Co bylo před airbagy: Když se volant snažil nezabít řidiče

Představte si automobilovou nehodu někdy v padesátých letech. Řítíte se svým krásným sedanem po okresní silnici, před vámi se nečekaně objeví překážka a vy zjišťujete, že tehdejší bubnové brzdy mají na fyzikální zákony poněkud odlišný názor než vy. Následuje rána, přední část auta se začne deformovat a vaše tělo pokračuje v pohybu vpřed. Zákon setrvačnosti totiž nezná výjimky ani pro majitele vozů s chromovanými nárazníky.

Pokud nemáte zapnutý bezpečnostní pás, což tehdy nebylo nic neobvyklého, čeká vás velmi nepříjemné setkání s volantem. A právě tady se dostáváme k jednomu z největších problémů historických automobilů.

Volant totiž býval pevně spojen s dlouhou ocelovou hřídelí, která vedla od převodky řízení až k rukám řidiče. V některých konstrukcích šlo o poměrně přímou a velmi tuhou součást. Při čelním nárazu se tak mohly odehrát hned dvě nepříjemné věci. Buď se řidič vlastní setrvačností vrhl proti volantu, nebo se při deformaci přední části automobilu celý mechanismus řízení posunul směrem do kabiny. V horším případě obojí současně.

Automobilky si tento problém postupně uvědomovaly. Jenže jak ho vyřešit? Volant samozřejmě nemohl zmizet (ačkoli.. ale k tomu dojdeme..), řízení muselo zůstat dostatečně pevné a žádné elektronicky řízené airbagy zatím nebyly k dispozici. Konstruktéři proto začali experimentovat se samotným tvarem volantu, jeho materiály i konstrukcí sloupku řízení. A některé jejich nápady byly opravdu pozoruhodné.

Volant, který měl při nárazu ustoupit

Jedním z prvních kroků bylo přehodnocení samotné konstrukce volantu. Zatímco dřívější volanty měly často tenký kovový věnec, pevné příčky a poměrně malý střed, bezpečnostní volanty začaly dostávat nové tvary.

Základní myšlenka byla jednoduchá. Pokud už má řidič do volantu narazit, bylo by dobré, aby se nárazová síla rozložila na větší plochu a aby se část energie spotřebovala deformací volantu namísto deformace řidiče. Začaly se proto objevovat volanty s hlubším, měkce polstrovaným středem, deformovatelnými příčkami nebo konstrukcí, která měla při zatížení kontrolovaně povolit.

Důležité bylo také umístění věnce vůči středu. U některých bezpečnostních volantů byl střed výrazně zapuštěný nebo naopak opatřený rozměrnou nárazovou plochou. Cílem bylo omezit riziko, že řidič při nehodě narazí přímo na tvrdý konec hřídele řízení.

Příkladem raného přístupu je bezpečnostní volant Fordu z poloviny padesátých let, známý jako Lifeguard steering wheel. Ford jej představil pro modelový rok 1956 jako součást širšího bezpečnostního programu Lifeguard. Volant měl hluboce zapuštěný střed, aby se při nárazu řidiče snížilo riziko kontaktu s tuhým nábojem řízení.

Byl to jeden z případů, kdy se automobilka pokusila prodávat bezpečnost jako přednost, nikoliv jako nepříjemné připomenutí, že se v autě dá také zemřít. Zajímavé přitom je, že bezpečnostní volanty nemusely na první pohled působit nijak zvláštně. Některé připomínaly běžné volanty své doby, jen měly důmyslně tvarované příčky nebo speciální deformační prvky ukryté pod plastovým obložením.

Jiné naopak vypadaly, jako kdyby je konstruktér navrhoval s vědomím, že řidič bude volant občas používat také jako boxovací pytel.

Mercedes a jeho zvláštní bezpečnostní volant

Když se řekne historie pasivní bezpečnosti, nelze vynechat Mercedes-Benz. Stuttgartská automobilka se bezpečností zabývala systematicky už v době, kdy ostatní výrobci řešili především to, kolik chromu se ještě vejde na přední masku.

Významnou postavou byl konstruktér Béla Barényi, jehož práce přispěla mimo jiné k rozvoji bezpečnostní karoserie s deformačními zónami a pevnou kabinou pro cestující. V roce 1959 představil Mercedes řadu W111, přezdívanou Heckflosse, tedy ploutev. Vedle bezpečnostní karoserie měla také řešení interiéru zaměřená na omezení následků nehody.

Jedním z nich byl volant s rozměrným, měkce obloženým středem. Jeho úkolem bylo rozložit zatížení při kontaktu s tělem řidiče a omezit nebezpečí poranění tvrdými částmi řízení. Mercedes postupně rozvíjel i bezpečnější konstrukce sloupků řízení. U pozdějších modelů se objevovala řešení, která měla zabránit nebezpečnému posunutí volantu do kabiny a umožnit řízenou deformaci při nárazu.

Z dnešního pohledu možná takový volant působí trochu komicky. Uprostřed má cosi, co připomíná velký čalouněný talíř. Jenže tenhle talíř měl při nehodě podstatně příjemnější vlastnosti než konec ocelové trubky. A to byl pokrok.

Bezpečnostní pás je opravdu bezpečnostní

V roce 1959 Volvo nasazuje do svých modelů tříbodový bezpečnostní pás, který představuje zásadní gamechanger. Dosud používaný bederní pás měl za cíl udržet posádku v případě nárazu uvnitř auta, to bylo ale vlastně tak nějak všechno. Nový tříbodový pás ale udrží řidiče víceméně v sedačce a omezí sílu, jakou je vržen proti volantu.

A tady je bezpečnsot skutečně mění, automobilky ji začínají brát skutečně vážně a implementují složité deformační prvky přímo do základní konstrukce vozu. V kombinaci s měkčeným volantem dává tříbodový bezpečnsotní pás konečně řidiči skutečně nějakou tu šanci přežít i vážnější kolizi.

Když nestačilo změkčit volant, musela přijít na řadu hřídel

Jenže měkký střed volantu řešil pouze část problému. Co když se při nehodě samotná hřídel řízení posunula směrem k řidiči? V takovém případě bylo celkem jedno, jestli měl volant uprostřed polštářek, nebo rovnou čalounění z obývacího pokoje. Konstruktéři proto začali pracovat na bezpečnostních sloupcích řízení.

Princip spočíval v tom, že sloupek už neměl být jedním tuhým kusem oceli, který při čelním nárazu přenese pohyb přední části vozu přímo do prostoru řidiče. Místo toho se začaly používat vícedílné hřídele, teleskopické mechanismy a speciální deformační prvky. Teleskopický bezpečnostní sloupek fungoval podobně jako zasouvací trubka. Při běžném řízení musel samozřejmě spolehlivě přenášet otáčivý pohyb volantu, ale při dostatečně silném axiálním zatížení se jeho jednotlivé části mohly zasunout do sebe.

To ovšem neznamenalo, že se sloupek měl při nárazu jednoduše složit jako levná zahradní židle. Deformace musela být kontrolovaná, s odpovídajícím odporem, aby se při ní spotřebovala část kinetické energie. Vedle teleskopických mechanismů se používaly také konstrukce s klouby, přesazenými hřídelemi a deformačními členy. Ty pomáhaly omezit přímý přenos sil od převodky řízení k volantu. U některých řešení se při nárazu deformovaly speciální kovové části, u jiných se hřídel řízeně zkracovala.

Mercedes-Benz zavedl v srpnu 1967 napříč svou řadou osobních automobilů bezpečnostní řízení s teleskopickým sloupkem a speciálním deformačním prvkem uprostřed volantu, označovaným jako Pralltopf. Ten při nárazu řidiče absorboval část energie a spolu se sloupkem představoval významný pokrok v pasivní bezpečnosti.

Dnes se nad podobnými řešeními možná pousmějeme. V éře volantů s dotykovými tlačítky, vyhříváním a integrovaným airbagem působí bezpečnostní volant sedmdesátých let jako výrobek z doby, kdy konstruktéři dostali k dispozici kus plechu, molitan a zadání, aby s tím něco udělali.

A pak přišli inženýři Audi, kteří si řekli, že místo změkčování volantu by možná bylo nejlepší dostat ho při nehodě úplně z cesty. V osmdesátých letech už automobilový svět věděl, že nafukovací airbag může být velmi účinným bezpečnostním prvkem. Automobilky pracovaly na vlastních řešeních a zdálo se, že budoucnost patří právě vzduchovým vakům. Jenže Audi mělo jiný nápad.

V Ingolstadtu se rozhodli, že místo toho, aby řidiči při nehodě nafoukli před obličejem polštář, raději mu z cesty odtáhnou samotný volant. A když už budou u toho, ještě pořádně utáhnou bezpečnostní pásy. Vznikl systém procon-ten, představený v roce 1986. Jeho název vycházel z anglického Programmed Contraction and Tension, tedy přibližně programovaného stažení a napnutí.

A fungoval způsobem, který by dnes mohl působit jako mechanický trik z dílny nějakého mimořádně nadaného hodináře. Audi totiž využilo jednu ze svých charakteristických konstrukčních vlastností. Podélně uložený motor před přední nápravou. Při těžkém čelním nárazu se motor a převodovka vlivem deformace přídě posouvaly směrem dozadu. Za normálních okolností je takový pohyb samozřejmě nežádoucí, protože může znamenat nebezpečí pro prostor posádky. Jenže konstruktéři Audi přišli na způsob, jak tento pohyb využít.

Mechanická aktivní bezpečnost

Kolem pohonného ústrojí vedla soustava ocelových lanek, která byla propojena s mechanismem sloupku řízení a předními bezpečnostními pásy. Když se při dostatečně silném čelním nárazu motor s převodovkou posunul dozadu, lanka se napnula a uvedla celý mechanismus do činnosti. Výsledek? Volant se začal pohybovat směrem dopředu, tedy pryč od řidiče, zatímco přední bezpečnostní pásy se současně přitáhly.

A nejlepší na tom bylo, že k tomu systém nepotřeboval elektronickou řídicí jednotku, čidla nárazu ani pyrotechnické náplně. Stačila fyzika, ocelová lanka a dobře promyšlená konstrukce.

Klasický bezpečnostní sloupek řízení se snažil zabránit tomu, aby se volant při nárazu nebezpečně přiblížil k řidiči. Audi šlo ještě dál a rozhodlo se volant aktivně odtáhnout. A to pořádně, nepředstavujte si nějakých pár centimetrů k dobru, systém skutečně silou zamáčkl volant hluboko do palubní desky.

Z konstrukčního hlediska šlo o pozoruhodný systém. Jeho činnost byla závislá na deformaci přední části automobilu, takže nepotřeboval samostatný zdroj energie. Tu mu poskytovala samotná nehoda. To je vlastně docela elegantní.

Geniální nápad, který měl své hranice

Systém procon-ten se objevil například v modelech Audi 80, 90, 100, 200 a V8. V různých provedeních se používal až do devadesátých let. Přestože šlo o zajímavou alternativu k airbagům, měl také své nevýhody.

Tou nejzásadnější byla závislost na konkrétním průběhu nehody. Aby mechanismus správně fungoval, muselo dojít k odpovídající deformaci přední části vozu a pohybu pohonného ústrojí. Při některých typech nárazů proto systém nemusel dosáhnout zamýšleného účinku.  Airbag měl v tomto směru zásadní výhodu. Jeho aktivace nebyla přímo závislá na mechanickém posunutí motoru, ale na vyhodnocení nárazového děje.

To ale rozhodně neznamená, že procon-ten byl špatný nápad. Spíše šlo o jednu z technologických cest, které se automobilový průmysl rozhodl prozkoumat, než se ustálila dnes používaná řešení.

Moderní automobil využívá všechny tyto prvky společně. Bezpečnostní pásy s předpínači a omezovači síly pomáhají řídit pohyb těla, airbag tlumí náraz hlavy a hrudníku a deformovatelný sloupek řízení omezuje riziko nebezpečného proniknutí volantu do prostoru řidiče.

Současné volanty navíc musí být konstruovány tak, aby správně spolupracovaly s airbagem, zachovaly odpovídající pevnost při běžném provozu a zároveň splňovaly náročné požadavky na chování při nehodě.

Až tedy příště usednete do moderního automobilu a před sebou uvidíte volant s nenápadným nápisem AIRBAG, vzpomeňte si, že cesta k dnešní bezpečnosti vedla přes spoustu zajímavých, někdy trochu bizarních, ale často velmi důmyslných technických řešení.