کمربند ایمنی، چرا و به چه علت
در تعریفی کوتاه می توان گفت کمربند ایمنی، ابزاری مهار کننده برای جلوگیری از پرتاب یا جابه جایی ناگهانی سرنشینان اتومبیل در مانورهای شدید یا هنگام بروز تصادف و ممانعت از برخورد آنها با قسمت های داخلی خودرو یا سایر سرنشینان و حتی پرتاب شدن به بیرون اتاق است.
مانند بسیاری دیگر از لوازم ایمنی که از صنایع هواپیمایی وارد خودروسازی شده اند، نخستین کمربند ایمنی نیز توسط «جورج کیلی» اواخر قرن نوزدهم میلادی ابداع و برای اولین بار بوسیله «آدولف پژود» برای اجرای پرواز معکوس با هواپیما و نیفتادن از داخل کابین ان به کار گرفته شد، البته تا سال 1930 طول کشید تا کمربند ایمنی در هواپیما استاندارد شده و استفاده از آن اجباری شود. گفته می شود «ادوارد ج. کالاگورن» اولین حق اختراق با شماره 312085 را در دهم فوریه 1885 برای یک کمربند ایمنی ثبت کرد.
در سال 1976 استفاده از کمربندهای ایمنی برای سرنشینان ردیف جلو در خودروهای آلمان اجباری شد و بحث های زیادی درباره فواید و اهمیت آن در گرفت البته سال های زیادی طول کشید تا بستن کمربند ایمنی برای رانندگان و دیگر سرنشینان خودروها به امری عادی بدل شود. بنابر تحقیقات اداره ملی امنیت و ترافیک بزرگراه های ایالات متحده موسوم به NHTSA، کمربندهای ایمنی سالانه حدود 13 هزار زندگی را در این کشور نجات می دهند. بر اساس مطالعات NHTSA کمربند ایمنی، خطر مرگ را برای سرنشینان صندلی جلو تا 50 درصد کاهش می دهد.
دلیل اجبار برای بستن کمربند ایمنی
همواره گفته می شود که این وسیله ایمنی، در بسیاری از برخوردها نجات بخش زندگی سرنشینان است اما ببینیم چنین موضوع مهمی چگونه اتفاق می افتد. تصور کنید اتومبیلی با سرعت 80 کیلومتر بر ساعت به مانعی برخورد کرده و یک تصادف شکل می گیرد، زمان بندی این برخورد برای افراد بدون کمربند ایمنی به شرح زیر است:
2 صدم ثانیه پس از برخورد: سپر در هم می شکند و اتومبیل نیرویی 30 برابر وزن خود را تحمل می کند.
4 صدم ثانیه پس از برخورد: راننده و سرنشینان هر کدام با نیرویی حدود 2 تن (بسته به وزن هر سرنشین) به جلو پرتاب می شوند.
5 صدم ثانیه پس از برخورد: بدن راننده با همان نیروی 2 تنی با فرمان اتومبیل برخورد می کند.
7 صدم ثانیه پس از برخورد: سرنشین کنار راننده به داشبورد می خورد.
9 صدم ثانیه پس از برخورد: سر راننده و دیگر سرنشین جلو به شیشه اتومبیل برخورد می کند.
یک دهم ثانیه پس از برخورد: سرنشینان عقب نیز به سرنشینان جلو می پیوندند!
اما این پایان ماجرا نیست، زیرا هنوز 90 درصد (9/0) از ثانیه اول باقی مانده که طی آن برخورد کامل شده و آسیب های وارده به سرنشینان تکمیل می شوند.
کمربندهای ایمنی انواع مختلفی دارند که بسته به نوع خودرو و جایگاه سرنشین، به کار گرفته شده و از معروف ترین آنها می توان به کمربندهای دو نقطه اتصال، سه نقطه اتصال، چهار نقطه اتصال و شش نقطه اتصال اشاره کرد که دو گونه آخر به ترتیب ویژه اتومبیل های سوپر اسپرت و مسابقه ای است.
کمربند دو نقطه اتصال (lap belt)
کمربندی قابل تنظیم که روی میان تنه قرار می گیرد و از اولین کمربندهای مورد استفاده در خودروهای قدیمی است ولی امروزه فقط در صندلی های میانی عقب برخی خودروها و همچنین برای مسافران هواپیماها به کار گرفته می شود.
در سال 1954، باشگاه اتومبیل های مسابقه ای آمریکا از شرکت کنندگان خواست از کمربند ایمنی ران استفاده کنند. در سال 1955، فورد برای اولین بار این کمربند را به عنوان آپشن روی اتومبیل خود قرار داد. یک سال بعد با اصرار «رابرت مک نامارا» مدیر اجرایی فورد، کمربندهای ایمنی در قالب بسته «محافظ» به خریداران ارائه شد.
در دهه 60 میلادی کمربند شانه ای نیز رواج داشت که روی شانه قرار گرفته و تنظیم می شد ولی به دلیل لیز خوردن سرنشین از زیر آن هنگام برخورد، خیلی زود به فراموشی سپرده شد.
کمربند ایمنی سه نقطه ای
از آنجا که کمربندهای ایمنی ران و شانه ای به تنهایی کارایی لازم را نداشتند، کمربند ایمنی سه نقطه ای اختراع شد. اولین نوع این کمربند به عنوان تلفیقی از دو گونه قبلی در سال 1951 توسط «روگر ورلد» و «هوگ دهاون» به ثبت رسید. کمپانی ساب سوئد اولین تولید کننده خودرو بود که در سال 1958 کمربند ایمنی را به صورت استاندارد روی مدل GT750 در نمایشگاه اتومبیل نیویورک معرفی کرد. یک سال بعد ولوو نیز نوع خاصی از این وسیله را به عنوان تجهیزات استاندارد به کار گرفت. آنچه امروز وسیله ای جدا نشدنی در تمامی خودروها به شمار می آید، کمربند ایمنی سه نقطه ای است که طی سال ها پیشرفت کرده و تجهیزات دیگری هم به آن اضافه شده است.
شرح عملکرد کمربند ایمنی
هنگام برخورد اتومبیل با یک جسم صلب و ثابت، اینرسی سرنشینان و خودرو کاملاً از هم مستقل هستند. در واقع با اینکه نیروی جسم موجب توقف ناگهانی خودر می شود، اما سرعت سرنشینان به همان میزان اولیه باقی مانده و به حرکت خود ادامه می دهند و در ادامه با همان سرعت به فرمان ماشین کوبیده شده یا به سمت شیشه جلو پرتاب می شوند.
از آنجایی که نیروی مقاوم حاصل از چنین تصادمی، در آسیب پذیرترین اعضای بدن مانند سر و صورت یا قفسه سینه متمرکز می شود، به آسانی موجب مرگ شده یا جراحات شدیدی بر فرد وارد می کند.
وظیفه کمربند ایمنی، گسترش و پخش کردن نیروی بازدارنده روی بخش های تنومندتر بدن است تا صدمات وارده کاهش یابند. چنانچه کمربند به درستی بسته شده باشد، بیشترین نیروی بازدارنده به قفسه سینه و لگن فرد (از اعضای نسبتاً محکم بدن) وارد می شود. چون کمربند ایمنی با قسمت وسیعی از بدن ارتباط داشته و نیروی بازدارنده در سطحی کوچک متمرکز نمی شود، بنابراین آسیب چندانی ایجاد نمی کند.
از سوی دیگر نوارهای کمربند ایمنی از مواد انعطاف پذیری در مقایسه با داشبورد و شیشه اتومبیل ساخته شده، کمی کشیده شده و موجب می شود توقف خیلی ناگهانی نباشد. البته این کشیدگی، حد مشخصی دارد، زیرا در غیر این صورت ممکن است فرد با فرمان یا شیشه برخورد کند.
برای کاستن هر چه بیشتر از شدت ضربه، نقاط شکست (Crumple Zones) در جلو و عقب سازه خودرو با جذب ضربه تصادف و تغییر شکل شدید، نیروی بازدارنده را جذب کرده و ضربه را مستهلک می کنند. با توجه به استحکام قفس سرنشینان (سازه کابین)، کارآیی نقاط شکست تنها زمانی به بالاترین حد خود می رسد که فرد همراه کابین حرکت کند، به عبارت دیگر با بستن کمربند، کاملاً ایمن شده باشد.
باز و بسته شدن کمربند
در این سیستم ها نوار کمربند به یک مکانیزم جمع کننده (Mechanism Retractor) متصل شده است. عنصر مرکزی در جمع کننده یک قرقره متصل به انتهای نوار بوده که نیروی دورانی یا گشتاور توسط یک فنر مارپیچ به آن اعمال می شود، این عمل باعث چرخیدن قرقره شده و به لقی نوار پایان می دهد.
هنگامی که کمربند بسته شده و نوار آن از جای خود خارج می شود، قرقره جمع کننده، خلاف جهت ساعت چرخیده و در نتیجه فنر متصل به آن نیز در همان جهت کشیده می شود. بنابراین نیروی مقاوم فنر همواره در جهت مخالف وارد شده و با حرکت قرقره مخالفت می کند با آزاد شدن قفل کمربند، فنر بسته شده و با چرخاندن قرقره، نوار کمربند به جای خود باز می شود. مکانیزم جمع کننده به سیستم قفل کننده ای مجهز بوده که در ترمزگیری های شدید یا هنگام برخورد مانع چرخیدن قرقره و باز شدن نوار کمربند می شود.
متداول ترین سیستم های قفل کننده کنونی عبارتند از تحریک شونده توسط حرکت اتومبیل یا بوسیله حرکت کمربند در سیستم نوع اول، کاهش سریع سرعت اتومبیل به دلیل ترمزگیری ناگهانی یا برخورد، قرقره قفل می شود. عنصر اصلی این مکانیزم، یک آونگ سنگین است که در توقف های ناگهانی به دلیل وجود اینرسی حرکتی به سمت جلو حرکت می کند تا زبانه موجود در انتهای دیگر آن با چرخ دنده متصل به قرقره درگیر شده و مانع از حرکت مجموعه شود. هنگامی که اینرسی موجود به پایداری می رسد یعنی خودرو دوباره با سرعت ثابت حرکت کرده یا کاملاً متوقف می شود، دنده ساعتگرد چرخیده و شیطانک آزاد می شود.
بروز تکانی سریع در نوار کمربند، سیستم قفل قرقره نوع دوم را فعال می کند. عنصر اصلی این طرح، یک کلاچ گریز از مرکز یا یک اهرم دوار سنگین نصب شده روی قرقره در حال چرخش است. وقی قرقره به آرامی می چرخد، اهرم چرخشی نداشته و یک فنر آن را در وضعیت ثابت نگه می دارد اما زمانی که یک تکان شدید یا ناگهانی به نوار منتقل می شود، نیروی گریز از مرکز ایجاد شده به دلیل چرخش سریع تر قرقره، انتهای سنگین اهرم را به سمت خارج می راند، تا بادامک روی محفظه جمع کننده را هل دهد. با تغییر جهت بادامک به سمت چپ که بوسیله یک پین متحرک به شیطانک دوار متصل است، پین در راستای شیار موجود در شیطانک حرکت کرده و موجب می شود شیطانک به دندانه چرخ دنده متصل به قرقره چفت شده و مانع چرخش ساعت گرد آن شود.
طی سال های اخیر با پیشرفت در سیستم ایمنی، کمربندهای ایمنی به قطعات مکانیکی و الکترونیکی جدیدی برای سفت کردن نوار محافظ سرنشینان مجهز شده اند که در ادامه به بررسی برخی از مهم ترین این موارد می پردازیم.
سامانه پس کشنده
سیستم «پس کشنده» با جمع کننده نوار کمربند در مواقع ضروری، مکانیزم قفل متداول در یک جمع کننده را از گسترده شدن بیشتر باز داشته و آن را متوقف می کند. پس کشنده سرنشین را در زمان برخورد، در جای خود محکم کرده و اندازه حرکت او را محدود می سازد. توجه داشته باشید که این قطعات همراه و در کنار مکانیزم های قفل متداول عمل کرده و جایگزین آنها نیستند. سیستم های پس کشنده متفاوتی در بازار موجود است، برخی از آنها کل مکانیزم جمع کننده را به سمت عقب می کشند، در حالی که برخی دیگر قرقره را به چرخش درمی آورند. سامانه های پس کشنده به همان پردازنده کنترل مرکزی مرتبط هستند که کیسه های هوای اتومبیل را نیز فعال می سازند. حسگرهای حرکت نسبت به کاهش سرعت ناگهانی ناشی از ضربه، واکنش نشان داده و با کشف ضربه توسط پردازنده، پس کشنده و سپس کیسه های هوا فعال می شوند.
اگر چه برخی از پس کشنده ها به موتورهای الکتریکی یا سلونوئیدی مجهزند اما در سیستم های جدید، یک انفجار کوچک نوار کمربند را متوقف می کند. هنگامی که گاز درون کپسول منفجر شود، فشار ناشی از این انفجار، پیستون را به سمت بالا هل داده و جمع کننده را می چرخاند. در این روش، پس کشنده یک محفظه حاوی گاز مشتعل شونده است که یک چاشنی محترقه درون آن وجود دارد.
دو الکترود، چاشنی موجود در سیستم را به پردازنده مرکزی ارتباط داده و زمانی که پردازنده، ضربه ای را شناسایی می کند، با اعمال یک جریان الکتریکی به الکترودها و ایجاد جرقه، چاشنی مشتعل شده و سپس گاز داخل محفظه منفجر می شود. فشار حاصل از این احتراق، سبب بالا رفتن یک پیستون با سرعت زیاد شده و به دلیل درگیری با یکی از دندانه های مکانیزم قرقره جمع کننده، چرخ دنده با سرعت چرخیده و سریع قرقره را می چرخاند تا به این ترتیب هرگونه لقی موجود در نوار کمربند از بین برود.
محدود کننده فشار
در برخوردهای شدید، کمربند ایمنی می تواند آسیب های جدی به سرنشین وارد کند. با افزایش اینرسی هر سرنشین، نیروی زیادتری برای متوقف ساختن او مورد نیاز است، به عبارت دیگر هر چه برخورد با سرعت و شدت بیشتری صورت گیرد، کمربند ایمنی نیروی بیشتر و شدیدتری به فرد وارد می کند تا او از حرکت باز ماند. بر همین اساس در برخی سیستم های کمربند ایمنی از محدود کننده های فشار برای کاستن از آسیب های ناشی از کمربند استفاده می شود. ایده اصلی این روش، آزاد کردن مقدار کمی بیشتر از نوار کمربند در مواقعی بوده که نیروی بزرگی به کمربند وارد می آید.
یکی از ساده ترین محدود کننده های فشار، چین دوخته شده به نوار کمربند است. کوک های نگهدارنده این چین ها برای زمانی طراحی شده اند که نیروی زیادی به کمربند وارد آید، با شکافته شدن این کوک ها، نوار باز شده و کمربند اجازه گسترش یافتن در حد کمی بیشتر خواهد داشت.
محدود کننده های پیشرفته تر به یک نوار پیچ خورده در مکانیزم جمع کننده متکی هستند. این نوار پیچ خورده، طولی از یک ماده فلزی بوده که یک سر نوار پیچیده شده به مکانیزم قفل و سر دیگر آن به قرقره دوار متصل است. در تصادفات با شدت کم، این نوار شکل و ساختار خود را حفظ کرده و قرقره توسط مکانیزم قفل، از حرکت می ایستد اما زمانی که نیروی شدیدی به نوار کمربند و در نتیجه به قرقره وارد می آید، نوار پیچیده شده کمی بسته خواهد شده و در نتیجه نوار کمربند به مقدار اندکی کمتر بسته شود.
طی سال های گذشته اثبات شده که کمربندهای ایمنی، مهمترین وسیله حفظ جان سرنشینان در اتومبیل ها و کامیون ها هستند. البته این وسایل نیز مانند دیگر ساخته های بشری بدون خطا نبوده و هنوز جای پیشرفت و توسعه زیادی در آنها وجود دارد. پیش بینی می شود در آینده خودروها با کمربندها و کیسه های هوای بهتر و مفیدتر عرضه شده و همچنین به تکنولوژی های جدیدی در ایمنی فعال و غیرفعال مجهز خواهد بود.
گفته می شود نسبت شانس زنده ماندن کسی که کمربند ایمنی می بندد، در مقایسه با کسی که نمی بندد 5 برابر بیشتر است، تأثیر استفاده از کمربند ایمنی در مهار و ایمنی سر و بالاتنه افراد به میزان 70 درصد از صدمات مغزی، نخاعی و داخلی آنان خواهد کاست.
در پایان به برخی از نکاتی که باید هنگام استفاده از کمربند ایمنی به آنها توجه کرد، اشاره می کنیم:
1- تنظیم یا کاربرد اشتباه کمربند ایمنی، برای انسان آسیب رسان و خطرناک است.
2- استفاده از کمربند ایمنی برای بانوان باردار، ممکن است موجب فشار بر رحم و جنین شده و صدماتی را در پی داشته باشد، بنابراین استفاده از آن باید با نظر و مشورت پزشک باشد.
3- تنها راه مطمئن استفاده از کمربند ایمنی برای کودکان، به کارگیری صندلیهای مخصوص و مناسب بوده که به صندلی خودرو متصل می شود.