کیسه هوا خودرو در خودرو

کیسه های هوا هم مانند کمربند ایمنی در سالهای اولیه, موضوع تحقیقات و آزمونهای جدی دولتی و صنعتی هستند در این مقاله به کیسه های هوا و اینکه آنها چگونه کار می کنند, مشکلات آنها چیست و تکنولوژی آنها به چه سمتی پیش می رود خواهیم پرداخت

کیسه‌های هوا هم مانند کمربند ایمنی در سالهای اولیه، موضوع تحقیقات و آزمونهای جدی دولتی و صنعتی هستند.در این مقاله به کیسه‌های هوا و اینکه آنها چگونه کار می‌کنند، مشکلات آنها چیست و تکنولوژی آنها به چه سمتی پیش می‌رود خواهیم پرداخت.

طی سال‌های طولانی کمربندهای ایمنی تنها وسیله مهارکننده کنش‌پذیر در خودروها بوده‌اند. در عین حال در این مدت بحث‌های زیادی در مورد ایمنی آنها بخصوص در مورد کودکان مطرح شده است، ولی به مرور زمان در اکثر کشورها کمربندهای ایمنی شامل مقررات اجباری شده‌اند. آمار و ارقام نشان می‌دهد که استفاده از کمربندهای ایمنی جان هزاران نفر را در تصادفات نجات داده است.

کیسه‌های هوا نیز طی سالهای طولانی در حال توسعه بوده‌اند. ایده استفاده از یک بالش نرم در برابر برخورد، بسیار جذاب بوده و اولین ثبت اختراع در مورد یک وسیله قابل انبساط برای فرود آمدن در آن در هنگام تصادف برای هواپیماها طی جنگ جهانی دوم انجام شده است! در دهه ۸۰ اولین کیسه هوای تجاری شده در خودروها ظاهر شد.

● اصول اولیه:

پیش از پرداختن به اصول خاص بهتر است به مرور اطلاعات خود درباره قوانین حرکت (نیوتن) بپردازیم. اول اینکه ما می‌دانیم که اجسام در حال حرکت دارای اندازه حرکت (مومنتوم) (حاصلضرب جرم و ساعت یک جسم)هستند. در صورتیکه یک نیروی خارجی بر جسم وارد نشود آن جسم به حرکت خود با سرعت و جهت خود ادامه خواهد داد. خودروها از اجسام متعددی تشکیل شده‌اند که شامل خود خورد و اجسام مهار نشده درون آن و البته سرنشینان می‌شود. اگر این اجسام مهار نشوند، حتی در صورت توقف خودرو در اثر تصادف، آنها با سرعتی که خودرو دارد به حرکت خود ادامه می‌دهند.

متوقف کردن یک جسم دارای مومنتوم مستلزم اعمال نیرو به آن در یک دوره زمانی است. وقتی یک خودرو دچار تصادف می‌شود، نیروی موردنیاز برای متوقف کردن اجسام بسیار زیاد است چرا که مومنتوم در لحظه تغییر کرده در حالی که برای سرنشینان این طور نبوده است و وقت زیادی نیز برای این کار وجود ندارد. هدف هر سیستم مهارکننده کمکی، کمک به متوقف کردن سرنشین با ایجاد کمترین آسیب‌ها به وی است.

کاری که یک کیسه هوا انجام می‌دهد کاهش سرعت سرنشین به صفر با کمترین یا بدون آسیب است. محدودیت‌هایی که کیسه هوا با آنها درگیر است، زیاد است. کیسه هوا باید در کسری از ثانیه در فضای بین سرنشین و فرمان یا داشبورد عمل کند. برای آنکه سیستم بتواند به جای آنکه سرنشین را بصورت ناگهانی متوقف کند، حرکت آن را آرام کند، حتی کوچکترین مقدار فضا و زمان ارزشمند است.

در کیسه هوا سه قسمت وجود دارد که می‌تواند به انجام این کار بزرگ یاری دهد:

▪ کیسه که از پارژه نایلونی نازکی ساخته شده که درون فرمان یا داشبورد (و اخیراً درون صندلی و در) تا می‌شود و قرار می‌گیرد.

▪ سنسور که وسیله‌ای است که به کیسه فرمان باد شدن را می‌دهد. باد شدن در صورتی رخ می‌دهد که برخوردی با نیروی با نیروی معادل برخورد یک دیوار آجری با سرعت ۱۰ تا ۱۵ مایل بر ساعت (۱۶ تا ۲۴ کیلومتر بر ساعت) ایجاد شود. وقتی تغییر جرم باعث بسته شدن اتصال برقی شود، سوئیچ مکانیکی زده شده و به سنسور پیام می‌دهد که تصادف رخ داده است. سنسور اطلاعات را از یک شتاب‌سنج که درون میکروچیپ قرار دارد دریافت می‌کند.

سیستم بادکننده کیسه هوا موجب واکنش آزید سدیم (Na N۳) با نیترات سدیم (Propellant) جامد را مشتعل کرده و به سرعت می‌سوزد تا حجم بزرگی از گاز را برای باد کردن کیسه هوا به وجود بیاورد. به این ترتیب کیسه هوا از قسمت ذخیره شده خود با سرعت ۲۰۰ مایل بر ساعت (۳۲۲ کیلومتر بر ساعت) یعنی سریعتر از یک چشم بر هم زدن از هم باز می‌شود. یک ثانیه بعد، برای آنکه سرنشین بتواند حرکت کند، گاز به سرعت از سوراخ‌های درون کیسه تخلیه شده و کیسه را از حالت باد شدن در می‌آورد.

● کیسه هوا و سیستم بادکننده ذخیره شده در فرمان:

گرچه همه این فرآیند تنها در یک بیست و پنجم ثانیه رخ می‌دهد ولی زمان اضافی ایجاد شده برای جلوگیری از یک جراحت جدی کافی است. ماده پودری که از کیسه هوا آزاد می‌شود آرد ذرت عادی یا پودر تالک است که توسط سازنده برای نچسبیدن تاهای کیسه به هم در هنگام ذخیره کیسه هوا استفاده شده است.

سیستم بادکننده از یک پیشران جامد و یک جرقه‌زن استفاده می‌کند.

● توسعه ایده:

همانطور که گفته شد براساس مجله Scientific American ایده اولیه استفاده از بالش سریع بادشونده برای ممانعت از جراحات تصادفات قبل از آن در دهه ۱۹۸۰ توسط وزارت راه آمریکا برای استفاده از خودروها اجباری شود دارای یک پیشینه طولانی است. اولین اختراع وسیله بادشونده برای تصادفات برای هواپیماها 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 آزادسازی گاز فشرده مواجه شد. پژوهشگران در جستجوی پاسخگویی به سؤالات زیر بودند:

▪ آیا درون خودرو فضای کافی برای مخزن گاز وجود دارد؟

▪ آیا می‌شود گاز را برای مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخیره شده نگه داشت؟

▪ آیا کیسه هوا را میتوان به سرعت و با اطمینان در شرایط مختلف آب و هوایی منبسط کرد بدون آنکه صدای انفجار گوش‌خراشی ایجاد شود؟

نیاز به مجموعه واکنش‌های شیمیایی وجود داشت که نیتروژن ایجاد کند و کیسه را باد کند. بادکننده‌های پیشران جاد (Propellant Inflators- Solid) در دهه ۱۹۷۰ به کمک این ایده آمدند.

گرچه از نظر تاریخی کیسه‌های 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 باز هم کاملاً ضروری هستند چرا که کیسه‌های هوا فقط در تصادفات روبرویی که با سرعت بیش از ۱۰ مایل بر ساعت (۱۶ کیلومتر بر ساعت) رخ دهد عمل می‌کنند.

در مورد برخوردها و تصادفات جانبی، تصادفات از عقب و برخوردهای ثانویه فقط کمربندهای ایمنی می‌توانند کمک کنند (گرچه امروزه کیسه‌های جانبی هوا نیز در حال رواج هستند). با وجود پیشرفت فناوری، کیسه‌های هوا فقط وقتی موثر هستند که همراه با یک کمربند شانه و ران استفاده شوند. کمربند اینمی سرنشین را در موقعیت خود نگه می‌دارد، در حالی که کیسه هوا یک مانع نرم برای توقف اعضای بدن او فراهم می‌آورد.

کیسه‌های هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان ۱۱ درصد و در مورد سرنشینان بزرگسالان ۱۳ درصد کاهش می‌دهد. حفاظت ایجاد شده توسط کیسه هوا به علاوه کمربند ایمنی قابل مقایسه با هیچ نوع حفاظت دیگری نیست. مطالعات نشان می‌دهند که در یک برخورد، سرنشینانی که توسط کمربند ایمنی و کیسه هوا محافظت می‌شوند ۵۰ درصد کمتر از سرنشینان مهار نشده دچار آسیب‌های مرگبار و جراحات جدی خواهند شد.

● ایمنی:

پس از مدت کمی دریافتند نیروی یک کیسه هوا می‌تواند به کسانی که در فاصله نزدیک به آن قرار می‌گیرند، آسیب بزند چرا که یک عامل ایجاد خطر در مورد کیسه‌های هوا امکان برخورد آنها با صورت یا گردن است. پژوهشگران دریافته‌اند 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، حاشیه ایمنی مناسب را ایجاد می‌کند. این فاصله از مرکز فرمان تا قفسه سینه اندازه‌گیری می‌شود، اگر راننده در فاصله کمتری از این فاصله قرار گیرد، باید فاصله خود را به یکی از روش‌های زیر بیشتر کند:

▪ با عقب بردن صندلی تا جای ممکن به صورتیکه پاها به راحتی به پدال‌ها برسند.

▪ با مایل نمودن پشتی صندلی به عقب. گرچه طراحی خودروها با یکدیگر متفاوت است ولی اغلب رانندگان می‌توانند 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 شود، می‌توان با بالا بردن صندلی (در خودروهایی که دارای این نوع تنظیم هستند) یا قرار دادن یک بالش سفت غیرلغزنده آن را اصلاح کرد.

● یک دوست خطرناک:

قاعده برای کودکان متفاوت است. کیسه هوا در مورد کودکانی که در هنگام ترمز ناگهانی کمربند اینمی 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 از کمربند ایمنی مناسب سن آنها استفاده شود.

▪ نوزدان (زیر یک سال و با وزن کمتر از ۹ کیلوگرم) که در صندلی‌های مخصوص رو به عقب می‌نشینند هرگز نباید در صندلی جلو یک خودرو قرار گیرند.

▪ اگر لازم شد که نوزاد زیر یک سالی در صندلی جلو 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.

● غیرفعال کردن:

در پاسخ به ملاحظات مرتبط با کودکان و سایر سرنشینان خصوصاً افراد ریزجثه که در صورت استفاده نامناسب یا کیسه‌های هوای بسیار قوی، در معرض خطر مرگ یا آسیب‌دیدگی قرار دارند، اداره ملی ایمنی بزرگراه‌های آمریکا (NHTSA) در سال ۱۹۹۷ قانونی را تصویب کرد که براساس آن سازندگان را مجاز می‌کرد که از کیسه‌های هوای با قدرت کمتر استفاده کنند. این قانون اجازه می‌دهد که کیسه‌های هوا ۲۰ تا ۳۵ درصد کاهش قدرت داده شوند. علاوه بر آن از سال ۱۹۹۸ تعمیرگاه‌ها و فروشگاه‌های لوازم یدکی مجاز شدند کلیدهای روشن/ خاموش روی خودرو قرار دهند که امکان غیرفعال‌سازی کیسه‌های هوا را می‌دهد. در آمریکا در صورتیکه دارندگان خودرو در یکی از گروه‌های ریسک زیر قرار گیرند، توسط اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) اجازه خواهند داشت کلید روشن/ خاموش را برای یک یا هر دو کیسه هوای خود نصب کنند:

▪ در هر دو طرف راننده و سرنشین جلو:

در مورد افراد با شرایط پزشکی که در مورد آنها ریسک استفاده از کیسه هوا بیشتر از ریسک برخورد در صورت استفاده نکردن از آن است.

▪ در سمت راننده (علاوه بر شرایط پزشکی):

کسانی که در صورت رعایت فاصله حداقل ۱۰ اینچی (۲۶ سانتیتری) از مرکز کیسه هوای راننده، نمیتوانند به درستی از خودرو خود استفاده کنند.

▪ برای سرنشین جلو (علاوه بر شرایط پزشکی):

افرادی که به دلیل عدم وجود صندلی عقب در خودرو و یا کوچک بودن فضای آن برای قرارگیری یک صندلی کودک رو به عقب یا به دلیل نیاز به مراقبت دایم شرایط سلامت یک کودک، لازم است یک کودک را در صندلی کودک رو به عقب روی صندلی سرنشین جلو قرار دهند.

▪ برای سرنشین جلو (علاوه بر شرایط پزشکی):

افرادی که لازم است کودکان یک تا ۱۲ ساله را در صندلی جلو بنشانند. به دلیل :

ـ عدم وجود صندلی عقب در خودرو

ـ اجبار به حمل کودک بیش از گنجایش صندلی‌های عقب کودک

ـ نیاز به مراقبت دایم شرایط سلام یک کودک

در آمریکا برای نصب یک کلید غیرفعال‌سازی کیسه هوا روی خودرو نیاز به دریافت مجوز از اداره ملی ایمنی بزرگراه‌های آمریکا (NHTSA) است. پس از دریافت این مجوز دارنده خودرو می‌تواند خودرو خود را برای نصب این کلید به تعمیرگاه ببرد. چنین کلیدهایی باید مجهز به یک چراغ هشداردهنده باشند که وضعیت فعال یا غیرفعال بودن کیسه هوا را نشان دهد.

واضح است که حتی اگر امکان غیرفعال کردن کیسه هوا وجود دارد، در مورد رانندگانی که امکان قرار گرفتن در فاصله حداقل ۱۰ اینچ را دارند، کیسه هوا باید فعال باشد. در مورد افراد یکه حتی با رعایت موارد ذکر شده نمی‌توانند این حداقل فاصله را ایجاد کنند، کیسه هوا می‌تواند غیرفعال شود.

گروهی از پزشکان در کنفرانس ملی توصیه‌های پزشکی برای غیرفعال کردن کیسه هوا شرایط پزشکی که عموما در مقالات گزارش می‌شوند را به عنوان دلایل احتمالی غیرفعال کردن کیسه هوا مورد بررسی قرار داده‌اند. با این وجود غیرفعال کردن کیسه هوا برای شرایط نسبتاً عادی مانند: وجود ضربان‌ساز (Pacemaker) در قلب، عینک، دردهای موضعی، نفخ (Emphysema)، آسم، جراحی سینه، جراحی پشت یا گردن، سن بالا، پوکی استخوان، آرتوروز یا بارداری توصیه نمی‌شود.

عموما بدون نصب یک کلید روشن/ خاموش نمی‌توان کیسه هوا را غیرفعال کرد. به هر حال نباید هرگز شخصا اقدام به غیرفعال کردن کیسه هوا کرد. باید به خاطر داشت که کیسه هوا فقط یک بالش نرم نیست بلکه کیسه‌ای است که با ضربه باز می‌شود و اگر ندانید که چه می‌کنید می‌تواند به شما آسیب برساند.

اداره ملی ایمنی بزرگراه‌های آمریکا (NHTSA) به جز در شرایط خاص، تنها در حالتی که صندلی عقب وجود نداشته باشد یا فضای آن برای قرار دادن یک صندلی ایمنی رو به عقب کودکان کافی نباشد مجوز نصب کلید غیرفعال‌سازی کیسه هوا را برای خودروهای نو می‌دهد.

در حال حاضر در آمریکا سازندگان خودرو مجوز نصب کلید غیرفعال‌سازی کیسه هوا را برای صندلی راننده در خودروهای نو ندارند چرا که برای اداره ملی ایمنی بزرگراه‌های آمریکا (NHTSA) این بیم وجود دارد که در این صورت این کلید در تمامی خودروهای نو حتی در خودروهایی که توسط افراد در گروه‌های ریسک قرار نمی‌گیرند جزو تجهیزات استاندارد خودرو درآید. همچنین مواردی از یکپارچه‌سازی این کلیدها در داشبورد خودرو مشاهده شد که احتمال انحراف منابع از توسعه سیستم‌های ایمن‌تر و پیشرفته‌تر کیسه هوا را به وجود می‌آورد.

● آینده کیسه‌های هوا:

فعالیتهای مرتبط با بهبود مزایای ایمنی سرنشین توسط کیسه‌های هوا در حال تغییرات مستمر است. آزمون‌های جدید با استفاده از مانکن‌های آزمون (Dummy) دارای معیارهای بهتری در مورد آسیب‌های وارده به آن است.

گرچه ۴۰ درصد همه جراحات جدی در تصادفات در نتیجه برخوردهای جانبی و ۳۰ درصد کل تصادفات، برخوردهای جانبی هستند تا همین اواخر بیشتر گامها برای ایمنی خودرو در برخوردهای جلو و عقب برداشته می‌شد. بسیاری از خودروسازان در پاسخ به این آمار (و در نتیجه استانداردهای جدید) اقدام به قویتر کردن درها، قاب درها و بخش‌های کف و سقف کرده‌اند ولی خودروهایی که از کیسه هوای جانبی استفاده کرده‌اند نماینده موج جدیدی از ایمنی سرنشین هستند.

کارشناسان معتقدند طراحی کیسه‌های موثر جانبی بسیار دشوارتر از کیسه‌های هوای جلو است. این به این دلیل است که در برخورد روبرو، بیشتر انرژی برخورد توسط سپر، کاپوت و موتور جذب می‌شود و تقریبا ۳۰ تا ۴۰ ثانیه طول می‌کشد تا ضربه به سرنشین خودرو منتقل شود. ولی در برخوردهای جانبی فقط یک در نازک و چند اینچ فاصله بین سرنشین و خودروی دیگر وجود دارد. این به آن معنا است که کیسه‌های جانبی هوا که روی در سوار شده‌اند باید در ۵ تا ۶ میلی ثانیه عمل کنند!

مهندسین شرکت ولوو راه‌‌های مختلفی را برای نصب کیسه‌های جانبی هوا آزموده‌اند و نصب در پشتی صندلی را انتخاب کرده‌اند چرا که این کار سرنشین را فارغ از جثه او و چگونگی قرارگیری صندلی محافظت می‌کند. این ترتیب به مهندسین این امکان را می‌دهد که یک سنسور با تحریک مکانیکی را روی کناره‌های بالش‌های صندلی و زیر راننده و سرنشین جلو قرار دهند.

این مانع باد شدن کیسه هوا در سمت آسیب ندیده می‌شود. نصب همه مجموعه کیسه هوا در پشتی صندلی این مزیت را نیز دارد که فعال شدن کیسه هوا در موارد غیرضروری نظیر برخورد با عابرین پیاده یا دوچرخه‌ها جلوگیری می‌کند. در برخوردهای با سرعت حدود ۱۲ مایل بر ساعت (۱۹ کیلومتر بر ساعت) است که کیسه‌های جانبی هوا تحریک می‌شوند.

مهندسان مشاور BMW کیسه‌های جانبی نصب شده روی درها را انتخاب کرده‌اند.

در دارای فضای بیشتری است که نصب کیسه‌های بزرگتر را ممکن می‌سازد. کیسه هوای سر یا سازه‌های بادشونده تیوبی (ITS- Inflatable Tubular Structure) در همه خودروهای مدل‌های سال BMW ۱۹۹۹ (به جز مدل با سقف متحرک) قرار داده شده‌اند. این کیسه‌های سر کمی شبیه سویس‌های بزرگ هستند و بر خلاف کیسه‌های هوا برای آن طراحی شده‌اند که به مدت حدود ۵ ثانیه در حالت باد شده باقی بمانند و در برخی از برخوردهای جانبی حفاظت بهتری را تامین کنند

● کیسه‌های هوشمند هوا:

تا سال ۱۹۹۷، بزرگسال و ۳۱ نوزاد در آمریکا توسط کیسه‌های هوا کشته شده‌اند. برخی از این مرگ‌ها در سرعتهای پایینی رخ داده که در حالت عادی معمولاً منجر به مرگ نمی‌شد. وسایل ایمنی برای این طراحی نمی‌شوند که خود عامل بروز خطر باشند. برای حذف پتانسیل بروز خطر توسط کیسه‌های هوا تاکنون در مورد غیرفعال کردن صحبت شد. غیرفعال کردن کیسه‌های هوا وقتی کودکان روی صندلی‌های مربوطه قرار می‌گیرند این ایراد را دارد که اغلب فراموش می‌کنند در صورت نشستن یک فرد بزرگسال مجدداً آن کیسه هوا را فعال کنند. راه دیگر حذف خطر برای کودکان هوشمند کردن کیسه‌های هواست به این معنی که بتوانند تشخیص دهند چه کسی در مقابل آنها نشسته است.

● انتخاب‌های موجود:

برای هوشمند کردن کیسه‌های هوا راه‌های زیر وجود دارد:

ترازو- وجود ترازو در صندی سرنشین این امکان را فراهم می‌کند که تنها در صورتی فعال شود که وزن سرنشین از حد مشخصی بیشتر شود. ولی این سیستم نمی‌تواند تشخیص دهد که کودک کمربند خود را بسته است یا خیر.

▪ سنسور برچسب:

این سنسور می‌تواند برچسبی که بر روی صندلی ایمنی نوزاد نصب شده را بخواند. اگر چنین صندلی در جلو این سنسور قرار گیرد، کیسه هوا غیرفعال می‌شود.

▪ واحد اولترا سونیک:

وجود این واحد بر روی داشبورد صداهای با فرکانس بالایی تولید می‌کند که پژواک حاصل از آن مشخص می‌کند چه کسی یا چه چیزی در صندلی سرنشین قرار دارد.

▪ سیستم میدان الکتریکی:

این سیستم با استفاده از آنتن‌هایی در صندلی خودرو میدان الکتریکی ضعیف ولی با فرکانس بالایی تولید می‌کند. مزیت این سیستم آن است که نه تنها تحلیل زمان واقعی سرنشین صندلی را فراهم می‌کند بلکه می‌تواند جرم را ثبت کند و حداقل به صورت تئوریک مشخص کند که آیا سرنشین توسط کمربند مهار شده یا نه.

در همه این مدلها مشخص است که دانش کیسه‌های هوا هنوز جدید و تحت توسعه روزافزون است. در این زمینه باید در انتظار ایده‌های جدید با استفاده از داده‌های دنیای واقعی برخوردها بود.

نویسنده : مجید صمیمیت