خانه / آخرین اخبار / راز باز شدن کیسه هوا در کسری از ثانیه

راز باز شدن کیسه هوا در کسری از ثانیه

ایربگ یا کیسه هوا یکی از بخش‌های مهم است ولی کمتر مورد توجه در خودرو است. ممکن است در طول زمان استفاده از خودرو هیچ‌گاه به آن احتیاج پیدا نکنیم اما همین بخش به ظاهر بی کاربرد می‌تواند در شرایط لازم و در کسری از ثانیه، به نجات جان راننده و سرنشینان بیاید. پیش از این در مقاله‌ای مفصل به مرور چگونگی کارکرد ایربگ پرداختیم و گفتیم که این سیستم از طریق یک سنسور شتاب می‌تواند وقوع تصادف را تشخیص دهد و پس از آن اقدام به باد کردن ایربگ‌ها کند اما این تنها بخش کوچکی از کل پروسه کاری ایربگ است. در این بخش به مرور واکنش‌های شیمیایی پیچیده‌ای می‌پردازیم که درون ایربگ رخ می‌دهد تا در کمتر از ۴صدم ثانیه ایربگ باز شود.

هر چند ایربگ خودرو در دو دهه اخیر به صورت عملی بر روی خودروها نصب شده است و از نصب انبوه آن بر روی خودروها حدود یک دهه می‌گذرد، اما پیشینه تحقیق در مورد آنچه امروزه ایربگ می‌نامیم به دهه ۵۰ میلادی باز می‌گردد. در آن ایام ایمنی خودرو در تولید خودرویی با شاسی محکم خلاصه می‌شد اما در دهه ۵۰ به مرور خودروسازان و به ویژه خودروسازان آمریکایی به این نتیجه رسیدند برای افزایش ایمنی خودروها در زمان تصادف باید به چیزی فراتر از شاسی مقاوم فکر کرد. شاسی محکم خودرو هر چند می‌توانست تا حد زیادی در مقابل نیروی تصادف از خود مقاومت نشان دهد اما در مقابل این نیرو به سرنشینان منتقل می‌شد که حاصل آن پرتاب شدن آن‌ها به سمت جلو بود که در مورد راننده نتیجه آن می‌توانست برخورد با فرمان سفت خودرو و در مورد سرنشین جلو ضربه سر به شیشه باشد. کمربند ایمنی در آن زمان ابداع شده بود اما نصب و البته استفاده از آن در خودروهای آمریکایی چندان عمومیت نداشت و به همین دلیل ایده اولیه بخشی شبیه به ایربگ پیشنهاد شد تا در زمان تصادف میان راننده و فرمان قرار گیرد و مانع از برخورد وی به فرمان شود.
در ابتدا ایده خوبی بود اما به مرور مشخص شد دشواری‌های زیادی در زمینه نصب آن بر روی خودروها وجود دارد. یکی از این دشواری‌ها، نبود سنسورهای مناسب در آن زمان بود که بتواند وقوع تصادف را تشخیص دهد ضمن آنکه واکنش سنسورهای موجود هم بسیار کند بود و نمی‌توانست موثر باشد. از سوی دیگر برای باد کردن ایربگ هم باید فکری می‌شد. در ابتدا ایده استفاده از هوای فشرده مطرح شد اما همان‌گونه که خواهیم دید این ایده با مشکلات بسیار همراه بود و به این ترتیب نصب ایربگ عملاً تا اواخر دهه ۸۰ میلادی به تعویق افتاد.

 

در پشت باد شدن ایربگ چه می‌گذرد؟

هر چند ایربگ را با نام «کیسه هوا» می‌شناسیم اما در اصل آنچه باعث باز شدن ایربگ می‌شود به هیچ عنوان هوایی که تنفس می‌کنیم نیست و مجموعه‌ای از واکنش‌های شیمیایی است که باعث باد شدن ایربگ می‌شود. البته در نخستین ایده‌هایی که نیم قرن پیش برای ایربگ مطرح شد، قرار بر استفاده از هوای فشرده بود اما مشکل بزرگ بهره‌گیری از هوای فشرده ذخیره‌سازی هوای فشرده برای مدت طولانی است چرا که یک منبع هوای فشرده نمی‌تواند برای همیشه هوای فشرده را در خود نگه دارد و نیاز به شارژ کردن مکرر دارد تا در زمان لازم بتواند به موقع وارد عمل شود و همین مسأله نیاز به یک سیستم شارژ را هم در خودرو ایجاد می‌کند که ایده مناسبی نیست.
در مقابل اما خودروسازان به دنبال راهکارهای بهتری بودند و در نهایت مهندسان شیمی در همکاری با مهندسان صنعت خودرو توانستند راه حل نهایی را بیابند؛ استفاده از ماده‌ای که در زمان سوختن بتواند گاز زیادی تولید کند تا از این گاز بتوان برای باد کردن ایربگ استفاده کرد. مواد شیمیایی در زمان سوختن به طور عمومی گاز تولید می‌کنند و افزایش حجم می‌یابند و شاید از این جنبه به نظر برسد راه حل مشکل آسان است اما برای این منظور نمی‌توان از هر ماده شیمیایی استفاده کرد. ماده‌ای که برای ایربگ استفاده می‌شود باید در ابتدا با سرعت بسیار زیاد بسوزد تا بتواند در کسری از ثانیه حجم زیادی از گاز را تولید کند. علاوه بر این گاز تولید شده نباید سمی باشد ضمن اینکه گاز تولید شده نباید بیش از حد داغ باشد چرا که در این صورت باعث سوختن ایربگ که از جنس نایلون است می‌شود و در نهایت به راننده و سرنشینان آسیب می‌رساند. با در نظر گرفتن تمام این‌ها، مواد مختلفی برای این منظور مورد آزمون قرار گرفت تا در نهایت خودروسازان توانستند به ترکیب جادویی NaN3 یا آن‌گونه که به طور عمومی‌تر گفته می‌شود سدیم آزید دست پیدا کنند، ترکیبی که هم‌اکنون به طور گسترده در ایربگ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این ماده در مواجهه با شعله به سرعت می‌سوزد و حاصل سوختن آن که در دمای حدود ۳۰۰ درجه است حجم قابل توجهی از گاز N2 یا نیتروژن است و دقیقاً یا همین گاز آزاد شده است که کیسه هوا پر می‌شود. تمام این اتفاقات در کمتر از یک صدم ثانیه انجام می‌شود.
با ۱۳۰ گرم از سدیم آزید، حدود ۶۰ لیتر گاز نیتروژن آزاد می‌شود که برای باد کردن ایربگ و باز نگه داشتن آن برای مدت بسیار کوتاه تا بتواند ضربه برخورد راننده و یا سرنشین را جذب کند کافی است ضمن آنکه فراموش نکنیم گاز تولید شده درون ایربگ از طریق سوراخی در کنار آن به سرعت خارج می‌شود و قرار نیست ایربگ برای همیشه باز بماند. سرعت باز شدن ایربگ رقمی در حدود ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلومتر بر ساعت است که البته کل زمان باز شدن و خالی شدن آن در کمتر از دو دهم ثانیه رخ می‌دهد. برای شعله‌ور کردن این ماده، یک سیستم جرقه‌زن بسیار کوچک درون ایربگ وجود دارد.
این سیستم فرمان لازم را از کنترل مرکزی ایربگ‌ها دریافت می‌کند. بخش کنترل مرکزی که ACU نامیده می‌شود پس از آنکه از طریق سنسور شتاب، وجود شتاب منفی بسیار زیاد که نشانه تصادف است را تشخیص دهد، با یک پالس الکتریکی باعث جرقه زدن بخش درونی ایربگ‌ها می‌شود و این جرقه یا به طور دقیق‌تر قوس الکتریکی با گرمای تولید شده باعث شعله‌ور شدن NaN3 می‌شود.
همان‌گونه که گفتیم سدیم آزید پس از سوختن سریع حجم زیادی از گاز N2 آزاد می‌کند که گازی بی‌خطر است اما این همه داستان نیست چرا که در کنار این گاز، مقداری Na یا سدیم نیز آزاد می‌شود.
سدیم همان ماده‌ای است که در ترکیب نمک خوراکی نیز وجود دارد اما نکته اینجا است که سدیم ماده‌ای به شدت واکنش‌پذیر و فعال است و تقریباً به شکل آزاد باقی نمی‌ماند و میل ترکیب فراوانی با مواد دیگر دارد تا جایی که اگر سدیم خالص در آب قرار بگیرد به شکل انفجاری واکنش نشان می‌دهد. برای کنترل واکنش‌های بعدی سدیم، نیاز است ترکیبات دیگری نیز وجود داشته باشد تا بتواند سدیم را به ماده‌ای بی‌خطر و البته غیر سمی تبدیل کند و اینجا است که فرمول واکنش ما کمی پیچیده‌تر می‌شود.

 

واکنش‌های جانبی ایربگ

همان‌گونه که گفتیم، با سوختن انفجار مانند NaN3 در ایربگ، حجم زیادی از گاز نیتروژن آزاد می‌شود که برای باد کردن ایربگ مورد استفاده قرار می‌گیرد اما در کنار آن سدیم نیز به صورت آزاد تولید می‌شود که به شدت واکنش‌پذیر است و باید فکری به حال ترکیب بی‌خطر آن با مواد دیگر کرد و برای این منظور از دو ماده شیمیایی در کنار آن استفاده می‌شود تا در دو واکنش پیاپی بتواند این ماده را خنثی کند. برای این منظور، KNO3 و SiO2 در کنار NaN3 استفاده می‌شود.
در ابتدا پس از سوختن NaN3، سدیم تولید شده با KNO3 واکنش می‌دهد که حاصل آن تولید K2O و Na2O است ضمن آنکه در همین واکنش نیز مقادیری N2 نیز آزاد می‌شود که می‌تواند به افزایش حجم ایربگ کمک کند.
شاید به نظر برسد اکنون از مشکل سدیم آزاد و احتمال واکنش آن گذر کرده‌ایم اما مشکل این جا است که اکسیدهای سدیم و پتاسیم (و به طور کلی اکسیدهای ستون اول جدول تناوبی) نیز به شدت واکنش‌پذیر هستند و نمی‌توان آن‌ها را به تنهایی رها کرد چرا که احتمال واکنش کنترل نشده آن‌ها وجود دارد.
به همین دلیل در ادامه K2O و Na2O در واکنش نهایی با SiO2 واکنش نشان می‌دهند که حاصل آن تولید شیشه سیلیکاتی است (بسیاری از شیشه‌های ساختمانی از این نوع شیشه هستند)، ماده‌ای که کاملاً بی‌ضرر است و البته کاملاً پایدار و مشکلی برای آزاد شدن آن در فضای خودرو وجود ندارد و بخشی از پودری که بعد از باز شدن ایربگ در خودرو منتشر می‌شود حاصل همین ماده است.
البته بخشی دیگر از پودرهایی که در فضای داخلی خودرو بعد از انفجار ایربگ پخش می‌شود مربوط به پودر بی‌ضرری است که در زمان بسته‌بندی ایربگ بر روی آن پاشیده می‌شود.
ایربگ همان‌گونه که گفتیم از جنس نایلون است و در زمان قرارگیری در محفظه خود، به صورت لایه لایه و بسیار فشرده شده جای می‌گیرد.
ایربگ ممکن است تا چند سال پس از تولید و نصب بر روی خودرو هم مورد استفاده قرار نگیرد اما لایه‌های نایلونی که ایربگ از آن ساخته شده ممکن است در اثر حرارت محیط بیرونی و در نتیجه حرارت بالای درونی خودرو، به مرور اندکی به یکدیگر بچسبند، امری که در زمان باز شدن ایربگ می‌تواند مشکل‌ساز باشد. البته احتمال وقوع این اتفاق اندک است اما در صورت وقوع مانع از کارکرد درست ایربگ خودرو می‌شود و باید برای آن فکری کرد.
به همین دلیل بر روی ایربگ پیش از آنکه به صورت فشرده و لایه لایه درون محفظه جای گیرد پودری پاشیده می‌شود تا مانع از چسبندگی بخش‌های مختلف آن شود و بخشی از آنچه پس از باز شدن ایربگ در فضای درونی خودرو پخش می‌شود حاصل همین پودر است که البته ضرری ندارد.
ایربگ در زمانی کمتر از ۴صدم ثانیه پس از برخورد خودرو به بیشترین حجم خود می‌رسد و حدود ۲صدم ثانیه پس از آن سرنشین با آن برخورد می‌کند و حدود ۶صدم ثانیه نیز زمان می‌برد تا انرژی جنبشی بدن سرنشین توسط ایربگ به طور کامل جذب شود که منجر به خالی شدن باد ایربگ می‌شود.

 

آیا مواد حاصل از باز شدن ایربگ خطرناک است؟

همان‌گونه که گفتیم واکنش‌های درونی ایربگ به گونه‌ای تنظیم شده است که ماده نهایی حاصل پودر شیشه باشد که طبیعتاً بی‌خطر است و البته با ماده‌ای دیگر واکنش نشان نمی‌دهد.
از سوی دیگر پودری که برای جداسازی لایه‌های ایربگ نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد بی‌خطر است. به این ترتیب باز شدن ایربگ درون محیط بسته خودرو مجموعه‌ای از پودرها را ایجاد می‌کند که به طور طبیعی خطری برای انسان به دنبال ندارد ضمن آنکه مقدار آن نیز اندک است. با این حال توصیه می‌شود پس از تصادف، در صورتی که شرایط امکان می‌دهد از خودرو خارج شوید و کمتر از این مواد تنفس کنید.
این مواد هر چند بی‌خطر هستند اما در نهایت موادی هستند که به طور معمول در هوای تنفسی ما وجود ندارد و ورود آن‌ها به دستگاه تنفسی به ویژه برای افرادی که از آسم رنج می‌برند می‌توانند باعث تحریک سیستم تنفسی شود ضمن آنکه گاهی نیز عده‌ای نسبت به ذرات خارجی حساسیت تنفسی دارند.
البته در نهایت همه این‌ها در مقابل تاثیر مثبتی که ایربگ در حفظ جان سرنشینان دارد قابل چشم‌پوشی است اما باید در نظر بگیرید در بعضی از خودروهای امروزی در زمان تصادف از جلو، برای جلوگیری از آسیب‌های بعدی، تمامی ایربگ‌های خودرو باز می‌شود که این مسأله به معنای تولید حجم قابل توجهی از این مواد درون خودرو است و بهتر است از تنفس آن‌ها خودداری شود.

منبع:هفته نامه دنیای خودرو

دیدگاهتان را ثبت کنید

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شدعلامتدارها لازمند *

*

bigtheme
x

شاید بپسندید

کنترل بازار خودرو با نوسان در عرضه؟

در حالی سه‌شنبه‌ گذشته معاون وزیر صنعت طی نامه‌ای به مدیران دو شرکت خودروساز خواستار ...