Poduszki gazowe w motocyklach

fot. Honda

Kierowca motocykla niezależnie od stosowanych urządzeń ochronnych i innych zabezpieczeń, zawsze będzie w czasie zderzenia (w porównaniu z kierowcą samochodu), bardziej narażony na bezpośrednie obrażenia pierwotne i wtórne. Sprzyjają temu coraz większe prędkości rozwijane przez motocyklistów i stale zwiększające się zagęszczenie ruchu i dróg. Obowiązek używania kasków ochronnych przez motocyklistów wpłynął w znaczący sposób na obniżenie ilości i stopnia obrażeń głowy, zarówno u kierującego jak i u pasażera. Niestety nadal występuje wysoka liczba obrażeń szyi oraz górnej części tułowia z szerokimi urazami wielonarządowymi zarówno tkanek miękkich jak i kości. W projektowaniu motocykli dużą rolę zatem odgrywa bezpieczeństwo nie tylko samej maszyny, ale także ochrona kierowcy przed skutkami wypadków.

Chcesz poczytać więcej o innych rozwiązaniach związanych z poduszkami motocyklowymi? Kliknij tu.

Faza projektów
Projekt poduszek powietrznych w jednośladach pojawił się w połowie lat 80. jednak jego rozwój był mizerny. Problemem okazała się pozycja kierowcy, który może się przesuwać, pochylać, czy prostować oraz podstawowe uwarunkowania konstrukcyjne. Przy upadkach, czy przewróceniu się motocykla niebezpieczeństwo przypadkowego odpalenia poduszki było bardzo duże; także wibracje występujące od momentu uruchomienia maszyny są znacznie większe niż w samochodach. Mimo zaawansowanych rozwiązań i projektów związanych z wdrożeniem airbagów w motocyklach wiele problemów pozostaje nadal nierozwiązanych np.: udział w kolizji pasażera, czy możliwość urazów gardła podczas kontaktu w gwałtownie napełniającą się poduszką zwłaszcza przy mocniejszym pochyleniu się kierowcy. Na podstawie wielu prób i badań okazało się, że skuteczność działania tych skomplikowanych urządzeń jest przypadkowa i zależy w szczególności od układu zderzenia motocykla z samochodem, pozycji kierowcy motocykla i w dużej mierze od prędkości jadącego samochodu. Nieznaczne zwiększenie lub zmniejszenie kąta uderzenia motocykla w auto powodowało całkowitą nieskuteczność ochrony motocyklisty. Ponadto wiele problemów technicznych wynikało z konieczności umieszczenia sensora poduszki przed kołem przednim motocykla i bezpośredniego (dotykowego) uruchamiania systemu, co powodowało wiele niezamierzonych i przypadkowych odpaleń poduszki. Z jednej strony wibracje spowodowane usytuowaniem sensora w obszarze nieresorowanym (przed kołem przednim motocykla) wymuszały małą czujność sterowników, a z drugiej strony brak osłony (takiej jak szczelne nadwozie samochodu) ze względu na dotykowy system startowy sensora uniemożliwiały prawdziwą przydatność mechanizmu.

fot. Honda

Testy przeprowadzano w Allianz Centrum w Ismaning na zlecenie Niemieckiego Instytutu Bezpieczeństwa Jednośladów; niezależne badania prowadziło BMW w modelu R1100 podejmując próby montowania poduszki w górnej półce widelca teleskopowego, jednak projektu nie dokończono. Najbliżej sukcesu wydawali się być Brytyjczycy z Transport Research Laboratory (TRL) działający na zlecenie brukselskiej centrali UE montując airbag w przedniej części zbiornika paliwa testując go przy zderzeniach motocykli w bok samochodu przy prędkości 48 km/h. Swoje rozwiązanie zaprezentowali jednak w australijskim Melbourne, z dala od najbardziej zainteresowanych rynków motocyklowych. Wynikało to z ostrych polemik wywołanych projektami wprowadzenia przez UE powszechnych norm na wyposażanie motocykla zarówno w poduszki, jak i specjalne osłony na nogi.

Pionierzy z Hondy
Dzięki zakrojonym na szeroką skalę testom, zaawansowanym technologiom symulacji komputerowych oraz wprowadzeniu manekinów testowych zastępujących motocyklistę, koncern Honda zebrał i przeanalizował obszerne dane na temat zachowania się kierującego jednośladem podczas kolizji. W rezultacie opracowano pierwszą na świecie poduszkę powietrzną, która pomaga zminimalizować skutki czołowego zderzenia. Motocykle z poduszkami powietrznymi właśnie ze względu na badania, testy zderzeniowe, czy konieczność homologacji muszą być droższe zatem testowane i montowane są zwykle w topowych, zwykle turystycznych i ociekających luksusem jednośladach. Honda przedstawiła swój pierwszy projekt systemu ASV-2 (Advanced Safety Vehicles) w modelu GL 1500 Gold Wing. Poduszka o pojemności 120 l. montowana była na atrapie zbiornika paliwa przed kierowcą i aktywowana elektronicznym czujnikiem na widelcu teleskopowym. Następnie zaprezentowano kolejny prototyp tego rozwiązania, tym razem w skuterze Silver Wing. Obecnie jako pierwsze seryjnie poduszki powietrzne oferowane za dopłatą posiada Honda GL 1800 Gold Wing, która za sprawą wyprostowanej pozycji kierowcy, znacznych gabarytów, dużej masy własnej i sporej ilości miejsca przed kierowcą umożliwia montaż mechanizmu. System ten składa się w Hondzie z modułu poduszki, w skład którego wchodzi sama poduszka i układ nadmuchujący umieszczony po prawej stronie modułu, czujników zderzenia, które nieustannie monitorują zmiany przyspieszenia i systemu komputerowego ECU, który wykonuje obliczenia i „ocenia”, kiedy motocykl ma do czynienia z kolizją. Poduszka o pojemności 150 l (ważąca wraz z jej elementami jedynie 10 kg) montowana jest pod pokrywą z tworzywa sztucznego w przedniej części atrapy zbiornika paliwa otwierającej się automatycznie podczas napełniania się poduszki.

fot. Yamaha

Napełniacz otrzymuje sygnał elektroniczny transmitowany przez komputer sterujący poduszki powietrznej ECU, by uwolnić gaz wypełniający poduszkę (azot). W początkowej fazie napełniania poduszka naciska na osłonę modułu, aż w końcu powoduje jej otwarcie. Airbag uruchamia się po otrzymaniu sygnałów z czterech czujników znajdujących się na różnych wysokościach na obu goleniach widelca teleskopowego (w przednim zawieszeniu), które rejestrują krytyczne przyśpieszenia wywołane kolizją. Układ przeliczeniowy otrzymuje dane niezależnie z każdego z sensorów i – jeśli motocykl uderzy w przeszkodę, lub inny pojazd wjedzie w jednoślad – to właśnie one przesyłają tę informację do ECU poduszki powietrznej. Komputer poprzez porównywanie tych danych ze świadczącymi o normalnym zachowaniu motocykla decyduje, czy konieczne jest napełnienie poduszki, czy nie. Dane z każdego czujnika są monitorowane i przetwarzane oddzielnie, zatem jeśli odchylenie od standardu zachowań któregoś z nich przekracza z góry zaprogramowany stopień, wysyłany jest sygnał elektroniczny do napełniacza, który otwiera poduszkę powietrzną. Jeśli odpalenie jest niezbędne, komputer wysyła sygnał (impuls zapłonowy) do systemu nadmuchującego, który pompuje poduszkę powietrzną w ciągu zaledwie 0,06 sekundy.

Ze względu na szerszą strefę ochrony ciała kierowcy, co wynika z faktu swobodnego umiejscowienia motocyklisty, poduszka po uaktywnieniu przypomina literę V; ma go chronić także w przypadku gdy motocykl zderza się z autem pod pewnym kątem z jakim nastąpiła kolizja. Kierujący motocyklem zostaje wówczas wyrzucony nie na wprost, a pod kątem, co umożliwia uniknięcie uderzenia z poruszającym się w przeciwnym kierunku rozpędzonym pojazdem. Takie rozwiązanie podyktowane jest wnioskiem, że samochody osobowe stają się coraz wyższe, przybywa także minivanów, czy terenówek i motocyklistę – chcąc wyrzucać go na wprost – należało by wynosić coraz wyżej, co po upadku z tej wysokości byłoby bardziej niebezpieczne od samego zderzenia z przeszkodą. Czyli w tym przypadku airbag nie zapewnia kierowcy swobodnego lotu nad samochodem biorącym udział w zderzeniu. Jego rola polega na minimalizowaniu skutków zderzenia z autem i eliminowaniu dodatkowych obrażeń w przypadku bezpośredniego uderzenia w przeszkodę. O całość procesu dba pirotechniczna wytwornica gazu z własnym układem zapłonowym. To trzeci element w tym motocyklu zwiększający bezpieczeństwo poza zintegrowanym systemem hamulcowym CBS oraz układów przeciwpoślizgowych TCS i ABS.

Reszta świata
Podobne rozwiązania udaje się przenieść jedynie do odpowiadających masą Gold Wingowi motocykli i dużych skuterów. Wiadomo, że znane z dbałości o bezpieczeństwo BMW pracuje nad rozwiązaniem dla własnych motocykli turystycznych z poduszką powietrzną umocowaną w torbie na zbiorniku paliwa. Także niemiecka Dekra przeprowadzała testy tego rodzaju; podczas badań 60 litrowy airbag o cylindrycznym kształcie montowany był w motocyklu Yamaha FZS 600 Fazer. W czasie uderzenia z prędkością 48 km/h w bok samochodu VW Golf II, możliwość urazów kręgosłupa szyjnego została znacznie ograniczona. Przeciążenia miejscowe kształtowały się w granicach 31 g, gdy przy takim samym zderzeniu bez poduszki wynoszą 79 g (a przeciążenie krytyczne 80 g). Specjaliści wyliczyli, że poduszka może uratować życie motocyklisty w 60% wypadków.

Konstruktorzy Yamahy zaś opracowali własny projekt o nazwie ASV-3, który został zaprezentowany podczas zeszłorocznej wystawy techniki samochodowej w Japonii. Wg inżynierów koncernu, analizy wypadków z udziałem motocykli dowiodły, że największe obrażenia ponoszone są wskutek wyrzucenia kierowcy z motocykla. Z tego względu poduszka umieszczona została w specjalnie skonstruowanej i wyprofilowanej kanapie – znacznie bliżej jeźdźca, niż ma to miejsce w Hondzie. Po wybuchu pionowy profil airbagu jest dodatkowo wzmocniony piankowym wspornikiem. Celem takich rozwiązań jest minimalizacja obrażeń odniesionych wskutek uderzenia o elementy kierownicy i przedniej owiewki. Wyniki pierwszych crash-testów wydają się być bardzo obiecujące – poduszka pozwala zminimalizować konsekwencje zderzenia czołowego o blisko 70%. Pierwszym modelem fabrycznie wyposażonym w system ASV-3 ma być skuter Yamaha Maxam 250. Rozwiązanie jest jeszcze w fazie testów i data seryjnej produkcji nie jest na razie znana.

Z pewnym wyjątkiem
Zastosowanie airbaga do motocykli sportowych jest praktycznie niemożliwe, ze względu na pozycję kierowcy; jest mocno pochylona, a na wyścigach prowadzący właściwie „leży” na zbiorniku paliwa starając się schować za symboliczną owiewką przednią – w takich okolicznościach uaktywnienie poduszki byłoby bardzo niebezpieczne, stąd dotychczasowe próby przeprowadzane były z reguły na motocyklach turystycznych. Całkowity brak osadzenia motocyklisty w jakiejkolwiek formie nadwozia znany z fotela kierowcy samochodu, brak ograniczenia jego przemieszczania się po zderzeniu w obszarze tego nadwozia i połączenie tego z powszechnie stosowanymi kurtynami powietrznymi, nasunęło specjalistom od motocykli rozwiązanie nazywane po niemiecku Airbagjacke, które spełnia funkcję powiększonej, biegnącej dookoła ciała kierowcy kurtyny powietrznej. Kurtki airbag mają zazwyczaj nabój ze sprężonym dwutlenkiem węgla, wykorzystywany do szybkiego napełniania kilku, czasami kilkunastu komór. Zawleczka zaworu przy wsiadaniu na motocykl zostaje połączona z pojazdem. Do wypięcia zawleczki potrzebna jest siła 25-35 kG *, napełnienie komór trwa ok. 0,5 sek. Odpowiednio wymodelowany i dopasowany kołnierz z poduszką gazową usztywnia szyję pomiędzy ramionami i kaskiem osłaniającym głowę chroniąc w ten sposób dość stabilnie górną część kręgosłupa. Patrząc na problem ze strony ekonomicznej nie bez znaczenia jest to, że kurtka airbag nie obciąża cenowo motocykla przy jego nabyciu i jest kupowana przez właściciela jako odrębna inwestycja motocyklisty we własne bezpieczeństwo.

fot. Dainese

Z kolei marka odzieżowa Dainese ujawniła niedawno pierwsze zdjęcia z „crash-testu” kombinezonu wyposażonego w poduszkę powietrzną D-air Racing. Zdjęcia prezentują testera poddającego system brutalnemu testowi – celowemu przewróceniu się na Aprilii RS125. Strój wyposażony jest w komputer będący „mózgiem” D-air Racing, poduszki i sensory znajdujące się w garbie aerodynamicznym (wybrzuszenie na grzbiecie sportowego kombinezonu motocyklisty). Mają one rozróżniać normalne ruchy kierującego na motocyklu oraz np. przejazd po dużej nierówności od upadku, podczas którego poduszka wybuchnie zapewniając ochronę karku kierowcy. Całość działa niezależnie od motocykla. W 40 milisekund po otrzymaniu z czujników sygnału informującego o nieuniknionym upadku gaz zostaje uwolniony, a miękka powietrzna poduszka oplata ramiona, obojczyki i szyję motocyklisty, jeszcze zanim ten zetknie się z nieprzyjemnym gruntem. D-air Racing swój chrzest bojowy przeszedł podczas ostatniej rundy Moto Grand Prix w Walencji. Testerami stali się Marco Simoncelli z kategorii 250cm3 oraz Simone Giorgi i Michael Ranseder ze „125-tek”. We wszystkich trzech przypadkach system zadziałał poprawnie, a zawodnicy po spektakularnych upadkach wyszli cało i bez uszczerbku na zdrowiu. System D-air Racing jest przeznaczony wyłącznie na tory wyścigowe. Dainese projektuje także uliczną wersję tego systemu, czyli D-air Street.

Badania nad stosowaniem kurtek airbag wykazały, że mogą one w znacznym stopniu złagodzić lub ograniczyć skutki wypadków drogowych, a przy mniejszych prędkościach motocykla np. na terenach aglomeracji miejskich, kurtka wraz z dobrze dobranym kaskiem ochronnym może dawać całkowitą ochronę przed obrażeniami przy zderzeniach lub przewróceniu motocykla.

Opłaca się?
Bardzo drogie urządzenie nie daje pewności zadziałania w sensie poprawnej ochrony kierowcy motocykla przed obrażeniami, bo jest skuteczne tylko w dwóch przypadkach. Po pierwsze przy uderzeniu w bok samochodu, po drugie przy zderzeniach czołowych z autami dostawczymi lub ciężarowymi. Te drugie występują bardzo rzadko i stanowią jedynie kilka promili wszystkich kolizji jednośladów. Można zatem założyć, że w praktyce airbag potrzebny jest tylko w przypadku prostopadłego zderzenia motocykla z samochodem osobowym, których jest około 50%. Pozostałe wypadki to zderzenia boczne pod małymi kątami, lub najechanie samochodu na motocykl. W tej drugiej grupie mieszczą się również specyficzne wypadki polegające na czołowym zderzeniu jednośladów z samochodami osobowymi, kiedy jak wykazała praktyka, kierowca motocykla odnosi tylko niewielkie obrażenia. Zatem na dotychczas święcą triumfy rozwiązania nie zintegrowane z motocyklem.

* Kilogram-siła, kG, jednostka siły w układzie jednostek miar MKS. Jest to siła, która nadaje masie 1 kg przyspieszenie ziemskie, 1 kG=9,80665 N = 9,90665·105 dyn.

Artykuł ukazał się w Auto Technice Motoryzacyjnej