ایربگ یا همان کیسه‌هوا برای همه‌ ما آشنا به‌نظر می‌رسد؛ چراکه در اکثر خودروهایی که از آن‌ها استفاده می‌کنیم، این سیستم تعبیه شده تا در زمان تصادفات همانند یک فرشته نجات، جان راننده و سرنشینان را نجات دهد. اما ایربگی که این روزها به‌عنوان یک استاندارد ایمنی شناخته می‌شود، ماحصل تلاش و زحمات مهندسان و طراحان مختلفی است که طی دهه‌های قبل با روش آزمون و خطا و انجام تست‌های فوق ایمنی توانستند به‌این تکنولوژی دست پیدا کنند.

درواقع ایربگ را باید نخستین تحویل بزرگ ایمنی در خودروها دانست. در ادامه این مطلب، سرگذشت ایربگ و نحوه ورود آن به‌صنعت‌خودرو و درنهایت پیشرفت‌های اخیر این سیستم ایمنی را بررسی می‌کنیم.

نگاهی به ‌سرگذشت ایربگ

اختراع نخستین ایربگ به‌سال ۱۹۱۹ میلادی بازمی‌گردد و دو دندان‌پزشک بیرمنگامی به‌نام‌های آرتور پاروت و هارولد راند به‌صورت آزمایشی کیسه‌های پر از هوا را طراحی کردند که از وارد شدن جراحات ناشی از تصادف خودرو به‌سرنشینان آن جلوگیری می‌کرد. اما ایربگ‌ اولیه آرتور پاروت و هارولد راند شکل ظاهری چندان کاربردی نداشت؛ تا این‌که سال ۱۹۵۱ میلادی یک مهندس آمریکایی به‌نام «جان دبلیو.هتریک» توانست نخستین ایربگ کاربردی با شکل ظاهری مناسب و کارآمد را طراحی کند.

ایربگ هتریک در پنجم آگوست سال ۱۹۵۲ میلادی در سازمان ثبت اختراعات ایالات‌متحده به‌ثبت رسید. اما هم‌زمان با هتریک مهندس دیگری در آلمان به‌نام والتر لیندر که تحصیلکرده رشته مهندسی مکانیک بود، توانست در ششم اکتبر سال ۱۹۵۱ میلادی اختراع خود را که یک کیسه‌هوا برای خودرو بود به‌سازمان ثبت اختراعات آلمان ببرد و درنهایت در ۱۲ نوامبر سال ۱۹۵۳ میلادی یعنی سه ماه پس از ثبت اختراع هتریک در ایالات‌متحده، ثبت اختراع خود را دریافت کند.

ایربگ‌های هتریک و لیندر هر دو مبتنی بر یک سیستم هوای فوق فشرده بودند که توسط یک فنر و یک دامپر توسط راننده آزاد می‌شد. اما این طرح به‌دلیل مکانیزم مکانیکی و سرعت کند باد نمی‌توانست حداکثر ایمنی را برای سرنشینان به‌ارمغان آورد. ایربگ هتریک در ایالات‌متحده به‌فروش نرسید و از سوی خودروسازان نیز مورد توجه قرار نگرفت. تا این‌که در سال ۱۹۷۱ میلادی کمپانی فورد با احترام به‌ارزشمندترین اختراع ایالات‌متحده یعنی ایربگ هتریک، نخستین خودرو خود را مجهز به‌این سیستم ایمنی کرد.

در سال ۱۹۶۴ میلادی یک مهندس خودرو ژاپنی به‌نام «یاسوزابورو کوبوری» شروع به‌توسعه شبکه ایمنی کیسه‌هوا کرد و این اختراع در ۱۴ کشور به‌ثبت رسید؛ اما مدتی بعد، این مهندس ژاپنی درگذشت.

در سال ۱۹۶۷ میلادی آلن کی.برید، تمام مشکلات ایربگ را برطرف کرد و با استفاده از سیستم یاسوزابورو کوبوری توانست سیستم ایربگ را توسعه دهد. پس از آن، این سیستم به‌کمپانی کرایسلر ارائه شد و ایربگ‌ها از دهه ۷۰ میلادی در خودروها گسترش یافتند.

عملکرد ایربگ در خودرو

عملکرد کیسه‌هوا (Air Bag) به‌گونه‌ای است که ضربات ناگهانی و شدیدی که به‌خودرو وارد می‌شود توسط یک سنسور الکترومکانیکی حساس به‌ضربه، حس شده و پالسی به‌واحد کنترل الکترونیکی ایربگ (ACU) ارسال می‌شود. در این لحظه یک جریان الکتریکی که در اثر تخلیه یک خازن فراهم می‌شود، توسط واحد کنترل الکترونیکی ایربگ ارسال می‌شود که سبب سوختن یک سوخت جامد و تولید گاز می‌شود. این گاز می‌تواند به‌سرعت کیسه‌های هوا را پر کرده و از برخورد سرنشینان با داشبورد، غربیلک‌فرمان و سایر ادوات داشبورد جلوگیری کند.

سرعت عکس‌العمل کیسه‌های هوا باید به‌حدی زیاد باشد که مانع پرتاب شدن و برخورد سرنشینان با کابین خودرو شود. معمولا از لحظه‌ احساس شوک توسط سنسور تا باد شدن کیسه‌های هوا، کمتر از چند میلی‌ثانیه ( طبق نتایج و بررسی‌های سازمان بیمه ایمنی بزرگراه ایالات‌متحده IIHS این زمان سه‌هزارم ثانیه است) طول می‌کشد.

محل تعبیه ایربگ‌ها در داخل غربیلک‌فرمان، پوسته جلوی سرنشین جلو روی داشبورد، پوسته ستون A، B و C از داخل، داخل صندلی‌ها، نمد زیر غربیلک‌فرمان و اخیرا بین صندلی‌هاست. اما باتوجه به‌محاسبه شوک و نیروی ضربه، کیسه‌های هوا آزاد شده و به‌سرعت پرباد می‌شوند. ناگفته نماند که موقعیت قرارگیری کیسه‌های هوا و نحوه‌ باز شدن آن‌ها به‌گونه‌ای است که هم به‌سرنشینان آسیب وارد نشده و هم باعث خفگی آن‌ها نمی‌شود. البته درصورت نامناسب بودن موقعیت کیسه‌های هوا و نحوه‌ باز شدن آن‌ها، احتمال برخورد کیسه‌هوا با صورت سرنشینان وجود دارد. همچنین برخی بررسی‌ها توسط یوروانکپ نشان داده که باز شدن ایربگ‌ها گاهی سبب بیهوشی سرنشینان شده و احتمال مسدود شدن مسیر تنفس سرنشینان نیز وجود دارد.

ساختار ایربگ چگونه است؟

کیسه‌هوا (Air Bag) همانند سایر قطعات الکترونیکی هوشمند در خودرو دارای یک بخش واحد کنترل الکترونیکی موسوم به ACU، ۸ سنسور (بسته به‌نوع سیستم شبکه برق خودرو)، عملگر، خازن و لامپ هشداردهنده است. درحقیقت سنسورهای تشخیص تصادف، سنسورهای تشخیص وضعیت سرنشینان خودرو، سنسور ضربه، سنسور شتاب‌سنج، سنسور وزن سرنشین، سنسور تشخیص حضور سرنشین، سنسور تشخیص فاصله سرنشین و سنسور موقعیت صندلی در این سیستم فوق ایمنی پیشرفته نصب شده است.

ناگفته نماند که در خودروهای قدیمی تنها یک یا دو سنسور از جمله سنسور تشخیص ضربه و سنسور شتاب منفی وجود دارد. اطلاعات به‌دست‌آمده توسط سنسورها به‌بخش واحد کنترل الکترونیکی ایربگ ACU ارسال شده و در ادامه عملگرها آماده فعال شدن ایربگ می‌شوند. در این‌جا تنها یک عملگر به‌نام متورم‌کننده یا فعال‌کننده ایربگ وجود دارد. همچنین واحد الکترونیکی دیگری به‌نام سوئیچ غیرفعال کننده نیز در این سیستم وجود دارد.

نکات فوق ایمنی برای سرنشینان

اگر خودرویی که از آن استفاده می‌کنید دارای ایربگ باشد، احتمالا در بخش کناری داشبورد یا نمد آفتاب‌گیر، این متن هشدار را خوانده باشید که کودکان (به‌ویژه کودکان زیر ۱۲ سال) نباید روی صندلی جلو بنشینند. زیرا پس از برخورد خودرو با جسم یا خودرو دیگر و محاسبه این نیرو توسط سنسورهای ضربه، تشخیص تصادف، شتاب‌سنج و سایر سنسورهای حاضر در مدار ایربگ، تنها سه‌هزارم ثانیه زمان نیاز است که ایربگ فعال شود.

ایربگ در زمان فعال شدن سرعت بسیار زیادی (طبق آخرین اطلاعات از کمپانی مرسدس‌بنز سرعتی بالغ بر ۳۰۰ کیلومتر برساعت) دارد و این سرعت باز شدن ایربگ ممکن است سرنشینان خردسال را به‌کام مرگ بکشد. بر این اساس سیستم مهارکننده تکمیلی (SRS) هم در برخی خودروها تعبیه شده است. بنابراین کودکان تا سن ۱۲ سال باید روی صندلی‌های عقب بنشینند.

نگاهی دقیق به ایربگ

کیسه‌ هوا به‌صورت لایه‌ای نازک از جنس منسوجات الیاف‌دار نایلونی است که دارای ضخامت تقریبی نیم‌میلی‌متر است. گاز ناشی از احتراق سوخت جامد از نوع گاز نیتروژن است و گاز نیتروژن مورد نیاز برای پر کردن کیسه‌هوا می‌تواند از سوختن سریع (واکنش شیمیایی) ماده آزید سدیم (نیترید سدیم) حاصل شود.

آزید سدیم یک ماده جامد سفیدرنگ است که به‌عنوان سوخت جامد در قسمت متورم‌کننده کیسه‌هوا مورد استفاده قرار می‌گیرد. فلز سدیم که از این انفجار حاصل می‌شود، ماده‌ای واکنش‌پذیر و خطرناک است که احتمال آتش‌سوزی آن وجود دارد. به‌همین منظور برای جلوگیری از بروز هرگونه مشکلی، این ماده را با اکسید آهن واکنش می‌دهند تا بدل به‌اکسید سدیم شود.

در بخش عملگر، فعال‌کننده چاشنی وجود دارد که درون آن یک سوخت جامد جاسازی شده است. این سوخت آزیدسدیم است که در اثر انفجار آن، گاز نیتروژن آزاد می‌شود. گاز نیتروژن می‌تواند در زمان بسیار کوتاهی، کیسه‌هوا را متورم ‌کند. از طرفی خازن با توجه به‌فرمان صادرشده عمل تخلیه الکتریکی و جرقه‌زنی را انجام می‌دهد.

پس از انفجار و باز شدن ایربگ، سیستم مهارکننده تکمیلی (SRS) مجموعه‌ کیسه‌های هوای راننده، سرنشین جلو، پرده‌ای، جانبی، زانویی و میان صندلی‌ها (در خودروهای لوکس از سال ۲۰۲۰ به‌بالا) را به‌صورت بهینه کنترل می‌کند. در این مجموعه یک مدول کنترل‌کننده الکترونیکی وجود دارد که متناسب با اطلاعات به‌دست‌آمده از سنسورهای ایربگ، عملکرد کیسه‌های هوا و سیستم پیش‌کشنده کمربند ایمنی را به‌صورت بهینه کنترل می‌کند.

از سوی دیگر سوئیچ غیر فعال‌کننده به‌منظور غیرفعال کردن ایربگ‌ها توسط راننده تعبیه شده است. این سوئیچ معمولا روی پنل کناری داشبورد نصب شده تا راننده بتواند سیستم ایمنی کیسه‌های هوا را غیرفعال کند. در این سوئیچ یک مقاومت مغناطیسی وجود دارد که مقدار مقاومت آن بر اساس شدت میدان مغناطیسی تغییر می‌کند. درحالتی که سوئیچ روشن است، میدان مغناطیسی ضعیف شده و مقاومت آن افزایش می‌یابد. در این حالت ACU ایربگ درحالت غیرفعال قرار دارد.

بهبود عملکرد در ایربگ‌های جدید

سال ۲۰۱۸ بود که طراحان و مهندسان کمپانی هوندا یک ایربگ، مشابه توپ بیسبال طراحی کردند که بین دو صندلی جلو قرار می‌گرفت. این طرح، کانسپت بود و بعدها کمپانی مطرح مرسدس‌بنز در سدان فول‌‎سایز لاکچری خود، یعنی S کلاس (W۲۲۳) ایربگ‌های میان سرنشینان جلو و حتی سرنشینان عقب را تعبیه کرده تا ایمنی سرنشینان را بهبود بخشد.

این طرح توسط شرکت معروف تاکاتا توسعه داده شده و در خودروهای فوق لوکس نصب شده است. البته ایربگ‌های حال حاضر در خودروهای به‌روز از سال ۲۰۱۸ به‌بعد، از نسل پنجم هستند.

این نسل از ایربگ‌ها دارای همان زمان سه‌هزارم ثانیه برای باز شدن هستند؛ اما اندکی تغییرات در آن‌ها ایجاد شده است. مثلا ACU با بهینه‌سازی سرعت پردازش و همچنین سرعت تخلیه نسبتا بیشتر و جنس پارچه‌های الیاف منعطف پایه گیاهی، سرنشینان را از احتمال خفگی یا جراحات ناشی از باز شدن ایربگ‌ها نجات می‌دهد