Sản xuất sản phẩm #H001 – Túi khí

Túi khí là một tấm đệm có thể bơm phồng, được thiết kế để bảo vệ người trong xe ô-tô khỏi những chấn thương nghiêm trọng trong trường hợp va chạm xảy ra. Túi khí là một phần của hệ thống giảm chấn bơm phồng, được biết tới với tên gọi hệ thống giảm chấn đệm khí (air cushion restraint system – ACRS) hay hệ thống giảm chấn bổ sung túi khí (air bag supplemental restraint system – SRS), do túi khí được thiết kế để hỗ trợ khả năng bảo vệ của dây đeo an toàn (seat belt). Dây an toàn vẫn cần thiết để giữ người trong xe nguyên vị trí, đặc biệt là những va chạm bên cạnh, va chạm đằng sau, và lộn vòng. Khi phát hiện ra va chạm, túi khí được thổi phồng tức thì thành tấm đệm để đỡ hành khách với một cái gối lớn đầy khí.

Hệ thống túi khí điển hình bao gồm một mô-đun túi khí (bao gồm bộ thổi hơi hoặc bộ phát sinh khí và một túi khí), các cảm biến va chạm, một sợi dây kết nối với bánh lái, và một đèn chỉ thị. Những thành phần này tất cả được liên kết bằng dây điện và được cấp nguồn từ pin của ô tô. Hệ thống túi khí giữ một lượng năng lượng dự phòng sau khi bu-gi tắt hoặc sau khi pin bị ngắt kết nối. Tùy theo mỗi model, nguồn dự phòng cung cấp được trong khoảng từ một giây tới mười phút. Do các bộ phận rất thiết yếu cho sự vận hành của hệ thống này nên nó có khả năng nằm yên trong nhiều năm, mạch điện túi khí thực hiện việc tự kiểm tra bên trong mỗi lần khởi động, thường được chỉ thị bằng đèn trên bảng của thiết bị, sẽ sáng lên mỗi lần khởi động.

Các cảm biến được thiết kế để ngăn túi khí khỏi bị thổi phồng khi ôtô đi vào những nơi gồ ghề hoặc trong trường hợp những trường hợp va chạm nhỏ. Bộ thổi khí nằm vừa trong một mô-đun bao gồm túi nylon và nắp che còi bằng nhựa. Mô-đun này lại nằm vừa bên trong bánh lái đối với bên người lái xe và trên ngăn để đồ đối với phía hành khách ngồi trước.

Trong một va chạm phía trước tương đương với việc đâm vào một tấm chắn ở tốc độ 9 dặm/giờ (14.48 km/giờ), các cảm biến va chạm đặt ở phía trước của ô tô phát hiện ra sự giảm tốc đột ngột và gửi tín hiệu điện để kích hoạt bộ khởi động (thỉnh thoảng được gọi là mồi). Như một bóng đèn sợi đốt, bộ khởi động bao gồm một sợi dây điện mỏng được đốt nóng lên và đi vào buồng chất cháy đẩy. Điều này làm cho chất cháy đẩy hóa chất dạng đặc, chủ yếu là sodium azide, được nằm kín bên trong bộ thổi phồng sẽ phản ứng hóa học rất nhanh (thông thường được ám chỉ như một chuỗi phản ứng thuốc pháo hoa – pyrotechnic chain). Phản ứng được điều khiển này sản sinh ra khí nitơ vô hại và điền đầy vào túi khí. Trong suốt quá trình triển khai này, khí nitơ đang mở rộng sẽ trải qua một chu trình để làm giảm nhiệt độ và loại bỏ hầu hết bụi tro của quá trình đốt.

Khí nitơ phát sinh được bơm vào túi nylon trong dưới 1/20 giây, và nó mở nắp mô-đun nhựa của nó và bơm phồng ngay trước hành khách trên xe. Hành khách tiếp xúc với túi, khí nitơ được dẫn qua lối mở ở đằng sau của túi. Túi này được bơm phồng hoàn toàn chỉ trong 1/10 giây và gần như bị xẹp trong 3/10 giây sau khi va chạm. Bột talcum hoặc bột ngô thường được nằm bên trong túi khí và được nhả khỏi túi khí khi nó mở.

Lịch sử

Túi khí có nguồn gốc từ các quả bóng khí xuất hiện vào đầu năm 1941 và được đăng ký sáng chế lần đầu vào những năm 1950. Hệ thống túi khí sơ khai khá lớn và cồng kềnh, chủ yếu dùng các bình chứa khí nén hoặc khí nóng, khí nitơ nén (N2), freon hoặc khí CO2. Một số hệ thống này ban đầu còn tạo ra những chất độc hại. Một hệ thống cụ thể là sử dụng thuốc súng để làm nóng khí freon, và tạo ra khí phosgene (COCl2) – đây là loại khí cực độc.

Một trong những bằng sáng chế đầu tiên cho túi khí ô-tô đã được trao giải cho kỹ sư công nghiệp John Hetrick vào ngày 18 tháng 8 năm 1953. Hetrick đã sáng chế ra sau một vụ tai nạn năm 1952, thiết kế này được gọi là bình khí nén phía dưới mui xe và các túi khí thổi phồng trên bánh lái, ở giữa bảng thông số, và trong ngăn đựng đồ để bảo vệ hành khách ngồi trước, và ở phía sau hàng ghế ngồi trước để bảo vệ những hành khách ngồi sau. Lực va chạm sẽ đẩy một quả tạ trượt tiến tới và đẩy khí vào trong các túi. Nhiều nhà sáng chế khác và những nhà nghiên cứu đã theo sau kiểu như vậy, tất cả đều chế ra những thiết kế khác nhau một chút.

Trong năm 1968, John Pietz, một nhà hoá học, đã tiên phong dùng chất cháy đẩy đặc là sodium azide (NaN3) và một ô-xít kim loại. Đây là chất cháy đẩy đặc sản sinh khí ni-tơ đầu tiên, và nó sớm thay thế các hệ thống cũ, cồng kềnh hơn. Sodium azide ở trạng thái đặc là chất độc nếu tiêu thụ ở lượng lớn, nhưng trong ứng dụng ô-tô này, nó được bịt kín cẩn thận bên trong hộp thép hoặc hộp nhôm trong hệ thống túi khí.

Từ những năm 1960, những ô-tô được trang bị túi khí được kiểm tra và dùng hàng ngày đã chứng minh cho sự hiệu quả và tin cậy của nó. Học viện bảo hiểm cho vấn đề an toàn đường cao tốc đã thực hiện một nghiên cứu của chính phủ liên bang về Hệ thống báo cáo tai nạn nghiêm trọng dùng các dữ liệu thu thập từ năm 1985 tới năm 1991, và đã kết luận rằng rủi ro của tài xế trong các tai nạn trực diện thấp hơn 28% đối với những ô-tô được trang bị túi khí. Theo một nghiên cứu khác được thực hiện năm 1989 bởi General Motors, việc kết hợp dây thắt an toàn và túi khí trong những va chạm trực diện đã giảm thiểu sự nguy hiểm tính mạng của tài xế xuống 46% và hành khách phía trước xuống 43%.

Trong một phản hồi về sự gia tăng những lo lắng về tính an toàn và áp lực của ngành bảo hiểm, chính phủ liên bang đã buộc những nhà sản xuất ô-tô phải nâng cấp các chức năng an toàn của ô-tô. Đầu tiên, bộ giao thông ra bộ luật yêu cầu tất cả ô-tô, từ những model năm 1990, bán ở Hoa Kỳ phải được trang bị hệ thống giữ thụ động (passive restrain system). (Hệ thống giữ thụ động – không cần sự kích hoạt của hành khách – liên quan tới việc sử dụng dây đeo an toàn và/hoặc dùng túi khí tự động). Nếu các nhà sản xuất ô-tô chọn túi khí, thì luật chỉ đòi hỏi hệ thống có ở phía người lái xe cho đến những model năm 1994, khi những ô-tô phải được trang bị túi khí bảo vệ thụ động cho cả phía của hành khách. Luật năm 1991 đòi hỏi túi khí bảo vệ cho người lái xe và hành khách phải có trong tất cả các ô-tô con từ những model sản xuất năm 1998 và trong xe tải hạng nhẹ và xe thùng từ năm 1999.

Các vật liệu thô

Như trình bày ở trên, hệ thống túi khí bao gồm mô-đun túi khí, các cảm biến va chạm, bộ theo dõi phân tích, dây kết nối bánh lái, và đèn chỉ thị. Cả phần này và phần tiếp theo “Quy trình sản xuất” sẽ tập trung vào mô-đun túi khí.

Mô-đun túi khí có ba phần: túi khí, bộ thổi khí, và chất cháy đẩy (propellant). Túi khí được đan từ vải nylon và có thể có những hình dạng và kích thước khác nhau tuỳ theo các yêu cầu của phương tiện cụ thể. Vật liệu túi khí ở phía lái xe được sản xuất với một lớp phủ chắn nhiệt để bảo vệ vải khỏi bị cháy, đặc biệt là gần bộ phận thổi khí, trong khi sản sinh khí. Bột talcum hoặc tinh bột ngô cũng được dùng để phủ túi khí; cả hai chất này đều bảo vệ vải khỏi bị dính vào nhau và giúp việc lắp đặt dễ dàng hơn. Các vật liệu túi khí được phủ urethane và chất sillicone mới hơn cần rất ít hoặc không cần lớp phủ chắn nhiệt, mặc dù bột talcum hoặc tinh bột ngô có thể vẫn sẽ được dùng để hỗ trợ quá trình sản xuất.

Hộp hoặc thân bộ thổi khí được làm từ thép dập không gỉ hoặc nhôm đúc. Bên trong hộp bộ thổi khí là một bộ lọc bao gồm lưới dây thép không gỉ được kẹp vật liệu gốm ở giữa. Khi bộ thổi khí được lắp đặt, bộ lọc được bao quanh bởi lá thép để duy trì trạng thái bịt kín để ngăn cho chất cháy đẩy thoát ra.

Chất cháy đẩy, ở dạng những hạt đen, có thành phần chủ yếu là sodium azide kết hợp với một chất ô-xy hoá và thường được đặt bên trong hộp bộ thổi khí giữa bộ lọc và bộ khởi động.

Quy trình sản xuất

Sản phẩm túi khí liên qua tới ba bộ phận được lắp ráp tách biệt khác nhau, chúng được kết hợp lại để tạo thành sản phẩm hoàn thiện cuối cùng, mô-dun túi khí. Chất cháy đẩy phải được sản xuất, các thành phần của bộ thổi khí phải được lắp ráp, và túi khí phải được cắt và may. Mô tả dưới đây của quá trình sản xuất là cho mô-đun túi khí phía người lái xe. Mô-đun túi khí phía hành khách được sản xuất khác một chút.

Chất cháy đẩy

  • 1 Chất cháy đẩy bao gồm chất sodium azide trộn lẫn với một chất ô-xy hoá, chất này giúp cho sodium azide cháy khi được mồi lửa. Sodium azide được nhận từ những nhà cung ứng bên ngoài và kiểm tra để đảm bảo nó đảm bảo được những yêu cầu. Sau khi kiểm tra, nó được đặt ở một nơi lưu trữ an toàn cho đến khi cần dùng. Cùng lúc đó, chất ô-xy hoá được nhận từ những nhà cung ứng bên ngoài, được kiểm tra và lưu trữ. Các nhà sản xuất khác nhau dùng các chất ô-xy hoá khác nhau.
  • 2 Từ nơi lưu trữ, chất sodium azide và chất ô-xy hoá sau đó được trộn cẩn thận dưới quá trình được điều khiển bằng máy vi tính phức tạp. Do có khả năng cháy nổ nên quá trình xử lý bột này thực hiện ở những bể chứa cách ly. Trong trường hợp các cảm biến an toàn phát hiện ra tia lửa, thì các hệ thống xả nước tốc độ cao sẽ xả nước vào toàn bộ phòng. Sản phẩm có thể làm ở một vài xưởng dự phòng nhỏ hơn để nếu tai nạn xảy ra thì sản phẩm sẽ không bị ngừng sản xuất mà chỉ giảm sản lượng.
  • 3 Sau khi được trộn, chất cháy đẩy được chuyển vào nơi lưu trữ. Sau đó, hỗn hợp chất cháy đẩy được nén lại thành dạng đĩa hoặc dạng hạt.

Bộ thổi khí

  • 4 Các bộ phận của bộ thổi khí như hộp thép, bộ lọc – lưới dây thép không gỉ có vật liệu gốm bên trong – và bộ khởi động (hoặc bộ đánh lửa) được nhận từ những nhà cung ứng bên ngoài và được kiểm tra. Các bộ phận này sau đó được lắp ráp trên dây chuyền sản xuất tự động.
  • 5 Cụm chi tiết bộ thổi khí được kết hợp với chất cháy đẩy và một bộ khởi động để tạo thành bộ thổi khí. Quá trình hàn laze (dùng khí CO) được dùng để nối cụm chi tiết bộ thổi khí bằng thép không gỉ, còn quá trình hàn quán tính ma sát (friction inertial welding) được dùng để nối các cụm chi tiết bộ thổi khí bằng nhôm. Hàn laze sử dụng tia laze để hàn các cụm chi tiết lại với nhau, còn hàn quán tính ma sát sử dụng quá trình chà sát hai kim loại với nhau đến khi các bề mặt trở nên đủ nóng để nối lại với nhau.
  • 6 Bộ thổi khí sau đó được kiểm tra và gửi vào kho lưu trữ đến khi cần dùng.

Túi khí

  • 7 Vải túi khí nylon được nhận từ nhà cung ứng bên ngoài và được kiểm tra xem có bất cứ lỗi vật liệu nào không. Vải túi khí sau đó được cắt thành những hình dạng phù hợp và được may, bên trong và bên ngoài, để nối chính xác hai phía. Sau khi túi khí được may, nó được bơm phồng và kiểm tra xem có mối may nào không hoàn hảo không.

Lắp ráp mô-đun túi khí lần cuối

  • 8 Quá trình lắp ráp túi khí sau khi được gắn lên bộ thổi khí để kiểm tra. Tiếp đó, túi khí được gập lại, và nắp nhựa được lắp đặt. Cuối cùng, cụm mô-đun hoàn thiện được kiểm tra.
  • 9 Cụm mô-đun được đóng gói vào trong hộp để vận chuyển tới các khách hàng.

Các bộ phận khác

  • 10 Các bộ phận còn lại của hệ thống túi khí – các cảm biến va chạm, bộ theo dõi phân tích, dây kết nối bánh lái, và đèn chỉ thị – được kết hợp với mô-đun túi khí trong khi lắp ráp ô-tô. Tất cả các bộ phận này được kết nối và liên lạc với nhau thông qua dây dẫn.

Quản lý chất lượng

Vấn đề quản lý chất lượng của sản phẩm túi khí hiển nhiên là rất quan trọng bởi vì mạng sống của nhiều người phụ thuộc vào đặc điểm an toàn của nó. Hai vấn đề chính trong quản lý chất lượng rất quan trọng là kiểm tra chất cháy đẩy và kiểm ta tĩnh động bộ thổi phồng túi khí.

Chất cháy đẩy, trước khi được đưa vào trong bộ thổi phồng, thì đầu tiên được kiểm tra khả năng cháy đẩy để dự fdoans được hành vi của nó. Một mẫu đại diện của bộ cháy đẩy được lấy ra từ dây truyền sản xuất và kiểm tra sự vận hành chĩnh xác bằng bài kiểm tra bộ thổi hơi toàn diện, bài kiểm tra này đo áp suất – được tạo bởi khí bên trong bể chứa lớn 15.84 hoặc 79.20 gallon (tương đương 60 hoặc 300 lít) – trong một khoảng thời gian ở đơn vị milli giây. Điều này thể hiện khả năng của hệ thống thổi khí để sản xuất một lượng khí ở một tốc độ nhất định, đảm bảo túi khí được thổi phồng đúng. Bản thân các túi khí thì được kiểm tra vải và các đường may rồi sau đó kiểm tra sự rò rỉ.

Quá trình kiểm tra tự động được thực hiện tại mỗi khâu của dây truyền sản xuất để phát hiện các sai sót. Có nhà sản xuất túi khí đã dùng tia x quang để so sánh bộ thổi khí hoàn thiện với một mẫu chủ (master configuration) được lưu trên máy tính. Bất cứ bộ thổi khí nào mà không đúng mẫu sẽ bị loại bỏ.

Tương lai

Tương lai của túi khí cực kỳ hứa hẹn bởi vì nó có nhiều ứng dụng khác nhau, từ vị trí ngồi trên máy bay cho tới các mũ bảo hiểm xe máy. Các túi khí của tương lai sẽ kinh tế hơn để sản xuất và nhẹ hơn, nhiều hệ thống tích hợp hơn và sẽ dùng các cảm biến cải tiến.

Các túi khí va chạm bên cạnh là những khả năng có thể khác của túi khí để bảo vệ người lái xe và hành khách. Túi khí bên cạnh sẽ gần như được gắn ở bảng cửa xe ô tô và bung về phía cửa sổ trong khi va chạm để bảo vệ đầu. Lớp mút quanh cấu trúc cửa cũng được dùng để đệm cho thân trên trong trường hợp va chạm cạnh. Tấm thu lực bảo vệ đầu và đầu gối để bù cho hệ thống túi khí cũng đang được nghiên cứu. Túi khí ghế ngồi phía sau cũng đang được kiểm tra nhưng nhu cầu của khách hàng hiện không cao.

Các hệ thống túi khí thông thường có thể thay thế lắp đặt trên bất cứ loại phương tiện nào thì hiện nay chưa có. Do hiệu quả của túi khí tùy theo cảm biến phát hiện va chạm nhận ra va chạm có đủ nghiêm trọng để kích hoạt hệ thống bảo vệ không, hệ thống này phải được điều chỉnh chính xác cho từng mẫu xe cụ thể khi va chạm. Tuy nhiên, các công ty vẫn đang nghiên cứu khả năng sản xuất một hệ thống túi khí có thể điều chỉnh để thay thế trong tương lai.

Bộ thổi khí lai (hybrid inflator) hiện tại đang được kiểm tra để dùng kết hợp khí trơ nén (khí argon) và nhiệt từ chất cháy đẩy để mở rộng hơn nữa thể tivhs khí sinh ra. Những hệ thống này có ưu điểm về giá do ít sử dụng chất cháy đẩy. Các nhà sản xuất túi khí cũng đang phát triển các hệ thống có thể loại bỏ được chất sodium azide, vì đây là chất độc hại khi chưa cháy. Lớp bảo vệ túi khí và quá trình mở túi khi cho được thuận lợi cũng đang trong quá trình nghiên cứu cải tiến. Các túi khí cuối cùng có thể hoàn toàn không phải phủ bảo vệ.

Trong tương lai, các cảm biến phức tạp hơn được gọi là các cảm biến thông minh sẽ được dùng để điều khiển sự triển khai của túi khí tới một mức cụ thể. Những cảm biến này có thể được dùng để cảm nhận kích thước và khối lượng của hành khách, xem hành khách có mặt trên xe không (đặc biệt trong trường hợp túi khí phía hành khách khi bung ra có thể không cần thiết do không có hành khách), và cảm biến xem tài xế có gần bánh lái không (nếu tài xế dựa lên bánh láu có thể bị thương nghiêm trọng khi bung túi khí).

Đọc thêm

  • Chaikin, Don. “How It Works—Airbags,” Popular Mechanics. June, 1991, p. 81.
    Frantom, Richard L. “Buckling Down on Passenger Safety,” Design News. October 2, 1989, pp. 116-118.
  • Gottschalk, Mark A. “Micromachined Airbag Sensor Tests Itself,” Design News. October 5, 1992, p. 26.
  • Grable, Ron. “Airbags: In Your Face, By Design,” Motor Trend. January, 1992, pp. 90-91.
  • Haayen, Richard J. “The Airtight Case for Air Bags,” Saturday Evening Post. November, 1986.
  • Reed, Donald. “Father of the Air Bag,” Automotive Engineering. February, 1991, p. 67.
  • Sherman, Don. “It’s in the Bag,” Popular Science. October, 1992, pp. 58-63.
  • Spencer, Peter L. “The Trouble with Air Bags,” Consumers’ Research. January, 1991, pp. 10-13.

(dịch từ madehow)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *