Come è fatto un airbag: viaggio negli stabilimenti TRW

Volevamo raccontarvi tutto sugli airbag, e così siamo volati nello stabilimento italiano TRW di Bricherasio (TO), uno dei più avanzati della multinazionale specializzata in sistemi di sicurezza per auto, con una capacità produttiva di ben 2 milioni di airbag/anno. In questo sito produttivo si producono anche i preziosissimi airbag delle super sportive italiane, tra cui la Ferrari 458 Italia. Grazie a questa visita esclusiva possiamo farvi vedere da vicino come si produce un airbag e spiegarvi come vengono assemblati e testati i dispositivi di sicurezza passiva più importanti in caso d'incidente. Nel nostro tour proveremo anche a rispondere ad alcune delle domande più frequenti che abbiamo ricevuto dai nostri lettori. Un airbag si può riutilizzare? Cosa è cambiato nel generatore di gas? Questa e tante altre curiosità fornite direttamente dai tecnici TRW che abbiamo incontrato.

QUI NASCONO GLI AIRBAG PER LE AUTO ITALIANE – Dopo l'esclusivo crash test live della Fiat 500L direttamente dal Centro Sicurezza Fiat vi mostriamo da vicino qual è il volto nascosto dei sistemi di sicurezza passiva presenti sull'auto. Vi mostreremo dal vivo come si effettua il controllo di qualità su un airbag per guidatore e sulle cinture di sicurezza provocandone l'attivazione come in un vero impatto. Nello stabilimento italiano TRW dove vengono costruiti i sistemi per la sicurezza passiva dei passeggeri si assemblano ogni anno oltre 2 milioni di airbag, suddivisi tra moduli per guidatore, passeggero, ginocchia, torace e a tendina, destinati perlopiù alle auto del Gruppo Fiat-Chrysler (oltre il 70%) e General Motors (22%). Ma passeggiando tra le 50 linee produttive della struttura che ospita 310 dipendenti, poter vedere il volante solitario di una Ferrari 458 Italia in attesa di ricevere il suo airbag ci fa sobbalzare, soprattutto pensando al grado di protezione che deve garantire un airbag su un'auto da oltre 300 km/h come su qualsiasi altra auto. Un compito che solo grazie all'utilizzo delle cinture di sicurezza l'airbag riesce ad assolvere in modo efficace.

AIRBAG E CINTURE, BINOMIO INSCINDIBILE – La storia del più grande (e unico) Produttore di airbag in Italia, nasce proprio dall'acquisizione nel 1985 di Sabelt, azienda specializzata nella produzione di cinture di sicurezza per diverse scuderie di Formula 1, ma solo 10 anni più tardi, nel 1994, inizia la produzione dei moduli airbag presso lo stabilimento TRW di Bricherasio. Qualche anno più tardi (nel 1998, quando le strade di Sabelt e TRW si separano) diventa italiana anche la produzione dei pretensionatori per cinture di sicurezza fino a quando, nel 2006, si decide di riorganizzare la struttura aziendale trasferendo la produzione (attuale) delle cinture in Polonia. Da quel momento il polo torinese di Bricherasio è riservato esclusivamente alla produzione di airbag, ma continua a testare in sede, oltre agli airbag, anche le cinture di sicurezza prodotte in tutto il mondo.

LA PIEGA CHE FA LA DIFFERENZA – Il complesso produttivo TRW di Bricherasio assembla i componenti principali degli airbag (generatore e distributore di gas, sacco e cover con logo della Casa automobilistica) provenienti rispettivamente da Germania, Polonia e Italia e ne testa il corretto funzionamento facendo brillare le cariche in un laboratorio appositamente realizzato per le esplosioni (vedi video). Anche se il cuore dei moduli, cioè la carica che esplode gonfiando il sacco, è prodotto al 95% negli stabilimenti tedeschi TRW, l'applicazione su vettura di airbag e cinture di sicurezza porta la firma di tecnici italiani e a Bricherasio è affidato un compito non meno raffinato: ripiegare il sacco secondo una procedura brevettata per indirizzare il bag in fase di gonfiaggio dove serve subito maggiore protezione. Un'operazione (detta folding bag) piuttosto delicata eseguita in modo automatizzato dalle macchine con l'ausilio del personale che carica e rimuove le diverse parti da accoppiare. Guardando da vicino l'assemblaggio di un airbag passeggero per Alfa Romeo Giuletta e uno destinato al volante di un Peugeot Boxer (vedi gallery per le fasi dettagliate) è evidente la foldatura “casuale” nel primo caso, che consente all'airbag di dispiegarsi in modo “caotico”, a differenza della più ordinata piegatura a stella che permette all'airbag guidatore di sbocciare come se fosse un fiore, piuttosto che espandersi verso il torace del guidatore.

UN BREVETTO NEL SACCO – L'ingegnerizzazione del processo di piegamento, di cui possiamo mostrarvi solo poche immagini statiche per motivi di riservatezza aziendale, ha permesso d'individuare una sequenza di piegamenti (risvolto, rollatura e zigzag) per adoperare su auto simili della stessa gamma lo stesso sacco. E' il caso degli airbag laterali (torace) dell'Opel Adam e dell'Opel Corsa per le quali il sacco da 16 litri di volume si differenzia solo nella sequenza con cui viene piegato, in accordo con le esigenze di protezione in caso d'incidente. Gli airbag a tendina, invece, già piegati e assemblati nello stabilimento polacco di Cz?stochowa, arrivano a Bricherasio solo per l'applicazione dei supporti al telaio e del generatore di gas (in gallery gli headbag della Fiat Grande Punto). Dopo la piegatura a stella del sacco per l'airbag guidatore si applica il cover anteriore, quello che un istante prima del gonfiaggio si apre lasciando uscire il pallone e, dietro al sacco, il cestello metallico in cui è alloggiato il generatore di gas. Infine si assemblano le molle e il meccanismo dell'horner actuator (clacson) che deve sostenere gli 800 grammi di tutto il modulo. E' per questo che a volte suonare il clacson richiede più fatica del solito, non certo perché l'auto è nuova (la spiegazione approfondita ce la daranno i tecnici TRW più avanti). In pochi minuti un airbag guidatore è pronto per essere spedito alla Casa costruttrice, ma nel laboratorio di controllo della qualità, dove vi porteremo ora, la sua carriera termina in una manciata di millisecondi, per essere certi che il lotto rispetti le specifiche tecniche.

COSI' ESPLODE UN AIRBAG – In caso d'incidente per gli airbag e i pretensionatori delle cinture di sicurezza non esiste un secondo “ciak” e anche dopo diversi anni devono poter garantire la stessa protezione ai passeggeri. Di conseguenza è prioritario il controllo qualitativo svolto nei laboratori COP dello stabilimento TRW, dove si simula ogni giorno l'esplosione controllata di qualsiasi airbag e si testa il funzionamento delle cinture di sicurezza su una slitta che riproduce le dinamiche di un impatto molto severo. In una camera insonorizzata e sigillata, gli airbag prelevati dalle linee di produzione vengono fatti “brillare” filmandone il dispiegamento con due telecamere a 1000 fotogrammi al secondo. Prima dell'esplosione però i moduli devono essere condizionati a diverse temperature (tra -40 e +85 °C) per 4 ore e poi installati su specifici telai che riproducono la struttura della plancia, del sedile o del parabrezza a seconda dell'airbag da testare, come mostrato in gallery. Quando ci avvertono che è tutto pronto, facciamo appena in tempo a posizionarci davanti al vetro blindato della camera di prova per assistere al test che in soli 6 millisecondi il cover a marchio Dodge si apre nei punti a spessore ridotto e il bag si dispiega completamente nei successivi 35 millisecondi come previsto. Un battito di ciglia che, rivisto in slow motion, consente ai tecnici TRW di verificare se la curva di pressione del generatore di gas corrisponde alle aspettative e, dopo aver aspirato gli ossidi di azoto dalla camera anecoica, esaminare il pallone in cerca di eventuali bruciature sul tessuto di poliestere.

IL TEST DELLE CINTURE A 50 KM/H – Le cinture di sicurezza prodotte in tutti gli stabilimenti mondiali TRW, giungono a Bricherasio per affrontare la severa prova dello Sled Test al quale abbiamo assistito con i commenti dei tecnici TRW (video sopra). Il test è molto simile a quello effettuato sulla slitta del Centro Sicurezza Fiat ma l'assenza di elementi imbottiti rende questa prova ancora più severa. Difatti il dummy 50percentile (chiamato TNO10) è seduto su una struttura d'acciaio totalmente rigida con la sola elasticità dei nastri di sicurezza. Anche se all'apparenza minimalista, il design di questa slitta consente di posizionare gli attacchi delle cinture (e i pretensionatori, se previsti) esattamente come se fossero montati sull'auto. Dopo una rincorsa di circa 20 metri, il sedile con su allacciato il dummy viene lanciato da 6 elastici spessi 2 cm (simili a quelli utilizzati per il bunging jumping) contro una barriera alla velocità di 50 km/h secondo lo standard europeo (o 56 km/k per quello USA). Il sedile finisce la sua corsa contro dei respingitori di poliuretano tronco conici (come previsti dalla normativa ECE 16) per valutare la curva di decelerazione del manichino. Ma non finisce qui perché ogni nastro deve dimostrare di resistere all'usura simulata di 10 anni di utilizzo, facendo su e giù 80 mila volte senza sfibrarsi o bloccarsi durante il recupero dell'arrotolatore.

LA RISPOSTE DI TRW – Nel corso della nostra visita abbiamo potuto approfondire con il personale TRW alcune curiosità sull'innovazione tecnologica che TRW riserva ai sistemi di sicurezza di bordo, nonché in modo particolare ad airbag e cinture di sicurezza.

Siamo in grado di fornire informazioni dettagliate in merito all'entità della forza cui viene sottoposto l'occupante in seguito all'attivazione dell'airbag?

Ingegnere TRW: Non esiste una risposta semplice a questa domanda, e si può discutere anche sul punto di vista: ad esempio, nel caso di un normale airbag frontale, non è l'airbag a spingere l'occupante: è l'occupante che spinge l'airbag. L'energia cinetica totale dell'occupante deve essere assorbita durante l'urto; la porzione maggiore è assorbita dalla cintura di sicurezza, mentre una quota inferiore è assorbita dall'airbag. L'energia totale dipende principalmente dal tipo di urto e dalla velocità dell'impatto, nonché dal peso corporeo dell'occupante.

Perché gli airbag non vengono riutilizzati?

Ingegnere TRW: La forma dell'airbag si modifica completamente in seguito all'attivazione, le fibre si allungano, pertanto non è possibile riportarlo nelle condizioni precedenti l'esplosione. Sono previste procedure di riciclo dei materiali dei moduli airbag, ossia metalli, parti in plastica, ecc. Tuttavia il riutilizzo diretto dei componenti in seguito all'attivazione non è possibile, in quanto i materiali vengono sottoposti a forti sollecitazioni strutturali durante l'evento.

Come si valuta la funzionalità a lungo termine di un airbag? Quando si acquista un'auto usata di 20 anni/10 anni/5 anni, come si fa ad accertare la funzionalità di un airbag (soprattutto nel caso di tecnologie più vecchie)?

Ingegnere TRW: Non vi è modo di “misurare” la funzionalità di un modulo airbag senza attivarlo (e quindi distruggerlo). Tuttavia, la durevolezza a lungo termine è uno degli aspetti fondamentali su cui ci si concentra nella progettazione e a cui si dedica più tempo nella fase di sviluppo, con l'esecuzione di approfondite prove di durata. Se si hanno a disposizione moduli airbag di vetture vecchie (di età inferiore a 15 anni), è possibile verificarne la funzionalità tramite attivazione nelle condizioni di prova previste per i componenti.

State lavorando a soluzioni progettuali che determinino lo sgancio della cintura di sicurezza in seguito ad un incidente, dal momento che in alcune situazioni è capitato che gli occupanti rimanessero bloccati dalle cinture?

Ingegnere TRW: Le cinture di sicurezza sono presenti sul mercato da molti anni e le caratteristiche tecniche delle fibbie delle cinture hanno subito sostanziali modifiche nel tempo, anche se le dimensioni esterne sono rimaste pressoché invariate. Oggi il comportamento di sgancio delle cinture è descritto molto bene nelle norme e nelle indicazioni degli OEM, al fine di garantire la facilità di sgancio in tutte le situazioni possibili.

Avete ricevuto degli ordini per la tecnologia “bag in roof”? Se sì, con chi e quando partirà la produzione?

Ingegnere TRW: Un comunicato stampa è in corso di redazione. Saranno disponibili ulteriori informazioni in seguito all'annuncio ufficiale. (Al momento la prima auto ad averlo sembrerebbe la Citroen C4 Cactus, ndr)

In Italia si sono verificati problemi dovuti a casi di meccanici senza scrupoli che hanno dichiarato di aver “ricondizionato” airbag usati, pur non avendo reinstallato l'airbag. Arriveremo ad una condizione in cui la centralina riuscirà a comunicare al guidatore questa manomissione?

Ingegnere TRW: Siamo a conoscenza di queste attività illegali, e invitiamo caldamente tutti i proprietari di veicoli a utilizzare canali di distribuzione ufficiali per le parti di ricambio.

In caso di attivazione dell'airbag, occorre sostituire la centralina o è possibile resettarla? E se non è possibile, perché?

Ingegnere TRW: Dopo un incidente che abbia causato l'attivazione dell'airbag è sempre consigliabile sostituire la centralina poiché è stata sottoposta ad uno shock significativo (stesso principio esposto in precedenza sull'impossibilità di riutilizzare i materiali degli airbag esplosi).

Quali componenti chimici sono utilizzati negli airbag attuali, facendo un confronto con quelli utilizzati in passato?

Ingegnere TRW: In passato per le cariche pirotecniche si utilizzava principalmente una sostanza chimica inorganica, l'azoturo di sodio, che oggi è stato in gran parte abbandonato. Per le cariche pirotecniche moderne oggi spesso si utilizza il nitrato di guanidina (GuNi), una sostanza chimica organica. Alle formulazioni delle cariche pirotecniche vengono aggiunti agenti ossidanti e additivi specifici. Tuttavia, la maggior parte dei produttori utilizza formule proprietarie, che possono differire più o meno l'una dall'altra. Un agente ossidante comunemente utilizzato nelle formulazioni a base di GuNi è il nitrato rameico.

Quale forza serve per attivare l'avvisatore acustico?

Ingegnere TRW: La pressione richiesta per l'attivazione dell'avvisatore acustico cambia considerevolmente da una vettura all'altra e molto spesso anche tra i diversi tipi di dispositivi. Ciò è dovuto a numerosi fattori tra i quali la configurazione meccanica ed elettrica dell'avvisatore acustico o il peso e la composizione dell'airbag. Un esempio è dato dal “Sistema Airbag Flottante” con un “full-size Airbag” dove la forza di attivazione varia da 25N in un dato punto (zona delle razze del volante) fino a 100N nel centro del cover airbag. Questa differenza rilevante è inevitabile in quanto il modulo dell'airbag è sostenuto da 3-4 molle. Il carico delle molle deve essere in grado di sopportare il peso del modulo e prevenire malfunzionamenti su strade in cattive condizioni. Per ovviare al problema abbiamo sviluppato il concetto del modulo airbag fisso con sistema di avvisatore acustico elettronico (EHS), col quale l'attivazione avviene sfiorando il cover dell'airbag senza la necessità di fare pressione sullo stesso.