کیسه هوای اتومبیل چگونه کار می کند؟

طی سال ها کمربندهای ایمنی تنها وسیله مهارکننده در خودروها بوده اند. در عین حال در این مدت بحث های زیادی در مورد ایمنی آنها بخصوص در مورد کودکان مطرح شده است، با این حال به مرور زمان در اکثر کشورها کمربندهای ایمنی شامل مقررات اجباری شده اند. آمار و ارقام نشان می دهد که استفاده از کمربندهای ایمنی جان هزاران نفر را در تصادفات نجات داده است.

ایده استفاده از یک بالش نرم در برابر برخورد، بسیار جذاب بود 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 1980، اولین کیسه هوای تجاری در خودروها ظاهر شد. از سال 1998، نیز وجود کیسه هوا در هر دو سمت راننده و سرنشین جلو در کشور آمریکا الزامی شده است.

تاکنون آمار نشان داده که کیسه های هوا، ریسک مرگ را در تصادفات از روبرو تا حدود 30 درصد کاهش داده است. در اتومبیل های امروزی حتی کیسه هایی نیز در پشت صندلی های جلو و درب ها نصب می شود، اگرچه آنها به گستردگی کیسه های هوای نصب شده در فرمان و داشبورد مورد استفاده قرار نمی گیرند.

برخی از کارشناسان بر این عقیده اند که در آینده تعداد کیسه های هوای خودروها به شش تا هفت برابر امروز خواهد رسید.

در این مقاله شما می توانید با کیسه های هوا و اینکه آنها چگونه کار می کنند، مشکلات آنها چیست و تکنولوژی آنها به چه سمتی پیش می رود، آشنا شوید.

اصول اولیه
پیش از پرداختن به اصول، بهتر است به مرور اطلاعات خود، درباره قوانین حرکت نیوتن بپردازیم. اول اینکه ما می دانیم که اجسام در حال حرکت، دارای نیروی حرکت (حاصلضرب جرم و سرعت) هستند. در صورتی که 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 شده اند که شامل بدنه، اجزای درون آن و البته سرنشینان می شود. اگر این اجسام مهار نشوند، حتی در صورت توقف خودرو در اثر تصادف، آنها با سرعت به حرکت خود ادامه می دهند.

متوقف کردن یک جسم متحرک، مستلزم اعمال نیرو به آن در یک بازه زمانی است. وقتی یک خودرو دچار تصادف می شود، زمان مورد نیاز برای متوقف کردن اجزای آن و مخصوصاً سرنشینان بسیار کم است. هدف کیسه های هوا، کمک به متوقف کردن سرنشینان با ایجاد کمترین آسیب ها است. کاری که یک کیسه هوا انجام می دهد، کاهش سرعت سرنشین به صفر با کمترین یا بدون آسیب است.

کیسه هوا با محدودیت های زیادی درگیر 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 ناگهانی متوقف کند، حرکت آن را آرام کند، حتی کوچکترین مقدار فضا و زمان ارزشمند است.

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

1. کیسه ای از پارچه نایلونی نازکی ساخته می شود و درون فرمان، داشبورد و اخیراً پشت صندلی های جلو برای سرنشینان عقب و همچنین درب ها، تا شده و قرار می گیرد.
2. سنسور که به کیسه هوا، دستور باد شدن را می دهد. باد شدن در صورتی رخ می دهد که نیروی برخورد، معادل نیروی برخورد با یک دیوار آجری با سرعت بین 16 تا 24 کیلومتر بر ساعت باشد. این برخورد، باعث بسته شدن اتصال برقی و بکار افتادن سوئیچ مکانیکی می شود و به سنسور پیام می دهد که تصادف رخ داده است. سنسور، اطلاعات را از یک شتاب سنج که درون ریزتراشه قرار دارد، دریافت می کند.
3. سیستم باد کننده کیسه هوا موجب واکنش شیمیایی سدیم آزید (NaN₃) با نیترات پتاسیم (KNO₃) جامد می شود. این واکنش شیمیایی، مقداری گاز برای باد کردن کیسه هوا به وجود می آورد. کیسه هوا از قسمت ذخیره شده خود با سرعت 322 کیلومتر بر ساعت، یعنی سریع تر از یک چشم بر هم زدن از هم باز می شود.

همه این فرآیندها تنها در یک بیستم ثانیه رخ می دهد و این زمان برای جلوگیری از یک جراحت جدی کافی است. ماده پودری که از کیسه هوا آزاد می شود، آرد ذرت عادی یا پودر تالک است که سازنده برای نچسبیدن تارهای کیسه به هم در هنگام تا زدن کیسه هوا استفاده می کند.

چند ثانیه بعد از تصادف، برای آنکه سرنشین بتواند حرکت کند، گاز به سرعت از سوراخ های درون کیسه تخلیه شده و کیسه را از حالت باد شده در می آورد.

توسعه ایده
در دهه 1980، وزارت راه آمریکا، استفاده از کیسه هوا در خودروها را اجباری کرد، البته استفاده از بالش سریع باد شونده برای ممانعت از جراحات تصادفات پیشینه ای طولانی تر دارد. اولین اختراع وسیله باد شونده برای تصادفات هوایی طی جنگ جهانی دوم ثبت شده است.

تلاش های اولیه برای استفاده از کیسه هوا برای خودروها با موانع هزینه ساخت بالا و مشکلات فنی مرتبط با ذخیره و آزادسازی گاز فشرده مواجه بود. پژوهشگران در جستجوی پاسخگویی به سوالات زیر بودند:

1. آیا درون خودرو فضای کافی برای مخزن گاز وجود دارد؟
2. آیا می شود گاز را برای مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخیره شده نگه داشت؟
3. آیا کیسه هوا را می توان به سرعت و با اطمینان در شرایط مختلف آب و هوایی منبسط کرد بدون آنکه صدای انفجار گوش خراشی ایجاد شود؟

باید مجموعه واکنش های شیمیایی صورت می گرفت تا نیتروژن ایجاد و کیسه باد شود. باد کننده های پیشران جامد در دهه 1970 به کمک این ایده آمدند. اگرچه از نظر تاریخی کیسه های هوا در ابتدا برای استفاده سرنشینان بدون کمربند ایمنی طراحی شده بود، ولی در همان روزهای اولیه کارشناسان هشدار داده بودند که این وسیله جدید باید به صورت پشتیبان و همراه با کمربند ایمنی استفاده شود. کمربندهای ایمنی هنوز هم کاملاً ضروری هستند، چرا که کیسه های هوا فقط در تصادفاتی عمل می کنند که از روبرو رخ می دهد.

در مورد برخی خودروها و تصادفات جانبی، تصادفات از عقب و برخوردهای ثانویه فقط کمربندهای ایمنی می توانند کمک کنند؛ گرچه امروزه کیسه های جانبی هوا از طرفین نیز در حال رواج هستند. با وجود پیشرفت ها و فناوری های جدید، کیسه های هوا فقط وقتی موثر هستند که همراه با یک کمربند 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 فراهم می سازد.

کیسه های هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان تا 11 درصد و در مورد سرنشینان بزرگسال تا 13 درصد کاهش می دهد. حفاظت ایجاد شده به کمک کیسه هوا و کمربند ایمنی قابل مقایسه با هیچ نوع حفاظت دیگری نیست. مطالعات نشان می دهند که در یک برخورد، سرنشینانی که با کمربند ایمنی و کیسه هوا محافظت می شوند 50 درصد کمتر از سرنشنیان مهار نشده دچار آسیب های مرگبار و جراحات جدی خواهند شد.

ایمنی
نیروی یک کیسه هوا می تواند به افرادی که در فاصله نزدیک به آن قرار می گیرند، آسیب بزند زیرا برخورد صورت یا گردن سرنشینان با کیسه های هوا عامل ایجاد خطر است. پژوهشگران دریافته اند که ناحیه خطر برای کیسه هوای راننده در محدوده 5 تا 8 سانتیمتری محل باد شدن قرار دارد. بنابراین قرار گرفتن در فاصله 25 سانتیمتری از کیسه هوا، 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 بگیرد، باید فاصله خود را به یکی از روش های زیر بیشتر کند:

1. عقب بردن صندلی تا جای ممکن به صورتی که پاها به راحتی به پدال ها برسند.
2. کج نمودن پشتی صندلی به عقب.

اگرچه 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 25 سانتیمتری دست یابند. اگر کج کردن پشتی صندلی مانع از داشتن دید مناسب از جاده 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 کرد.

کیسه هوا می تواند آسیب جدی به کودکان وارد نماید. به همین دلیل باید کودکان زیر 12 سال، در صندلی عقب خودرو بنشینند.

[toggle title=”برای مشاهده منابع اینجا کلیک کنید.” state=”close” ]

مقاله علمی و آموزشی «کیسه هوای اتومبیل چگونه کار می کند؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله وب سایت HowStuffWorks ترجمه شده توسط بهنام زاده به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.

[/toggle]