نحوه کارکرد و اجزا کیسه هوا (Air Bag)

ایربگ یا کیسه‌ هوا چیست و طرز کار آن چگونه است؟

در این مقاله قصد داریم شما را با airbag و نحوه کار آن آشنا کنیم.با تکنوروز همراه باشید.

کیسهٔ هوا یک وسیلهٔ ایمنی مدرن در برخی از خودروهاست که در زمان تصادف خودرو پر از باد شده و به شکل بالش بین سرنشین و بدنه خودرو در نقش حفاظی نرم قرار می‌گیرد.

برخی از پژوهش‌ها نشان می‌دهد که اگر کمربند ایمنی بسته شود کیسهٔ هوا تا ۸ درصد امکان مرگ سرنشین را می‌کاهد. کیسه‌های هوا هر ساله در حال ارتقا کارایی می‌باشد.

امروزه کیسه‌های هوا بعد از برخورد خودرو با موانع سخت در کسری از ثانیه باد شده و بین سر و بدن سرنشینان با اجزاء داخل خودرو حائل می‌شود.

در این میان کمربند ایمنی با ایجاد شتاب منفی روی بدن مسافرین، باعث کاهش یافتن ضربه وارده می‌شود.

هر کیسه هوا از ۳ قسمت اصلی تشکیل شده‌است:

خود کیسه هوا که از پارچه نایلونی و سبک ساخته شده و در بین فرمان، داشبورد، در صندلی‌ها و درها جاسازی شده‌است.

حسگر (سنسور) وسیله‌ای است که به کیسه فرمان می‌دهد تا پر از گاز مخصوص شده و باد شود.

باد شدن زمانی صورت می‌گیرد که نیرویی معادل با نیروی برخورد خودرو با سرعت ۱۶ تا ۲۴ کیلومتر بر ساعت، به دیوار آجری باشد.

در اثر برخورد، یک جزء در این سیستم تغییر مکان داده، باعث بسته شدن یک مدار الکتریکی شده و به سنسور فرمان می‌دهد که تصادف اتفاق افتاده‌است. سنسور، اطلاعات لازم را از شتاب سنج دریافت می‌کند.

سیستم بادکننده، با ترکیب تری نیترید سدیم و نیترات پتاسیم جامد، اشتعال صورت می‌گیرد و در کسری از ثانیه گاز نیتروژن تولید می‌شود.

جریان گاز نیتروژن گرم، کیسه را باد می‌کند. کیسه نیز با سرعتی در حدود ۳۲۲ کیلومتر بر ساعت از محل خود خارج می‌شود.

چون گاز تولید شده سمی می‌باشد، طی یک واکنش شیمیایی به چند گاز بی‌اثر تبدیل می‌گردد که حجم گازهای تولید شده بسیار کمتر می‌باشد.

نحوه کارکرد و اجزا کیسه هوا (Air Bag):

برای مثال، ما از یک فورد EcoSport، اجزاء و مکانیزم ایربگ را برایتان توضیح می‌دهیم.

فورد EcoSport شش ایربگ دارد، دو سنسور در کنار درب‌ها، در پایین ستون B نصب شده است، کمربند ایمنی هوشمند و سیستم تشخیص سوئیچ، سنسور شدت ضربه، سیستم جمع‌بندی ابزار و ادوات، و ماژول کنترل پیشگیری از برخورد (RCM).

شماتیک کلی یکی از مدل های کارکرد ایربگ ، اجزاء کلی سیستم در ایربگ ها معمولاً یکسان هستند.

RCM شامل الگوریتم‌های از پیش تعریف شده است که شدت حادثه را پیش‌بینی می‌کند و پس از آن تصمیم می‌گیرد که ایربگ چگونه و با چه شدتی باز شود.

این سیستم به سوئیچ‌ها و شتاب سنج‌های نصب شده در بدنهٔ خودرو متصل است که از طریق کنترل شبکه (CAN) و گذرگاه‌های کنترلی با استفاده از سیگنال‌های مخصوصی به الگوریتم‌ها در کامپیوتر مرکزی دستور می‌دهد و پس از آن عمل باز شدن را انجام می‌دهد.

هنگامی که یک تصادف شناسایی شود، سیگنال تشخیص ضربه، توسط RCM به سایر واحدهای کنترلی فرستاده می‌شود.

روشن شدن چراغ‌های خطر، باز کردن درب‌های خودرو، غیرفعال کردن سیستم سوخت‌رسانی و یا قطع جریان باتری و حتی ارسال تماس اضطراری در صورت اتصال به اینترنت نیز در پی آن حادثه انجام خواهد شد.

شماتیک نحوه عملکرد ایربگ راننده

ایربگ، یک کیسهٔ پلیمری نازک است که به صورت تاخورده و فشرده شده در محفظهٔ مخصوصی نگه‌داری می‌شود.

در لایه های این کیسه از پودر نشاستهٔ ذرت و نوعی گچ فرانسوی به نام پودر تالک سفید رنگ به منظور روان کنندهٔ و جلوگیری از چسبندگی لایه های کیسه هوا استفاده می‌شود.

در نمونه‌های اولیهٔ ایربگ از هوای فشرده استفاده می‌شد  که پس از مدت اندکی، مشخص شد که فرآیند انبساط و باز شدن کیسه، بیش از حد طولانی است و در اکثر حوادث کاربردی ندارد.

در طرح‌های بعدی، توسط یک واکنش شیمیایی موفق شدند فشار و سرعت باز شدن را بسیار بهبود ببخشند.

واکنش سدیم آزید (NaN3)، نیترات پتاسیم (KNO3) و دی‌اکسید سیلیکون (SiO2) که برای تولید گاز نیتروژن، در سوخت جامد توسط یک چاشنی عمل می‌کند و در صدم ثانیه آن‌ها را به صورت کامل باز و منبسط می‌کند.

دستیابی به این واکنش شیمیایی، انقلابی در ایمنی ایربگ ها به پا کرد، به‌طوری که کل زمان این فرآیند، از آغاز تصادف تا باز شدن کامل ایربگ ها را تنها در ۰.۰۴ ثانیه ممکن کرد.

این واکنش به‌قدری سرعت فرآیند انبساط را افزایش داده است که چشم انسان به‌طور طبیعی قادر به دیدن صحنهٔ باز شدن نخواهد بود، چراکه سرعت پلک زدن انسان بین ۰.۱ تا ۰.۳ ثانیه است.

از طرفی دیگر، هرچه سرعت برخورد به سرعت فرآیند انبساط ایربگ ها نزدیک‌تر باشد احتمال خطر بسیار بالا می‌رود پس مسلماً هرچه سرعت خودرو بیشتر باشد خطر آسیب‌دیدگی فرد بیشتر است.

ایربگ دارای منفذهای کوچکی است که پس از باز شدن، سریعاً از حالت انبساط درآمده و به سرنشینان اجازهٔ خروج زود هنگام از خودرو را می‌دهند.لذا در حال حاضر مهندسین در تلاش هستند، ترکیبات جایگزینی برای واکنش شیمیایی فعلی ارائه دهند.

معرفی سیستم SRS ایربگ:

طرز کار ایربگ را به طور مختصر بیان می‌کنیم:

در جلوی خودرو دو سنسور بکار رفته که در دو طرف خودرو و قسمت محفظه چرخ‌ها قرار گرفته‌اند و به‌وسیله سیم به واحد کنترل مرکزی ارتباط دارند. در هنگام اصابت ضربهٔ شدید، یک سنسور الکترومکانیکی به کار می‌افتد و به دستگاه کنترل مرکزی هشدار می‌دهد.

دستگاه کنترل مرکزی، جریان مدار پر شده خازنی را برای سوزاندن سوخت جامدی که در محفظه ایربگ قرار دارد به کار می‌اندازد. بخار حاصل از گاز تولید شده به سرعت کیسه را پر می‌کند.

همزمان با آن کمربند ایمنی سفت شونده، که اغلب دارای ماده منفجره است، در هنگام تصادف، پیستون داخل سیلندر آن، در اثر انفجار کشیده شده و کمربند را محکم می‌کند و راننده را به صندلی می‌چسباند.

این سنسور دارای محفظه‌ای است که در داخل آن، یک ساچمه قرار دارد، این ساچمه، در حالت عادی به وسیله مگنت جذب شده، از حرکت باز می‌ماند. در هنگام ضربه، برق مگنت قطع شده، ساچمه به طرف ترمینال‌ها حرکت می‌کند.

تکنولوژی ایربگ، به منظور توسعه در وسایل نقلیه، باید تحت نظارت و تنظیم مقررات سازمان‌های ایمنی باشد.

با توجه به تبلیغات گستردهٔ EuroNCAP، تولیدکنندگان مجبور شده‌اند برای افزایش رتبهٔ ایمنی وسایل نقلیه خود، امتیاز خود را به رتبه‌های بالاتر در تست‌های تصادف به دست بیاورند.

به‌عنوان مثال، تست‌های انجام شده در ماه اوت ۲۰۱۲ در سازمان NCAP به شرح زیر است:

تأثیر جلو ماشین به ماشین: تصادف در ۶۴ کیلومتر/ساعت در ۴۰ درصد هم‌پوشانی.

تأثیر جانبی ماشین به ماشین: جانبی با سرعت تأثیر در ۵۰ کیلومتر/ساعت.

تأثیر ضربه توسط تیرک: تیرک جامد به‌وسیله نقلیه در ستون B و در ۲۹ کیلومتر/ساعت.

حفاظت از عابر پیاده: این بخش عملکرد کلاه سر گذاشتن را در هنگام برخورد با یک عابر پیاده ارزیابی می‌کند.

حفاظت از کودک: سیستم پیشگیری، از جمله Isofix، بررسی می‌شود.

تست برخورد از عقب: در هنگام برخورد از عقب خودرو، تا چه سطحی از صندلی سرنشینان محافظت می‌شود.

ایمنی کمکی: تست NCAP نقاط اضافی برای یادآوری کمربند ایمنی، هشدار سرعت، و غیره را ارائه می‌دهد.

باید توجه داشته باشید که رتبه‌بندی و نظریه‌پردازی در مورد تصادف خودروها به‌طور دقیق کاری بسیار دشوار است چراکه نوع تصادفات بسیار مختلف است و غیرممکن است که برای تمامی تصادفات بتوان میزان صدمه را رتبه‌بندی کرد.

ولی این سازمان با استفاده از این تست‌ها آستانهٔ تحمل و محافظت از سرنشینان را توسط ایربگ ها بررسی می‌کنند و در تصادف‌های مشابه، با سرعت‌هایی بالاتر و پایین‌تر میزان این محافظت را درجه‌بندی می‌کنند.

مزایای ایمنی کیسه هوا بدون شک بر همگان ثابت شده است، و در طول این سالیان از آسیب‌های جدی بسیاری جلوگیری شده و زندگی انسان‌های بی‌شماری را نجات داده است.

اما این سیستم‌ها هنوز هم به تکامل نیاز دارد و همچنان تحت نظر مهندسین در حال پردازش و پیشرفت است. همچنین واکنش کمربند ایمنی را برای جلوگیری از صدمات به علت باد شدن بیش از حد کیسه هوا کنترل می‌شود.

تعداد ایربگ ها در وسایل نقلیه مدرن در حال رشد است و تاکنون، به نقطه ای رسیده است که هنگام تصادف، گویا توسط یک تشکچه هوا احاطه شده‌اید.

آسیب ایربگ حودرو به کودکان :

بچه‌های کمتر از ۱۲ سال و نوزادان در مقابل آن‌ها در خطر مرگ قرار دارند. به علت نیروی بیش از حدی که هنگام فعال شدن ایربگ به کودکان وارد می‌شود آسیب‌های جدی و حتی مرگ را در پی دارد.

به همین دلیل در خودروهایی که مجهز به ایربگ هستند گزینه ای برای خاموش کردن کیسه هوای سرنشین جلو دارند، و زمانی که یک صندلی کودک نصب شده است، باید با کمربند ایمنی از کودک محافظت شود و ایربگ سرنشین را غیرفعال کنید.

کیسه هوا برای عابر پیاده:

بسیاری از تکنولوژی‌های فعال ایمنی مانند ABS، ESC، نگه‌داشتن خودرو بین خطوط، هشدارها و ترمز خودکار، میزان تصادفات را کاهش می‌دهند، رعایت مقررات رانندگی توسط خود انسان، تضمین بهتری برای محفوظ ماندن از خطرات و تصادفات خواهد بود.

کاربرد کیسه هوا:

کیسه های هوا علاوه بر افزایش سطح برخورد بین راننده و اتاق خودرو وظیفه محدود کردن حرکت قسمت های آسیب پذیر بدن راننده را نیز بر عهده دارند.

کیسه هوای جلو:

این مدل کیسه هوا ، مهمترین کیسه هوای مورد استفاده در خودرو می باشد چون بیشترین و با سرعت ترین تصادفات از سمت جلوی خودرو اتفاق می افتد.

همچنین سر سرنشینان جلوی خودرو از سمت جلو بی حفاظ بوده و نیازمند آن می باشد که این کیسه های هوا از حرکت سر سرنشینان به سمت جلو جلوگیری کند.

کیسه هوای راننده و سرنشین:

کیسه هوای راننده در فرمان خودرو جایگذاری شده و توسط قاب هایی پلاستیکی پوشانده می شود ، کیسه های هوا با قدرتی که دارند، در هنگام عمل کردن، قاب ها را کنار زده و بیرون می آیند.

کیسه هوای جانبی:

این کیسه های هوا در طرفین خودرو بین سرنشینان و درب خودرو قرار داده می شود، در تصادفاتی که از طرفین خودرو اتفاق می افتد ، این کیسه های هوا به عنوان واسطه ای بین سرنشینان و طرفین اتاق خودرو، نیروی تصادف را جذب می کنند.

کیسه هوای جانبی سرنشین جلوکیسه هوای جانبی سرنشین عقب این مدل از کیسه های هوا معمولا در داخل صندلی خودرو جایگذاری شده اند.

کیسه هوای پرده ای:

این کیسه هوا مانند پرده ای در سرتاسر پنجره های خودرو باز می شود و دو وظیفه مهم بر عهده دارد.

اول اینکه مانع از پرتاب تکه های شیشه شکسته پنجره های خودرو به سرنشینان می شود. دوم اینکه در تصادفات جانبی، حرکت سر و گردن سرنشینان را محدود کرده و مانع از برخورد سر سرنشین به ستون های خودرو می شود.

انواع کیسه هوا

اکنون به شرح سایر کیسه های هوا می پردازیم که از زمان اختراع آنها مدت زمان زیادی نگذشته ولی خودروسازان کم کم در حال استفاده از آنها می باشند و بعضا در خودروهای گران قیمت خود استفاده می کنند.

کیسه هوای وسط

این کیسه هوا، بین سرنشینان جلو باز شده و از برخورد آنها با یکدیگر در زوایای خاصی از تصادف جلوگیری می کند.

در زوایای خاصی از تصادف، سر شاگرد به کتف راننده برخورد کرده و آسیب شدید خواهد دید ولی در سمت راست، استفاده از کیسه هوای وسط، آسیب ناشی از برخورد آن ها به یکدیگر را به حداقل می رساند.

کیسه هوای عابر پیاده:

این کیسه هوا بر خلاف سایر کیسه های هوا وظیفه محافظت سرنشینان را ندارد بلکه وظیفه دارد تا عابرین پیاده ، موتور سواران و دوچرخه سوارانی را که به خودرو برخورد می کنند را حفظ کند و آسیب ناشی از برخورد را به حداقل برساند.

کاربرد کیسه هوای عابر پیاده:

این طرح از کیسه هوا جدید است و ابتکارات زیادی از جانب خودروسازان و شرکت های طراحی در طراحی انواع مختلف کیسه هوای عابر پیاده انجام می شود.