Air Bag

Latar Belakang

Kantong udara adalah bantalan tiup yang dirancang untuk melindungi mobil penumpang dari cedera serius dalam kasus tabrakan. Kantung udara adalah bagian dari sistem penahan tiup, juga dikenal sebagai sistem penahan bantalan udara (ACRS) atau sistem penahan tambahan kantung udara (SRS), karena kantung udara dirancang untuk melengkapi perlindungan yang ditawarkan oleh sabuk pengaman. Sabuk pengaman masih diperlukan untuk menahan penumpang dengan aman di tempatnya, terutama pada benturan samping, benturan belakang, dan terguling. Saat mendeteksi tabrakan, kantung udara langsung mengembang untuk melindungi penumpang yang terpapar dengan bantal besar berisi gas.

Sistem kantung udara tipikal terdiri dari modul kantung udara (berisi inflator atau generator gas dan kantung udara), sensor tabrakan, unit pemantauan diagnostik, koil penghubung roda kemudi, dan lampu indikator. Semua komponen ini saling terhubung oleh rangkaian kabel dan ditenagai oleh baterai kendaraan. Sistem kantung udara menahan muatan cadangan setelah kunci kontak dimatikan atau setelah baterai dilepas. Tergantung pada modelnya, catu daya cadangan berlangsung antara satu detik dan sepuluh menit. Karena komponen penting untuk pengoperasian sistem mungkin tidak aktif selama bertahun-tahun, sirkuit kantong udara melakukan "uji mandiri" internal selama setiap penyalaan, biasanya ditunjukkan dengan lampu pada panel instrumen yang menyala sebentar pada setiap penyalaan.

Sensor tabrakan dirancang untuk mencegah kantung udara mengembang saat mobil melewati gundukan atau lubang, atau dalam kasus tabrakan kecil. Inflator cocok dengan modul yang terdiri dari tas anyaman nilon dan penutup bantalan tanduk plastik yang dapat dilepas. Modul, pada gilirannya, cocok dengan roda kemudi untuk aplikasi sisi pengemudi dan di atas kompartemen sarung tangan untuk aplikasi penumpang depan.

Dalam tabrakan frontal yang setara dengan menabrak penghalang padat dengan kecepatan sembilan mil per jam (14,48 kilometer per jam), sensor tabrakan yang terletak di depan mobil mendeteksi perlambatan mendadak dan mengirim sinyal listrik yang mengaktifkan inisiator (kadang-kadang disebut penyala atau petasan). Seperti bola lampu, inisiator berisi kawat tipis yang memanas dan menembus ruang propelan. Hal ini menyebabkan propelan kimia padat, terutama natrium azida, yang disegel di dalam inflator mengalami reaksi kimia yang cepat (biasanya disebut sebagai rantai piroteknik). Reaksi terkontrol ini menghasilkan gas nitrogen yang tidak berbahaya yang mengisi kantong udara. Selama penyebaran, gas nitrogen yang mengembang mengalami proses yang mengurangi suhu dan menghilangkan sebagian besar sisa pembakaran atau abu.

Gas nitrogen yang mengembang akan menggembungkan kantong nilon dalam waktu kurang dari seperduapuluh (1/20) detik, membelah penutup modul plastiknya dan menggembung di depan penghuninya. Saat penghuni menyentuh tas, gas nitrogen dibuang melalui lubang di bagian belakang tas. Kantong terisi penuh hanya dalam sepersepuluh (1/10) detik dan hampir kempes tiga persepuluh (3/10) detik setelah tumbukan. Bedak talek atau tepung jagung digunakan untuk melapisi bagian dalam kantung udara dan dilepaskan dari kantung udara saat dibuka.

Sejarah

Kantung udara melacak asal-usulnya ke kandung kemih berisi udara yang digariskan pada awal 1941 dan pertama kali dipatenkan pada 1950-an. Sistem kantong udara awal Kantong udara sisi pengemudi pada umumnya dipasang dengan rapi di kolom roda kemudi. Jika terjadi tabrakan, sensor tabrakan mengirimkan percikan listrik ke tabung inflator, memicu pembacaan kimia yang menghasilkan gas nitrogen. Gas mengembang, menggembungkan kantong udara dan melindungi pengemudi. besar dan besar, terutama menggunakan tangki udara bertekanan atau panas, gas nitrogen terkompresi (N ₂ ), freon, atau karbon dioksida (CO ₂ ). Beberapa sistem awal menciptakan produk sampingan yang berbahaya. Satu sistem tertentu menggunakan bubuk mesiu untuk memanaskan gas freon, menghasilkan gas fosgen (COCl ₂ )—gas yang sangat beracun.

Salah satu paten pertama untuk kantong udara mobil diberikan kepada insinyur industri John Hetrick pada 18 Agustus 1953. Diciptakan oleh Hetrick setelah hampir kecelakaan pada tahun 1952, desainnya membutuhkan tangki udara bertekanan di bawah kap dan kantong karet di kemudi roda, di tengah dashboard, dan di kompartemen sarung tangan untuk melindungi penumpang kursi depan, dan di belakang kursi depan untuk melindungi penumpang kursi belakang. Kekuatan tabrakan akan mendorong beban geser ke depan untuk mengirim udara ke dalam kantong. Banyak penemu dan peneliti lain mengikutinya, semuanya mengeksplorasi desain yang sedikit berbeda, sehingga jejak teknis yang tepat dari desain awal hingga sistem saat ini tidak mungkin dicatat dengan pasti.

Pada tahun 1968, John Pietz, seorang ahli kimia untuk Talley Defense Systems, memelopori propelan padat menggunakan natrium azida (NaN ₃ ) dan oksida logam. Ini adalah propelan padat penghasil nitrogen pertama, dan segera menggantikan sistem yang lebih tua dan lebih besar. Natrium azida dalam bentuk padatnya beracun jika tertelan dalam dosis besar, tetapi dalam aplikasi otomotif disegel dengan hati-hati di dalam wadah baja atau aluminium di dalam sistem kantong udara.

Sejak tahun 1960-an, mobil yang dilengkapi kantong udara dalam pengujian terkontrol dan penggunaan sehari-hari telah menunjukkan keefektifan dan keandalannya. Institut Asuransi Untuk Keselamatan Jalan Raya melakukan studi tentang Sistem Pelaporan Kecelakaan Fatal pemerintah federal menggunakan data dari tahun 1985 hingga 1991, dan menyimpulkan bahwa kematian pengemudi dalam tabrakan depan diturunkan sebesar 28 persen di mobil yang dilengkapi dengan kantong udara. Berdasarkan Persiapan propelan, langkah pertama dalam pembuatan kantong udara, melibatkan penggabungan natrium azida dan oksidator. Propelan kemudian digabungkan dengan tabung inisiator logam dan berbagai filter untuk membentuk rakitan inflator. studi lain yang dilakukan pada tahun 1989 oleh General Motors, kombinasi sabuk pengaman pangkuan/bahu dan kantong udara pada tabrakan depan mengurangi kematian pengemudi sebesar 46 persen dan kematian penumpang depan sebesar 43 persen.

Menanggapi meningkatnya masalah keselamatan konsumen dan tekanan industri asuransi, pemerintah federal telah memaksa produsen mobil untuk meningkatkan fitur keselamatan mereka. Pertama, peraturan Departemen Perhubungan (DOT) mewajibkan semua mobil, mulai dari model tahun 1990, yang dijual di Amerika Serikat untuk dilengkapi dengan sistem penahan pasif. (Sistem penahan pasif—tidak memerlukan pengaktifan oleh penumpang—melibatkan penggunaan sabuk pengaman otomatis dan/atau penggunaan kantung udara.) Jika produsen mobil memilih kantung udara, maka peraturan hanya mewajibkan sistem sisi pengemudi hingga model tahun 1994, ketika mobil yang dilengkapi kantong udara harus menyertakan perlindungan pasif di sisi penumpang juga. Undang-undang tahun 1991 mewajibkan kantong udara pengemudi dan penumpang di semua mobil pada model tahun 1998 dan di truk ringan dan van pada tahun 1999.

Bahan Baku

Sebagaimana dinyatakan di atas, sistem kantung udara terdiri dari modul kantung udara, sensor tabrakan, unit pemantauan diagnostik, koil penghubung roda kemudi, dan lampu indikator. Bagian ini dan bagian berikutnya ("Proses Manufaktur") akan fokus pada modul kantong udara itu sendiri.

Modul kantong udara memiliki tiga bagian utama:kantong udara, inflator, dan propelan. Kantong udara dijahit dari kain nilon tenunan dan bisa datang dalam berbagai bentuk dan ukuran tergantung pada kebutuhan kendaraan tertentu. Bahan kantong udara sisi pengemudi dibuat dengan lapisan pelindung panas untuk melindungi kain dari panas, terutama di dekat rakitan inflator, selama pemasangan. Bedak talek atau tepung jagung juga digunakan untuk melapisi kantung udara; kedua zat tersebut mencegah kain saling menempel dan membuatnya lebih mudah untuk dirakit. Bahan kantong udara berlapis silikon dan uretan yang lebih baru memerlukan sedikit atau tanpa lapisan pelindung panas, meskipun bedak talek atau tepung jagung mungkin masih digunakan sebagai bantuan pemrosesan.

Tabung atau badan inflator terbuat dari baja tahan karat yang dicap atau aluminium cor. Di dalam tabung inflator terdapat rakitan filter yang terdiri dari jaring kawat baja tahan karat dengan bahan keramik terjepit di antaranya. Saat inflator dirakit, rakitan filter dikelilingi oleh foil logam untuk mempertahankan segel yang mencegah kontaminasi propelan.

Propelan, dalam bentuk pelet hitam, terutama natrium azida dikombinasikan dengan oksidator dan biasanya terletak di dalam tabung inflator antara rakitan filter dan inisiator.

Manufaktur
Proses

Produksi kantong udara melibatkan tiga rakitan terpisah yang berbeda yang digabungkan untuk membentuk produk akhir jadi, modul kantong udara. Propelan harus diproduksi, komponen inflator harus dirakit, dan kantong udara harus dipotong dan dijahit. Beberapa produsen membeli komponen yang sudah jadi, seperti kantung udara atau inisiator, dan kemudian merakit modul kantung udara secara lengkap. Deskripsi proses manufaktur berikut adalah untuk perakitan modul kantung udara sisi pengemudi. Rakitan modul kantong udara sisi penumpang diproduksi sedikit berbeda.

Propelan

• 1 Propelan terdiri dari natrium azida yang dicampur dengan oksidator, zat yang membantu natrium azida terbakar saat dinyalakan. Natrium azida diterima dari vendor luar dan diperiksa untuk memastikan sesuai dengan persyaratan. Setelah pemeriksaan itu ditempatkan di tempat penyimpanan yang aman sampai diperlukan. Pada saat yang sama, oksidator diterima dari vendor luar, diperiksa, dan disimpan. Pabrikan yang berbeda menggunakan oksidator yang berbeda.
• 2 Dari penyimpanan, natrium azida dan pengoksidasi kemudian dicampur dengan hati-hati di bawah kendali proses komputerisasi yang canggih. Karena kemungkinan ledakan, pemrosesan bubuk dilakukan di bunker yang terisolasi. Jika sensor keselamatan mendeteksi percikan api, sistem banjir berkecepatan tinggi akan menyiram seluruh ruangan dengan air. Produksi terjadi di beberapa fasilitas kecil yang redundan sehingga jika terjadi kecelakaan, produksi tidak akan terhenti, hanya menurun.
• 3 Setelah pencampuran, campuran propelan dikirim ke penyimpanan. Pengepresan kemudian digunakan untuk mengompres campuran propelan ke dalam bentuk cakram atau pelet.

Rakitan inflator

• 4 Komponen inflator, seperti tabung logam, rakitan filter—jaring kawat baja tahan karat dengan bahan keramik di dalamnya—dan inisiator (atau penyala) diterima dari vendor luar dan diperiksa. Komponen kemudian dirakit pada jalur produksi yang sangat otomatis.
• 5 Sub-rakitan inflator digabungkan dengan propelan dan inisiator untuk membentuk rakitan inflator. Pengelasan laser (menggunakan CO ₂ gas) digunakan untuk menyambung sub-rakitan inflator stainless steel, sedangkan pengelasan inersia gesekan digunakan untuk menyambung sub-rakitan inflator aluminium. Pengelasan laser memerlukan penggunaan sinar laser untuk mengelas rakitan bersama-sama, sementara pengelasan inersia gesekan melibatkan menggosok dua logam bersama-sama sampai permukaan menjadi cukup panas untuk bergabung bersama.
• 6 Rakitan inflator kemudian diuji dan dikirim ke penyimpanan sampai dibutuhkan.

Kantong udara

• 7 Kain anyaman nilon air bag diterima dari vendor luar dan diperiksa untuk setiap cacat material. Kain kantong udara kemudian dipotong menjadi bentuk yang tepat dan dijahit, secara internal dan eksternal, untuk menyatukan kedua sisi dengan benar. Setelah kantung udara dijahit, kantung udara akan mengembang dan memeriksa adanya ketidaksempurnaan jahitan.

Perakitan akhir modul kantong udara

• 8 Rakitan kantong udara kemudian dipasang ke rakitan inflator yang diuji. Selanjutnya, kantung udara dilipat, dan penutup bantalan tanduk plastik yang memisahkan diri dipasang. Akhirnya, perakitan modul selesai diperiksa dan diuji.
• 9 Rakitan modul dikemas dalam kotak untuk pengiriman dan kemudian dikirim ke pelanggan.

Komponen lainnya

• 10 Komponen sistem kantung udara lainnya—sensor tabrakan, unit pemantauan diagnostik, koil penghubung roda kemudi, dan lampu indikator—digabungkan dengan modul kantung udara selama perakitan kendaraan. Semua komponen terhubung dan berkomunikasi melalui wiring harness.

Bagian kantong udara dipotong dari anyaman nilon, dijahit bersama, dan dipaku. Tas kemudian dilipat dengan hati-hati agar muat di dalam penutup modul plastik.

Kontrol Kualitas

Aspek kontrol kualitas produksi kantong udara, jelas, sangat penting karena banyak nyawa bergantung pada fitur keselamatan. Dua area utama di mana kontrol kualitas sangat penting adalah uji piroteknik atau propelan dan uji statis dan dinamis kantong udara dan inflator.

Propelan, sebelum dimasukkan ke dalam inflator, terlebih dahulu menjalani uji balistik untuk memprediksi perilakunya. Sampel representatif dari inflator ditarik dari jalur produksi dan diuji untuk pengoperasian yang benar dengan uji inflator skala penuh, yang mengukur tekanan—dihasilkan oleh gas yang dihasilkan di dalam tangki besar 15,84 atau 79,20 galon (60 atau 300 liter)—dibandingkan waktu dalam milidetik. Ini memberikan indikasi kemampuan sistem inflator untuk menghasilkan sejumlah gas pada tingkat tertentu, memastikan inflasi kantong udara yang tepat. Kantong udara itu sendiri diperiksa untuk ketidaksempurnaan kain dan jahitan dan kemudian diuji kebocorannya.

Inspeksi otomatis dilakukan pada setiap tahap jalur proses produksi untuk mengidentifikasi kesalahan. Salah satu produsen kantong udara menggunakan radiografi (sinar-x) untuk membandingkan inflator yang telah selesai dengan konfigurasi utama yang disimpan di komputer. Inflator apa pun tanpa konfigurasi yang tepat akan ditolak.

Masa Depan

Masa depan kantung udara terlihat sangat menjanjikan karena ada banyak kemungkinan aplikasi yang berbeda, mulai dari tempat duduk pesawat hingga helm sepeda motor. Kantong udara masa depan akan lebih ekonomis untuk diproduksi Sensor tabrakan dapat ditemukan di beberapa titik di bagian depan mobil. Sensor ini terhubung ke modul air bag dengan wiring harness. Dua komponen kunci lain dari sistem kantung udara adalah modul diagnostik dan lampu indikator. Modul diagnostik melakukan pengujian sistem setiap kali mobil dinyalakan, menyalakan lampu indikator yang dipasang di dasbor secara singkat. dan lebih ringan; akan melibatkan sistem yang lebih kecil dan lebih terintegrasi; dan akan menggunakan sensor yang ditingkatkan.

Kantong udara benturan samping adalah kemungkinan lain yang akan bekerja mirip dengan kantong udara sisi pengemudi dan penumpang. Kantong udara benturan samping kemungkinan besar akan dipasang di panel pintu mobil dan ditempatkan ke arah jendela selama benturan untuk melindungi kepala. Bantalan busa di sekitar struktur pintu juga akan digunakan untuk melindungi tubuh bagian atas dari benturan samping. Guling kepala dan/atau lutut (bantalan penyerap energi) untuk melengkapi sistem kantung udara juga sedang diselidiki. Kantong udara kursi belakang juga sedang diuji tetapi permintaan konsumen diperkirakan tidak akan tinggi.

Sistem kantong udara aftermarket—sistem umum yang dapat dipasang pada kendaraan apa pun yang sudah dibuat—saat ini tidak tersedia. Karena keefektifan kantung udara bergantung pada sensornya yang mengenali apakah tabrakan cukup parah untuk memicu penyebaran, sistem harus secara tepat disetel dengan cara model mobil tertentu berperilaku saat terjadi tabrakan. Namun, perusahaan sedang menjajaki kemungkinan di masa depan untuk memproduksi sistem kantong udara yang dimodifikasi untuk retrofit.

Inflator hibrida saat ini sedang diuji yang menggunakan kombinasi gas inert bertekanan (argon) dan panas dari propelan untuk meningkatkan volume gas secara signifikan. Sistem ini akan memiliki keuntungan biaya, karena lebih sedikit propelan yang dapat digunakan. Produsen kantong udara juga mengembangkan sistem yang akan menghilangkan propelan natrium azida, yang beracun dalam bentuk yang tidak digunakan. Pekerjaan juga sedang dilakukan untuk meningkatkan lapisan yang menjaga kantong udara dan memfasilitasi pembukaannya. Akhirnya tas mungkin tidak membutuhkan pelapis sama sekali.

Di masa depan, sensor yang lebih canggih yang disebut sensor "pintar" akan digunakan untuk menyesuaikan penyebaran kantong udara dengan kondisi tertentu. Sensor ini dapat digunakan untuk merasakan ukuran dan berat penumpang, apakah penumpang ada (terutama dalam kasus kantong udara sisi penumpang di mana penyebaran mungkin tidak diperlukan jika tidak ada penumpang), dan kedekatan pengemudi dengan roda kemudi (pengemudi yang terjatuh di atas roda kemudi bisa terluka parah karena kantung udara mengembang).