Airbag

L’airbag, il cui brevetto risale al 1952, è un cuscino ripieno di un gas che si apre in caso di forte ed improvvisa decelerazione interponendosi tra i passeggeri e le strutture del veicolo al fine di attutire l’impatto. Le prime applicazioni sono state in campo aeronautico e solo nel 1973 è stato introdotto sulla prima vettura, una Chevrolet.

I componenti del sistema sono (Figura 2-50):

• sacco;

• sensori di decelerazione;

• cavi per la trasmissione del segnale;

• serpentina di contatto per la trasmissione del voltaggio di combustione ed il controllo della corrente all’interno del volante;

• generatore di gas; • unità diagnostica.

Tutto il sistema è dipendente dall’accelerometro collegato ad una centralina che, quando rileva un valore di accelerazione compatibile con un impatto, invia un impulso ad un attuatore che provoca lo scoppio di una piccola carica esplosiva.33 _{I gas generati dalla detonazione vanno a gonfiare il cuscino.}34

Quest’ultimo è inoltre provvisto di uno o più fori praticati nella parte opposta a quella che viene in contatto col passeggero in modo da facilitare l’espulsione dei gas ed attenuare l’impatto con il corpo evitando un pericoloso effetto tipo “molla pneumatica” che comporterebbe un “rebound” del passeggero.

Normalmente, infatti, il gas necessario al riempimento del sacco è il prodotto di una reazione chimica, generalmente la decomposizione del sodio azide (NaN3)

in sodio e azoto che è un gas inerte, azionata da un detonatore; non viene invece utilizzato direttamente un gas immagazzinato in pressione in una bomboletta sia per ragioni di spazio che a causa della adiabaticità dell’espansione conseguente all’attivazione dello stesso.

Le forze esercitate dall’airbag per trattenere il passeggero derivano principalmente da tre fattori, elencati nell’ordine temporale con cui si presentano: il trasferimento di quantità di moto nel momento del contatto sacco-passeggero, la pressione interna del sacco e la tensione del tessuto.

L’efficacia dell’uso degli airbag (anche congiuntamente alle cinture) è evidente dalle figuri seguenti dove è mostrato rispettivamente l’effetto sulle lesioni procurate al corpo e la decelerazione della testa (Figura 2-51) e le

sollecitazioni in estensione e flessione sul collo (Figura 2-52).35

33 _{In realtà i sensori utilizzati sono almeno due posti ad una certa distanza per evitare che} l’airbag sia attivato nel caso di un urto nella zona di pertinenza di un sensore ma non così severo per l’intero veicolo.

34 _{Le capacità del cuscino sono molto variabili in funzione della tipologia di airbag:} quello frontale lato conducente rientra nel range 50-90 litri mentre quello lato passeggero nel range 90-150 litri.

35 _{Test effettuato con un airbag di tipo US su un simulatore di urto alla velocità di} 50Km/h.

Figura 2-51 Lesioni al corpo e sollecitazioni sulla testa

Figura 2-52 Sollecitazioni in estensione e flessione sul collo

Occorre comunque osservare che l’apertura dell’airbag, così come l’uso delle cinture di sicurezza, comporta intrinsecamente delle lesioni dovute all’elevata energia sviluppata dal dispositivo, al contatto del sacco e dei gas con il viso, al rumore dovuto allo scoppio; considerando i casi limite, infatti, dal 1990 ad oggi un uso improprio dell’airbag, o un suo errato funzionamento, ha comportato circa 300 morti, soprattutto per una sua apertura alle basse velocità. Ciononostante, come per le cinture, i danni provocati da un mancato intervento sarebbero nettamente superiori (almeno nella maggior parte dei casi), anche se la ricerca sta lavorando soprattutto per ridurre questi effetti collaterali.

Fino a pochi anni fa per l’airbag del conducente si faceva la distinzione tra modelli europei e americani: l’Euro-bag ha un volume di 35 litri e diametro di 550 mm, assicura la protezione della testa se integrato con la cintura di sicurezza e interviene quando la decelerazione è abbastanza grande per il trattenimento esercitato dalle sole cinture di sicurezza mentre l’US-bag ha un volume e

diametro maggiore (rispettivamente 60 litri e 700 mm) perché dovrebbe garantire la protezione senza cinture di sicurezza e attivarsi anche per bassi valori di decelerazione. In realtà normalmente si usa una misura del sacco intermedia tra le due.

Gli airbag sono ormai installati in molti punti nell’abitacolo: i primi sono stati montati nel volante del conducente, successivamente sono stati implementati quelli nel cruscotto per proteggere il passeggero seduto davanti (che hanno un volume circa doppio di quello del conducente) e poi tutti gli altri che adesso sono installati un po’ ovunque nell’autovettura: laterali a tendina (Figura 2-53,

particolarmente utili in caso di urti laterali o ribaltamento), sui montanti e quelli posteriori. Per questo motivo gli airbag laterali, a differenza degli altri, rimangono gonfi per diversi secondi, durante cioè l’intera fase di ribaltamento.

Figura 2-53 Airbag laterali a tendina

Tra le collocazioni più “innovative” occorre ricordare quelli dedicati agli arti inferiori ed in particolare alle ginocchia che permettono anche di ridurre il fenomeno del “submarining”; a tale scopo si può collocare l’airbag anche sulla parte anteriore del sedile così da sollevare le gambe ed evitare lo scivolamento.

Anche negli airbag si stanno introducendo innumerevoli perfezionamenti; in particolare uno degli obiettivi principali è quello di ottenere una apertura progressiva e controllata, i cosiddetti airbag adattivi: una possibilità è quella di prevedere due cariche distinte che possono scoppiare distintamente o contemporaneamente in funzione del tipo di urto o della statura e postura del passeggero opportunamente rilevata mediante dei sensori, generalmente ad ultrasuoni, all’interno dell’abitacolo.

Tra gli airbag di nuova concezione meritano una citazione quello ad espansione radiale, che permette di ridurre l’impatto sul viso del passeggero, quello bivalve della Toyota, che asseconda lo sprofondamento del viso della persona ed infine l'Air Belt che si tratta di un mini airbag installato direttamente

nella cintura. L’effetto è ridotto rispetto a quelli classici, avendo anche una dimensione molto minore del modulo gonfiabile, tuttavia presenta altri vantaggi quali la semplicità di installazione e di funzionamento e il minor costo. L'Air Belt, in particolare, realizza un effetto simile a quello di un pretensionatore riducendo il gioco della cintura e garantendo una migliore distribuzione del carico con una conseguente riduzione della pressione sul torace, si riduce così l’effetto di violente compressioni. Viene indicato in modo speciale per gli occupanti dei sedili posteriori che normalmente non hanno la possibilità di utilizzare un classico airbag frontale.