این سیستم به‌گونه‎ای طراحی شده تا در زمان تصادفات همانند یک فرشته نجات، جان راننده و سرنشینان را نجات دهد. اما ایربگ که این روزها به‌عنوان یک استاندارد ایمنی از آن یاد می‌شود، ماحصل تلاش و زحمات مهندسان و طراحان خودرو است که سال‌ها قبل با به‌کارگیری روش آزمون و خطا و تست‌های فوق ایمنی توانستند به این تکنولوژی برسند. درواقع ایربگ را باید اولین تحویل بزرگ ایمنی در خودروها دانست. با ما همراه باشید تا در ادامه به پیشرفت‎های اخیر این تکنولوژی نگاه دقیقی بیندازیم.

ایربگ چگونه ابداع شد؟

نخستین اختراع ایربگ به سال ۱۹۱۹ میلادی بازمی‌گردد؛ دو دندان‌پزشک بیرمنگامی به‌نام‌های آرتور پاروت و هارولد راند، به‌صورت آزمایشی کیسه‌های پر از هوایی را به‌منظور جلوگیری از جراحات ناشی از تصادفات خودرویی طراحی کردند. اما ایربگ‌ اولیه آرتور پاروت و هارولد راند شکل ظاهری چندان کاربردی نداشت؛ تا این‌که سال ۱۹۵۱ میلادی یک مهندس آمریکایی به نام «جان دبلیو.هتریک» توانست نخستین ایربگ کاربردی با شکل ظاهری مناسب و کارآمد را طراحی کند.

اختراع ایربگ هتریک در ۵ آگوست سال ۱۹۵۲ میلادی در سازمان ثبت اختراعات ایالات‌متحده به‌ثبت رسید. اما هم‌زمان با هتریک، مهندس دیگر آلمانی به‌نام والتر لیندر که تحصیلکرده رشته مهندسی مکانیک بود، توانست در ششم اکتبر سال ۱۹۵۱ میلادی اختراع خود را که یک مدل کیسه‌هوا برای خودرو بود، به سازمان ثبت اختراعات آلمان ببرد و درنهایت در ۱۲ نوامبر سال ۱۹۵۳ میلادی، یعنی سه ماه پس از ثبت اختراع هتریک در ایالات‌متحده، این مهندس آلمانی اختراع خود را به‌ثبت رساند.

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. هرچند که ایربگ هتریک در ایالات‌متحده به فروش نرسید و خودروسازان از آن استقبال چندانی نکردند، تا این‌که در سال ۱۹۷۱ میلادی کمپانی فورد با احترام به ارزشمندترین اختراع ایالات‌متحده یعنی ایربگ هتریک، نخستین خودرو خود را به این سیستم ایمنی مجهز کرد.

تا سال ۱۹۶۴ میلادی یک مهندس ژاپنی به نام «یاسوزابورو کوبوری» شروع به توسعه شبکه ایمنی کیسه‌هوا کرد و این اختراع به ثبت ۱۴ کشور رسید؛ اما پس از آن این مهندس ژاپنی درگذشت. تا سال ۱۹۶۷ میلادی آلن کی.برید تمام مشکلات ایربگ را برطرف و با استفاده از سیستم یاسوزابورو کوبوری، آپشن ایربگ به شکل فزاینده‌ای رشد و پیشرفت داشت. سپس این سیستم به کمپانی کرایسلر ارائه شد و نصب ایربگ‌ از دهه ۷۰ میلادی روی انواع خودرو فراگیر و دنبال شد.

کارکرد سیستم ایربگ در کابین خودرو

عملکرد کیسه‌هوا (Air Bag) به‌گونه‌ای است که ضربات ناگهانی و شدیدی که به‌خودرو وارد می‌شود، توسط یک سنسور الکترومکانیکی حساس به ضربه، حس شده و پالسی به سوی واحد کنترل الکترونیکی ایربگ (ACU) ارسال می‌کند. در این لحظه یک جریال الکتریکی که در اثر تخلیه یک خازن فراهم می‌شود، توسط واحد کنترل الکترونیکی ایربگ ارسال می‌شود که باعث 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 سریع باشد که مانع پرتاب شدن و برخورد با سرنشینان شود. به‌طوری که 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 ۳ هزارم ثانیه است) طول می‌کشد.

محل تعبیه ایربگ‌ها در داخل غربیلک‌فرمان، پوسته جلو سرنشین جلو روی داشبورد، پوسته ستون A، B و C از داخل، داخل صندلی‌ها، نمد زیر غربیلک‌فرمان و اخیرا بین صندلی‌هاست. اما با توجه به محاسبه 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 ضمن جلوگیری از وارد آمدن آسیب به‌سرنشینان، مانع خفگی آن‌ها می‌شود. زیرا در صورت نامناسب بودن موقعیت کیسه‌های هوا و نحوه‌ باز شدن آن‌ها، احتمال برخورد کیسه‌هوا با صورت سرنشینان خودرو وجود دارد. همچنین برخی بررسی‌ها توسط یوروانکپ نشان داده که این مساله باعث بیهوشی سرنشینان شده و در برخی موارد راه تنفس آن‌ها را سد می‌کند.

ایربگ (کیسه هوا) دارای چه ساختاری است؟

کیسه‌هوا (Air Bag) همانند سایر قطعات الکترونیکی هوشمند در خودرو دارای یک بخش واحد کنترل الکترونیکی موسوم به ACU، بسته به نوع سیستم شبکه برق خودرو ۸ سنسور، عملگر، خازن و لامپ هشداردهنده است. درحقیقت سنسورهای تشخیص تصادف، تشخیص وضعیت سرنشینان خودرو، تشخیص ضربه، شتاب‌سنج، تشخیص وزن سرنشین، تشخیص حضور سرنشین، 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. پس از اطلاعات به‌دست آمده توسط سنسورها و ارسال این اطلاعات به بخش واحد کنترل الکترونیکی ایربگ ACU عملگرها آماده فعال شدن ایربگ می‌شوند. تنها یک عملگر به نام متورم‌کننده یا فعال‌کننده ایربگ وجود دارد. علاوه‌بر واحد کنترل الکترونیکی، سنسورها و عملکرد، واحد الکترونیکی دیگری به نام سوئیچ غیرفعال‌کننده نیز در این سیستم به‌چشم می‌خورد.

موضوعی که باید بدانید!

معمولا در خودروهای مجهز به‌سیستم ایربگ، در بخش کناری داشبورد یا نمد آفتاب‌گیر درج شده است که کودکان، به‌ویژه کودکان زیر ۱۲ سال نباید روی صندلی جلو قرار بگیرند. بر این اساس شاید در ذهن شما این سوال مطرح شود که با توجه به نقش محافظتی ایربگ، چرا باز هم باید از نشستن کودکان روی صندلی جلو خودرو جلوگیری شود؟ در پاسخ باید گفت پس از برخورد خودرو با جسم یا خودرو دیگر و محاسبه این نیرو توسط سنسورهای ضربه، تشخیص تصادف و شتاب‌سنج و سایر سنسورهای حاضر در مدار ایربگ، تنها ۳ هزارم ثانیه کافی است که ایربگ فعال شود. در این صورت ممکن است کودکان با توجه به شرایط فیزیکی آن‌ها، به‌دلیل سرعت بالای فعال و باز شدن ایربگ خودرو به‌شدت آسیب ببینند. این درحالی است که ایربگ خودرو مجهز به‌سیستمی به‌عنوان مهارکننده تکمیلی (SRS) است.

ساختار ایربگ خودرو زیر ذره‌بین

در ساختار کیسه‌هوای خودرو، لایه‌ای نازک از منسوجات الیاف‌دار نایلونی به‌کار گرفته می‌شود که دارای ضخامت تقریبی نیم میلی‌متری است. قبل از فعال شدن ایربگ، گاز ناشی از احتراق سوخت جامد از نوع گاز نیتروژن است. گاز نیتروژن مورد نیاز برای 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 ممکن است به‌سرعت شعله‌ور شود. به‌همین منظور برای جلوگیری از بروز هرگونه مشکلی، این ماده را با اکسید آهن واکنس می‌دهند تا تبدیل به اکسید 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. این گاز می‌تواند ظرف مدت‌زمان کوتاهی کیسه‌هوا را متورم ‌کند.

از طرفی خازن با توجه به فرمان صادرشده از مدول کنترل‌کننده، عمل تخلیه الکتریکی و جرقه‌زنی را انجام می‌دهد. پس از انفجار و باز شدن ایربگ، سیستم مهارکننده تکمیلی (SRS) میزان باز شدن کیسه‌های هوای راننده و سرنشین جلو، پرده‌ای، جانبی، زانویی و میان صندلی‌ها (در خودروهای لوکس از سال ۲۰۲۰ به بالا) را به‌صورت بهینه کنترل می‌کند. در این مجموعه یک مدول کنترل‌کننده الکترونیکی وجود دارد که متناسب با اطلاعات به‌دست آمده از سنسورهای ایربگ، عملکرد کیسه‌ها و پیش‌کشنده کمربند ایمنی را به‌صورت بهینه کنترل می‌کند.

از سوی دیگر سوئیچ غیرفعال‌کننده به‌منظور غیر فعال 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 را در حالت غیرفعال قرار می‌دهد.

ثبت ‎اختراع مرسدس‎بنز در بخش طراحی و تولید ایربگ

سال ۲۰۱۸ میلادی بود که طراحان و مهندسان کمپانی هوندا ایربگی مشابه توپ بیسبال را طراحی کردند که بین دو صندلی جلو خودرو قرار می‌گیرد. این طرح کانسپت بعدها توسط کمپانی مطرح مرسدس‌بنز در سدان فول‌‎سایز لاکچری آن یعنی S کلاس (W۲۲۳) به‌کار گرفته شد. درنهایت این طرح توسط شرکت معروف تاکاتا توسعه داده شده و روی خودروهای فوق لوکس نصب می‌شود.

البته خودروهای به‌روز دارای ایربگ نسل پنجم هستند. در این نسل از ایربگ نیز با اندکی تغییرات، تنها ۳ هزارم ثانیه زمان نیاز است تا ایربگ‌ها در تصادف احتمالی فعال شوند؛ به این شکل که ACU با بهینه‌سازی سرعت پردازش و همچنین سرعت تخلیه نسبتا بیشتر و جنس پارچه‌های الیاف منعطف پایه گیاهی، سرنشینان را از خفگی یا جراحات ناشی از باز شدن ایربگ‌ها در امان نگه می‌دارد.