Techniek: Airbags - Lucht redt levens

De airbag behoort al sinds de jaren 80 tot de standaarduitrusting van auto’s. Tegenwoordig is elke auto voorzien van een groot aantal airbags. Motorfietsen ontberen doorgaans deze levensreddende techniek, al levert Honda sinds 2006 een airbag op de GoldWing. Voor motorrijders zijn er echter wel airbagjassen en -pakken. En ook die worden steeds geavanceerder.

TEKST: Peter Aansorgh - FOTO’S: Honda, AutoLiv, APC, Peter Aansorgh, MotoPort, Hit-Air, Siemens

Een voertuigairbag is een grote canvas zak, die bij een aanrijding razendsnel wordt opgeblazen en zo zorgt dat je niet op het keiharde stuur of tegen het dashboard of de kuipruit klapt. Elke auto, hoe klein ook, heeft minstens één bestuurdersair- bag, terwijl de echte luxevervoermiddelen over een heel scala aan plofzakken beschikken, van stuurairbags, tot knie-, stoel- en gordijnairbags. Zo kunnen er in zo’n auto zomaar acht tot tien van die explosieve kussens zitten. En dat is niet voor niets, want de praktijk heeft uitgewezen dat de airbag levens redt. In de VS meldt een publicatie van de National Highway Traffic Safety Administration dat er tussen 1987 en 2017 maar liefst 50.000 automobilisten door deze voorziening zijn gered. Europese cijfers zijn moeilijk te vinden.

Activeren

Airbags zitten verstopt in het stuur, het dashboard, stoelen, daklijsten of deurstijlen. Of zoals bij de Honda GoldWing: vlak voor het stuur in de tank. Bij een aanrijding wordt de airbagzak razendsnel opgeblazen. Het duurt immers maar een paar milliseconden voordat je tegen je stuur vliegt nadat je voertuig een obstakel heeft geraakt. En dat is best een uitdaging, want er moet heel wat gebeuren voor de zak wordt geactiveerd. 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 raakt 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 meerdere 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-statesensoren gebruikt. Daarin zit meestal een piëzo-elektrisch kristal dat een spanning opwekt bij een bepaalde vertraging. De activeringsdrempel ligt doorgaans tussen 3 tot 5 g.

Springstof

Wanneer de computer een aanrijding detecteert, laat hij de airbag zich ontvouwen. Dat gebeurt meestal met be- hulp van een explosief. Dat explosief is in feite niets an- ders dan een stof die heel snel verbrandt en 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 hem te ontsteken. De kruitlading explodeert vervolgens de gasgenerator in, waar het de rest van de springstof aansteekt.

Als springstof werd in eerste instantie natriumazide (NaN3) gebruikt. Daaraan werden kaliumnitraat (KNO3) en siliciumoxide (SiO2) toegevoegd. Als dat ontplofte, ontstond een grote hoeveelheid stikstofgas, dat via een filter naar de canvas zak werd geblazen. Tegenwoordig wordt natriumazide niet meer gebruikt, omdat het niet goed tegen hoge temperaturen kan. De airbags worden daardoor op den duur onbetrouwbaar. Het is nu vervangen door guanidinenitraat (MCH4N4O2). Om dat snel te laten verbranden is amoniumnitraat (NH4NO3) toegevoegd als oxidator en V6MO15O60 als katalysator. 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, die kleine explosie knalt de ventielklep van de gascilinder open.

Er zijn ook hybride systemen, die een pyrotechnische lading met een hogedruksysteem combineren. In beide gevallen ontplooit de airbag razendsnel. De boordcom- puter beslist in 0,015 seconden of de airbag moet ontplooien, waarna de zak met 150-200 km/u open knalt. In slechts 0,035 seconden is de zak vol, zodat de rijder 0,08 seconden na de crash met zijn lichaam door de canvas zak wordt opgevangen. Hij zakt daarin weg, omdat het gas door gekalibreerde gaten uit de canvas zak kan ontsnappen. Dat is erg belangrijk, want het is een van de cruciale factoren die hersenletsel helpen voorkomen.

Airbag op motorfiets

De airbag behoort al sinds de jaren 80 tot de standaarduitrusting van auto’s. Motorfietsen hadden ze tot voor kort niet. Nu is het ook 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 terechtkomt. Desondanks heeft Honda enkele jaren geleden toch een airbag voor een motorfiets ontwikkeld. De ontwikkeling duurde zestien jaar. Sinds 2006 wordt ze op de GoldWing 1800 toegepast. 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 effectief wordt verminderd dat de kans op ernstig letsel in belangrijke mate wordt verminderd.

Hit-Air airbagjas

Nadeel van een motorfietsairbag is, dat je nooit zeker weet dat de motorrijder precies op de airbag terechtkomt. Het zou beter zijn als de airbag aan de rijder zelf vastzat. Dat bracht de Japanse fabrikant Hit-Air op het idee om een jas met geïntegreerde airbag te ontwikkelen, die in 1995 op de markt kwam. De airbag bestond uit een soort opblaasbare kunststof worsten, die met behulp van CO2-patronen werden opgeblazen. Het triggermechanisme was met een kabel aan de motor bevestigd. Het principe was eenvoudig: zodra de rijder van de motor viel, rukte de kabel een ventiel tussen de CO2-patronen en de airbag open, zodat die kon vol- stromen met CO2-gas. Binnen een halve seconde waren de worstkussens opgeblazen. Zo beschermden ze de kwetsbare delen, zoals de nek, de ruggengraat, de borst en de zijkant van de ribbenkast. Via een gekalibreerd klepje kon het gas ontsnappen, zodat je na de aanrijding niet door de jas werd gesmoord. Het duurde een seconde of tien voordat de eerste druk eraf was.

Het voordeel van het Hit-Air-systeem was, dat je de CO2 patronen kon vervangen, zodat de jas – indien niet te zeer beschadigd – na een impact opnieuw gebruikt kon worden. De Hit-Air-jas is overigens nog steeds verkrijgbaar. Hetzelfde systeem wordt toegepast in airbag-jassen van sommige andere merken.

Alpinestars

Alpinestars heeft inmiddels ook al jaren een airbagsysteem in het gamma. Oorspronkelijk was het bedoeld voor eendelige racepakken. Hun Tech Air-systeem zie je bijvoorbeeld bij GP-rijders. Het hart van het Alpinestars-systeem is een elektronische controle-unit, die in de aerodynamische ‘hump’ is ondergebracht, samen met de gasgenerator en een ingebouwde lithium-ionvoedingsbatterij. De gasgenerator bestaat uit twee flesjes met stikstofgas. Het gas stroomt bij een impact via twee polyurethaanslangen naar twee airbags, die in vakjes op de schouders zijn geplaatst, binnen in het leren pak.

Het pak is zodanig ontworpen dat het kan meegeven wanneer de airbags afgaan. De controle-unit houdt de bewegingen van de rijder in de gaten via een aantal sensoren (soms wel twaalf stuks), die op de armen, benen en in de controle-unit zelf zijn ondergebracht, waaronder 3 drie-assige versnellingsopnemers en een drie-assige gyroscoop, gelijkaardig aan de IMU. Het systeem wordt actief als de sensoren detecteren dat de rijder op de motor zit en langzaam rijdt. Dat voorkomt dat de airbags afgaan wanneer het niet nodig is. Tijdens het rijden meet de controle-unit de bewegingen van de rijder elke 2 milliseconden. Wanneer hij daarbij onregelmatigheden of extreme krachten detecteert, bepaalt hij via een door Alpinestars ontwikkeld algoritme en AI of de rijder crasht. Als dat zo is, activeert hij het triggermechanisme. Met de hulp van een kleine kruitlading wordt het ventiel van een van beide gasflesjes opengeschoten, waarna de 2,8 l grote airbags worden opgeblazen. Dat duurt 45 milliseconden. De airbag beschermt de rijder gedurende 5 seconden, waarna de luchtkamers beginnen leeg te lopen. Na 20-25 seconden is de airbag leeg, zodat het pak zijn oorspronkelijke vorm weer aanneemt. Mocht de rijder zijn motor weer oppikken en doorrijden, dan activeert het airbagsysteem zich na 60 seconden automatisch weer. Dankzij het tweede gasflesje kunnen de airbags namelijk nog een tweede keer worden geactiveerd. Inmiddels past Alpinestars dit systeem ook toe op jassen en vesten voor straat- en offroadrijders. Je kunt de systemen via bluetooth verbinden met een app op je gsm. Daarmee kun je schakelen tussen circuitmodus en straatmodus.

Dainese D-Air

Ook de Italiaanse kledingfabrikant Dainese heeft een airbagsysteem in het gamma. Dit D-Air systeem is in twee varianten leverbaar, een voor weggebruik en een voor op het circuit. Beide systemen zijn in het pak ingebouwd en maken gebruik van drie-assige versnellingsopnemers en dito gyroscopen, en ook van een gps-systeem. De ECU van het systeem controleert de input van de sensoren duizendmaal per seconde om te detecteren of er een crash plaatsvindt en hoe erg die crash is. De straatversie en de circuitversie gebruiken daarvoor verschillende algoritmen.

De airbag wordt opgeblazen met behulp van gaspatronen. Als de controle-unit een crash detecteert, kan hij de 4 liter grote airbag in 15 milliseconden activeren. 30 milliseconden later is de D-air-airbag volledig opgeblazen. In totaal duurt het dus 0,045 seconden voor de airbags vol zijn en dat is belangrijk, want onderzoek wijst uit dat een airbagsysteem zinloos is als het er langer dan 0,080 seconden over doet. Overigens doet de controle-unit van het race-D-Air ook dienst als datalogsysteem en je kunt hem via bluetooth verbinden met je gsm. De batterijd- uur is 26 uur in stand-by en 8 uur bij gebruik.