نظام الوسادات الهوائية - التركيب وطريقة العمل

في هذا الفصل نتناول نظام الوسادة الهوائية. وسوف نوضح الأجزاء التركيبية المختلفة ومهامها وعملية التفعيل والخطوات المتاحة عند تقصي الأخطاء. ونظرا لما شهدته السنوات الأخيرة من تطور هائل شهده الجانب التقني منذ بداية طرح أنظمة الوسادات الهوائية، فسوف نشرح الأجزاء التركيبية والعمليات بوجه عام.

للحصول على بيانات أكثر دقة حول الأنظمة في بعض السيارات، يجب في جميع الأحوال مراعاة البيانات الصادرة عن الشركة المصنعة للسيارة. ولا يجوز تنفيذ أعمال الصيانة والتشخيص إلا بمعرفة فنيين متخصصين ومدربين.

وعند القيام بذلك يجب مراعاة جميع الأسس واللوائح القانونية ذات الصلة. في عِقد الستينيات ظهرت الأفكار الأولى لنظام الوسادة الهوائية. وكان هناك عائق كبير آنذاك يتمثل في الوقت المتاح الذي يجب نفخ الكيس الهوائي خلاله. حيث حاول الباحثون حل المشكلة باستخدام الهواء المضغوط. إلا أن تلك الطريقة لم تف بالمتطلبات. وفي بداية عِقد السبعينيات وبمساعدة مواد انفجارية تحققت النجاحات الأولى لنفخ الكيس الهوائي في غضون الوقت المقرر.

استُخدمت أولى أنظمة الوسادات الهوائية في منتصف السبعينيات وبداية الثمانينيات في سيارات من الفئة الفاخرة. وفي نهاية الثمانينيات أضيفت أيضا الوسادة الهوائية للراكب الأمامي، وخطوة بخطوة تم إضافة وسادات أخرى مثل الوسادة الهوائية للرأس والوسادة الهوائية الجانبية. واليوم تعتبر أنظمة الوسادات الهوائية من التجهيزات القياسية في السيارات.

جهاز التحكم هو قلب نظام الوسادة الهوائية ويتم تركيبه في منتصف السيارة. حيث يوجد عادة في نطاق لوحة العدادات على النفق الأوسط.

ويتولى جهاز التحكم المهام التالية:

• اكتشاف وقوع الحوادث.
• التعرف في الوقت المناسب على الإشارات الواردة من المستشعرات.
• تشغيل دوائر الإشعال الضرورية في الوقت المناسب.
• إمداد دوائر الإشعال بالطاقة عن طريق مكثفات كهربائية، وذلك بشكل منفصل عن بطارية السيارة.
• التشخيص الذاتي لحالة النظام بالكامل.
• تخزين الأخطاء التي تحدث، وذلك في ذاكرة الأخطاء.
• تشغيل مصباح كنترول الوسادة الهوائية عند حدوث عطل بالنظام.
• الاتصال بأجهزة التحكم الأخرى عن طريق شبكة CAN-Bus‏.

يتم تركيب مستشعرات التصادم أو التسارع بحسب تفاصيل نظام الوسادة الهوائية وعدد الوسادات الهوائية الموجودة، وذلك إما مباشرة في جهاز التحكم نفسه أو كوحدات فرعية متصلة في مقدمة السيارة أو جانبيها.

ودائما ما تكون المستشعرات الأمامية مكونة من مستشعرين. وتكون هذه المستشعرات في المعتاد عبارة عن مستشعرات تعمل وفقا لنظام النابض / الأرضي. حيث يحتوي المستشعر على بكرة ثقل يتم تعبئتها بأثقال لها معيار محددة. ويحيط بكرة الثقل إطار نابضي من البرونز ويتم تثبيت طرفه بكل من بكرة الثقل وجسم المستشعر. ويتيح ذلك إمكانية ألا تتحرك بكرة الثقل إلا عند وجود تأثير قوة قادم من اتجاه محدد. وفي حالة وجود تأثير قوة، تتحرك بكرة الثقل عكس اتجاه قوة النابض البرونزي وتغلق الدائرة الكهربائية الموصلة بجهاز التحكم عبر طرف تلامس. ومن أجل التشخيص الذاتي فإن المستشعر يتضمن أيضا مقاومة عالية الأوم.

يتولى مستشعر الأمان مهمة منع إطلاق الوسادات الهوائية بطريق الخطأ.

وهو موصل على التوالي مع المستشعرات الأمامية. ويكون مستشعر الأمان مدمجا في جهاز التحكم في الوسادات الهوائية. وهو مُكون من مُلامس قصبي في أنبوب مملوء بالصمغ ومغناطيس حلقي الشكل. ويوجد الملامس القصبي المفتوح في أنبوب مملوء بالصمغ، يُوضع فوقه المغناطيس حلقي الشكل. ويتم تثبيت المغناطيس من خلال نابض على طرف جسم المستشعر. وفي حالة وجود تأثير قوة، ينزلق المغناطيس عكس اتجاه قوة النابض على الأنبوب المملوء بالصمغ ويغلق المُلامس القصبي. وبذلك يتم غلق الملامس المسؤول عن تشغيل الوسادات الهوائية.

تتكون الوسادة الهوائية الموجودة في المقود من كيس هواء سعته حوالي 67 لترا، وحاوية كيس الهواء، ومولد الغاز المركب على حاوية المولد، وغطاء الوسادة الهوائية (غطاء المقود). في حالة وقوع حادث يقوم جهاز التحكم بتشغيل المولد. فعن طريق تيار الإشعال يتم تسخين سلك رفيع يقوم بدوره بإشعال كبسولة الإشعال.

في الخطوة التالية لا يحدث انفجار، وإنما تشتعل الشحنة الدافعة. تتكون هذه الشحنة الدافعة من أزيد الصوديوم. يتمدد الغاز الناشئ أثناء الاحتراق ويتفاعل مع المادة المؤكسدة (مادة تطلق الأوكسجين، مثل أكسيد النحاس أو أكسيد الحديد) ليتكون نيتروجين شبه نقي يملأ كيس الهواء. ونظرا لسُمِّية أزيد الصوديوم يتم أيضا استخدام أصناف وقود صلب أخرى وخالية من الأزيد كشحنة دافعة. وهذه المواد لا تتفاعل فقط لتُشكِّل النيتروجين، وإنما أيضا ثاني أكسيد الكربون (حوالي 20 %) وبخار الماء (حوالي 25 %). توجد المادة الدافعة في المعتاد في شكل أقراص يتم وضعها في حيز الاشتعال على هيئة كبسولات محكمة ضد نفاذ الهواء.

في حالة الوسادات الهوائية الجانبية (الوسادة الهوائية للصدر) تكون دورة العمل مشابهة، إلا أنه بسبب انعدام مسارات التشوه (منطقة التهشم) يلزم أن يتم إشعال مولدات الغاز وملء أكياس الهواء بسرعة أكبر كثيرا. ففي حالة وقوع حادث جانبي أثناء السير بسرعة حوالي 50 كم/س، يجب بعد حوالي 7 مللي ثانية أن يتم إشعال المولدات وبعد 22 مللي ثانية يجب أن يكون الكيس قد امتلأ بالهواء بالكامل. يتم تركيب الوسادات الهوائية الجانبية في كسوة الباب أو في المسند الجانبي للمقعد. أما في حالة الوسادات الهوائية للرأس فهناك نوعان هم الوسادة الأنبوبية القابلة للنفخ والوسادة الستائرية القابلة للنفخ. كانت "الوسادة الأنبوبية القابلة للنفخ" هي الشكل الأول للوسادة الهوائية للرأس. وكانت تبدو مثل "قطعة سجق" تنتفخ من السقف الداخلي فوق الأبواب الأمامية. أما "الوسادة الستائرية القابلة للنفخ" فتكون مخفية على طول جانب السيارة العلوي بالكامل. ويتم تركيبها في إطار السقف فوق أبواب السيارة.

كيس الهواء مصنوع من نسيج بولي أميد فائق المتانة ومقاوم للتقادم. وهو يتميز بمعامل احتكاك منخفض لتسهيل الانطلاق وتخفيف تأثير ملامسته لجلد الركاب. لحماية كيس الهواء ولمنع "التصاقه"، تُوضع عليه بودرة تَلك يمكن أثناء انطلاق الوسادة مشاهدتها على شكل سحابة بيضاء. وفي الداخل توجد أشرطة ماسكة تحافظ على بقاء كيس الهواء بالشكل اللازم عند انتفاخه. وفي الجانب الخلفي من الكيس توجد فتحات خروج يمكن من خلالها تصريف الغاز.

توجد طريقتان مختلفتان لطي كيس الهواء: الطي القياسي والطي النجمي. في طريقة الطي النجمي يكون تمدد الوسادة باتجاه السائق أقل وهي طريقة مفيدة عندما يكون ركاب السيارة غير جالسين في وضعية الجلوس الصحيحة (خارج الوضع المفترض).

ينشئ النابض الملفوف الاتصال بين عمود المقود الثابت والمقود المتحرك. وهو يتيح أيضا أثناء الحركة الدورانية للمقود ضمان توفير الاتصال بين جهاز التحكم في الوسادات الهوائية ومولد الغاز. يتم لف رقاقة الموَصِّل بحيث يمكنها تتبع الحركة الدورانية لكل 2,5 لفة في كلا الاتجاهين.

يجب توخي الحرص الشديد عند فك وتركيب النابض الملفوف. ويجب التأكد من وجود نظام التوجيه في الوضع الأوسط بينما العجلات في وضع مستقيم. وعندما يكون النابض الملفوف مفكوكا يجب عدم إدارته.

لكي يتسنى التحكم في استخدام الوسادات الهوائية بمزيد من الدقة ولتجنب انطلاقها دون داع، يتم استخدام وظيفة التعرف على شَغل المقعد. هناك العديد من الطرق للتعرف على شَغل المقعد. يتم استخدام حصائر استشعار مكونة من مستشعرات ضغط ووحدة تقييم إلكترونية. ويمكن دمج حصائر الاستشعار فقط في مقعد الراكب الأمامي، في حين أن أحدث الأنظمة تحتوي عليها أيضا في مقعد السائق وفي المقاعد الخلفية. يمكن أيضا استخدام مستشعرات بالأشعة تحت الحمراء والموجات فوق الصوتية. حيث يتم تركيبها في نطاق المصباح الداخلي / مرآة الرؤية الخلفية لمعرفة هل المقعد مشغول أم لا، وأيضا لمراقبة وضعية جلوس الراكب الأمامي. وبذلك يتم أيضا التعرف على وضعية الجلوس غير المناسبة "خارج الوضع المفترض".

ويكون لمعلومات وظيفة التعرف على شَغل المقعد تأثير على كل من إطلاق الوسادة الهوائية، وتشغيل شدادات الأحزمة، ومساند الرأس الفعالة. إذا كانت هناك مواضع جلوس معينة غير مشغولة، فإن نظام الوسادة الهوائية يتعرف على ذلك ولا يُشغِّل أنظمة الحماية الخاصة بتلك المواضع أثناء وقوع حادث.

من أجل التعرف بشكل أفضل على كابلات وقوابس الوسادة الهوائية، تكون القوابس باللون الأصفر اللامع.

ويوجد داخل القابس قنطرة كهربائية تمنع حدوث انطلاق غير مقصود أثناء إجراء أعمال على نظام الوسادة الهوائية. حيث يمكن أن يحدث ذلك مثلا من خلال شحنة استاتيكية.

وهذه القنطرة الكهربائية عبارة عن ملامس يقوم عند فصل الوصلة المقبسية بتوصيل كلا الملامسين داخل القابس، وبذلك يتم إزالة أي جهد محتمل وجوده.

يتولى شداد الحزام مهمة التخلص من "ارتخاء الحزام" في حالة وقوع حادث. وينشأ ارتخاء الحزام هذا نتيجة الملابس الواسعة الفضفاضة أو وضعية الجلوس "المسترخية". ويمكن دمج شداد الحزام في قفل الحزام أو في بكرة الحزام. إذا كان شداد الحزام مركبا في قفل الحزام، فإنه يتكون مثلا من الأجزاء التركيبية التالية: أنبوب شد وحبل وكباس ومولد غاز وكبسولة إشعال. في حالة وقوع حادث، يتم إشعال مولد الغاز بنفس طريقة مولد الوسادة الهوائية. يتمدد الغاز ويحرك الكباس في أنبوب الشد. من خلال الحبل الواصل بين الكباس وقفل الحزام، يتم سحب قفل الحزام إلى أسفل وبالتالي يتم التخلص من وجود ارتخاء في نظام الحزام. أما إذا كان شداد الحزام مدمجا في بكرة الحزام، فيتم التخلص من ارتخاء الحزام بواسطة آلية كمش.

وفي هذه الحالة عند تشغيل الشداد يتم إشعال مولد مرة أخرى ليقوم بتحريك مجموعة من الكريات. وتقوم تلك الكريات بتدوير ملفاف متصل ببكرة الحزام. ومن خلال الحركة الدورانية يتم كمش الحزام لمسافة محددة بدقة. وبعد ذلك تسقط الكريات في وعاء مخصص لها لمنع حدوث أية أضرار.

وثمة إمكانية أخرى تتمثل في "مبدأ محرك فانكل". حيث يتم فيها عند حالة الإطلاق، من خلال الشحنة الدافعة، إدارة كباس دوار يقوم بالتخلص من ارتخاء الحزام بفعل الحركة الدورانية. ومن أجل تخفيف الحمل الواقع على الصدر في حالة وقوع حادث يتم تركيب محدد لقوة الحزام في حزام أمان السائق والراكب الأمامي.

لتجنب خطر حدوث دوائر قِصر (قفلات كهربائية) وتعرض السيارة بسببها لحرائق، يتم أثناء الحادث فصل البطارية عن الشبكة الكهربائية للسيارة.

ويحدث ذلك بواسطة مُرحِّل فصل أو باستخدام مولد غاز. وتأتي إشارة فصل البطارية من جهاز التحكم في الوسادات الهوائية. وعندئذ يعمل مولد الغاز على نحو مشابه لشداد الحزام. نتيجة للإطلاق يتم داخل طرف التوصيل فصل الاتصال بين البطارية وكابل التوصيل.

كقاعدة أساسية يجب مراعاة ألا يتولى تنفيذ أية أعمال على نظام الوسادة الهوائية سوى الفنيين المتخصصين.

وأثناء ذلك يجب مراعاة جميع التعليمات القانونية والتعليمات الخاصة بالشركة المصنعة. وينطبق نفس الأمر عند التخلص من الوسادات الهوائية القديمة أو التي تم فتحها. يُنصح بتدريب جميع العاملين بالورشة الفنية قدر الإمكان، لأن هناك الكثير من الأعمال التي لا ترتبط بالضرورة بالوسادة الهوائية بشكل مباشر، ولكنها تستلزم فك الوسادة الهوائية أو شداد الحزام. مثلا عند فحص مجموعة أجهزة القياس والبيان أو عن البحث عن المشاكل في أنظمة أخرى.

وكما هو الحال عند التشخيص وتقصي الأخطاء في الأنظمة الأخرى، ينبغي في نظام الوسادات الهوائية أيضا البدء بالمعاينة بالنظر. وذلك بفحص جميع الأجزاء التركيبية الظاهرة لنظام الوسادة الهوائية لاستقصاء أية أضرار والتحقق من التوصيل السليم لملامسات التوصيل. وثمة سبب خطأ يتكرر كثيرا ألا وهو توصيل مقابس شدادات الأحزمة أو الوسادات الهوائية الجانبية في نطاق المقاعد الأمامية بطريقة سيئة. فنتيجة لتحريك المقاعد للأمام والخلف تنفك الوصلات المقبسية وتنشأ مقاومات للتوصيل. إلا أن النابض الملفوف يمثل أيضا سببا رئيسيا للأخطاء. فمن خلال تعرضه للإجهاد مع كل حركة توجيه تحدث هنا أيضا أعطال. وفي جميع الأحوال يلزم توفر جهاز تشخيص مناسب. إذا تم اكتشاف وجود خطأ في الوصلة المقبسية من خلال المعاينة بالنظر، فيجب حذف ذاكرة الأخطاء بواسطة جهاز التشخيص.

إذا لم يتسنى رصد أية أعطال من خلال المعاينة بالنظر، يجب قراءة ذاكرة الأخطاء باستخدام جهاز التشخيص. عادة ما يتعرف نظام التشخيص الذاتي على الأخطاء التي تحدث في النظام، ويخزنها في ذاكرة الأخطاء. إذا تم في ذاكرة الأخطاء تخزين أحد الأخطاء التالية "خطأ بالإشارة"، "الإشارة منخفضة للغاية / قوية للغاية"، فيمكن أن يكون سبب الخطأ المحتمل وجود كابل تالف مثلا. وفي هذه الحالة يمكن باستخدام جهاز مالتيميتر فحص توصيلات الكابلات، بين المستشعرات وجهاز التحكم، للتحقق من وصول التيار الكهربائي، ومعرفة ما إذا كان هناك دائرة قِصر (قفلة كهربائية) بالأرضي. لمعرفة أماكن المستشعرات والوصلات المقبسية وكذلك وضعية السنون بجهاز التحكم، يلزم الرجوع إلى المعلومات ومخططات التوصيل الخاصة بالشركة المصنعة. وكقاعدة أساسية يجب عند القيام بذلك التأكد من فصل بطارية السيارة وفصل المستشعرات وجهاز التحكم من ضفيرة الكابلات. ولتوصيل وصلات الفحص بالقوابس ينبغي عدم استخدام مهايئات فحص "تصنعها بنفسك" (مثلا من خلال القيام بفرد مشبك أوراق معدني). حيث إنها يمكن أن تلحق الضرر بملامسات التوصيل الحساسة ويمكن في بعض الأحيان أن تتسبب في حدوث أخطاء جديدة دون ملاحظتها. ومن المفيد استخدام مسبارات الفحص الخاصة التي تلائم ملامسات التوصيل والتي يتم من خلالها ضمان التوصيل الصحيح.