Giải mã hệ thống túi khí - "Cận vệ bí ẩn" của người dùng xe hơi

14/03/2019

Trang bị an toàn thụ động trên xe hơi là các hệ thống giúp giảm thiểu thương vong cho người lái và hành khách khi xảy ra tai nạn. Trong đó vai trò của hệ thống túi khí là hết sức quan trọng. Vậy hệ thống túi khí là gì? hoạt động như thế nào?

Lịch sử ra đời

Bước tiến đầu tiên của túi khí ngày nay được dẫn dắt bởi ông John W. Hetrick, một kĩ sư kiêm lính hải quân từ những năm 50 của thế kỷ trước. Sau vụ tai nạn của gia đình vợ chồng Hetrick và con gái, ông đã nghĩ tới một thiết bị có thể ngăn ngừa hành khách bị va đập với chiếc xe khi xảy ra va chạm.

Với thiết bị sơ khai của mình, ông nhận bằng sáng chế vào năm 1953 cho một thứ gọi là “đệm an toàn sản xuất cho xe”. Cũng trong thời gian đó, nhà phát minh người Đức có tên Walter Linderer cũng nhận một bằng sáng chế cho mẫu thiết kế tương tự. Sản phẩm của ông Linderer sử dụng hệ thống khí nén được kích hoạt bởi chính người lái hoặc khi xảy ra va chạm ở cản trước ô tô.

Với hai sáng chế trên, hai hãng Ford và GM bắt đầu kết hợp chúng với một chiếc túi có thể bơm phồng, nhưng họ bắt đầu phải đối mặt với hai vấn đề lớn. Đầu tiên là việc làm cách nào để hệ thống trên phát hiện ra va chạm và bơm phồng túi khí trong khoảng thời gian chớp nhoáng. Vấn đề thứ hai là bản thân túi khí cũng là tác nhân gây thương tích thứ cấp cho hành khách.

Ford và GM là hai hãng đi tiên phong sử dụng túi khí trên ô tô của mình... GM cũng là một trong hai hãng đi tiên phong sử dụng túi khí trên xe của mình...

Ford và GM là những hãng đầu tiên đưa trang bị túi lên ô tô

Hai vấn đề trên không được giải quyết cho tới cuối những năm 1960 khi việc phát triển túi khí thực sự có những tiến bộ. Người phát triển hệ thống túi khí là một kĩ sư cơ khí ở Mỹ có tên Allen K. Breed. Ông đã phát minh ra thứ được coi như túi khí cơ-điện đầu tiên của ngành công nghiệp xe hơi, đó là hệ thống túi khí có sử dụng các cảm biến nhận biết va chạm. Chẳng bao lâu sau ông Breed cũng có thêm một phát triển quan trọng khác đó là túi khí sẽ xuất hiện các lỗ hở khi bơm căng, mục đích là giảm nguy cơ chấn thương thứ cấp bằng cách giảm sự căng cứng của túi khí. 

Túi khí được sử dụng trên xe hơi ngày nay...

Túi khí được sử dụng trên xe hơi ngày nay

Ngay sau đó, Ford xây dựng một loạt các thí nghiệm túi khí vào năm 1971, General Motors đưa ra các thử nghiệm túi khí cho những mẫu xe Chevrolet vào năm 1973 nhưng những mẫu xe này chỉ được chính phủ sử dụng. Năm 1973 đánh dấu mẫu xe dân dụng chở khách đầu tiên có trang bị túi khí, dấu son này xuất hiện ở mẫu Toronado 1973 của hãng Oldsmobile. Một năm sau đó, Buick, Cadillac, và Oldsmobile đưa hệ thống túi khí kép vào danh mục tuỳ chọn cho hầu hết những mẫu xe full-size của họ. Ở châu Âu, hãng Mercedes-Benz cũng lần đầu tiên đưa túi khí vào trong danh mục trang bị tuỳ chọn cho các dòng xe hơi mới S-Class.

Tuy nhiên, quan niệm và cách ứng dụng túi khí của các hãng xe tại Đức và Mỹ cũng có đôi chút khác biệt. Trong khi Ford và GM coi túi khí như là một thiết kế thay thế đai an toàn thì Mercedes-Benz lại tích hợp cả túi khí và đai an toàn vào xe nhằm ngăn ngừa chấn thương một cách hiệu quả hơn.

Các vị trí trên ô tô có thể được lắp túi khí

Các vị trí có thể được trang bị túi khí trên ô tô...

Một số vị trí có thể được lắp túi khí trên ô tô

  • Túi khí phía trước, bao gồm túi khí ở vô lăng và vị trí hành khách phía trước.
  • Túi khí rèm.
  • Túi khí bên hông.
  • Túi khí đầu gối người lái và hành khách phía trước.
  • ...

​Hoạt động của hệ thống túi khí

Túi khí chỉ được sử dụng một lần, khi hoạt động nó sẽ tự làm hỏng chính nó. Va chạm chính diện hay bên sườn đều kích hoạt một loạt các cảm biến của xe bao gồm cảm biến gia tốc, cảm biến va chạm, cảm biết áp suất sườn, cảm biến áp suất phanh, con quay hồi chuyển, cảm biến trên ghế.

Túi khí sẽ bị hỏng sau khi nổ...

Túi khí bị hỏng sau khi hoạt động

Tất cả những cảm biến này cùng kết nối chặt chẽ tới bộ điều khiển túi khí ECU – bộ não đặc biệt của hệ thống túi khí. Bộ phận này sẽ quyết định triển khai hoạt động túi khí theo cách hợp lý nhất. Khi nhận ra thời điểm triển khai hoạt động của túi khí hợp lý, ECU bắt đầu kích hoạt để bơm phồng các túi khí. 

Về phương pháp hoạt động, khi hệ thống khí nén dùng để làm căng phồng túi khí có vẻ như không thực tế và không hiệu quả, các kĩ sư đã nảy ra ý tưởng khá hay, họ thiết kế hệ thống làm phồng túi khí dựa trên nguyên tắc làm việc của tên lửa đẩy. Mỗi túi khí kết hợp với một “thiết bị phóng” do hệ thống điện tử điều khiển nằm trong một lớp hỗn hợp gồm NaN3, KNO3, SiO2 và túi vải pha nylon chứa hơi. Khi được kích hoạt bộ điều khiển sẽ làm cháy các hợp chất trên, việc đốt cháy sẽ tạo ra các phản ứng hoá học chuyển hoá hợp chất thành khí nitrogen (ni tơ) bơm căng túi khí.

Hoạt động xảy ra bên trong khi kích nổ túi khí...

 

Cơ chế xảy ra bên trong để bơm phồng túi khí

Tốc độ nổ túi khí là rất nhanh (khoảng từ 10 đến 40 phần nghìn giây) nhờ 3 phản ứng hóa học lần lượt như sau:

(1) 2 NaN3 → 2 Na + 3 N2
(2) 10 Na + 2 KNO3 → K2O + 5 Na2O + N2
(3) K2O + Na2O + 2 SiO2 → K2O3Si + Na2O3Si
Phản ứng hóa học cuối cùng chỉ dùng để loại bỏ K2O và Na2O sản sinh trong phản ứng trước đó. Chúng tác dụng với SiO2 để tạo ra các hợp chất vô hại.

Sau khi đã đỡ được hành khách khỏi va chạm, túi khí sẽ tự động xả hơi nhanh chóng để không làm kẹt hành khách trong xe.

Tui khí sẽ xả hơi nhanh chóng sau khi nổ...

Túi khí sẽ xả hơi nhanh chóng sau khi nổ

Sự kích nổ của túi khí phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản sau:

  • Lực va đập của xe (gây nên gia tốc giảm dần của xe)
  • Vùng và hướng va đập (điểm và hướng va chạm xuất phát đầu tiên)

Các hãng xe sẽ đặt một mức ngưỡng gia tốc giảm dần khi xảy ra va chạm để kích nổ túi khí. Do đó, trong một số trường hợp, sau khi bị tai nạn, vẻ ngoài xe trông bị hư hỏng rất nhiều nhưng túi khí không nổ vì gia tốc giảm dần của xe chưa đạt giới hạn cho phép để kích nổ túi khí. Với những trường hợp này, hệ thống dây đai an toàn đã đủ để giữ hành khách tránh khỏi những chấn thương nghiêm trọng. 

Vì vậy, trong tất cả các hướng dẫn sử dụng của tất cả các hãng sản xuất xe đều yêu cầu hành khách luôn đeo dây đai an toàn khi ngồi trên xe. Đây cũng là luật lệ bắt buộc của nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam.

  • Túi khí phía trước và túi khí đầu gối

​Túi khí phía trước và túi khí đầu gối sẽ kích hoạt trong những trường hợp: 

Các trường hợp kích hoạt nổ túi khí phía trước...

Các trường hợp kích hoạt túi khí phía trước

  • Xe tông vào bức tường bê tông cố định ở tốc độ khoảng >25Km/h.
  • Vùng va đập trực diện từ phía trước tính từ tâm của xe.
  • Tông thẳng vào gờ, vệt va đập tiếp xúc hết phần đầu xe, nơi bố trí dầm chính chịu lực.
  • Xe bị rơi xuống hố và đầu của xe va vào phần gờ phía xa hơn.
  • Xe lao đầu mạnh trực diện xuống đất hay lao xuống vực.

Các trường hợp hạn chế kích hoạt túi khí phía trước: 

Trường hợp hạn chế nổ túi khí...

Các trường hợp hạn chế kích nổ túi khí

  • Xe tông thẳng vào trụ điện.
  • Tông vào gầm xe tải.
  • Tông vào tường ở phần hông gần đầu xe.

Các trường hợp không kích hoạt túi khí phía trước:

Các trường hợp túi khí phía trước không nổ...

Các trường hợp không kích hoạt túi khí phía trước

  • Bị xe khác đâm từ phía sau.
  • Xe bị lật.
  • Bị đâm ngang hông (không bung túi khí phía trước – bung túi khí bên hông nếu lực va chạm vượt giá trị giới hạn)
  • Túi khí rèm và túi khí bên hông

​Túi khí rèm và túi khí bên (nếu có) sẽ không kích hoạt trong những trường hợp sau:

Các trường hợp va chạm sẽ kích hoạt túi khí rèm và túi khí bên...

Các trường hợp va chạm không kích hoạt túi khí rèm và túi khí bên

  • Xe bị va chạm từ phía bên ở một góc nghiêng, hoặc va chạm từ phía bên với vị trí va chạm nằm ngoài, xa khoang hành khách ở tốc độ không cao.
  • Xe bị va chạm từ phía trước hoặc phía sau, hoặc lật xe, hoặc va chạm từ phía bên ở tốc độ thấp.

Xem thêm: 

D.X.D - Theo DDDN

Các tin khác

Nếu bạn cần hỗ trợ hãy chat với chúng tôi
Liên hệ ngay