Air Bag

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Antecedentes

Um air bag é uma almofada inflável projetada para proteger automóvel ocupantes de ferimentos graves em caso de colisão. O air bag faz parte de um sistema de retenção inflável, também conhecido como sistema de retenção de almofada de ar (ACRS) ou sistema de restrição suplementar de air bag (SRS), porque o air bag é projetado para complementar a proteção oferecida pelos cintos de segurança. Os cintos de segurança ainda são necessários para manter o ocupante com segurança no lugar, especialmente em impactos laterais, impactos traseiros e capotamentos. Ao detectar uma colisão, os airbags são inflados instantaneamente para amortecer o ocupante exposto com um grande travesseiro cheio de gás.

Um sistema de air bag típico consiste em um módulo de air bag (contendo um inflador ou gerador de gás e um air bag), sensores de colisão, uma unidade de monitoramento de diagnóstico, uma bobina de conexão do volante e uma lâmpada indicadora. Esses componentes são todos interconectados por um chicote de fiação e alimentados pela bateria do veículo. Os sistemas de airbag mantêm uma carga de reserva depois que a ignição é desligada ou depois que a bateria é desconectada. Dependendo do modelo, a fonte de alimentação de backup dura entre um segundo e dez minutos. Como os componentes vitais para a operação do sistema podem permanecer inativos por anos, o circuito do air bag realiza um "autoteste" interno durante cada inicialização, geralmente indicado por uma luz no painel de instrumentos que brilha brevemente a cada inicialização.

Os sensores de colisão são projetados para evitar que o air bag influe quando o carro passar por uma lombada ou buraco, ou no caso de uma colisão leve. O insuflador se encaixa em um módulo que consiste em um saco de náilon tecido e uma capa de almofada de chifre de plástico removível. O módulo, por sua vez, se encaixa no volante para aplicações do lado do motorista e acima do porta-luvas para aplicações do passageiro dianteiro.

Em uma colisão frontal equivalente a atingir uma barreira sólida a nove milhas por hora (14,48 quilômetros por hora), os sensores de impacto localizados na frente do carro detectam a desaceleração repentina e enviam um sinal elétrico ativando um iniciador (às vezes chamado de ignitor ou aborto). Como uma lâmpada, um iniciador contém um fio fino que aquece e penetra na câmara de propelente. Isso faz com que o propelente químico sólido, principalmente azida de sódio, selado dentro do inflador, passe por uma rápida reação química (comumente referida como uma cadeia pirotécnica). Essa reação controlada produz gás nitrogênio inofensivo que preenche o air bag. Durante a implantação, o gás nitrogênio em expansão passa por um processo que reduz a temperatura e remove a maior parte dos resíduos de combustão ou cinzas.

O gás nitrogênio em expansão infla a bolsa de náilon em menos de um vigésimo (1/20) de segundo, abrindo a tampa do módulo de plástico e inflando na frente do ocupante. Conforme o ocupante entra em contato com a bolsa, o gás nitrogênio é ventilado através de aberturas na parte de trás da bolsa. A bolsa é totalmente inflada por apenas um décimo (1/10) de segundo e quase desinflada em três décimos (3/10) de segundo após o impacto. O pó de talco ou amido de milho é usado para revestir o interior do air bag e é liberado do air bag quando ele é aberto.

História

O air bag traça sua origem em bexigas cheias de ar delineadas já em 1941 e patenteadas pela primeira vez na década de 1950. Sistemas de air bag anteriores Um típico air bag do lado do motorista se encaixa perfeitamente na coluna do volante. Em caso de colisão, o sensor de colisão envia uma faísca elétrica para o cilindro do inflador, desencadeando uma leitura química que produz gás nitrogênio. O gás se expande, inflando o air bag e protegendo o motorista. eram grandes e volumosos, principalmente usando tanques de ar comprimido ou aquecido, gás nitrogênio comprimido (N ₂ ), freon ou dióxido de carbono (CO ₂ ) Alguns dos primeiros sistemas criaram subprodutos perigosos. Um sistema específico usava pólvora para aquecer o gás freon, produzindo gás fosgênio (COCl ₂ ) —Um gás extremamente venenoso.

Uma das primeiras patentes de airbags para automóveis foi concedida ao engenheiro industrial John Hetrick em 18 de agosto de 1953. Concebido por Hetrick após quase um acidente em 1952, o projeto previa um tanque de ar comprimido sob o capô e bolsas infláveis ​​na direção roda, no meio do painel e no porta-luvas para proteger os ocupantes dos bancos dianteiros, e na parte de trás do banco dianteiro para proteger os passageiros dos bancos traseiros. A força de uma colisão impulsionaria um peso deslizante para frente para enviar ar para os sacos. Muitos outros inventores e pesquisadores seguiram o exemplo, todos explorando designs ligeiramente diferentes, de modo que a trilha técnica exata desde os primeiros designs até o sistema atual é impossível de notar com certeza.

Em 1968, John Pietz, um químico da Talley Defense Systems, foi o pioneiro em um propelente sólido usando azida de sódio (NaN ₃ ) e um óxido metálico. Este foi o primeiro propelente sólido gerador de nitrogênio e logo substituiu os sistemas mais antigos e mais volumosos. A azida de sódio em seu estado sólido é tóxica se ingerida em grandes doses, mas em aplicações automotivas é cuidadosamente selada dentro de um recipiente de aço ou alumínio dentro do sistema de air bag.

Desde a década de 1960, carros equipados com air bag em testes controlados e uso diário têm demonstrado eficácia e confiabilidade. O Instituto de Seguros para Segurança Rodoviária conduziu um estudo do Sistema de Notificação de Acidentes Fatais do governo federal usando dados de 1985 a 1991 e concluiu que as mortes de motoristas em colisões frontais foram reduzidas em 28% em automóveis equipados com airbags. De acordo com A preparação do propelente, a primeira etapa na fabricação do air bag, envolve a combinação de azida de sódio e um oxidante. O propelente é então combinado com o recipiente do iniciador de metal e vários filtros para formar o conjunto do inflador. outro estudo conduzido em 1989 pela General Motors, a combinação de cintos de segurança de ombro / colo e airbags em colisões frontais reduziu as fatalidades do motorista em 46% e as fatalidades do passageiro dianteiro em 43%.

Em resposta às crescentes preocupações dos consumidores com a segurança e à pressão da indústria de seguros, o governo federal forçou os fabricantes de automóveis a atualizar seus recursos de segurança. Primeiro, os regulamentos do Departamento de Transporte (DOT) exigem que todos os carros, a partir do ano modelo 1990, vendidos nos Estados Unidos, sejam equipados com um sistema de restrição passivo. (Os sistemas de retenção passivos - que não exigem ativação do ocupante - envolvem o uso de cintos de segurança automáticos e / ou airbags.) Se os fabricantes de automóveis escolherem um airbag, então os regulamentos exigem apenas um sistema do lado do motorista até o modelo ano de 1994, quando os carros equipados com air bag também devem incluir proteção passiva do lado do passageiro. Uma lei de 1991 exige airbags para o motorista e o passageiro em todos os carros até o ano modelo de 1998 e em caminhões leves e vans até 1999.

Matérias-primas

Conforme declarado acima, um sistema de air bag consiste em um módulo de air bag, sensores de colisão, uma unidade de monitoramento de diagnóstico, uma bobina de conexão do volante e uma lâmpada indicadora. Esta seção e a próxima ("O Processo de Fabricação") enfocarão o próprio módulo do air bag.

Um módulo de air bag tem três partes principais:o air bag, o inflador e o propelente. O air bag é costurado com um tecido de náilon e pode ter diferentes formas e tamanhos, dependendo dos requisitos específicos do veículo. O material do airbag do lado do motorista é fabricado com um revestimento protetor de calor para proteger o tecido de queimaduras, especialmente próximo ao conjunto do inflador, durante a implantação. Pó de talco ou amido de milho também é usado para revestir o air bag; ambas as substâncias evitam que o tecido grude e facilita a montagem. Os materiais mais novos do airbag revestido de silicone e uretano requerem pouco ou nenhum revestimento de proteção térmica, embora pó de talco ou amido de milho provavelmente ainda sejam usados ​​como auxiliares de processamento.

O recipiente ou corpo do inflador é feito de aço inoxidável estampado ou alumínio fundido. Dentro da vasilha do inflador está um conjunto de filtro que consiste em uma tela de arame de aço inoxidável com material cerâmico intercalado. Quando o inflador é montado, o conjunto do filtro é envolvido por uma folha de metal para manter uma vedação que evita a contaminação do propelente.

O propelente, na forma de pelotas pretas, é principalmente azida de sódio combinada com um oxidante e está normalmente localizado dentro do recipiente do inflador entre o conjunto do filtro e o iniciador.

O processo de fabricação

A produção de air bag envolve três diferentes conjuntos separados que se combinam para formar o produto final acabado, o módulo de air bag. O propelente deve ser fabricado, os componentes do inflador devem ser montados e o air bag deve ser cortado e costurado. Alguns fabricantes compram componentes já fabricados, como airbags ou iniciadores e, em seguida, montam apenas o módulo de airbag completo. A seguinte descrição do processo de fabricação é para a montagem do módulo do air bag do lado do motorista. Os conjuntos do módulo do air bag do lado do passageiro são produzidos de forma ligeiramente diferente.

Propulsor

• 1 O propelente consiste em azida de sódio misturada com um oxidante, uma substância que ajuda a azida de sódio a queimar quando inflamada. A azida de sódio é recebida de fornecedores externos e inspecionada para garantir que está em conformidade com os requisitos. Após a inspeção, ele é colocado em um local seguro de armazenamento até que seja necessário. Ao mesmo tempo, o oxidante é recebido de fornecedores externos, inspecionado e armazenado. Diferentes fabricantes usam diferentes oxidantes.
• 2 Do armazenamento, a azida sódica e o oxidante são então cuidadosamente misturados sob um sofisticado controle de processo computadorizado. Devido à possibilidade de explosões, o processamento do pó ocorre em bunkers isolados. No caso de os sensores de segurança detectarem uma faísca, os sistemas de dilúvio de alta velocidade encharcarão salas inteiras com água. A produção ocorre em várias instalações menores redundantes de modo que, se ocorrer um acidente, a produção não seja interrompida, apenas reduzida.
• 3 Após a mistura, a mistura do propelente é enviada para armazenamento. As prensas são então usadas para comprimir a mistura de propelente em forma de disco ou pellet.

Conjunto do inflador

• 4 Os componentes do inflador, como o recipiente de metal, o conjunto do filtro - tela de arame de aço inoxidável com material cerâmico dentro - e o iniciador (ou ignitor) são recebidos de fornecedores externos e inspecionados. Os componentes são então montados em uma linha de produção altamente automatizada.
• 5 O subconjunto do inflador é combinado com o propulsor e um iniciador para formar o conjunto do inflador. Soldagem a laser (usando CO ₂ gás) é usado para unir subconjuntos do inflador de aço inoxidável, enquanto a soldagem inercial por fricção é usada para unir subconjuntos do inflador de alumínio. A soldagem a laser envolve o uso de feixes de laser para soldar os conjuntos, enquanto a soldagem inercial por fricção envolve esfregar dois metais um no outro até que as superfícies fiquem quentes o suficiente para se unirem.
• 6 O conjunto do inflador é então testado e enviado para armazenamento até ser necessário.

Air bag

• 7 O tecido de náilon do airbag é recebido de fornecedores externos e inspecionado quanto a quaisquer defeitos de material. O tecido do air bag é então cortado nos formatos adequados e costurado, interna e externamente, para unir adequadamente os dois lados. Depois que o air bag é costurado, ele é inflado e verificado quanto a quaisquer imperfeições de costura.

Montagem final do módulo do air bag

• 8 O conjunto do air bag é então montado no conjunto do inflador testado. Em seguida, o air bag é dobrado e a capa de plástico removível da buzina é instalada. Finalmente, a montagem do módulo concluída é inspecionada e testada.
• 9 Os conjuntos de módulos são embalados em caixas para envio e, em seguida, enviados aos clientes.

Outros componentes

• 10 Os componentes restantes do sistema de air bag - os sensores de colisão, a unidade de monitoramento de diagnóstico, a bobina de conexão do volante e a lâmpada indicadora - são combinados com o módulo de air bag durante a montagem do veículo. Todos os componentes são conectados e se comunicam por meio de um chicote de fiação.

As partes do airbag são cortadas em náilon tecido, costuradas e rebitadas. O saco é então cuidadosamente dobrado para caber na tampa de plástico do módulo.

Controle de qualidade

O aspecto de controle de qualidade da produção de air bag é, obviamente, muito importante porque muitas vidas dependem do recurso de segurança. Duas áreas principais onde o controle de qualidade é crítico são os testes pirotécnicos ou de propelente e os testes estáticos e dinâmicos do air bag e do inflador.

Os propelentes, antes de serem inseridos nos infladores, são primeiro submetidos a testes balísticos para prever seu comportamento. Uma amostra representativa de infladores é retirada da linha de produção e testada para operação adequada por um teste de inflador em grande escala, que mede a pressão - criada pelo gás gerado dentro de um grande tanque de 15,84 ou 79,20 galões (60 ou 300 litros) - contra o tempo em milissegundos. Isso dá uma indicação da capacidade do sistema de inflador de produzir uma quantidade de gás em uma determinada taxa, garantindo a inflação adequada do air bag. Os próprios airbags são inspecionados quanto a imperfeições de tecido e costura e, em seguida, testados quanto a vazamentos.

Inspeções automatizadas são feitas em todas as fases da linha do processo de produção para identificar erros. Um fabricante de air bag usa radiografia (raios-x) para comparar o inflador completo com uma configuração mestre armazenada no computador. Qualquer inflador sem a configuração adequada é rejeitado.

O Futuro

O futuro dos airbags parece extremamente promissor porque há muitas aplicações diferentes possíveis, que vão desde assentos de aeronaves a capacetes para motociclistas. Os airbags do futuro serão mais econômicos de produzir Os sensores de colisão podem ser localizados em vários pontos na frente do automóvel. Esses sensores são conectados ao módulo do air bag com um chicote de fiação. Dois outros componentes principais de um sistema de air bag são o módulo de diagnóstico e a lâmpada indicadora. O módulo de diagnóstico realiza um teste de sistema cada vez que o carro é ligado, acendendo brevemente a lâmpada indicadora montada no painel. e mais leve; envolverá sistemas menores e mais integrados; e usará sensores aprimorados.

Os airbags de impacto lateral são outra possibilidade que funcionaria de maneira semelhante aos airbags do lado do motorista e do passageiro. Provavelmente, os airbags de impacto lateral serão montados nos painéis das portas do carro e implantados em direção à janela durante o impacto para proteger a cabeça. O acolchoamento de espuma ao redor da estrutura da porta também seria usado para amortecer a parte superior do corpo em um impacto lateral. Apoios de cabeça e / ou joelho (absorvedores de energia) para complementar o sistema de air bag também estão sendo investigados. Os airbags do banco traseiro também estão sendo testados, mas não se espera que a demanda do consumidor seja alta.

Os sistemas de airbag pós-venda - sistemas genéricos que podem ser instalados em qualquer veículo já construído - não estão disponíveis atualmente. Uma vez que a eficácia de um air bag depende de seus sensores reconhecerem se um acidente é grave o suficiente para desencadear o desdobramento, um sistema deve ser ajustado com precisão para a forma como um modelo específico de carro se comporta em um acidente. Ainda assim, as empresas estão explorando a possibilidade futura de produzir um sistema de air bag modificado para retrofit.

Um inflador híbrido está sendo testado e usa uma combinação de gás inerte pressurizado (argônio) e calor de um propelente para expandir significativamente o volume do gás. Esses sistemas teriam uma vantagem de custo, uma vez que menos propelente poderia ser usado. Os fabricantes de airbags também estão desenvolvendo sistemas que eliminariam o propelente azida de sódio, que é tóxico em sua forma não distribuída. Também estão em andamento trabalhos para melhorar os revestimentos que preservam o air bag e facilitam sua abertura. Eventualmente, os sacos podem não precisar de revestimento.

No futuro, sensores mais sofisticados, chamados de sensores "inteligentes", serão usados ​​para ajustar a implantação do air bag a certas condições. Esses sensores podem ser usados ​​para detectar o tamanho e o peso do ocupante, se o ocupante está presente (especialmente no caso de airbags do lado do passageiro, onde a implantação pode ser desnecessária se não houver passageiros) e a proximidade do motorista ao o volante (um motorista tombado sobre o volante pode se ferir gravemente com o acionamento do air bag).