Techniek: Hoe werkt een airbag?

Zoals gebruikelijk, gaan we direct in het begin even heel kort door de bocht: een airbag is een grote zak van canvas die zorgt dat je bij een aanrijding niet op het keiharde stuur en dashboard en de kuipruit klapt. In plaats daarvan land je lekker zacht in een met gas gevuld kussen, dat tot aan het moment van de aanrijding in opgevouwen toestand verborgen zat in het stuur of – zoals bij de Honda – vlak voor het stuur in de tank.

Simpel, toch? In dit artikel gaan we in op de ontwikkeling van de auto- en motor-airbag, en diverse toepassingen.

De airbag behoort al sinds de jaren tachtig tot de standaarduitrusting van auto’s. Motorfietsen hadden ze tot 2006 niet. Het was lastig om een airbag voor een motor te ontwikkelen, omdat de rijder niet vast op de motor zit en de motor zelf bij een aanrijding veel meer bewegingen kan maken. Je weet dus nooit precies waar de rijder terecht komt. Desondanks heeft Honda jaren geleden toch een airbag voor een motorfiets ontwikkeld. Dat proces duurde zestien jaar. Sinds 2006 wordt de airbag toegepast op de GoldWing. 

Het is een 150 liter grote, V-vormige airbag, die met riemen op zijn plaats wordt gehouden. Testen en praktijkgevallen hebben inmiddels aangetoond dat zo’n airbag weliswaar minder effectief is dan bij een auto, maar dat de snelheid van de rijder toch dermate wordt gereduceerd dat de kans op ernstig letsel in belangrijke mate wordt verminderd. 

Bij een aanrijding wordt deze zak razendsnel opgeblazen. Het duurt immers maar een paar milliseconden voordat je tegen je stuur aanknalt nadat je voorwiel een obstakel heeft geraakt. En dat is best een uitdaging, want er moet heel wat gebeuren voor de zak open ploft. 

Allereerst moet de besturingscomputer van de airbag het signaal krijgen dat er een aanrijding plaatsvindt. Dat signaal krijgt hij van een sensor die bij een aanrijding meet hoe hard het voertuig wordt afgeremd. Bij de eerste opblaasbare auto-airbag, die in 1951 door de Duitser Walter Linderer werd uitgevonden, bestond die sensor uit een elektrische schakelaar die in de bumper van de auto zat. Zodra de bumper ver genoeg verboog, maakte deze contact. Een later systeem is een elektromechanische crashsensor. Hierbij wordt een magnetische bal in een buis op zijn plaats gehouden door een magneet. Bij een aanrijding schiet de bal door zijn eigen traagheid los en knalt die tegen twee elektrische contacten aan de andere kant van de buis. Die worden daardoor kortgesloten, zodat er spanning op de uitgaande stroomdraad komt te staan. 

Tegenwoordig worden vaker sensoren gebruikt waarbij een massa tegen een veer in moet bewegen om een contact kort te sluiten, waarna de besturingscomputer van het airbagsysteem detecteert dat er spanning op de uitgaande stroomdraad staat. Ook worden er tegenwoordig zogenaamde ‘solid state’-sensoren gebruikt. Hierin zit meestal een piezo-elektrisch kristal dat een spanning opwekt bij een bepaalde vertraging, die doorgaans 3 tot 5 g bedraagt. 

Springstof

Wanneer de computer een aanrijding detecteert, laat hij de airbag afgaan. Dat gebeurt met een explosief. Een explosief is immers niets anders dan een stof die heel snel verbrandt en die daarbij heel snel een groot volume verbrandingsgas maakt. Precies wat je nodig hebt om iets ‘op te blazen’.

De springstof bevindt zich in een zogenaamde gasgenerator, een klein kooitje in het midden van de airbag. In het hart daarvan zit een kleine kruitlading. De besturingscomputer stuurt hier een stroomstoot doorheen om deze te ontsteken. De kruitlading explodeert vervolgens de gasgenerator in, waar de rest van de springstof wordt aangestoken. 

Er zijn ook airbags die geen explosieve lading hebben, maar een container met stikstofgas, dat tot een druk van 150 bar is gecomprimeerd. Het afsluitventiel wordt op dezelfde manier getriggerd als bij de explosieve generator: een stroompje ontsteekt een kruitlading en die kleine explosie knalt de ventielklep van de gascilinder open. Er zijn ook zogenaamde hybridesystemen, die een pyrotechnische lading met een hogedruksysteem combineren.

Supersnel

Het activeren van de airbag gebeurt razendsnel. De boordcomputer beslist in 0,015 seconde of de airbag moet ontplooien, waarna de zak met 150-200 km/u open knalt. In slechts 0,035 seconde is de zak vol, zodat de rijder 0,08 seconde na de crash met zijn lichaam op de canvas zak knalt. Daarin zakt hij weg, doordat het gas door gecalibreerde gaten uit de canvas zak kan ontsnappen. Dat is erg belangrijk, want dat is een van de cruciale factoren die het ontstaan van hersenletsel tegengaan. 

Dat ontdekten de uitvinders Arthur Hughes Parrott en Harold Round al in 1920. Zij ontwikkelden een luchtkussen dat de veiligheid van vliegtuigpassagiers moest verbeteren. Ze experimenteerden met dichte rubberen luchtkussens. Ze ontdekten echter dat de weerstand van een gesloten kussen toeneemt naarmate het verder inveert, waardoor je steeds harder wordt afgeremd. En dat is fout, want hoe groter de vertraging, hoe groter de kans op hersenletsel. Het kussen moet dus een gelijkmatige vertraging geven. Het moet dus meegeven en moet daarom tijdens de crash in zekere mate leeg kunnen lopen. Zij ontwikkelden daarom een airbag die bestond uit een rubberen spons in een flexibele huls waarin een luchtlek was gemaakt. Zo kon de lucht tijdens een impact ‘geleidelijk’ ontsnappen. En dat principe wordt nog steeds gebruikt. 

Toekomst

Voor de goede werking van de airbag is het belangrijk dat deze zo snel mogelijk wordt geactiveerd. Fabrikanten ontwikkelen daarvoor steeds betere en snellere sensoren. Siemens kwam bijvoorbeeld onlangs met een CISS-sensor, die niet de vertraging van een voertuig meet, maar het geluid in of rondom het voertuig. Uit alle geluiden herkent de sensor het geluid van een verkreukelende carrosserie. Dat werkt niet alleen sneller, maar de sensor reageert ook op aanrijdingen van de zijkant. Verder wordt in de auto-industrie vooral aandacht besteed aan het voorkomen van ongevallen. Met de hulp van video-camera’s, sonarsystemen en radarsensoren wordt de afstand tot voorliggers gemeten. Bij dreigend gevaar wordt de rijder gewaarschuwd. Negeert de rijder de waarschuwing, dan wordt het remsysteem geactiveerd. Hoe dat laatste bij een motorfiets zou uitpakken, laat zich raden. Het is dan ook niet te verwachten dat we een zodanig ver doorgevoerd systeem binnenkort op een motorfiets mogen verwachten. Een waarschuwingssysteem behoort wel tot de mogelijkheden, al dan niet in combinatie met een op wifi gebaseerd vehicle to vehicle-communicatiesysteem. Honda is daarmee eveneens bezig.

Vond je dit interessant? Meer techniek vind je hier, met onder andere de werking van uitlaatdempers, injectie en de katalysator.

Tekst: Peter Aansorgh

 

MotorNL Nieuwsbrief

Schrijf je nu in voor onze nieuwsbrief of aanbiedingen en blijf iedere week op de hoogte van al het nieuws, motortests, leuke routes of aanbiedingen.

Ik meld me hierbij aan voor de volgende mailinglijsten:




Vul een geldig emailadres in
Dat adres bestaat al in ons bestand
The security code entered was incorrect
Dank voor je aanmelding

Gerelateerd

REAGEER OP DIT ARTIKEL