מדריך מפורט מה זה כריות אויר (Airbag)

[אביעד]

לא ציפיתי לכל כך הרבה תגובות בפוסט שלי כאן ובעז"ה נקווה שעם הזמן נגיע לכל הפינות שדוברו וידוברו שם
מה שתפס אותי מיד- זה הכרית אויר וכמו שכתב @ראובן-שבתי שם:

כריות אוויר- נשמע משהו פשוט, אבל ממש ממש לא פשוט, זה המצאה גאונית מאוד הייתי ממליץ לעשות סקירה מאז תחילת הדרך של הכריות אוויר.

והחלטתי שאני יחפש כמה שיותר נושאים שאפשר לדבר עליהם בחלקיק ה(יחסית) קטן הזה סתם בשביל לאתגר את עצמי- אז הנה, הכל פרוס לפניכם… ובואו נתחיל…

הסבר כללי

כמו הרבה דברים ברכב - גם כאן, כששומעים “כרית”, חושבים על משהו רך ופשוט…
אבל בפועל מדובר באחת המערכות הכי מהירות ומתוחכמות שיש ברכב.

מהי כרית אוויר?

כרית אוויר היא מערכת בטיחות פסיבית, שתפקידה להגן על הנהג והנוסעים בזמן תאונה, על ידי ניפוח מהיר שיוצר “בלימת ביניים” בין הגוף לבין חלקי הרכב.
וכמובן, כמו ילד גדול- אני ידגיש שהכרית לא מונעת תאונה - היא רק מצמצמת פגיעה כשהתאונה כבר קרתה.
עכשיו נצלול לעומק של המערכת המעניינת הזאת.

מבנה המערכת

חיישני תאונה (Crash Sensors):

החיישנים הללו הם חיישנים אלקטרוניים שמודדים תאוצה והאטה.

הקופסה השחורה מכילה את הרכיב האלקטרוני (מד תאוצה או מתג כדורי) שאחראי על זיהוי המכה.
לתושבת המתכת שמאחרוי החיישן יש חורי הברגה כי הוא חייב להיות מקובע ישירות לשלדת הרכב (בדרך כלל בחזית, ליד הרדיאטור או בצדדים) כדי “להרגיש” את עוצמת המכה באופן מיידי.
לרוב יש כמה חיישנים- קדמיים, צדדיים ולעיתים גם בתוך תא הנוסעים
איך זה עובד?
בעיקרון זה מבוסס על כח הG
ולמי שלא מבין מה זה אומר (כמוני למשל…) אני יסביר את זה בצורה פשוטה- כיזה בסה"כ עניין של פיזיקה (ומאז שעשיתי מדריך במתמחים טופ שהתמקד בפיזיקה- התחלתי להתעניין )
האות G מייצגת את כוח הכבידה (Gravity). החיישן מודד תאוצה או תאוטה (בלימה) ביחידות של G.
ונתן דוגמא בשביל לסבר את האוזן מה העוצמה של G אחד- כשאנחנו בולמים חזק ברמזור, אנחנו מרגישים אולי חצי G! מה שאין כן ל"ע בזמן התנגשות, הכוח שמפעיל הרכב על השלדה יכול להגיע ל-20G או 50G בתוך אלפיות השנייה.
מה תכלס’ נמצא בתוך הקופסה השחורה?
בתוך הרכיב ישנו מד-תאוצה (Accelerometer). יש שתי שיטות נפוצות שפועלות שם:
השיטה המכנית (הישנה יותר): כדור מתכת קטן המוחזק על ידי מגנט או קפיץ. בזמן מכה חזקה מאוד, הכוח מתגבר על המגנט, הכדור טס קדימה וסוגר מעגל חשמלי.
השיטה האלקטרונית (MEMS): שבב סיליקון זעיר עם מבנה מיקרוסקופי שזז בזמן התנגשות ומשנה את המתח החשמלי.

Spoiler

מה שמעניין הוא: שיש גם חיישנים כאלה גם במצלמות רכב- למי שמעוניין יכול לראות על זה בהרחבה כאן

יחידת בקרה (Airbag Control Unit - ACU):

יחידת הבקרה היא למעשה המוח של המערכת, היא מקבלת את המידע מהחיישנים, ומחשבת את עוצמת התאונה ולפי זה מחליטה (תוך אלפיות השנייה!!) האם יש להפעיל את כריות האויר או לא
המערכת הזאת פועלת תמיד כמובן, ורק הנתונים שלה משתנים:
במצב רגיל:

• קוראת נתונים מהחיישנים
• בודקת תקינות המערכת
  מה שאומר שהיא בסה"כ מחכה לשינוי חריג.

בזמן תאונה:

• קפיצה חדה בערכי G
• מידע מכמה חיישנים במקביל
• ניתוח הנתונים (עוצמת התאוצה, כיוון הפגיעה, משך הזמן ועוד)
• הצלבת מידע (שכמה חיישנים יורו על אותה הפגיעה)
• קבלת החלטה- המערכת משווה את הנתונים לפי נתונים מוגדרים מראש- אם העוצמה וכו’ עבר את הרף -הכרית מופעלת, אם לא -ממשיכים הלאה.

מה שמדהים אותי הוא -שכל התהליך הזה הוא בערך 10-20 מילישניות

מחולל גז (Gas Generator / Inflator):

החלק הכי קריטי והכי “מעניין”.
ישנם שתי סגנונות (כפי שידוע לי) איך זה בנוי- נפרט אותם אחת אחת.

השיטה הפירוטכנית (Pyrotechnic method)

זה שיטה יותר ישנה מהשיטה השניה- אבל יש אותה ברכבים גם היום (ככל הידוע לי) ולכן נפרט גם אותה.
כל הגז נוצר מבעירה של חומר מוצק בלבד-ויפורט מיד לאחר התרשים.

מחבר חשמלי: זהו נקודת הממשק עם שאר הרכב. לפה מתחברים החוטים המגיעים ממחשב הכרית. המחשב שולח לפה זרם חשמלי נמוך רק כשהחיישנים (ה-G-Sensor) מדווחים על תאונה.
מצת / נפץ (Igniter/Squib): הזרם החשמלי מהמחבר מגיע ישירות לכאן. המצת מכיל חוט להט קטן ומטען הצתה רגיש לחום. הזרם מחמם את חוט הלהט בתוך מילי-שניות, וגורם למטען ההצתה “להדלק”.
החום כמובן הולך משם עד למרכז ה’גליל’ הזה (בתמונה זה הקו זיגזג הכתום)
טבליות מוצקות של חומר הנעה: אלו הכדורים האפורים-לבנים הקטנים שרואים בחתך. הם עשויים מתרכובת כימית מיוחדת (נתרן-אזיד, או גואנידין ניטראט). החום העז שמגיע מהמצת גורם לטבליות המוצקות הללו להתפרק מאוד מהר.
זרימת גז חנקן: שימו לב למה שמסומן בחיצים הכחולים הגדולים. הריאקציה הכימית לא יוצרת אש גלויה גדולה, אלא כמות עצומה של גז חנקן (Nitrogen Gas) בנפח גבוה מאוד ובלחץ גבוה. גז החנקן הוא גז אינרטי (לא דליק ולא רעיל, המרכיב העיקרי באוויר שאנו נושמים). התרשים מראה כיצד הגז המיוצר מתפשט במהירות אדירה מהמרכז החוצה.
חורי אוורור: החיצים מראים שהגז המיוצר חייב לצאת מהגליל. הוא יוצא דרך חורים ייעודיים בדופן המתכת, המכוונים ישירות לתוך כרית האוויר המקופלת (שמופיעה בצורה מטושטשת מחוץ לגליל בתרשים).
כרית האוויר (Ghosted): הגז בלחץ גבוה ממלא את הכרית המקופלת, גורם לה להיפתח במהירות של כ-300 קמ"ש בתוך פחות מ-0.03 שניות (מהר יותר ממיצמוץ עין!).

השיטה ההיברידית (Hybrid method)

שילוב של פירוטכניקה וגז דחוס. יש כאן מיכל עם גז (כמו ארגון או הליום) שנמצא תחת לחץ גבוה מאוד (3000-4000 PSI). המטען הפירוטכני הקטן רק “פורץ” את הדיסקית (Disk) שמחזיקה את הגז, והחום שלו עוזר לגז להתפשט מהר יותר.
השיטה הזו נחשבת ל"נקייה" ו"קרה" יותר. בשיטה הפירוטכנית הרגילה, הגז שנוצר הוא חם מאוד ועלול לגרום לכוויות קלות. כאן, מכיוון שרוב הגז הוא גז שנשמר בלחץ ורק “התחמם” מעט, הטמפרטורה שלו נמוכה בהרבה, וזה יתרון בטיחותי משמעותי.

מחבר חשמלי (בקצה הימני): כאן מתחברת הצמה של הרכב. המחשב שולח פולס חשמלי ברגע הזיהוי.
מצת / נפץ (Igniter/Squib): החוט האדום המפותל מסמל את המצת. הוא מתחמם בשבריר שנייה ומצית את המטען הראשוני.
טבליות חומר הנעה (הכדורים האפורים): זהו מטען “קטן” יחסית לשיטה הקודמת. תפקידו הכפול הוא:
1. ליצור לחץ שיפרוץ את המחסום.
2. לחמם את הגז הקר שנמצא במיכל כדי לגרום לו להתפשט במהירות.
דיסקית פריצה (Ruption Disk): דיסקית מתכת דקה שאוטמת את מיכל הגז בלחץ גבוה. הפיצוץ הקטן של המצת יוצר גל הדף ששובר את הדיסקית הזו.
מיכל גז דחוס (Stored Gas Tank): גליל הפלדה שמכיל גז אינרטי (ארגון או הליום) בלחץ אדיר. בתרשים הוא מלא בנקודות כחולות המסמלות את מולקולות הגז.
גז אינרטי תחת לחץ: הגז הזה נמצא שם מרגע ייצור הרכב ועד לרגע התאונה. הוא לא דליק ולא רעיל.
נתיב הלחץ (החץ הכתום הגדול): מסמל את האנרגיה שעוברת מהמצת לכיוון מיכל הגז כדי לפרוץ אותו ולחמם את תכולתו.
זרימת תערובת הגז: החיצים הכחולים מראים את הגז יוצא החוצה. זו תערובת של הגז שהיה דחוס יחד עם הגז שנוצר מהבעירה.
חורי אוורור (Vents): פתחים ייעודיים שמכוונים את הגז ישירות לתוך שק הניילון של כרית האוויר.

למטה יש שתי תרשימים קטנים- האחד הוא במצב שהגז עדיין לא התפשט והשני אחרי שהוא התפשט

הכרית עצמה והחלקים החיצוניים (Airbag Cushion):

מה חשבתם, שבחלק הזה לא יהיה לי על מה לדבר?? אז טעיתם חיפשתי ומצאתי כמאמר הכתוב… אז בואו נתחיל:

1. החומר:

הכרית לא עשויה מניילון פשוט של שקיות, אלא מבד חזק מאוד, עמיד בחום (כדי שלא יימס מהגז החם) ובעל יכולת עמידות גבוהה לקריעה.
רוב הכריות מצופות בשכבה דקה של סיליקון בחלקן הפנימי. הציפוי עוזר לאטום את הבד כדי שהגז לא יברח דרך הסיבים בזמן הניפוח המהיר, וגם מגן על הבד מהחום של מחולל הגז.

2. אומנות הקיפול (Folding):

הכרית מקופלת בשיטות מיוחדות (קיפול “אקורדיון” או קיפול “צביטה”).
זה לא סתם גילגול של הבד בתוך הכרית- זה נעשה בצורה מיוחדת שתבטיח שהכרית תיפתח במהירות בזמן אמת ולא תעשה בעיות.
נקודה חשובה נוספת היא שהכיסוי של ההגה (או הדשבורד) כולל “חריצי החלשה” (Tear Seams) סמויים. בזמן הפיצוץ, הבד של הכרית לוחץ על הפלסטיק בדיוק בנקודות האלו, והוא נפתח כמו דלתות מבלי להתפרק לרסיסים שיעופו על הנוסעים.

3. חורי הניקוז (Vents):

אם הכרית הייתה נשארת מנופחת וקשיחה כמו כדורגל, הראש היה פוגע בה ו"קופץ" אחורה בעוצמה (אפקט הריבאונד), מה שעלול לגרום לפציעות צוואר קשות.
לכן יש בחלקה האחורי של הכרית חורים קבועים.
ברגע שהגוף של הנהג פוגע בכרית, הלחץ גורם לגז לצאת מהר דרך החורים הללו. זה הופך את הכרית ל"רכה" ומאפשר לה לספוג את האנרגיה של הגוף בצורה הדרגתית. למעשה, הכרית מתחילה להתרוקן כמעט ברגע שהיא סיימה להתנפח.

4. האבקה הלבנה:

הרבה אנשים שואלים על האבקה שמתפזרת ברכב אחרי פתיחת כרית.
זה לא עשן: מדובר בדרך כלל באבקת טלק או עמילן תירס.
התפקיד: האבקה משמשת כחומר סיכה שמונע מהקפלים של הכרית להידבק אחד לשני בזמן שהיא מאוחסנת לאורך שנים, ומאפשרת לה להחליק החוצה במהירות בזמן אמת.

הסבר מקוצר מה קורה בשעת תאונה ח"ו

שלב 0: מתחילים

הנהג מחליט, מסיבה לא ברורה, שהוא חסין לחוקי הפיזיקה ומסיח את הדעת “רק לשנייה” (טלפון, נוף, שיחה, מחשבות על החיים)
או נכנס למצב של ביטחון עצמי מופרז (“אני אספיק לעקוף”) או שפשוט המזל לא היה איתו היום, והוא נהג בסדר גמור, ורק כל הנ"ל היה על הנהג שלצידו.

שלב 1: זיהוי (דיגיטלי) של התאונה.

• הרכב עובר האטה חדה מאוד.
• החיישנים מזהים שינוי קיצוני במהירות (מדובר במילישניות בודדות)

שלב 2: קבלת החלטה

• יחידת הבקרה מחשבת את עוצמת הפגיעה וכיוון הפגיעה ולפי זה מחליטה אם להפעיל את הכרית אויר או לא.

שלב 3: הפעלת המחולל ויצירת הגז

• נשלח זרם חשמלי למחולל הגז
• מתחילה תגובה כימית מהירה מאוד

בתוך המחולל יש חומר מוצק (לרוב תרכובות שמייצרות גז חנקן).
החומר נדלק ומתפרק במהירות- נוצר גז בלחץ גבוה מאוד
הכל קורה תוך כ־20–30 מילישניות

שלב 4: ניפוח הכרית

• הגז ממלא את הכרית
• הכרית פורצת מתוך ההגה / דשבורד / צד הרכב
  מהירות הניפוח יכולה להגיע למאות קמ"ש

שלב 5: ריקון הכרית

• חורים קטנים מאפשרים לגז לצאת
• הכרית מתרוקנת מיד אחרי הפגיעה
  למי שרוצה לראות קצת יותר- יכול לראות כאן https://www.youtube.com/watch?v=dZfLOnXoVOQ

מיקומים ברכב

אני יחלק את זה לפי קטגוריות של רכבים (כמה כריות אויר יש ברכב)
2 כריות אוויר: בדרך כלל רק לנהג ולנוסע הקדמי.
פרטים: כריות אלו מוגנות מפני פגיעות חזיתיות. ברוב הרכבים הישנים או הבסיסיים יותר, זו התצורה הבסיסית.
4 כריות אוויר: הנ"ל שתי הצדדים במושב הקדמי. (שימו לב למי ששם כיסוי לרכב שלו -שיש סקוטש בצדדים החיצוניים של הכסאות הקדמיים- וזה חובה! אחרת הכרית לא תתנפח ולא תגן על הנוסע! (ידעתי את זה רק כשהגיעו לי הכיסויים ולא הבנתי למה יש סקוטש בצדדים…)
7 כריות אויר: הנ"ל בתוספת שתי כריות בצדדים של החלונות של הרכב (בין הדלת לחלון הקדמי)( @מיישה זה בשבילך) ועוד אחד לברכיים של הנהג

סיכום

זהוווו
סיימתי
אני מגלה שאני בעצמי מופתע- כתבתי בהתחלה שאני מתכוון לחפש כמה שיותר נושאים בזה- ולא חשבתי עד כמה אני מקווה שזה יצא ברור ובעז"ה שלא ניתקל בזה לעולם

רק בבקשה לא להגיב כאן למען הסדר הטוב

תגובות ניתן להשאיר כאן