بنابر گزارش تحقیقاتی اداره ی ملی امنیت و ترافیک بزرگراه در ایالات متحده کمربندهای ایمنی سالانه حدود 13000 زندگی را نجات می دهند.بعلاوه  NHTSA تخمین می زند که 7000 مرگ و میر و تلفات ناشی از تصادفات اجتناب پذیر بودند اگر قربانیان انها کمربندهای ایمنی خود را می بستند.

در حالی که کمربندهای ایمنی می توانند در ایجاد آسیبات جدی یا مرگ نقش داشته باشندتقریبا تمامی کارشناسان ایمنی اتفاق نظر دارند محکم کردن کمربندهای ایمنی شانس فرد را برای زنده ماندن در یک سانحه افزایش میدهد.باتوجه به NHTSA کمربندهای ایمنی خطر مرگ را برای ساکن صندلی جلوی ماشین تا 50% کاهش میدهد.

فلسفه ی تصادف

ایده ی بنیادی و ساده ی کمربند ایمنی عبارتست از:محافظت فرد از برخورد با شیشه ی جلوی اتومبیل و داشبورد درهنگامی که اتومبیل به طور ناگهانی توقف میکند.اما در ابتدای امر این چگونه اتفاق می افتد؟مختصرا به دلیل وجود اینرسی.

 اینرسی خاصیتی است که طبق آن جسم ساکن تمایل به سکون و جسم متحرک تمایل به ادامه ی حرکت در مسیر حرکت خود دارد تا زمانی که نیروی دیگری برخلاف این حرکت به جسم وارد شود.به عبارت دیگر اینرسی مقاومت هر جسمی است در برابر تغییر سرعت و جهت حرکت آن.اجسام به طور طبیعی تمایل به حفظ حالت و وضعیت خود دارند.

اگر اتومبیلی درحال حرکت باسرعت 50مایل در ساعت باشد اینرسی تمایل به حفظ این وضعیت و حرکت ماشین با سرعت50mph در مسیر معینی دارد.مقاومت هوا و اصطکاک جاده پیوسته در حال کاهش سرعت و مقاومت در برابر حرکت آن هستند اما نیروی موتور این فقدان انرژی راجبران میکند.

هرچیزی که داخل اتومبیل موجود است چه راننده و چه مسافرها اینرسی مخصوص خود را دارندکه متفاوت از اینرسی خود ماشین است.اتومبیل به افراد داخل اتاقک شتابی میدهد تا همراه با سرعت آن حرکت کنند.تصور کنید زمانی را که شما با سرعت ثابت 50mph اتومبیل را میرانید سرعت شما و سرعت خودرو تقریبا باهم برابرند بنابراین خود و اتومبیل را به عنوان یک واحد منفرد در حال حرکت می یابید.

اما هنگامی که خودرو در حال برخورد با تیر تلفن میباشد این امر واضح است که اینرسی فرد و خودرو کاملا از هم مستقل هستند.نیروی تیر موجب توقف ناگهانی اتومبیل میشود اما سرعت فرد به همان اندازه باقی میماند.بدون یک کمربند ایمنی فرد با سرعت 50mphبه فرمان ماشین کوبیده شده و یا با همین سرعت به سمت شیشه ی جلوی ماشین پرتاب میشود.به محض اینکه تیر در برابر حرکت خودرو مقاومت کند داشبورد یا شیشه ی جلو یا جاده با اعمال نیروی عظیمی موجب توقف فرد میشود.

شاید چندان اهمیتی نداشته باشد که در یک برخورد چه اتفاقی رخ میدهد شیئی با اعمال نیرویی به فرد موجب توقف او میشود.اما بسته به جا و چگونگی به کاربستن این نیرو ممکن است فرد کشته شده یا از حادثه بدون هیچ صدمه ای نجات یابد.

اگر فرد با سر به شیشه ی جلوی اتومبیل اصابت کند نیروی مقاوم در یکی از آسیب پذیرترین اعضای بدن شخص متمرکز میشود.همچنین به دلیل اینکه شیشه سطح بسیار سختی است فرد را سریعا متوقف میکند.این امر میتواند به اسانی موجب مرگ شخص شده یا جراحات شدیدی بر او وارد کند.

یک کمربند ایمنی نیروی بازدارنده را در اعضای تنومندتر بدن فرد درمدت زمان بیشتری به کار می بندد.

در بخش بعدی نشان خواهیم داد که جگونه کمربندایمنی احتمال بروز آسیب های عمده را کاهش میدهد.

برخورد با مانع

در بخش قبل دیدیم که هرگاه اتومبیل توقف ناگهانی داشته باشد مسافر آن نیز به طور ناگهانی متوقف میشود.کار یک کمربند ایمنی گسترش دادن و پخش کردن نیروی بازدارنده بر روی بخش های تنومندتر بدن است تا بدین طریق صدمات وارده کاهش یابند.

از انواع کمربندهای ایمنی میتوان دو نوع کمربندی که روی شکم قرار میگیرد (lap belt)و کمربندی که روی شانه ها می افتد( shoulder belt) را نام برد.نوع lap belt متکی بر لگن فرد است و نوع shoulder belt بر روی قفسه ی سینه ی شخص بسته میشود.قسمتهایی از این کمربندها محکم به چارچوب اتومبیل متصل شده اند تا بتوانند مسافرین را در صندلی های خود به طور موثر نگه دارند.

هنگامی که کمربندها به درستی بسته شده اند آنها بیشتر نیروی بازدارنده را به قفسه ی سینه و لگن فرد _که از اعضای نسبتا محکم بدن هستند_اعمال میکنند.چون کمربندها در قسمت وسیعی از بدن توسعه می یابند نیرو در یک سطح کوچک متمرکز نمی شود بنابراین آسیب چندانی ایجاد نمیکنند.بعلاوه نوارهای کمربند ایمنی از مواد انعطاف پذیری نسبت به داشبورد و شیشه ی اتومبیل ساخته شده اند که کمی کشیده شده و موجب میشوند توقف خیلی ناگهانی نباشد.یک کمربند ایمنی نباید بیشتر از یک مقدار کشیده شود چون دراین صورت ممکن است فرد با فرمان یا شیشه ی کناری برخورد کند.کمربندهای ایمنی به فرد اجازه میدهند تنها اندکی به سمت جلو حرکت کند.

نواحی ضربه گیر(crumple zones) خودرو  کار آهسته کردن ضربه  را برعهده دارند. این نواحی مناطقی در جلو و عقب خودرو هستند که نسبتا آسان مچاله  میشوند.به جای اینکه تمام قسمتهای ماشین در یک توقف ناگهانی _در زمان برخورد به مانع_نقش داشته باشند نواحی ضربه گیر قسمتی از نیروی ضربه ای را با پهن کردن و گسترش دادن جذب میکنند همانند یک قوطی خالی نوشابه.

کابین خودرو نسبتا محکم است بنابراین در اطراف مسافرین فرو نمیریزد و با فشرده شدن قسمت جلو، ماشین در مقابل مانع به حرکت خود ادامه میدهد. البته نواحی ضربه گیر تنها زمانی از فرد محافظت میکنند که فرد همراه کابین حرکت کند یعنی به شرطی که شخص با بستن کمربندایمنی کاملا ایمن شده باشد.

ساده ترین نوع کمربند ایمنی در ترن های هوایی یافت میشود که شامل یک  نوار چفت شده به بدنه ی وسیله میباشد.این کمربندها فرد را همواره سفت و محکم بر روی صندلی نگه میدارند که بسیار ایمن اما نه چندان راحت هستند.

کمربندهای ایمنی اتومبیل ها قابلیت باز و بسته شدن را دارند بطوریکه فرد میتواند به راحتی به جلو خم شود در حالی که  کمربند بسته شده است.اما در زمان برخورد کمربند بطور ناگهانی خیلی سفت میشود و فرد را در جایش نگه میدارد.

در بخش بعد مکانیزمی که این امور را ممکن میسازد را نشان خواهیم داد.

باز و بسته شدن کمربند

در یک سیستم کمربند ایمنی نوار کمربند به یک مکانیزم جمع کننده(retractor mechanism) متصل شده است.عنصر مرکزی در جمع کننده یک قرقره است که بسته به انتهای نوار است.درون جمع کننده یک فنر نیروی دورانی یا گشتاور را به یک قرقره اعمال میکند.این عمل باعث چرخیدن قرقره میشود که آن نیز به لقی نوار پایان میدهد.

یک فنر مارپیچ قرقره را به چرخش در می آورد تا نوار را سفت نگه دارد .

هنگامی که فرد نوار را بیرون میکشد قرقره پادساعتگرد می چرخد.در نتیجه فنر الحاق شده را در همان جهت به چرخش در می آورد.فنر می خواهد به شکل اصلی خود بازگردد بنابراین با این حرکت مارپیچی مخالفت میکند.اگر فرد نوار را آزاد کند فنر بسته خواهد شد در حالی که موجب چرخش پادساعتگرد قرقره میشود تا زمانی که هیچ گیری در حرکت کمربند وجود نداشته باشد.

جمع کننده مکانیزم قفل شونده ای دارد که در زمان درگیری اتومبیل با مانع جلوی چرخیدن قرقره را میگیرد.امروزه دو نوع سیستم قفل شونده متداول وجود دارد :

·         سیستم های تحریک شونده توسط حرکت ماشین

·         سیستم های تحریک شونده توسط حرکت کمربند

 سیستم نوع اول زمانی که اتومبیل خیلی سریع کاهش سرعت میدهد (مانند زمانی که به چیزی برخورد میکند) قرقره را قفل میکند.تصویر زیر ساده ترین نمونه ی این طرح را نمایش میدهد:   

عنصر اصلی در این مکانیزم یک آونگ سنگین است.هنگامی که خودرو بطور ناگهانی توقف میکند اینرسی سبب میشود آونگ شروع به تاب خوردن به سمت جلو کند.شیطانک موجود در انتهای دیگر دستگیره ی آونگ دندانه ی چرخدنده ی متصل به قرقره را نگه میدارد.شیطانک با گیردادن یکی از دنده هایش اجازه نمیدهد چرخدنده ساعتگرد بچرخد.در نتیجه قرقره ی متصل به آن نیز نمیتواند چرخش کند.هنگامی که نوار دوباره بعد از تصادف شل میشود دنده ساعتگرد چرخیده و شیطانک از قید رها میشود.

هنگامی که چیزی تکانی سریع به نوار کمربند میدهد سیستم قفل نوع دوم قرقره را قفل میکند.سرعت چرخش قرقره نیروی محرک در بیشتر طرح ها را تشکیل میدهد.تصویر روبرو یک ترکیب رایج را نشان میدهد.          

عنصر اصلی در این طرح یک کلاچ گریز از مرکز _اهرم دوار سنگین نصب شده در قرقره ی در حال چرخش _است.هنگامی که قرقره به آرامی میچرخد اهرم اصلا چرخشی ندارد.که یک فنر آن را در وضعیتش نگه میدارد.اما زمانی که چیزی تکان شدید و ناگهانی را به نوار منتقل میکند با چرخش سریعتر قرقره نیروی گریز از مرکز انتهای سنگین اهرم را به سمت خارج میراند.

اهرم گسترده شده یک قطعه بادامک نصب شده روی محفظه ی جمع کننده را هل میدهد.بادامک بوسیله ی یک پین متحرک به شیطانک دوار متصل شده است.به محض تغییر جهت بادامک به سمت چپ پین در راستای شیار موجود در شیطانک حرکت میکند این موجب میشود که شیطانک به سمت دندانه ی چرخدنده ی متصل به قرقره کشیده شود.شیطانک به دندانه ی چرخدنده چفت میشود و مانع چرخش ساعتگرد میشود.

در برخی سیستم های جدید کمربند ایمنی از پیش کشنده برای سفت کردن نوار استفاده میشود.در بخش بعد کار این دستگاه را نشان خواهیم داد.

پیش کشنده

پیش کشنده برای سفت کردن لقی موجود در نوار کمربند در تصادفات است.مکانیزم قفل متداول در یک جمع کننده کمربند را از گسترده شدن بیشتر بازمیدارد یعنی آن را متوقف میکند.پیش کشنده به مسافر کمک میکند تا درحد مطلوبی در زمان برخورد در صندلی حرکت کند.معمولاپیش کشنده ها با مکانیزم های قفل متداول و قراردادی با یکدیگر ودر کنار هم کار میکنند-نه بجای یکدیگر. 

تعدادی از سیستم های پیش کشنده متفاوت در بازار موجود است.برخی از آنها کل مکانیزم جمع کننده را به سمت عقب میکشند درحالی که برخی دیگر قرقره را به چرخش درمی آورند.در مجموع پیش کشنده ها به پردازنده ی کنترل مرکزی یکسانی سیم کشی شده اند که کیسه ی هوای اتومبیل را فعال میسازد.پردازنده حسگرهای الکترونیکی یا مکانیکی حرکت که نسبت به کاهش سرعت ناگهانی ناشی از ضربه واکنش نشان میدهند را بررسی میکند.هنگامی که یک ضربه کشف میشود پردازنده پیش کشنده  و سپس کیسه ی هوا را فعال میکند.

برخی از پیش کشنده ها با موتورهای الکتریکی یا سولنوِِِئیدی ساخته شده اند اما امروزه در طرح های رایج از مواد آتش زا در متوقف ساختن نوار کمربند استفاده میشود.تصویر زیر یک مدل نمونه را نشان میدهد.  

هنگامی که گاز مشتعل میشود فشار ناشی پیستون را به سمت بالا حل میدهد که              

موجب چرخاندن جمع کننده میشود

عنصر مرکزی موجود در این پیش کشنده یک محفظه ی حاوی گاز اشتعال پذیر است.در این محفظه یک محفظه ی کوچکتر با چاشنی ماده ی محترقه وجود دارد.محفظه ی کوچکتر به دو الکترود که به پردازنده ی مرکزی توسط سیم وصل شده اند تجهیز شده است.

زمانی که پردازنده یک ضربه را شناسایی میکند سریعا یک جریان الکتریکی را به الکترودها اعمال میکند.جرقه ی ناشی از الکترودها چاشنی را مشتعل میسازد که با سوختن آن گاز داخل محفظه نیز مشتعل میشود.گاز محترقه مقدار زیادی فشار خارجی تولید میکند.فشاربا واردکردن نیرو به پیستون قرارگرفته در محفظه  سبب بالا رفتن پیستون با سرعت بالایی میشود.

یک دندانه از چرخدنده به یک طرف پیستون بسته شده است.زمانی که پیستون بالا میرود دندانه یک دنده ی مربوط به مکانیزم قرقره ی جمعکننده را به کار میگیرد.چرخدنده ی سرعت گرفته بطور موثر قرقره را می چرخاند که هرگونه لقی موجود در نوار کمربند را از بین میبرد.

محدودکننده ی فشار 

در تصادفات شدید هنگامی که یک اتومبیل باسرعت بسیار بالایی به مانعی برخورد میکند یک کمربند ایمنی میتواند خسارات جدی وارد آورد.به محض افزایش سرعت اینرسی مسافر یک نیروی عظیمتری برای متوقف ساختن مسافر به کار گرفته میشود.به عبارت دیگر هرچه با سرعت و شدت بیشتری به مانع برخورد شود کمربند ایمنی بیشتر و شدیدتر به فرد نیرو وارد میکند تا فرد را از حرکت متوقف سازد.

برخی از سیستم های کمربند ایمنی از محدودکننده های فشار برای کاستن خسارات ناشی از کمربند استفاده میکنند.ایده ی اساسی آنها عبارت است از آزادکردن مقدار کمی بیشتر نوارکمربند در مواقعی که نیروی عظیمی به کمربند اعمال میشود.ساده ترین محدودکننده ی فشار چین دوخته شده به نوار کمربند است.کوک های نگهدارنده ی چین در مکانش برای زمانی طراحی شده اند که نیروی زیادی به کمربند اعمال میشود.هنگامی که کوک ها شکافته میشوند نوار باز شده و به کمربند اجازه ی گسترش یافتن در حد کمی بیشتر داده میشود.

محدودکننده های پیشرفته تر به یک نوار پیچ خورده در مکانیزم جمع کننده متکی هستند.این نوار پیج خورده تنها یک طولی از ماده ی فلزی است که وقتی نیروی کافی به آن اعمال شود بسته خواهد شد.در یک محدودکننده ی فشار یک سر نوار پیچیده شده به مکانیزم قفل و سر دیگر آن به قرقره ی دوار  متصل شده است.در تصادفات با شدت کمتر این نوار شکل و ساختار خود را حفظ میکند و قرقره توسط مکانیزم قفل -قفل میشود(از حرکت بازمی ایستد).اما زمانی که نیروی بسیارشدیدی به نوار کمربند اعمال میشود(ودر نتیجه به قرقره) نوار پیچیده شده کمی بسته خواهد شد.این امر موجب میشود که نوار کمربند به مقدار کمی بیشتر بسته شود.

در طول سالها اثبات شده که کمربندهای ایمنی مهمترین وسیله ی ایمنی در اتومبیلها و کامیون ها هستند.البته آنها به هیچ وجه مصون از خطا نیستند.مهندسان ایمنی خودرو معتقد هستند در طرح های امروزی جای بسی پیشرفت و توسعه وجود دارد.در آینده خودروها با کمربندها و کیسه های هوای بهتری و احتمالا با تکنولوژی های ایمنی جدید تجهیز خواهند شد.البته دولتها هنوز با بزرگ ترین مشکل وسایل ایمنی  یعنی توجیه مردم برای استفاده ی آنها روبرو هستند.