолы и их соли).

Как показано на рисунке выше, при обнаружении столкновения блок управления посылает электрический сигнал на инфлятор.Химическая реакция инициируется воспламенителем, в результате чего подушка безопасности заполняется газообразным азотом, что приводит к ее срабатыванию через крышку модуля. Из-за быстрого изменения скорости транспортных средств, попавших в аварию, подушки безопасности должны быстро раскрываться, чтобы снизить риск травм пассажиров, защищая их от ударов о салон автомобиля. С момента начала сбоя весь процесс развертывания занимает около 50 миллисекунд — быстрее, чем мгновение ока (около 200 миллисекунд). Крошечные отверстия в сумке позволяют газу рассеиваться, поглощая силу удара по пассажиру.

Многоступенчатые инфляторы:

Для снижения травматизма в результате срабатывания подушки безопасности были разработаны высокотехнологичные инфляторы с возможностью изменения давления наполнения. Это помогает контролировать силу срабатывания в зависимости от интенсивности аварии, размера пассажиров и их положения в автомобиле. Эти инфляторы состоят из двух камер с двойными инициаторами. Таким образом, задействуя один или оба инициатора, можно контролировать силу надувания.

Производители
ARC Automotive, Autoliv, Daicel, KSS, Takata, TRW
Для получения дополнительной информации
[1] Как работают подушки безопасности, Marshall Brain, HowStuffWorks.com, 1 апреля 2000 г.,
.
[2] Подушка безопасности, Википедия.
[3] Инфлятор в сборе, Lemurzone.com.
[4] Advances in Airbag Technology, Джереми Розенберг, Cars.com, 18 июня 2009 г.
[5] Как работает подушка безопасности, YouTube, 25 апреля 2008 г.
[6] Volvo Pedestrian Airbag: How it Works, YouTube, 2 июня 2012 г.

Закон об идеальном газе — Энергетическое образование

Закон об идеальном газе обеспечивает основу для понимания тепловых двигателей, работы подушек безопасности и даже давления в шинах. Основное уравнение для закона идеального газа: [1]

[math]pV = nRT[/math]

, где:

Значение R зависит от используемых единиц измерения. Его также можно записать как [math]pV = Nk_B T[/math], где N — количество молекул, а [math]k_B[/math] — постоянная Больцмана, а остальные переменные остаются теми же.


Закон идеального газа позволяет нам определить, что произойдет с замкнутой системой с идеальным газом внутри, на основе этих различных переменных. Идеальный газ — это газ, который никогда не конденсирует независимо от различных изменений его переменных состояния (давление, объем, температура). Например, если объем системы увеличить, а все остальные переменные оставить в покое, давление автоматически уменьшится, чтобы компенсировать увеличение объема.И наоборот, если к системе добавляется тепло, ее объем и давление будут увеличиваться для компенсации. Это последнее соотношение является основой для тепловых двигателей. Для более глубокого изучения закона идеального газа см. гиперфизику, для более подробного рассмотрения см. химическую вики Калифорнийского университета в Дэвисе.

Для получения дополнительной информации о предположениях, лежащих в основе закона идеального газа, посетите страницу, посвященную приближениям идеального газа.

Как работает подушка безопасности

Подушки безопасности быстро раскрываются в случае аварии и уменьшают травмы.Закон идеального газа гласит, что быстрое изменение числа частиц ([math]n[/math] или [math]N[/math]) увеличивает [math]p[/math] и [math]V[/math] быстро. [2]

Часто приложения физики и химии кажутся весьма далекими. Вот пример того, как эти науки могут спасти жизнь во время автокатастрофы.

Автомобильные подушки безопасности работают по закону идеального газа. При взаимодействии азида натрия, [math]\ce{NaN_3}[/math], с избыточным теплом образуется большое количество газообразного азота ([math]\ce{N_2}[/math]).Сбалансированная химическая формула для этого: [math]2NaN_3 + теплота \Rightarrow 2Na_ + 3N_2[/math]. Как это относится к закону идеального газа? Если вы помните, в уравнении идеального газа [math]n[/math] равно количеству молей (единица количества) газа в системе. До реакции азид натрия находится в твердом состоянии, поэтому газа в системе нет. В результате реакции азида натрия с образованием газообразного азота в систему добавляется несколько молей газа. Закон идеального газа говорит, что две части уравнения [math]pV = nRT[/math] должны уравновешиваться; добавление молей газообразного азота приводит к резкому увеличению объема системы.Это надувает подушку безопасности за 20-40 миллисекунд, давая ей время начать сдуваться до того, как водитель ударится о нее головой. Это рассеивает силу, значительно повышая шансы избежать серьезной травмы. [3]

PhET: состояния материи

Университет Колорадо любезно разрешил нам использовать следующую симуляцию Phet. Изучите моделирование, чтобы увидеть, как движущиеся в газе частицы приводят к различным свойствам газа:

Для дальнейшего чтения

Каталожные номера

Химия подушек безопасности C11-2-09 — CHEM 1210

Поднимаются вопросы о том, должны ли подушки безопасности быть обязательными и можно ли повысить их

безопасность.Насколько снижается количество смертельных случаев или серьезных травм при использовании подушки безопасности и ремня безопасности

по сравнению с использованием одного ремня безопасности? Сколько людей

серьезно ранены подушками безопасности? Превышают ли преимущества подушек безопасности недостатки? Как можно улучшить подушки безопасности

? Кроме того, являются ли подушки безопасности бомбой замедленного действия для окружающей среды? Что делается для утилизации неиспользованного ядовитого азида натрия

, оставшегося в подушках безопасности?

Справочная информация учителя:

(Некоторая информация взята с:

http://www.chemistry.wustl.edu/~edudev/LabTutorials/Airbags/airbags.html)

Как работают подушки безопасности

Время определяет способность подушки безопасности раскрываться достаточно быстро, чтобы спасти жизнь при лобовом столкновении. Подушка безопасности

должна раскрываться в течение нескольких миллисекунд после первого удара при столкновении, а также должна быть предотвращена

срабатывания при отсутствии лобового столкновения (подушки безопасности не раскрываются при боковом или заднем столкновении

столкновений) . Таким образом, основным компонентом системы подушек безопасности является датчик, который может обнаруживать лобовые столкновения

и немедленно запускать подушку безопасности.Датчик удара представляет собой стальной шарик, который скользит внутри гладкого канала

. Мяч удерживается на месте с помощью постоянного магнита или жесткой пружины, которые препятствуют

движению мяча, когда автомобиль наезжает на кочки или выбоины. Однако, когда автомобиль замедляется очень быстро, как

при лобовом столкновении, шар внезапно движется вперед и включает электрическую цепь, инициируя

процесс раскрытия подушки безопасности.

После включения электрической цепи датчиком воспламеняется гранула азида натрия (NaN3).Происходит быстрая реакция

с образованием газообразного азота (N2). Этот газ наполняет нейлоновый или полиамидный мешок со скоростью от

от 150 до 250 миль в час. Этот процесс, от первоначального столкновения до полного раскрытия подушки безопасности,

, занимает всего около 40 миллисекунд. В идеале тело водителя (или пассажира) должно ударить в подушку безопасности сразу после надувания

— фактически в то время, когда подушка безопасности начинает сдуваться. В противном случае высокое внутреннее давление подушки безопасности

создало бы поверхность, твердую как камень.

Химические реакции, используемые для получения газа

Внутри подушки безопасности находится газогенератор, содержащий смесь NaN3, KNO3 и SiO2. Когда автомобиль

подвергается лобовому столкновению, серия из трех химических реакций внутри газогенератора производит газ

(N2), который наполняет подушку безопасности и превращает высокотоксичный NaN3 в безвредное стекло. Азид натрия (NaN3) может

разлагаться при 300oC с образованием металлического натрия (Na) и газообразного азота (N2). Сигнал датчика замедления

поджигает газогенераторную смесь электрическим импульсом, создавая высокотемпературный режим, необходимый для разложения NaN3.Затем образующийся газообразный азот заполняет подушку безопасности

. Назначение KNO3 и SiO2 состоит в том, чтобы удалить металлический натрий (который является высокореактивным и потенциально взрывоопасным

) путем превращения его в безвредный материал. Сначала натрий реагирует с нитратом калия

(KNO3) с образованием оксида калия ( K2O), оксид натрия (Na2O) и дополнительный газ N2. N2

, образующийся в этой второй реакции, также заполняет подушку безопасности, а оксиды металлов реагируют с диоксидом кремния

(SiO2) в последней реакции с образованием силикатного стекла. который безвреден и стабилен.(

оксиды металлов первого периода, такие как Na2O и K2O, очень реакционноспособны, поэтому было бы небезопасно допускать, чтобы они были конечным

продуктом детонации подушки безопасности.)

Химия подушек безопасности

C11- 2-09

Когда датчики в автомобиле обнаруживают столкновение, они вызывают реакцию азида натрия NaN3, в результате которой подушки безопасности заполняются азотом в течение 0,03 секунды. 2NaN3(s) arrow 2Na(s) + 3N2(g) Сколько литров N2 производится на STP, если подушка безопасности содержит

Вопрос:

Когда датчики в автомобиле обнаруживают столкновение, они вызывают реакцию азида натрия, {экв}NaN_3 {/eq}, который генерирует газообразный азот для заполнения подушек безопасности в пределах 0.03 секунды.

{экв} 2NaN_3(т) \ к 2Na(т) + 3N_2(г) {/экв}

Сколько литров {экв}N_2 {/экв} производятся при STP, если подушка безопасности содержит 101 грамм {экв}NaN_3. {/экв}?

Крот Концепция:

Определение молей вещества по объему дается как отношение объема вещества к его объему при СТД, то есть при стандартном значении температуры и давления.

Ответ и объяснение: 1

Масса {экв}\rm NaN_3 } {/экв} составляет 101 г.

Молярная масса {eq}{\rm NaN_3 } {/экв} составляет 65,0099 г/моль.

Объем, содержащийся в 101 г {экв}\rm NaN_3 } {/eq} рассчитывается с использованием отношения, показанного ниже.

{экв}V = \dfrac{m}{{{M_W}}} \times {V_{STP}} {/экв}

Где,

  • В — объем.
  • m это масса.
  • {экв} {\ rm M_w } {/экв} – молярная масса.
  • {экв} {\ rm V_{СТП} } {/eq} – объем при стандартной температуре и давлении.{экв} {\ rm V_{СТП} = 22,4 л } {/экв}

Замените все значения в приведенном выше соотношении.

{экв}\начало{выравнивание*} V &= \dfrac{{{\rm{101}}\;{\rm{g}}}}{{{\rm{65}}{\rm{0,0099\;г/моль}}}} \ раз 22,4\;{\rm{L}}\\ &= 34,80\;{\rm{L}} \конец{выравнивание*} {/экв}

Следовательно, объем {eq}{\rm NaN_3 } {/экв} составляет 34,80 л.

В соответствии с данным сбалансированным химическим уравнением, 2 моля {eq}{\rm NaN_3 } {/eq} разлагается и дает 3 моля {eq}{\rm N_2 } {/экв}.По объему {экв}2 \× 22,4 л {/экв} из {экв}{\rm NaN_3 } {/eq} разлагается, давая {eq}3 \times 22,4 л {/экв} из {экв}{\rm N_2 } {/экв}.

Объем {экв} {\rm N_2 } {/экв} произведено 34,80 л {экв}{\гм NaN_3 } {/eq} рассчитывается следующим образом:

{eq}\dfrac {{3 \times 22,4\;L\;{N_2}}}{{2 \times 22,4\;L\;Na{N_3}}} \times 34,80{\rm{}}L\ ;Na{N_3} = 52,2\;L\;{N_2} {/экв}

Таким образом, объем {eq}{\rm N_2 } {/экв} производится на STP, если подушка безопасности содержит 101 грамм {экв}{\rm N_2 } {/eq} равно 52.2 л .

Лабораторный фон

Введение

Несмотря на то, что он основан на предположениях о том, что молекулы газа не взаимодействуют друг с другом и не занимают никакого объема, предположения, которые, как вы позже узнаете, неверны, Закон идеального газа по-прежнему невероятно полезен для характеристики свойств газов. Математически Закон идеального газа имеет уравнение, показанное ниже, где P — давление в атмосферах, V — объем в литрах, n — число молей, T — температура в Кельвин , а R является константой.

Более подробно, R известен как постоянная идеального газа и принимает ряд различных значений в зависимости от используемых единиц измерения. Однако для вашего первого семестра по химии вам, скорее всего, понадобится только теперь, когда R равно:

В этом эксперименте вы будете использовать Закон идеального газа для предсказания объема газа, образующегося в результате простой химической реакции.Эта реакция будет использована для создания макета автомобильной подушки безопасности.

Подушки безопасности

Подушки безопасности , как вы, вероятно, знаете, являются устройствами безопасности, обычно используемыми в большинстве современных автомобилей. Реакция, используемая в коммерческих подушках безопасности , зависит от азида натрия (NaN 3 ), довольно токсичного химического вещества. При активации азид натрия подушки безопасности быстро подвергается реакции разложения с образованием металлического натрия (Na) и газообразного азота (N 2 ).

На самом деле, это газ азота, который надувает подушку безопасности, чтобы обеспечить подушку безопасности для пассажиров в машине. Некоторые подушки безопасности, такие как показанная ниже, могут раскрыться за 0,015 с при авариях на высокой скорости и за 0,025 с при авариях на низкой скорости. В общем и целом, процессы развертывания и надувания происходят быстрее, чем мгновение ока. Мы думаем, вы можете сказать, что это довольно быстрая реакция.


( www.lanl.gov/quarterly/q_sum03/airbags.номер )

Реакция

Поскольку эта конкретная лаборатория не оборудована для работы с такими токсичными химическими веществами, как азид натрия, мы будем работать с аналогичным газообразующим агентом бикарбонатом натрия (NaHCO 3 ). Когда бикарбонату натрия дают реагировать с уксусной кислотой (CH 3 COOH), образуется двуокись углерода (CO 2 ) и два других продукта, как показано ниже:

Стехиометрия этой реакции довольно проста, поскольку все реагенты и продукты находятся в молярном соотношении 1:1.Поскольку общая цель этого эксперимента состоит в том, чтобы спроектировать «подушку безопасности», которая быстро и полностью наполняется без потери материалов, вам потребуется преобразовать молярные количества реагентов в граммы и объемные количества, чтобы получить точный объем CO 2. , который наполнит вашу «подушку безопасности».

Стехиометрия и применение закона идеального газа

Чтобы иметь возможность предсказать объем производимого газа, вам нужно будет использовать уравнение для закона идеального газа , приведенное ранее.Переменные в законе идеального газа состоят из объема, температуры, давления и количества молей газа. Мы знаем, что нашим неизвестным в уравнении будет количество добытого газа. Таким образом, мы можем преобразовать закон идеального газа , чтобы решить для n:

Поскольку мы знаем, что R является константой, все, что нам нужно измерить, это объем нашего мешка, атмосферное давление и температура окружающей среды.

В этом эксперименте мы будем использовать параметры температуры и давления, соответствующие комнатным условиям. В комнате весов можно найти как термометр , так и барометр , устройство, используемое для измерения атмосферного давления. (ПРИМЕЧАНИЕ. Если вы не знаете, как читать показания барометра, нажмите здесь для получения инструкций.) Когда температура и давление учтены, остается только определить объем вашей «подушки безопасности».По сути, это первая задача, которая ставится перед вами в эксперименте. Просто наполнив вашу «подушку безопасности» достаточным количеством воды, чтобы она была достаточно заполнена, а затем тщательно измерив этот объем воды, вы сможете рассчитать объем газа, который вам понадобится. Вода также служит для проверки мешка на наличие утечек, которые могут испортить результаты эксперимента.

В целом, измерив объем необходимого газа и введя его вместе с комнатной температурой и давлением в Закон идеального газа , вы сможете предсказать количество молей газа, необходимое для заполнения «подушки безопасности».Затем вы можете использовать простую стехиометрию для расчета количества молей реагентов (NaHCO 3 и CH 3 COOH), необходимых для получения количества молей CO 2 .

Пример задачи

Чтобы еще больше прояснить принципы, изучаемые в этом эксперименте, а также некоторые необходимые расчеты, давайте рассмотрим пример, фактически включающий реальные данные от подушки безопасности с азидом натрия.Нам нужно выяснить, сколько граммов NaN 3 необходимо, чтобы полностью заполнить 75,0-литровую подушку безопасности до давления 1,30 атм при 25,0°C N 2 . Однако, прежде чем мы найдем требуемую массу азида натрия, нам нужно количество молей N 2 .

Подставляя эти значения в наше уравнение, как показано, мы вычисляем, что нам нужно 3,99 моля газообразного азота. Теперь, когда требуется количество молей N 2 , мы можем просто использовать сбалансированное уравнение, приведенное в начале этого обсуждения, чтобы вычислить необходимое количество граммов NaN 3 .

Таким образом, мы видим, что для удовлетворения поставленных требований нам потребуется ~173 г азида натрия.

Только что выполненные расчеты почти идентичны тем, которые вам нужно будет выполнить в этом эксперименте!

 

 

 

.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*