کیسهٔ هوا یک وسیلهٔ ایمنی مدرن در برخی از خودروهاست که در زمان تصادف خودرو پر از باد شده و به شکل بالش بین سرنشین و بدنه خودرو در نقش حفاظی نرم قرار می‌گیرد. برخی از پژوهش‌ها نشان می‌دهد که اگر کمربند ایمنی بسته شود کیسهٔ هوا تا ۸ درصد امکان مرگ سرنشین را می‌کاهد. کیسه‌های هوا هر ساله در حال ارتقا کارایی می‌باشد. امروزه کیسه‌های هوا بعد از برخورد خودرو با موانع سخت در کسری از ثانیه باد شده و بین سر و بدن سرنشینان با اجزاء داخل خودرو حائل می‌شود. در این میان کمربند ایمنی با ایجاد شتاب منفی روی بدن مسافرین، باعث کاهش یافتن ضربه وارده می‌شود.

اختراع ایربگ، یا همان کیسهٔ هوا برای اولین بار در سال 1951 ثبت گردید و دو سال بعد، توسط مهندسین Walter Linderer از آلمان و John Hetrick از آمریکا منتشر شد. اولین ایربگ نیز در سال 1970 به جهت بالا بردن سطح ایمنی سرنشینان بر روی خودروها نصب گردید. امروزه سطح ایربگ به حدی بالا رفته است که یک خودروی ایمن از نظر ایربگ باید برای سرنشینان جلو، زانوی راننده، جانبی، سقف و حتی کیسه هوای خارجی برای حفاظت از عابران نیز تدارک دیده شده باشد.

در صورت تصادف از جلو، خودرو با کاهش سرعت یا توقف سرعت شدید مواجه می‌شود، بدن سرنشینان نیز در جهت حرکت خودرو با شتاب زیاد پرتاب می‌شود، عقب نگه‌داشتن اولیه بدن از نیم تنه بالا به عهدهٔ سیستم‌های ایمنی اولیه مانند کمربند ایمنی پیش کِشنده است، اما دیگر قسمت‌های بدن، از جمله سر، دست‌ها و پاها هنوز هم با شدت، رو به جلو حرکت می‌کنند، عملکرد کیسه هوا به طوری است که در زمان تشخیص تصادف، با توزیع سریع فشار هوا در کیسه ای فشرده‌شده، منبسط می‌شود و جلوی برخورد بدن انسان با قطعات سخت کابین، مانند داشبورد و فرمان را می‌گیرد و تا حد زیادی میزان خطر صدمه را کاهش می‌دهد.

نحوه کارکرد و اجزا کیسه هوا (Air Bag)

برای مثال، ما از یک فورد EcoSport، اجزاء و مکانیزم ایربگ را برایتان توضیح می‌دهیم.
فورد EcoSport شش ایربگ دارد، دو سنسور در کنار درب‌ها، در پایین ستون B نصب شده است، کمربند ایمنی هوشمند و سیستم تشخیص سوئیچ، سنسور شدت ضربه، سیستم جمع‌بندی ابزار و ادوات (شامل نمایش اطلاعات ایربگ بر روی سیستم)، و ماژول کنترل پیشگیری از برخورد (RCM).

شماتیک کلی یکی از مدل های کارکرد ایربگ ، اجزاء کلی سیستم در ایربگ ها معمولاً یکسان هستند.

RCM شامل الگوریتم‌های از پیش تعریف شده است که شدت حادثه را پیش‌بینی می‌کند و پس از آن تصمیم می‌گیرد که ایربگ چگونه و با چه شدتی باز شود. این سیستم به سوئیچ‌ها و شتاب سنج‌های نصب شده در بدنهٔ خودرو متصل است که از طریق کنترل شبکه (CAN) و گذرگاه‌های کنترلی با استفاده از سیگنال‌های مخصوصی به‌عنوان ورودی به الگوریتم‌ها در کامپیوتر مرکزی دستور می‌دهد و پس از آن عمل باز شدن را در کسری از ثانیه انجام می‌دهد.
هنگامی که یک تصادف شناسایی شود، سیگنال تشخیص ضربه، توسط RCM به سایر واحدهای کنترلی فرستاده می‌شود که روشن شدن چراغ‌های خطر، باز کردن درب‌های خودرو، غیرفعال کردن سیستم سوخت‌رسانی و یا قطع جریان باتری و حتی ارسال تماس اضطراری در صورت اتصال به اینترنت نیز در پی آن حادثه انجام خواهد شد.

شماتیک نحوه عملکرد ایربگ راننده

ایربگ، یک کیسهٔ پلیمری نازک است که به صورت تاخورده و فشرده شده در محفظهٔ مخصوصی نگه‌داری می‌شود؛ در لایه های این کیسه از پودر نشاستهٔ ذرت و نوعی گچ فرانسوی به نام پودر تالک سفید رنگ به منظور روان کنندهٔ و جلوگیری از چسبندگی لایه های کیسه هوا استفاده می‌شود. در نمونه‌های اولیهٔ ایربگ از هوای فشرده استفاده می‌شد که پس از مدت اندکی، مشخص شد که فرآیند انبساط و باز شدن کیسه، بیش از حد طولانی است و در اکثر حوادث کاربردی ندارد.

در طرح‌های بعدی، توسط یک واکنش شیمیایی موفق شدند فشار و سرعت باز شدن را بسیار بهبود ببخشند. واکنش سدیم آزید (NaN3)، نیترات پتاسیم (KNO3) و دی‌اکسید سیلیکون (SiO2) که برای تولید گاز نیتروژن، در سوخت جامد توسط یک چاشنی عمل می‌کند و در صدم ثانیه آن‌ها را به صورت کامل باز و منبسط می‌کند؛ دستیابی به این واکنش شیمیایی، انقلابی در ایمنی ایربگ ها به پا کرد، به‌طوری که کل زمان این فرآیند، از آغاز تصادف تا باز شدن کامل ایربگ ها را تنها در 0.04 ثانیه ممکن کرد. این واکنش به‌قدری سرعت فرآیند انبساط را افزایش داده است که چشم انسان به‌طور طبیعی قادر به دیدن صحنهٔ باز شدن نخواهد بود، چراکه سرعت پلک زدن انسان بین 0.1 تا 0.3 ثانیه است. از طرفی دیگر، هرچه سرعت برخورد به سرعت فرآیند انبساط ایربگ ها نزدیک‌تر باشد احتمال خطر بسیار بالا می‌رود پس مسلماً هرچه سرعت خودرو بیشتر باشد خطر آسیب‌دیدگی فرد بیشتر است، چرا که در سرعت‌های بالا عمل باز شدن ایربگ ها، دیرتر از زمانی است که فرد با داشبورد برخورد می‌کند.

ایربگ دارای منفذهای کوچکی است که پس از باز شدن، سریعاً از حالت انبساط درآمده و به سرنشینان اجازهٔ خروج زود هنگام از خودرو را می‌دهند. لذا در حال حاضر مهندسین در تلاش هستند، ترکیبات جایگزینی برای واکنش شیمیایی فعلی ارائه دهند که همان عملکرد ولی با خطر مواد سمی کمتر را داشته باشد.

طرز کار ایربگ را به طور مختصر بیان می‌کنیم:

در جلوی خودرو دو سنسور بکار رفته که در دو طرف خودرو و قسمت محفظه چرخ‌ها قرار گرفته‌اند و به‌وسیله سیم به واحد کنترل مرکزی ارتباط دارند. در هنگام اصابت ضربهٔ شدید، یک سنسور الکترومکانیکی به کار می‌افتد و به دستگاه کنترل مرکزی هشدار می‌دهد. دستگاه کنترل مرکزی، جریان مدار پر شده خازنی را برای سوزاندن سوخت جامدی که در محفظه ایربگ قرار دارد به کار می‌اندازد. بخار حاصل از گاز تولید شده به سرعت کیسه را پر می‌کند. همزمان با آن کمربند ایمنی سفت شونده، که اغلب دارای ماده منفجره است، در هنگام تصادف، پیستون داخل سیلندر آن، در اثر انفجار کشیده شده و کمربند را محکم می‌کند و راننده را به صندلی می‌چسباند. این سنسور دارای محفظه‌ای است که در داخل آن، یک ساچمه قرار دارد، این ساچمه، در حالت عادی به وسیله مگنت جذب شده، از حرکت باز می‌ماند. در هنگام ضربه، برق مگنت قطع شده، ساچمه به طرف ترمینال‌ها حرکت می‌کند و به مدار دستگاه محترق کننده سوخت وصل می‌شود.

تکنولوژی ایربگ، به منظور توسعه در وسایل نقلیه، باید تحت نظارت و تنظیم مقررات سازمان‌های ایمنی باشد، به‌عنوان مثال ایمنی خودرو باید طبق کمیسیون اقتصادی اروپا (ECE) و قوانین و مقررات سازمان ملی تصادفات آن یعنی EuroNCAP تست شده، تائید شود و پس از رتبه‌بندی ایمنی در صنعت خودروسازی فروخته شوند.با توجه به تبلیغات گستردهٔ EuroNCAP، تولیدکنندگان مجبور شده‌اند برای افزایش رتبهٔ ایمنی وسایل نقلیه خود، امتیاز خود را به رتبه‌های بالاتر در تست‌های تصادف به دست بیاورند.

به‌عنوان مثال، تست‌های انجام شده در ماه اوت 2012 در سازمان NCAP به شرح زیر است:

تأثیر جلو ماشین به ماشین: تصادف در 64 کیلومتر/ساعت در 40 درصد هم‌پوشانی.
تأثیر جانبی ماشین به ماشین: جانبی با سرعت تأثیر در 50 کیلومتر/ساعت.
تأثیر ضربه توسط تیرک: تیرک جامد به‌وسیله نقلیه در ستون B و در 29 کیلومتر/ساعت.
حفاظت از عابر پیاده: این بخش عملکرد کلاه سر گذاشتن را در هنگام برخورد با یک عابر پیاده ارزیابی می‌کند.
حفاظت از کودک: سیستم پیشگیری، از جمله Isofix، بررسی می‌شود.
تست برخورد از عقب: در هنگام برخورد از عقب خودرو، تا چه سطحی از صندلی سرنشینان محافظت می‌شود.
ایمنی کمکی: تست NCAP نقاط اضافی برای یادآوری کمربند ایمنی، هشدار سرعت، و غیره را ارائه می‌دهد.

باید توجه داشته باشید که رتبه‌بندی و نظریه‌پردازی در مورد تصادف خودروها به‌طور دقیق کاری بسیار دشوار است چراکه نوع تصادفات بسیار مختلف است و غیرممکن است که برای تمامی تصادفات بتوان میزان صدمه را رتبه‌بندی کرد؛ پس درجه‌بندی از الگوریتم‌های تصادف و پیدا کردن تعادل بین تشخیص درست و نادرست در تصادفات شدید برای مهندسان کار سختی است، ولی این سازمان با استفاده از این تست‌ها آستانهٔ تحمل و محافظت از سرنشینان را توسط ایربگ ها بررسی می‌کنند و در تصادف‌های مشابه، با سرعت‌هایی بالاتر و پایین‌تر میزان این محافظت را درجه‌بندی می‌کنند.

مزایای ایمنی کیسه هوا بدون شک بر همگان ثابت شده است، و در طول این سالیان، از آسیب‌های جدی بسیاری جلوگیری شده و زندگی انسان‌های بی‌شماری را نجات داده است. اما این سیستم‌ها هنوز هم به تکامل نیاز دارد و همچنان تحت نظر مهندسین در حال پردازش و پیشرفت است. مثلاً به تازگی، فشار تورم برخی از ایربگ ها را می‌توان با توجه به شدت تصادف تنظیم کرد. همچنین واکنش کمربند ایمنی را برای جلوگیری از صدمات به علت باد شدن بیش از حد کیسه هوا کنترل می‌شود. تعداد ایربگ ها در وسایل نقلیه مدرن در حال رشد است و تاکنون، به نقطه ای رسیده است که هنگام تصادف، گویا توسط یک تشکچه هوا احاطه شده‌اید.

بچه‌های کمتر از 12 سال و نوزادان در مقابل آن‌ها در خطر مرگ قرار دارند. به علت نیروی بیش از حدی که هنگام فعال شدن ایربگ به کودکان وارد می‌شود آسیب‌های جدی و حتی مرگ را در پی دارد. به همین دلیل در خودروهایی که مجهز به ایربگ هستند گزینه ای برای خاموش کردن کیسه هوای سرنشین جلو دارند، و زمانی که یک صندلی کودک نصب شده است، باید با کمربند ایمنی از کودک محافظت شود و ایربگ سرنشین را غیرفعال کنید. این نیز مهم است که خود راننده به اندازه کافی دور از فرمان و یا داشبورد باشد، چراکه صدمات ناشی از کیسه هوا اجتناب‌ناپذیر است. البته این را نیز در نظر داشته باشید که صرفه‌جویی از کیسه‌های هوا در زندگی بسیار خطرناک‌تر از آسیب‌های استفاده از آن‌هاست.

کیسه هوا برای عابر پیاده

علاوه بر اینکه بسیاری از تکنولوژی‌های فعال ایمنی مانند ABS، ESC، نگه‌داشتن خودرو بین خطوط، هشدارها و ترمز خودکار، میزان تصادفات را کاهش می‌دهند، احتیاط و رعایت مقررات رانندگی توسط خود انسان، تضمین بهتری برای محفوظ ماندن از خطرات و تصادفات خواهد بود. در هر حال، همیشه پیشگیری بهتر از درمان است.