L'airbag è senza dubbio uno dei dispositivi di sicurezza più noti e diffusi nel settore automobilistico. Sono passati diversi anni dalla sua introduzione e da allora ha letteralmente cambiato il modo di concepire la protezione e la sicurezza di guidatore e passeggeri in caso di collisioni. Questo dispositivo è stato progettato per gonfiarsi in tempi velocissimi in occasione di incidenti, proteggendo tutti coloro che si trovano nell'auto da ferimenti o possibili lesioni.
Pensiamo all'airbag come a un sistema di protezione passiva presente sulle vetture. Grazie all'airbag, è possibile ridurre al massimo ogni possibile impatto contro volante, cruscotto e altre componenti dure della vettura, sia in caso di collisione frontale che laterale, poiché si gonfia in pochi millisecondi. Si tratta di un dispositivo di sicurezza ormai insostituibile, che non può mancare nelle automobili e che può salvare moltissime vite.
Breve Storia e Evoluzione dell'Airbag
L'invenzione dell'airbag è datata 1952, a cura di John W. Hetrick, che depositò il brevetto negli Stati Uniti l'anno successivo. L'idea gli venne una domenica pomeriggio, quando, mentre era in auto con la moglie e la figlia e dovette sterzare bruscamente per evitare un cervo, si chiese cosa si potesse fare per evitare l'impatto del corpo contro il cruscotto. Iniziò così a progettare un "cuscino di sicurezza per veicoli automobilistici". L'anno seguente, il tedesco Walter Linderer portò avanti l'idea di Hetrick, progettando un cuscino gonfiabile ad aria compressa. Tuttavia, si scoprì presto che l'aria compressa non riusciva a gonfiare gli airbag in un tempo ragionevole, rendendo inefficace anche questo prototipo.
Il primo prototipo di airbag era stato concepito addirittura nel novembre del 1919 da due inglesi che, avendo curato molte vittime della guerra con lesioni dovute a proiettili, bombe e collisioni tra veicoli, progettarono il "cuscino ad aria" da installare su auto e aerei guidati dai soldati per ridurre al minimo tali lesioni.
Un significativo passo avanti avvenne nel 1967, quando l'ingegnere meccanico americano Allen Breed sviluppò un nuovo tipo di sensore, il "ball in-tube sensor" (una pallina d'acciaio tenuta in posizione con l'aiuto di un magnete), considerato tutt'oggi come il primo sistema airbag automobilistico elettromeccanico al mondo. Questo tipo di airbag era dotato di un dispositivo in grado di rilevare una collisione e attivare il cuscino entro 25 millisecondi. Quando il sensore percepiva una collisione, la pallina d'acciaio si separava dal magnete, chiudendo l'interruttore del detonatore dell'airbag e attivando il dispositivo di espansione del cuscino (collocato all'interno del volante) contenente azoturo di sodio. Questa sostanza in polvere, se innescata, dava origine a un grande volume di azoto molecolare, in grado di riempire il cuscino in meno di 50 millisecondi. Purtroppo, l'azoturo di sodio è altamente tossico e molto sensibile all'umidità, fattori che potevano compromettere il funzionamento del sistema. Per neutralizzare la tossicità dell'azoturo, nelle versioni successive dell'airbag vennero introdotti anche silice e nitrato di potassio.
I primi test per dotare le auto di airbag risalgono alla fine degli anni sessanta, quando negli USA furono avviate le prime sperimentazioni. La prima casa automobilistica ad averli installati su una vettura di serie è stata Mercedes-Benz, nel lontano 1987. L'efficacia di tale dispositivo, grazie al quale sono state salvate migliaia di vite, ha fatto sì che oggi tutte le auto di nuova immatricolazione siano dotate di almeno l'airbag lato guida. L'airbag è obbligatorio dal 2002, in base alle normative europee, in tutte le auto di nuova immatricolazione (lato guida).
L’EVOLUZIONE DEL CERVELLO: UNA STORIA DA RISCRIVERE
Componenti Fondamentali e Loro Funzionamento
Il funzionamento dell'airbag è semplicissimo e si basa su un sistema complesso e integrato di componenti.
Sensori di Impatto e Accelerazione
Quando i sensori presenti nella vettura rilevano una collisione, inviano subito un segnale elettrico al modulo di controllo del sistema. Questi sensori di accelerazione, presenti all'interno della centralina SRS (Supplemental Restraint System, più comunemente nota come centralina airbag) e i sensori d'urto distribuiti lungo la scocca del veicolo, permettono alla centralina di determinare la gravità dell'impatto e - se necessario - attivare l'airbag. Sono sufficienti solamente 0,01 secondi (10 ms) dall’inizio della collisione affinché il comando arrivi al dispositivo di gonfiaggio del cuscino. Quelli per i posti anteriori e posteriori hanno il sensore alla base del parabrezza, e sono innescati da urti anteriori superiori ai 15-20 km/h di velocità, pertanto rimangono insensibili rispetto ad urti laterali o posteriori.
Centralina Airbag (Modulo di Controllo)
La centralina di controllo, alloggiata all'interno dell'abitacolo, gestisce l'intero sistema airbag e i pretensionatori delle cinture di sicurezza. È tale centralina ad attivare gli inneschi degli airbag e dei pretensionatori, oltre ad eseguire una continua autodiagnosi del sistema. È dotata di un sistema di alimentazione tampone (solitamente formato da un condensatore) che consente al sistema di sicurezza passiva di attivarsi anche nel caso in cui si verifichi, durante l'incidente, un'anomalia della batteria.
Generatore di Gas
Una volta rilevato l'impatto, il dispositivo di innesco riscalda l'esplosivo nel giro di 2 millisecondi. Il generatore di gas dell'airbag è costituito da un alloggiamento metallico che contiene un accenditore incorporato necessario per provocare la detonazione di una piccola carica esplosiva. Il propellente, generalmente costituito da azoturo di sodio o, nelle versioni più moderne, nitrato di guanidina (meno tossico e meno suscettibile all'umidità), è sigillato ermeticamente. Una volta innescata la reazione dall'accenditore, reagisce rapidamente liberando azoto, che gonfia il cuscino dell'airbag entro 20-30 millisecondi. Ciò garantisce al sistema airbag un tempo di intervento complessivo di circa 0,042 secondi. Tra la prima capsula e il sacco negli airbag pirotecnici è presente una rete metallica a maglie fini che blocca l'accesso al sacco alle particelle solide e che raffredda i gas che lo gonfiano.
Il Cuscino (Sacco)
Gli airbag sono realizzati quasi sempre con il nylon, un materiale non certo scelto a caso ma per via delle sue caratteristiche: resistenza, leggerezza e flessibilità. Questo materiale resistente permette al dispositivo di gonfiarsi in tempi velocissimi, con la sicurezza che non subirà danni o lacerazioni. Il cuscino è costituito da migliaia di fili di nylon (circa 11mila) che rendono il tessuto fittissimo ed estremamente resistente. Per renderlo ancora più forte, viene rivestito da uno strato di silicone protettivo. Per attutire al meglio l'impatto, dietro al cuscino sono presenti dei fori di ventilazione, che gli consentono di sgonfiarsi senza che possa irrigidirsi o esplodere. L’airbag si gonfia energicamente e bruscamente, occupando molto spazio.
Cavo Spiralato
A garantire la continuità elettrica tra il modulo sul volante e la centralina è il cavo spiralato, un componente che viene montato sopra il devio guida e consente al cavo di seguire le rotazioni del volante. Il cavo spiralato serve ad assicurare la continuità elettrica tra il modulo airbag sul volante e la centralina. Viene solitamente posizionato sopra il devio guida, permettendo ad un cavo avvolto a spirale di seguire le rotazioni del volante. Va ricordato che prima di smontare il cavo spiralato è opportuno bloccarlo con del nastro adesivo, mantenendo le ruote in posizione rettilinea. Se si decide di sostituire il cavo spiralato, il nuovo cavo è bloccato tramite una linguetta asportabile durante la procedura di installazione. A seconda del modello sono previste differenti procedure d'installazione, per cui è sempre opportuno consultare le indicazioni del costruttore.
Tipologie di Airbag e Loro Posizionamento
Abbiamo tantissime tipologie differenti di airbag, tutti sviluppati per garantire una protezione capillare e in ogni circostanza. Nel corso degli anni, per garantire l'incolumità di tutti gli occupanti del veicolo, sono stati introdotti nell'abitacolo molteplici moduli Airbag, con funzionamento analogo a quelli anteriori ma dimensioni e forme diverse.
Airbag Frontali
I più comuni sono gli airbag frontali, che servono a proteggere guidatore e passeggero anteriore. L'airbag frontale lato guidatore è posizionato nell'apposito alloggiamento sotto il volante. L'airbag lato passeggero è invece posizionato nella plancia, sotto una copertura incisa, in modo da consentire al cuscino di fuoriuscire con facilità nel momento in cui si gonfia. In alcuni modelli può non essere presente lo sportello airbag e in tal caso la sostituzione dell'airbag rende necessario il distacco/sostituzione dell'intero cruscotto. L'uscita dell'airbag passeggero può infatti rompere e danneggiare la plastica del cruscotto, che deve essere pertanto sostituito. In alcuni modelli è previsto un sensore posto nel sedile del passeggero in grado di rilevare la presenza del passeggero e di disattivare in caso di posto vuoto il funzionamento dell'airbag. Per evitare che l'airbag lato passeggero si attivi in assenza del passeggero, su alcune auto viene installato un apposito sensore all'interno della seduta del sedile, in modo che la centralina possa rilevare la presenza o meno del passeggero.
Airbag Laterali
Ultimamente si sono affacciati anche gli airbag laterali, pensati per dare protezione ai passeggeri anche in caso di impatti che arrivano di lato e non frontali. Gli airbag laterali sono alloggiati sotto il rivestimento del fianco esterno dello schienale dei sedili e hanno la funzione di proteggere il torace degli occupanti. Gli airbag ibridi sono più veloci dei pirotecnici e per questo vengono utilizzati per gli airbag laterali e per gli airbag a tendina: lo spazio fra l'occupante e le porte è limitato, quindi il bag deve dispiegarsi più velocemente possibile.
Airbag a Tendina
Tra gli airbag a lato del passeggero, ci sono quelli a tendina, che proteggono la testa dei passeggeri in presenza di forze d'urto di tipo trasversale. Anche per gli airbag a tendina si utilizzano i più veloci airbag ibridi, data la necessità di un dispiegamento rapidissimo in caso di impatto laterale.
Airbag Posteriori
Esistono anche airbag posteriori, con funzionamento e attivazione simili agli altri, ma con forme e dimensioni adatte a proteggere gli occupanti dei sedili posteriori.
Airbag per le Ginocchia
Fino agli ultimi ritrovati di piccoli dispositivi situati sotto il volante che salvaguardano le gambe del guidatore.
Airbag Integrati nei Sedili
Alcuni modelli sono equipaggiati anche con appositi airbag alloggiati all'interno del sedile, che evitano che il corpo, negli urti frontali, possa scivolare sotto le cinture di sicurezza.
Airbag Dual Stage
Esistono poi airbag dual stage, che sono costituiti da una coppia di airbag ibridi o pirotecnici ma con un solo sacco. La centralina può scegliere di attivare una sola carica pirotecnica e gonfiarlo parzialmente oppure attivarle entrambe ma distanziate temporalmente. Il primo caso si può avere se sul sedile è presente un bambino od un occupante leggero: la loro ridotta quantità di moto non necessita il dispiegamento completo del sacco.
Il Processo di Attivazione in Caso di Impatto
Il processo di attivazione dell'airbag è estremamente rapido e preciso. Non sarebbe piacevole, infatti, trovarsi con un enorme pallone davanti al naso per un dosso o una frenata brusca. L'airbag non scatta per così poco. Questo perché all'interno delle nostre automobili sono presenti diversi tipi di sensori, il cui scopo è quello di monitorare il corretto funzionamento del veicolo e garantire la sicurezza per il conducente e i passeggeri.
Nel momento in cui avviene un impatto con un altro veicolo o con un ostacolo, i sensori di accelerazione presenti all'interno della centralina SRS e i sensori d'urto distribuiti lungo la scocca del veicolo permettono alla centralina di determinare la gravità dell'impatto e - se necessario - attivare l'airbag.
Sono sufficienti solamente 0,01 secondi (10 ms) dall'inizio della collisione affinché il comando arrivi al dispositivo di gonfiaggio del cuscino. Sebbene l'intervento da parte della centralina sia molto rapido, anche il gonfiaggio del cuscino richiede una notevole velocità. Proprio per questo motivo, viene impiegato il nitrato di guanidina che, a differenza dell'azoturo di sodio presente nelle prime versioni commerciali dell'airbag, è meno tossico e meno suscettibile all'umidità.
Una volta rilevato l'impatto, il dispositivo di innesco riscalda l'esplosivo nel giro di 2 millisecondi e riempie il cuscino dell'airbag entro 20-30 millisecondi, garantendo così al sistema airbag un tempo di intervento complessivo di circa 0,042 secondi. Con l'accensione, si realizza un'esplosione che gonfia l'airbag mentre la testa e il torace degli occupanti si stanno spostando in avanti, decelerando il loro moto più dolcemente rispetto all'impatto con la plancia o contro il volante. L'airbag viene gonfiato in pochi decimi di secondo a una velocità di circa 320 km/orari, che può spingere all'indietro la testa del conducente.
Subito dopo, il cuscino comincia a sgonfiarsi attraverso i fori posteriori del sacco, attutendo l'impatto del corpo contro il volante o contro il cruscotto senza far incorrere le vittime nel pericolo di soffocamento. Le cuciture che costituiscono l'airbag possono essere realizzate in modo da ottenere un'apertura in due stadi: un'apertura più progressiva riduce la violenza dell'impatto contro l'occupante. Una volta avvenuto questo contatto, il cuscino si sgonfia parzialmente per poter assorbire l'energia prodotta dall'impatto. Ciò permette di ridurre o addirittura eliminare la possibilità di ferite alla testa o al petto. Dopo circa 6 minuti, il cuscino si sarà completamente sgonfiato.
Importanza per la Sicurezza Stradale
Migliaia di persone sono vive grazie a questa straordinaria invenzione. Gli airbag distribuiscono l'energia di impatto su una superficie ampia, permettendo così di ridurre moltissimo la forza dell'urto. Grazie all'airbag, oggi è possibile ridurre al minimo lesioni al collo, alla testa e al torace. Gli airbag rientrano a pieno diritto nell'elenco dei sistemi di sicurezza passiva, pensati proprio per ridurre e minimizzare i danni che possono avvenire in caso di impatti. A differenza dei sistemi di sicurezza attiva, come l'ESP, l'airbag si aziona solo in caso di incidente.
È importante sottolineare, però, come anche le cinture di sicurezza siano essenziali per proteggere i passeggeri da gravi lesioni. La presenza del sistema Airbag, infatti, non rende facoltativo l'impiego delle cinture di sicurezza, che rimangono il principale strumento di sicurezza passiva. L'airbag non sostituisce la cintura di sicurezza, ma ne migliora l'azione protettiva impedendo che la testa o il torace urtino violentemente contro parti dell'abitacolo.
Oltre all'airbag, ci sono anche altri dispositivi di sicurezza passiva come cinture di sicurezza, zone di assorbimento urti e poggiatesta. L'efficacia di tale dispositivo, grazie al quale sono state salvate migliaia di vite, ha fatto sì che oggi tutte le auto di nuova immatricolazione siano dotate di almeno l'airbag lato guida, anche se ormai lo standard prevede quasi sempre i due anteriori. Solo negli Stati Uniti negli ultimi trent'anni questi dispositivi hanno salvato la vita a più di 50mila persone.
Manutenzione e Sostituzione
La corretta manutenzione degli airbag è un aspetto da ritenersi assolutamente essenziale nell'ottica di garantire il loro corretto funzionamento proprio quando è necessario. Il consiglio è quello di controllare periodicamente gli airbag, assicurandosi che sensori e moduli siano sempre ben tenuti e funzionanti. Sarebbe, quindi, una buona pratica andare periodicamente da professionisti per fare eseguire tutti i controlli e le prove del caso su veicolo e airbag.
Gli airbag sono utilizzabili una sola volta, perciò dopo l'apertura causata dell'urto devono essere sostituiti con ricambi nuovi. Diversamente da un paracadute, che deve aprirsi con eguale precisione, non può essere ripiegato e reinserito nell'apposito vano. Il prezzo di un airbag è intorno ai 350 euro ma ormai è di serie su quasi tutte le auto.
La sostituzione degli airbag richiede alcune fondamentali precauzioni. Prima di montare i nuovi moduli è infatti necessario scollegare la batteria e attendere 30 minuti, per evitare che possibili contatti elettrici possano innescare le cariche degli airbag.
Negli incidenti lievi è possibile sostituire gli airbag senza dover cambiare la centralina (sottoposta a diagnosi elettronica e azzerata). In caso di incidenti più seri è invece necessario sostituire anche la centralina: l'accelerometro interno, a causa dell'urto, potrebbe infatti non funzionare correttamente. I pretensionatori, una volta innescati, vanno sempre sostituiti.
È consigliato sostituire moduli airbag e i pretensionatori dopo 10 anni dalla loro installazione, anche se, sottoposti a test di diagnosi, non presentano malfunzionamenti. La "scadenza" degli airbag è legata alla perdita di efficacia della carica esplosiva, che dopo anni potrebbe non avere più le caratteristiche chimiche che determinano l'innesco.
Va precisato che gli airbag non rientrano nei protocolli di verifica in sede di revisione. Se tuttavia la spia airbag è accesa, l'auto potrebbe non superare la revisione perché il tecnico è comunque tenuto a controllare che, se presenti, i dispositivi di sicurezza funzionino correttamente e non vi siano malfunzionamenti segnalati dalle spie.
Per quanto riguarda la sostituzione degli airbag in caso di incidente, in linea generale dovrebbero essere sostituiti in quanto facenti parte dell'omologazione di una vettura. Non esiste tuttavia un obbligo formale a sostituirli in caso di sinistro, anche se potrebbero esserci rivalse da parte dell'assicurazione qualora si viaggi con airbag non funzionanti.
Precauzioni e Uso Corretto
Per la vostra sicurezza, è fondamentale adottare la corretta posizione in auto e allacciare le cinture a garanzia. L'airbag si gonfia energicamente e bruscamente, occupando molto spazio. Se vi sono bambini a bordo bisogna assicurarsi che siano seduti nel loro apposito seggiolino per auto. È bene posizionarli nella parte posteriore della vettura, poiché è il luogo più sicuro in caso di collisione. Se invece dovete necessariamente mettere il seggiolino nella parte anteriore del veicolo, assicuratevi di posizionarlo alla maggior distanza possibile dal cruscotto. Va ricordato che l'airbag va disattivato nel caso venga posizionato il seggiolino per bambini fino a 9kg sul sedile anteriore (in senso contrario di marcia).
Innovazioni Future: Airbag Esterni e Altre Applicazioni
Varie case automobilistiche hanno allo studio dal 2009 l'installazione di serie di airbag esterni per proteggere i pedoni da ferite gravi o mortali alla testa e al collo in caso di urto frontale, nell'area dell'auto dove sono più probabili. L'airbag esterno non dovrebbe incidere in modo significativo sul costo finale dei veicoli. Consiste di un sistema di radar e sensori a infrarossi che, rilevata la presenza di un pedone e il rischio di imminente collisione, attiva il computer di bordo per azionare la frenata automatica e far gonfiare in pochi millisecondi un airbag a forma di ferro di cavallo, posto tra il cofano ed il parabrezza. Un'ulteriore funzionalità, in genere inclusa, prevede il sollevamento di diversi centimetri, sempre automatico, del cofano, per allontanare la lamiera dal motore e concederle un po' di spazio per deformarsi, in modo da ridurre i rischi di ferite gravi alla testa e al collo.
Nelle attività sportive (moto ed equitazione) il sistema airbag viene inserito all'interno di gilet e giubbotti tecnici ideati per proteggere il corpo umano in caso di incidente, ed in alcuni casi tale protezione viene ideata assieme all'abbigliamento tecnico in modo integrato, diventando di fatto un tutt'uno. Nel 2013 viene approvata la normativa EN 1621-4 che prevede una serie di test per l'omologazione degli airbag da moto. Tra i vari test: innocuità dei materiali, tempo di gonfiaggio, affidabilità del sistema, ergonomia e comfort, eccetera.
