Túi khí ô tô bung trong bao lâu và hoạt động theo nguyên lý nào

Túi khí ô tô bung căng hoàn toàn trong khoảng 30–50 mili giây sau khi xe bắt đầu va chạm, nhanh hơn một cái chớp mắt. Trong khoảng thời gian ấy, cảm biến phải nhận ra cú va chạm, bộ điều khiển phải quyết định có bung hay không, và một phản ứng hoá học phải sinh ra đủ khí để thổi phồng chiếc túi. Ngay sau đó túi lại xẹp dần qua các lỗ thoát khí, để đỡ người chứ không bật người ngược lại.

Vì sao túi khí phải nhanh đến thế

Trong một cú đâm trực diện ở tốc độ trung bình, phần đầu xe bẹp lại và xe dừng hẳn chỉ trong khoảng một phần mười giây. Người ngồi trong xe thì chưa dừng: cơ thể vẫn lao về phía trước với tốc độ cũ cho tới khi bị dây an toàn, vô lăng hoặc kính chắn gió chặn lại. Chỉ sau vài chục mili giây, đầu và ngực người lái đã đổ về phía vô lăng.

Túi khí phải căng sẵn trước khi người chạm tới nó. Nếu bung muộn, nó không còn là chiếc gối đỡ mà thành một cú đấm từ vô lăng. Toàn bộ thiết kế của hệ thống xoay quanh việc chạy đua với vài chục mili giây này.

Dòng thời gian một lần túi khí bung

Các con số dưới đây là mức điển hình được nêu trong tài liệu kỹ thuật phổ thông; mỗi hãng xe, mỗi kiểu va chạm và mỗi vị trí túi khí có thời gian khác nhau.

So sánh để dễ hình dung: một cái chớp mắt của người mất khoảng 100–400 ms. Toàn bộ quá trình túi khí bung lên và bắt đầu xẹp diễn ra gọn trong một cái chớp mắt. Đó là lý do nhiều người kể lại rằng họ "không hề thấy túi khí bung", chỉ thấy bụi trắng và mùi khét sau đó.

Cảm biến quyết định thế nào

Thành phần quan trọng nhất không phải chiếc túi mà là bộ não của nó. Các xe hiện đại dùng cảm biến gia tốc điện tử, đặt ở trung tâm xe và thường thêm vài cảm biến ở đầu xe, hai bên sườn. Chúng đo mức độ giảm tốc hàng nghìn lần mỗi giây.

Bài toán khó nằm ở chỗ phân biệt. Xe sụp ổ gà, phanh gấp hay quệt nhẹ vào cột cũng tạo ra gia tốc mạnh trong chốc lát; bung túi khí trong những trường hợp đó vừa tốn kém vừa có thể gây thương tích. Bộ điều khiển phải nhìn vào hình dạng của tín hiệu trong vài mili giây đầu tiên để đoán xem đây có phải cú va chạm đủ nặng hay không. Nhiều xe còn có cảm biến dưới ghế để biết có người ngồi ở ghế phụ không, người đó nặng hay nhẹ, có thắt dây an toàn không, rồi chọn bung mạnh, bung nhẹ hoặc không bung.

Những chiếc túi khí đời đầu dùng cảm biến cơ khí: một viên bi bị giữ bởi nam châm hoặc lò xo, va chạm đủ mạnh thì viên bi lăn tới chạm mạch điện. Ý tưởng cảm biến kiểu này gắn với kỹ sư Mỹ Allen Breed vào cuối thập niên 1960.

Khí ở đâu ra mà nhiều thế

Không bình khí nén nào xả kịp trong vài chục mili giây với dung tích lớn như vậy. Vì thế túi khí dùng một phản ứng hoá học cháy cực nhanh, giống một ngòi pháo được kiểm soát. Tín hiệu điện kích một bộ đánh lửa nhỏ, bộ đánh lửa làm cháy viên nhiên liệu rắn trong bộ sinh khí, phản ứng giải phóng một lượng lớn khí (chủ yếu là nitơ) chỉ trong chớp mắt.

Nhiều thập niên, chất được dùng phổ biến là natri azua. Khi bị nung nóng, nó phân huỷ thành natri và khí nitơ; các chất phụ đi kèm được thêm vào để biến phần natri kim loại nguy hiểm thành hợp chất ổn định hơn. Vì natri azua độc, các thế hệ sau chuyển sang những hỗn hợp nhiên liệu khác. Lớp bụi trắng bay ra khi túi bung chủ yếu là bột chống dính rắc trong túi để nó bung trơn tru, cùng một ít sản phẩm cháy; nó có thể gây cay mắt, khó chịu cổ họng trong chốc lát.

Đây là kiến thức để hiểu, không phải để thử. Bộ sinh khí là một thiết bị chứa chất cháy nổ; tháo, đập hay đốt túi khí đã qua sử dụng hoặc chưa bung đều rất nguy hiểm và chỉ được xử lý ở xưởng có chuyên môn.

Bài học từ vụ thu hồi túi khí lớn nhất lịch sử

Từ khoảng giữa thập niên 2010, hàng chục triệu bộ sinh khí do hãng Takata (Nhật Bản) sản xuất bị thu hồi trên toàn thế giới. Loại nhiên liệu gốc amoni nitrat mà hãng dùng có thể biến chất sau nhiều năm nằm trong môi trường nóng ẩm. Khi túi khí bung, nó cháy quá mạnh, làm vỡ vỏ kim loại của bộ sinh khí và bắn mảnh vào người trong xe. Hàng chục người đã thiệt mạng. Takata nộp đơn phá sản năm 2017.

Vụ việc cho thấy một điều ít ai nghĩ tới: một thiết bị chỉ hoạt động một lần trong đời xe, trong vài chục mili giây, vẫn phải ổn định suốt mười, mười lăm năm ngồi yên dưới nắng nóng. Với người dùng, bài học cụ thể là: khi hãng xe thông báo triệu hồi liên quan tới túi khí, nên mang xe đi thay sớm, vì việc này thường miễn phí và liên quan trực tiếp tới tính mạng.

Các mốc trong lịch sử túi khí

• Đầu thập niên 1950: kỹ sư John Hetrick ở Mỹ và Walter Linderer ở Đức gần như cùng lúc nộp bằng sáng chế cho ý tưởng túi đệm khí trong xe. Thiết kế dùng khí nén, không bung kịp.
• Cuối thập niên 1960: cảm biến va chạm của Allen Breed giúp hệ thống phát hiện va chạm đủ nhanh.
• Thập niên 1970: một số xe Mỹ có túi khí dưới dạng tuỳ chọn, số lượng ít.
• 1981: Mercedes-Benz đưa túi khí người lái kèm bộ căng đai vào dòng S-Class ở châu Âu, mở đầu giai đoạn phổ biến.
• Thập niên 1990 trở đi: túi khí ghế phụ, túi khí bên hông, túi khí rèm, túi khí đầu gối lần lượt xuất hiện; nhiều nước đưa túi khí trước thành yêu cầu bắt buộc.

Túi khí chỉ là "hệ thống bổ sung"

Trên vô lăng nhiều xe có dòng chữ viết tắt SRS, nghĩa là hệ thống bảo vệ bổ sung. Chữ "bổ sung" quan trọng: túi khí được thiết kế với giả định người ngồi đã thắt dây an toàn. Dây giữ người ở đúng vị trí trong những mili giây đầu; túi khí đỡ phần đầu và ngực sau đó. Không thắt dây, người lao tới quá sớm và quá nhanh, có thể gặp túi khí đúng lúc nó đang bung mạnh nhất.

Từ đó có hai lời khuyên ngắn mà mọi tài liệu an toàn đều thống nhất: ngồi cách vô lăng một khoảng vừa phải (các khuyến cáo phổ biến là ít nhất khoảng 25 cm từ ngực tới tâm vô lăng), và không bao giờ đặt ghế trẻ em quay mặt về phía sau ở ghế trước có túi khí đang hoạt động. Trẻ nhỏ nên ngồi ghế sau.

Góc nhìn hôm nay

Túi khí là một ví dụ hiếm hoi về công nghệ mà người dùng mong cả đời không phải thấy nó hoạt động. Muốn hiểu thêm, có thể xem các video thử va chạm quay chậm của những tổ chức đánh giá an toàn xe như Euro NCAP hay ASEAN NCAP: ở tốc độ quay vài nghìn hình mỗi giây, bạn sẽ thấy rõ từng giai đoạn trong bảng trên, điều mà mắt thường không bao giờ kịp bắt.