Twoja wyszukiwarka

ROBERT PRZYBYLSKI
SZEROKIEJ DROGI
Wiedza i Życie nr 7/2000
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 7/2000

Pasy, poduszki powietrzne i elektroniczne systemy naprawiające błędy kierowców stają się podstawowym wyposażeniem większości aut.
Może jednak stuprocentowe bezpieczeństwo zapewni w przyszłości jedynie wyeliminowanie... prowadzącego pojazd?

Pojawienie się samochodu na drogach pociągnęło za sobą wysokie koszty społeczne. Według przybliżonych szacunków, w ostatnim stuleciu w wypadkach samochodowych na całym świecie zginęło 20–25 mln ludzi, a setki milionów zostały kalekami. W Stanach Zjednoczonych dwukrotnie więcej osób poniosło śmierć w wypadkach samochodowych niż we wszystkich konfliktach zbrojnych, począwszy od wojny secesyjnej. Każdego roku w USA ginie na drogach 40 tys. ludzi. Niewiele mniej, bo ponad 35 tys., pochłaniają kolizje w Rosji. W trosce o ludzkie życie, a także ze względów finansowych (patrz: ramka obok) wiele państw stara się poprawiać bezpieczeństwo na drogach. Prowadzi się kampanie edukacyjne nastawione na zmianę zachowań kierowców i pieszych oraz modernizuje drogi. Jednak edukacja jest procesem bardzo powolnym, nie wspominając już o przebudowie dróg. Na szczęście pozostaje jeszcze modyfikacja pojazdów. Producenci zmuszani regulacjami prawnymi oraz rosnącą konkurencją i wymaganiami klientów uznali bezpieczeństwo za jedną z najważniejszych cech współczesnego samochodu.

Już w latach trzydziestych wiadomo było, że dobra konstrukcja pojazdu może ochronić pasażerów w razie wypadku. Pierwsze normy zderzeniowe pojawiły się w Stanach Zjednoczonych po fali krytyki koncernów motoryzacyjnych w latach sześćdziesiątych. Prawo narzuciło firmom taki sposób konstruowania samochodów, aby jak najlepiej chroniły pasażerów. W 1969 roku w ślad za Amerykanami ruszyła Europa. Początkowo badano skutki uderzenia samochodu przodem w nieruchomą przeszkodę. Później także uderzenia w tył i bok pojazdu oraz zderzenia z przechodniem. Jednak wypracowanie metod badawczych dających rzetelną informację o ochronie pasażerów i przechodniów w razie wypadku trwało do lat dziewięćdziesiątych. W 1997 roku ostatecznie wprowadzono regulamin testów zderzeniowych Europejskiego Programu Oceny Nowych Samochodów (EuroNCAP). Podobne testy przeprowadza się w USA i Japonii. Jednak normy europejskie, amerykańskie i japońskie różnią się między sobą szczegółami, dlatego testy tej samej konstrukcji przeprowadzone według każdej z tych trzech norm dają nieco inne rezultaty.

Konstrukcja nadwozia auta to tylko jeden z elementów bezpieczeństwa biernego (zapobiegającego urazom ofiar wypadku). Pozostałe to przede wszystkim zagłówki, pasy bezpieczeństwa i poduszki powietrzne. Pasy znane są od dziesięcioleci i jest to nie tylko najtańszy, ale - z czym zgadzają się wszyscy eksperci - najskuteczniejszy sposób zapewnienia bezpieczeństwa podróżowania samochodem. Cennym dodatkiem do pasów są poduszki gazowe. Współczesne auta mają coraz częściej 4, a niektóre nawet 8 takich poduszek - w tym boczne zabezpieczające głowy pasażerów przed uderzeniem w szyby. Jednak  jak wiadomo  nie tylko liczba się liczy.

Produkowane obecnie poduszki dobrze chronią pasażerów przy prędkości około 65 km/h. Natomiast przy zderzeniu z prędkością około 35 km/h napełniają się zbyt energicznie i mogą być przyczyną większych obrażeń niż samo zderzenie. Wymyślono więc ostatnio trójstopniowy system, w którym podczas kolizji przy prędkości około 25 km/h działają tylko napinacze pasów. Gdy zderzenie następuje przy prędkości około 35 km/h, dodatkowo zostaje uruchomiona pierwsza faza generatora gazu poduszki powietrznej. Powyżej 45 km/h poduszka napełnia się w całej objętości, a napinacze działają ze zdwojoną siłą. W ten sposób ogranicza się przesunięcie ciała do przodu, zmniejszając obrażenia nóg i stóp. Co równie ważne, zastosowanie ograniczników napięcia pasów w najnowszej generacji aut pozwala uniknąć wielu urazów tułowia.

W najnowszej generacji aut poduszki przygotowano także dla pasażerów tylnych siedzeń. Tym razem umieszczono je w biodrowym odcinku pasa bezpieczeństwa. Nie trzeba się jednak obawiać, że na brzuchu eksploduje nam jakiś ładunek  generator gazu umieszczono pod podłogą. Sam pas ma grubość palca i pozostaje giętki. W tym tkwi też zaleta systemu zapewniającego właściwe umieszczenie poduszki powietrznej względem ciała pasażera.

Najlepiej, gdyby do wypadku w ogóle nie doszło. Tymczasem z badań wynika, że zaledwie co piąty kierowca prawidłowo używa hamulców z ABS, naciskając mocno na pedał. Reszta hamuje nieskutecznie - zbyt lekko lub krótko. Dlatego przygotowano urządzenie, które dzięki czujnikowi mierzącemu prędkość wciskania pedału hamulca rozpoznaje awaryjne sytuacje. Uruchamia się wtedy specjalny wzmacniacz wytwarzający dodatkowe ciśnienie w układzie hamulcowym, które powoduje uruchomienie ABS. W ten sposób droga hamowania z prędkości 100 km/h może ulec skróceniu nawet o 20 m!

Wkrótce ABS będzie standardowym wyposażeniem większości aut. Korzystając z tego, inżynierowie przygotowali kolejne urządzenie mające uczynić jazdę samochodem bezpieczniejszą. Nazwane z angielska ASC (anti-skid control) lub - w zależności od producenta - ASMS, ESP lub StabiliTrac ma pomóc w utrzymaniu auta na wybranym torze jazdy niezależnie od umiejętności kierowcy.

ASC jest szczególnie przydatny w krytycznej sytuacji podczas jazdy po łuku. Niezależnie od charakterystyki samochodu (podsterowna lub nadsterowna), ASC przeciwdziała utracie kontroli nad samochodem i pomaga utrzymać się na drodze.

ASC wykorzystuje podzespoły systemu ABS i trzy własne dodatkowe czujniki: kąta skrętu kół przednich, przyspieszeń poprzecznych i odchylenia kierunkowego. Sensor kąta skrętu kół informuje z dokładnością do jednego stopnia o zmianie ustawienia kół oraz szybkości manewrów kierownicą. Czujnik przyspieszeń poprzecznych rejestruje siłę odśrodkową działającą na auto. Mierzony jest także moment obracający samochód wokół pionowej osi. Komputer sterujący układem ASC otrzymuje z czujników ABS informacje o tym, jak szybko obraca się każde z kół i jaka jest jego przyczepność. Program komputerowy porównuje sygnały czujników do zapisanych w pamięci i w razie wykrycia utraty stateczności w ciągu ułamka sekundy interweniuje ASC. System zadziała nawet wtedy, gdy kierowca w ogóle nie wciśnie hamulca.

Jeśli ujawnia się podsterowność, ASC uruchamia hamulec tylnego wewnętrznego koła. W ten sposób pojawia się moment obracający samochód przeciwdziałający podsterowności. W przypadku wystąpienia nadsterowności, kiedy kierowca traci kontrolę nad tyłem pojazdu, hamowane jest zewnętrzne przednie koło. Jednocześnie z hamowaniem wybranego koła ASC łagodnie redukuje moment obrotowy silnika, zmniejszając dawkę wtryskiwanego paliwa.

System zadziała nawet wtedy, gdy nie zostanie wciśnięty pedał hamulca.

Szefowie Continental Teves przewidują, że w ciągu najbliższych kilku lat większość małych samochodów będzie wyposażona w to lub podobne urządzenia. Są one szczególnie przydatne w małych, przednionapędowych samochodach, mających nierównomierny rozkład masy i niewielki rozstaw osi, które utrudniają zachowanie stabilności.

Niewłaściwe ciśnienie powietrza w oponie wpływa nie tylko na jej trwałość czy zużycie paliwa, ale także bezpieczeństwo jazdy. Szczególnie groźne są przypadki powolnego uchodzenia powietrza. Dlatego producenci opon opracowali systemy monitorujące ciśnienie powietrza w poszczególnych kołach. Na desce rozdzielczej informacja „service” sygnalizuje niewielki spadek ciśnienia, „stop” poważny, wymagający kontroli ogumienia; pulsujący „stop” nakazuje natychmiast zmienić koło. Systemy nie reagują na wahania ciśnień wynikające z eksploatacji (np. rozgrzanie) bądź z warunków klimatycznych.

Innym rozwiązaniem są opony, które mogą pracować bez powietrza. Wszystkie światowe koncerny przygotowały ich konstrukcje. Część opon (m.in. Dunlopa i Goodyeara) ma znacznie wzmocnioną konstrukcję szkieletu, która nie odkształca się w razie ujścia powietrza. Inne (w tym Continentala i Michelina) posiadają zamontowany na obręczy specjalny pierścień, na którym wspiera się opona. Wytrzymują przejazd 200 km z maksymalną prędkością 80 m/h.

Systemy nawigacyjne znacznie ułatwiają poruszanie się samochodem. W 1998 roku w Europie wg statystyk Boscha sprzedano nieco ponad 200 tys. tych urządzeń, a przewiduje się, że w przyszłym roku sprzedaż przekroczy 1 mln 100 tys. sztuk. Jednak jest to zaledwie początek elektronicznej rewolucji. Pojawiają się już kolejne pomysły mające ułatwić życie kierowcy. Tam, gdzie drogi są w bardzo dobrym stanie, można zastosować układ pilnujący, aby auto pozostawało na jednym pasie. Dostępne są już także urządzenia noktowizyjne (Cadillac Seville) oraz systemy zapewniające utrzymanie stałego odstępu od aut poprzedzających (m.in. mercedes i jaguar), które dzięki radarowi i elektronicznej kontroli pracy hamulców i silnika regulują szybkość pojazdu.

Prawdziwy przełom przyniesie integracja tych wszystkich urządzeń, ogólnie nazwana Intelligent Transport System. Współdziałające ze sobą umożliwią automatyczną nawigację, unikanie korków, a także zdalną obsługę pojazdu. W razie wypadku system sam wezwie pomoc i poda lokalizację zdarzenia oraz jego prawdopodobne skutki (na podstawie liczby uruchomionych systemów bezpieczeństwa). Możliwe więc, że w pojeździe przyszłości nie będzie miejsca dla kierowcy. Wizjonerzy zapowiadają, że takie auta zobaczymy już niebawem i tak naprawdę są jedynym sposobem na zdecydowaną poprawę bezpieczeństwa ruchu drogowego.

Wypadki i pieniądze

Wypadki drogowe są bardzo kosztowne. Przyjmuje się, że koszt jednego zabitego to 1 mln euro, czyli w przybliżeniu równowartość wybudowania
1 km autostrady. Według wyliczeń KG policji koszt wypadków i kolizji w Polsce w 1995 roku wynosił 11 mld zł, podczas gdy 2 lata później wzrósł do 21 mld zł, pochłaniając około 7% PKB. Dla porównania, budżet MON-u wynosi 2%!

Odszkodowania wypłacone przez PZU (80% rynku ubezpieczeń komunikacyjnych) w 1998 (1997) roku wyniosły 2.477 mld zł (2.012 mld), w tym z polis OC 1.443 mld (1.123 mld), a z AC 1.055 mld zł (0.889 mld). Około 18.9% wypłat AC to odszkodowania za skradzione auta.

Poduszki gazowe

W autach osobowych spotykamy najczęściej poduszki kierowcy o pojemności od 30 do 50 l, pasażera o pojemności od 60 do 70 l i boczne o pojemności kilkunastu litrów. W samochodach ciężarowych stosuje się wyłącznie poduszki kierowcy o pojemności około 50 l.

Poduszka gazowa to worek wykonany z nylonu (poliamid 66)  jednego z najstarszych tworzyw syntetycznych, stosowanego w ubraniach, bieliźnie lub pończochach. Jednak zakładów produkujących tkaniny na poduszki gazowe jest bardzo niewiele. Nitka musi mieć odpowiednią grubość, a splot właściwą wytrzymałość i przepuszczalność. Gazy wypełniające poduszkę generuje się w sposób pirotechniczny lub hybrydowy. Pierwszy polega na spalaniu substancji wytwarzającej dużą objętość gazu. Wadą tej metody jest wysoka temperatura powstających gazów (do 400° C), co zmusza do pokrywania powłoki poduszki silikonem, zapewniającym niepalność i izolację, podraża jednak produkt.

W metodzie hybrydowej gazy powstają w wyniku reakcji chemicznej, a nie spalania. Jej zaletą jest niska temperatura gazu wypełniającego poduszkę. Każda poduszka ma co najmniej 2 otwory wentylacyjne o średnicy 5 cm, aby mogły z niej uchodzić gazy, co umożliwia amortyzację upadku głowy i tułowia pasażera.

Poduszka jest jednorazowa i pracuje około 0.1 s.

Wypadki powodowane przez kierowców

Według ocen ekspertów, aż 90% wypadków wynika z błędu kierowcy. Złe drogi i kiepski stan techniczny aut są przyczyną do 30% wypadków (suma przyczyn może być większa niż 100%, gdyż niektóre kolizje spowodowane są paroma czynnikami). Tymczasem w Polsce nie robi się nic, by lepiej szkolić kierowców. Na egzaminach na prawo jazdy wymagane jest niemal wyłącznie parkowanie, natomiast znikomą uwagę poświęca się opanowaniu samochodu przez zdającego w czasie jazdy po mieście. Działa zaledwie kilka ośrodków prowadzących kursy nauczające bezpiecznej techniki jazdy. Jeszcze mniej dzieje się w sprawie poprawy stanu dróg. Autostrady są tak kosztowne, że program budowy nie może ruszyć z miejsca.

Nad- i podsterowność

Gdy samochód zbliża się do granicy przyczepności, przyczepność tracą koła przedniej lub tylnej osi.

Kiedy przednie koła zaczynają się ślizgać, mówimy, że samochód jest podsterowny  jedzie prosto, nawet mimo dodatkowych, zacieśniających zakręt manewrów kierownicą.

Zerwanie przyczepności tylnych kół pozbawia kontroli nad tyłem auta, który „wychodzi” na zewnątrz zakrętu  mamy wtedy do czynienia z nadsterownością.

ABS

Układ elektroniczny zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania. Umieszczone w kołach czujniki informują mikroprocesor nadzorujący pracę systemu hamulcowego o obrotach każdego z kół. W razie zablokowania któregokolwiek komputer zmniejsza ciśnienie w hamulcach tego koła, przywracając jego ruch obrotowy. Taka modulacja ciśnienia odbywa się do 10 razy na s. ABS pojawił się w 1978 roku w mercedesie klasy S. Obecnie jest spotykany nawet w najtańszych autach, a także w ciężarówkach i autobusach. W tych ostatnich jest wyposażeniem obowiązkowym.

Sekunda dla ciebie

Prawidłowa pozycja za kierownicą ma duży wpływ na bezpieczeństwo. Po zajęciu miejsca za kierownicą ustaw położenie jej oraz fotela w najwygodniejszym położeniu. Podczas ustawiania fotela oprzyj lewą nogę na sprzęgle i odsuń fotel tak daleko, aby przy naciskaniu na pedał sprzęgła z maksymalną siłą pozostawała lekko ugięta w kolanie. Z kolei kierownica powinna być w takiej odległości, abyś mógł trzymać jej wieniec w dowolnym miejscu, nie odrywając pleców od oparcia.

Pasy zapinaj zaraz po zajęciu miejsca i zwróć uwagę, aby nie były poskręcane. Jeżeli górne mocowanie pasów ma regulowane położenie, upewnij się, że jest ono nieco wyżej niż twój bark  wtedy pas pracuje najskuteczniej. Pozostaje jeszcze ustawienie oraz przetarcie lusterek i można ruszać w drogę.

Mgnienie oka

7 ms (w milisekundach)  czujniki bezwładnościowe przekazują do komputera sygnał o przekroczeniu granicy dopuszczalnych przyspieszeń; przednie części obu aut deformują się o 10 cm.
10 ms  komputer wysyła sygnał elektryczny wywołujący odpalenie ładunków wybuchowych w napinaczach pasów bezpieczeństwa i poduszkach powietrznych, deformuje się następne 7 cm strefy kontrolowanego zgniotu obu aut.
20 ms  napinacze zacisnęły pasy bezpieczeństwa, poduszki powietrzne są w 85% napełnione; auta skracają się o dalsze 12 cm.
23 ms  pod wpływem sił bezwładności tułów i głowa kierowcy zaczynają przemieszczać się w kierunku kierownicy, zaciski blokują wysuwanie się pasów bezpieczeństwa, poduszka powietrzna jest pełna; przód samochodu skraca się o kolejne 7 cm.
40 ms  twarz kierowcy styka się z poduszką powietrzną; auto deformuje o 17 cm.
70 ms  pod naporem tułowia kierowcy składa się kolumna kierownicy, poduszka powietrzna zaczyna się automatycznie opróżniać, a głowa kierowcy rozpoczyna ruch w kierunku zagłówka fotela; auto skraca się o 12 cm.
120 ms  głowa kierowcy trafia w zagłówek, poduszki powietrzne są prawie opróżnione; deformacja auta zakończyła się.

Manekiny

Testy zderzeniowe wykonywane są z autami, w których zamontowano manekiny. Są to bardzo skomplikowane urządzenia o podobnej do człowieka masie, pozwalające mierzyć siły działające na pasażerów w czasie wypadku. Delikatne wnętrze manekina osłonięte jest tworzywem o twardości podobnej do mięśni. Zarys układu kostnego (kości kończyn, kręgosłup, żebra) wykonano z metalu. Koszt manekina najnowszego typu wynosi około 200 tys. dolarów. Dzięki nim konstruktorzy wiedzą, jakim przeciążeniom poddawani są ludzie w czasie zderzenia. Okazuje się, że można przetrwać uderzenie głową w kierownicę z siłą 800 kG, a nawet działanie na tułów siły jednej tony. Jednak wszystkie te obciążenia nie mogą oddziaływać na nasze ciało dłużej niż 2–3 ms, gdyż inaczej będą śmiertelne.

Tragiczna statystyka

W zeszłym roku Polacy kupili ponad 600 tys. nowych samochodów. I chociaż w porównaniu z 1998 roku liczba wypadków zmniejszyła się o 8%, wciżą na naszych drogach ginie 6 tys. ludzi rocznie

ROBERT PRZYBYLSKI jest redaktorem naczelnym miesięcznika „Motomagazyn”.