کیسه ی هوا

اختراع در مورد بالش های باد شونده، مربوط به سقوط هواپیماهاست که در طی جنگ جهانی دوم به ثبت رسیده است. در دهه ی 80 (1980) اولین کیسه ی هوا برای اتومبیل‌ها ساخته شد.

پس از سال 1998، تمام اتومبیل های تازه، ملزم به داشتن کیسه های هوا در سمت راننده و مسافر گردیدند. آمارها نشان می‌دهد، استفاده از کیسه ی هوا در اتومبیل‌ها باعث کاهش 30 درصدی خطر مرگ در تصادفات رو در رو می‌گردد.

اصول مهم

قبل از پرداختن به مشخصات کیسه هوا، اجازه دهید مروری بر برخی قوانین حرکت داشته باشیم. می‌دانیم هر جسمی که حرکت می‌کند، اندازه حرکت دارد . تا زمانی که هیچ نیروی خارجی به جسم وارد نشود، جسم با همان سرعت اولیه و در همان راستا به حرکت خود ادامه می‌دهد. ماشین شامل اجزای مختلف است: خود ماشین، اشیاء داخل ماشین و به خصوص مسافران. و اگر از آن ها محافظت نشود، به حرکت خود ادامه خواهند داد؛ حتی اگر ماشین متوقف شود و یا سرعتش کاهش یابد.

متوقف کردن یک جسم، نیاز به وارد کردن نیرو در یک مدت زمان معین دارد. در هنگام تصادف اتومبیل، برای توقف اشیای داخل اتومبیل به نیرو نیاز داریم، زیرا اندازه حرکت اتومبیل تغییر کرده ولی اندازه حرکت اشیاء داخلی تغییر نکرده است و در ضمن برای این کار زمان چندانی هم در اختیار نداریم.

هدف از استفاده از وسایل محافظتی در داخل اتومبیل، کمک به توقف مسافرین با کم ترین آسیب می‌باشد.

استفاده از کیسه ی هوا هم برای به صفر رساندن سرعت مسافرین با کم ترین آسیب و یا بدون آسیب می‌باشد. کیسه ی هوا باید بین راننده و فرمان اتومبیل قرار گیرد و در کسری از ثانیه عمل کند.

هر کیسه ی هوا از 3 قسمت مهم تشکیل شده است

خود کیسه ی هوا که از پارچه نایلونی و سبک ساخته شده و در بین فرمان یا داش بورد جاسازی شده است و جدیداً در صندلی و درها جاسازی شده اند.
حس گر (سنسور) وسیله ای است که به کیسه فرمان می‌دهد تا پر از گاز شده و باد شود. باد شدن، زمانی صورت می‌گیرد که نیرویی معادل با نیروی برخورد، به دیوار آجری با سرعت 16 تا 24 کیلومتر بر ساعت وارد شود. در اثر برخورد، یک جزء در این سیستم تغییر مکان داده و باعث بسته شدن یک مدار الکتریکی شده و به سنسور فرمان می‌دهد که تصادف اتفاق افتاده است. سنسور، اطلاعات لازم را از شتاب سنج دریافت می‌کند.
سیستم باد کننده، با ترکیب تری نیترید سدیم و نیترات پتاسیم ، گاز نیتروژن تولید می‌کند. جریان گاز نیتروژن گرم، کیسه را باد می‌کند.
سیستم کیسه ی هوا، سوخت جامدی را که سریعاً می‌سوزد، مشتعل کرده و مقادیر زیادی گاز برای باد کردن کیسه ایجاد می‌کند.

کیسه، سریعاً و با سرعتی در حدود 322Km/h سریع تر از چشم به هم زدن از محل خود خارج می‌شود. . یک ثانیه بعد، گاز سریعاً از سوراخ های ریزی که در کیسه تعبیه شده، خارج می‌شود تا شما بتوانید دوباره حرکت کنید.

کیسه ی هوا و سیستم باد کننده ی تعبیه شده در فرمان اتومبیل

به این فیلم دقت کنید و سرعت عمل کیسه ی هوا را ملاحظه بفرمائید.

آیا به ماده ی پودر مانند که در هوا پخش شد، دقت نمودید؟

این پودر، پودر تالک می‌باشد که سازندگان کیسه ی هوا برای نرم و قابل انعطاف نگه داشتن کیسه‌ها در زمانی که استفاده نمی شوند، مورد استفاده قرار می‌دهند.

آنچه با شنیدن نام کیسه هوای خودرو در ذهن اکثر مردم شکل می گیرد، ‌کیسه (بالن) سفید رنگی است که در هنگام تصادف در مقابل راننده و یا سرنشین جلوی خودرو به سرعت باز شده و مانع برخورد آنها با اجزای مقابل می شود.

ولی آیا در زمانی کمتر از حدود 40 سال پیش، باور چنین تجهیز ایمنی ای با چنان قابلیتی (از نظر سرعت واکنش و قدرت محافظت سرنشینان) امکان پذیر بود؟ وسیله ای که در حال حاضر جزء ضروری ترین تجهیزات ایمنی خودروها شده است، تا جایی که در استاندارد جدید خودروها در کشورهای آمریکای شمالی و بخشی از اروپا جزء الزامات قرار گرفته است. و نکته مهم دیگر گستره رو به رشد استفاده از این کیسه ها در بخشهای مختلف خودرو مانند کناره دربها، ‌سقف و حتی پشت سری صندلی های جلو می باشد. تا جایی که امروزه طرح های زیادی در خصوص استفاده از این تجهیزات بر روی موتور سیکلت ها و حتی درب موتور خودرو (به منظور محافظت از عابر در زمان برخورد ) مورد اجرا قرار گرفته است.
ادامه ی مقاله در ادامه مطلب

ولی براستی صاحبان خودرو در کشورمان تا چه حد به عملکرد این وسیله در خودروی مورد استفاده خود آگاه هستند و همچنین تا چه حد در خصوص روش استفاده بهینه از آن و خطرات احتمالی استفاده نادرست آموزش دیده اند و نقش و وظیفه خودروسازان داخلی در این زمینه چیست؟
کیسه های هوا برای اولین بار به عنوان یک وسیله ایمنی مکمل کمربند در هواپیما مورد استفاده قرار گرفت ولی در اندک زمانی بعد ایده استفاده آن در خودرو شکل گرفت. تاجایی که اولین کیسه هوا در دهه ی 80 بر روی خودروها نصب گردید. در سالهای اولیه نصب کیسه هوا اختلاف نظرهایی جدی در خصوص کارایی بیشتر کمربند ایمنی نسبت به کیسه هوا در بین موافقان و مخالفان این طرح به وجود آمد و با توجه به گزارشهایی مبنی بر کشته شدن تعدادی از کودکان در هنگام باز شدن کیسه هوا تحقیقات جدی در این خصوص شکل گرفت. امروزه استفاده همزمان از کمربند ایمنی و کیسه هوا بهترین روش کاهش صدمات ناشی از تصادفات شدید رانندگی اعلام گردیده است و آمار دریافتی از اکثر کشورها حاکی از کاهش 30 درصدی آمار تلفات تصادفات رو در رو با توجه به استفاده از کیسه هوا در خودروها می باشد.
در دهه گذشته حداکثر تعداد کیسه های نصب شده در خودروها 2 عدد بوده است. در حالیه که در خودروهای استاندارد ساخته شده در سالهای اخیر این تعداد به 6 کیسه رسیده است.

آنچه یک کیسه هوا به زبانی ساده برای محافظت از سر نشینان انجام می دهد به این شرح است :
هر خودرو شامل تجهیزات مختلف می باشد که با اتصالات متفاوت (جوش، پیچ و مهره . ...) به یکدیگر متصل شده اند. علاوه بر این خودرو شامل سرنشینانی می باشد که در هنگام حرکت، سرعت خطی همه این اجزا برابر با سرعت وسیله نقلیه بوده و زمانی که در یک تصادف، سرعت در کسری از ثانیه کاهش یابد. سایر اجزا و سرنشینان در صورتیکه مهار نشده باشند براساس قوانین ابتدایی فیزیک علاقه مند هستند تا به حرکت خود با سرعت اولیه ادامه دهند که این موضوع باعث برخورد شدید آنها با قسمتهایی از خودرو که در مقابل آنها قرار گرفته خواهد شد و آنچه عامل اصلی صدمات در تصادفات رانندگی می باشد،‌ همین موضوع است ‌و اما چاره ای که تا کنون برای این موضوع اندیشده شده استفاده از کمربند ایمنی به منظور اتصال سرنشینان به سایر اجزای خودرو و همچنین کیسه هوا به منظور جلوگیری از برخورد سرنشینان با بخشهای ثابت خودرو است. که البته این کار با همان فلسفه استفاده از کمربند، یعنی به صفر رساندن سرعت سرنشینان با کمترین آسیب و یا بدون آسیب می باشد. البته امتیاز مهم استفاده از کیسه هوا این است که بر اساس قانون پاسکال هرچه سطح مورد استفاده در انتقال نیرو افزایش یابد شدت صدمات کاهش پیدا می کند.

اجزا و عملکرد کیسه هوا:
سیستم کیسه هوا شامل سه بخش اصلی 1- کیسه، 2- حسگرها (سنسور) ، 3- ژنرانتور تولید گاز می باشد که به شرح جزئیات این بخشها و عملکرد کل سیستم در یک سانحه تصادف می پردازیم.

کیسه :
کیسه هوا که از نوعی الیاف خاص نایلونی بسیار سبک ساخته شده است دارای قابلیتهای وی‍ژه ای بوده و در بین فرمان، داشبورد، کناره درها، صندلی ها و ... جاسازی شده است.

حسگرها :
وسیله ای است که با درک موقعیت تصادف، فرمان پر شدن کیسه هوا را ارسال می نماید و این فرمان که عموماً الکترونیکی می باشد باعث ایجاد یک انفجار در ژنراتور تولید گاز شده و گاز حاصل از این انفجار باعث پر شدن کیسه هوا می شود.
سنسورها عموماً از نوع سنسور ضربه بوده و انواع مکانیکی آن در ابتدا بر روی خودرو ها نصب شده بود.

ژنراتور تولید گاز
بخشی از سیستم کیسه هوا می باشد که در آن طی یک فرآیند شیمیایی گاز نیتروژن تولید شده و گاز تولید شده با فشار بالا باعث باد شدن کیسه قبل از برخورد سرنشین با فرمان، داشبورد، درب و ... می شود

عملکرد کیسه هوا
در ابتدا فرض کنید که یک خودرو با سرعت 35 کیلومتر بر ساعت از جلو با یک دیوار برخورد نماید در این صورت اتفاقهای زیر برای خودرو، سیستم ایربگ، و سرنشینان رخ میدهد
در نظر داشته باشید کل فرآیند تصادف و انتقال ضربه به سرنشیناد در حدود 120 هزارم ثانیه اتفاق خواهد افتاد !
1-راننده و سرنشینان با سرعتی برابر با 35 کیلومتر بر ساعت (سرعت خطی خودرو) در حال حرکت هستند
2-در لحظه برخورد قسمتهای جلوی خودرو با دیوار مقابل برخورد نموده و به شدت شتاب منفی پیدا میکند این در حالی است که سایر بخشهای خودرو و تجهیزات داخلی و سرنشینان همچنان با سرعت اولیه در حال حرکت هستند و اصطلاحاً موج تصادف شروع به حرکت به سمت بخشهای داخلی خودرو می کند.
3-پانزده هزارم ثانیه بعد از برخورد، یک قطعه در سنسور ضربه به جلو پرتاب شده و باعث بسته شدن یک مدار الکتریکی می شود در این صورت کیسه هوا در آستانه راه اندازی قرار گرفته است.
4-سی هزارم ثانیه بعد از برخورد، با بسته شدن مدار الکتریکی و ایجاد یک جرقه در ژنراتور تولید گاز، یک سوخت جامد که عموماً سوخت راکت می باشد (به نام آزید سدیم) به شدت مشتعل شده و در مدتی در حدود 5 هزارم ثانیه کل سوخت موجود در ژنراتور، واکنش شیمیایی لازم را انجام داده و حجم زیادی گاز نیتروژن تولید می شود. لازم به ذکر است که به دلیل گرما زا بودن واکنش، گاز تولید شده به شدت داغ خواهد بود.
آزید سدیم که معمولاً به عنوان سوخت نوعی راکت استفاده می شود دارای دو خاصیت مهم است که عبارتند از اول تولید حجم زیاد گاز بی اثر نیتروژن نسبت به حجم اولیه این سوخت و دوم سرعت بسیار زیاد سوختن این ماده شیمیایی که در کسری از ثانیه کل حجم آن را در بر می گیرد. و البته هر دوی این خواص از مهمترین عوامل استفاده از این سوخت در سیستم ایربگ بوده است.
5-چهل هزارم ثانیه پس از برخورد نیتروژن تولید شده در ژنراتور از ف ی ل ت ر های خنک کننده گذشته و ضمن کاهش دمای اولیه (که می تواند باعث سوختن شدید کیسه و صورت سرنشینان شود!) کیسه هوا را با سرعت یک انفجار باز می کند

این در حالی است که سرنشینان خودرو در اثر تصادف به جلو پرتاب شده و در صورتیکه کمربند بسته باشند، کمربند (با توجه به نوع آن) تا حدودی سرعت اولیه آنها را کاهش داده است. در این وضعیت کیسه هوای باز شده اندازه حرکت سرنشینان را جذب کرده و کمترین صدمات ممکن به سرنشینان وارد شده است.

6- یکصد وبیست هزارم ثانیه پس از برخورد سرنشینان (که مطمئناً در یک شوک جدی حاصل از صدای تصادف، ترمز، ضربه وارده و همچنین باز شدن ایربگ قرار گرفته اند) به عقب بازگشته و همزمان نیتروژن تولید شده از دریچه های جانبی کیسه هوا خالی شده و سرنشینان آزادی عمل بیشتری برای خروج از خودروی آسیب دیده پیدا می کنند.
هر چند فرایند تصادف یکی از پیچیده ترین فرایند ها در تکنولوژی ساخت خودرو می باشد و علاوه بر تجهیز وسایط نقلیه به سیستم های ایمنی جدید همچون انواع ترمزها، ایربگ، سیستم تعلیق، انواع کمربندهای پیش کشنده و ...، صدها آزمایش و نیز تحقیق جدی درخصوص وضعیت جاسازی موتور و سایر تجهیزات به منظور کاهش صدمات ناشی از تصادفات در شرکتهای خودرو سازی معتبر دنیا به انجام رسیده است لیکن یکی از موارد جالب در زمان باز شدن کیسه های هوای خودرو پاشیده شدن پودر سفید رنگی در محفظه اتاق و احیاناً بر روی سر و صورت سرنشینان می باشد !!!
و اما بد نیست بدانید این پودر که به پودر ذرت و یا پودر تالک معروف است به منظور محافظت کیسه در مقابل خشک و ضمخت شدن در طی سالیان درازی است که احتمالاً خودرو دچار تصادف و باز شدن کیسه هوا نخواهد شد.
یک نکته بسیار با اهمیت در زمینه کیسه هوا خطرات و صدمات قطعی است که این سیستمها در صورت استفاده نادرست برای سرنشینان ایجاد خواهند کرد از این رو شایسته است صاحبان خودروهای مجهز به این سیستمها به دقت در خصوص روش استفاده، وضعیت کودکان، غیر فعال کردن کیسه های هوا، روش استفاده از صندلی کودک و ... مطالعه و کسب آگاهی نمایند.
هر چند نگارنده نیز مالک یک دستگاه خودروی ساخت داخل مجهز به این سیستم می باشد، لیکن با تاسف و تاثر باید اعلام نماید که در دفترچه راهنمای خودرو کمترین اطلاعات ممکن در خصوص این سیستم به مالک ارائه شده است.
در هر حال در دهه اخیر کیسه های هوا جان صدها هزار نفر را در تصادفات رانندگی نجات داده اند و اکنون جزء ضروری ترین تجهیزات ایمنی خودرو ها می باشد، به همین دلیل در سلسله مقالات مرتبط با این موضوع در آینده به ارائه اطلاعات مفیدی در این زمینه خواهیم پرداخت.