کیسه های هوا در خودروها

مقدمه:

عکس شماره 1

يکي از تازه ترين دستاوردهاي صنايع خودروسازي که در جهت افزيش ايمني سرنشينان طراحي و توليد شده، کيسه هوا است. هنگام برخورد شديد خودرو، کيسه هوا که در قسمت جلوي کابین خودرو تعبيه شده اند به سرعت از گاز پر شده و از برخورد سرنشينان به شيشه و قسمت جلويي اتاقک جلوگيري مي کنند. بر اساس مجله Scientific American ایده اولیه استفاده از بالش سریع بادشونده برای ممانعت از جراحات تصادفات قبل از آن که در دهه ۱۹۸۰ توسط وزارت راه آمریکا برای استفاده در خودروها اجباری شود دارای یک پیشینه طولانی است. اولین اختراع وسیله باد شونده برای تصادفات برای هواپیماها در طی جنگ جهانی دوم ثبت شده است. تلاشهای اولیه برای استفاده از کیسه هوا برای خودروها با موانع قیمت بالا و مشکلات فنی مرتبط با ذخیره و آزاد سازی گاز فشرده مواجه شد. پژوهشگران در جستجوی پاسخگویی به سوالات زیر بودند: ▪ آیا درون خودرو فضای کافی برای مخزن گاز وجود دارد؟ ▪آیا می شود گاز را برای مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخیره شده نگه داشت؟ ▪ آیا کیسه هوا را می توان به سرعت و با اطمینان در شرایط مختلف آب و هوایی منبسط نمود بدون آنکه صدای انفجار گوشخراشی ایجاد شود؟ نیاز به یک مجموعه واکنشهای شیمیایی وجود داشت که نیتروژن ایجاد کند و کیسه را باد کند. باد کننده های پیشران جامد (Solid- Propellant Inflators) در دهه ۱۹۷۰ به کمک این ایده آمدند. گر چه از نظر تاریخی کیسه های هوا در ابتدا برای استفاده توسط سرنشینان بدون کمربند ایمنی طراحی شده بود ولی در همان روزهای اولیه شروع ایده کیسه هوا برای خودروها، کارشناسان هشدار داده بودند که این وسیله جدید باید به صورت پشتیبان و همراه با کمربند ایمنی استفاده شود. کمربندهای ایمنی بازهم کاملا ضروری هستند چرا که کیسه های هوا فقط در تصادفات روبرویی که با سرعت بیش از ۱۰ مایل بر ساعت ( ۱۶ کیلومتر بر ساعت) رخ دهد عمل می کنند. در مورد برخوردها و تصادفات جانبی، تصادفات از عقب و برخوردهای ثانویه فقط کمر بندهای ایمنی می توانند کمک کنند( گرچه امروزه کیسه های جانبی هوا نیز در حال متداول شدن هستند). با وجود پیشرفت فن آوری، کیسه های هوا فقط وقتی موثر هستند که همراه با یک کمربند شانه و ران استفاده شوند. کمربند ایمنی سرنشین را در موقعیت خود نگه می دارد، در حالی که کیسه هوا یک مانع نرم برای توقف اعضای بدن او را فراهم می آورد. کیسه های هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان ۱۱ درصد و در مورد سرنشینان بزرگسال۱۳ درصد کاهش می دهد. حفاظت ایجاد شده توسط کیسه هوا به علاوه کمربند ایمنی قابل مقایسه با هیچ نوع حفاظت دیگری نیست. مطالعات نشان می دهند که در یک برخورد، سرنشینانی که توسط کمربند ایمنی و کیسه هوا محافظت می شوند ۵۰ درصد کمتر از سرنشینان مهار نشده دچار آسیبهای مرگبار و جراحات جدی خواهند شد. وقتی سرعت اتومبیل از 40 کیلومتر در ساعت بیشتر باشد کمربند ایمنی به تنهایی کافی نیست تحقیقات پس از حوادث رانندگی نشان داده است که در 68 درصد موارد کیسه هوا سطح خوبی از امنیت را تامین می کند بر اساس بررسی های به عمل امده پیش بینی می شود که اگر خودروها در سرتاسر جهان به کیسه هوا مجهز شوند تعداد مقتولان حوداث رانندگی در هر سال بیش از 50000 نفر کاهش می یابد.تاکنون آمار نشان داده که کیسه‌های هوا ریسک مرگ را در تصادفات روبرو حدود ۳۰ درصد کاهش داده است. استفاده از کیسه‌های هوای نصب شده در سقف جدیدتر است ، اگرچه آنها به گستردگی کیسه‌های هوای نصب شده در فرمان و داشبورد مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. اخیرا کیسه های هوا برای راکبین موتور سیکلت و عابران پیاده هم در حال طراحی و آزمایش است.

عکس شماره 2

نحوه عملکرد سیستم:

وقتی خودرویی با سرعت حدود 35 کیلومتر در ساعت با سر تصادف کند رویدادهای زیر به ترتیب رخ می دهند :
1- پیش از برخورد راننده در وضعیت عادی نشسته است
2- در حدود 15 میلی ثانیه پس از برخورد خودرو به شدت شتاب منفی پیدا می کند و کیسه هوا در استانه راه اندازی قرار می گیرد
3- مشتعل ساز سوخت موجود در باد کننده را مشتعل می کند
4- پس از حدود 3 میلی ثانیه کیسه هوا باز می شود در این لحظه با مچاله شدن بخشهای از جلو خودرو راننده به جلو پرتاب شده و کمربند ایمنی بسته به نوع ان قفل یا سفت شده است
5- در حدود 40 میلی ثانیه پس از برخورد کیسه هوا کاملا باد شده است و حرکت راننده را جذب می کند
6- در حدود 105 تا 150 میلی ثانیه پس از برخورد راننده به عقب بر می گردد و با کیسه هوا از سوراخهای جانبی ان خالی می شود تا راننده دید پیدا کند
کیسه هوای سرنشین نیز به همین ترتیب کار میکند کیسه هوا را به صورتهای مختلف نصب می کنندو متداولتر از همه نصب همه اجزا در وسط فلکه فرمان است به هر حال اساس کار تفاوتی نمی کند

اجزای اصلی سیستم کیسه هوا:

روشی که امروزه برای ساخت کیسه هوا متداولتر است مجتمع کردن اجزای لازم به صورت یک واحداست بدین ترتیب مقدار سیمکشی و اتصالات کاهش و اعتماد پذیری سیستم افزایش می یابد نوعی سیستم پایش را نیز باید در کیسه هوا تعبیه کرد زیرا این کیسه را نمی توان امتحان کرد و اصولا فقط یک بار کار می کند
3- سیستم Inflation : سیستم فعال کردن کیسه هوا می باشد که در آن آزید سدیم( Sodium Azide (3NaNبا نیترات پتاسیم (3KNO) واکنش انجام می دهد و گاز نیتروژن مورد نیاز برای باد کردن کیسه تولید می شود. واکنش شیمیایی:توليد گاز در ين سيستم به علت انجام سريع يک واکنش شيميایي است. حسگرهایي در قسمت جلوي خودرو تعبيه شده اند که در هنگام برخورد شديد، فعال شده باعث منفجر شدن يک کلاهک انفجاري کوچک ميشود . اين انفجار انرژي مورد نياز براي آغار واکنش را در مخلوطي که مولد گاز نام دارد و فرآورده اي گازي توليد مي کند، فراهم مي آورد. باد شدن فوري کيسه هوا هنگام برخورد شديد خودرو ناشي از انجام يک واکنش سريع شيمایي است که گاز نيتروژن توليد مي کند(N2). اين گاز از واکنش تجزيه ي زير فراهم مي شود:

(2NaN3(S) =====> 2Na(s) + 3N2(g

با ين حال اين واکنش به تنهایي نمي تواند باعث پر شدن ناگهاني کيسه ها شود . به علاه سديم فلزي توليد شده، ماده ي فعال (واکنش پذير) و خطرناک است، براي حل اين مشکل از واکنش بسيار سريع جابجایي Fe2o3 با سديم فلزي استفاده ميشود:

(6NaO (S) + 2CO2(g) + H2O (g) ======> 2NaHCO3(s

حجم گاز مورد نياز براي پر کردن کيسه ي هوا با حجم مشخص، به چگالي گاز وابسته است که آن هم به دما بستگي دارد . بري محاسبه مقدار مورد نياز گاز توليدي، طراحان کيسه ها باید استوکيومتري واکنش ها و تغييرات انرژي آنها را ( که باعث تغيير دما و بنابرين تغيير چگالي گازها ميشود ) به خوبي بشناسند. اجزای مدار کیسه هوا: اجزای اصلی سیستم کیسه هوا عبارت اند از : 1- کیسه هوای راننده و سرنشین 2- چراغ هشدار دهنده 3- کلیدهای صندلی سرنشین 4- باد کننده اتشی 5- مشتعل ساز 6-حسگرهای ضربه 7- واحد کنترل الکتریکی

عکس شماره 3

کیسه هوا از پارچه نایلونی ساخته شده است و از داخل استر دارد پیش از ان که کیسه هوا باد شود تا شده است و زیر درپوش مناسبی قرار دارد این پوشش با خطوط گسست خاصی طراحی شده است در اطراف کیسه هوا سوراخهای تعبیه شده است که پس از عمل کردن کیسه به سرعت باد ان را خالی می کنند حجم کیسه هوای راننده در حدود 60 لیتر و حجم کیسه هوای سرنشین در حدود160لیتر است مدار پایش این سیستم یک چراغ هشدار دهنده دارد این چراغ راننده را از خرابی سیستم مطلع می کند و بخش مهمی از مدار پایش است بعضی از سازندگان برای افزایش اعتماد پذیری سیستم هشدار دهنده از دو چراغ استفاده می کنند با استفاده از کلید که در طرف سرنشین (طرف شاگرد) قرار دارد می توان از عمل کردن کیسه هوای این صندلی وقتی سرنشین ندارد جلوگیری کرد باد کننده اتشی و مشتعل ساز را می توان با هم بررسی کرد باد کننده کیسه هوای راننده در وسط فلکه فرمان تعبیه شده است این باد کننده حاوی تعدادی قرص سوخت است که در یک محفظه احتراق قرار دارند مشتعل ساز از خازنهای پر تشکیل می شود که جرقه ای برای اشتعال سوخت ایجاد می کند قرصهای سوخت به سرعت می سوزند و مقدار معینی گاز نیتروژن با فشار معین تولید می کنند این گاز از فیلتری می گذرد و وارد کیسه هوا می شود و ان را باد می کند وقتی کیسه باد شد از زیر پوشش خود بیرون میزند پس از اماده شدن کیسه هوا مقدار کمی هیدرو کسید سدیم در آن و در فضای داخل خودرو وجود خواهد داشت در هنگام باز کردن سیستم کار کرده و تمیز کردن اتاق خودرو باید از تجهیزات ایمنی شخصی استفاده کردحسگر برخورد به صورتهای مختلف مکانیکی یا الکترونیکی ساخته می شود سیستم مکانیکی به وسیله فنری کار می کند که غلتکی را در جای خود نگه داشته است وقتی ضربه شدید تر از حد معین به خودرو وارد شود بر نیروی فنر غلبه می کند و غلتک ازاد می شود وقتی غلتک ازاد شد حرکت می کند و یک میکرو سوئیچ را کار اندازی می کند این کلید در حالت عادی باز است و مقاومتی به صورت موازی با ان بسته شده که امکان پایش سیستم را فراهم می کند می توان از دو کلید مشابه استفاده کرد تا کیسه هوا فقط هنگامی عمل کند که ضربه ناشی از برخورد از روبرو به اندازه کافی شدید باشد یاداوری می شود که در صورت چپ کردن خودرو کیسه هوا عمل نخواهد کرد نوع دیگر حسگر برخورد را می توان شتاب سنج تلقی کرد البته این نوع شتاب سنج شتاب منفی را اندازه گیری می کند دو نوع شتاب سنج وجود دارد یکی براساس کرنش سنج و دیگری مبتنی بر بلور پیزو الکتریکی (شبیه حسگر کوبش موتور) تغییر شدید سرعت خودرو سبب حرکت جرم لرزه ای می شود و در نتیجه حسگر خروجی تولید می کند خروجی حسگر بلوری به صورت بار الکتریکی و خروجی حسگر کرنش سنجی به صورت تغییر مقاومت است مدارهای الکتریکی مناسب می توانند این حسگرها را بپایند و می توان انها چنان برنامه ریزی کرد که وقتی سیگنال به استانه معینی رسید بیشتر واکنش نشان دهند مزیت روش اخیر اینست که نیازی به طراحی حسگرهای مختلف برای خودروهای مختلف نیست زیرا تفاوت بین سیستمها مختلف مورد استفاده در خودروهای مختلف را می توان با استفاده از نرم افزار ایجاد کرد اخرین جز این سیستم واحد کنترل الکترونیکی یا واحد کنترل عیب یاب است وقتی از حسگرهای مکانیکی استفاده می شود از لحاظ نظری اصلا به واحد کنترل الکترونیکی نیازی نیست می توان برای به کار انداختن کیسه هوا در هنگام عمل کردن کلید حسگر از یک مدار ساده استفاده کرد اما مسئله پایش سیستم یا بخش عیب یاب واحد کنترل الکترونیکی است که اهمیت خاصی دارد در صورتی که عیبی در هر بخش از مدار اشکار سازی شود چراغ هشدار دهنده به کار خواهد افتاد حافظه واحد کنترل الکترونیکی گنجایش تا پنج عیب یا بیشتر را دارد این حافظه را می توان بازیابی کرد و ان را به صورت رمزهای چشمک زن و غیره خواند امتحان کردن این سیستم به روش قدیمی و با استفاده از چندین (مولتی متر) و سیم یکسره کن توصیه نمی شود زیرا این کار ممکن است سبب عمل کردن کیسه هوا شود ایمنی:
پس از مدت کمی دریافته شد که نیروی یک کیسه هوا می تواند به کسانی که بسیار به آن نزدیک قرار گیرند آسیب بزند چرا که یک عامل ایجاد خطر در مورد کیسه های هوا امکان برخورد آنها با صورت یا گردن است. پژوهشگران دریافته اند که ناحیه خطر برای کیسه هوای راننده در محدوده ۲ تا ۳ اینچی ( ۵ تا ۸ سانتیمتری) محل باد شدن قرار دارد. بنابراین قرار گرفتن در فاصله ۱۰ اینچی (۲۵ سانتیمتری) از کیسه هوای راننده یک حاشیه ایمنی مناسب را ایجاد می کند. این فاصله از مرکز فرمان تا قفسه سینه اندازه گیری می شود. اگر راننده در فاصله کمتری از این فاصله قرار می گیرد، باید فاصله خود را به یکی از طرق زیر بیشتر کند: ▪با عقب بردن صندلی تا جای ممکن به صورتی که پاها به راحتی به پدالها برسند. ▪ با مایل نمودن پشتی صندلی به عقب. گرچه طراحی خودروها با یکدیگر متفاوت است ولی اغلب رانندگان می توانند حتی در جلوترین حالت صندلی با مایل کردن اندک پشتی به عقب به فاصله ۱۰ اینچی دست یابند. اگر مایل کردن پشتی صندلی مانع از داشتن دید مناسب از جاده می شود، می توان با بالا بردن صندلی ( در خودروهایی که دارای این نوع تنظیم هستند) یا قرار دادن یک بالش سفت غیر لغزنده آن را اصلاح نمود. ▪ با مایل کردن فرمان ( در مورد خودروهایی که این تنظیم را دارند) به صورتی که کیسه هوا به جای سر و گردن به سمت قفسه سینه باز شود. کیسه هوا در مورد کودکانی که در هنگام ترمز ناگهانی کمربند ایمنی نبسته باشند یا بسیار نزدیک به کیسه هوا نشسته باشند یا به سمت داشبورد پرتاب شوند می‌تواند موجب آسیب جدی و حتی مرگ شود. کارشناسان معتقدند که رعایت نکات ایمنی زیر ضروری است: ▪ کودکان زیر ۱۲ سال باید در صندلی عقب نشسته و برای آنها از کمربند ایمنی مناسب سن آنها استفاده شود. ▪نوزادان (زیر یک سال و با وزن کمتر از ۹ کیلوگرم) که در صندلیهای مخصوص رو به عقب می نشینند هرگز نباید در صندلی جلو یک خودرو قرار گیرند. ▪اگر لازم شد که یک نوزاد زیر یک سال باید در صندلی جلو یک خودرو دارای کیسه هوای جانبی بنشیند باید او را در یک صندلی مخصوص بچه دارای کمربند رو به جلو قرار داد و صندلی باید در دورترین فاصله نسبت به داشبورد قرار گیرد.

منابع

Carnp.com
Khodroblog.persianblog.com
Khodroha.com
Otomachin.netfirms.com
Howstuffworks.com