همه چیز درباره کیسه هوا (ایربگ) خودرو

کیسه هوا

3 - 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 ۴۰ميلی ثانیه 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.

«آشنائی با کيسه های هوا[1]» (Airbag) :

یکی از تازه ترین دستاوردهای صنایع خودروسازی که در جهت افزایش ایمنی سرنشینان طراحی و تولید شده، کیسه های هوا است. هنگام برخورد شدید خودرو، کیسه هایی در قسمت جلوی خودرو تعبیه شده اند که به سرعت از گاز پر شده و از برخورد سرنشینان به شیشه و قسمت جلویی اتاقک جلوگیری می کنند.
کارآیی این سیستم به تولید گاز کافی در کم ترین زمان ممکن بستگی دارد.
تولید گاز در این سیستم به علت انجام سریع یک واکنش شیمیایی است. حسگرهایی در قسمت جلوی خودرو تعبیه شده اند که در هنگام برخورد شدید، فعال شده باعث منفجرشدن یک کلاهک انفجاری کوچک میشود . این انفجار انرژی مورد نیاز برای آغار واکنش را در مخلوطی که مولد گاز نام دارد و فرآورده های گازی تولید می کند، فراهم می آورد. باد شدن فوری کیسه های هوا هنگام برخورد شدید خودرو ناشی از انجام یک واکنش سریع شیمیاییاست که گاز نیتروژن تولید می کند(N2).
این گاز از واکنش تجزیه ای زیر فراهم می شود:

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

با این حال این واکنش به تنهایی نمی تواند باعث پر شدن ناگهانی کیسه ها شود . به علاه سدیم فلزی تولید شده، ماده ای فعال (واکنش پذیر) و خطرناک است، برای حل این مشکل از واکنش بسیار سریع جابجایی آهن 3 اکسید با سدیم فلزی استفاده میشود:

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

حجم گاز مورد نیاز برای پر کردن کیسه های هوا با حجم مشخص، به چگالی گاز وابسته است که آن هم به دما بستگی دارد . برای محاسبه مقدار مورد نیاز گاز تولیدی، طراحان کیسه ها باید استوکیومتری واکنش ها و تغییرات انرژی آنها را ( که باعث تغییر دما و بنابراین تغییر چگالی گازها میشود ) به خوبی بشناسند.
متاسفانه بیش از 100 مورد گزارش تصادف ارایه شده که در آنها، نه تنها کیسه های هوا از تلفات جلوگیری نکرده ، بلکه علت اصلی مرگ نیز بوده است. بیش تر این قربانیان، کودکان زیر 12 سالی هستند که بروی صندلی جلوی خودرو ها نشسته بودند. بنابراین باید سعی شود که از نشستن آنها بر روی صندلی جلو خودداری کرد. همچنین، باز شدن کیسه های هوا در برخی موارد موجب زخمی شدن یا حتی مرگ رانندگانی شده که فاصله آنها تا فرمان خودرو بسیار کم بوده است، حداقل این فاصله باید 25 سانتی متر باشد. رعایت کردن این فاصله برای رانندگانی که بلند قد هستند، آسان است، اما رانندگان کوتاه قد، برای آن که پایشان به پدال گاز، ترمز و کلاچ برسد، ناچارند که بیش از اندازه خود را به فرمان خودرو نزدیک کنند. برای حل این مشکلات، نسل جدید کیسه های هوا که ( هوشمند ) هستند، به تازگی به بازار آمده است. سرعت باز شدن این کیسه ها بر حسب شدت تصادف، قد و وزن راننده و فاصله سر راننده تا فرمان خودرو تغییر می کند.

« تاريخچه و نياز به استفاده از تكنولوژي كيسه هوا در خودرو » :

هر چند كيسه هوا نقش مكمل كمربند ايمني را در خودرو به عهده دارد و روز به روز استفاده از آن بيشتر مي شود اما نمي تواند جانشين كمربند ايمني در خودرو شود . زيرا كمربند ايمني به عنوان ، ارزانترين و آسانترين وسيله ايمني در خودرو مطرح مي باشد كه در كليه تصادفات اعم از ضربات جلو ، پهلو وحتي وارونه شدن خودرو ، غلتش و غيره تاثير بسزائي در حفظ جان سرنشينان دارد . كمربند ايمني و كيسه هوا بايد به صورت توام با يكديگر استفاده شوند و نتايج تحقيقات نشان مي دهد كه استفاده از كمربند ايمني در كناركيسه هوا ضروري است وگرنه كارآيي كيسه هوا كاهش مي يابد . اولين كيسه هوا در سال1980 توسط كارخانه بنز وارد بازار شد ولي چندان مورد توجه قرار نگرفت .

كارخانه Ford در سال 1986 ميلادي ، قرارداد نصب ايربگهاي طرف راننده در 6000 ناوگان اداره سرويس هاي عمومي) GSA  General Services Aaminstration    (را امضا كرد .

Ford درسال 1998 ، يك سيستم ايربگ دوتايي طرف راننده و طرف مسافر راساخت كه اين سيستم از آن پس جزء استاندارد هاي آمريكا شناخته شد و كاربرد آن در سطح جهاني افزايش يافت . و اين موجب تشويق بسياري از كارخانجات در توسعه و توليد سيستمهاي كيسه هوا شد . و در اول سپتامبر همان سال كليه خودروهائي كه در آمريكا وارد بازار شدند مجهز به كيسه هوا بودند .

كيسه هوا موقعي كه با كمربند ايمني استفاده شود به ميزان قابل توجهي از جراحات و آسيبهاي وارده به سر مي كاهد . كيسه هوا به عنوان يك سيستم كمكي ( Supplemental Restraint System ) استفاده مي شود . سيستم كيسه هوا به واسطه مدار الكتريكي ، تحليل گر ، عيب ياب و نمايش دهنده عيب سيستم از ايمني و اطمينان بسيار بالائي برخوردار مي باشد .

بر اساس آمار سازمان ملي ايمني ترافيك بزرگرا ههاي آمريكا در سال 1997 استفاده از كيسه هوا به تنهايي جان 842 نفر را نجات داده است و از سال 1987 به بعد اين رقم به 4200 نفر افزايش يافته است .

تا سپتامبر 1998 بالغ بر 82 ميليون خودرو يعني حدود 41 درصد از كل 200 ميليون خودرويسواري و كاميون سبك در آمريكا مجهز به كيسه هوا شدند كه نزديك به 54 ميليون يعني 27 درصد آنها كيسه هواي سرنشين جلو را نيز دارا مي باشد . اين در حالي است كه ماهانه يك ميليون خودرو مجهز به كيسه هوا در آمريكا به فروش مي رسد وبه آمار مذكور اضافه مي گردد. بنا بر تصميمات اتخاذ شده از سال 1998 به بعد كليه خودروهاي توليد شده بايد به كيسه هوا دو گانه هم براي راننده و هم براي سرنشين جلو مجهز باشد . همچنين كاميون هاي سال 1999 به بعد نيز بايد داراي كيسه هوا دو گانه ( سمت راننده و سرنشين ) باشد .كارشناسان پيش بينى مى كنند كه در چندسال آينده اتومبيل هاى توليدشده به جاى 2كيسه هوا، داراى 6 و يا حتى  8 كيسه هوا خواهند بود.

تركيب كيسه هوا و كمربند ايمني ميزان جراحت هاي وارده به ناحيه سر را در تصادفات تا 75 درصد كاهش مي دهد . در حالي كه در حالت استفاده از كمربند ايمني به تنهايي اين رقم در حدود 38 درصد كاهش يافته است . اين امر گواه آن است كه كيسه هوا در كاهش صدمات ناحيه سر نقش بيشتري دارد و حدود 40 درصد آن را كاهش ميدهد .

نبايد كيسه هوا را با يك بالش نرم اشتباه گرفت ، بلكه بايد در نظر داشت كه آن در زماني كمتر از .050 ثانيه يعني سريعتر از يك چشم بر هم زدن با سرعتي بيش از 400 كيلو متر بر ساعت به شكل بالشتك در مي آيد و خود اين ضربه مي تواند براي فردي كه به كيسه هوا نزديك است بسيار خطر ناك باشد . لذا بر اساس قوانين سازمان ملي ايمني ترافيك بزرگراها امريكا كودكان زير 12 سال بايد در صندلي عقب كه ميزان ايمني آن 35 درصد بيش از صندلي جلو است قرار گيرند . در ماه مه 1995 سازمان ملي ايمني ترافيك بزرگراههاي آمريكا به دليل فقدان فضاي ايمني صندلي عقب براي كودكان اجازه نصب سويچ هاي ON/OFF را براي خودروهاي سواري و كاميون هاي سبك صادر كرد . در ژانويه سال 1998 همين سازمان قانون كلي اجازه نصب اين گونه سويچ ها را براي كليه خودروها صادر كرد .

«عواملي كه باعث صدور چنين مجوزي گرديد عبارت بودند از» :

1 . برخي از خودروها داراي صندلي عقب براي كودكان نبودند .

2 . برخي افراد مايل بودند كه كودكان را در جلو خودرو بنشانند .

3 . گروهي از افراد به دلايل پزشكي نمي توانند خطر پذيري نشستن در مقابل كيسه هوا را تحمل كنند.

4 . گروهي از افراد با تنظيم صندلي خود در فاصله بيش از 25 سانتيمتر نمي توانند رانندگي كنند .

در مه مارس 1997 سازمان ملي ايمني و ترافيك بزرگراههاي آمريكا به خودرو سازان اعلام كرد كه قدرت كيسه هواي خود را 20 تا 30 درصد كاهش دهند بنابراين خودرو هاي  سال 1998 داراي كيسه هواي با قدرت پايين تري مي باشند .

خودروهايي كه به كيسه هوا مجهز مي باشند با كلمات و يا حروفي از قبيل AIRBAG يا SRSمشخص شده اند كه اغلب در ژاپن كاربرد دارد . همچنين وجود كيسه هوا در خودرو با نوشتن SIR كه بطور برجسته روي فرمان و يا قسمت پانل ( براي خودروهايي كه داراي كيسه هواي جانبي نيز مي باشند ) نوشته شده است مشخص مي شود . عدد مشخصه خودرو VIN ( Vehicle Identification Number ) نيز مي تواند دليل وجود كيسه هوا در خودرو باشد .

لزوم سريع عمل كردن كيسه هوا به اين دليل است كه بايد قبل از وارد شدن ضربه تصادف به راننده و يا سرنشينان خودرو كيسه هوا عمل كرده باشد . صداي عمل كردن كيسه هوا بسيار زياد است ولي از آنجا كه اين عمل در زمان بسيار كوتاهي صورت مي گيرد ، لذا اكثر افراد متوجه اين صدا نمي شوند . كيسه هوا در سرعتي بالاتر از 30 الي 40 كيلو متر بر ساعت فعال مي شود . ترمز زدن خودرو نمي تواند منجر به عمل كردن كيسه هوا شود زيرا شتاب منفي در اين حالت تنها 0/1 شتاب منفي لازم براي فعال شدن كيسه هوا است .

كيسه هوا داراي سنسورهاي متعدّي به منظور تفكيك تصادف هاي سرعت پايين از سرعت هاي بالا و تصادفات فرعي از تصادفات اصلي مي باشد . مواردي وجود دارد كه به رغم تصادف خودرو از سمت جلو كيسه هوا فعال نمي شود اين موارد عبارت اند از :

1 . تغيير شكل هاي شديدي كه در يك نقطه متمركز باشد همانند برخورد با دكل هاي تلفن.

2 . تغيير شكل هائي كه به تدريج صورت مي گيرد مانند برخورد از پشت به كاميون در حال حركت .

3 . در تصادف هائي كه مانع مورد برخورد تغيير شكل زيادي بدهد مانند برخورد به پهلوي ماشين ديگر.

4 . در تصادف هائي كه ضربه و تغيير شكل در نواحي متعدد و پس از برخورد هاي مكرر صورت پذيرد. 

« قطعات اصلی سیستم ایربگ الکترونیکی »: 

 1- crash Sensor (حسگر ضربه تصادف ) : محل قرار گیری این سنسور بر روی واحد کنترل الکترونیکی ایربگ می باشد و چنانچه خودرو با تصادف شدید از سمت جلو مواجه گردد شدت ضربه توسط این سنسور اندازه گیری شده و به واحد کنترل ارسال می شود.

 
2- sas Unit   (واحد کنترل الکترونیکی ایربگ ) : اطلاعات ارسالی از حسگر پردازش می شود و جریانی جهت عملکرد کیسه هوا به مدول ایربگ ارسال می شود.

 
3-    Clock Spring   (فنر ساعتی ) : با توجه به قرار گیری مدول ایربگ بر روی غربیلک فرمان و گردش فرمان به چپ و راست بایستی اتصالی مطمئن بین غربیلک فرمان و دسته راهنما بوجود آید که این عمل با وجود این قطعه میسر می گردد.

  4-  airbag Module   ( مدول ایربگ) : جریان ارسالی از Sas Unit به سمت پرایمر داخل مدول می رود و باعث ایجاد حرارت می شود گرمای حاصل موجب ایجاد جرقه و تولید آتششده و آتش مزبور به سرعت به درون مواد محترقه تولید کننده گاز انتشار می یابد، گاز حاصل، از میان صفحات فیلتری که برای کاهش دما و صدا تعبیه شده عبور می کند و کیسه هوا ، کاور روی فرمان را پاره نموده و به سمت صورت سرنشین باز می شود با تخلیه گاز از سوراخهای ایربگ ،کیسه خالی می شود تا از مقدار ضربه آن کاسته شده و فضای دید کافی برای راننده تامین گردد.

«سيستم ايمني ايربگ شامل قسمت هاي زير است» :

1 . كيسه هوا    2 . سنسورها   3 . مركز كنترل   4 . سيمهاي رابط 

 5 . كپسول گاز

«طرز كار» :

در جلوي خودرو  دو سنسور بكار رفته كه در دو طرف خودرو  و قسمت محفظه چرخها قرار گرفته اند و به وسيله سيم به واحد كنترل مركزي ارتباط دارند . در هنگام اصابت ضربه  محكم ، يك سنسور الكترومكانيكي به كار مي افتد و علامت لازم را به دستگاه كنترل مركزي مي دهد . دستگاه كنترل مركزي ، جريان مدار پر شده خازني را براي سوزاندن سوخت جامدي كه در محفظه فرمان قرار دارد ، به كار مي اندازد . بخار حاصل از گاز توليد شده در اسرع وقت كيسه را پر مي كند . همزمان با آن كمربند ايمني سفت شونده ، كه اغلب داراي ماده منفجره است ، در هنگام تصادف ، پيستون داخل سيلندر آن ، در اثر انفجار كشيده شده ، كمربند را محكم مي كند و راننده را به صندلي مي چسباند . اين سنسور ، داراي محفظه ايست كه در داخل آن ، يك ساچمه قرار دارد. اين ساچمه ، در حالت عادي به وسيله مگنت جذب شده ، از حركت باز مي ماند . در هنگام وارد آمدن ضربه ، برق مگنت قطع شده ، ساچمه به طرف ترمينالها حركت مي كند و به مدار دستگاه محترق كننده سوخت ، وصل مي شود .

«سنسور هاي برخورد الكترونيكي» :

سنسور هاي برخورد در ايربگ ها ، براي آشكار سازي برخورد و فعال نمودن چاشني ها استفاده مي شوند . يك سنسور الكترونيكي تك نقطه اي ( Single Point ) مي تواند شامل دو شتاب سنج پيزوالكتريك براي اندازه گيري كاهش شتاب در قسمت مسافر استفاده شود .

«يك سنسور برخورد بايد كارهاي زير را انجام دهد» :

1 . آشكار سازي برخوردهايي كه نياز به عملكرد وسيله ايربگ دارد .

2 . آتش كردن چاشني ، حتي بعد از جدايي ( غير فعال شدن ) باتري .

3 . تشخيص عيب سيستم ، ثبت كد خطا و مشخصات خطا .

4 . ثبت حوادث برخورد .

5 . اتصال سريال داده ها .

«آشكار كردن برخورد» :

ميكروپروسسور از سيگنال خروجي سنسور ، نمونه برداري مي كند و تبديل آنالوگ به ديجيتال را اجرا مي كند . در اصل سيگنال بوسيله CPU محاسبه مي شود . اگر دامنه پالس محاسبه شده از ولتاژ آستانه تعريف شده در CPU تجاوز نمايد دستور عملكرد چاشني را صادر مي كند .

«ذخيره انرژي و مبدل ولتاژ» :

سنسور برخورد ، ولتاژ منبع را از خط معين ولتاژ بدست مي آورد . حال اگر تصادف ، كابل منبع قدرت را قبل از آتش شدن چاشني پاره كند ، از منبع ذخيره انرژي مانند منبع قدرت استفاده مي شود . به عبارتي در افزايش انرژي ذخيره شده و زمان باقي مانده بعد از قطع يا شكستن منبع قدرت ، منبع ذخيره انرژي بوسيله مبدل ولتاژ شارژ مي شود .

«سيستم هشدار دهنده در ايربگ» :

چون آزمايش عملكرد كيسه هوا هنگام رانندگي ممكن نيست ، پس بايد مدارات هشدار دهنده طراحي شوند تا ازاين طريق هشدارهاي لازم را به راننده بدهد .

كار اين سيستم مطمئن شدن از :

1 . كاركرد صحيح واحد ECU تحت شرايط برخورد مي باشد .

2 . جلوگيري واحد ECU از حالتي كه منجر به عملكرد ناخواسته سيستم ايربگ مي شود .

3 . واحد ECU اطلاعات معتبر از وضعيت سيستم فراهم مي كند . 

« عناصر الكتريكي يك سيستم ايربگ » :

عناصر الكتريكي يك سيستم ايربگ عمدتاً شامل يك واحد كنترل الكترونيكي ( ECU ) ، سنسورهاي آشكار ساز برخورد ، يك وسيله اخطار ، واحد متورم كننده قسمت راننده و سرنشين و اتصالات و اسباب و وسايل سيم كشي ها مي باشد .

ECU از يك سنسور الكترونيكي و مدار فيلتر ، براي فيلتر كردن سيگنال ، استفاده مي كند . سيگنال ناشي ازسنسور ، تقويت شده و فيلتر مي گردد و بعد از مبدل آنالوگ ( A/D ) و تايمر ( زمان سنج ) براي تخمين سيگنال شتاب و آشكار كردن تصادف ، از داخل ميكروپروسسور عبور داده مي شود .

«  »eralاي ايمنيشتاب سنج ها ( Accelerometers )  » :

امروزه سنسورهاي الكترومكانيكي  ، پيزوالكتريكي ، پيزورزيستيو  و خازني  موجود هستند و مورد استفاده قرار مي گيرند . در حال حاضر شركت هاي زيادي سخت تلاش مي كنند تا يك شتاب سنج كامل اتومبيل را با قابليت اطمينان بالا و قيمت مناسب ، براي استفاده در عملكرد ايربگ ، كنترل قفل در و . . . گسترش دهند . همه شتاب سنج ها در اثر كاهش شتاب به يك نيرويي تبديل مي شوند كه اين نيرو مي تواند عامل جابجايي گردد كه در نتيجه يك سيگنال الكتريكي توليد مي شود .

«شتاب سنج هاي پيزوالكتريك» :

در اثر اعمال فشار ( Stress ) به يك كريستال كوارتز يا مواد ديگر پيزوالكتريك ، باعث بوجود آمدن بار الكتريكي ، در نتيجه ولتاژ مي شود .

پس ، با نصب يك جرم سنگين روي يك كريستال كوارتز ، وسيله اندازه گيري شتاب ايجاد مي شود . اين سنسور پيزو الكتريك به دلايل امپدانس خروجي زياد و رانش دمايي بالا و اندازة نسبتاً بزرگ ، مانع از كاربرد وسيع آنها در اتومبيل ها شده است .

«شتاب سنج هاي پيزورزيستيو» :

يك خاصيت سيليكون كه باعث استفاده آن براي ساخت شتاب سنج ها مي گردد ، اثر پيزورزيستيو آن مي باشد . استرين گيج ها از مقاومت سيليكوني نازك مخصوص تنظيم شده در كريستال سيليكون ، س