Wie Airbags funktionieren

Der ausgelöste Airbag in den Überresten eines Enzo Ferrari. Sehen Sie mehr Autosicherheitsbilder. Michael Tullberg / Getty Images

Der zuverlässige Sicherheitsgurt war jahrelang die einzige Form der passiven Zurückhaltung in unseren Autos. Es gab Debatten über ihre Sicherheit, insbesondere in Bezug auf Kinder, aber im Laufe der Zeit verabschiedete ein Großteil des Landes verbindliche Sicherheitsgurtgesetze. Statistiken haben gezeigt, dass die Verwendung von Sicherheitsgurten Tausende von Menschenleben gerettet hat, die bei Kollisionen verloren gegangen sein könnten.

Wie bei Sicherheitsgurten gibt es das Konzept des Airbags - ein weiches Kissen, gegen das man bei einem Unfall landen kann - seit vielen Jahren. Das erste Patent für eine aufblasbare Bruchlandevorrichtung für Flugzeuge wurde im Zweiten Weltkrieg angemeldet. In den 1980er Jahren erschienen die ersten kommerziellen Airbags in Automobilen.

Seit dem Modelljahr 1998 müssen alle in den USA verkauften Neuwagen sowohl auf der Fahrer- als auch auf der Beifahrerseite Airbags haben. (Leichte Lastwagen fielen 1999 unter die Regel.) Bisher zeigen Statistiken, dass Airbags das Risiko, bei einem direkten Frontalcrash zu sterben, um etwa 1% verringern 30 Prozent. Dann kamen sitz- und türmontierte Seitenairbags. Heutzutage gehen einige Autos weit über Doppelairbags hinaus und haben sechs oder sogar acht Airbags. Airbags, die in den Anfangsjahren einige der gleichen Kontroversen hervorgerufen haben, die den Gebrauch von Sicherheitsgurten betrafen, sind Gegenstand ernsthafter Forschungen und Tests durch Regierung und Industrie.

In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die Wissenschaft hinter dem Airbag, wie das Gerät funktioniert, welche Probleme es hat und wie die Technologie von hier aus weitergeht.

Bewegungsgesetze

Bevor wir uns die Einzelheiten ansehen, wollen wir unser Wissen über die Bewegungsgesetze. Erstens wissen wir, dass sich bewegende Objekte haben Schwung (das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit eines Objekts). Es sei denn, ein Außen Macht Wenn das Objekt auf ein Objekt einwirkt, bewegt es sich weiterhin mit seiner aktuellen Geschwindigkeit und Richtung. Autos bestehen aus mehreren Objekten, einschließlich des Fahrzeugs selbst, losen Objekten im Auto und natürlich Passagieren. Wenn diese Objekte nicht zurückgehalten werden, bewegen sie sich mit jeder Geschwindigkeit weiter, mit der das Auto fährt, selbst wenn das Auto durch eine Kollision angehalten wird.

Das Stoppen des Impulses eines Objekts erfordert eine Kraftwirkung über eine gewisse Zeitspanne. Wenn ein Auto abstürzt, ist die zum Anhalten eines Objekts erforderliche Kraft sehr groß, da sich der Impuls des Autos sofort geändert hat, während dies bei den Passagieren nicht der Fall ist - es bleibt nicht viel Zeit zum Arbeiten. Das Ziel eines zusätzlichen Rückhaltesystems ist es, den Passagier anzuhalten und ihm dabei so wenig Schaden wie möglich zuzufügen.

Was ein Airbag tun möchte, ist, die Geschwindigkeit des Passagiers mit wenig oder gar keinem Schaden auf Null zu verlangsamen. Die Einschränkungen, innerhalb derer es arbeiten muss, sind enorm. Der Airbag hat den Abstand zwischen dem Beifahrer und dem Lenkrad oder Armaturenbrett und einen Sekundenbruchteil zum Arbeiten. Selbst diese winzige Menge an Raum und Zeit ist jedoch wertvoll, wenn das System den Passagier gleichmäßig verlangsamen kann, anstatt seine Bewegung abrupt anzuhalten.

Im nächsten Abschnitt werden wir uns die Teile eines Airbags ansehen und sehen, wie er sich aufbläst.

Das Ziel eines Airbags ist es, die Vorwärtsbewegung des Passagiers in Sekundenbruchteilen so gleichmäßig wie möglich zu verlangsamen. Ein Airbag besteht aus drei Teilen, die dazu beitragen, dieses Kunststück zu vollbringen:

• Das Tasche selbst besteht aus einem dünnen Nylongewebe, das in das Lenkrad oder Armaturenbrett oder in jüngerer Zeit in den Sitz oder die Tür eingeklappt ist.
• Das Sensor ist das Gerät, das den Beutel zum Aufblasen auffordert. Inflation tritt auf, wenn eine Kollisionskraft vorhanden ist, die dem Einfahren in eine Mauer mit 16 bis 24 km / h entspricht. Ein mechanischer Schalter wird umgelegt, wenn eine Massenverschiebung vorliegt, die einen elektrischen Kontakt schließt und den Sensoren mitteilt, dass ein Absturz aufgetreten ist. Die Sensoren empfangen Informationen von einem Beschleunigungsmesser in einen Mikrochip eingebaut.
• Der Airbag ist Inflationssystem reagiert Natriumazid (NaN3) mit Kaliumnitrat (KNO3) zu produzieren Stickstoffgas. Heiße Stickstoffstöße blasen den Airbag auf.

Der Airbag und das Aufblassystem sind im Lenkrad gespeichert. Weitere Bilder zur Fahrzeugsicherheit anzeigen.

Die frühen Bemühungen, den Airbag für den Einsatz in Autos anzupassen, stießen auf unerschwingliche Preise und technische Hürden bei der Lagerung und Freigabe von komprimiertes Gas. Die Forscher fragten sich:

• Wenn in einem Auto genug Platz für einen Gaskanister wäre
• Ob das Gas während der gesamten Lebensdauer des Autos unter hohem Druck bleiben würde
• Wie der Beutel bei einer Vielzahl von Betriebstemperaturen schnell und zuverlässig expandiert werden kann, ohne einen ohrenbetäubenden Knall auszustoßen

Das Inflationssystem verwendet ein festes Treibmittel und einen Zünder.

Sie brauchten einen Weg, um eine chemische Reaktion auszulösen, die den Stickstoff erzeugt, der den Beutel aufbläst. Klein Festtreibstoff-Inflatoren kam in den 1970er Jahren zur Rettung.

Das Inflationssystem ähnelt einem Feststoffraketen-Booster (Einzelheiten finden Sie unter Funktionsweise von Raketenmotoren). Das Airbagsystem zündet a festes Treibmittel, das extrem schnell brennt, um ein großes Gasvolumen zum Aufblasen des Beutels zu erzeugen. Die Tasche dann buchstäblich platzt von seinem Lagerort mit bis zu 322 km / h - schneller als ein Wimpernschlag! Eine Sekunde später zerstreut sich das Gas schnell durch winzige Löcher im Beutel Entleeren die Tasche, damit Sie sich bewegen können.

Auch wenn der gesamte Prozess nur in stattfindet eine fünfundzwanzigste Sekunde, Die zusätzliche Zeit reicht aus, um ernsthafte Verletzungen zu vermeiden. Das pulverförmige Substanz Aus dem Airbag wird übrigens normales Maisstärke- oder Talkumpuder freigesetzt, das von den Airbagherstellern verwendet wird, um die Beutel während der Lagerung biegsam und geschmiert zu halten.

Als nächstes werden wir uns einige der Sicherheitshinweise ansehen, die mit Airbags verbunden sind, insbesondere wenn es um Kinder geht.

Seit den Anfängen von Auto-Airbags haben Experten darauf hingewiesen, dass Airbags zusammen mit Sicherheitsgurten verwendet werden sollen. Sicherheitsgurte waren immer noch unbedingt erforderlich, da Airbags nur bei Frontalzusammenstößen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 6 km / h funktionierten. Nur Sicherheitsgurte können bei Seitenwischern und Unfällen (obwohl seitlich angebrachte Airbags immer häufiger auftreten), Auffahrunfällen und Sekundäraufprallen helfen. Selbst mit fortschreitender Technologie sind Airbags nur dann wirksam, wenn sie mit einem Beckengurt / Schultergurt verwendet werden.

Es dauerte nicht lange zu lernen, dass die Kraft eines Airbags diejenigen verletzen kann, die ihm zu nahe stehen. Forscher haben festgestellt, dass die Risikozone für Fahrerairbags die erste ist 2 bis 3 Zoll (5 bis 8 cm) Inflation. Wenn Sie sich also 25 cm von Ihrem Fahrerairbag entfernt befinden, haben Sie einen klaren Sicherheitsspielraum. Messen Sie diesen Abstand von der Mitte des Lenkrads zu Ihrem Brustbein. Wenn Sie derzeit weniger als 10 Zoll entfernt sitzen, können Sie Ihre Fahrposition auf folgende Weise anpassen:

• Bewegen Sie Ihren Sitz so weit wie möglich nach hinten, während Sie die Pedale bequem erreichen.
• Lehnen Sie die Rückenlehne leicht zurück. Obwohl die Fahrzeugkonstruktionen variieren, können die meisten Fahrer den 10-Zoll-Abstand auch mit dem Fahrersitz ganz nach vorne erreichen, indem sie die Rückenlehne leicht zurücklehnen. Wenn das Zurücklehnen des Sitzes die Sicht auf die Straße erschwert, können Sie sich mit dem Sitzhebesystem Ihres Autos (nicht alle Autos haben dies!) Oder einem festen, rutschfesten Kissen aufrichten, um den gleichen Effekt zu erzielen.
• Richten Sie den Airbag auf Ihre Brust anstatt auf Kopf und Nacken, indem Sie Ihr Lenkrad nach unten neigen (dies funktioniert nur, wenn Ihr Lenkrad einstellbar ist)..

Die Regeln sind unterschiedlich für Kinder. Ein Airbag kann ein Kind ohne Schnalle, das zu nahe daran sitzt oder beim Notbremsen in Richtung Armaturenbrett geworfen wird, ernsthaft verletzen oder sogar töten. Experten sind sich einig, dass folgende Sicherheitspunkte wichtig sind:

• Kinder unter 12 Jahren sollten in einem ordnungsgemäß installierten, altersgerechten Autositz auf dem Rücksitz angeschnallt fahren.
• Kleinkinder in nach hinten gerichteten Kindersitzen (unter einem Jahr und mit einem Gewicht von weniger als 10 kg) sollten niemals auf dem Vordersitz eines Autos mit Beifahrerairbag fahren.
• Wenn ein Kind über einem Jahr mit einem Beifahrerairbag auf dem Vordersitz fahren muss, sollte es sich in einem nach vorne gerichteten Kindersitz, einem Kindersitz oder einem ordnungsgemäß sitzenden Beckengurt / Schultergurt befinden, und der Sitz sollte so weit wie möglich zurückbewegt werden.

Weitere Informationen zu Kindersitzen finden Sie unter Autositze: Schnelle Fakten.

In bestimmten Sonderfällen können Autobesitzer die Deaktivierung ihrer Airbags beantragen. Im nächsten Abschnitt werden die Schritte erläutert, die Sie ausführen müssen, wenn Sie Ihren Airbag deaktivieren möchten.

Als Reaktion auf die Besorgnis, dass Kinder - und andere, insbesondere kleinere Menschen - durch fehlerhafte oder übermäßig starke Airbags getötet oder schwer verletzt werden könnten, gab die National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) 1997 eine endgültige Regel heraus, die es Autoherstellern erlaubt, weniger zu verwenden -betriebene Airbags. Diese Regel erlaubt Airbags zu sein depowered um 20 bis 35 Prozent. Darüber hinaus durften ab 1998 Reparaturwerkstätten und Händler installieren Ein / Aus-Schalter Dadurch können Airbags deaktiviert werden. Fahrzeugbesitzer könnten nun (von der NHTSA) autorisiert werden, Ein / Aus-Schalter für einen oder beide Airbags in ihrem Auto zu installieren, wenn sie (oder andere Benutzer ihres Autos) in eine oder mehrere dieser spezifischen Risikogruppen fallen:

• Für Fahrer- und Beifahrerseite - Personen mit Erkrankungen, bei denen das Risiko des Auslösens des Airbags das Risiko eines Aufpralls ohne Airbag übersteigt
• Für die Fahrerseite (zusätzlich zu den medizinischen Bedingungen) - Personen, die sich nicht so positionieren können, dass sie ihr Auto mindestens 25,4 cm von der Mitte der Fahrerairbagabdeckung entfernt ordnungsgemäß bedienen
• Für die Beifahrerseite (zusätzlich zu medizinischen Bedingungen) - Personen, die ein Baby in einer nach hinten gerichteten Kindersicherung auf dem Vordersitz transportieren müssen, weil das Auto keinen Rücksitz hat, der Rücksitz zu klein ist, um einen nach hinten gerichteten Kindersitz aufzunehmen, oder weil Es ist notwendig, den Gesundheitszustand eines Kindes ständig zu überwachen
• Für die Beifahrerseite (zusätzlich zu den Erkrankungen) - Personen, die Kinder zwischen einem und 12 Jahren auf dem Vordersitz tragen müssen, weil (a) das Auto keinen Rücksitz hat, (b) der Fahrzeughalter mehr Kinder tragen muss, als in den Sitz passen Rücksitz oder (c) weil es notwendig ist, die Gesundheit eines Kindes ständig zu überwachen

Wenn Sie einen Ein-Aus-Schalter in Ihrem Auto installieren möchten, benötigen Sie eine Kopie der NHTSA-Broschüre "Airbags und Ein-Aus-Schalter: Informationen für eine informierte Entscheidung" und das zugehörige Formular, Anfrage für Airbag-Ein-Aus-Schalter. Sie finden diese auf der NHTSA-Website sowie in AAA-Clubs, Neuwagenhändlern und staatlichen Kraftfahrzeugabteilungen. Die NHTSA sendet Ihnen ein Autorisierungsschreiben, das Sie zu einer Reparaturwerkstatt bringen können. (Bevor Sie sich mit all dem beschäftigen, sollten Sie sich bei Ihrem Autohändler oder Ihrer Reparaturwerkstatt erkundigen, ob für Ihr Auto ein Ein-Aus-Schalter verfügbar ist.) Einige Ein- und Ausschalter nachrüsten kann gefunden und verwendet werden, wenn die Anforderungen des Bundes erfüllt sind - Schalter müssen mit einem Schlüssel betätigt und mit Warnleuchten ausgestattet sein, um anzuzeigen, ob die Taschen aus- oder eingeschaltet sind.

Selbst wenn Sie die Möglichkeit haben, ihn auszuschalten, sollte der Airbag für Fahrer, die mindestens 10 Zoll zurücklehnen können, eingeschaltet bleiben. Für diejenigen, die dies nicht können (auch mit den oben aufgeführten Vorschlägen), kann die Tasche ausgeschaltet werden. Eine Gruppe von Ärzten auf der Nationalen Konferenz über medizinische Indikationen für die Deaktivierung von Airbags betrachtete die in Briefen an die NHTSA häufig gemeldeten Erkrankungen als mögliche Rechtfertigung für das Ausschalten von Airbags. Sie empfahlen jedoch nicht, Airbags für relativ häufige Bedingungen auszuschalten, wie zum Beispiel:

• Herzschrittmacher
• Brille
• Angina
• Emphysem
• Asthma
• Mastektomie
• vorherige Rücken- oder Nackenoperation
• fortgeschrittenes Alter
• Osteoporose
• Arthritis
• Schwangerschaft

Im Allgemeinen können Sie Ihren Airbag nicht deaktivieren, ohne einen Nachrüst-Ein / Aus-Schalter zu installieren. Wenn für Ihr Auto jedoch noch kein Nachrüst-Ein / Aus-Schalter (vom Fahrzeughersteller) verfügbar ist, genehmigt die NHTSA von Fall zu Fall unter geeigneten Bedingungen die Deaktivierung des Airbags. Versuchen Sie niemals, die Tasche selbst zu deaktivieren - denken Sie daran, dies ist kein weiches Kissen! Es packt einen Wallop und kann dich verletzen, wenn du nicht weißt, was du tust.

Bei werkseitig installierten Ein-Aus-Schaltern können die Automobilhersteller mit der NHTSA installieren Ein / Aus-Schalter für Beifahrerairbag in neuen Fahrzeugen unter begrenzten Umständen - nur wenn das Fahrzeug keinen Rücksitz hat oder wenn der Rücksitz zu klein ist, um einen nach hinten gerichteten Kindersitz aufzunehmen. Derzeit dürfen Hersteller in keinem neuen Fahrzeug Ein- und Ausschalter für den Fahrerairbag einbauen. Warum diese Regeln? Die NHTSA entschied sich gegen weit verbreitete werkseitig installierte Ein-Aus-Schalter aus Angst, dass sie zur Standardausrüstung aller neuen Fahrzeuge gehören würden - auch derjenigen, die von Personen gekauft wurden, die nicht zu Risikogruppen gehören. Sie sahen auch die Integration von Ein-Aus-Schaltern in neue Autos (und die anschließende Neugestaltung von Instrumententafeln) als etwas, das Ressourcen von der Entwicklung sicherer, fortschrittlicherer Airbagsysteme ablenken würde.

Aktivitäten zur Aufrechterhaltung und Verbesserung der lebensrettenden Vorteile von Airbags sind in vollem Gange. Neue von NHTSA gesponserte Tests verwenden verbesserte "Dummy" -Verletzungskriterien, die auf neuen Erkenntnissen und Forschungsergebnissen basieren.

Bis vor kurzem waren die meisten Fortschritte in der Autosicherheit bei Front- und Heckaufprallen zu verzeichnen 40 Prozent Alle schweren Verletzungen durch Unfälle sind das Ergebnis von Seitenaufprallen, und 30 Prozent aller Unfälle sind Seitenaufprallkollisionen. Viele Autohersteller haben auf diese Statistiken (und die daraus resultierenden neuen Standards) reagiert, indem sie Türen, Türrahmen sowie Boden- und Dachabschnitte verbessert haben. Aber Autos, die derzeit anbieten Seitenairbags repräsentieren die neue Welle des Insassenschutzes. Ingenieure sagen, dass das Entwerfen effektiver Seitenairbags viel schwieriger ist als das Entwerfen von Frontairbags. Dies liegt daran, dass ein Großteil der Energie aus einem Frontalaufprall von Stoßstange, Motorhaube und Motor absorbiert wird und es fast 30 bis 40 Millisekunden dauert, bis sie den Fahrzeuginsassen erreicht. Bei einem Seitenaufprall trennen nur eine relativ dünne Tür und einige Zentimeter den Insassen von einem anderen Fahrzeug. Dies bedeutet, dass an der Tür montierte Seitenairbags in nur einer Minute ausgelöst werden müssen fünf oder sechs Millisekunden!

Die Ingenieure von Volvo experimentierten mit verschiedenen Arten der Montage von Seitenairbags und entschieden sich für die Installation der Rückenlehne, da dies Passagiere aller Größen schützt, unabhängig davon, wie der Sitz positioniert ist. Diese Anordnung ermöglicht es ihnen, eine zu platzieren Auslösen des mechanischen Sensors an den Seiten der Sitzkissen unter Fahrer und Beifahrer. Dies verhindert, dass sich der Airbag auf der unbeschädigten Seite des Fahrzeugs aufbläst. Die Installation des gesamten Airbagpakets in der Rückenlehne bietet auch den Vorteil, dass unnötige Auslösungen vermieden werden, die durch Kollisionen mit Fußgängern oder Fahrrädern verursacht werden können. Es dauert eine Kollision von etwa 12 Meilen pro Stunde (19 km / h) zum Auslösen von Seitenairbags.

BMW Ingenieure haben gewählt Türairbags. Die Tür bietet mehr Platz und ermöglicht eine größere Tasche, die mehr Schutz bietet.

Das Kopfairbag, oder Inflatable Tubular Structure (ITS), sieht ein wenig wie eine große Wurst aus und ist im Gegensatz zu anderen Airbags so konstruiert, dass sie etwa fünf Sekunden lang aufgeblasen bleibt, um Schutz vor zweiten oder dritten Stößen zu bieten. In Zusammenarbeit mit dem Seitenairbag soll der ITS bei einigen Seitenkollisionen einen besseren Schutz bieten. Eine weitere Option für den Kopfschutz bei Seitenaufprallen ist die Vorhangairbag.

All dies macht ziemlich deutlich, dass die Wissenschaft der Airbags noch neu ist und sich rasant weiterentwickelt. Sie können viele Fortschritte in diesem Bereich erwarten, wenn Designer neue Ideen einbringen und aus realen Crash-Daten lernen.

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