طی سالیان طولانی کمربندهای ایمنی تنها وسیله مهارکننده کنش‌پذیر در خودروها بوده‌اند. در عین حال در این مدت بحثهای زیادی در مورد ایمنی آنها بخصوص در مورد کودکان مطرح شده است، ولی به مرور زمان در اکثر کشورها کمربندهای ایمنی شامل مقررات اجباری شده‌اند. آمار و ارقام نشان می‌دهد که استفاده از کمربندهای ایمنی جان هزاران نفر را در تصادفات نجات داده است. کیسه‌های هوا طی سالیان طولانی در حال توسعه بوده‌اند. ایده استفاده از یک بالش نرم در برابر برخورد، بسیار جذاب بوده 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 ۸۰ اولین کیسه هوای تجاری شده در خودروها ظاهر شد. از سال ۱۹۹۸، وجود کیسه های هوا در هر دو سمت راننده و سرنشین جلو در آمریکا الزامی شده است(کامیونت های سبک نیز از سال ۱۹۹۹ تحت این قانون در آمدند). تاکنون آمار نشان داده که کیسه‌های هوا ریسک مرگ را در تصادفات روبرو حدود ۳۰ درصد کاهش داده است. استفاده از کیسه‌های هوای نصب شده در صندلی و درها جدیدتر است ، اگرچه آنها به گستردگی کیسه‌های هوای نصب شده در فرمان و داشبورد مورد استفاده قرار نمی‌گیرند. برخی از کارشناسان بر این عقیده‌اند که طی سالیان آتی تعداد کیسه‌های هوای خودروها از دو به شش تا هفت خواهد رسید. کیسه‌های هوا هم مانند کمربند ایمنی در سالهای اولیه، موضوع تحقیقات و آزمونهای جدی دولتی و صنعتی هستند. در این مقاله به دانش پشت کیسه‌های هوا و اینکه آنها چگونه کار می‌کنند، مشکلات آنها چیست و تکنولوژی آنها به چه سمتی پیش می‌رود خواهیم پرداخت.
●اصول اولیه
پیش از پرداختن به اصول خاص آنها بهتر است به مرور دانش خود درباره قوانین حرکت (نیوتن) بپردازیم. اول اینکه ما می دانیم که اجسام در حال حرکت دارای اندازه حرکت (مومنتوم) (حاصلضرب جرم و سرعت یک جسم) 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 خود خودرو و اجسام مهار نشده درون آن و البته سرنشینان می شود. اگر این اجسام مهار نشوند، حتی در صورت توقف خودرو در اثر تصادف، آنها با سرعتی که خودرو دارد به حرکت خود ادامه می دهند. متوقف کردن یک جسم دارای مومنتوم مستلزم اعمال نیرو به آن در یک دوره زمانی است. وقتی یک خودرو دچار تصادف می شود، نیروی مورد نیاز برای متوقف کردن اجسام بسیار زیاد است چرا که مومنتوم در لحظه تغییر کرده در حالی که برای سرنشینان اینطور نبوده است و وقت زیادی نیز برای اینکار وجود ندارد. هدف هر سیستم مهار کننده کمکی، کمک به متوقف کردن سرنشین با ایجاد کمترین آسیبها به وی است. کاری که یک کیسه هوا انجام می دهد کاهش سرعت سرنشین به صفر با کمترین یا بدون آسیب است. محدودیتهایی که کیسه هوا با آنها درگیر است زیاد است. کیسه هوا باید در کسری از ثانیه در فضای بین سرنشین و فرمان یا داشبورد عمل نماید. برای آنکه سیستم بتواند به جای آنکه سرنشین را بصورت ناگهانی متوقف کند ، حرکت آن را آرام نماید ، حتی کوچکترین مقدار فضا و زمان ارزشمند است.
در کیسه هوا سه قسمت وجود دارد که می توان به انجام این کار بزرگ یاری دهد:
● کیسه که از پارچه نایلونی نازکی ساخته شده که درون فرمان یا داشبورد ( و اخیرا درون صندلی و در) تا می شود و قرار می گیرد. ●سنسور که وسیله‌ای است که به کیسه فرمان باد شدن را می دهد. باد شدن در صورتی رخ می‌دهد که برخوردی با نیروی معادل برخورد با یک دیوار آجری با سرعت ۱۰ تا ۱۵ مایل بر ساعت (۱۶ تا ۲۴ کیلومتر بر ساعت) ایجاد شود. وقتی یک تغییر جرم باعث بسته شدن یک اتصال برقی شود، یک سوئیچ مکانیکی زده شده و به سنسور پیام می دهد که یک تصادف رخ داده است. سنسور اطلاعات را از یک شتاب سنج که درون میکرو چیپ قرار دارد دریافت می کند. ●سیستم باد کننده کیسه هوا موجب واکنش آزید سدیم (Na N۳) با نیترات پتاسیم (KNO۳) و ایجاد گاز نیتروژن می شود. انفجار داغ نیتروژن موجب باد شدن کیسه هوا می شود. سیستم بادکننده شبیه یک بوستر راکت جامد است. سیستم کیسه هوا یک پیشران (propellant) جامد را مشتعل کرده و به سرعت می سوزد تا یک حجم بزرگ گاز را برای باد کردن کیسه هوا بوجود بیاورد. به این ترتیب کیسه هوا از قسمت ذخیره شده خود با سرعت ۲۰۰ مایل بر ساعت (۳۲۲ کیلومتر بر ساعت) یعنی سریعتر از یک چشم بر هم زدن از هم باز می شود. یک ثانیه بعد ، برای آنکه سرنشین بتواند حرکت کند، گاز به سرعت از سوراخهای درون کیسه تخلیه شده و کیسه را از حالت باد شدن در می آورد. کیسه هوا و سیستم باد کننده ذخیره شده در فرمان گرچه همه این فرآیند تنها در یک بیست و پنجم ثانیه رخ می دهد ولی زمان اضافی ایجاد شده 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 توسط سازنده برای نچسبیدن تاهای کیسه به هم در هنگام ذخیره کیسه هوا استفاده شده است. سیستم باد کننده از یک پیشران جامد و یک جرقه‌زن استفاده می‌کند.
●توسعه ایده
همانطور که گفته شد بر اساس مجله Scientific American ایده اولیه استفاده از بالش سریع بادشونده برای ممانعت از جراحات تصادفات قبل از آن که در دهه ۱۹۸۰ توسط وزارت راه آمریکا برای استفاده در خودروها اجباری شود دارای یک پیشینه طولانی است. اولین اختراع وسیله باد شونده برای تصادفات برای هواپیماها در طی جنگ جهانی دوم ثبت شده است. تلاشهای اولیه برای استفاده از کیسه هوا برای خودروها با موانع قیمت بالا و مشکلات فنی مرتبط با ذخیره و آزاد سازی گاز فشرده مواجه شد. پژوهشگران در جستجوی پاسخگویی به سوالات زیر بودند: ▪ آیا درون خودرو فضای کافی برای مخزن گاز وجود دارد؟ ▪آیا می شود گاز را برای مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخیره شده نگه داشت؟ ▪ آیا کیسه هوا را می توان به سرعت و با اطمینان در شرایط مختلف آب و هوایی منبسط نمود بدون آنکه صدای انفجار گوشخراشی ایجاد شود؟ نیاز به یک مجموعه واکنشهای شیمیایی وجود داشت که نیتروژن ایجاد کند و کیسه را باد کند. باد کننده های پیشران جامد (Solid- Propellant Inflators) در دهه ۱۹۷۰ به کمک این ایده آمدند. گر چه از نظر تاریخی کیسه های هوا در ابتدا برای استفاده توسط سرنشینان بدون کمربند ایمنی طراحی شده بود ولی در همان روزهای اولیه شروع ایده کیسه هوا برای خودروها، کارشناسان هشدار داده بودند که این وسیله جدید باید به صورت پشتیبان و همراه با کمربند ایمنی استفاده شود. کمربندهای ایمنی بازهم کاملا ضروری هستند چرا که کیسه های هوا فقط در تصادفات روبرویی که با سرعت بیش از ۱۰ مایل بر ساعت ( ۱۶ کیلومتر بر ساعت) رخ دهد عمل می کنند. در مورد برخوردها و تصادفات جانبی، تصادفات از عقب و برخوردهای ثانویه فقط کمر بندهای ایمنی می توانند کمک کنند( گرچه امروزه کیسه های جانبی هوا نیز در حال متداول شدن هستند). با وجود پیشرفت فن آوری، کیسه های هوا فقط وقتی موثر هستند که همراه با یک کمربند شانه و ران 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 را فراهم می آورد. کیسه های هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان ۱۱ درصد و در مورد سرنشینان بزرگسال۱۳ درصد کاهش می دهد. حفاظت ایجاد شده توسط کیسه هوا به علاوه کمربند ایمنی قابل مقایسه با هیچ نوع حفاظت دیگری نیست. مطالعات نشان می دهند که در یک برخورد، سرنشینانی که توسط کمربند ایمنی و کیسه هوا محافظت می شوند ۵۰ درصد کمتر از سرنشینان مهار نشده دچار آسیبهای مرگبار و جراحات جدی خواهند شد.
●ایمنی
پس از مدت کمی دریافته شد که نیروی یک کیسه هوا می تواند به کسانی که بسیار به آن نزدیک قرار گیرند آسیب بزند چرا که یک عامل ایجاد خطر در مورد کیسه های هوا امکان برخورد آنها با صورت یا گردن است. پژوهشگران دریافته اند که ناحیه خطر برای کیسه هوای راننده در محدوده ۲ تا ۳ اینچی ( ۵ تا ۸ سانتیمتری) محل باد شدن قرار دارد. بنابراین قرار گرفتن در فاصله ۱۰ اینچی (۲۵ سانتیمتری) از کیسه هوای راننده یک 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 می گیرد، باید فاصله خود را به یکی از طرق زیر بیشتر کند: ▪با عقب بردن صندلی تا جای ممکن به صورتی که پاها به راحتی به پدالها برسند. ▪ با مایل نمودن پشتی صندلی به عقب. گرچه 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 ۱۰ اینچی دست یابند. اگر مایل کردن پشتی صندلی مانع از داشتن دید مناسب از جاده می 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 نمود. ▪ با مایل کردن فرمان ( در مورد خودروهایی که این تنظیم را دارند) به صورتی که کیسه هوا به جای سر و گردن به سمت قفسه سینه باز شود. یک دوست خطرناک ولی قاعده برای کودکان متفاوت است. کیسه هوا در مورد کودکانی که در هنگام ترمز ناگهانی کمربند ایمنی نبسته باشند یا بسیار نزدیک به کیسه هوا نشسته باشند یا به سمت داشبورد پرتاب شوند می‌تواند موجب آسیب جدی و حتی مرگ شود. کارشناسان معتقدند که رعایت نکات ایمنی زیر ضروری است: ▪ کودکان زیر ۱۲ سال باید در صندلی عقب نشسته و برای آنها از کمربند ایمنی مناسب سن آنها استفاده شود. ▪نوزادان (زیر یک سال و با وزن کمتر از ۹ کیلوگرم) که در صندلیهای مخصوص رو به عقب می نشینند هرگز نباید در صندلی جلو یک خودرو قرار گیرند. ▪اگر لازم شد که یک نوزاد زیر یک سال باید در صندلی جلو یک خودرو دارای کیسه هوای جانبی بنشیند باید او را در یک صندلی مخصوص بچه دارای کمربند رو به جلو قرار داد و صندلی باید در دورترین فاصله نسبت به داشبورد قرار گیرد.
غیر فعال کردن:
در پاسخ به ملاحظات مرتبط با کودکان و سایر سرنشینان خصوصا افراد ریز جثه که در صورت استفاده نامناسب یا کیسه های هوای بسیار قوی ، در معرض خطر مرگ یا آسیب‌دیدگی قرار دارند، اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) در سال ۱۹۹۷ قانونی را تصویب کرد که بر اساس آن سازندگان را مجاز می کرد که از کیسه های هوای با قدرت کمتر استفاده کنند. این قانون اجازه می‌دهد که کیسه‌های هوا ۲۰ تا ۳۵ درصد کاهش قدرت داده شوند. علاوه بر آن از سال ۱۹۹۸ تعمیرگاهها و فروشگاههای لوازم یدکی مجاز شدند کلیدهای روشن/ خاموش روی خودرو قرار دهند که امکان غیرفعال‌سازی کیسه‌های هوا را می‌دهد. در آمریکا در صورتی که دارندگان خودرو در یكی از گروههای ریسک زیر قرار بگیرند، توسط اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) اجازه خواهند داشت کلید روشن/ خاموش را برای یک یا هر دو کیسه هوای خود نصب کنند: ▪در هردو طرف راننده و سرنشین جلو- در مورد افراد با شرایط پزشکی که در مورد آنها ریسک استفاده از کیسه هوا بیشتر از ریسک برخورد در صورت استفاده نکردن از آن است. ▪در سمت راننده- ( علاوه بر شرایط پزشکی)، کسانی که در صورت رعایت فاصله حداقل ۱۰ اینچی (۲۶ سانتیمتری) از مرکز کیسه هوای راننده ، نمی توانند بدرستی از خودرو خود استفاده کنند . ▪برای سرنشین جلو- (علاوه بر شرایط پزشکی) افرادی که بدلیل عدم وجود صندلی عقب در خودرو یا کوچک بودن فضای آن برای قرار گیری یک صندلی کودک رو به عقب یا بدلیل نیاز به مراقبت دائم شرایط سلامت یک کودک ، لازم است یک کودک را درون صندلی کودک رو به عقب روی صندلی سرنشین جلو قرار دهند. ▪برای سرنشین جلو- ( علاوه بر شرایط پزشکی)، افرادی که لازم است کودکان یک تا ۱۲ ساله را در صندلی جلو بنشانند بدلیل : الف) عدم وجود صندلی عقب در خودرو - ب) اجبار به حمل کودک بیش از گنجایش صندلیهای عقب کودک.- ج) نیاز به مراقبت دائم شرایط سلامت یک کودک در امریکا برای نصب یک کلید غیر فعال سازی کیسه هوا روی خودرو نیاز به دریافت مجوز از اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) است. پس از دریافت این مجوز دارنده خودرو می‌تواند خودرو خود را برای نصب این کلید به تعمیرگاه ببرد. چنین کلیدهایی باید مجهز به یک چراغ هشدار‌دهنده باشند که وضعیت فعال یا غیر فعال بودن کیسه هوا را نشان دهد. واضح است که حتی اگر امکان غیرفعال کردن کیسه هوا وجود دارد، در مورد رانندگانی که امکان قرار گرفتن در فاصله حداقل ۱۰ اینچ را دارند، کیسه هوا باید فعال باشد. در مورد افرادی که حتی با رعایت موارد ذکر شده نمی‌توانند این حداقل فاصله را ایجاد نمایند، کیسه هوا می‌تواند غیرفعال شود. گروهی از پزشکان در کنفرانس ملی توصیه‌های پزشکی برای غیرفعال کردن کیسه هوا شرایط پزشکی که عموما در مقالات گزارش می‌شوند را به عنوان دلایل احتمالی غیرفعال کردن کیسه هوا مورد بررسی قرار داده اند. با این وجود غیرفعال کردن کیسه هوا برای شرایط نسبتا عادی مانند: وجود ضربان ساز (Pacemaker) در قلب، عینک، دردهای موضعی، نفخ (Emphysema)، آسم، جراحی سینه، جراحی پشت یا گردن، سن بالا، پوکی استخوان ، آرتروز یا بارداری توصیه نمی شود. عموما بدون نصب یک کلید روشن/ خاموش نمی توان کیسه هوا را غیر فعال نمود. به هر حال نباید هرگز شخصا اقدام به غیر فعال کردن کیسه هوا کرد. باید به خاطر داشت که کیسه هوا فقط یک بالش نرم نیست بلکه کیسه ای است که با ضربه باز می شود و اگر ندانید که چه می کنید می تواند به شما آسیب برساند. اداره ملی ایمنی بزرگراه های آمریکا (NHTSA) بجز در شرایط خاص ، تنها در حالتی که صندلی عقب وجود نداشته باشد یا فضای آن برای قراردادن یک صندلی ایمنی رو به عقب کودک کافی نباشد مجوز نصب کلید غیر فعال سازی کیسه هوا را برای خودروهای نو نمی دهد. در حال حاضر در آمریکا سازندگان خودرو مجوز نصب کلید غیرفعال‌سازی کیسه هوا را برای صندلی راننده در خودروهای نو ندارند چرا که برای اداره ملی ایمنی بزرگراه های آمریکا (NHTSA) این بیم وجود دارد که در این صورت این کلید در تمامی خودروهای نو حتی در خودروهایی که توسط افراد در گروههای ریسک قرار نمی گیرند جزو تجهیزات استاندارد خودرو در آید. همچنین مواردی از یکپارچه‌سازی این کلیدها در داشبورد خودرو مشاهده شد که احتمال انحراف منابع از توسعه سیستمهای ایمن‌تر و پیشرفته‌تر کیسه هوا را بوجود می‌آورد.
●آینده کیسه‌های هوا:
فعالیتهای مرتبط با بهبود مزایای ایمنی سرنشین توسط کیسه‌های هوا در حال تغییرات مستمر است. آزمونهای جدید با استفاده از مانکنهای آزمون (dummy) دارای معیارهای بهتری در مورد آسیبهای وارده به آن است. گرچه ۴۰ درصد همه جراحات جدی در تصادفات در نتیجه برخوردهای جانبی و ۳۰ درصد کل تصادفات، برخوردهای جانبی هستند، تا همین اواخر بیشتر گامها برای ایمنی خودرو در برخوردهای جلو و عقب برداشته می‌شد. بسیاری از خودروسازان در پاسخ به این آمار ( و در نتیجه استانداردهای جدید) اقدام به قویتر کردن درها، قاب درها و بخشهای کف و سقف نموده‌اند. ولی خودروهایی که از کیسه هوای جانبی استفاده کرده‌اند نماینده موج جدیدی از ایمنی سرنشین می‌باشند. کارشناسان معتقدند که طراحی کیسه‌های موثر جانبی بسیار دشوارتر از کیسه‌های هوای جلو است. این به این دلیل است که در برخورد روبرو، بیشتر انرژی برخورد توسط سپر، کاپوت و موتور جذب می شود وتقریبا ۳۰ تا ۴۰ ثانیه طول می کشد تا ضربه به سرنشین خودرو منتقل شود. ولی در برخوردهای جانبی فقط یک در نازک و چند اینچ فاصله بین سرنشین و خودروی دیگر وجود دارد. این بدان معنا است که کیسه های جانبی هوا که روی در سوار شده اند باید در ۵ تا ۶ میلی ثانیه عمل کنند! مهندسین شرکت ولوو راههای مختلفی را برای نصب کیسه های جانبی هوا آزموده اند و نصب در پشتی صندلی را انتخاب کرده اند چرا که اینکار سرنشین را فارغ از جثه او و چگونگی قرارگیری صندلی محافظت می کند. این ترتیب به مهندسین این امکان را می دهد که یک سنسور با تحریک مکانیکی را روی کناره‌های بالشهای صندلی و زیر راننده و سرنشین جلو قرار دهند. این مانع باد شدن کیسه هوا در سمت آسیب ندیده می‌شود. نصب همه مجموعه کیسه هوا در پشتی صندلی این مزیت را نیز دارد که از فعال شدن کیسه هوا در موارد غیرضروری نظیر برخورد با عابرین پیاده یا دوچرخه‌ها جلوگیری می‌کند. در برخوردهای با سرعت حدود ۱۲ مایل بر ساعت (۱۹ کیلومتر بر ساعت) است که کیسه‌های جانبی هوا تحریک می‌شوند. مهندسان شرکت BMW کیسه‌های جانبی نصب شده روی درها را انتخاب کرده اند. در دارای فضای بیشتری است که نصب کیسه های بزرگتر را ممکن می سازد. کیسه هوای سر یا سازه‌های بادشونده تیوبی (Inflatable Tubular Structure-ITS) در همه خودروهای مدلهای سال ۱۹۹۹BMW (به جز مدل با سقف متحرک) قرار داده شده اند. این کیسه‌های سر کمی شبیه سوسیس‌های بزرگ هستند و بر خلاف کیسه‌های هوا برای آن طراحی شده‌اند که به مدت حدود ۵ ثانیه در حالت باد شده باقی بمانند و در برخی از برخوردهای جانبی حفاظت بهتری را تامین كنند.
●کیسه‌های هوشمند هوا:
تا سال۹۷، ۱۹ بزرگسال و ۳۱ نوزاد در آمریکا توسط کیسه های هوا کشته شده‌اند. برخی از این مرگها در سرعتهای پایینی رخ داده که در حالت عادی معمولا منجر به مرگ نمی‌شد. وسایل ایمنی برای این طراحی نمی‌شوند که خود عامل بروز خطر باشند. برای حذف پتانسیل بروز خطر توسط کیسه‌های هوا تاکنون در مورد غیرفعال کردن صحبت شد. غیر فعال کردن کیسه‌های هوا وقتی کودکان روی صندلیهای مربوط قرار می‌گیرند این ایراد را دارد که اغلب فراموش می‌کنند در صورت نشستن یک فرد بزرگسال مجددا آن کیسه هوا را فعال کنند. یک راه دیگر حذف خطر برای کودکان هوشمند کردن کیسه‌های هوا است به این معنی که بتوانند تشخیص دهند چه کسی در مقابل آنها نشسته است.
●انتخاب‌های موجود:i
برای هوشمند کردن کیسه‌های هوا راههای زیر وجود دارد: ▪ترازو- وجود ترازو در صندلی سرنشین این امکان را فراهم می‌کند که تنها در صورتی فعال شود که وزن سرنشین از حد مشخصی بیشتر شود. ولی این سیستم نمی‌تواند تشخیص دهد که کودک کمربند خود را بسته است یا خیر. ▪سنسور برچسب- این سنسور می تواند برچسبی را که بر روی صندلی ایمنی نوزاد نصب شده را بخواند. اگر چنین صندلی در جلو این سنسور قرار گیرد، کیسه هوا غیر فعال می شود. ▪واحد اولترا سونیک- وجود این واحد بر روی داشبورد صداهای با فرکانس بالایی تولید می کند که پژواک حاصل از آن مشخص می کند چه کسی یا چه چیزی در صندلی سرنشین قرار دارد. سیستم میدان الکتریکی- این سیستم با استفاده از آنتنهایی در صندلی خودرو میدان الکتریکی ضعیف ولی با فرکانس بالایی تولید می کند . مزیت این سیستم آن است که نه تنها تحلیل زمان واقعی سرنشین صندلی را فراهم می کند بلکه می تواند جرم را ثبت کند و حداقل به صورت تئوریک مشخص کند که آیا سرنشین توسط کمربند مهار شده یا نه. شکل زیر نمونه ای از یک کیسه هوای هوشمند را نشان می دهد: همانگونه که مشاهده می شود در این صندلی یک میدان الکتریکی ضعیف برقرار می باشد . آنتن که در زیر پارچه و یا کفی صندلی قرار دارد میدان الکتریکی را اندازه گرفته و فورا کنترل کننده کیسه هوا اطلاعات خود را از نظر اندازه و موقعیت سرنشین به روز می نماید. در همه این مدلها مشخص است که دانش کیسه های هوا هنوز جدید و تحت توسعه روزافزون است. در این زمینه باید در انتظار ایده های جدید با استفاده از داده های دنیای واقعی برخوردها بود.:
مراجع:۱. How Air bags work- auto.howstuffworks.com۲. Air bags- How they work? - auto.howstuffworks.com
●اصول اولیه
پیش از پرداختن به اصول خاص آنها بهتر است به مرور دانش خود درباره قوانین حرکت (نیوتن) بپردازیم. اول اینکه ما می دانیم که اجسام در حال حرکت دارای اندازه حرکت (مومنتوم) (حاصلضرب جرم و سرعت یک جسم) 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 خود خودرو و اجسام مهار نشده درون آن و البته سرنشینان می شود. اگر این اجسام مهار نشوند، حتی در صورت توقف خودرو در اثر تصادف، آنها با سرعتی که خودرو دارد به حرکت خود ادامه می دهند. متوقف کردن یک جسم دارای مومنتوم مستلزم اعمال نیرو به آن در یک دوره زمانی است. وقتی یک خودرو دچار تصادف می شود، نیروی مورد نیاز برای متوقف کردن اجسام بسیار زیاد است چرا که مومنتوم در لحظه تغییر کرده در حالی که برای سرنشینان اینطور نبوده است و وقت زیادی نیز برای اینکار وجود ندارد. هدف هر سیستم مهار کننده کمکی، کمک به متوقف کردن سرنشین با ایجاد کمترین آسیبها به وی است. کاری که یک کیسه هوا انجام می دهد کاهش سرعت سرنشین به صفر با کمترین یا بدون آسیب است. محدودیتهایی که کیسه هوا با آنها درگیر است زیاد است. کیسه هوا باید در کسری از ثانیه در فضای بین سرنشین و فرمان یا داشبورد عمل نماید. برای آنکه سیستم بتواند به جای آنکه سرنشین را بصورت ناگهانی متوقف کند ، حرکت آن را آرام نماید ، حتی کوچکترین مقدار فضا و زمان ارزشمند است.
در کیسه هوا سه قسمت وجود دارد که می توان به انجام این کار بزرگ یاری دهد:
● کیسه که از پارچه نایلونی نازکی ساخته شده که درون فرمان یا داشبورد ( و اخیرا درون صندلی و در) تا می شود و قرار می گیرد. ●سنسور که وسیله‌ای است که به کیسه فرمان باد شدن را می دهد. باد شدن در صورتی رخ می‌دهد که برخوردی با نیروی معادل برخورد با یک دیوار آجری با سرعت ۱۰ تا ۱۵ مایل بر ساعت (۱۶ تا ۲۴ کیلومتر بر ساعت) ایجاد شود. وقتی یک تغییر جرم باعث بسته شدن یک اتصال برقی شود، یک سوئیچ مکانیکی زده شده و به سنسور پیام می دهد که یک تصادف رخ داده است. سنسور اطلاعات را از یک شتاب سنج که درون میکرو چیپ قرار دارد دریافت می کند. ●سیستم باد کننده کیسه هوا موجب واکنش آزید سدیم (Na N۳) با نیترات پتاسیم (KNO۳) و ایجاد گاز نیتروژن می شود. انفجار داغ نیتروژن موجب باد شدن کیسه هوا می شود. سیستم بادکننده شبیه یک بوستر راکت جامد است. سیستم کیسه هوا یک پیشران (propellant) جامد را مشتعل کرده و به سرعت می سوزد تا یک حجم بزرگ گاز را برای باد کردن کیسه هوا بوجود بیاورد. به این ترتیب کیسه هوا از قسمت ذخیره شده خود با سرعت ۲۰۰ مایل بر ساعت (۳۲۲ کیلومتر بر ساعت) یعنی سریعتر از یک چشم بر هم زدن از هم باز می شود. یک ثانیه بعد ، برای آنکه سرنشین بتواند حرکت کند، گاز به سرعت از سوراخهای درون کیسه تخلیه شده و کیسه را از حالت باد شدن در می آورد. کیسه هوا و سیستم باد کننده ذخیره شده در فرمان گرچه همه این فرآیند تنها در یک بیست و پنجم ثانیه رخ می دهد ولی زمان اضافی ایجاد شده 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 توسط سازنده برای نچسبیدن تاهای کیسه به هم در هنگام ذخیره کیسه هوا استفاده شده است. سیستم باد کننده از یک پیشران جامد و یک جرقه‌زن استفاده می‌کند.
●توسعه ایده
همانطور که گفته شد بر اساس مجله Scientific American ایده اولیه استفاده از بالش سریع بادشونده برای ممانعت از جراحات تصادفات قبل از آن که در دهه ۱۹۸۰ توسط وزارت راه آمریکا برای استفاده در خودروها اجباری شود دارای یک پیشینه طولانی است. اولین اختراع وسیله باد شونده برای تصادفات برای هواپیماها در طی جنگ جهانی دوم ثبت شده است. تلاشهای اولیه برای استفاده از کیسه هوا برای خودروها با موانع قیمت بالا و مشکلات فنی مرتبط با ذخیره و آزاد سازی گاز فشرده مواجه شد. پژوهشگران در جستجوی پاسخگویی به سوالات زیر بودند: ▪ آیا درون خودرو فضای کافی برای مخزن گاز وجود دارد؟ ▪آیا می شود گاز را برای مدت زمان عمر خودرو در آن به صورت ذخیره شده نگه داشت؟ ▪ آیا کیسه هوا را می توان به سرعت و با اطمینان در شرایط مختلف آب و هوایی منبسط نمود بدون آنکه صدای انفجار گوشخراشی ایجاد شود؟ نیاز به یک مجموعه واکنشهای شیمیایی وجود داشت که نیتروژن ایجاد کند و کیسه را باد کند. باد کننده های پیشران جامد (Solid- Propellant Inflators) در دهه ۱۹۷۰ به کمک این ایده آمدند. گر چه از نظر تاریخی کیسه های هوا در ابتدا برای استفاده توسط سرنشینان بدون کمربند ایمنی طراحی شده بود ولی در همان روزهای اولیه شروع ایده کیسه هوا برای خودروها، کارشناسان هشدار داده بودند که این وسیله جدید باید به صورت پشتیبان و همراه با کمربند ایمنی استفاده شود. کمربندهای ایمنی بازهم کاملا ضروری هستند چرا که کیسه های هوا فقط در تصادفات روبرویی که با سرعت بیش از ۱۰ مایل بر ساعت ( ۱۶ کیلومتر بر ساعت) رخ دهد عمل می کنند. در مورد برخوردها و تصادفات جانبی، تصادفات از عقب و برخوردهای ثانویه فقط کمر بندهای ایمنی می توانند کمک کنند( گرچه امروزه کیسه های جانبی هوا نیز در حال متداول شدن هستند). با وجود پیشرفت فن آوری، کیسه های هوا فقط وقتی موثر هستند که همراه با یک کمربند شانه و ران 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 را فراهم می آورد. کیسه های هوا جراحات منجر به مرگ را در مورد رانندگان ۱۱ درصد و در مورد سرنشینان بزرگسال۱۳ درصد کاهش می دهد. حفاظت ایجاد شده توسط کیسه هوا به علاوه کمربند ایمنی قابل مقایسه با هیچ نوع حفاظت دیگری نیست. مطالعات نشان می دهند که در یک برخورد، سرنشینانی که توسط کمربند ایمنی و کیسه هوا محافظت می شوند ۵۰ درصد کمتر از سرنشینان مهار نشده دچار آسیبهای مرگبار و جراحات جدی خواهند شد.
●ایمنی
پس از مدت کمی دریافته شد که نیروی یک کیسه هوا می تواند به کسانی که بسیار به آن نزدیک قرار گیرند آسیب بزند چرا که یک عامل ایجاد خطر در مورد کیسه های هوا امکان برخورد آنها با صورت یا گردن است. پژوهشگران دریافته اند که ناحیه خطر برای کیسه هوای راننده در محدوده ۲ تا ۳ اینچی ( ۵ تا ۸ سانتیمتری) محل باد شدن قرار دارد. بنابراین قرار گرفتن در فاصله ۱۰ اینچی (۲۵ سانتیمتری) از کیسه هوای راننده یک 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 می گیرد، باید فاصله خود را به یکی از طرق زیر بیشتر کند: ▪با عقب بردن صندلی تا جای ممکن به صورتی که پاها به راحتی به پدالها برسند. ▪ با مایل نمودن پشتی صندلی به عقب. گرچه 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 ۱۰ اینچی دست یابند. اگر مایل کردن پشتی صندلی مانع از داشتن دید مناسب از جاده می 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 نمود. ▪ با مایل کردن فرمان ( در مورد خودروهایی که این تنظیم را دارند) به صورتی که کیسه هوا به جای سر و گردن به سمت قفسه سینه باز شود. یک دوست خطرناک ولی قاعده برای کودکان متفاوت است. کیسه هوا در مورد کودکانی که در هنگام ترمز ناگهانی کمربند ایمنی نبسته باشند یا بسیار نزدیک به کیسه هوا نشسته باشند یا به سمت داشبورد پرتاب شوند می‌تواند موجب آسیب جدی و حتی مرگ شود. کارشناسان معتقدند که رعایت نکات ایمنی زیر ضروری است: ▪ کودکان زیر ۱۲ سال باید در صندلی عقب نشسته و برای آنها از کمربند ایمنی مناسب سن آنها استفاده شود. ▪نوزادان (زیر یک سال و با وزن کمتر از ۹ کیلوگرم) که در صندلیهای مخصوص رو به عقب می نشینند هرگز نباید در صندلی جلو یک خودرو قرار گیرند. ▪اگر لازم شد که یک نوزاد زیر یک سال باید در صندلی جلو یک خودرو دارای کیسه هوای جانبی بنشیند باید او را در یک صندلی مخصوص بچه دارای کمربند رو به جلو قرار داد و صندلی باید در دورترین فاصله نسبت به داشبورد قرار گیرد.
غیر فعال کردن:
در پاسخ به ملاحظات مرتبط با کودکان و سایر سرنشینان خصوصا افراد ریز جثه که در صورت استفاده نامناسب یا کیسه های هوای بسیار قوی ، در معرض خطر مرگ یا آسیب‌دیدگی قرار دارند، اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) در سال ۱۹۹۷ قانونی را تصویب کرد که بر اساس آن سازندگان را مجاز می کرد که از کیسه های هوای با قدرت کمتر استفاده کنند. این قانون اجازه می‌دهد که کیسه‌های هوا ۲۰ تا ۳۵ درصد کاهش قدرت داده شوند. علاوه بر آن از سال ۱۹۹۸ تعمیرگاهها و فروشگاههای لوازم یدکی مجاز شدند کلیدهای روشن/ خاموش روی خودرو قرار دهند که امکان غیرفعال‌سازی کیسه‌های هوا را می‌دهد. در آمریکا در صورتی که دارندگان خودرو در یكی از گروههای ریسک زیر قرار بگیرند، توسط اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) اجازه خواهند داشت کلید روشن/ خاموش را برای یک یا هر دو کیسه هوای خود نصب کنند: ▪در هردو طرف راننده و سرنشین جلو- در مورد افراد با شرایط پزشکی که در مورد آنها ریسک استفاده از کیسه هوا بیشتر از ریسک برخورد در صورت استفاده نکردن از آن است. ▪در سمت راننده- ( علاوه بر شرایط پزشکی)، کسانی که در صورت رعایت فاصله حداقل ۱۰ اینچی (۲۶ سانتیمتری) از مرکز کیسه هوای راننده ، نمی توانند بدرستی از خودرو خود استفاده کنند . ▪برای سرنشین جلو- (علاوه بر شرایط پزشکی) افرادی که بدلیل عدم وجود صندلی عقب در خودرو یا کوچک بودن فضای آن برای قرار گیری یک صندلی کودک رو به عقب یا بدلیل نیاز به مراقبت دائم شرایط سلامت یک کودک ، لازم است یک کودک را درون صندلی کودک رو به عقب روی صندلی سرنشین جلو قرار دهند. ▪برای سرنشین جلو- ( علاوه بر شرایط پزشکی)، افرادی که لازم است کودکان یک تا ۱۲ ساله را در صندلی جلو بنشانند بدلیل : الف) عدم وجود صندلی عقب در خودرو - ب) اجبار به حمل کودک بیش از گنجایش صندلیهای عقب کودک.- ج) نیاز به مراقبت دائم شرایط سلامت یک کودک در امریکا برای نصب یک کلید غیر فعال سازی کیسه هوا روی خودرو نیاز به دریافت مجوز از اداره ملی ایمنی بزرگراههای آمریکا (NHTSA) است. پس از دریافت این مجوز دارنده خودرو می‌تواند خودرو خود را برای نصب این کلید به تعمیرگاه ببرد. چنین کلیدهایی باید مجهز به یک چراغ هشدار‌دهنده باشند که وضعیت فعال یا غیر فعال بودن کیسه هوا را نشان دهد. واضح است که حتی اگر امکان غیرفعال کردن کیسه هوا وجود دارد، در مورد رانندگانی که امکان قرار گرفتن در فاصله حداقل ۱۰ اینچ را دارند، کیسه هوا باید فعال باشد. در مورد افرادی که حتی با رعایت موارد ذکر شده نمی‌توانند این حداقل فاصله را ایجاد نمایند، کیسه هوا می‌تواند غیرفعال شود. گروهی از پزشکان در کنفرانس ملی توصیه‌های پزشکی برای غیرفعال کردن کیسه هوا شرایط پزشکی که عموما در مقالات گزارش می‌شوند را به عنوان دلایل احتمالی غیرفعال کردن کیسه هوا مورد بررسی قرار داده اند. با این وجود غیرفعال کردن کیسه هوا برای شرایط نسبتا عادی مانند: وجود ضربان ساز (Pacemaker) در قلب، عینک، دردهای موضعی، نفخ (Emphysema)، آسم، جراحی سینه، جراحی پشت یا گردن، سن بالا، پوکی استخوان ، آرتروز یا بارداری توصیه نمی شود. عموما بدون نصب یک کلید روشن/ خاموش نمی توان کیسه هوا را غیر فعال نمود. به هر حال نباید هرگز شخصا اقدام به غیر فعال کردن کیسه هوا کرد. باید به خاطر داشت که کیسه هوا فقط یک بالش نرم نیست بلکه کیسه ای است که با ضربه باز می شود و اگر ندانید که چه می کنید می تواند به شما آسیب برساند. اداره ملی ایمنی بزرگراه های آمریکا (NHTSA) بجز در شرایط خاص ، تنها در حالتی که صندلی عقب وجود نداشته باشد یا فضای آن برای قراردادن یک صندلی ایمنی رو به عقب کودک کافی نباشد مجوز نصب کلید غیر فعال سازی کیسه هوا را برای خودروهای نو نمی دهد. در حال حاضر در آمریکا سازندگان خودرو مجوز نصب کلید غیرفعال‌سازی کیسه هوا را برای صندلی راننده در خودروهای نو ندارند چرا که برای اداره ملی ایمنی بزرگراه های آمریکا (NHTSA) این بیم وجود دارد که در این صورت این کلید در تمامی خودروهای نو حتی در خودروهایی که توسط افراد در گروههای ریسک قرار نمی گیرند جزو تجهیزات استاندارد خودرو در آید. همچنین مواردی از یکپارچه‌سازی این کلیدها در داشبورد خودرو مشاهده شد که احتمال انحراف منابع از توسعه سیستمهای ایمن‌تر و پیشرفته‌تر کیسه هوا را بوجود می‌آورد.
●آینده کیسه‌های هوا:
فعالیتهای مرتبط با بهبود مزایای ایمنی سرنشین توسط کیسه‌های هوا در حال تغییرات مستمر است. آزمونهای جدید با استفاده از مانکنهای آزمون (dummy) دارای معیارهای بهتری در مورد آسیبهای وارده به آن است. گرچه ۴۰ درصد همه جراحات جدی در تصادفات در نتیجه برخوردهای جانبی و ۳۰ درصد کل تصادفات، برخوردهای جانبی هستند، تا همین اواخر بیشتر گامها برای ایمنی خودرو در برخوردهای جلو و عقب برداشته می‌شد. بسیاری از خودروسازان در پاسخ به این آمار ( و در نتیجه استانداردهای جدید) اقدام به قویتر کردن درها، قاب درها و بخشهای کف و سقف نموده‌اند. ولی خودروهایی که از کیسه هوای جانبی استفاده کرده‌اند نماینده موج جدیدی از ایمنی سرنشین می‌باشند. کارشناسان معتقدند که طراحی کیسه‌های موثر جانبی بسیار دشوارتر از کیسه‌های هوای جلو است. این به این دلیل است که در برخورد روبرو، بیشتر انرژی برخورد توسط سپر، کاپوت و موتور جذب می شود وتقریبا ۳۰ تا ۴۰ ثانیه طول می کشد تا ضربه به سرنشین خودرو منتقل شود. ولی در برخوردهای جانبی فقط یک در نازک و چند اینچ فاصله بین سرنشین و خودروی دیگر وجود دارد. این بدان معنا است که کیسه های جانبی هوا که روی در سوار شده اند باید در ۵ تا ۶ میلی ثانیه عمل کنند! مهندسین شرکت ولوو راههای مختلفی را برای نصب کیسه های جانبی هوا آزموده اند و نصب در پشتی صندلی را انتخاب کرده اند چرا که اینکار سرنشین را فارغ از جثه او و چگونگی قرارگیری صندلی محافظت می کند. این ترتیب به مهندسین این امکان را می دهد که یک سنسور با تحریک مکانیکی را روی کناره‌های بالشهای صندلی و زیر راننده و سرنشین جلو قرار دهند. این مانع باد شدن کیسه هوا در سمت آسیب ندیده می‌شود. نصب همه مجموعه کیسه هوا در پشتی صندلی این مزیت را نیز دارد که از فعال شدن کیسه هوا در موارد غیرضروری نظیر برخورد با عابرین پیاده یا دوچرخه‌ها جلوگیری می‌کند. در برخوردهای با سرعت حدود ۱۲ مایل بر ساعت (۱۹ کیلومتر بر ساعت) است که کیسه‌های جانبی هوا تحریک می‌شوند. مهندسان شرکت BMW کیسه‌های جانبی نصب شده روی درها را انتخاب کرده اند. در دارای فضای بیشتری است که نصب کیسه های بزرگتر را ممکن می سازد. کیسه هوای سر یا سازه‌های بادشونده تیوبی (Inflatable Tubular Structure-ITS) در همه خودروهای مدلهای سال ۱۹۹۹BMW (به جز مدل با سقف متحرک) قرار داده شده اند. این کیسه‌های سر کمی شبیه سوسیس‌های بزرگ هستند و بر خلاف کیسه‌های هوا برای آن طراحی شده‌اند که به مدت حدود ۵ ثانیه در حالت باد شده باقی بمانند و در برخی از برخوردهای جانبی حفاظت بهتری را تامین كنند.
●کیسه‌های هوشمند هوا:
تا سال۹۷، ۱۹ بزرگسال و ۳۱ نوزاد در آمریکا توسط کیسه های هوا کشته شده‌اند. برخی از این مرگها در سرعتهای پایینی رخ داده که در حالت عادی معمولا منجر به مرگ نمی‌شد. وسایل ایمنی برای این طراحی نمی‌شوند که خود عامل بروز خطر باشند. برای حذف پتانسیل بروز خطر توسط کیسه‌های هوا تاکنون در مورد غیرفعال کردن صحبت شد. غیر فعال کردن کیسه‌های هوا وقتی کودکان روی صندلیهای مربوط قرار می‌گیرند این ایراد را دارد که اغلب فراموش می‌کنند در صورت نشستن یک فرد بزرگسال مجددا آن کیسه هوا را فعال کنند. یک راه دیگر حذف خطر برای کودکان هوشمند کردن کیسه‌های هوا است به این معنی که بتوانند تشخیص دهند چه کسی در مقابل آنها نشسته است.
●انتخاب‌های موجود:i
برای هوشمند کردن کیسه‌های هوا راههای زیر وجود دارد: ▪ترازو- وجود ترازو در صندلی سرنشین این امکان را فراهم می‌کند که تنها در صورتی فعال شود که وزن سرنشین از حد مشخصی بیشتر شود. ولی این سیستم نمی‌تواند تشخیص دهد که کودک کمربند خود را بسته است یا خیر. ▪سنسور برچسب- این سنسور می تواند برچسبی را که بر روی صندلی ایمنی نوزاد نصب شده را بخواند. اگر چنین صندلی در جلو این سنسور قرار گیرد، کیسه هوا غیر فعال می شود. ▪واحد اولترا سونیک- وجود این واحد بر روی داشبورد صداهای با فرکانس بالایی تولید می کند که پژواک حاصل از آن مشخص می کند چه کسی یا چه چیزی در صندلی سرنشین قرار دارد. سیستم میدان الکتریکی- این سیستم با استفاده از آنتنهایی در صندلی خودرو میدان الکتریکی ضعیف ولی با فرکانس بالایی تولید می کند . مزیت این سیستم آن است که نه تنها تحلیل زمان واقعی سرنشین صندلی را فراهم می کند بلکه می تواند جرم را ثبت کند و حداقل به صورت تئوریک مشخص کند که آیا سرنشین توسط کمربند مهار شده یا نه. شکل زیر نمونه ای از یک کیسه هوای هوشمند را نشان می دهد: همانگونه که مشاهده می شود در این صندلی یک میدان الکتریکی ضعیف برقرار می باشد . آنتن که در زیر پارچه و یا کفی صندلی قرار دارد میدان الکتریکی را اندازه گرفته و فورا کنترل کننده کیسه هوا اطلاعات خود را از نظر اندازه و موقعیت سرنشین به روز می نماید. در همه این مدلها مشخص است که دانش کیسه های هوا هنوز جدید و تحت توسعه روزافزون است. در این زمینه باید در انتظار ایده های جدید با استفاده از داده های دنیای واقعی برخوردها بود.:
مراجع:۱. How Air bags work- auto.howstuffworks.com۲. Air bags- How they work? - auto.howstuffworks.com
پستها
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر