Airbag – Túi khi hoạt động như thế nào?

Airbag – Túi khí, một thiết bị an toàn bổ sung sẽ được triển khai căng phồng khi xảy ra tai nạn, giúp lái xe và hành khách hạn chế và tránh khỏi các va chạm bên trong xe.

Trước đây, dây đai an toàn đáng tin cậy đã cung cấp hình thức hạn chế thụ động duy nhất trên ô tô của chúng ta. Đã có những cuộc tranh luận về sự an toàn của chúng, đặc biệt là liên quan đến trẻ em, nhưng theo thời gian, phần lớn các quốc gia đã thông qua luật bắt buộc thắt dây an toàn. Các thống kê đã chỉ ra rằng việc sử dụng dây an toàn đã cứu được hàng ngàn sinh mạng có thể đã bị mất trong các vụ va chạm.

Giống như dây an toàn, khái niệm về túi khí – một chiếc gối mềm để chống lại va chạm – đã xuất hiện từ nhiều năm. Bằng sáng chế đầu tiên về thiết bị hạ cánh có thể bơm hơi cho máy bay đã được nộp trong Thế chiến II. Vào những năm 1980, túi khí thương mại đầu tiên xuất hiện trên ô tô.

Kể từ mẫu xe năm 1998, tất cả các xe ô tô mới được bán tại Hoa Kỳ đều phải có túi khí ở cả hai bên người lái và hành khách. (Xe tải nhẹ được đưa vào quy định vào năm 1999.) Cho đến nay, số liệu thống kê cho thấy túi khí giúp giảm khoảng 30% nguy cơ tử vong trong một vụ va chạm trực diện. Sau đó đến túi khí bên gắn trên ghế và gắn trên cửa. Ngày nay, một số ô tô đã vượt xa việc trang bị túi khí kép để có sáu hoặc thậm chí tám túi khí. Từng gây ra một số tranh cãi xung quanh việc sử dụng dây an toàn trong những năm đầu, túi khí là chủ đề của các cuộc nghiên cứu và thử nghiệm nghiêm túc của các chính phủ và ngành công nghiệp ô tô.

Định luật chuyển động

Vật thể chuyển động có động lượng (tích của khối lượng và vận tốc của vật) và tiếp tục chuyển động với tốc độ và hướng hiện tại của nó trừ khi có ngoại lực tác động vào vật thể đó. Ô tô bao gồm một số đối tượng, bao gồm cả chính phương tiện, các đồ vật rời trong ô tô và tất nhiên là cả hành khách. Nếu những vật thể này không bị hạn chế, chúng sẽ tiếp tục di chuyển ở bất kỳ tốc độ nào mà ô tô đang di chuyển, ngay cả khi ô tô bị dừng lại do va chạm.

Việc dừng động lượng của một vật sẽ cần có lực tác dụng trong một khoảng thời gian tương ứng. Khi một chiếc ô tô gặp sự cố, lực cần thiết để dừng là rất lớn vì động lượng của ô tô đã thay đổi tức thì trong khi hành khách thì không — không có nhiều thời gian để xử lý. Mục tiêu của bất kỳ hệ thống hạn chế bổ sung nào là giúp ngăn chặn hành khách trong khi gây ít thiệt hại nhất có thể cho họ.

Điều mà túi khí muốn làm là giảm tốc độ của hành khách về 0 mà ít hoặc không gây tổn hại. Những ràng buộc mà nó phải làm việc bên trong là rất lớn. Túi khí có khoảng trống giữa hành khách và vô lăng hoặc bảng điều khiển và chỉ mất khoảng 1/25 giây để hoạt động. Tuy nhiên, ngay cả lượng không gian và thời gian nhỏ bé đó cũng có giá trị nếu hệ thống có thể làm chậm hành khách một cách đồng đều thay vì buộc hành khách đó phải dừng đột ngột.

Túi khí hoạt động như thế nào?

Túi khí cung cấp một bề mặt hấp thụ năng lượng giữa người ngồi trên xe và vô lăng, bảng điều khiển, trụ thân xe,… Các phương tiện hiện đại có thể chứa tối đa 10 mô-đun túi khí trong các cấu hình khác nhau, bao gồm: người lái, hành khách, đường rèm bên, gắn trên ghế, gắn cửa, gắn cột B và C gắn vào đầu gối, dây an toàn bơm hơi và dây an toàn và người đi bộ Mô -đun túi khí.

Khi xảy ra va chạm, các cảm biến va chạm của xe cung cấp thông tin quan trọng cho bộ điều khiển điện tử túi khí (ECU), bao gồm loại va chạm, góc va chạm và mức độ nghiêm trọng của va chạm. Sử dụng thông tin này, thuật toán va chạm của ECU túi khí xác định xem sự kiện va chạm có đáp ứng tiêu chí triển khai hay không và kích hoạt các mạch kích hoạt khác nhau để triển khai một hoặc nhiều mô-đun túi khí bên trong xe. Hoạt động như một hệ thống hạn chế bổ sung SRS cho hệ thống dây an toàn của xe, việc triển khai mô-đun túi khí được kích hoạt thông qua quy trình khai hỏa (pyrotechnic process) được thiết kế để sử dụng một lần. Các mô-đun túi khí tác động bên hông mới hơn bao gồm các bình khí nén được kích hoạt trong trường hợp xe có tác động từ bên hông.

Triển khai Túi khí (Airbag Inflation)

Mục tiêu của túi khí là làm chậm chuyển động về phía trước của hành khách càng đều càng tốt trong một phần giây. Có ba bộ phận của một túi khí giúp hoàn thành kỳ tích này:

• Túi khí: Bản thân chiếc túi này được làm bằng một loại vải nylon mỏng, bền, được xếp vào vô lăng hoặc bảng điều khiển, ghế hoặc cửa.
• Cảm biến là thiết bị thông báo cho túi phồng lên. Túi khí phồng xảy ra khi có một lực va chạm tương đương với việc chạy vào một bức tường gạch ở tốc độ 10 đến 15 dặm một giờ (16 đến 24 km một giờ). Một công tắc cơ học được lật khi có sự dịch chuyển khối lượng đóng tiếp điểm điện, báo cho các cảm biến biết rằng đã xảy ra sự cố. Các cảm biến nhận thông tin từ một gia tốc kế được tích hợp trong một vi mạch.
• Hệ thống bơm hơi của túi khí phản ứng natri azide (NaN3) với kali nitrat (KNO3) để tạo ra khí nitơ. Các luồng khí nitơ nóng làm phồng túi khí.

Những nỗ lực ban đầu nhằm điều chỉnh túi khí để sử dụng trên ô tô đã vấp phải khó khăn về giá cả và các rào cản kỹ thuật liên quan đến việc lưu trữ và giải phóng khí nén. Các nhà nghiên cứu băn khoăn:

• Làm sao để có đủ chỗ cho một bình khí trong ô tô?
• Liệu khí có được duy trì ở áp suất cao trong suốt tuổi thọ của ô tô hay không?
• Làm thế nào túi có thể được tạo ra để mở rộng nhanh chóng và đáng tin cậy ở nhiều nhiệt độ hoạt động khác nhau và không phát ra tiếng nổ đinh tai nhức óc?

Họ cần một cách nào đó để kích hoạt phản ứng hóa học tạo ra nitơ làm phồng túi khí. Và chất nổ rắn đẩy khí đã được đưa ra vào những năm 1970.

Hệ thống túi khí đốt cháy chất nổ đẩy rắn cháy cực nhanh tạo ra một thể tích khí lớn làm phồng túi. Sau đó, chiếc túi này thực sự bùng nổ khỏi vị trí lưu trữ của nó với tốc độ lên tới 200 dặm/giờ (322 km/h) — nhanh hơn cả một cái chớp mắt! Một giây sau, khí nhanh chóng tiêu tán qua các lỗ nhỏ trên túi, do đó túi xì hơi để bạn có thể di chuyển.

Mặc dù toàn bộ quá trình chỉ diễn ra trong 1/25 giây, thời gian bổ sung cũng đủ để giúp ngăn ngừa thương tích nghiêm trọng. Nhân tiện, chất bột thoát ra từ túi khí là bột ngô hoặc bột phấn hoạt thạch thông thường, được các nhà sản xuất túi khí sử dụng để giữ cho túi mềm dẻo và bôi trơn khi chúng được cất giữ.

Vô hiệu hóa túi khí

Để giải quyết những lo ngại về trẻ em – và những người khác, đặc biệt là những người nhỏ hơn – có thể bị tử vong hoặc bị thương nặng do túi khí bị trục trặc hoặc hoạt động quá mạnh, Cục Quản lý An toàn Giao thông Đường cao tốc Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) năm 1997 đã ban hành quy định cuối cùng cho phép các nhà sản xuất ô tô sử dụng túi khí công suất thấp hơn. Quy tắc này cho phép các túi khí giảm công suất từ 20 đến 35 phần trăm. Ngoài ra, bắt đầu từ năm 1998, các cửa hàng sửa chữa và đại lý được phép lắp đặt công tắc bật/tắt cho phép tắt túi khí. Giờ đây, chủ sở hữu phương tiện có thể được NHTSA ủy quyền (bởi NHTSA) lắp đặt công tắc bật/tắt cho một hoặc cả hai túi khí trong ô tô của họ nếu họ (hoặc những người sử dụng khác của họ) rơi vào một hoặc nhiều nhóm rủi ro cụ thể sau:

• Đối với cả người lái và hành khách – Những người có tình trạng y tế trong đó rủi ro khi bung túi khí vượt quá rủi ro va đập khi không có túi khí.
• Đối với phía người lái xe (ngoài tình trạng y tế) – Những người không thể tự định vị để vận hành ô tô đúng khoảng cách ít nhất 10 inch (25,4 cm) về phía sau từ tâm của nắp túi khí người lái xe.
• Đối với phía hành khách (ngoài điều kiện y tế) – Cá nhân cần chở em bé trong ghế trẻ em quay mặt về phía sau ở ghế trước do xe không có ghế sau, ghế sau quá nhỏ không chứa được ghế quay mặt về phía sau ghế trẻ em hoặc vì cần phải liên tục theo dõi tình trạng sức khỏe của trẻ.
• Đối với phía hành khách (ngoài điều kiện y tế) – Cá nhân có nhu cầu chở trẻ em từ 1 đến 12 tuổi ở ghế trước vì (a) xe không có ghế sau, (b) chủ phương tiện phải chở nhiều trẻ em hơn sức chứa cho hàng ghế sau hoặc (c) vì cần phải liên tục theo dõi sức khỏe của trẻ

Nếu bạn muốn lắp một công tắc bật tắt trong ô tô của mình, bạn cần có một bản sao tài liệu của NHTSA “airbags and On-Off Switches: Information for an Informed Decision” (túi khí và Công tắc Bật-Tắt: Thông tin cho Quyết định Sáng suốt), và biểu mẫu kèm theo, Request for airbag On-Off Switch (Yêu cầu Công tắc Bật-Tắt túi khí).

Rõ ràng, ngay cả khi bạn có tùy chọn tắt nó đi, túi khí vẫn nên được bật đối với những người lái xe có thể ngồi lùi lại ít nhất 25cm. Đối với những người không thể (ngay cả với các đề xuất được liệt kê ở trên), túi có thể được tắt. Một nhóm bác sĩ tại Hội nghị Quốc gia về Chỉ định Y tế cho việc Tắt túi khí đã xem xét các tình trạng y tế thường được báo cáo trong các bức thư gửi NHTSA như là lý do có thể để tắt túi khí. Tuy nhiên, họ không khuyên bạn nên tắt túi khí đối với các điều kiện tương đối phổ biến.

Nói chung, bạn không thể tắt túi khí nếu không lắp công tắc bật-tắt trang bị thêm. Tuy nhiên, nếu công tắc bật-tắt trang bị thêm (từ nhà sản xuất xe) chưa có sẵn cho ô tô của bạn, NHTSA sẽ cho phép hủy kích hoạt túi khí trên cơ sở từng trường hợp trong các điều kiện thích hợp. Tuy nhiên, bạn đừng bao giờ cố gắng tự vô hiệu hóa túi khí — hãy nhớ rằng đây không phải là đệm mềm! Nó tạo ra một bức tường và có thể làm tổn thương bạn khi bạn không biết mình đang làm gì.

Đối với công tắc bật-tắt được lắp đặt tại nhà máy, NHTSA cho phép các nhà sản xuất ô tô lắp đặt công tắc bật-tắt túi khí cho hành khách trên xe mới trong một số trường hợp hạn chế — chỉ khi xe không có ghế sau hoặc nếu ghế sau quá nhỏ để chứa một ghế an toàn cho trẻ em quay mặt về phía sau. Và các nhà sản xuất hiện không được phép lắp công tắc bật-tắt túi khí người lái trên bất kỳ phương tiện mới nào. NHTSA đã quyết định không cho phép sử dụng rộng rãi công tắc bật tắt do nhà máy lắp đặt vì sợ rằng chúng sẽ trở thành thiết bị tiêu chuẩn trên tất cả các phương tiện mới – ngay cả những công tắc được mua bởi những người không thuộc nhóm có nguy cơ. Họ cũng coi việc tích hợp công tắc bật tắt vào ô tô mới (và việc thiết kế lại bảng điều khiển sau đó) là thứ sẽ chuyển hướng nguồn lực khỏi việc phát triển hệ thống túi khí an toàn hơn, tiên tiến hơn.