سامانه های حفاظت از سرنشینان خودرو

بطور کلی در خودروهای امروزی، هفت نوع کیسه هوا مورد استفاده قرار می گیرد. ساده‌ترین و اولین نوع کیسه‌ هوا، کیسه هوای راننده و سرنشین جلو است. کیسه‌ هوای راننده در فرمان و کیسه هوای‌ سرنشین در داشبورد کار گذاشته می‌شود. نوع دوم کیسه هوا، کیسه هوای جانبی است که در طرفین خودرو و بین در و سرنشینان قرار می‌گیرد. این نوع کیسه هوا، معمولاً داخل صندلی و برای هر دو ردیف عقب و جلوی خودرو استفاده می‌شود و هنگام تصادف‌هایی از جوانب خودرو مانع از برخورد سرنشینان به قسمت‌های سخت در می‌شود. کیسه‌ هوای پرده‌ای، نوع دیگری از کیسه هواست که مانند یک پرده، سطح شیشه‌های کناری خودرو را پوشش می‌دهد و به این ترتیب علاوه بر پیشگیری از برخورد سر و گردن سرنشینان با ستون‌های خودرو، از ریختن شیشه‌ها روی بدن آنها و آسیب‌های ناشی از شکستن شیشه ها جلوگیری می‌کند. این کیسه هوا در امتداد سقف خودرو یا در ستونهای جانبی خودرو کار گذاشته می‌شود. کیسه هوای محافظ زانو (با هدف محافظت از پاها و زانوی راننده و سرنشین جلو)، کیسه هوای وسط (با هدف جلوگیری از برخورد راننده و سرنشین در حین تصادف)، کیسه هوای عابرین پیاده (با هدف محافظت از عابرین پیاده در تصادف از روبرو) و کیسه هوای کمربند (با هدف کاهش آسیبها‌ و جراحات کمربند ایمنی روی بدن سرنشینان هنگام کشیده‌شدن)، چهار نوع دیگر از انواع کیسه های هوا هستند که در عمل کاربرد محدودی دارند.

سیستم ایربگ‌ از بخش های زیر تشکیل شده است:

• کیسه هوا

کیسه‌های هوا از جنس پلیمر هستنند و در بخش‌های مختلفی از خودرو که امکان برخورد و آسیب به سرنشینان و راننده بیشتر است قرار داده می‌شوند. کیسه‌ها در بیرونی‌ترین بخش قرار دارند و پس از باد شدن به سرعت از طریق منافذ ریزی که دارند تخلیه می‌شوند تا مانع خروج سرنشینان خودرو نباشند.

• مولدِ گاز

مولد گاز، پشت کیسه‌ جمع شده در محفظه‌ ایربگ قرار دارد و از یک جرقه‌زن و تعدادی قرص سوخت تشکیل شده است. جرقه زن خود از یک هادی الکتریکی پیچیده شده در یک ماده قابل احتراق تشکیل شده که با عبور پالس جریان دریافتی از ACU (بین ۱ تا ۳ آمپر) در کمتر از ۲ میلی ثانیه داغ می شود و مواد قابل احتراق را مشتعل می کند. قرص‌های سوختِ مولدِ گاز نیز از سدیم آزید و نیترات پتاسیم جامد ساخته شده اند و در اثر فعال شدن جرقه زن، مشتعل می گردند و به گاز نیتروژن تبدیل می‌شوند. این گاز خنثی به سرعت (حدود ۲۰ تا ۳۰ میلی ثانیه) کیسه هوا را باد می کند. در صورت وجود پیش کشنده کمربند ایمنی در خودرو، از این گاز داغ برای به حرکت درآوردن پیستونی که کمربند ایمنی را سفت میکند، نیز استفاده می شود.

• سنسورهای شتاب یا شتاب سنج ها

شتاب‌سنج (به انگلیسی: Accelerometer) سنسوری است که شتاب مکانیکی را به سیگنال الکتریکی متناسب با آن تبدیل می‌کند. شتاب، نرخ تغییرات سرعت در واحد زمان می‌باشد که می‌تواند ثابت (شتاب استاتیک) یا متغیر (شتاب دینامیک) و یا گذرا باشد. از آنجا که شتاب، یک کمیت برداری است، شتاب‌سنج ها می توانند اندازه و جهت شتاب را در راستای یک یا چند محور اندازه‌گیری کنند. امروزه شتاب‌سنجها عمدتاً از نوع سنسورهای میکروالکترومکانیکی (MEMS) هستند و برای اندازه‌گیری ارتعاش، شوک و ضربه استفاده می شوند. در ساختار سنسورهای MEMS (به انگلیسی : Micro Electro-Mechanical System)، یک مدار مجتمع کوچک با عناصر میکرومکانیکی قرار دارد. المان میکرومکانیکی از یک جرم معلق تشکیل شده که بین چند جفت صفحه خازنی قابل حرکت قرار دارد. جرم معلق در پاسخ به کاهش سرعت، سریعاً حرکت می کند و این حرکت باعث تغییر در ظرفیت خازنی مدار مربوطه می شود. تغییر ظرفیت خازنی توسط مدار مجتمع الکترونیکی تشخیص داده می شود و این تغییر ظرفیت، به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. در سیستم کیسه هوا، از شتاب سنج‌ها برای تشخیص سریع شتاب منفی خودرو استفاده می گردد. این شتاب سنجها از این طریق میتوانند مشخص کنند که چه زمانی یک برخورد صورت گرفته و شدت برخورد چقدر بوده‌است. علاوه بر سیستم های کیسه هوا، از شتاب سنج ها در اندازه گیری شتاب جانبی خودرو در سیستم‌های کنترل پایداری الکترونیکی (ESC) و چک کردن نویز و لرزش خودرو نیز استفاده می گردد.

سنسورهای شتاب (ضربه) کیسه هوا یا مستقیماً داخل  ACUنصب می شوند یا در ستون های A،B ، C یا در سپر جلوی خودرو تعبیه می گردند. این سنسورها بسته به محل نصب، برخورد یا واژگونی خودرو را در کسری از ثانیه تشخیص می‌دهند و این اطلاعات را به  ACUارسال می‌کنند. به عنوان نمونه سنسور SMA760 شرکت بوش، ضربه های از جلو و جانبی خودرو را به دقت تشخیص می دهد یا سنسور SMA720، برای تشخیص واژگونی خودرو گزینه ای ایده ال است چرا که دارای یک کانال x و یک کانال z برای اندازه گیری شتاب در امتداد محورهای طولی و عمودی خودرو است. سنسورهای شتاب سنج در رنجهای متنوعی همچون ۳۰g، ۶۰g، ۱۲۰g، ۲۴۰g، ۴۸۰g ارائه می شوند. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص انواع شتاب سنجهای ساخت شرکت بوش، اینجا را کلیک نمائید.

• واحد کنترل الکترونیکی ایربگ (ACU)

واحد کنترل ایربگ (به انگلیسی : Airbag Control Unit)، همانگونه که از نامگذاری آن پیداست، به منظور پایش وضعیت و فعالسازی انواع سیستمهای کیسه هوا و پیش کشنده های کمربند ایمنی در خودرو مورد استفاده قرار می گیرد. سیگنال های دریافتی از سنسورهای شتاب (همچون سنسور ضربه، سنسور فشار جانبی و …)، سنسورهای سرعت چرخ(ABS)، سنسور فشار ترمز، سنسور وزن در صندلیهای خودرو و… از جمله مهمترین ورودی های ACU می باشند. به کمک این داده ها و اطلاعات دریافتی از شبکه مالتی پلکس، ACU قادر می گردد تا برخورد، شدت و زاویه برخورد را مشخص نماید. به طور معمول، تصمیم به بازکردن کیسه هوا در تصادفات از جلو بین ۱۵ تا ۳۰ میلی‌ثانیه پس از شروع تصادف گرفته می‌شود و کیسه هوای راننده و سرنشین هر دو به طور کامل در حدود ۶۰ تا ۸۰ میلی‌ثانیه پس از اولین لحظه تماس خودرو باز می‌شوند. بسته به شدت برخورد و تجهیزات موجود در خودرو، ACU ممکن است تجهیزات اضافی دیگری همچون کیسه های هوای جانبی، کیسه های هوای پرده ای و پیش کشنده کمربندهای ایمنی و … را فعال نماید. لازم به ذکر است تقریباً تمام ACUها یک خازن جهت ذخیره سازی توان دارند تا در صورت تصادف و قطع شدن جریان ورودی، توان لازم جهت فعالسازی جرقه زن توسط ACU وجود داشته باشد.

• چراغ هشدار دهنده ایربگ

ACU با باز شدن سوئیچ خودرو، مدار داخلی خود را چک می کند تا هیچ گونه آسیب دیدگی و یا اختلالی در مدار وجود نداشته باشد، پس از آن اقدام به بررسی مقدار مقاومت جرقه زن های ایربگ و کمربندهای ایمنی و بررسی سنسورهای ورودی می کند. چراغ هشدار ایربگ که در جلوآمپر (به انگلیسی : Cluster) قرار دارد، در صورت دریافت گزارش نقص یا خرابی سیستم، توسط ACU روشن خواهد شد. چک مدار داخلی و خارجی سیستم ایربگ در همان چند لحظه ابتدایی که سوئیچ خودرو باز می شود توسط ACU صورت می گیرد. این پروسه هر بار با باز شدن سوئیچ خودرو توسط ACU تکرار می شود. گفتنی است ACU، بطور مستمر داده های دریافتی از سنسورهای مختلف و شبکه های خودرو را در یک بافر روی حافظه غیرفرار خود ذخیره می کند تا تصویری فوری از رویداد تصادف برای تحلیل کارشناسان در آینده ارائه نماید.

• کلید فعالسازی ایربگ سرنشین/سنسورهای وزن داخل صندلی

در برخی خودروها به منظور فعال یا غیرفعال نمودن ایربگ سرنشین از یک کلید استفاده می شود و در برخی دیگر از خودروها، بجای این کلید از سنسور وزن که داخل صندلی قرار دارد به منظور تشخیص وجود سرنشین و فعال کردن ایربگ سرنشین استفاده می شود.

امروزه، الگوریتم‌های باز شدن کیسه هوا بسیار پیچیده‌تر شده‌اند. آنها سعی می کنند باز شدن های غیر ضروری را کاهش دهند و سرعت باز شدن ایربگ را با شرایط تصادف تطبیق دهند. پارامترهایی همچون باز بودن سوئیچ استارت خودرو، بسته بودن سوئیچ کمربندهای ایمنی راننده و سرنشین، فعال بودن سوئیچ ایربگ سرنشین، قرار داشتن ولتاژ باتری در بازه مجاز، قرار داشتن سرعت خودرو بالاتر از آستانه تعریف شده، داده های دریافتی از سنسورهای ضربه، اطلاعات دریافتی از شبکه مالتی پلکس، دمای داخل خودرو و… از جمله شروط اساسی فعال شدن ایربگ به شمار میروند. الگوریتم های تجربی ممکن است عواملی مانند وزن سرنشین، محل صندلی، حتی وجود صندلی کودک را در نظر بگیرند. برخلاف شبیه سازی تست تصادف با موانع، تصادفات در دنیای واقعی معمولاً در زوایایی غیر از برخورد مستقیم با جلوی خودرو روی میدهند و نیروهای تصادف معمولاً به طور مساوی در جلوی خودرو توزیع نمی‌شوند. از این رو مطابق مقررات بین المللی، حد آستانه باز شدن کیسه هوا تابعی از طراحی کلی خودرو است. تقریباً همه کیسه‌های هوا به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در صورت آتش‌سوزی وسیله نقلیه هنگامی که دما به ۱۵۰ تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد  می‌رسد، به‌طور خودکار باز ‌شوند، این ویژگی ایمنی که اغلب احتراق خودکار نامیده می شود، کمک می کند تا اطمینان حاصل شود که چنین دماهایی باعث انفجار کل ماژول کیسه هوا نمی شود. در ویدیوی زیر، تاریخچه و چگونگی عملکرد سیستم کیسه هوا به صورت مختصر تشریح شده است.