Подушки безпеки, на рівні з ременями безпеки, стали ключовим елементом збереження життя та здоров’я в автомобільних аваріях. Але подушки безпеки насправді смертельно небезпечні та легко вбивають. Просто автомобіль не запустить подушку безпеки, якщо ви не пристебнуті. Однак залишається інший травмуючий фактор спрацювання подушки безпеки – надгучний постріл. В тісному закритому просторі автомобіля це може призвести до пошкодження слуху. Тому цікавим є рішення інженерів Mercedes-Benz, які залучили природню реакцію людського тіла, щоб слух менше страждав.
Повітряна подушка: мішок гарячого повітря, що надувається вибухом
Спершу подушки вбудували в дорогі авто. Згодом маловідомий елемент, який зустрічався лише у дорогих автомобілях, став звичним атрибутом безпеки у більшості машин і вантажівок уже в середині 1990-х років. Вирішальним моментом стало запровадження обов’язкових вимог до їх наявності в автомобілях. Це зробило подушки безпеки фактично стандартним оснащенням усіх автомобілів.
Попри відносно пізнє поширення, сама ідея повітряної подушки виникла значно раніше та зовсім не для автомобілів, а для авіації.
Основоположниками концепції вважаються англійські стоматологи Гарольд Раунд (Harold Round) та Артур Парротт (Arthur Parrott), які ще у 1919 році подали патент на створення повітряної подушки для захисту пасажирів літаків під час сильних ударів.
Особливу увагу у винаході було приділено тому, щоб подушка легко сприймала тиск, не створюючи зворотного відскоку людини, який міг би завдати додаткових травм. Це досягалося завдяки наявності випускних каналів для повітря, через які газ виходив у момент удару, дозволяючи подушці пом’якшити силу зіткнення.
Ідея застосування у автомобілях з’явилася пізніше – у 1951 році інженер Вальтер Ліндерер (Walter Linderer) подав патент у Німеччині, а Джон Гетрик (John W. Hetrick) – у США у 1952 році.
Обидва розробники запропонували системи на основі стисненого повітря, яке мало наповнювати подушку або вручну, або за допомогою механічних сенсорів. Проте такі рішення виявилися неефективними: повітря не надходило з достатньою швидкістю, щоб встигнути захистити людину під час автомобільної аварії.
Лише у 1960-х роках були створені працездатні системи з використанням вибухових генераторів газу. Принцип дії був простий: хімічна реакція горіння швидко утворює великий об’єм газу, який за частки секунди надуває подушку перед обличчям пасажира, котре рухається назустріч подушці.
Повітряні подушки мають випускні отвори, через які газ виходить поступово. Це дозволяє плавно сповільнити рух тіла людини, зменшуючи силу удару і ризик травм, які могли б виникнути у випадку зіткнення з твердими елементами салону.
У разі аварії набагато краще врізатися у повітряну подушку, ніж у жорстку панель приладів.
Великий вибух
Використання піротехнічних генераторів газу стало тим самим проривом, що зробив повітряні подушки практичними та ефективними для автомобілів.
Проте така система має побічний ефект – потужний викид газу за менше ніж 50 мілісекунд створює високий тиск і надзвичайно гучний звук.
Зовні це нагадує вибух або постріл з вогнепальної зброї. Рівень шуму може перевищувати 160 децибелів (дБ) – достатньо, щоб миттєво пошкодити слух. Хоча звукові ефекти від самої аварії також гучні, такий вибух створює додаткове навантаження на вуха людей в автомобілі.
Втім, це компроміс, який вважається виправданим: захист тіла від удару має вищий пріоритет, навіть якщо доведеться попрощатися зі слухом .
Як Mercedes-Benz захищає слух
Щоб зрозуміти, як це працює, ви повинні знати, що гучність – це тиск повітря на барабанну перетинку у вусі. Чим більше гучність, тим сильніше повітря тисне на перетинку. При досягненні певного рівня гучності барабанна перетинка просто рветься. Але набагато раніше руйнується механізм конвертації механічного тиску повітря в електричні імпульси (кохлея), які мозок, власне, сприймає як звук.
Нова технологія Mercedes-Benz використовує фізіологічну реакцію людського тіла – так званий стапедіальний рефлекс (acoustic reflex).
Цей рефлекс полягає у мимовільному скороченні м’яза стремінця у вусі у відповідь на гучний звук. Коли він спрацьовує, ланцюг слухових кісточок у вусі жорсткішає, зменшуючи передачу коливань до завитки (кохлеї). Це знижує ризик пошкодження слуху від надмірного тиску звуку.
Зазвичай рефлекс активується при рівнях 70–100 дБ, тобто трохи нижче за поріг дискомфорту (на 10–20 дБ). При перевищенні цього рівня приблизно на 20 дБ рефлекс може зменшити гучність, що досягає завитки, на близько 15 дБ.
Цікаво, що цей м’яз активується також під час власної розмови, щоб зменшити гучність власного голосу.
Mercedes-Benz вирішив, що ожна заздалегідь активувати цей рефлекс, перш ніж спрацюють подушки безпеки. Для цього було створено систему PRE-SAFE Sound.
Коли електроніка автомобіля виявляє ознаки неминучого зіткнення, вона вмикає короткий сигнал рожевого шуму через аудіосистему на рівні гучності приблизно 80 дБ. Цей звук не шкодить слуху, але активує рефлекс стремінця, підготовлюючи вуха до майбутнього вибуху повітряних подушок.
Хоча для активації рефлексу зазвичай потрібен рівень ближче до 100 дБ, широкий спектр рожевого шуму дозволяє викликати реакцію при нижчій гучності. Коли після цього через частки секунди спрацьовують подушки, значна частина звукової енергії не досягає внутрішнього вуха, що захищає слух.
Рефлекс має затримку близько 10 мс, але для досягнення повного ефекту може знадобитися до 100 мс. Це означає, що він неефективний при раптових імпульсах, якщо не активований заздалегідь. Саме тому система Mercedes-Benz запускає звук перед спрацюванням подушок, щоб м’язи встигли скоротитися.
Захисна дія триває лише кілька секунд, оскільки м’яз не може залишатися напруженим довше. У контексті аварії цього цілком достатньо, адже всі подушки розкриваються менш ніж за секунду.
Mercedes-Benz розпочав дослідження ще на початку 2010-х років, а випробування на людях для перевірки активації рефлексу рожевим шумом проводилися вже у 2011 році.
Серійне впровадження технології відбулося майже через десятиліття – у моделях E-Class 2017 року.
Попри ефективність і простоту ідеї, інші автовиробники майже не повідомляли про її впровадження.
За матеріалами: Hackday
