La sicurezza stradale è una delle principali preoccupazioni dei conducenti e dei passeggeri di automobili in tutto il mondo. Tra i diversi sistemi di protezione di un'automobile, la cintura di sicurezza e l'airbag sono due dei più importanti, pilastri fondamentali nella salvaguardia della vita umana in caso di incidente. La loro evoluzione, da semplici concetti a sistemi sofisticati e integrati, rappresenta un viaggio affascinante nella storia dell'ingegneria automobilistica e della preoccupazione per il benessere umano.
L'Origine della Protezione: L'Era delle Cinture di Sicurezza
Agli albori dell'automobile, la sicurezza era un concetto quasi inesistente. Le automobili erano considerate beni di lusso e simboli di status, e l'obiettivo primario dei produttori era aumentare la velocità e migliorare l'estetica, piuttosto che garantire la protezione dei passeggeri. Non fu fino agli anni '20 e '30, con l'aumento della proprietà delle auto e, di conseguenza, del numero di incidenti, che la necessità di sistemi di sicurezza divenne evidente.
L'idea di una cintura di sicurezza comparve per la prima volta alla fine del XIX secolo, ma inizialmente fu progettata per gli aerei, non per le automobili. Il primo brevetto per una cintura di sicurezza utilizzata nell'industria automobilistica risale al 1885, ad opera del newyorkese Edward J. Al fine di prevenire i traumi cranici causati da incidenti automobilistici, negli anni '50 il dottore C.
Fu però negli anni '50 che le cinture di sicurezza iniziarono a essere integrate nei veicoli. La svolta cruciale avvenne nel 1958, quando la Volvo introdusse per la prima volta la cintura di sicurezza a tre punti, sviluppata dallo scienziato svedese Nils Bohlin. Prima di allora si utilizzavano dei sistemi rudimentali di protezione, ma già nel 1952 era stato presentato un modello di cintura a tre punti: il problema era l'ancoraggio troppo basso, poco confortevole per il guidatore. La cintura di sicurezza a tre punti, che consiste in una cintura che attraversa il petto e l'addome, fornendo una maggiore protezione rispetto alla cintura di sicurezza a due punti, che solo attraversa il petto, si rivelò un'innovazione rivoluzionaria. L'invenzione di Bohlin, che utilizziamo ancora oggi, salvò innumerevoli vite e ridusse significativamente i traumi in caso di incidenti. Volvo fu la pioniera nell'adozione di questa tecnologia nei propri veicoli, e presto anche altri produttori seguirono l'esempio.
Tuttavia, ci vollero molti anni perché la cintura di sicurezza diventasse obbligatoria per legge. Nel 1968, il Congresso degli Stati Uniti richiese che tutte le automobili prodotte negli Stati Uniti fossero dotate di cinture di sicurezza, ma l'obbligo non fu esteso a tutti gli occupanti dell'auto fino al 1984. La prima nazione al mondo a rendere obbligatorie per legge le cinture di sicurezza fu la Cecoslovacchia nel 1969. L'Italia rese obbligatori gli attacchi delle stesse a partire dal 15 giugno 1976 tramite l'articolo 72, comma 2 del Codice della Strada, e la Circolare D.G. n. 76/77 del 9 dicembre 1977, mentre le cinture divennero obbligatorie nel 1988 tramite la legge 111 del 1988 (obbligo che comprese i veicoli immatricolati dal 1º gennaio 1978), introducendo anche l'obbligo d'uso per i posti anteriori, mentre dal 18 marzo 1990 chiunque deve indossare le cinture di sicurezza. Inoltre, l'obbligo di utilizzare la cintura di sicurezza non è stato introdotto in tutti i paesi del mondo fino a molti anni dopo. Secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), solo il 59% dei paesi del mondo ha leggi che richiedono l'uso della cintura di sicurezza sui sedili anteriori, e solo il 31% dei paesi del mondo ha leggi che richiedono l'utilizzo della cintura di sicurezza sui sedili posteriori.
Le cinture di sicurezza sono uno dei più importanti meccanismi di protezione sia per il guidatore che per i passeggeri in caso di incidente: riducono le probabilità di urtare l'interno del veicolo o di essere catapultati fuori al momento dell'impatto. Nelle autovetture le cinture di sicurezza, oltre a trattenere il corpo dell'occupante al fine di non farlo sbalzare fuori dal veicolo o impattare contro il parabrezza o contro la plancia, riducono il rischio di lesioni agli arti inferiori e il rischio di impatto del torace con il volante.
Le Diverse Tipologie di Cinture di Sicurezza
Esistono diverse tipologie di cinture di sicurezza, ognuna con caratteristiche specifiche:
- Subaddominale o a "due punti": fascia solo il bacino ed è dotata di due punti di ancoraggio.
- Diagonale: fascia obliquamente il torace ed è dotata di due punti di ancoraggio.
- A tre punti: è costituita da una cintura subaddominale e da una diagonale. È la tipologia più diffusa nelle automobili private ed è utilizzata sia sui posti anteriori che su quelli posteriori.
- A bretella: è costituita da una cintura subaddominale e da due bretelle. Le cinture di sicurezza a cinque punti sono tipicamente utilizzate in attività sportive o per la sicurezza dei bambini.
Oltre agli elementi flessibili che trattengono il corpo, le cinture di sicurezza includono altri componenti cruciali:
- Anello oscillante: strumento che consente di fissare la cintura che vi passa dentro l'ancoraggio.
- Pretensionatore: è un dispositivo che, in caso di movimenti violenti, tende la cintura di sicurezza per trattenere il corpo sul sedile. Può essere azionato da una molla o da una piccola carica esplosiva che, in caso di urto, spinge un pistoncino che riavvolge la cintura (se applicato all'arrotolatore) o tira la fibbia (se applicato al ramo fibbia). Il pretensionatore a carica esplosiva può entrare in funzione una sola volta, rendendo necessaria la sua sostituzione. È importante recuperare gli errori di posizione dell'occupante (out of position). La forza applicata sulla cintura dal pretensionatore è chiamata slack. Un altro tipo di pretensionatore più recente è il pretensionatore elettrico, costituito da un motore elettrico che avvolge la cintura dalla parte dell'arrotolatore. Serve per poter recuperare l'out of position in maniera reversibile: la cintura viene tirata solo durante l'urto e poi viene rilasciata.
I rischi comportati dalla guida senza cinture di sicurezza hanno portato le case automobilistiche a inserire nella plancia delle vetture una spia rossa (colore tipicamente associato al pericolo), raffigurante una figura umana che indossa correttamente le cinture, che si accende se le cinture anteriori sono slacciate o non correttamente inserite. Con il decreto legislativo del 13 marzo 2006, n. La direttiva comunitaria 76/115/CEE recepita con D.M. Il Ministero dei Trasporti con nota n. B053/2000/MOT del 22.6.2000 ha chiarito che l'obbligo di installare le cinture di sicurezza, sia nei posti anteriori che in quelli posteriori, riguarda i veicoli appartenenti alla categoria M1 immatricolati dal 15.6.1976 e muniti sin dall'origine di appositi ancoraggi.
Come le cinture di sicurezza sono passate dall'essere odiate all'essere obbligatorie
L'Airbag: Un Passo Rivoluzionario nella Sicurezza Passiva
Con la crescente diffusione delle cinture di sicurezza, i costruttori di auto iniziarono a cercare altri modi per proteggere conducente e passeggeri. Così nacquero gli airbag. L'invenzione dell'airbag è datata 1952 a cura di John W. Hetrick che ne depose il brevetto negli Stati Uniti l’anno successivo. L'idea di Hetrick, per funzionare correttamente, richiese numerosi test e miglioramenti tecnologici, tra cui il sensore di impatto, inventato da Allen K. Breed, per cui solo negli anni Settanta le case automobilistiche americane iniziarono a commercializzare i primi modelli con questo dispositivo a bordo. La prima vettura a montare questi strumenti di serie fu la Oldsmobile Tornado nel 1973, seguita ben presto da altri modelli della Biock e Cadillac. Tuttavia, l’accoglienza del mercato non fu molto calda e nacquero numerose controversie sull'effettivo funzionamento di questi dispositivi. In ogni caso la prima accoglienza del mercato non fu positiva e vi furono controversie anche sulla valutazione della validità del dispositivo, che venne definitivamente accettato solamente nella prima metà degli anni ottanta con la raccomandazione dell’uso in unione con le cinture di sicurezza.
Ma non fu un successo e fu abbandonato. Ritornò sul mercato nel 1984 quando fu presentato dalla Mercedes prima sui modelli di alta gamma, poi anche su tutti gli altri. La prima vettura in Europa ad avere airbag di serie fu la Mercedes-Benz, ma solo come optional di lusso sui modelli di alta gamma. Sulla scia del successo tedesco, dopo qualche anno Ford e General Motors lo riproposero come optional, fino a quando una legge del governo americano lo impose a tutti i veicoli costruiti dopo il 1989, rendendolo un equipaggiamento standard. Fin dalla sua introduzione ufficiale negli anni '80, l'airbag per autoveicoli ha salvato innumerevoli vite. Non è esagerato affermare che l'airbag è il fulcro del sistema di sicurezza automobilistico.
Come Funziona un Airbag
Questi dispositivi sono costituiti da uno o più palloni che, al momento di un forte impatto, vengono gonfiati grazie a una piccola carica pirotecnica e dal successivo rilascio di gas. Nel processo di guida del veicolo, il sistema airbag rileva un impatto esterno e il suo processo di attivazione deve passare attraverso diverse fasi. In primo luogo, il sensore di collisione dei componenti del airbag rileva l'intensità della collisione e il modulo di diagnostica dei sensori (SDM) determina se attivare l'airbag in base alle informazioni sull'energia d'impatto rilevate dal sensore. In caso affermativo, il segnale di controllo viene inviato al dispositivo di gonfiaggio dell'airbag. A questo punto, le sostanze chimiche presenti nel generatore di gas subiscono una reazione chimica per produrre un gas ad alta pressione che viene immesso nell'airbag nascosto all'interno del gruppo airbag, in modo che l'airbag si espanda e si dispieghi istantaneamente.
In questo modo, mentre la testa e il corpo si protraggono in avanti, questi palloni decelerano il movimento evitando danni alla testa e al busto. L’airbag viene gonfiato in pochi decimi di secondo a una velocità di circa 320 Km/h. L’airbag viene gonfiato in 30/50 millesimi di secondo a una velocità di circa 3,2 × 10^5 m/s, pertanto può spingere all’indietro la testa del conducente. L'intero processo di gonfiaggio e dispiegamento dell'airbag deve essere completato in un tempo brevissimo, circa da 0,03 a 0,05 secondi. Per evitare che gli occupanti urtino il volante o il cruscotto, l'intero processo di gonfiaggio e dispiegamento dell'airbag deve essere completato in un tempo brevissimo, circa da 0,03 a 0,05 secondi.
L’airbag può essere usato una sola volta e, dopo il primo urto, deve essere sostituito. 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.
L'Evoluzione degli Airbag: Dalla Prima Generazione all'Intelligenza Artificiale
La prima generazione di airbag era in linea con l'intento della fase iniziale di sviluppo tecnologico, ovvero, in caso di collisione esterna, gli airbag servono a impedire che la parte superiore del corpo dei passeggeri che indossano le cinture di sicurezza urti contro il volante o il cruscotto. Tuttavia, a causa dell'elevata pressione di gonfiaggio che si raggiunge al momento dell'attivazione, l'airbag può causare lesioni a donne di piccola statura o a bambini.
In seguito, i difetti della prima generazione di airbag sono stati continuamente migliorati, e si è arrivati alla seconda generazione di airbag a decompressione. L'airbag a decompressione riduce la pressione di gonfiaggio (circa il 30%) rispetto al sistema airbag di prima generazione e diminuisce la forza d'impatto generata all'attivazione. Tuttavia, questo tipo di airbag offre una protezione relativamente inferiore agli occupanti di corporatura robusta, pertanto lo sviluppo di un nuovo tipo di airbag in grado di compensare questo difetto è diventato un problema urgente da risolvere.
L'airbag di terza generazione è anche chiamato airbag "a doppio stadio" o "intelligente". La sua caratteristica principale è che il metodo di controllo viene modificato in base alle informazioni rilevate dai sensori. I sensori installati nel veicolo possono rilevare se l'occupante indossa la cintura di sicurezza, la velocità di collisione esterna e altre informazioni necessarie. Il controller utilizza queste informazioni per un calcolo complessivo e regola il tempo di attivazione e la forza di espansione dell'airbag.
Attualmente, il più utilizzato è l'Advanced di quarta generazione airbag. Diversi sensori installati sul sedile vengono utilizzati per rilevare la posizione dell'occupante sul sedile, nonché informazioni dettagliate sulla sua corporatura e sul suo peso, e utilizzano queste informazioni per calcolare e determinare se attivare l'airbag e la pressione di espansione, migliorando notevolmente la protezione della sicurezza dell'occupante.
Tipologie Avanzate e Applicazioni Specialistiche
Il funzionamento degli airbag è più o meno sempre lo stesso, ciò che può cambiare sono però forma e dimensioni, che variano in base alla posizione all’interno della vettura. Abbiamo quindi il classico airbag per guidatore e passeggero, airbag posteriori, a tendina, laterali fino agli ultimi ritrovati di piccoli dispositivi situati sotto il volante che salvaguardano le gambe del guidatore.
- Detonatore: che innesca una capsula esplosiva che può contenere quantità variabili di azoturo di sodio. Solitamente l’apertura di questa tipologia è più veloce rispetto quella pirotecnica; quindi, vengono utilizzati in tutte quelle posizioni in cui è indispensabile che l’apertura sia repentina come airbag laterali o a tendina; infatti, a causa della loro posizione ravvicinata al conducente devono riuscire ad aprirsi in modo quasi istantaneo.
- 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 dual stage: 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.
Le cuciture che costituiscono l’airbag possono essere realizzate in modo da ottenere una apertura in due stadi: un’apertura più progressiva riduce la violenza dell’impatto contro l’occupante. Inoltre 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.
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. Una ulteriore funzionalità, in genere presente, 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.
La Continua Evoluzione della Sicurezza Automobilistica
Le dotazioni di sicurezza delle automobili sono quindi in continua evoluzione; di anno in anno, infatti, gli standard di sicurezza migliorano. Oltre alle cinture e agli airbag, altre innovazioni hanno contribuito a rendere le auto più sicure. Le zone di deformazione, introdotte negli anni '50 da Mercedes-Benz, sono progettate per assorbire e dissipare l'energia in caso di incidente, riducendo la forza trasmessa ai passeggeri. I freni anti-bloccaggio (ABS), introdotti negli anni '70, impediscono il blocco delle ruote durante la frenata, aiutando a mantenere il controllo del veicolo. Il controllo elettronico della stabilità (ESC), introdotto negli anni '90, aiuta a mantenere il controllo del veicolo durante le sbandate applicando automaticamente i freni a ciascuna ruota.
Il futuro della sicurezza automobilistica risiede nei sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS), che utilizzano sensori, telecamere e radar per rilevare i potenziali pericoli e prevenire gli incidenti prima che accadano. Anche nell'era dei veicoli a guida autonoma, gli airbag manterranno sempre un ruolo fondamentale nella protezione degli occupanti.
Guardando indietro alla storia dei sistemi di sicurezza delle auto, è incredibile vedere quanto siamo progrediti. Dai primi giorni senza cinture o airbag alle tecnologie avanzate di oggi, l'industria automobilistica ha fatto della sicurezza una priorità assoluta. La prossima volta che ti metti al volante, prenditi un momento per apprezzare tutti i sistemi di sicurezza progettati per proteggerti.
