Подушки безопасности, наравне с ремнями безопасности, стали ключевым элементом сохранения жизни и здоровья в автомобильных авариях. Но подушки безопасности на самом деле смертельны и легко убивают. Просто автомобиль не запустит подушку безопасности, если вы не пристегнуты. Однако остается другой травмирующий фактор срабатывания подушки безопасности-сверхгучий выстрел. В тесном закрытом пространстве автомобиля это может привести к повреждению слуха. Поэтому интересным является решение инженеров Mercedes-Benz, которые привлекли естественную реакцию человеческого тела, чтобы слух меньше страдал.
Воздушная подушка: надувной мешок горячего воздуха
Сначала подушки встроили в дорогие авто. Со временем малоизвестный элемент, который встречался только в дорогих автомобилях, стал привычным атрибутом безопасности у большинства машин и грузовиков уже в середине 1990-х годов. Решающим моментом стало введение обязательных требований к их наличию в автомобилях. Это сделало подушки безопасности фактически стандартным оснащением всех автомобилей.
Несмотря на относительно позднее распространение, сама идея воздушной подушки возникла значительно раньше и вовсе не для автомобилей, а для авиации.
Основоположниками концепции считаются английские стоматологи Гарольд Раунд (Harold Round) и Артур Парротт (Arthur Parrott), которые еще в 1919 году подали патент на создание воздушной подушки для защиты пассажиров самолетов во время сильных ударов.
Особое внимание в изобретении было уделено тому, чтобы подушка легко воспринимала давление, не создавая обратного отскока человека, который мог бы нанести дополнительные травмы. Это достигалось благодаря наличию воздуховыпускных каналов, через которые газ выходил в момент удара, позволяя подушке смягчить силу столкновения.
Идея применения в автомобилях появилась позже-в 1951 году инженер Вальтер Линдерер (Walter Linderer) подал патент в Германии, а Джон Гетрик (John W. Hetrick) — в США в 1952 году.
Оба разработчика предложили системы на основе сжатого воздуха, которые должны были заполнять подушку либо вручную, либо с помощью механических датчиков. Однако такие решения оказались неэффективными: воздух не поступал с достаточной скоростью, чтобы успеть защитить человека во время автомобильной аварии.
Только в 1960-х годах были созданы работоспособные системы с использованием взрывных генераторов газа. Принцип действия был прост: химическая реакция горения быстро образует большой объем газа, который за доли секунды надувает подушку перед лицом пассажира, который движется навстречу подушке.
Воздушные подушки имеют выпускные отверстия, через которые газ выходит постепенно. Это позволяет плавно замедлить движение тела человека, уменьшая силу удара и риск травм, которые могли бы возникнуть в случае столкновения с твердыми элементами салона.
В случае аварии гораздо лучше врезаться в воздушную подушку, чем в жесткую приборную панель.
Большой взрыв
Использование пиротехнических генераторов газа стало тем же прорывом, что сделало воздушные подушки практичными и эффективными для автомобилей.
Однако такая система имеет побочный эффект-мощный выброс газа менее чем за 50 миллисекунд создает высокое давление и чрезвычайно громкий звук.
Внешне это напоминает взрыв или выстрел из огнестрельного оружия. Уровень шума может превышать 160 децибел (дБ) – достаточно, чтобы мгновенно повредить слух. Хотя звуковые эффекты от самой аварии также громкие, такой взрыв создает дополнительную нагрузку на уши людей в автомобиле.
Впрочем, это компромисс, который считается оправданным: Защита тела от удара имеет высший приоритет, даже если придется попрощаться со слухом .
Как Mercedes-Benz защищает слух
Чтобы понять, как это работает, вы должны знать, что громкость – это давление воздуха на барабанную перепонку в ухе. Чем больше громкость, тем сильнее воздух давит на перепонку. При достижении определенного уровня громкости барабанная перепонка просто рвется. Но гораздо раньше разрушается механизм конвертации механического давления воздуха в электрические импульсы (кохлея), которые мозг, собственно, воспринимает как звук.
Новая технология Mercedes-Benz использует физиологическую реакцию человеческого тела-так называемый стапедиальный рефлекс (acoustic reflex).
Этот рефлекс заключается в непроизвольном сокращении мышцы стремя в ухе в ответ на громкий звук. Когда он срабатывает, цепь слуховых косточек в ухе становится жестче, уменьшая передачу колебаний к завитку (улитке). Это снижает риск повреждения слуха из-за чрезмерного давления звука.
Обычно рефлекс активируется при уровнях 70-100 дБ, то есть чуть ниже порога дискомфорта (на 10-20 дБ). При превышении этого уровня примерно на 20 дБ рефлекс может уменьшить громкость, достигающую завитка, примерно на 15 дБ.
Интересно, что эта мышца также активируется во время собственного разговора, чтобы уменьшить громкость собственного голоса.
Mercedes-Benz решил, что ожна заранее активировать этот рефлекс, прежде чем сработают подушки безопасности. Для этого была создана система Pre-SAFE Sound.
Когда электроника автомобиля показывает признаки неизбежного столкновения, она включает короткий сигнал розового шума через аудиосистему на уровне громкости около 80 дБ. Этот звук не вредит слуху, но активирует рефлекс стремя, подготавливая уши к предстоящему взрыву воздушных подушек.
Хотя для активации рефлекса обычно требуется уровень ближе к 100 дБ, широкий спектр розового шума позволяет вызвать реакцию при более низкой громкости. Когда после этого через доли секунды срабатывают подушки, значительная часть звуковой энергии не достигает внутреннего уха, что защищает слух.
Рефлекс имеет задержку около 10 мс, но для достижения полного эффекта может потребоваться до 100 мс. Это означает, что он неэффективен при внезапных импульсах, если не активирован заранее. Именно поэтому система Mercedes-Benz запускает звук перед срабатыванием подушек, чтобы мышцы успели сократиться.
Защитное действие длится всего несколько секунд, так как мышца не может оставаться напряженной дольше. В контексте аварии этого вполне достаточно, ведь все подушки раскрываются менее чем за секунду.
Mercedes-Benz начал исследование еще в начале 2010-х годов, а испытания на людях для проверки активации рефлекса розовым шумом проводились уже в 2011 году.
Последовательное внедрение технологии произошло почти десять лет спустя-в моделях E-Class 2017 года.
Несмотря на эффективность и простоту идеи, другие автопроизводители почти не сообщали о ее внедрении.
По материалам: Hackday














