에어백

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배경

에어백은 자동차 를 보호하도록 설계된 팽창식 쿠션입니다. 충돌 시 심각한 부상을 입은 탑승자. 에어백은 안전 벨트가 제공하는 보호 기능을 보완하도록 설계되었기 때문에 에어백 구속 시스템(ACRS) 또는 에어백 보조 구속 시스템(SRS)으로도 알려진 팽창식 구속 시스템의 일부입니다. 특히 측면 충돌, 후방 충돌 및 전복 시 탑승자를 제자리에 안전하게 고정하려면 안전 벨트가 여전히 필요합니다. 충돌을 감지하면 에어백이 즉시 팽창하여 가스로 채워진 큰 베개로 노출된 탑승자를 완충합니다.

일반적인 에어백 시스템은 에어백 모듈(인플레이터 또는 가스 발생기 및 에어백 포함), 충돌 센서, 진단 모니터링 장치, 스티어링 휠 연결 코일 및 표시등으로 구성됩니다. 이러한 구성 요소는 모두 배선 하니스로 상호 연결되고 차량의 배터리로 전원이 공급됩니다. 에어백 시스템은 점화가 꺼지거나 배터리가 분리된 후에 예비 충전을 유지합니다. 모델에 따라 백업 전원 공급은 1초에서 10분 동안 지속됩니다. 시스템 작동에 중요한 구성 요소가 수년간 휴면 상태에 있을 수 있기 때문에 에어백 회로는 각 시동 중에 내부 "자체 테스트"를 수행하며 일반적으로 각 시동 시 잠시 동안 켜지는 계기판의 표시등으로 표시됩니다.

충돌 센서는 자동차가 범프나 구덩이를 넘을 때 또는 경미한 충돌 시 에어백이 팽창하는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 팽창기는 직조 나일론 백과 분리형 플라스틱 혼 패드 커버로 구성된 모듈에 맞습니다. 이 모듈은 운전석의 경우 스티어링 휠에, 조수석의 경우 글러브 컴파트먼트 위에 장착됩니다.

시속 9마일(시속 14.48km)의 속도로 단단한 장벽에 부딪히는 것과 같은 정면 충돌에서 자동차 전면에 있는 충돌 센서는 급격한 감속을 감지하고 전기 신호를 보내 시동 장치(때로는 점화 장치 또는 점화 장치라고도 함)를 활성화하는 전기 신호를 보냅니다. 풍자). 전구 처럼 개시제에는 가열되어 추진제 챔버를 관통하는 가는 와이어가 포함되어 있습니다. 이것은 팽창기 내부에 봉인된 고체 화학 추진제(주로 아지드화 나트륨)가 빠른 화학 반응을 일으키게 합니다(일반적으로 불꽃 사슬이라고 함). 이 제어된 반응은 에어백을 채우는 무해한 질소 가스를 생성합니다. 전개 중에 팽창하는 질소 가스는 온도를 낮추고 연소 잔류물 또는 재의 대부분을 제거하는 과정을 거칩니다.

팽창하는 질소 가스는 나일론 백을 1/20초 이내에 팽창시켜 플라스틱 모듈 덮개를 쪼개 열고 탑승자 앞에서 팽창시킵니다. 탑승자가 백과 접촉하면 질소 가스가 백 후면의 구멍을 통해 배출됩니다. 가방은 10분의 1초 동안만 완전히 팽창되며 충격 후 10분의 3초(3/10) 정도만 수축됩니다. 활석 가루 또는 옥수수 전분은 에어백 내부를 라이닝하는 데 사용되며 에어백이 열리면 에어백에서 방출됩니다.

연혁

에어백은 1941년 초에 윤곽이 그려지고 1950년대에 처음으로 특허를 받은 공기가 채워진 주머니에서 그 기원을 추적합니다. 초기 에어백 시스템 일반적인 운전석 에어백은 스티어링 휠 기둥에 딱 맞습니다. 충돌 시 충돌 센서는 전기 스파크를 팽창기 캐니스터로 보내 질소 가스를 생성하는 화학적 판독값을 시작합니다. 가스가 팽창하여 에어백이 팽창하고 운전자를 보호합니다. 크고 부피가 크며 주로 압축 또는 가열된 공기 탱크, 압축 질소 가스(N ₂ ), 프레온 또는 이산화탄소(CO ₂ ). 초기 시스템 중 일부는 위험한 부산물을 생성했습니다. 한 특정 시스템은 화약을 사용하여 프레온 가스를 가열하여 포스겐 가스(COCl ₂ ) - 극도로 유독한 가스.

자동차 에어백에 대한 최초의 특허 중 하나는 1953년 8월 18일에 산업 엔지니어인 John Hetrick에게 수여되었습니다. Hetrick은 1952년 거의 사고 이후에 착상했으며 후드 아래에는 압축 공기 탱크가 있고 스티어링에는 팽창식 백이 있어야 하는 디자인이 필요했습니다. 휠, 대시보드 중앙, 글러브 컴파트먼트에는 앞좌석 탑승자를 보호하고 앞좌석 뒤쪽에는 뒷좌석 탑승자를 보호합니다. 충돌의 힘은 슬라이딩 웨이트를 앞으로 밀어 공기를 백으로 보낼 것입니다. 많은 다른 발명가와 연구원들이 모두 약간 다른 디자인을 탐구하면서 그 뒤를 따랐으므로 초기 디자인에서 현재 시스템까지의 정확한 기술 흔적을 확실히 기록하는 것은 불가능합니다.

1968년 Talley Defense Systems의 화학자인 John Pietz는 아지드화나트륨(NaN ₃ ) 및 금속 산화물. 이것은 최초의 질소 발생 고체 추진제였으며 곧 더 오래되고 부피가 큰 시스템을 대체했습니다. 고체 상태의 아지드화 나트륨은 다량 섭취할 경우 독성이 있지만 자동차 응용 분야에서는 에어백 시스템 내의 강철 또는 알루미늄 용기 내부에 조심스럽게 밀봉됩니다.

1960년대부터 통제된 테스트와 일상적인 사용에서 에어백이 장착된 자동차는 효율성과 신뢰성을 입증했습니다. 고속도로 안전 보험 연구소는 1985년부터 1991년까지의 데이터를 사용하여 연방 정부의 치명적인 사고 보고 시스템에 대한 연구를 수행한 결과, 에어백이 장착된 자동차에서 정면 충돌로 인한 운전자 사망이 28% 감소했다고 결론지었습니다. 에 따르면 에어백 제조의 첫 번째 단계인 추진제의 준비는 아지드화나트륨과 산화제를 결합하는 것입니다. 그런 다음 추진제는 금속 개시제 캐니스터 및 다양한 필터와 결합되어 팽창기 어셈블리를 형성합니다. General Motors가 1989년에 수행한 또 다른 연구에 따르면 정면 충돌 시 무릎/어깨 안전 벨트와 에어백을 결합하면 운전자 사망이 46%, 앞좌석 승객 사망이 43% 감소했습니다.

소비자의 증가하는 안전 문제와 보험 업계의 압력에 대응하여 연방 정부는 자동차 제조업체에 안전 기능을 업그레이드하도록 강요했습니다. 첫째, 교통부(DOT) 규정에 따르면 1990년식부터 미국에서 판매되는 모든 자동차에는 수동 안전 장치가 장착되어 있어야 합니다. (승무자가 활성화할 필요가 없는 수동 구속 시스템에는 자동 안전 벨트 사용 및/또는 에어백 사용이 포함됩니다.) 자동차 제조업체가 에어백을 선택하면 규정에 따라 모델이 나올 때까지 운전석 쪽 시스템만 필요합니다. 1994년, 에어백이 장착된 자동차는 조수석에도 수동 보호 장치를 포함해야 합니다. 1991년 법은 1998년식까지 모든 자동차에 운전석과 조수석 에어백을, 1999년까지 경트럭과 밴에 에어백을 장착할 것을 요구합니다.

원자재

앞서 언급한 바와 같이 에어백 시스템은 에어백 모듈, 충돌 센서, 진단 모니터링 장치, 스티어링 휠 연결 코일 및 표시등으로 구성됩니다. 이 섹션과 다음 섹션("제조 프로세스") 모두 에어백 모듈 자체에 중점을 둡니다.

에어백 모듈은 에어백, 팽창기 및 추진제의 세 가지 주요 부분으로 구성됩니다. 에어백은 나일론 직물로 꿰매어지며 특정 차량 요구 사항에 따라 모양과 크기가 다를 수 있습니다. 운전석 에어백 소재는 열 차폐 코팅으로 제조되어 전개 중 특히 인플레이터 어셈블리 근처에서 천이 타는 것을 방지합니다. 활석 가루 또는 옥수수 전분도 에어백을 코팅하는 데 사용됩니다. 두 물질 모두 직물이 서로 달라붙는 것을 방지하고 조립을 더 쉽게 만듭니다. 최신 실리콘 및 우레탄 코팅 에어백 재료는 열 차폐 코팅이 거의 필요하지 않거나 전혀 필요하지 않지만, 활석 분말 또는 옥수수 전분은 여전히 ​​가공 보조제로 사용될 것입니다.

팽창기 캐니스터 또는 본체는 스탬프가 찍힌 스테인리스 스틸 또는 주조 알루미늄. 팽창기 캐니스터 내부에는 세라믹 재료가 사이에 끼워진 스테인리스 스틸 와이어 메쉬로 구성된 필터 어셈블리가 있습니다. 인플레이터가 조립될 때 필터 어셈블리는 추진제 오염을 방지하는 밀봉을 유지하기 위해 금속 호일로 둘러싸여 있습니다.

흑색 펠릿 형태의 추진제는 주로 산화제와 결합된 아지드화나트륨이며 일반적으로 필터 어셈블리와 개시제 사이의 팽창기 캐니스터 내부에 위치합니다.

제조
프로세스

에어백 생산에는 최종 제품인 에어백 모듈을 형성하기 위해 결합되는 3가지 개별 어셈블리가 포함됩니다. 추진제를 제작하고, 인플레이터 부품을 조립하고, 에어백을 재단하고 봉제해야 합니다. 일부 제조업체는 에어백 또는 이니시에이터와 같은 이미 만들어진 구성 요소를 구입한 다음 전체 에어백 모듈을 조립하기만 하면 됩니다. 다음의 제조공정 설명은 운전석 에어백 모듈 조립을 위한 것이다. 조수석 에어백 모듈 어셈블리는 약간 다르게 생산됩니다.

추진제

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1 추진제는 아지드화나트륨이 점화될 때 연소를 돕는 물질인 산화제와 함께 혼합된 아지드화나트륨으로 구성됩니다. 아지드화 나트륨은 외부 공급업체로부터 받고 요구 사항을 준수하는지 확인하기 위해 검사됩니다. 검사 후 필요할 때까지 안전한 보관 장소에 보관합니다. 동시에 산화제는 외부 공급업체로부터 입고, 검사 및 보관됩니다. 다른 제조업체는 다른 산화제를 사용합니다.

2 저장 시부터 아지드화 나트륨과 산화제는 정교한 컴퓨터 공정 제어 하에 조심스럽게 혼합됩니다. 폭발 가능성 때문에 분말 처리는 격리된 벙커에서 이루어집니다. 안전 센서가 스파크를 감지하는 경우 고속 대홍수 시스템이 방 전체에 물을 적십니다. 여러 개의 중복된 소규모 시설에서 생산이 이루어지므로 사고가 발생하더라도 생산이 중단되지 않고 감소할 뿐입니다.

3 혼합 후 추진제 혼합물은 저장실로 보내집니다. 그런 다음 프레스를 사용하여 추진제 혼합물을 디스크 또는 펠렛 형태로 압축합니다.

팽창기 어셈블리

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4 금속 캐니스터, 필터 어셈블리(내부에 세라믹 소재가 포함된 스테인리스 스틸 와이어 메쉬) 및 개시제(또는 점화기)와 같은 팽창기 구성 요소는 외부 공급업체로부터 접수되어 검사됩니다. 그런 다음 구성 요소는 고도로 자동화된 생산 라인에서 조립됩니다.

5 팽창기 하위 어셈블리는 추진제 및 개시제와 결합되어 팽창기 어셈블리를 형성합니다. 레이저 용접(CO ₂ 사용 가스)는 스테인리스강 팽창기 하위 조립품을 결합하는 데 사용되는 반면 마찰 관성 용접은 알루미늄 팽창기 하위 조립품을 결합하는 데 사용됩니다. 레이저 용접은 어셈블리를 함께 용접하기 위해 레이저 빔을 사용하는 것을 수반하는 반면, 마찰 관성 용접은 표면이 함께 결합하기에 충분히 뜨거워질 때까지 두 금속을 함께 문지르는 것을 포함합니다.

6 팽창기 어셈블리는 테스트를 거쳐 필요할 때까지 보관소로 보내집니다.

에어백

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7 나일론 에어백 직조 원단을 외부 업체로부터 입고하여 소재 결함 여부를 검사합니다. 그런 다음 에어백 패브릭을 적절한 모양으로 다이 컷하고 내부 및 외부를 재봉하여 양면을 적절하게 결합합니다. 에어백이 재봉된 후 팽창되어 솔기 결함이 있는지 확인합니다.

에어백 모듈의 최종 조립

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8 그런 다음 에어백 어셈블리를 테스트한 팽창기 어셈블리에 장착합니다. 다음으로 에어백을 접고 분리형 플라스틱 혼 패드 커버를 설치합니다. 마지막으로 완성된 모듈 어셈블리를 검사하고 테스트합니다.

9 모듈 어셈블리는 배송을 위해 상자에 포장되어 고객에게 발송됩니다.

기타 구성요소

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10 에어백 시스템의 나머지 부품인 충돌 센서, 진단 모니터링 장치, 스티어링 휠 연결 코일, 표시등 등은 차량 조립 시 에어백 모듈과 결합됩니다. 모든 구성 요소는 배선 하니스를 통해 연결되고 통신합니다.

에어백 부품은 직조된 나일론으로 다이컷되고, 함께 꿰매어지고, 리벳으로 고정됩니다. 그런 다음 가방을 플라스틱 모듈 덮개 내부에 맞도록 조심스럽게 접습니다.

품질 관리

많은 생명이 안전 기능에 달려 있기 때문에 에어백 생산의 품질 관리 측면은 분명히 매우 중요합니다. 품질 관리가 중요한 두 가지 주요 영역은 불꽃 또는 추진제 테스트와 에어백 및 팽창기 정적 및 동적 테스트입니다.

추진체는 팽창기에 삽입되기 전에 먼저 탄도 테스트를 거쳐 거동을 예측합니다. 인플레이터의 대표적인 샘플을 생산 라인에서 가져와서 15.84 또는 79.20갤런(60 또는 300리터)의 대형 탱크 내부에서 생성된 가스에 의해 생성되는 압력을 시간과 비교하여 측정하는 본격적인 인플레이터 테스트를 통해 적절한 작동을 테스트합니다. 밀리초 단위. 이것은 주어진 속도로 일정량의 가스를 생성하여 적절한 에어백 팽창을 보장하는 팽창기 시스템의 능력을 나타냅니다. 에어백 자체에 직물 및 솔기 결함이 있는지 검사한 다음 누출 여부를 테스트합니다.

실수를 식별하기 위해 생산 공정 라인의 모든 단계에서 자동화된 검사가 수행됩니다. 한 에어백 제조업체는 방사선 촬영(X-레이)을 사용하여 완성된 팽창기를 컴퓨터에 저장된 마스터 구성과 비교합니다. 적절한 구성이 없는 팽창기는 거부됩니다.

미래

에어백의 미래는 항공기 좌석에서 오토바이 헬멧에 이르기까지 다양한 응용이 가능하기 때문에 매우 유망해 보입니다. 미래의 에어백은 보다 경제적으로 생산될 것입니다. 충돌 센서는 자동차 전면의 여러 지점에 위치할 수 있습니다. 이 센서는 와이어링 하니스를 통해 에어백 모듈에 연결됩니다. 에어백 시스템의 다른 두 가지 주요 구성 요소는 진단 모듈과 표시등입니다. 진단 모듈은 차량 시동을 걸 때마다 시스템 테스트를 수행하여 대시보드에 장착된 표시등을 잠깐 켜줍니다. 무게가 가볍습니다. 더 작고 더 통합된 시스템이 포함될 것입니다. 개선된 센서를 사용할 것입니다.

측면 충격 에어백은 운전석 및 조수석 에어백과 유사하게 작동하는 또 다른 가능성입니다. 측면 충돌 에어백은 자동차 도어 패널에 장착되고 충돌 시 머리를 보호하기 위해 창 쪽으로 전개됩니다. 도어 구조 주변의 폼 패딩은 측면 충돌 시 상체를 완충하는 데에도 사용됩니다. 에어백 시스템을 보완하는 머리 및/또는 무릎 받침대(에너지 흡수 패드)도 조사 중입니다. 뒷좌석 에어백도 테스트 중이지만 소비자 수요는 높지 않을 것으로 예상된다.

애프터마켓 에어백 시스템(이미 제작된 모든 차량에 설치할 수 있는 일반 시스템)은 현재 사용할 수 없습니다. 에어백의 효과는 충돌이 전개를 유발할 만큼 심각한지 인식하는 센서에 달려 있기 때문에 시스템은 충돌 시 특정 자동차 모델이 작동하는 방식에 정확하게 조정되어야 합니다. 그럼에도 불구하고 기업들은 개조를 위해 수정된 에어백 시스템을 생산할 수 있는 미래 가능성을 모색하고 있습니다.

압축된 불활성 가스(아르곤)와 추진제의 열을 조합하여 가스의 부피를 크게 확장하는 하이브리드 팽창기가 현재 테스트 중입니다. 이러한 시스템은 더 적은 추진제를 사용할 수 있기 때문에 비용 이점이 있습니다. 에어백 제조업체는 또한 전개되지 않은 형태로 독성이 있는 아지드화나트륨 추진제를 제거하는 시스템을 개발하고 있습니다. 에어백을 보호하고 개방을 용이하게 하는 코팅을 개선하는 작업도 진행 중입니다. 결국 가방은 코팅이 전혀 필요하지 않을 수 있습니다.

미래에는 "스마트" 센서라고 하는 보다 정교한 센서를 사용하여 특정 조건에 맞게 에어백을 배치할 것입니다. 이 센서는 탑승자의 크기와 무게, 탑승자가 있는지 여부(특히 승객이 없는 경우 전개가 불필요할 수 있는 조수석 에어백의 경우), 스티어링 휠(핸들 위로 넘어진 운전자는 에어백 전개로 인해 중상을 입을 수 있음).