Come funzionano le cinture di sicurezza

Un conducente si allaccia la cintura di sicurezza. Guarda altre foto sulla sicurezza dell'auto. SABAH ARAR / AFP / Getty Images

Secondo un rapporto di ricerca della National Highway Traffic and Safety Administration, le cinture di sicurezza salvano circa 13.000 vite negli Stati Uniti ogni anno. Inoltre, l'NHTSA stima che 7.000 vittime di incidenti stradali negli Stati Uniti sarebbero state evitate se le vittime avessero indossato le cinture.

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Sebbene le cinture di sicurezza occasionalmente contribuiscano a lesioni gravi o morte, quasi tutti gli esperti di sicurezza concordano sul fatto che allacciarsi la cintura aumenta notevolmente le possibilità di sopravvivere a un incidente. Secondo l'NHTSA, le cinture di sicurezza riducono il rischio di morte per l'occupante di un'auto sul sedile anteriore di circa il 50%.

Quando ci pensi, questo è assolutamente incredibile: come può un pezzo di tessuto finire per essere la differenza tra la vita e la morte? Cosa fa effettivamente? In questo articolo, esamineremo la tecnologia delle cinture di sicurezza per vedere perché sono una delle tecnologie più importanti in qualsiasi auto.

L'idea di base di una cintura di sicurezza è molto semplice: ti impedisce di volare attraverso il parabrezza o di urtare verso il cruscotto quando la tua auto si ferma bruscamente. Ma perché questo dovrebbe accadere in primo luogo? In breve, a causa di inerzia.

L'inerzia è la tendenza di un oggetto a continuare a muoversi finché qualcos'altro non lavora contro questo movimento. In altre parole, l'inerzia è la resistenza di ogni oggetto a cambiare velocità e direzione di marcia. Le cose naturalmente vogliono andare avanti.

Se un'auto sta accelerando a 50 miglia all'ora, l'inerzia vuole che continui a andare a 50 mph in una direzione. La resistenza dell'aria e l'attrito con la strada lo rallentano costantemente, ma la potenza del motore compensa questa perdita di energia.

Tutto ciò che si trova nell'auto, inclusi conducente e passeggeri, ha la sua inerzia, che è separata dall'inerzia dell'auto. L'auto accelera cavalieri alla sua velocità. Immagina di navigare a una velocità costante di 50 miglia all'ora. La tua velocità e quella dell'auto sono praticamente uguali, quindi ti senti come se tu e l'auto vi muoviate come una singola unità.

Ma se l'auto dovesse sbattere contro un palo del telefono, sarebbe ovvio che la tua inerzia e quella dell'auto erano assolutamente indipendenti. La forza del palo porterebbe l'auto a un brusco arresto, ma la tua velocità rimarrebbe la stessa. Senza una cintura di sicurezza, sbatteresti il ​​volante a 50 miglia all'ora o andresti a volare attraverso il parabrezza a 50 miglia all'ora. Proprio come il palo ha rallentato l'auto, il cruscotto, il parabrezza o la strada ti rallenterebbero esercitando un'enorme quantità di forza.

È un dato di fatto che non importa cosa succede in un incidente, qualcosa dovrebbe esercitare una forza su di te per rallentarti. Ma a seconda di dove e come viene applicata la forza, potresti essere ucciso all'istante o potresti allontanarti indenne dal danno.

Se colpisci il parabrezza con la testa, il potere frenante si concentra su una delle parti più vulnerabili del tuo corpo. Ti ferma anche molto rapidamente, poiché il vetro è una superficie dura. Questo può facilmente uccidere o ferire gravemente una persona.

Una cintura di sicurezza applica la forza di arresto a parti del corpo più resistenti per un periodo di tempo più lungo. Nella prossima sezione vedremo come questo riduce le possibilità di gravi infortuni.

Nell'ultima sezione, abbiamo visto che ogni volta che un'auto si ferma improvvisamente, anche un passeggero si ferma improvvisamente. Il compito di una cintura di sicurezza è quello di diffondere la forza di arresto sulle parti più robuste del corpo per ridurre al minimo i danni.

Una tipica cintura di sicurezza è costituita da un cintura addominale, che poggia sul bacino e a tracolla, che si estende sul tuo petto. Le due sezioni della cintura sono saldamente fissate al telaio dell'auto per trattenere i passeggeri nei loro sedili.

Quando la cintura è indossata correttamente, applicherà la maggior parte della forza di arresto alla gabbia toracica e al bacino, che sono parti relativamente robuste del corpo. Poiché le cinture si estendono su un'ampia sezione del corpo, la forza non è concentrata in una piccola area, quindi non può fare così tanti danni. Inoltre, la cintura di sicurezza tessitura è realizzato in materiale più flessibile rispetto al cruscotto o al parabrezza. Si allunga un po ', il che significa che l'arresto non è così brusco. Tuttavia, la cintura di sicurezza non dovrebbe cedere più di un po ', altrimenti potresti sbattere contro il volante o il finestrino laterale. Le cinture di sicurezza sicure ti permetteranno solo di spostarti leggermente in avanti.

Una macchina zone di accartocciamento fai il vero lavoro di ammorbidire il colpo. Le zone di deformazione sono aree nella parte anteriore e posteriore di un'auto che collassano relativamente facilmente. Invece dell'intera vettura che si ferma bruscamente quando colpisce un ostacolo, assorbe parte della forza d'urto appiattendosi, come una lattina vuota. L'abitacolo dell'auto è molto più robusto, quindi non si accartoccia intorno ai passeggeri. Continua a muoversi brevemente, schiacciando la parte anteriore dell'auto contro l'ostacolo. Ovviamente, le zone di deformazione ti proteggeranno solo se ti muovi con la cabina dell'auto, cioè se sei assicurato al sedile dalla cintura di sicurezza.

Il tipo più semplice di cintura di sicurezza, che si trova in alcune montagne russe, consiste in una lunghezza di cinghie imbullonate al corpo del veicolo. Queste cinture ti tengono sempre saldamente al sedile, il che è molto sicuro ma non particolarmente comodo.

Le cinture di sicurezza delle auto possono farlo estendere e ritrarre -- puoi piegarti facilmente in avanti mentre la cintura rimane abbastanza tesa. Ma in caso di collisione, la cintura si stringerà improvvisamente e ti terrà fermo. Nella prossima sezione vedremo i macchinari che rendono possibile tutto questo.

Una molla a spirale fa ruotare la bobina per mantenere tesa la cinghia della cintura di sicurezza.

In un tipico sistema di cintura di sicurezza, la cinghia della cintura è collegata a un meccanismo del riavvolgitore. L'elemento centrale nel riavvolgitore è una bobina, che è attaccata a un'estremità della cinghia. All'interno del riavvolgitore, una molla applica una forza di rotazione, o coppia, alla bobina. Questo funziona per ruotare la bobina in modo da avvolgere eventuali cinghie allentate.

Quando si estrae la cinghia, la bobina ruota in senso antiorario, il che fa ruotare la molla collegata nella stessa direzione. In effetti, la bobina rotante funziona districare la primavera. La molla vuole tornare alla sua forma originale, quindi resiste a questo movimento di torsione. Se rilasci la fettuccia, la molla si stringerà, ruotando la bobina in senso orario fino a quando non ci sarà più gioco nella cintura.

Il divaricatore ha un meccanismo di bloccaggio che arresta la rotazione della bobina quando l'auto è coinvolta in una collisione. Oggi esistono due tipi di sistemi di chiusura comunemente utilizzati:

• sistemi innescato dal movimento dell'auto
• sistemi innescato dal movimento della cintura

Il primo tipo di sistema blocca la bobina quando l'auto rapidamente decelera (quando colpisce qualcosa, per esempio). Il diagramma seguente mostra la versione più semplice di questo design.

L'elemento operativo centrale in questo meccanismo è un pendolo ponderato. Quando l'auto si ferma improvvisamente, l'inerzia fa oscillare il pendolo in avanti. Il nottolino all'altra estremità del pendolo si aggancia un dente ingranaggio a cricchetto attaccato alla bobina. Con il nottolino che stringe uno dei suoi denti, l'ingranaggio non può ruotare in senso antiorario, e nemmeno la bobina collegata. Quando la cinghia si allenta di nuovo dopo l'urto, l'ingranaggio ruota in senso orario e il nottolino si disinnesta.

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Il secondo tipo di sistema blocca la bobina quando qualcosa scuote la fettuccia della cintura. La forza di attivazione nella maggior parte dei modelli è la velocità di rotazione della bobina. Il diagramma mostra una configurazione comune.

L'elemento operativo centrale in questo design è un frizione centrifuga -- una leva oscillante ponderata montata sulla bobina rotante. Quando la bobina gira lentamente, la leva non ruota affatto. Una molla lo mantiene in posizione. Ma quando qualcosa strappa la fettuccia, fa girare la bobina più velocemente, forza centrifuga spinge verso l'esterno l'estremità ponderata della leva.

La leva estesa spinge a Camera pezzo montato sull'alloggiamento del divaricatore. La camma è collegata ad un nottolino girevole tramite un perno scorrevole. Quando la camma si sposta a sinistra, il perno si sposta lungo una scanalatura nel nottolino. Questo tira il nottolino nell'ingranaggio a cricchetto rotante attaccato alla bobina. Il nottolino si blocca nei denti dell'ingranaggio, impedendo la rotazione in senso antiorario.

In alcuni sistemi di cintura di sicurezza più recenti, a pretensionatore Funziona anche per stringere la cinghia della cintura. Nella prossima sezione vedremo come funzionano questi dispositivi.

Quando il gas viene acceso, la pressione spinge il pistone verso l'alto per ruotare il riavvolgitore.

L'idea di un pretensionatore è quella di stringere qualsiasi allentamento della cinghia della cintura in caso di incidente. Mentre il meccanismo di bloccaggio convenzionale in un riavvolgitore impedisce alla cintura di estendersi ulteriormente, il pretensionatore in realtà tira la cintura. Questa forza aiuta a portare il passeggero nella posizione ottimale per l'urto sul sedile. I pretensionatori normalmente lavorano insieme ai meccanismi di bloccaggio convenzionali, non al loro posto.

Sul mercato sono disponibili diversi sistemi di pretensionamento. Alcuni pretensionatori tirano indietro l'intero meccanismo del riavvolgitore e altri ruotano la bobina stessa. Generalmente, i pretensionatori sono collegati allo stesso processore di controllo centrale che attiva gli airbag dell'auto. Il processore monitora meccanico o elettronico sensori di movimento che rispondono all'improvvisa decelerazione di un impatto. Quando viene rilevato un impatto, il processore attiva il pretensionatore e quindi l'airbag.

Alcuni pretensionatori sono costruiti attorno a motori elettrici o solenoidi, ma i modelli più popolari oggi usano pirotecnica per tirare dentro la cinghia della cintura. Il diagramma seguente mostra un modello rappresentativo.

L'elemento centrale di questo pretensionatore è una camera di gas combustibile. All'interno della camera, c'è una camera più piccola con esplosivo accenditore Materiale. Questa camera più piccola è dotata di due elettrodi, che sono collegati al processore centrale.

Quando il processore rileva una collisione, applica immediatamente una corrente elettrica attraverso gli elettrodi. La scintilla degli elettrodi accende il materiale dell'accenditore, che brucia per accendere il gas nella camera. Il gas che brucia genera una grande pressione verso l'esterno. La pressione spinge su a pistone riposando nella camera, guidandolo verso l'alto ad alta velocità.

Una cremagliera è fissata su un lato del pistone. Quando il pistone si solleva, l'ingranaggio della cremagliera innesta un ingranaggio collegato al meccanismo della bobina del riavvolgitore. La cremagliera di accelerazione ruota la bobina con forza, avvolgendo eventuali cinghie della cinghia allentate.

In caso di incidenti gravi, quando un'auto si scontra con un ostacolo a velocità estremamente elevata, una cintura di sicurezza può causare gravi danni. Man mano che la velocità inerziale di un passeggero aumenta, è necessaria una forza maggiore per arrestare il passeggero. In altre parole, più velocemente andrai all'impatto, più forte sarà la pressione della cintura di sicurezza su di te.

Alcuni sistemi di cintura di sicurezza utilizzano limitatori di carico per ridurre al minimo le lesioni inflitte dalla cintura. L'idea di base di un limitatore di carico è di rilasciare un po 'più di cinghie in eccesso quando viene applicata una grande forza alla cintura. Il limitatore di carico più semplice è un piegare cucito nella fettuccia della cintura. I punti che tengono la piega in posizione sono progettati per rompersi quando viene applicata una certa forza alla cintura. Quando i punti si staccano, la fettuccia si apre, permettendo alla cintura di estendersi un po 'di più.

I limitatori di carico più avanzati si basano su a barra di torsione nel meccanismo del riavvolgitore. Una barra di torsione è solo un pezzo di materiale metallico che lo farà torcere quando viene applicata una forza sufficiente. In un limitatore di carico, la barra di torsione è fissata al meccanismo di bloccaggio su un'estremità e la bobina rotante dall'altra. In un incidente meno grave, la barra di torsione manterrà la sua forma e la bobina si bloccherà insieme al meccanismo di bloccaggio. Ma quando viene applicata una grande quantità di forza alla fettuccia (e quindi alla bobina), la barra di torsione si attorciglia leggermente. Ciò consente alla cinghia di estendersi un po 'più lontano.

Negli anni le cinture di sicurezza si sono rivelate di gran lunga il più importante dispositivo di sicurezza per auto e camion. Non sono affatto infallibili, tuttavia, e gli ingegneri della sicurezza automobilistica vedono molti margini di miglioramento nel design di oggi. In futuro, le auto saranno dotate di cinture migliori, airbag migliori e, molto probabilmente, tecnologie di sicurezza completamente nuove. Ovviamente, il governo dovrà ancora affrontare il problema più grande con i dispositivi di sicurezza: convincere le persone a usarli.

Per ulteriori informazioni sulle cinture di sicurezza e altri sistemi di sicurezza, controlla i link nella pagina successiva.

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Altri ottimi link

• National Highway Traffic Safety Administration
• Amministrazione federale delle autostrade
• Istituto di assicurazione per la sicurezza stradale
• Coalizione automobilistica per la sicurezza del traffico
• Car-Safety.org