Lịch sử và quá trình phát triển của túi khí

Khi va chạm xảy đến với người bị nạn, điều duy nhất họ có thể làm là cầu nguyện cho chúng bung ra kịp thời. Nếu bạn chưa nhận ra đây là gì, chúng tôi sẽ giải thích luôn đó chính là túi khí.

Một số người không bao giờ đủ may mắn để được túi khí cứu nguy và một số khác lại sống sót nhờ có chúng. Ngày nay, mọi chiếc xe được sản xuất đều trang bị túi khí, có lẽ chỉ những chiếc xe từ “kỉ băng hà” mới không trang bị an toàn này. Trong khuôn khổ bài viết, chúng ta sẽ nói qua một chút về hoạt động của túi khí từ lúc bung ra khỏi chiếc xe, căng phồng bảo vệ người lái cho tới lúc xẹp đi nhanh chóng. Nhưng đầu tiên, hãy tìm hiểu một chút về lịch sử của túi khí.

Lịch sử

Bước tiến đầu tiên của túi khí ngày nay được dẫn dắt bởi ông John W. Hetrick, một kĩ sư công nghiệp đã về hưu từ những năm 50. Sau vụ tai nạn của gia đình vợ chồng Hetrick và con gái, ông đã nghĩ tới một thiết bị có thể ngăn ngừa hành khách bị va đập với chiếc xe khi xảy ra va chạm.

Với thiết bị của mình, ông nhận bằng sáng chế vào năm 1953 cho một cái gọi là “đệm an toàn sản xuất cho xe”. Cũng trong thời gian đó, nhà phát minh người Đức có tên Walter Linderer cũng nhận một bằng sáng chế cho mẫu thiết kế tương tự. Sản phẩm của ông Linderer sử dụng hệ thống khí nén được kích hoạt bởi chính người lái hoặc khi xảy ra va chạm ở cản trước ôtô.

Với hai sáng chế trên, Hãng Ford và GM bắt đầu kết hợp chúng với một chiếc túi có thể bơm phồng, nhưng họ bắt đầu phải đối mặt với hai vấn đề lớn. Đầu tiên là việc làm cách nào để hệ thống trên phát hiện ra va chạm và bơm phồng túi khí trong khoảng thời gian chớp nhoáng. Vấn đề thứ hai là bản thân túi khí cũng là tác nhân gây thương tích thứ cấp cho hành khách.

Hai vấn đề trên không được giải quyết cho tới cuối những năm 1960 khi việc phát triển túi khí thực sự có những tiến bộ. Người có trách nhiệm phát triển hệ thống túi khí là một kĩ sư cơ khí ở Mỹ có tên Allen K. Breed. Ông đã phát minh ra thứ được coi như túi khí cơ-điện đầu tiên của ngành công nghiệp xe hơi, đó là hệ thống túi khí có sử dụng các cảm biến nhận biết va chạm. Chẳng bao lâu sau ông Breed cũng có thêm một phát triển quan trọng khác: Túi khí sẽ xuất hiện các lỗ hở khi bơm căng, mục đích là giảm nguy cơ chấn thương thứ cấp bằng cách giảm sự căng cứng của túi khí.

Ngay sau đó, Ford xây dựng một loạt các thí nghiệm túi khí vào năm 1971, General Motors đưa ra các thử nghiệm túi khí cho những mẫu xe Chevrolet vào năm 1973 nhưng những mẫu xe này chỉ được chính phủ sử dụng. Năm 1973 đánh dấu mẫu xe dân dụng chở khách đầu tiên có trang bị túi khí, dấu son này xuất hiện ở mẫu Toronado 1973 của hãng Oldsmobile. Một năm sau đó, Buick, Cadillac, và Oldsmobile đưa hệ thống túi khí kép vào danh mục tuỳ chọn cho hầu hết những mẫu xe full-size của họ. Ở châu Âu, hãng Mercedes-Benz cũng lần đầu tiên đưa túi khí vào trong danh mục trang bị tuỳ chọn cho dòng S-Class.

Tuy nhiên, quan niệm và cách ứng dụng túi khí của các hãng xe tại Đức và Mỹ cũng có đôi chút khác biệt. Trong khi Ford và GM coi túi khí như là một thiết kế thay thế đai an toàn thì Mercedes-Benz lại tích hợp cả túi khí và đai an toàn vào xe nhằm ngăn ngừa chấn thương một cách hiệu quả hơn.

Những cách lắp đặt túi khí

Lần đầu tiên túi khí bên thành xe và túi khí bảo vệ vai được đưa vào danh mục tuỳ chọn là vào năm 1995 ở mẫu Volvo 850. Ba năm sau đó, chính phủ liên bang Mỹ yêu cầu trang bị túi khí kép phía trước bảo vệ hai người ngồi hàng ghế đầu cho tất cả các dòng xe ôtô chở người. Mãi tới năm 2006, Honda mới đưa túi khí vào trang bị cho dòng motor.

Nói về cách lắp đặt túi khí, việc lắp túi khí phía trước là cách phổ biến nhất. Túi khí có thể căng phồng trong khoảng thời gian rất nhỏ để ngăn ngừa hành khách va đập vào các chi tiết của nội thất khi xảy ra va chạm từ những vụ va chạm có tính chất vừa phải cho tới nghiêm trọng. Ở những va chạm chính diện tốc độ thấp, hệ thống túi khí tiên tiến cung cấp những mức độ bảo vệ khác nhau bằng cách bơm phồng túi khí với áp suất ít hơn hoặc không kích hoạt túi khí phía trước.

Loại túi khí phổ biến thứ hai là túi khí gắn bên sườn xe – side airbag (SAB) – hiển nhiên chỉ hoạt động khi có va chạm ở bên sườn thân xe, khi đó SAB sẽ bảo vệ đầu và vai tránh được chấn thương. SAB có tất cả ba loại chính: túi khí bảo vệ khu vực ngang ngực, túi khí bảo vệ khu vực ngang đầu và loại cuối cùng là kết hợp bảo vệ hai khu vực trên. Cục an toàn giao thông đường bộ Mỹ NHTSA ước tính trong những va chạm bên sườn có ít nhất một người tử vong và 60% những nạn nhân đó mất mạng do bị chấn sọ não. Khi so sánh những chiếc xe không trang bị SAB với những chiếc xe có trang bị, NHTSA cũng ước tính rằng mỗi năm có tới 976 người được cứu sống nếu có túi khí sườn và 932 người sẽ gặp tai nạn nghiêm trọng nếu thiếu đi túi khí này.

Ngoài túi khí trước và túi khí sườn, một vài loại túi khí khác ít được biết đến như túi khí đầu gối mà Mercedes-Benz trang bị cho mẫu SLR McLaren hay túi khí mành phía sau được Toyota giới thiệu trong mẫu iQ vào năm 2008. Ngoài ra Toyota cũng giới thiệu túi khí trung tâm phía sau vào năm 2009 để bảo vệ người ngồi sau trong trường hợp gặp phải các va chạm bên sườn xe.

Túi khí hoạt động như thế nào?

Túi khí chỉ được sử dụng một lần, khi hoạt động nó sẽ tự làm hỏng chính nó. Va chạm chính diện hay bên sườn đều kích hoạt một loạt các cảm biến của xe bao gồm cảm biến gia tốc, cảm biến va chạm, cảm biết áp suất sườn, cảm biến áp suất phanh, con quay hồi chuyển, cảm biến trên ghế.

Tất cả những cảm biến này cùng kết nối chặt chẽ tới bộ điều khiển túi khí ACU – bộ não đặc biệt của hệ thống túi khí. Bộ phận này sẽ quyết định triển khai hoạt động túi khí theo cách hợp lý nhất. Khi nhận ra thời điểm triển khai hoạt động của túi khí hợp lý, ACU bắt đầu bơm phồng các túi khí.

Về phương phát hoạt động, khi hệ thống khí nén dùng để làm căng phồng túi khí có vẻ như không thực tế và không hiệu quả, các kĩ sư đã nảy ra ý tưởng khá hay, họ thiết kế hệ thống làm phồng túi khí dựa trên nguyên tắc làm việc của tên lửa đẩy. Mỗi túi khí kết hợp với một “thiết bị phóng” do hệ thống điện tử điều khiển nằm trong một lớp hỗn hợp gồm Natri, Kali Nitrate dễ cháy. Khi được kích hoạt bộ điều khiển sẽ làm cháy các hợp chất trên, việc đốt cháy sẽ tạo ra các phản ứng hoá học chuyển hoá hợp chất thành khí Natri, khí Hydro, Oxy lấp đầy phần túi khí nylon.

Lượng khí gas lớn nén trong thể tích nhỏ buộc túi khí bung ra khỏi vô-lăng hay các vị trí lắp đặt khác với vận tốc 320 km/h, toàn bộ quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian 0,04 giây. Tốc độ này còn nhanh hơn gấp 5 lần tốc độ chớp mắt trung bình của con người. Đó thực sự là một quá trình diễn ra rất nhanh chóng.

Giai đoạn cuối cùng của túi khí sau khi bung là xẹp hơi, quá trình này cũng diễn ra ngay lập tức sau khi quá trình bơm phồng hoàn thành. Lượng khí ga sẽ thoát ra ngoài thông qua các lỗ thông hơi trên bề mặt túi khí, điều này cũng giúp cho người bị tai nạn tránh được các chấn thương bởi các tác động lớn. Một hiệu ứng khác của việc xẹp là xuất hiện các hạt bụi, đó chủ yếu là … bột ngô và bột tan có tác dụng bôi trơn túi khí. Ban đầu, các hoá chất sử dụng trong túi khí bị nghi có ảnh hưởng tới sức khoẻ, nhưng ngày nay nghi ngờ đó đã biết mất, hệ thống túi hiện tại chỉ gây ra vài kích ứng nhẹ ở cổ họng và mắt.

Thảo Đỗ