مقدمه:

عکس شماره 1

يکي از تازه ترين دستاوردهاي صنايع خودروسازي که در جهت افزيش ايمني سرنشينان طراحي و توليد شده، کيسه هوا است. هنگام برخورد شديد خودرو، کيسه هوا که در قسمت جلوي کابين خودرو تعبيه شده اند به سرعت از گاز پر شده و از برخورد سرنشينان به شيشه و قسمت جلويي اتاقک جلوگيري مي کنند. بر اساس مجله Scientific American ايده اوليه استفاده از بالش سريع بادشونده براي ممانعت از جراحات تصادفات قبل از آن که در دهه 1980 توسط وزارت راه آمريکا براي استفاده در خودروها اجباري شود داراي يک پيشينه طولاني است. اولين اختراع وسيله باد شونده براي تصادفات براي هواپيماها در طي جنگ جهاني دوم ثبت شده است. تلاشهاي اوليه براي استفاده از کيسه هوا براي خودروها با موانع قيمت بالا و مشکلات فني مرتبط با ذخيره و آزاد سازي گاز فشرده مواجه شد. پژوهشگران در جستجوي پاسخگويي به سوالات زير بودند: ? آيا درون خودرو فضاي کافي براي مخزن گاز وجود دارد؟ ?آيا مي شود گاز را براي مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخيره شده نگه داشت؟ ? آيا کيسه هوا را مي توان به سرعت و با اطمينان در شرايط مختلف آب و هوايي منبسط نمود بدون آنکه صداي انفجار گوشخراشي ايجاد شود؟ نياز به يک مجموعه واکنشهاي شيميايي وجود داشت که نيتروژن ايجاد کند و کيسه را باد کند. باد کننده هاي پيشران جامد (Solid- Propellant Inflators) در دهه 1970 به کمک اين ايده آمدند. گر چه از نظر تاريخي کيسه هاي هوا در ابتدا براي استفاده توسط سرنشينان بدون کمربند ايمني طراحي شده بود ولي در همان روزهاي اوليه شروع ايده کيسه هوا براي خودروها، کارشناسان هشدار داده بودند که اين وسيله جديد بايد به صورت پشتيبان و همراه با کمربند ايمني استفاده شود. کمربندهاي ايمني بازهم کاملا ضروري هستند چرا که کيسه هاي هوا فقط در تصادفات روبرويي که با سرعت بيش از 10 مايل بر ساعت ( 16 کيلومتر بر ساعت) رخ دهد عمل مي کنند. در مورد برخوردها و تصادفات جانبي، تصادفات از عقب و برخوردهاي ثانويه فقط کمر بندهاي ايمني مي توانند کمک کنند( گرچه امروزه کيسه هاي جانبي هوا نيز در حال متداول شدن هستند). با وجود پيشرفت فن آوري، کيسه هاي هوا فقط وقتي موثر هستند که همراه با يک کمربند شانه و ران استفاده شوند. کمربند ايمني سرنشين را در موقعيت خود نگه مي دارد، در حالي که کيسه هوا يک مانع نرم براي توقف اعضاي بدن او را فراهم مي آورد. کيسه هاي هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان 11 درصد و در مورد سرنشينان بزرگسال13 درصد کاهش مي دهد. حفاظت ايجاد شده توسط کيسه هوا به علاوه کمربند ايمني قابل مقايسه با هيچ نوع حفاظت ديگري نيست. مطالعات نشان مي دهند که در يک برخورد، سرنشيناني که توسط کمربند ايمني و کيسه هوا محافظت مي شوند 50 درصد کمتر از سرنشينان مهار نشده دچار آسيبهاي مرگبار و جراحات جدي خواهند شد. وقتي سرعت اتومبيل از 40 کيلومتر در ساعت بيشتر باشد کمربند ايمني به تنهايي کافي نيست تحقيقات پس از حوادث رانندگي نشان داده است که در 68 درصد موارد کيسه هوا سطح خوبي از امنيت را تامين مي کند بر اساس بررسي هاي به عمل امده پيش بيني مي شود که اگر خودروها در سرتاسر جهان به کيسه هوا مجهز شوند تعداد مقتولان حوداث رانندگي در هر سال بيش از 50000 نفر کاهش مي يابد.تاکنون آمار نشان داده که کيسه‌هاي هوا ريسک مرگ را در تصادفات روبرو حدود 30 درصد کاهش داده است. استفاده از کيسه‌هاي هواي نصب شده در سقف جديدتر است ، اگرچه آنها به گستردگي کيسه‌هاي هواي نصب شده در فرمان و داشبورد مورد استفاده قرار نمي‌گيرند. اخيرا کيسه هاي هوا براي راکبين موتور سيکلت و عابران پياده هم در حال طراحي و آزمايش است.

عکس شماره 2

نحوه عملکرد سيستم:

وقتي خودرويي با سرعت حدود 35 کيلومتر در ساعت با سر تصادف کند رويدادهاي زير به ترتيب رخ مي دهند :
1- پيش از برخورد راننده در وضعيت عادي نشسته است
2- در حدود 15 ميلي ثانيه پس از برخورد خودرو به شدت شتاب منفي پيدا مي کند و کيسه هوا در استانه راه اندازي قرار مي گيرد
3- مشتعل ساز سوخت موجود در باد کننده را مشتعل مي کند
4- پس از حدود 3 ميلي ثانيه کيسه هوا باز مي شود در اين لحظه با مچاله شدن بخشهاي از جلو خودرو راننده به جلو پرتاب شده و کمربند ايمني بسته به نوع ان قفل يا سفت شده است
5- در حدود 40 ميلي ثانيه پس از برخورد کيسه هوا کاملا باد شده است و حرکت راننده را جذب مي کند
6- در حدود 105 تا 150 ميلي ثانيه پس از برخورد راننده به عقب بر مي گردد و با کيسه هوا از سوراخهاي جانبي ان خالي مي شود تا راننده ديد پيدا کند
کيسه هواي سرنشين نيز به همين ترتيب کار ميکند کيسه هوا را به صورتهاي مختلف نصب مي کنندو متداولتر از همه نصب همه اجزا در وسط فلکه فرمان است به هر حال اساس کار تفاوتي نمي کند

اجزاي اصلي سيستم کيسه هوا:

روشي که امروزه براي ساخت کيسه هوا متداولتر است مجتمع کردن اجزاي لازم به صورت يک واحداست بدين ترتيب مقدار سيمکشي و اتصالات کاهش و اعتماد پذيري سيستم افزايش مي يابد نوعي سيستم پايش را نيز بايد در کيسه هوا تعبيه کرد زيرا اين کيسه را نمي توان امتحان کرد و اصولا فقط يک بار کار مي کند
3- سيستم Inflation : سيستم فعال کردن کيسه هوا مي باشد که در آن آزيد سديم( Sodium Azide (3NaNبا نيترات پتاسيم (3KNO) واکنش انجام مي دهد و گاز نيتروژن مورد نياز براي باد کردن کيسه توليد مي شود. واکنش شيميايي:توليد گاز در ين سيستم به علت انجام سريع يک واکنش شيميايي است. حسگرهايي در قسمت جلوي خودرو تعبيه شده اند که در هنگام برخورد شديد، فعال شده باعث منفجر شدن يک کلاهک انفجاري کوچک ميشود . اين انفجار انرژي مورد نياز براي آغار واکنش را در مخلوطي که مولد گاز نام دارد و فرآورده اي گازي توليد مي کند، فراهم مي آورد. باد شدن فوري کيسه هوا هنگام برخورد شديد خودرو ناشي از انجام يک واکنش سريع شيمايي است که گاز نيتروژن توليد مي کند(N2). اين گاز از واکنش تجزيه ي زير فراهم مي شود:

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

با ين حال اين واکنش به تنهايي نمي تواند باعث پر شدن ناگهاني کيسه ها شود . به علاه سديم فلزي توليد شده، ماده ي فعال (واکنش پذير) و خطرناک است، براي حل اين مشکل از واکنش بسيار سريع جابجايي Fe2o3 با سديم فلزي استفاده ميشود:

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

حجم گاز مورد نياز براي پر کردن کيسه ي هوا با حجم مشخص، به چگالي گاز وابسته است که آن هم به دما بستگي دارد . بري محاسبه مقدار مورد نياز گاز توليدي، طراحان کيسه ها بايد استوکيومتري واکنش ها و تغييرات انرژي آنها را ( که باعث تغيير دما و بنابرين تغيير چگالي گازها ميشود ) به خوبي بشناسند. اجزاي مدار کيسه هوا: اجزاي اصلي سيستم کيسه هوا عبارت اند از : 1- کيسه هواي راننده و سرنشين 2- چراغ هشدار دهنده 3- کليدهاي صندلي سرنشين 4- باد کننده اتشي 5- مشتعل ساز 6-حسگرهاي ضربه 7- واحد کنترل الکتريکي

عکس شماره 3

کيسه هوا از پارچه نايلوني ساخته شده است و از داخل استر دارد پيش از ان که کيسه هوا باد شود تا شده است و زير درپوش مناسبي قرار دارد اين پوشش با خطوط گسست خاصي طراحي شده است در اطراف کيسه هوا سوراخهاي تعبيه شده است که پس از عمل کردن کيسه به سرعت باد ان را خالي مي کنند حجم کيسه هواي راننده در حدود 60 ليتر و حجم کيسه هواي سرنشين در حدود160ليتر است مدار پايش اين سيستم يک چراغ هشدار دهنده دارد اين چراغ راننده را از خرابي سيستم مطلع مي کند و بخش مهمي از مدار پايش است بعضي از سازندگان براي افزايش اعتماد پذيري سيستم هشدار دهنده از دو چراغ استفاده مي کنند با استفاده از کليد که در طرف سرنشين (طرف شاگرد) قرار دارد مي توان از عمل کردن کيسه هواي اين صندلي وقتي سرنشين ندارد جلوگيري کرد باد کننده اتشي و مشتعل ساز را مي توان با هم بررسي کرد باد کننده کيسه هواي راننده در وسط فلکه فرمان تعبيه شده است اين باد کننده حاوي تعدادي قرص سوخت است که در يک محفظه احتراق قرار دارند مشتعل ساز از خازنهاي پر تشکيل مي شود که جرقه اي براي اشتعال سوخت ايجاد مي کند قرصهاي سوخت به سرعت مي سوزند و مقدار معيني گاز نيتروژن با فشار معين توليد مي کنند اين گاز از فيلتري مي گذرد و وارد کيسه هوا مي شود و ان را باد مي کند وقتي کيسه باد شد از زير پوشش خود بيرون ميزند پس از اماده شدن کيسه هوا مقدار کمي هيدرو کسيد سديم در آن و در فضاي داخل خودرو وجود خواهد داشت در هنگام باز کردن سيستم کار کرده و تميز کردن اتاق خودرو بايد از تجهيزات ايمني شخصي استفاده کردحسگر برخورد به صورتهاي مختلف مکانيکي يا الکترونيکي ساخته مي شود سيستم مکانيکي به وسيله فنري کار مي کند که غلتکي را در جاي خود نگه داشته است وقتي ضربه شديد تر از حد معين به خودرو وارد شود بر نيروي فنر غلبه مي کند و غلتک ازاد مي شود وقتي غلتک ازاد شد حرکت مي کند و يک ميکرو سوئيچ را کار اندازي مي کند اين کليد در حالت عادي باز است و مقاومتي به صورت موازي با ان بسته شده که امکان پايش سيستم را فراهم مي کند مي توان از دو کليد مشابه استفاده کرد تا کيسه هوا فقط هنگامي عمل کند که ضربه ناشي از برخورد از روبرو به اندازه کافي شديد باشد ياداوري مي شود که در صورت چپ کردن خودرو کيسه هوا عمل نخواهد کرد نوع ديگر حسگر برخورد را مي توان شتاب سنج تلقي کرد البته اين نوع شتاب سنج شتاب منفي را اندازه گيري مي کند دو نوع شتاب سنج وجود دارد يکي براساس کرنش سنج و ديگري مبتني بر بلور پيزو الکتريکي (شبيه حسگر کوبش موتور) تغيير شديد سرعت خودرو سبب حرکت جرم لرزه اي مي شود و در نتيجه حسگر خروجي توليد مي کند خروجي حسگر بلوري به صورت بار الکتريکي و خروجي حسگر کرنش سنجي به صورت تغيير مقاومت است مدارهاي الکتريکي مناسب مي توانند اين حسگرها را بپايند و مي توان انها چنان برنامه ريزي کرد که وقتي سيگنال به استانه معيني رسيد بيشتر واکنش نشان دهند مزيت روش اخير اينست که نيازي به طراحي حسگرهاي مختلف براي خودروهاي مختلف نيست زيرا تفاوت بين سيستمها مختلف مورد استفاده در خودروهاي مختلف را مي توان با استفاده از نرم افزار ايجاد کرد اخرين جز اين سيستم واحد کنترل الکترونيکي يا واحد کنترل عيب ياب است وقتي از حسگرهاي مکانيکي استفاده مي شود از لحاظ نظري اصلا به واحد کنترل الکترونيکي نيازي نيست مي توان براي به کار انداختن کيسه هوا در هنگام عمل کردن کليد حسگر از يک مدار ساده استفاده کرد اما مسئله پايش سيستم يا بخش عيب ياب واحد کنترل الکترونيکي است که اهميت خاصي دارد در صورتي که عيبي در هر بخش از مدار اشکار سازي شود چراغ هشدار دهنده به کار خواهد افتاد حافظه واحد کنترل الکترونيکي گنجايش تا پنج عيب يا بيشتر را دارد اين حافظه را مي توان بازيابي کرد و ان را به صورت رمزهاي چشمک زن و غيره خواند امتحان کردن اين سيستم به روش قديمي و با استفاده از چندين (مولتي متر) و سيم يکسره کن توصيه نمي شود زيرا اين کار ممکن است سبب عمل کردن کيسه هوا شود ايمني:
پس از مدت کمي دريافته شد که نيروي يک کيسه هوا مي تواند به کساني که بسيار به آن نزديک قرار گيرند آسيب بزند چرا که يک عامل ايجاد خطر در مورد کيسه هاي هوا امکان برخورد آنها با صورت يا گردن است. پژوهشگران دريافته اند که ناحيه خطر براي کيسه هواي راننده در محدوده 2 تا 3 اينچي ( 5 تا 8 سانتيمتري) محل باد شدن قرار دارد. بنابراين قرار گرفتن در فاصله 10 اينچي (25 سانتيمتري) از کيسه هواي راننده يک حاشيه ايمني مناسب را ايجاد مي کند. اين فاصله از مرکز فرمان تا قفسه سينه اندازه گيري مي شود. اگر راننده در فاصله کمتري از اين فاصله قرار مي گيرد، بايد فاصله خود را به يکي از طرق زير بيشتر کند: ?با عقب بردن صندلي تا جاي ممکن به صورتي که پاها به راحتي به پدالها برسند. ? با مايل نمودن پشتي صندلي به عقب. گرچه طراحي خودروها با يکديگر متفاوت است ولي اغلب رانندگان مي توانند حتي در جلوترين حالت صندلي با مايل کردن اندک پشتي به عقب به فاصله 10 اينچي دست يابند. اگر مايل کردن پشتي صندلي مانع از داشتن ديد مناسب از جاده مي شود، مي توان با بالا بردن صندلي ( در خودروهايي که داراي اين نوع تنظيم هستند) يا قرار دادن يک بالش سفت غير لغزنده آن را اصلاح نمود. ? با مايل کردن فرمان ( در مورد خودروهايي که اين تنظيم را دارند) به صورتي که کيسه هوا به جاي سر و گردن به سمت قفسه سينه باز شود. کيسه هوا در مورد کودکاني که در هنگام ترمز ناگهاني کمربند ايمني نبسته باشند يا بسيار نزديک به کيسه هوا نشسته باشند يا به سمت داشبورد پرتاب شوند مي‌تواند موجب آسيب جدي و حتي مرگ شود. کارشناسان معتقدند که رعايت نکات ايمني زير ضروري است: ? کودکان زير 12 سال بايد در صندلي عقب نشسته و براي آنها از کمربند ايمني مناسب سن آنها استفاده شود. ?نوزادان (زير يک سال و با وزن کمتر از 9 کيلوگرم) که در صندليهاي مخصوص رو به عقب مي نشينند هرگز نبايد در صندلي جلو يک خودرو قرار گيرند. ?اگر لازم شد که يک نوزاد زير يک سال بايد در صندلي جلو يک خودرو داراي کيسه هواي جانبي بنشيند بايد او را در يک صندلي مخصوص بچه داراي کمربند رو به جلو قرار داد و صندلي بايد در دورترين فاصله نسبت به داشبورد قرار گيرد.

منابع

Carnp.com
Khodroblog.persianblog.com
Khodroha.com
Otomachin.netfirms.com
Howstuffworks.com