Введение

Устройство безопасности автомобиля – это система удержания пассажиров транспортного средства, использующая мешок, предназначенный для чрезвычайно быстрого надувания и последующей дефляции во время столкновения. Она состоит из подушки безопасности, гибкого тканевого мешка, модуля надувания и датчика удара. Назначение подушки безопасности – обеспечить пассажира транспортного средства мягкой амортизацией и удержанием во время столкновения, снижая риск травм при контакте с элементами интерьера автомобиля. Подушка безопасности создает поглощающую энергию поверхность между пассажирами и рулевым колесом, приборной панелью, стойками кузова, потолочной обшивкой и ветровым стеклом. Современные транспортные средства могут быть оснащены до десяти модулей подушек безопасности различных типов, включая водительские, пассажирские, боковые шторки, боковые (встроенные в сиденья и двери), боковой защиты (в стойках B и C), для коленей, надувные ремни безопасности и подушки безопасности для пешеходов. Во время аварии датчики столкновения передают важную информацию электронному блоку управления (ECU) подушек безопасности, включая тип столкновения, угол и силу удара. На основе этих данных алгоритм ECU определяет, соответствует ли авария критериям для активации и запускает соответствующие цепи для развертывания одного или нескольких модулей подушек безопасности. Активация модулей подушек безопасности осуществляется посредством пиротехнического процесса, предназначенного для однократного использования в качестве дополнительной системы безопасности, дополняющей ремни безопасности. Новые модули боковой защиты состоят из баллонов со сжатым воздухом, которые срабатывают при боковом ударе. Первые коммерческие модели были представлены в легковых автомобилях в 1970-х годах, но имели ограниченный успех и приводили к некоторым смертельным случаям. Широкое распространение подушек безопасности началось на многих рынках в конце 1980-х и начале 1990-х годов. Многие современные автомобили теперь оснащаются шестью и более модулями.

Активная и пассивная безопасность

Подушки безопасности считаются "пассивными" системами безопасности и действуют как дополнение к "активным" системам безопасности. Поскольку для активации или использования подушки безопасности не требуется никаких действий со стороны находящегося в транспортном средстве человека, она считается "пассивным" устройством. Это отличается от ремней безопасности, которые считаются "активными" устройствами, поскольку находящийся в транспортном средстве человек должен предпринять действие для их использования. Эта терминология не связана с активной и пассивной безопасностью, которые, соответственно, представляют собой системы, предназначенные для предотвращения столкновений, и системы, предназначенные для минимизации последствий столкновений после их возникновения. В этом контексте антиблокировочная система тормозов автомобиля квалифицируется как средство активной безопасности, в то время как как ремни безопасности, так и подушки безопасности квалифицируются как средства пассивной безопасности. Терминологическая путаница может возникнуть из-за того, что пассивные устройства и системы – те, которые не требуют какого-либо вмешательства или действия со стороны находящегося в транспортном средстве человека – могут функционировать независимо и активно; подушка безопасности является одним из таких устройств. Специалисты по безопасности транспортных средств обычно тщательно подбирают слова, чтобы избежать подобной путаницы. Однако принципы рекламы иногда препятствуют такой семантической осторожности при маркетинге средств безопасности для потребителей. Дополнительную путаницу в терминологию вносит то, что в авиационной безопасности термины "активный" и "пассивный" используются в противоположном смысле, чем в автомобильной промышленности.

Происхождение

Подушка безопасности, предназначенная для "покрытия самолетов и других частей транспортных средств", берет свое начало от патента, поданного в Соединенных Штатах в 1919 году двумя дантистами из Бирмингема, Артуром Парроттом и Гарольдом Раундом. Патент был одобрен в 1920 году. Воздушные баллоны применялись уже в 1951 году. Изобретение подушки безопасности специально для использования в автомобилях приписывается независимо американцу Джону В. Хетрику, который подал заявку на патент на подушку безопасности 5 августа 1952 года, и получил патент № 2 649 311 от Патентного ведомства США 18 августа 1953 года. Немецкий инженер Вальтер Линдерер, подавший немецкий патент № 896 312 6 октября 1951 года, получил его 12 ноября 1953 года, примерно через три месяца после Джона Хетрика из Америки. Подушки безопасности, предложенные Хетриком и Линдерером, основывались на сжатом воздухе, высвобождаемом пружиной, контактом с бампером или действием водителя. Последующие исследования 1960-х годов показали, что сжатый воздух не может достаточно быстро надувать механические подушки безопасности для обеспечения максимальной безопасности, что привело к созданию современных химических и электрических подушек безопасности. В патентных заявках производители иногда используют термин "надувные системы удержания пассажиров". Хетрик был инженером-технологом и членом ВМС США. Однако его конструкция подушки безопасности появилась лишь после того, как он объединил свой опыт работы с военно-морскими торпедами со своим желанием защитить свою семью на дороге. Несмотря на сотрудничество с ведущими автопроизводителями своего времени, Хетрику не удалось привлечь инвестиции. Хотя сегодня подушки безопасности являются обязательным оборудованием во всех автомобилях, продаваемых в Соединенных Штатах, патентная заявка Хетрика 1951 года служит примером "ценного" изобретения, не принесшего экономической выгоды своему создателю. Его первое коммерческое применение было реализовано только после истечения срока действия патента в 1971 году, когда подушка безопасности была установлена в нескольких экспериментальных автомобилях Ford. В 1964 году японский автомобильный инженер Ясузабуро Кобори (小堀保三郎) начал разработку системы подушек безопасности "защитной сети". Его конструкция использовала взрывчатое вещество для надувания подушки безопасности, за что он впоследствии получил патенты в 14 странах. Он умер в 1975 году, так и не дождавшись широкого распространения систем подушек безопасности. В 1967 году был достигнут прорыв в разработке датчиков аварийного срабатывания подушек безопасности, когда Аллен К. Брид изобрел механизм "шарик в трубке" для обнаружения столкновений. В его системе электромеханический датчик с металлическим шариком, прикрепленным к трубке магнитом, надувал подушку безопасности менее чем за 30 миллисекунд. Впервые для надувания вместо сжатого воздуха был использован небольшой взрыв азида натрия. В то же время итальянская компания Eaton Livia предложила вариант с локализованными воздушными подушками. В начале 1970-х годов General Motors начала предлагать автомобили, оснащенные подушками безопасности, первоначально для правительственного автопарка – седаны Chevrolet Impala 1973 года выпуска. Эти автомобили поставлялись с приборной панелью Oldsmobile образца 1974 года и уникальным рулевым колесом, содержащим подушку безопасности со стороны водителя. Два из этих автомобилей были подвергнуты краш-тестам через 20 лет, и подушки безопасности сработали безупречно. Один из ранних образцов автомобилей с подушками безопасности сохранился по состоянию на 2009 год. Oldsmobile Toronado GM был первым отечественным автомобилем США, оснащенным подушкой безопасности для пассажира в 1973 году. General Motors выпускала свои первые модули подушек безопасности под названием "Air Cushion Restraint System" или ACRS. Автопроизводитель прекратил предлагать эту опцию в 1977 году, ссылаясь на отсутствие интереса со стороны потребителей. Ford и GM потратили годы на лоббирование против требований к подушкам безопасности, утверждая, что эти устройства нецелесообразны и неуместны. Chrysler сделала подушку безопасности для водителя стандартной комплектацией на моделях 1988 и 1989 годов, но подушки безопасности не получили широкого распространения в американских автомобилях до начала 1990-х годов.

В качестве замены ремней безопасности

В 1970-х годах в США были внедрены подушки безопасности для легковых автомобилей. Когда уровень использования ремней безопасности в стране был значительно ниже, чем в настоящее время, Ford построил экспериментальные автомобили с подушками безопасности в 1971 году. Allstate эксплуатировал парк из 200 Mercury Monterey и продемонстрировал надежность подушек безопасности, а также их работу при краш-тестах, что также продвигалось страховой компанией в популярных рекламных объявлениях в журналах. General Motors последовала за ними в 1973 году, используя полноразмерные автомобили Chevrolet. В первом парке экспериментальных автомобилей GM, оснащенных подушками безопасности, произошло семь смертельных случаев, и позднее возникли подозрения, что один из них был вызван именно подушкой безопасности. В 1974 году GM предложила свою систему ACRS (которая состояла из мягкой нижней панели приборов и пассажирской подушки безопасности) в качестве стандартной опции (код RPO AR3) для полноразмерных моделей Cadillac, Buick и Oldsmobile. Автомобили GM 1970-х годов, оснащенные ACRS, имели подушку безопасности со стороны водителя и ограничитель коленного сустава со стороны водителя. В Porsche 944 и 944S это было доступно как опция. В том же году появилась первая подушка безопасности в японском автомобиле – Honda Legend. В 1988 году Chrysler стала первым американским автопроизводителем, установившим подушку безопасности со стороны водителя в качестве стандартного оборудования, предлагавшегося в шести различных моделях. В следующем году Chrysler стала первым автопроизводителем США, предложившим подушки безопасности со стороны водителя во всех своих новых пассажирских моделях. Chrysler также начала использовать подушки безопасности в рекламе, демонстрируя, как эти устройства спасли жизни, что помогло общественности осознать их ценность, и безопасность стала конкурентным преимуществом в конце 1980-х годов. Все версии минивэнов Chrysler оснащались подушками безопасности, начиная с модельного года 1991. Jeep Grand Cherokee 1993 года стал первым внедорожником, предлагавшим подушку безопасности со стороны водителя, когда он был представлен в 1992 году. Подушки безопасности для водителя и пассажиров стали стандартным оборудованием во всех седанах Dodge Intrepid, Eagle Vision и Chrysler Concorde, опережая любые требования по безопасности. В начале 1993 года с конвейера сошел 4-миллионный автомобиль Chrysler, оснащенный подушкой безопасности. В октябре 1993 года Dodge Ram стал первым пикапом со стандартной подушкой безопасности со стороны водителя. Первое зафиксированное столкновение двух автомобилей, оснащенных подушками безопасности, произошло 12 марта 1990 года в Вирджинии, США. Chrysler LeBaron 1989 года пересек разделительную полосу и столкнулся лоб в лоб с другим Chrysler LeBaron 1989 года, в результате чего сработали обе подушки безопасности водителя. Водители получили лишь незначительные травмы, несмотря на серьезные повреждения транспортных средств. Закон США об эффективности междувидовой транспортной системы 1991 года требовал, чтобы легковые автомобили и легкие грузовики, произведенные после 1 сентября 1998 года, были оснащены подушками безопасности для водителя и переднего пассажира. В Соединенных Штатах NHTSA оценивала, что к 1 сентября 1999 года подушки безопасности спасли более 4600 жизней; однако опыт эксплуатации в аварийных ситуациях в начале 1990-х годов показал, что некоторые смертельные случаи и серьезные травмы были фактически вызваны подушками безопасности.

Форма подушек безопасности

Citroën C4 впервые использовал водительскую подушку безопасности "специальной формы", что стало возможным благодаря необычному рулевому колесу с фиксированным центром. В 2019 году Honda объявила о внедрении новой технологии подушек безопасности переднего пассажира. Эта новая конструкция, разработанная компаниями Autoliv и Honda R&D в Огайо, США, включает три надувные камеры, соединенные спереди "не надувающейся перегородкой". Две внешние камеры больше средней. При срабатывании подушки безопасности перегородка смягчает удар головы пассажира о саму подушку, а три камеры фиксируют голову, подобно бейсбольной перчатке. Цель трехкамерной подушки безопасности – помочь "остановить быстрое движение" головы, тем самым снижая риск сотрясения мозга при столкновении. Первым автомобилем, на котором с завода была установлена трехкамерная подушка безопасности, стал Acura TLX в 2020 году (для модельного года 2021). Honda надеется, что новая технология вскоре станет доступной во всех автомобилях.

Задняя подушка безопасности

В сентябре 2020 года (для модельного года 2021) Mercedes начала предлагать защиту задним пассажирам при фронтальных столкновениях для Mercedes-Benz S-Class (W223). S-Class W223 – первый автомобиль, оснащенный подушками безопасности для задних пассажиров, использующими газ для надувания поддерживающих конструкций, которые раскрываются и разворачивают мешок, заполняемый окружающим воздухом, в отличие от традиционных подушек безопасности, полностью надуваемых газом и широко применяемых в автомобильных системах безопасности.

Боковая подушка безопасности

В основном используются два типа боковых подушек безопасности – боковая подушка безопасности для туловища и боковая подушка безопасности-шторка. В последнее время центральные подушки безопасности становятся все более распространенными на европейском рынке. Большинство автомобилей, оснащенных боковыми подушками безопасности-шторками, также включают боковые подушки безопасности для туловища. Однако некоторые модели, такие как Chevrolet Cobalt, Chevrolet Silverado/GMC Sierra 2007–2009 годов выпуска и Dodge Ram 2009–2012 годов выпуска, не оснащены боковыми подушками безопасности для туловища. Примерно с 2000 года боковые подушки безопасности стали стандартным оборудованием даже для автомобилей начального и среднего уровня, таких как версии Ford Fiesta и Peugeot 206 с двигателями меньшего объема, а подушки безопасности-шторки также стали регулярно устанавливаться на автомобили массового рынка. Toyota Avensis, представленная в 2003 году, стала первым автомобилем массового рынка, продаваемым в Европе с девятью подушками безопасности.

Боковая подушка безопасности для туловища

Боковые подушки безопасности или подушки безопасности бокового торса – это категория подушек безопасности, обычно расположенных в сиденье или панели двери, которые надуваются между пассажиром и дверью. Эти подушки предназначены для снижения риска травм тазовой области и нижней части живота. Большинство современных автомобилей оснащаются различными конструкциями, призванными уменьшить травмы и предотвратить выброс пассажиров из транспортного средства при опрокидывании. Более новые конструкции боковых подушек безопасности включают двухкамерную систему: более жесткую нижнюю камеру для защиты таза и более мягкую верхнюю камеру для защиты грудной клетки. Шведской компании Autoliv AB был выдан патент на боковые подушки безопасности, и они впервые стали доступны в качестве опции в 1994 году на Volvo 850 1995 года выпуска, а затем вошли в стандартную комплектацию всех автомобилей Volvo, произведенных после 1995 года, включая систему защиты головы (Head Protection System – HPS). Эта подушка безопасности была разработана для защиты головы при боковых столкновениях и поддерживала надутое состояние до семи секунд для защиты при опрокидывании. Однако эта трубчатая конструкция подушки безопасности была быстро заменена надувной "шторкой". В мае 1998 года Toyota начала предлагать боковую шторку безопасности, развертывающуюся из крыши на автомобиле Progrés. В 1998 году Volvo S80 получила шторки безопасности, установленные на крыше, для защиты как передних, так и задних пассажиров. С 2000 года шторки безопасности стали стандартным оборудованием для всех новых автомобилей Volvo, за исключением первого поколения C70, которое получило увеличенную боковую подушку безопасности для туловища, также обеспечивающую защиту головы пассажиров на передних сиденьях. Многие современные внедорожники и минивэны оснащены длинной надувной шторкой, защищающей все ряды сидений. Во многих автомобилях шторки безопасности запрограммированы на срабатывание при некоторых или всех фронтальных столкновениях для управления кинетикой пассажиров (например, для предотвращения удара головой о стойку B при отскоке), особенно при смещенных столкновениях, таких как краш-тест на малое перекрытие, проводимый IIHS.

Корпусная подушка безопасности с чувствительным к прокрутке (RSCA)

Занавесные подушки безопасности, реагирующие на опрокидывание, разработаны для более длительной поддержки давления, охвата большей площади окна и срабатывания при перевороте транспортного средства. Они обеспечивают защиту головы пассажиров и помогают предотвратить их выброс из автомобиля. Внедорожники и пикапы чаще оснащаются такими подушками безопасности из-за более высокой вероятности опрокидывания, и часто предусмотречена возможность отключения этой функции, если водитель планирует ехать по бездорожью.

Центральная подушка безопасности

В 2009 году Toyota разработала первую серийную центральную подушку безопасности заднего ряда сидений, предназначенную для снижения тяжести вторичных травм задних пассажиров при боковом столкновении. Эта система раскрывается из центрального заднего сиденья и впервые появилась на автомобиле Crown Majesta. В конце 2012 года General Motors совместно с поставщиком Takata представили переднюю центральную подушку безопасности, которая раскрывается со стороны водительского сиденья. 18 сентября 2019 года Hyundai Motor Group объявила о разработке центральной боковой подушки безопасности, установленной внутри сиденья водителя. Некоторые автомобили Volkswagen, оснащенные центральными подушками безопасности в 2022 году, включают модели ID.3 и Golf. В Polestar 2 также предусмотрена центральная подушка безопасности. С обновлением EuroNCAP своих методик испытаний в 2020 году, автомобили европейского и австралийского рынков все чаще оснащаются передними центральными подушками безопасности, боковыми подушками безопасности заднего ряда для туловища и преднатяжителями ремней безопасности задних сидений.

Коленная подушка безопасности

Вторая подушка безопасности для водителя, а также отдельная подушка безопасности для коленей, была применена в внедорожнике Kia Sportage и с тех пор является стандартным оборудованием. Подушка безопасности расположена под рулевым колесом. В 2002 году Toyota Caldina представила на японском рынке первую подушку безопасности для коленей SRS со стороны водителя. Toyota Avensis стала первым автомобилем, продаваемым в Европе, оснащенным подушкой безопасности для коленей водителя. EuroNCAP отметил в отчете об Avensis 2003 года: "Были предприняты значительные усилия для защиты коленей и ног водителя, и подушка безопасности для коленей сработала эффективно". С тех пор некоторые модели также стали оснащаться подушками безопасности для коленей переднего пассажира, которые раскрываются вблизи или над бардачком при столкновении. Подушки безопасности для коленей предназначены для снижения риска травм ног. С 2000 года подушки безопасности для коленей стали все более распространенными.

Задняя занавесная подушка безопасности

В 2008 году в новом микроавтомобиле Toyota iQ впервые в серийном производстве была применена задняя подушка безопасности шторного типа для защиты головы задних пассажиров при ударе сзади.

подушка безопасности для подушки сиденья

Еще одной особенностью Toyota iQ была подушка безопасности, встроенная в сиденье пассажира, для предотвращения смещения таза под поясной ремень при фронтальном ударе или подныривания под ремень. Впоследствии эта функция была добавлена в сиденья водителя и в более поздних моделях Toyota, таких как Yaris.

Воздушная подушка для пешеходов

Воздушные подушки безопасности, установленные снаружи транспортных средств, так называемые "пешеходные подушки безопасности", предназначены для снижения тяжести травм при столкновении автомобиля с пешеходом. При обнаружении столкновения подушка безопасности активируется и покрывает твердые элементы, такие как стойки и края капота, до того, как они будут задеты пешеходом. В 2012 году Volvo V40 стала первым автомобилем в мире, в стандартной комплектации которого была установлена пешеходная подушка безопасности. В результате V40 показала наивысший результат (88%) в пешеходных тестах EuroNCAP.

Производители

Поставщики подушек безопасности SRS включают Autoliv, Daicel, TRW и JSS (которая владеет Breed, Key Safety Systems и Takata). Большинство датчиков удара для подушек безопасности производятся компанией Lanka Harness.

Условия запуска

Воздушные подушки предназначены для срабатывания при лобовых и близких к лобовым столкновениях, сила которых превышает пороговое значение, установленное нормами, регулирующими конструкцию транспортных средств на конкретном рынке, для которого предназначен автомобиль: в США требуется срабатывание при столкновениях, эквивалентных замедлению не менее 23 км/ч (14 миль/ч) при ударе о барьер, или, аналогично, при столкновении с припаркованным автомобилем сопоставимого размера по всей передней части каждого автомобиля на скорости примерно в два раза выше. Международные нормы основаны на характеристиках, а не на технологии, поэтому порог срабатывания подушек безопасности зависит от общей конструкции автомобиля. В отличие от краш-тестов с барьером, реальные столкновения обычно происходят под углами, отличными от прямого удара в переднюю часть автомобиля, и силы удара обычно распределены по передней части автомобиля неравномерно. Следовательно, относительная скорость между сталкивающимися транспортными средствами, необходимая для срабатывания подушки безопасности в реальной аварии, может быть значительно выше, чем при эквивалентном ударе о барьер. Поскольку датчики подушек безопасности измеряют замедление, скорость автомобиля не является надежным показателем необходимости срабатывания подушки безопасности. Подушки безопасности могут сработать из-за удара нижней части автомобиля о низко расположенный объект, выступающий над дорожным полотном, что приводит к замедлению. Датчик подушки безопасности представляет собой MEMS-акселерометр – небольшую интегральную схему с интегрированными микромеханическими элементами. Микроскопический механический элемент перемещается в ответ на резкое замедление, что вызывает изменение емкости, которое обнаруживается электроникой на чипе и затем посылает сигнал на срабатывание подушки безопасности. Наиболее распространенным MEMS-акселерометром является ADXL 50 производства Analog Devices, но существуют и другие производители MEMS. Первые попытки использования ртутных переключателей оказались неэффективными. До появления MEMS основной системой для срабатывания подушек безопасности был "роламит". Роламит – это механическое устройство, состоящее из ролика, подвешенного в натянутой ленте. Благодаря особой геометрии и свойствам используемых материалов ролик может свободно перемещаться с минимальным трением и гистерезисом. Это устройство было разработано в Национальных лабораториях Сандия. Роламиты и аналогичные макромеханические устройства использовались в подушках безопасности до середины 1990-х годов, после чего их повсеместно заменили MEMS. Почти все подушки безопасности спроектированы для автоматического срабатывания в случае пожара автомобиля при достижении температуры 150–200 °C (300–400 °F). Эта функция безопасности, часто называемая автоматическим воспламенением, помогает предотвратить взрыв всего модуля подушки безопасности при такой температуре. Сегодня алгоритмы управления срабатыванием подушек безопасности гораздо сложнее, они способны адаптировать скорость срабатывания к условиям аварии и предотвращать ненужные срабатывания. Эти алгоритмы считаются ценной интеллектуальной собственностью. Экспериментальные алгоритмы могут учитывать такие факторы, как вес пассажира, положение сиденья и использование ремней безопасности, а также даже пытаться определить наличие детского кресла.

Инфляция

Когда лобовые подушки безопасности должны сработать, сигнал отправляется в блок надувателя внутри блока управления подушками безопасности. Зажигатель запускает быструю химическую реакцию, генерирующую преимущественно азотный газ (N2) для заполнения подушки безопасности, что приводит к её раскрытию через крышку модуля. Некоторые технологии подушек безопасности используют сжатый азот или аргон с пиротехническим клапаном ("гибридный газогенератор"), в то время как другие используют различные энергетические составы. Хотя составы, содержащие высокотоксичный азид натрия (NaN3), были распространены в ранних конструкциях надувных устройств, на использованных подушках безопасности обнаружено мало или совсем нет токсичного азида натрия. Пиротехнические газогенераторы, содержащие азид, содержат значительное количество этого вещества. В подушке безопасности со стороны водителя находится картридж, содержащий около 50 граммов азида натрия. В контейнере со стороны пассажира содержится около 200 граммов азида натрия. Альтернативные составы могут включать, например, комбинацию нитрогуанидина, фазостабилизированного нитрата аммония (NH4NO3) или другого неметаллического окислителя, и азотсодержащего топлива, отличного от азида (например, тетразолы, триазолы и их соли). Модификаторами скорости горения в смеси могут служить нитрат (NO3) или нитрит (NO2) щелочных металлов, дицианамид или его соли, боргидрид натрия (NaBH4) и т.д. Охладители и шлакообразователи могут быть, например, глина, диоксид кремния, оксид алюминия, стекло и т.д. Другими альтернативами являются, например, составы на основе нитроцеллюлозы (обладающие высоким газовыделением, но плохой стабильностью при хранении, и требующие вторичного окисления продуктов реакции для предотвращения накопления монооксида углерода), или высококислородные органические соединения, не содержащие азота, с неорганическими окислителями (например, ди- или трикарбоновые кислоты с хлоратами (ClO3) или перхлоратами (ClO4) и, возможно, оксидами металлов; состав, не содержащий азота, предотвращает образование токсичных оксидов азота). С момента начала столкновения весь процесс развертывания и надувания занимает около 0,04 секунды. Поскольку транспортные средства резко меняют скорость при столкновении, подушки безопасности должны надуваться быстро, чтобы снизить риск удара пассажира о внутренние элементы автомобиля.

Развертывание переменной силы

Разрабатываются передовые технологии подушек безопасности, позволяющие адаптировать их срабатывание к тяжести столкновения, росту и положению пассажира, использованию ремня безопасности и расстоянию до подушки. Многие из этих систем используют многоступенчатые газогенераторы, которые при умеренных столкновениях срабатывают менее интенсивно, чем при серьезных. Датчики присутствия пассажиров сообщают блоку управления подушками безопасности о наличии человека на сиденье рядом с подушкой, его массе, использовании ремня безопасности или детского кресла, а также о его положении в сиденье и близости к подушке. На основе этих данных и информации о тяжести столкновения, подушка безопасности срабатывает с высокой, умеренной силой или не срабатывает вовсе. Адаптивные системы подушек безопасности могут использовать многоступенчатые подушки для регулировки давления внутри них. Чем выше давление, тем сильнее подушка безопасности воздействует на пассажира при контакте. Эти настройки позволяют системе обеспечивать умеренную силу срабатывания при большинстве столкновений, а максимальную силу – только при самых тяжелых. Могут также использоваться дополнительные датчики для определения положения, веса или размеров пассажиров. Блок управления подушками безопасности использует информацию о пассажирах и тяжести столкновения, чтобы определить, следует ли подавить срабатывание подушек или активировать их на различных уровнях мощности.

После развертывания

Химическая реакция производит резкий выброс азота для надувания подушки безопасности. Как только подушка безопасности разворачивается, её сдувание начинается немедленно, поскольку газ выходит через отверстия в ткани (или, как её иногда называют, в надувной элемент) и охлаждается. Развертывание часто сопровождается выделением частиц, похожих на пыль, и газов в салоне автомобиля (так называемых выбросами). Большая часть этой пыли состоит из кукурузного крахмала, талька или французской мела, которые используются для смазки подушки безопасности при развертывании. Более современные конструкции производят выбросы, состоящие преимущественно из безвредного талька/кукурузного крахмала и азота. В более старых конструкциях, использующих азид в качестве пропеллента (обычно NaN3), изначально почти всегда присутствуют переменные количества гидроксида натрия. В небольших количествах это вещество может вызывать незначительное раздражение глаз и/или открытых ран; однако при контакте с воздухом оно быстро превращается в бикарбонат натрия (пищевую соду). Однако это превращение не происходит на 100%, и неизбежно остаются остаточные количества ионов гидроксида из NaOH. В зависимости от типа системы подушки безопасности, также может присутствовать хлорид калия. Для большинства людей единственным эффектом от пыли может быть небольшое раздражение горла и глаз. Как правило, незначительное раздражение возникает только в том случае, если пассажир остается в автомобиле в течение длительного времени с закрытыми окнами и без вентиляции. Однако у некоторых людей, страдающих астмой, вдыхание пыли может спровоцировать потенциально смертельный приступ. Из-за конструкции крышки подушки безопасности на рулевом колесе и приборной панели эти элементы не предназначены для восстановления после развертывания подушки безопасности, то есть их необходимо заменить, если автомобиль не был признан не подлежащим восстановлению после столкновения. Более того, частицы, похожие на пыль, и газы могут нанести непоправимый косметический ущерб приборной панели и обивке, что означает, что даже незначительные столкновения, приводящие к развертыванию подушек безопасности, могут быть дорогостоящими, даже если нет травм и повреждения конструкции автомобиля незначительны.

Соединенные Штаты

11 июля 1984 года правительство Соединенных Штатов внесло изменения в Федеральный стандарт безопасности автомобилей № 208 (FMVSS 208), обязав оснащать автомобили, произведенные после 1 апреля 1989 года, пассивными средствами защиты водителя. Требования стандарта могли быть выполнены установкой подушки безопасности или автоматического ремня безопасности. Внедрение подушек безопасности было стимулировано Национальным управлением безопасностью дорожного движения. Однако подушки безопасности не были обязательными для легких грузовиков до 1997 года. В 1998 году FMVSS 208 был изменен, чтобы требовать установки двух фронтальных подушек безопасности, а также подушек безопасности второго поколения с пониженной мощностью. Это было обусловлено травмами, вызванными подушками безопасности первого поколения, хотя FMVSS 208 по-прежнему требует, чтобы подушки безопасности проектировались и калибровались таким образом, чтобы быть способными "спасти" жизнь манекена для краш-теста, имитирующего мужчину 50-го перцентиля по размеру и весу, не пристегнутого ремнем безопасности. Технические характеристики и требования к валидации для надувающего устройства, используемого в модулях подушек безопасности, определены в стандарте SAE USCAR 24-2.

Европа

Некоторые страны за пределами Северной Америки следуют интернационализированным европейским правилам ECE по транспортным средствам и оборудованию, а не федеральным стандартам безопасности автомобилей США. Воздушные подушки ECE, как правило, меньше и надуваются с меньшей силой, чем американские, поскольку спецификации ECE основаны на манекенах, используемых в краш-тестах с пристегнутыми ремнями безопасности. Система оценки безопасности автомобилей Euro NCAP стимулирует производителей к комплексному подходу к безопасности водителя и пассажиров; высокого рейтинга можно добиться только при сочетании воздушных подушек с другими системами безопасности. Почти каждый новый автомобиль, продаваемый в Европе, оснащен передними и боковыми подушками безопасности, однако в Европейском союзе в 2020 году, в Соединенном Королевстве и большинстве других развитых стран не существует прямого законодательного требования к обязательной комплектации новых автомобилей воздушными подушками безопасности.

Центральная и Южная Америка

Эквадор требует установки двойных передних подушек безопасности в новых моделях автомобилей с 2013 года. С января 2014 года все новые автомобили, произведенные или импортированные в Аргентине, должны быть оснащены передними подушками безопасности, за исключением микроавтомобилей. С 1 января 2014 года все новые автомобили, продаваемые в Бразилии, должны быть оснащены двойными передними подушками безопасности. С июля 2014 года все новые автомобили, продаваемые в Уругвае, должны быть оснащены двойными передними подушками безопасности. С декабря 2016 года все новые автомобили, продаваемые в Чили, должны быть оснащены двойными передними подушками безопасности. С 1 января 2017 года все автомобили, произведенные или импортированные в Колумбии, должны быть оснащены двойными передними подушками безопасности. С 1 января 2020 года все новые автомобили, продаваемые в Мексике, должны быть оснащены двойными передними подушками безопасности.

Индия

5 марта 2021 года Министерство дорожного транспорта и автомагистралей Индии обязало все новые модели транспортных средств, представленные в Индии после 1 апреля 2021 года, быть оснащенными двумя фронтальными подушками безопасности; нормативный акт также требует оснащения всех существующих моделей двумя фронтальными подушками безопасности к 31 августа 2021 года. Кроме того, Индия обязала все пассажирские автомобили, продаваемые после октября 2023 года, иметь не менее шести подушек безопасности.

Содержание

Непреднамеренное срабатывание подушки безопасности во время обслуживания автомобиля может привести к серьезным травмам, а неправильно установленный или неисправный блок подушки безопасности может не сработать или не функционировать должным образом. Персонал, обслуживающий автомобиль, а также службы экстренного реагирования, должны проявлять крайнюю осторожность, поскольку многие системы управления подушками безопасности могут оставаться под напряжением примерно 30 минут после отключения аккумулятора автомобиля. В некоторых странах действуют ограничения на продажу, транспортировку, обращение и обслуживание подушек безопасности и компонентов системы. В Германии подушки безопасности регулируются как опасные взрывчатые вещества; обслуживать системы подушек безопасности разрешено только механикам со специальной подготовкой. Некоторые автопроизводители (например, Mercedes-Benz) предписывают замену не сработавших подушек безопасности через определенный период времени для обеспечения их надежности в случае аварии. Примером является S500 1992 года выпуска, на дверном столбе которого имеется наклейка с указанием срока годности. На некоторых автомобилях Škoda указан срок годности в 14 лет с даты изготовления. В этом случае замена была бы экономически нецелесообразной, поскольку стоимость автомобиля в возрасте 14 лет будет незначительной, намного меньше стоимости установки новых подушек безопасности. Компания Volvo утверждает, что "подушки безопасности не требуют замены в течение всего срока службы автомобиля", однако это не следует рассматривать как гарантию на устройство.

Ограничения

Хотя миллионы установленных подушек безопасности имеют отличные показатели безопасности, существуют определенные ограничения в их способности защищать пассажиров автомобиля. Первоначальная конструкция передних подушек безопасности мало что давала для защиты при боковых столкновениях, которые могут быть более опасными, чем лобовые, поскольку защитная зона деформации перед пассажирским салоном полностью обходится. Боковые подушки безопасности и защитные шторы все чаще становятся обязательными в современных автомобилях для защиты от этой распространенной категории столкновений. Подушки безопасности рассчитаны на однократное срабатывание, поэтому они неэффективны при последующих столкновениях после первоначального удара. Множественные удары могут происходить во время переворачивания или других инцидентов, связанных с несколькими столкновениями, например, при массовых ДТП. Крайне опасная ситуация возникает при "подъездах под днище", когда легковой автомобиль сталкивается с задней частью тягача, не оборудованного задним защитным бампером, или врезается в бок прицепа, не имеющего бокового защитного бампера. Платформа типичного прицепа находится примерно на уровне головы сидящего взрослого пассажира легкового автомобиля. Это означает, что между головой и краем платформы прицепа практически нет преграды, кроме лобового стекла. При подъезде под днище зоны деформации автомобиля, предназначенные для поглощения энергии удара, полностью обходятся, и подушки безопасности могут не сработать вовремя, поскольку автомобиль не замедляется существенно до момента удара ветрового стекла и стоек крыши о платформу прицепа. Типичные системы подушек безопасности полностью отключаются при выключении ключа зажигания. Непреднамеренное выключение также обычно отключает двигатель, усилитель руля и тормоза, и может стать прямой причиной столкновения. В случае сильного столкновения отключенные подушки безопасности не сработают для защиты пассажиров. В 2014 году General Motors призналась в сокрытии информации о смертельных столкновениях, вызванных дефектными выключателями зажигания, которые приводили к внезапной остановке автомобиля (включая его подушки безопасности). В зависимости от классификации смертельных случаев, от 13 до 74 смертей были напрямую связаны с этим дефектом.

Травмы и смертельные случаи

В некоторых редких случаях подушки безопасности могут причинить травмы, а в крайне редких – привести к гибели пассажиров автомобиля. Для обеспечения защиты при столкновениях пассажиров, не использующих ремни безопасности, конструкция подушек безопасности в США предполагает их более мощное срабатывание, чем у подушек, разработанных в соответствии с международными стандартами ECE, применяемыми в большинстве других стран. Современные "умные" блоки управления подушками безопасности способны определять, используется ли ремень безопасности, и соответствующим образом корректировать параметры раскрытия подушки. В 1990 году был зафиксирован первый случай гибели в ДТП, связанный с подушкой безопасности. Компания TRW выпустила первую подушку безопасности с газовым наполнением в 1994 году, а вскоре после этого получили распространение датчики и подушки с малой силой раскрытия. Двухступенчатые подушки безопасности появились на легковых автомобилях в 1998 году. К 2005 году смертность, связанная с подушками безопасности, снизилась: в этом году не было зафиксировано смертельных случаев среди взрослых и два – среди детей, причиной которых послужили подушки безопасности. Однако травмы остаются довольно распространенными при столкновениях с раскрытием подушек безопасности. Серьезные травмы встречаются реже, но тяжелые или смертельные повреждения могут возникнуть у пассажиров, находящихся очень близко к подушке безопасности или в непосредственном контакте с ней в момент ее раскрытия. Такие травмы могут получить водители, потерявшие сознание и опустившиеся на руль, незафиксированные или неправильно зафиксированные ремнями безопасности пассажиры, скользящие вперед по сиденью при экстренном торможении, а также водители, сидящие очень близко к рулевому колесу и правильно пристегнутые ремнями безопасности. Важная причина, по которой водителям не следует скрещивать руки на руле – правило, которому учат большинство начинающих водителей, но которое многие быстро забывают – заключается в том, что раскрытие подушки безопасности во время поворота может привести к тому, что руки водителя будут с силой прижаты к его лицу, усугубляя любые травмы, вызванные самой подушкой безопасности. Усовершенствования в технологиях датчиков и газогенераторов позволили разработать системы подушек безопасности третьего поколения, способные регулировать параметры раскрытия в зависимости от размера, веса, положения и состояния фиксации пассажира. Эти усовершенствования продемонстрировали снижение риска травм для взрослых небольшого роста и детей, у которых риск травм был повышен при использовании систем подушек безопасности первого поколения. В одной из моделей подушек безопасности, производимых корпорацией Takata, в надувных устройствах использовались газогенерирующие составы на основе нитрата аммония вместо более стабильного, но более дорогого тетразола. Надувные устройства на основе нитрата аммония имеют дефект: старые устройства, подвергавшиеся длительному воздействию жаркого и влажного климата, могут разрушаться при раскрытии, выбрасывая металлические осколки через подушку безопасности в водителя. По состоянию на декабрь 2022 года этот дефект стал причиной 33 смертей во всем мире, до 24 из которых зафиксировано в США, а остальные – в Австралии и Малайзии. Национальное управление безопасностью дорожного движения (NHTSA) отозвало более 33 миллионов автомобилей в мае 2015 года и оштрафовало Takata на 70 миллионов долларов в ноябре 2015 года. Компании Toyota, Mazda и Honda заявили, что не будут использовать надувные устройства на основе нитрата аммония. В июне 2017 года Takata объявила о банкротстве.

Статистика смертельных случаев с помощью подушек безопасности

С 1990 по 2000 год Национальное управление безопасностью дорожного движения США (NHTSA) зафиксировало 175 смертельных случаев, вызванных подушками безопасности. Большинство из них (104) – это дети. За этот период произошло около 3,3 миллиона срабатываний подушек безопасности, и агентство оценивает, что было спасено более 6377 жизней и предотвращено бесчисленное количество травм. Установка детского автокресла, ориентированного спиной вперед, на переднее сиденье автомобиля приближает голову ребенка к подушке безопасности, что может привести к серьезным травмам головы или смерти при ее срабатывании. Некоторые современные автомобили оснащены выключателем для отключения подушки безопасности переднего пассажира в случае использования детского кресла (хотя в Австралии детские кресла, ориентированные спиной вперед, запрещены на переднем сиденье, если установлена подушка безопасности). В автомобилях с боковыми подушками безопасности опасно прислоняться к окнам, дверям и стойкам, а также размещать предметы между собой и боковой частью автомобиля. Предметы, висящие на крючках для одежды, могут быть опасны при срабатывании боковых шторных подушек безопасности. Подушка безопасности, встроенная в сиденье, также может вызвать внутренние повреждения, если пассажир прислонится к двери.

Аэрокосмические и военные приложения

Аэрокосмическая промышленность и правительство Соединенных Штатов используют технологии воздушных подушек безопасности на протяжении многих лет. NASA и Министерство обороны США внедряли системы воздушных подушек безопасности в различные летательные аппараты и космические корабли, начиная с 1960-х годов.

Системы посадки на подушках безопасности космических аппаратов

Первыми использовали подушки безопасности для посадки аппараты "Луна-9" и "Луна-13". Как и в последующих миссиях, они использовали подушки безопасности для отскока по поверхности, поглощая энергию удара при посадке. Ландер "Mars Pathfinder" использовал инновационную систему посадки с применением подушек безопасности, дополненную аэроторможением, парашютом и твердотопливными посадочными двигателями. Этот прототип успешно проверил концепцию, и два посадочных аппарата миссии "Mars Exploration Rover" использовали аналогичные системы посадки. Посадочный модуль "Beagle 2" также попытался использовать подушки безопасности для посадки; посадка прошла успешно, и модуль благополучно совершил посадку, однако несколько солнечных панелей аппарата не смогли раскрыться, что привело к его отключению.

Системы посадки подушек безопасности для самолетов

Воздушные подушки безопасности также применялись на военных самолетах с неподвижным крылом, например, в спасательной капсуле экипажа истребителя-бомбардировщика F-111 Aardvark.

Защита пассажиров

Армия Соединенных Штатов внедрила подушки безопасности в парк вертолетов UH-60A/L Black Hawk и OH-58D Kiowa Warrior. Система подушек безопасности кабины пилота (CABS) состоит из передних и боковых подушек безопасности, а также надувной трубчатой конструкции (только на OH-58D) с электронным датчиком столкновения (ECSU). Система CABS была разработана Директоратом прикладных технологий авиации армии США по контракту с компанией Simula Safety Systems (ныне BAE Systems). Это первая в мире серийная система подушек безопасности, предназначенная для предотвращения травм пилотов и пассажиров, разработанная, внедренная и поставленная на вооружение для летательных аппаратов, и первая, разработанная специально для вертолетов.

Другие применения

В середине 1970-х годов британская транспортная исследовательская лаборатория провела испытания нескольких типов мотоциклетных подушек безопасности. В 2006 году Honda представила первую серийную систему безопасности с использованием подушки безопасности на мотоцикле Gold Wing. Honda заявляет, что датчики в передней вилке способны обнаруживать серьезное фронтальное столкновение и определять момент для активации подушки безопасности, поглощая часть энергии удара и снижая скорость, с которой мотоциклист может быть выброшен с мотоцикла. Более распространены жилеты с подушками безопасности – либо интегрированные в куртку мотоциклиста, либо надеваемые поверх нее – которые стали использоваться обычными мотоциклистами на дорогах. В MotoGP с 2018 года для гонщиков стало обязательным ношение экипировки с интегрированными подушками безопасности. Подобным образом, компании Helite и Hit Air коммерциализировали подушки безопасности для конного спорта, которые крепятся к седлу и надеваются всадником. Другие виды спорта, в частности лыжный спорт и сноубординг, начали внедрять системы безопасности с использованием подушек безопасности.