Nguyên lý hoạt động của dây đai an toàn xe ô tô

• Khi dây đai an toàn được thắt chính xác, chúng sẽ cung cấp toàn bộ lực dừng vào lồng ngực hoặc vùng xương chậu, là những vùng chịu lực khoẻ nhất của cơ thể. Bởi vì dây đai an toàn tác dụng lên một dải rộng ngang theo cơ thể người nên lực dừng không tập trung vào một vùng nhỏ mà được phân tán, vì vậy không gây nguy hiểm lớn.
• Hơn nữa, dây đai an toàn được chế tạo bằng vật liệu mềm dẻo hơn so với bảng đồng hồ và kính chắn gió. Chúng có thể kéo căng được một chút, nghĩa là sự dừng sẽ không quá đột ngột. Vì vậy nếu xảy ra va chạm bạn chỉ có thể dịch chuyển được một chút, và đương nhiên là vẫn không rời chiếc ghế của bạn.

• Ngoài hệ thống dây đai an toàn, người ta còn để cho chiếc xe có những vùng hấp thụ năng lượng va chạm. Những vùng này rất “mềm”, nằm ở phía trước và sau xe. Khi bị đâm từ phía trước hoặc sau đến, đầu xe hoặc đuôi xe sẽ bị dúm lại. Thay cho việc toàn bộ chiếc xe bị dừng lại đột ngột khi đâm vào một chướng ngại vật, nó hấp thụ một phần lực va chạm vào chính phần bị bẹp ở vùng bị va đập, giống như bạn bóp một lon sô đa rỗng. Ca-bin chiếc xe cứng vững hơn, không bị bẹp lại và vì vậy chúng ta tránh được tình trạng “ép cam”.
• Nếu khi đó, chiếc xe vẫn chưa dừng lại thì chính phần đầu xe bị vò nát sẽ là trở ngại đối với chướng ngại vật. Tuy nhiên, những vùng vò nát sẽ chỉ bảo vệ bạn khi bạn đang ở trong ca-bin xe, và đương nhiên nếu bạn thắt dây đai an toàn.

• Loại dây đai an toàn đơn giản nhất, được nhìn thấy ở các trò chơi cảm giác mạnh ở các công viên giải trí. Nó gồm có một sợi dây mảnh gắn chặt với thân xe. Những sợi dây này luôn giữ chặt bạn vào chiếc ghế, rất an toàn nhưng làm bạn hơi khó chịu. Các dây đai an toàn của xe có khả năng co giãn rất tốt. Bạn có thể ngả người về trước trong khi sợi dây vẫn đang ở trạng thái căng. Nhưng nếu có va chạm, dây đai an toàn sẽ đột ngột giữ bạn chặt hơn vào ghế.

3. Giãn và co: Hai yếu tố tiên quyết

• Trong hệ thống dây đai an toàn bình thường, một dải vải được nối với một cơ cấu căng dây. Yếu tố trung tâm của cơ cấu căng dây là một ống xoay gắn với đầu cuối của sợi dây. Bên trong của bộ căng dây là một lò xo cung cấp một lực để xoay ống xoay. Nhờ vậy, ống xoay lập tức cuộn cho sợi dây căng lại bất cứ khi nào dây trùng đi.

• Khi bạn kéo dây ra để thắt vào người, ống xoay sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ và nó sẽ làm quay lò xo hồi vị xoay đi cùng chiều. Thực tế, ống xoay làm việc để giải phóng sức căng của lò xo. Lò xo thì luôn muốn giữ lại hình dạng lúc đầu của nó, vì vậy nó chống lại chuyển động xoắn vào. Nếu bạn giải phóng sợi dây vải, lò xo sẽ kéo chặt lại, xoay ống xoay cùng chiều kim đồng hồ đến khi dây an toàn đạt đến một độ căng nào đó. Bộ căng dây có một cơ cấu khoá để không cho ống xoay bị xoay đi khi chiếc xe va chạm. Hiện nay, có hai hệ thống khoá thông thường:
• Hệ thống được kích hoạt bằng chuyển động của chiếc xe.
• Hệ thống được kích hoạt bằng chuyển động của dây đai an toàn.
• Hệ thống thứ nhất sẽ khoá ống xoay khi chiếc xe giảm tốc đột ngột (khi đâm phải chướng ngại vật chẳng hạn). Sơ đồ dưới đây cho biết kiểu đơn giản nhất của thiết kế này. Nhân tố làm việc trung tâm của cơ cấu này là một quả nặng. Khi chiếc xe dừng lại đột ngột, quán tính của vật nặng làm nó lắc về trước. Một vấu nằm ở đầu kia của vật nặng lập tức chèn vào các răng của bánh răng kết nối với ống xoay. Vì bị vấu cam giữ lại nên bánh răng không thể xoay theo ngược chiều kim đồng hồ nên không thể làm cho ống xoay xoay theo được. Khi dây an toàn bị lỏng ra sau va chạm, bánh răng lại xoay cùng chiều kim đồng hồ và vấu cam được giải phóng ra khỏi bánh răng.

• Hệ thống thứ hai khoá ống xoay khi có vật gì đó giật mạnh sợi dây. Yếu tố làm việc chính của thiết kế này là một ly hợp ly tâm – đòn bẩy (1) có chốt xoay được lắp đặt với ống xoay. Khi ống xoay quay chậm, đòn bẩy không quay quanh trục của nó. Một lò xo giữ nó ở nguyên vị trí. Thế nhưng, nếu dây đai an toàn bị giật đột ngột, làm xoay mạnh ống xoay, lực ly tâm làm cho vật nặng cuối đòn bẩy bắn ra ngoài. Đòn bẩy văng ra đẩy một vấu cam (5) vào một không gian của cơ cấu căng. Cam này được nối với một chốt hãm bởi một chốt trượt trong rãnh nhỏ (4). Khi cam di chuyển sang trái, chiếc chốt di chuyển dọc theo đường rãnh của chốt hãm. Điều này đã kéo chốt hãm vào một bánh răng cóc (2) ăn khớp với ống xoay. Chốt hãm lập tức khoá các răng của bánh cóc không cho nó quay ngược chiều kim đồng hồ, giữ ống xoay không cho dây trùng đi.

• Trên một vài cơ cấu dây đai an toàn mới hơn, bộ căng dây trước va chạm – pretensioner cũng có kết cấu làm việc để làm chặt dây đai, tuy nhiên có hơi khác so với hai thiết kế trên. Sau đây là nguyên lý làm việc của cơ cấu này.
• Ý tưởng của cơ cấu này là thít chặt dây đai an toàn bất cứ lúc nào nó bị lỏng ra trong trường hợp xảy ra va chạm. Ngược lại với cơ cấu khoá thông thường ở một bộ căng dây là giữ dây luôn căng trong mọi tình huống, pretensioner chỉ thực sự kéo sợi dây khi cần thiết. Lực này làm cho chúng ta có một vị trí thích hợp nhất khi xảy ra va chạm. Pretensioner luôn làm việc cùng với cơ cấu khoá thông thường, không thay thế cho chúng.
• Trên thị trường hiện có một số hệ thống pretensioner khác nhau. Một vài loại kéo toàn bộ cơ cấu căng dây về sau, một vài loại chỉ quay ống xoay mà thôi. Thông thường, pretensioner được kết nối với bộ xử lý điều khiển trung tâm cùng với điều khiển túi khí. Bộ xử lý sẽ giám sát toàn bộ các tín hiệu từ cảm biến cơ khí hoặc điện tử khi phát hiện ra sự giảm tốc đột ngột của va chạm.
• Khi một cuộc va chạm được phát hiện thấy, bộ xử lý sẽ kích hoạt các bộ căng dây sau đó kích hoạt đến túi khí. Một vài bộ pretensioner được thiết kế dùng mô tơ điện hoặc cuộn dây điện, nhưng đa số các thiết kế phổ thông hiện nay lại sử dụng hạt lửa để kéo căng dây an toàn. Sơ đồ dưới đây cho biết một mẫu điển hình của thiết kế này.