آشنایی با چگونگی عملکرد خازن در حسگر کیسه هوای خودروها

با افزایش استفاده از سیستم حمل و نقل و اتومبیل، امنیت و حفظ جان سرنشینان خودروها همواره یکی از مهم‌ترین دغدغه‌های کارخانه‌های سازنده‌ی خودرو بوده‌است. یکی از اولین تجهیزات خودرو که با این هدف طراحی و اجرا شد کمربند ایمنی است که توانست نقش قابل قبولی در پیشگیری از بروز آسیب‌های جسمانی در مواقع خطر ایفا کند. اما با گذشت زمان مشخص شد که این قطعه برای حفظ جان سرنشینان یک خودرو در زمان حوادث رانندگی لازم است اما کافی نیست. از این رو کیسه هوا یا همان ایربگ طراحی و تولید شد. قطعه‌ای که در ترکیب با کمربند ایمنی به خوبی می‌تواند منجر به کاهش مرگ‌و‌میر و آسیب در زمان تصادفات رانندگی شوند.

ساختار کیسه هوا با گذشت زمان دست‌خوش تغییراتی به منظور بهبود کارایی خود شد. امروزه در ساخت این قطعه از خازن در حسگرهای کیسه هوا استفاده می‌شود. در مقاله‌ی پیش رو به بررسی عملکرد خازن در حسگر کیسه هوای خودروها می‌پردازیم. مطلبی که موضوع تحقیق کتاب فیزیک پایه یازدهم هم است.

آشنایی با کیسه هوای خودرو

پس از کمربند ایمنی، یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های خودروها به منظور حفظ جان سرنشینان کیسه هوا است. قطعه‌ای که در سال ۱۹۵۱ طراحی و ساخته‌شد. با وجود این‌که در سال ۱۹۷۰ برای اولین‌بار بر روی یک خودرو نصب شد، اما تا پیش از سال ۱۹۹۸ اجباری به نصب آن بر روی خودروها نبود و برخی از کارخانه‌های سازنده‌ی خودرو از این کار خودداری می‌کردند. اما در سال ۱۹۹۸ سازمان ایمنی جاده‌های امریکا قانونی را تصویب کرده که به موجب آن نصب کیسه‌ی هوا بر روی خودروها اجباری شد. این کیسه به شکل یک بالشتک فشرده طراحی شده که در زمان حادثه پر از باد می‌شود و با باز شدن می‌تواند از برخورد سرنشین خودرو با قسمت‌های داخلی خودرو جلوگیری کند.

ساختار کیسه هوای خودرو

ایربگ از سه بخش مهم یعنی کیسه، حسگر و سیستم بادکننده تشکیل شده‌است.

کیسه

کیسه هوا به زبانی ساده همان بالشتکی است که در هنگام تصادف پر از باد می‌شود. کیسه هوا از نایلون و پلیمر ساخته شده و به صورت فشرده در نقاط مختلف خودرو نصب می‌شود. تعداد ایربگ‌های خودروها در مدل‌های مختلف متفاوت است. برای جلوگیری از چسبیدن لایه‌های کیسه هوا به یک‌دیگر در حالت جمع شده، سطح داخلی آن با یک لایه سیلیکون پوشانده می‌شود. در فناوری جدیدتر، سوراخ‌های ریزی روی کیسه هوا تعبیه شده تا پس از باد شدن، دوباره جمع شود و امکان خروج سرنشین از خودرو فراهم گردد.

سنسور یا حسگر

زمان باد شدن کیسه هوا توسط یک سنسور تعیین می‌شود. این سنسور وضعیت خودرو را به طور مداوم کنترل کرده و در زمان برخورد، با تغییر جرم اتصال برقی بسته شده و دستور باد شدن کیسه هوا را صادر می‌کند. سنسور اطلاعات خود را از طریق یک شتاب‌سنج درون میکروچیپ دریافت می‌کند که در قسمت‌های مختلف خودرو و به تعداد لازم نصب شده است. معمولاً خودروها دارای دو سنسور در نزدیکی چرخ‌های جلو هستند. شدت ضربه لازم برای باز شدن کیسه هوا باید معادل برخورد خودرو با دیوار آجری با سرعت حداقل ۱۶ کیلومتر بر ساعت باشد.

بادکننده‌ی کیسه هوا

درون خودروها یک ژنراتور تولیدکننده‌ی گاز نصب شده که می‌تواند گاز لازم برای باد شدن کیسه هوا را تامین کند. این اتفاق در طی یک واکنش شیمیایی رخ می‌دهد. از سوی دیگر گازی که منجر به باد شدن ایربگ‌ها می‌شود، گاز نیتروژن است. گازی که به وسیله‌ی این ژنراتور از سوختن ترکیب سدیم‌آزید و نیترات‌پتاسیم جامد تولید می‌شود. هنگام برخورد و دریافت سیگنال توسط سنسور، جرقه‌زن یک جرقه الکتریکی ایجاد کرده و باعث سوختن قرص‌های سدیم‌آزید و نیترات‌پتاسیم می‌شود. به این ترتیب در کسری از ثانیه، گاز نیتروژن تولید شده کیسه‌های هوا را پر کرده و ایربگ‌ها باز می‌شوند. سرعت واکنش این ژنراتور بسیار زیاد است و در زمانی کوتاه کیسه هوا پر از باد خواهدشد.

چگونگی کارکرد خازن در حسگر کیسه هوای خودروها

برای شناخت عملکرد خازن در حسگر کیسه هوای خودروها باید با نحوه‌ی عملکرد کیسه هوا آشنا شد. درون تمامی خودروها یک سیستم کنترل مرکزی وجود دارد. یکی دیگر از اجزای مرتبط با کیسه‌های هوا هم، مدار خازنی بوده که نقش مهمی در عمل کردن ایربگ‌ها ایفا می‌کنند. سنسورهای الکترومکانیکی که حسگر ضربه هستند، به تعداد مختلفی در مدل‌های مختلف خودرو نصب شده‌اند که در کمترین حالت دو حسگر بوده که در قسمت جلویی ماشین و در کنار چرخ‌ها نصب می‌شوند.

این دو سنسور الکترومکانیکی به وسیله‌ی سیمی به سیستم کنترل مرکزی متصل شده‌اند. در زمان برخورد خودرو با جسمی خارجی یا مانع، سنسورها پیامی را به سیستم مرکزی منتقل می‌کنند. این هشدار منجر به فعال‌سازی سیستم جرقه‌زن یا همان مدار خازنی می‌شود. سدیم‌آزید و نیترات‌پتاسیم جامد به صورت قرص‌هایی درون بالشتک کیسه هوا قرار گرفته‌اند. با جرقه‌ی مدار خازنی عمل احتراق این قرص‌ها شروع می‌شود و در نهایت نیتروژن تولید شده کیسه هوا را پر از باد کرده و با فشار هوا باز می‌شود. سوراخ‌های تعبیه شده بر روی کیسه هوا باعث می‌شوند پس از برخورد با سرنشین مجدد باد کیسه خالی شده تا فرد بتواند از خودرو خارج شود.

علت عمل نکردن کیسه هوای خودرو

احتمالا شنیده‌اید که گاهی اوقات در زمان تصادفات رانندگی ایربگ خودرو عمل نمی‌کند. این اتفاق می‌تواند علت‌ها مختلفی داشته‌باشد، از جمله:

• کم بودن شدت برخورد و در نتیجه عمل نکردن سنسورها
• خرابی سنسورها که منجر به اختلال در دقت و عملکرد آن در شناسایی جسم خارجی می‌شود
• خرابی سیستم مرکزی و کامپیوتر خودرو
• عدم انتقال پیام نهایی به سیستم بادکننده به دلیل از کار افتادن سیستم مرکزی و کامپیوتر خودرو پس از برخورد با جسم خارجی

سخن پایانی

بدون شک کیسه هوای خودورها یکی از مهم‌ترین اختراعات بشر به منظور حفظ جان انسان‌ها در زمان رانندگی است. اگرچه امروزه بسیاری از خودروها به این قطعه مجهز شده‌اند اما متاسفانه عملکرد ضعیف هنوز هم جان بسیاری از مردم را در زمان حوادث رانندگی به خطر می‌اندازد. برای یافتن پاسخ بسیاری از پرسش‌ها و تحقیق‌های کتاب‌های درسی مقاطع مختلف تحصیلی می‌توانید به بخش محتوای کمک درسی ستاره مراجعه کنید.