ايربگ

طي سال‌هاي طولاني كمربندهاي ايمني تنها وسيله مهاركننده كنش‌پذير در خودروها بوده‌اند. . آمار و ارقام نشان مي‌دهد كه استفاده از كمربندهاي ايمني جان هزاران نفر را در تصادفات نجات داده است ايده استفاده از يك بالش نرم در برابر برخورد، بسيار جذاب بوده و اولين ثبت اختراع در مورد يك وسيله قابل انبساط براي فرود آمدن در آن در هنگام تصادف براي هواپيماها طي جنگ جهاني دوم انجام شده است! در دهه 80 اولين كيسه هواي(ايربگ) تجاري شده در خودروها ظاهر شد.

اين طرح در ان زمان بعلت اينکه ايالات متحده برنامه هايي را اعلام کرد مبني بر تجويز نوعي سيستم اتوماتيک محافظ سرنشين ماشينهاي مسافرتي در سال 1969 ، جهش تازه اي يافت و در سال 1973 حتي تا مرز اجباري شدن ايربگ راننده براي اتومبيلهاي جديد هم پيش رفت اما به هر حال اين قانون به عللي مکرراً به تعويق افتاد.

در اولين تست ها از هواي متراکم و فشرده شده و گاز Freon براي باد کردن ايربگ استفاده شد. سرانجام پژوهشگران با استفاده از تکنولوژي موشک ، سديم اسيد با قابيت انفجار را براي اين امر بکار گرفتند.
در سال 1971 مرسدس-بنز شماره ثبت انحصاري DE 2152902 C2 را براي اين اختراع دريافت کرد و قرار داد.

از سال 1998، وجود كيسه‌هاي هوا در هر دو سمت راننده و سرنشين جلو در آمريكا الزامي شده است . كيسه‌هاي هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان 11 درصد و در مورد سرنشينان بزرگسالان 13 درصد كاهش مي‌دهد.

: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

اجزاي ايربگ(كيسه هوا)

n       این سیستم در دو نوع مکانیکی و الکترونیکی طراحی شده است که در یک خودرو می تواند از چندین ایربگ استفاده نمود

n       هر سیستم کیسه هوا شامل 3 بخش اصلی می باشد:

n       1- کیسه هوا : از الیاف نایلون نازک ساخته شده است و آن را تا کرده و در داخل فرمان ماشین یا داشبورد قرار داده اند. اخیرا کیسه هوا در داخل درها یا صندلی برای جلوگیری از برخوردهای جانبی نیز قرار می گیرد.

n       2- حسگر یا Sensor : سیگنال نیاز به باز شدن کیسه را در هنگام تصادف دریافت نموده و به سیستم Inflation فرمان باز شدن کیسه را می دهد. همچنین شدت تصادف را تشخیص می دهد. باد شدن کیسه هنگامی اتفاق می افتد که نیروی برخوردی معادل تصادف ماشین با سرعت 16 تا 24 کیلومتر در ساعت به یک دیوار آجری بوجود بیاید.

n       نوع ديگر حسگر برخورد را مي توان شتاب سنج تلقي کرد. البته اين نوع شتاب سنج  شتاب منفي را اندازه مي گيرد. در شکل هاي 28-15و29-15  دو نوع شتاب سنج، يکي بر اساس کرنش سنج و ديگري مبتني بر بلور پيزوالکتريکي نشان داده شده است. تغيير شديد سرعت خودرو سبب حرکت جرم لرزه اي مي شود و در نتيجه حسگر، خروجي توليد مي کند. خروجي حسگربلوري به صورت بار الکتريکي و خروجي حسگر کرنش سنجي به صورت تغير مقاومت است. مدارهاي الکتريکي مناسب مي توانند اين حسگرها را بپايند و مي توان آنها را چنان برنامه ريزي کرد که وقتي سيگنال به آستانه معيني رسيد بيشتر واکنش نشان دهند. مزيت روش اخير اين است که نيازي به طراحي حسگرهاي مختلف براي خودرو هاي مختلف نيست زيرا تفاوت بين سيستمهاي مختلف مورد استفاده در خودروهاي مختلف را مي توان با استفاده از نرم افزار ايجاد کرد.

- سیستم Inflation : سیستم فعال کردن کیسه هوا می باشد که در آن آزید سدیم با نیترات پتاسیم واکنش انجام می دهد و گاز نیتروژن مورد نیاز برای باد کردن کیسه تولید می شود در نمودار شکل زیر اجزای سیستم تشریح شده است

قطعات اصلی سیستم ایربگ الکترونیکی

n       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 آتش شده 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 کبسه 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.

تشخیص سیستم ایربگ

n       بیشتر خودروهای سواری و کامیونها در کشورهای پیشرفته دارای سیستم ایربگ می باشند به هر حال اگر کلمات  SRSوياAIRBAG  برروی فرمان وداشبورد و قسمت ایربگ کناری حک شده باشد شما دارای یک سیستم مکمل جلوگیری کننده (Supplemental Restraint system ) در جلو وکنارهای خود هستید.در تعداد کمی از از خودروها روی فرمان یا داشبورد کلمه SIR حک شده است که این هم به معنای سیستم مکمل بادکنندگی جلوگیری کننده است .((Supplemental Inflatalbe Restraint system

سوخت ايربگ

n       در طي دهه گذشته سوختهاي جامد، كاربرد وسيعي غير ازپيشرانه ها در صنايع غير نظامي خصوصاً در توليد كيسه يافته اند. علاوه بر (Airbag Inflators) كيسه هاي هوا، اين سوختها در كيسه هاي زانو Antisliding ) كيسه هاي ضد لغزش ،(airbags

n        (Inflatable belts) و كمربندهاي باد كننده bagsاستفاده مي‌شود.

n       در فرانسه هم اكنون، تناژ سوختهاي توليدي براي اين نوع سوختها، بيشتر از توليد سوخت براي سيستم هاي موشكي مي باشد!سوخت مورد نياز كيسه هاي هوا لازم است داراي توانائي توليد حجم گاز زياد، دماي احتراق كم، توليد گازهاي غيرسميّت، ذرات جامد كم در محصولات احتراق، سرعت سوزش بالا، افروزش ساده و سريع و نهايتاً عمر مناسب باشند.

بطور خلاصه روند توسعه اينگونه سوختها بشرح ذيل مي باشد

n       1-  سوخت بر پايه آزيد سديم(3NaN  )كه توسط و شركتهاي TRW, MORTON  توسعه يافت و اشكال عمده آن، سميت بالاي آزيد سديم بود كه مسائلي درجابجائي، حمل و نقل و انبارداري ايجاد مي كرد.

n       2-  گاز ژنراتور هايبريدي كه توسط شركتARC توسعه يافت و متشكل از يك گاز خنثي تحت فشار بوده كه در لحظه مورد نياز توسط يك گرين كوچك سوخت بر پايه پركلرات پتاسيم تحت عنوان ARCITEگرم و منبسط مي گردد. اشكال عمده آن، توليد ذرات جامد داغ درمحصولات احتراق مي باشد.

n       3-  سوخت جامد دو پايه (توليدي شركتSNPE ) كه توسط شركتLIVBAG توسعه يافت و اشكال عمدة آن توليد گازهائي با دماي بالا و حساسيت بالاي آن به دماي اوليه احتراق بود.

n       4- سوخت بر پايه سوخت جامد كامپوزيت سيليكوني كه مجدداً توسط شركتSNPE, LIVBAG درسال1994) توسعه يافت. پايداري بالاي احتراق، نرخ سوزش بالاو استفاده از فيلترهائي جهت كاهش ذرات جامد از مزاياي اين سوخت مي باشد.

n       5- سوخت بر پايه آمينوتترازول توسط شركت TAKATAتوسعه يافت كه داراي يك تركيب غني از نيتروژن85% مي باشد.

n       6-  سوخت بر پايه هگزامين كبالت نيترات HACN توسط شركتASP توسعه يافت. پايداري حرارتي اين تركيب بعلت استفاده از تركييبات كبالت، بسيار زياد مي باشد.

n       7-  بعلت به روز بودن موضوع تحقيق پيرامون اينگونه سوختها، پيش بيني مي گردد در سال2004 نسل جديدي از اين گونه  نسل جديدي از اين گونه سوختها به بازار ارائه شود.

عملکرد انفجاري سيستم توليد کننده گاز

n       در اين سيستم توليد گاز، ناشي از انفجار يک ماده جامد است که مشخصات اين ماده جامد بايد به شرح زير باشد:

n       - درجه اشتعال پائين       - سرعت اشتعال بالا       - توليد گاز در حجم زياد    

n       - محصولات احتراق ، آلودگي کمي براي محيط زيست ايجاد کند

n       فرایندهای انجام شده ، به ترتیب عبارت اند از :

n        1 - 2NaN3(s)        2Na(s) +3N2(g)

n        2- 6Na(s) +Fe2 O3 (s)       3Na2O(s)+2Fe(s)+ گرما

n       گرمای لازم برای انجام واکنش( 1) ، از انفجار یک کلاهک انفجاری در لحظه ی تصادف، فراهم می شود.

n       نام كيسه هوا براي اين سازه كمي نادرست باشد زيرا گازي كه موجب پرشدن كيسه مي گردد گاز نيتروژن N2 است . به هنگام برخورد خودرو با شدتي كه مد نظر طراحان اين سازه است حسگر هاي تعبيه شده در قسمت جلويي خودرو فعال شده و باعث انفجار يك كلاهك انفجاري كوچك مي شوند.
اين انفجار انرژي لازم را براي آغاز واكنش تجزيه سديم آزيد و توليد گاز نيتروژن را فراهم مي سازد. معادله اين واكنش به صورت زير است:
2NaN3 ---------> 2Na + 3N2
هرچند گاز نيتروژن كافي براي پرشدن كيسه در اين واكنش توليد مي شود اما سرعت پر شدن مناسب صحنه تصادف نيست لذا واكنش ديگري اتفاق مي افت با افزايش دماي گاز حجم آن به سرعت افزايش يابد

n       . اين واكنش بين آهن (III) اكسيد و فلز سديم توليد شده در واكنش فوق انجام مي شود تا گرماي حاصل دما را به ناگهان بيش از 100 درجه افزايش دهد . معادله اين واكنش اين چنين است:
6Na + Fe2O۳ ---------> 3Na2O + 2Fe
با انجام اين واكنش خطر حضور فلز سديم كه يك فلز فعال است در كيسه ازبين مي رود.
سديم اكسيد توليد شده كه خاصيت بازي دارد به وسيله كربن دي اكسيد هوا و بخار آب هوا به سديم هيدروژن كربنات بي خطر تبديل مي شود

خطرات ايربگ

n       برطبق آمار منتشر شده در آمريکا از سال 1990 تاکنون ايربگ جان 2620 نفر را در تصادفات نجات داده ولي در همين دوره 87 نفر در اثر جراحات ناشي از استفاده از اين بالشتک ها جان خود را از دست داده اند. يعني خطر استفاده از ايربگ چيزي در حدود 3.3 درصد است.

خلاصه زمان بندي عمل ايربگ

n       در حدود 15 الي 20 ميکرو ثانيه بعد از وقوع حادثه، سنسورهاي شتاب سنج که در جلوي خودرو نصب شده اند، سيگنال شروع عمل را به واحد توليد کننده گاز ارسال مي دارند و 18 الي  23 ميکرو ثانيه بعد از برخورد، ماده آتش زا مشتعل شده و ماده توليد کننده گاز را فعال مي کند.در زمان 21 الي 27 ميکروثانيه، گاز نيتروژن توليد شده و وارد کيسه هوا مي شود. در زماني برابر 5 تا 150 ميکروثانيه راننده که حدود 13 سانتي متر در اثر شتاب به جلو پرتاب شده، با بالشتک هواي پر از گاز برخورد مي نمايد.

نتيجه گيري

چنانچه در هنگام رانندگي از كمربند ايمني استفاده شود و فاصله ي صحيح راننده با فرمان حفظ شود كيسه هوا در هنگام تصادف تاثير زيادي در كاهش صدمات دارد.

روح الله شهسواري- علي افخمي

www.gerdavari.com