آشنایی با سیستم ایربگ (کیسه هوا)

کیسه هوا Air Bag

سالهای بسیار زیادی کمربند ایمنی تنها وسیله محافظت از انسان در خودرو بود. بحث های زیادی در مورد ایمنی سرنشین خودرو به خصوص کودکان وجود داشت و کشورها موظف بودند از قوانین و استانداردهای مربوط به کمربند ایمنی پیروی کنند. امار نشان میدهد کمربندهای ایمنی تا کنون جان صدها هزار نفر را در سوانح رانندگی از مرگ نجات داده اند.

همانند کمربند ایمنی مفهوم ایربگ نیز یا کیسه هوا نیز سالها قبل بوجود امده است. اولین نوع کیسه های قابل باد شدن در خلال جنگ جهانی دوم و در سال 1980 در هواپیماها و هنگام فرود به کار گرفته شد. اما ایربگ های تجاری اولین بار در خودروها مورد استفاده قرار گرفتند. اتومبیلهایی که بعد از سال 1998 تولید شدند همگی موظف به استفاده از ایربگ برای دریافت استاندارد شده اند.

لازم است هم در قسمت راننده و هم قسمت سرنشین کناری از ایربگ استفاده شود. امروزه امار نشان داده است که استفاده از ایربگ در تصادف های مستقیم از رو به رو تا 30% احتمال مرگ را کاهش میدهد.

بعدها ایربگ های جانبی در صندلی ها و درهای خودرو جاسازی شدند.خودرو های مدرن امروزی دیگر از تنها 2 ایربگ استفاده نمیکنند بلکه تعداد زیادی ایربگ روبه رو و جانبی در این خودروها به کار رفته است.همانطور که در سالیان گذشته مطالعات زیادی در مورد کمربند ایمنی انجام میگرفت امروزه دولت ها و خودروسازان مطالعات و ازمونهای بسیاری در مورد ایربگ ها انجام میدهند.

قوانین حرکت

قبل از مطالعه جزئیات ایربگ ها باید ابتدا قوانین حرکت را مرور نمائیم.میدانیم اجسام متحرک دارای مومنتوم (اندازه حرکت) هستند.مومنتوم در اثر جرم و سرعت بوجود میاید.

تا هنگامی که نیروی خارجی به جسم وارد نشود جسم در راستای قبلی و با همان سرعت به حرکت خود ادامه میدهد.خودرو از جرمهای متعددی تشکیل شده است .

وزن خودرو و اجسام داخل ان و همینطور مسافرین از ان جمله اند.اگر وسیله ای برای مهار وجود نداشته باشد در هنگام تصادف این اجرام مایل هستند با سرعتی که اتومبیل در حال حرکت بوده است به حرکت رو به جلوی خود ادامه دهند.

کاهش مومنتوم اجسام باید در یک بازه زمانی انجام گیرد.در هنگام تصادف نیروی وارده برای توقف مسافران بسیار زیاد است. همچنین زمان کمی برای اعمال این نیرو وجود دارد. هدف همه وسایل و تجهیزات ایمنی به کار رفته این است که هنگام به کارگیری کمترین اسیب و جراحت ممکن را به فرد وارد نماید.

آنچه ایربگ باید انجام دهد این است که سرعت سرنشین خودرو را به ارامی به صفر برساند تا وی اسیب نبیند. ایربگ فضایی میان راننده و فرمان و سرنشین کنار با داشبورد ایجاد میکند .

غیرفعال نمودن کیسه هوا

برای پاسخ به نگرانی در مورد کودکان و سایر سرنشینان اتومبیل به خصوص سرنشینانی که از نظر جثه کوچکتر هستند از لحاظ قدرت زیاد ایربگ که موجب اسیب یا مرگ انها می شد سازمان NHTSA در سال 1997 قوانینی تصویب کرد که به خودروسازان اجازه میداد از ایربگ های ضعیف تری استفاده کنند. این قانون به شرکتها اجازه داد از ایربگ هایی با قدرت 35%_20% کمتر استقاده نمایند.

علاوه بر این در سال 1998 به فروشندگان و مراکز خدمات خودرو اجازه داده شد تا برای ایربگ ها کلید رددفعال یا غیر فعال قرار دهند تا بتوان در مواقع لزوم ایربگ را از مدار خارج نمود.

دارندگان خودروهایی که در معرض یکی از خطرات زیر هستند میتوانند این کلید را روی خودروی خود نصب کنند:

برای طرف راننده و سرنشین کنار: بستگی به شرایط جسمی افراد دارد.در حالتی که خطر اسیب دیدگی با باز شدن ایربگ افزایش می یابد از این حالت استفاده میکنند. برای طرف راننده: کسانی که نتوانند فاصله حداقل 10 اینچ را از مرکز فرمان حفظ کنند.

برای طرف مسافر: کسانی که در طول سفر در صندلی جلو نوزاد حمل میکنند به دلیل اینکه خودرو صندلی عقب ندارد و یا اینکه با کودک را تحت نظر داشته باشند برای طرف مسافر: کسانی که در طول سفر در صندلی جلو کودک 1 تا 12 سال حمل میکنند به دلیل اینکه

الف:خودرو صندلی عقب ندارد

ب: تعداد کودکان بیشتر است

ج: باید کودک را تحت نظر داشته باشند.

گروهی از پزشکان در کنفرانسی که درباره ایربگ و غیرفعال ساختن آن برگزار شد طی گزارشی خواهان مجوز قطع ایربگ در موارد ضروری شدند:

موارد عمومی دستور قطع ایربگ که بیان شد عبارتند از:

کسانی که مشکل قلبی دارند

کسانی که عینک میزنند

کسانی که مبتلا به ورم گلو هستند

کسانی که مبتلا به اسم (تنگی نفس) هستند

کسانی که جراحی در ناحیه سینه داشته اند

کسانی که جراحی گردن داشته اند

افراد مسن

کسانی که ارای ورم مفاصل هستند

خانمهای باردار

باز شدن ایربگ

هدف ایربگ این است که بتواند سرعت حرکت رو به جلو سرنشین را تا حد ممکن به ارامی کاهش دهد تا کمتریت اسیب ممکن به سرنشین وارد شود و عمل باز شدن ایربگ باید در کسری از ثانیه انجام گیرد.

سه قسمت در ایربگ وجود دارند که به تحقق این امر کمک میکنند:

ایربگ از یک لایه نازک نایلونی تشکیل شده است که به صورت تاشده درداخل فرمان و داشبورد و اخیرا داخل در نیز تعبیه شده اند.

سنسور: وسیله ای است که زمان باز شدن ایربگ را مشخص میکند. زمانی که نیروی تصادف معادل برخورد با یک دیوار اجری با سرعت 24-16 کیلومتر باشد ایربگ باز میشود.سنسورها اطلاعات را از یک شتاب سنج دریافت میکنند

سیستم باز کننده ایربگ از واکنش NAN3 با نیترات پتاسیم KNO3 برای تولید گاز نیتروژن استفاده میکند.جریان نیتروژن داغ باعث باد شدن کیسه هوا میشود.

تلاشهای اولیه با مشکلات زیاد از جمله قیمت بالا و مشکلات فنی همراه بود. چگونگی باز شدن و همچنین تا شدن مجدد کیسه هوا از این جمله هستند. محققان نگران بودند که:

آیا در اتومبیل فضای کافی جهت محفظه گاز وجود دارد؟

آیا گاز میتواند در تمام طول عمر خود با فشار بالا در محفظه بماند؟

کیسه هوا چگونه ساخته شود تا بتواند به سرعت باز شود و در دماهای کارکرد مختلف قابل اطمینان باشد و صدای باز شدن نیز به گوش صدمه وارد نکند؟

آنها باید فرایند شیمیایی طراحی میکردند که بتوان نیتروژن مورد نیاز برای باد کردن ایربگ را تامین کند و برای این کار به یک محرک قوی نیاز بود.عملکرد این محرک بی شباهت به تقویت کننده در پرتاب موشک نیست.سیستم ایربگ محرک را مشتعل میکند.این محرک با سرعت بسیار بالا مقدار فراوانی گاز برای باد شدن ایربگ تولید میکند. سپس کیسه به سرعت از جای خود خارج میشود.این سرعت در حدود 322 کیلومتر بر ساعت است.یعنی حتی سریعتر از یک پلک زدن! یک ثانیه بعد گاز به سرعت ار سوراخی که در کیسه قرار دارد پراکنده میشود و شما میتوانید از دجای خود حرکت کنید.

در حقیقت کل فرایند عملکرد ایربگ 1.25 ثانیه طول میکشد.اما همین زمان کوتاه است موجب جلوگیری و یا کاهش قابل ملاحظه اسیب دیدگی میشود.در این قسمت میخواهیم به مسائل و نگرانی هایی که در مورد ایمنی ایربگها وجود دارد( به خصوص در مورد کودکان) بپردازیم

مسائل ایمنی در مورد کیسه های هوا

از ابتدای بوجود امدن صنعت ایربگ متخصصان پیش بینی کرده بودند ایربگ و کمربند ایمنی باید پشت سرهم عمل کنند.وجود کمربند ایمنی همچنان ضروری بود زیرا اولا ایربگ فقط در سرعتهای خاصی عمل میکند و ثانیا در تصادف از کنار فقط کمربند ایمنی از سرنشین محافظت می نمود.(به همین علت نصب ایربگ جانبی دردستور کار قرار گرفت) همینطور در تصادف از عقب کمربند ایمنی نقش بسیار مهمی را ایفا میکند.لذا با اینکه تکنولوژی ایربگ بسیار پیشرفت کرده است اما هنوز این وسیله تنها زمانی مفید است که به همراه کمربند ایمنی به کارگرفته شود.

طولی نکشید که محققان دریافتند باز شدن ایربگ میتواند به کسانی که در فاصله نزدیکی با ان قرار داشته باشند آسیب های شدیدی وارد نماید.آنها به این نتیجه رسیدند که منطقه خطر در حدود 8_5 اینچی محل باز شدن ایربگ است.لذا اگر راننده 10 اینچ معادل 25 سانتیمتر با فرمان فاصله داشته باشد در منطقه ایمن قرار دارد.این فاصله را از مرکز فرمان تا محل پیشانی راننده محاسبه میکنند. اگر حالت فعلی صندلی شما فاصله کمتر از 25 سانتیمتر ایجاد میکند یکی از راههای زیر را هنگام رانندگی انتخاب نمایید:

صندلی خود را تا جای ممکن عقب ببرید.تا جایی که همچنان به راحتی با پدالها ارتباط داشته باشید

پشت صندلی خودرا اندکی خم کنید. باید به هر صورت ممکن فاصله 25 سانتیمتر را حفظ کنید. اگر با خم شدن صندلی دید جاده کم میشود میتوانید در بعضی خودرو ها از بالابر اتوماتیک استفاده کنید و در غیر این صورت از بالشی که لغزنده نباشد استفاده نمایید.

در صورتی که از فرمانهای تلسکوپی (قابل تنظیم) استفاده میکنید ایربگ را به جای سر و گردن روی سینه خود تنظیم کنید.

قوانین برای کودکان متفاوت است. ایربگ میتواند موجب اسیب دیدگی شدید و حتی مرگ کودکی شود که در صندلی جلو و بدون محافظت تسمه کمربند قراردارد. این خطر هنگام ترمز ناگهانی و پرت شدن کودک به جلو نیز وجود دارد. محققان رعایت نکات ایمنی زیر را لازم میدانند:

کودکان زیر 12 سال باید توسط کمربند یا صندلی مخصوص تحت حفاظت قرار گیرند نوزادان هرگز نباید درصندلی جلو خودرویی که دارای ایربگ سرنشین کناری است قرار داده شوند.

اگر کودک بالای 1 سال در صندلی جلو قرار گرفت حتما باید توسط صندلی مخصوص یا کمربند ایمنی قابل تنظیم در جای خود مستقر شوند و صندلی تا جای ممکن عقب برده شود

تا چندی پیش اکثر اقدامات در زمینه ایمنی درباره تصادف از روبه رو و پشت صورت میگرفت.در صورتی که حدود 40 درصد از آسیب های جدی در حوادث رانندگی در تصادف از پهلو بوجود می آمد.ودر کل 30 درصد تصادفات از ناحیه کنار صورت می گرفت.خودرو سازان باید به این آمار پاسخی می دادند و استانداردهای دیگری را لحاظ می کردند. این کار به وسیله تقویت و ضخیم سازی درها تقویت قسمت کف و سقف و ستون های خودروصورت می گرفت.اما خودروهای مدرن به وسیله ایربگ جانبی موج جدید محافظت از سرنشین جلو را عرضه نمودند.

مهندسان می گویند طراحی و ساخت ایربگ جانبی بسیار مشکل تر از ایربگ رو به رو است.علت این امر آن است که در تصادف از رو به رو بخش عمده ای از انرژی و نیروی تصادف توسط سپر جلوو محفظه موتور و خود قسمت موتور جذب می شود و در حدود 40-30 میلی ثانیه طول می کشد تا ضربه به قسمت سرنشین وارد شود. اما در تصادف از پهلو تنها یک در قرار دارد و فاصله بین خودروی دیگر تا سرنشین فقط چند اینچ است.

و این یعنی ایربگ جانبی باید به طور آنی و در زمانی حدود 6-5 میلی ثانیه عمل کند.

مهندسان شرکت ولوو(volvo) راههای مختلفی را برای نصب ایربگ جانبی آزمایش کردند و درنهایت نصب ایربگ جانبی در قسمت پشت صندلی جلو را انتخاب کردند. زیرا این نوع نصب امکان حفاظت از سرنشین در هر ابعادی را فراهم میکند. در این روش سنسورهای مکانیکی را در بالشی که زیر راننده و سرنسین کناری قرار دارد تعبیه میکنند.این کار باعث می شود ایربگ طرفی که اسیب ندیده باز نشود.همچنین از باز شدن ایربگ در تصادفات جزئی مثل تصادف با دوچرخه جلوگیری می کند.این سنسورها در تصادفاتی با سرعت بالای 19 کیلومتر عمل میکنند.

مهندسین شرکت معتبر BMW ایربگ های جانبی را در قسمت درب خودرو جاسازی کرده اند.از انجایی که این قسمت فضای بیشتری دارد به انها اجازه میدهد از کیسه های بزرگتری استفاده کنند و از فضای بیشتری محافظت نمایند. ایربگ قسمت سر از سال 1999 بر روی تمامی خودروهای BMW (به غیر از مدلهای کانورتیبل) نصب گردید. ایربگ سر شبیه یک سوسیس بزرگ است و برخلاف ایربگهای دیگر طوری طراحی شده است که حدود 5 ثانیه به صورت متورم باقی میماند تا از سر در برابر ضربات احتمالی بعدی محافظت نماید.

با تمام این اوصاف صنعت ایربگ یک صنعت جدید است و به سرعت در راه پیشرفت گام بر می دارد و متخصصین فراواتی بر روی این تکنولوژی مشغول کار و پژوهش هستند.

قبل از شروع صحبت در مورد ایربگ یک یادآوری ومرور خیلی ساده در مورد قوانین حرکت :همانطور که می دانیم هر جسم در حال حرکت دارای مومنتوم خطی است (حاصلضرب جرم جسم در سرعت آن )و نیز می دانیم که اگر نیرویی به جسم وارد نشود جسم در همان جهت قبلی با همان سرعت به حرکت خود ادامه می دهد.خودرو شامل چندین جسم است ،خود وسیله نقلیه و اجسام متحرک درون آن(یا همان سرنشینان) اگر جلوی حرکت این اجسام را نگیریم با همان سرعتی قبلی (سرعت خودرو)به حرکت خود ادامه می دهند حتی اگر خودرو به دلیل تصادف متوقف شده باشد( نتیجه این هم که خودتان می دانید چه می شود!!)..متوقف کردن جسم و یا همان صفر شدن مومنتوم زاویه ای نیازمند نیرویی است که در یک بازه زمانی بر جسم اعمال شود.اما کاری که سیستم های مکمل مانند ایربگ انجام می دهنداین است که با کمترین صدمه سرعت جسم راکم کرده و به صفر می رسانند( البته در مدت زمانی بسیار کوتاه  کمترازیک چشم برهم زدن).

در ایربگ 3 قسمت وجود دارد که در مجموع باعث انجام کار مذکور می شود:

1- کیسه نازکی از  پارچه نایلونی که در فرمان و داشبورد و این اواخر در درها و صندلیها تا شده و جاسازی می شود.

 

 

۲- سنسور تصادف که باعث یا همان بادشدن و فعال شدن کیسه هوا می شود. فعال شدن کیسه هوا وقتی اتفاق می افتد که نیروی تصادف، حداقل، معادل نیرویی باشد که در اثر برخورد با یک دیوار آجری با سرعت 10تا 15 مایل بر ساعت(16 تا 24 کیلومتر بر ساعت) ایجاد می شود.این سنسور اطلاعات موردنیاز را از یک شتاب سنج که در یک تراشه جاسازی شده دریافت می کند.

۳- inflation system یا همان سیستم فعال کردن ایربگ و بادشدن آن NaN3 را با KNO3  ترکیب کرده و گاز نیتروژن تولید می کند.همین نیتروژن گرم است که باعث باد شدن ایربگ می شود.

یک لحظه بعد گاز از سوراخ های بسیار ریز ایربگ خارج شده و کیسه هوا خالی می شود.

این فرآیند فقط 25/1 ثانیه( یه وقت نخونیدش 1.25ثانیه منظورم ۴۰میلی ثانیه بوده) طول می کشدو زمان باقی مانده نیز برای جلوگیری از صدمات جدی سرنشینان خودرو کافی است.همچنین در این بین ماده پودری از ایربگ خارج می شود که معمولا" پودر تالک یا نشاسته ذرت است که بوسیله سازنده کیسه هوا بکار می رود تا کیسه قابلیت تا شوندگی و نرم بودن خود را در مدتی که بصورت غیر فعال در فرمان یا داشبورد و یا درها (یا هر جای دیگه)قرار دارد حفظ کند.

 یک نکته درمورد ایربگ جانبی

اکثر قدم های برداشته شده در زمینه ایمنی خودرو مربوط به تصادفات و برخوردهای عقب و جلو بوده است.در حالیکه 40 درصد از آسیبهای جدی و شدید،ناشی از تصادفات و برخوردهای کنار و جانب خودرو بوده است و 30 درصد از کل تصادفات نیز از همین نوع یعنی از جانب بوده است.بسیاری از سازندگان خودرو با توجه به این آمار اقدام به تقویت درها و فریم آنها و همچنین بخش های کف و سقف خودرونموده اند.

اما وجود ایربگ جانبی حفاظت و ایمنی به مراتب بالاتری به سرنشینان عرضه می کند.با توجه به گفته مهندسان ، طراحی ایربگ جانبی به مراتب از طراحی ایربگ های جلو مشکل تر است.دلیل این مساله نیز روشن است زیرا در تصادفات رو در رو مقدار زیادی از انرژی توسط سپر،کاپوت، وموتور جذب می شود(حدود 30تا 40میلی ثانیه قبل از انتقال به سرنشینان) اما در تصادف های جانبی تنها یک در با ضخامت ناچیز و یک فاصله چند اینچی بین خودرو مقابل و سرنشینان خودروی دیگر وجود داردو این بدین معناست که ایربگ های جانبی نصب شده تنها در مدت زمان بسیار کمتری حدود 5تا6 میلی ثانیه جهت گسترش و فعال شدن فرصت دارند.

 ارتباط بین ایمنی کیسه هوا (airbag) و فاصله راننده تا فرمان

 داده های آماری نشان می دهدکه استفاده از کیسه هوا خطر مرگ را در تصادفات رانندگی به میزان 11 درصد کاهش می دهدهرچند گزارشاتی نیز مبنی بر آسیبهای ناشی از کیسه هوا(اعم از صدمات جدی و کشنده تا آسیبهای سطحی) عنوان شده است. فاصله راننده تا کیسه هوا فاکتور بسیار مهمی در ایمنی آن خواهد بود بطوریکه همواره به رانندگان خودروها توصیه می شود که فاصله ای استاندارد و مطمئن را تا فرمان داشته باشندو در غیر این صورت حتما" کلید قطع دستی کیسه هوا را در خودرو خود قرار دهندهر چند رانندگان غالبا" درک درستی از فاصله خود تا فرمان نداشته و به همین دلیل اشتباهاتی را در این زمینه مرتکب می شوند.در این زمینه تحقیقی از طرف مرکز بررسی و تحلیل خطر  هاروارد در بوستن انجام گرفته که به نظر من جالب بود . در این تحقیق که هدف آن بررسی میزان اشتباه راننده در تخمین فاصله خود تا فرمان بود  1000راننده درپمپ بنزینی در بوستن مورد ارزیابی قرار گرفتند.فاصله مورد تحقیق از مرکز فرمان تا برآمدگی بینی راننده در نظر گرفته شده بود.اندازه این فاصله هم از دید راننده و هم مقدار واقعی آن ثبت گردید و نهایتا" با در نظر گرفتن مواردی که راننده این فاصله را 12 اینچ تخمین زده و یا واقعا" 12 اینچ (فاصله استاندارد)بوده نتایج زیر بدست آمد:

از بین رانندگان 234 نفر (اکثرا"بانوان)گمان می کردند که در فاصله 12اینچ قرار دارند.

22 نفر(19 زن و 3 مرد) واقعا"در این فاصله قرار داشتنددر حالی که تنها 8 نفراز آنها این فاصله را به درستی تخمین زده بودند.

پس راننده ای که فکر می کند در فاصله نزدیک تری از حد استاندارد به فرمان قرار دارد (در حالی که فاصله اش استاندارد بوده) و به همین دلیل کیسه هوا را غیر فعال می کند و یا بلعکس، درهر دو حالت متضرر خواهد شد.