نحوه عملکرد کمربند خودرو

نحوه عملکرد کمربند خودرو طبق اعلام اداره‌ی ملی ایمنی بزرگراه‌ها آمریکا (NHTSA) بکاربردن کمربند ایمنی  و لنت ترمز مناسب هرسال ۱۳ هزار آمریکایی را در مقابل مرگ حفظ می کند و در تصادفات منتهی به مرگ، تقریبا ۷ هزار نفر از لیست متوفیان را کم می کند. اگرچه بکارگیری کمربند ایمنی در برخی مواقع کم، ممکن است موجب ایجاد صدمه های سخت و مرگ شود؛ اما حدودا تمام کارشناسان ایمنی اعتقاد دارند استفاده نحوه عملکرد کمربند خودرو ایمنی می‌تواند زنده‌ماندن مسافرین در اتفاقات را به شکل شگفت انگیزی بیشترکند. بر اساس گزارش NHTSA، بکارگیری کمربند ایمنی نهایتا ۵۰ درصد ریسک مرگ سرنشینان جلو را کم می کند.

با کمی فکر در این اطلاعات و گزارشات، به فایده‌چشمگیر کمربند ایمنی در حفظ جان افراد می رسیم؛ اما واقعا تسمه‌ای پارچه‌ای چطور می‌تواند دلیل مرگ و زندگی باشد؟ این تکه ظاهرا ساده چطور کار می‌کند؟ چه تکنولوژی درون این قطعه است که حافظ جان انسان‌هاست؟ در این مقاله، قصد داریم علاوه بر پاسخ‌گویی به این سؤالات، دیگر بُعدهای فنی و موفقیت در این حوزه را بررسی کنیم.

معنی تصادف و قواعد فیزیکی موثر بر آن

فکر اولیه بکارگیری نحوه عملکرد کمربند خودرو ایمنی چندان سخت نیست: این قطعه تسمه‌ی بافته‌شده موظف است از پرتاب‌شدن و حرکت اتفاقی مسافرین به طرف جلو زمان ایست اتفاقی ناشی از تصادف پیشگیری کند. سؤال : چرا زمان تصادف یا ایست ناگهانی به طرف جلو پرت می‌شویم؟ پاسخ خلاصه «اینرسی» است.
اینرسی خواسته جسم برای حفظ حرکت با سرعت و طرف تعیین شده است تا وقتیکه سرعت یا طرف حرکت یا هر دو از طریق کیس بیرونی تغییر کنند. به عبارت دیگر، اینرسی پایداری جسم درمقابل تغییر سرعت یا طرف حرکت است؛ چون در حالت عادی اجسام تمایل دارند حالت قبلی خودشان را حفظ کنند. مثلا، خودرویی که با سرعت ۸۰ کیلومتربرساعت در طرفی خاص حرکت می کند، طبق اینرسی به حفظ سو و سرعت حرکت خود تمایل دارد. در این حال، پایداری هوا و سایش سرعت خودرو را کم می کند که در این صورت، موتور مسئولیت جبران مقاومت‌های گفته شده را بر دوش دارد.

علی رقم خودرو، سرنشینان و دیگر اعضای موجود در خودرو اینرسی مخصوص خود را دارند که با اینرسی خودرو فرق دارد. برای فهم این بحث، فرض کنید خودرو از حالت ثابت، سرعت‌گیری بمنظور رسیدن به سرعتی مخصوص را آغاز می‌کند. در این صورت، اشخاص و اعضای موجود در خودرو حدودا با شتاب و سرعتی مساوی با خودرو به‌حرکت درمی‌آیند. در این شرایط، فرض می‌کنید خودرو و همه سرنشینان و اعضای آن باید به شکل شیئی واحد محسوب شوند؛ ولی درحال برخورد خودرو با تیر چراغ برق، بطور واضح قابل مشاهده است که اینرسی خودرو و دیگر اعضای موجود در آن باهم فرق دارند. در این صورت، تیر چراغ برق باعث می‌شود خودرو در بخشی از ثانیه به حالت ثابت برسد؛ اما سرنشینان می خواهند با سرعت پیشین (آخرین سرعت پیش از برخورد) به حرکت امتداد دهند.

درصورت استفاده نکردن از نحوه عملکرد کمربند خودرو ایمنی، سرنشینان با نهایت سرعت پیش از تصادف بطرف جلو پرت می‌شوند که در این شرایط، یا به فرمان یا به شیشه‌ی جلو یا به صندلی سرنشینان جلو خودرو اصابت خواهند کرد. درنهایت این برخورد رسیدن به حالت ثابت خواهد بود؛ ولی انرژی حاصل از برخورد ممکن است به آسانی باعث مرگ یا جراحات سخت شود. ازاینرو، موقع رویداد تصادف اینرسی سرنشینان بایستی با اعمال نیرو هدایت شود. نیروی اجرا شده بایستی به قسمتهای تعیین شده و با اندازه‌ای مدیریت شده به سرنشینان وارد شود تا خودش باعث ایجاد صدمه نشود. مثلا ، درهنگام اصابت سر سرنشینان با شیشه‌ی جلو، نیروی بسیاری به شکل جمع شده به سر وارد خواهد شد که نتیجه ای جز صدمات جدی ندارد. کمربند ایمنی با اجرای نیروی نگهدارنده بر قسمت های بی خطرتر بدن، درصورت پخش نیروی حاصل از اصابت، تایم اجرای نیرو را بیشتر می کند تا پخش نیروی لحظه‌ای کم شود و نواحی مهم بدن را از صدمه جدی ایمن نگه دارد.

وظیفه کمربند ایمنی در زمان اصابت

در قسمت بالا، متوجه شدیم زمان تصادف، خودرو در بخشی از ثانیه می ایستد و درنهایت بودن اینرسی، سرنشینان به حفظ سرعت پیشین تمایل دارند؛ اما بایستی با اجرای نیرویی اینرسی سرنشینان کنترل شود. مسئولیت کمربند ایمنی این است که با پخش نیروی ایجاد شده از اصابت در نواحی با آسیب‌پذیری کمتر، از پرت شدن سرنشینان پیشگیری کند. در قسمت جلو و عقب خودرو، محیط هایی هستند که کارشان دریافت آسیب های تصادف بواسطه خُردشدن و تغییر ظاهر است. زمان تصادف، قسمتی از نیرو بمنظور خُردکردن و تغییر ظاهری این محیط ها است و باقی نیرو به کابین خودرو و سرنشینان برخورد می کند.

کمربند ایمنی ساده با پخش نیرو روی دو قسمت مستقل، مسئولیت خود را اعمال میکند. قسمتی در نواحی بالایی بدن (دور کمر) قرار می‌گیرد و قسمت دیگر از شانه تا روی قفسه‌ی سینه ادامه می‌یابد. کمربند ایمنی مقاوم به بدنه‌ی اصلی خودرو وصل می‌شود تا از کاکرد خوب آن اطمینان حاصل شود. اگر از کمربند ایمنی درست استفاده شود، زمان تصادف قسمت عظیمی از نیروی نگهدارنده به قسمت مرکزی بدن و قفسه‌ی سینه اعمال خواهد شد که در بیشتر وقت ها بی هیچ صدمه ای باعث حفظ جان سرنشینان می‌شود. با این امر، نیروی نگهدارنده دربیشتر قسمتهای بدن پخش می‌شود؛ از اینرو، سطح نیروی واردشده درقیاس با زمانی کمتر است که نیروی نگهدارنده بر قسمتی کوچک مانند سر جمع می‌شود. درضمن، الیاف بکاربرده شده در کمربند ایمنی امکان کشسانی خیلی کمی دارند که این نکته در زمان رخداد تصادفات سخت ممکن است قسمتی از نیروی تصادف را دریافت کند و باعث کش‌آمدن کمربند شود تا درنهایت، از مقدار نیروی اجراشده به سرنشینان کمتر شود. آسانترین مدد کمربند ایمنی را می‌توان در برخی از ترن‌های هوایی دید. در این کمربندها، تسمه‌ی ساخته شده ای از الیاف با مقاومت زیاد به بدنه‌ی ترن پیچ و با قفل شدن آن، سرنشین مقاوم و با کمترین آزادی به صندلی فشار داده می‌شود. در این صورت ایمنی بسیاری دارد؛ اما راحتی، سرنشینان را شگفت زده قرار می‌دهد. باید عرض کنم که کمربند ایمنی استفاده شده در خودروها امکان باز و جمع شدن دارد. این کمربندها سیستمی دارند که قادرند با تغییر طول باعث ایجاد راحتی حرکتی عالی شوند و سرنشین را همیشه ایمن روی صندلی نگهدارد.

سیستم بکاربرده شده در کمربندی ایمنی

در کمربند ایمنی ساده، تسمه‌ی کمربند به سیستمی جمع‌کننده وصل است. هسته‌ی میانی این سیستم از قرقره‌ای درست شده که فنر پیچشی گشتاور لازم برای چرخاندنش را آماده می‌کند. این سیستم باعث می‌شود برای بستن کمربند ایمنی چاره ای جز اینکه، آن را بکشید نداشته باشید تا همواره طول مناسب کمربند برای مراقبت بیشتر از سرنشین حفظ شود.

در سیستم قفل مدل اول، سیستم قفل با تعیین کم شدن شتاب زیاد و اتفاقی مثل زمانیکه که در تصادف رخ می‌دهد، باعث قفل‌شدن کمربند می‌شود و از زیادشدن طول تسمه و اصابت سرنشینان با فرمان و دیگر اعضا پیشگیری می‌کند. قسمت اصلی در این سیستم پاندولی (وزنه) با وزن تعیین شده که به دندانه‌ای وصل است. زمان رویداد تصادف، اینرسی پاندول باعث حرکت آن به طرف جلو و درنهایت، دندانه‌ی متصل به سر دیگر پاندول با دندانه‌های قرقره تلاقی می‌شود. با تلاقی دندانه‌ها، چرخش قرقره می ایستد وبالارفتن طول کمربند بدون حرکت می‌شود. با رسیدن به حالت ثابت بعد از تصادف، پاندول مجدد در مکان متعادل قرار می‌گیرد و دندانه‌ها از هم جدا می‌شوند و کارکرد کمربند به شکل عادی برمی گردد.
با کشیدن کمربند ایمنی، قرقره به طور پادساعت‌گرد می‌چرخد و درنهایت، فنر پیچشی هم بطور پادساعت‌گرد جمع شدن می‌شود. انرژی پتانسیل فنر باعث چرخش ساعت‌گرد قرقره و جمع‌شدن تسمه‌ی کمربند می‌شود. این سیستم علی رقم جمع‌کردن تسمه، زمان استفاده از کمربند ایمنی باعث مقاومت آن روی بدن می‌شود. سیستم جمع‌کننده‌ی کمربند ایمنی داری قفلی است که از زیاد شدن طول کمربند موقع تصادف جلوگیری می کند. کلا، سیستم قفل‌کننده‌ی کمربند ایمنی به دو شکل فعال می‌شود: مدلی از قفل‌ها با تعیین تغییر اتفاقی در هنگام حرکت خودرو فعال می‌شود و در مدل دیگر، تغییر اتفاقی در حرکت تسمه‌ی کمربند آن را فعال می‌کند.