Airbag: cos’è e come funziona?

L’airbag (a volte anche chiamato cuscino salvavita) è un dispositivo di sicurezza passiva (ovvero quelli che intervengono dopo il crash, per evitare o ridurre lesioni) installato all’interno del volante, della plancia, dei sedili o del padiglione di un’automobile per proteggere i passeggeri dagli urti in caso di incidente stradale. Pochi di noi, per fortuna, lo hanno mai visto in azione. Vediamo quindi com’è fatto al suo interno e come funziona.

Quando nasce?

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’uso di questa protezione in campo automobilistico si fa risalire alla fine degli anni sessanta con il perfezionamento degli altri componenti necessari al suo funzionamento. Dopo prototipi presentati e testati da quasi tutte le case automobilistiche statunitensi, la prima autovettura di produzione che presentò l’innovazione fu la Oldsmobile Toronado nel 1973 seguita ben presto da altri modelli della Buick e della Cadillac.

In ogni caso la prima accoglienza del mercato non fu molto positiva e vi furono numerose controversie anche sulla valutazione dell’effettiva validità del dispositivo che venne definitivamente accettato solamente nella prima metà degli anni ottanta con la raccomandazione dell’uso sempre in unione con le cinture di sicurezza e non in loro sostituzione. Superati i dubbi sulle sue controindicazioni l’airbag è diventato in breve tempo uno dei punti qualificanti di ogni autovettura sotto il punto di vista della sicurezza automobilistica e si è diffuso man mano anche sui veicoli di minor cilindrata e sulle utilitarie. I primi airbag laterali al mondo sono stati montati da Volvo nel 1994.

Come funziona?

Sulle automobili è costituito da un pallone (camera d’aria) che, al momento di un violento urto della vettura, ad esempio in un incidente stradale, viene gonfiato da una piccola esplosione o dal rilascio istantaneo di gas compresso. Il pallone gonfio che si ottiene evita che la testa e altre parti vitali degli occupanti colpiscano elementi contundenti dell’abitacolo. Se in una vettura sono presenti airbag, è estremamente importante indossare le cinture di sicurezza.

L’airbag viene gonfiato in 30/50 millesimi di secondo a una velocità di circa 3,2 x 10⁵m/s pertanto può spingere all’indietro la testa del conducente. Perciò è importante che il poggiatesta del sedile sia realizzato con un materiale morbido o imbottito, e abbia una forma inclinata ad angolo acuto, in modo da evitare il rischio di una contusione cerebrale, perché il cervelletto non urti il poggiatesta.

L’airbag può essere usato una sola volta e, dopo il primo urto, deve essere sostituito. Diversamente da un paracadute non può essere ripiegato e reinserito nell’apposito vano. Il prezzo di un airbag oscilla tra i 200 e i 1000 euro ed ormai è di serie su tutte le auto. Il costo dei dispositivi di sicurezza è un problema parzialmente attenuato da una diffusione su vasta gamma, che consente economie di scala. 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.

Pur se il funzionamento è simile per tutti i tipi di airbag, questi sono prodotti in diverse dimensioni e forme, per poter essere montati in differenti parti dell’autoveicolo; 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 e le ginocchia di guidatore e passeggero.

Il sistema airbag è costituito da:

• un sensore che rileva la brusca decelerazione del mezzo causata da un impatto
• una centralina elettronica che riceve il segnale del sensore, lo elabora e invia il comando di accensione a un detonatore
• un detonatore che innesca la sostanza (azoturo di sodio contenuto in quantità variabili da 50 a 200g) contenuta nella capsula esplosiva attraverso una corrente elettrica o un urto di un puntale; la capsula esplodendo sviluppa una grande quantità di gas, nello specifico azoto, per gonfiare il contenitore (se l’airbag è di tipo pirotecnico)
• una eventuale seconda capsula (negli airbag ibridi) che contiene del gas inerte precompresso che va a gonfiare il sacco
• l’airbag vero e proprio, un “pallone” solitamente di materiale sintetico e dotato di fori nella parte posteriore, per permettere un rapido sgonfiaggio.

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. Per gli airbag frontali del guidatore e del passeggero si può scegliere fra i due. Gli airbag ibridi necessitano di una quantità di carica minore dei pirotecnici, quindi la loro produzione è facilitata e meno costosa sotto questo punto di vista.

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 o un occupante leggero: la loro ridotta quantità di moto non necessita il dispiegamento completo del sacco. Il secondo caso è utilizzato per ridurre la violenza dell’impatto dell’occupante con l’airbag. 

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 lo sterzo; subito dopo comincia però 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 una apertura in due stadi: un’apertura più progressiva riduce la violenza dell’impatto contro l’occupante. Sull’efficacia dell’airbag influisce anche il ripiegamento del sacco.

Se funzionasse in modo anomalo?

Nel 2013, una serie di incidenti (aperture involontarie o malfunzionamenti) con gravi danni alle persone, fino alla morte, causati dagli airbag Takata ha reso necessario a richiamare 3,6 milioni di automobili. Altri difetti hanno fatto si che la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) richiamasse oltre 42 milioni di automobili dal mercato americano; il richiamo più grande della storia USA, che ha generato la procedura di bancarotta per la società giapponese.

Esistono altri tipi di airbag?

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. Il sistema airbag, sfrutta lo stesso principio delle automobili ma con una protezione che avvolge tutte le parti “vitali” del corpo umano (cervicale, fianchi e colonna vertebrale ed in alcuni casi anche il torace). In caso di attivazione, al contrario di quello delle automobili, si ricarica ed è nuovamente utilizzabile.

Varie case automobilistiche prevedono 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. 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 prima implementazione commerciale si trova dal 2012 nella Volvo V40.