في الحديث عن انظمة الامان المتواجدة في السيارات
يتم استخدام قيود الركاب لمساعدة الراكب على ركوب السيارة. فهي تسمح بتباطؤ السيارة بدلاً من الطيران الحر داخل هيكل السيارة أو في الهواء. مزيج من حزام الحوض والكتف هو نظام التقييد الأكثر شيوعا. تتكون الأحزمة من أقمشة الويب التي تتطلبها اللوائح في مختلف البلدان لتحمل حمولة 6000 رطل (2700 كجم) ويتم تثبيتها أسفل هيكل السيارة وقضيب السقف. يتم توفير آليات تحرير المزلاج من نوع زر للإبزيمات
وهناك خط آخر من التطوير الهندسي يركز على القيود السلبية التي لا تتطلب أي إجراء من جانب الراكب. على وجه الخصوص، تم إدخال أكياس الهواء التجارية في عام 1980، وجميع السيارات الجديدة التي تباع في الولايات المتحدة منذ عام 1998 (1999 للشاحنات الخفيفة) قد تتطلب كل من أكياس الهواء للسائق والراكب الأمامي
و فيما يلي العملية الرائعة عن طريقة عمل الوسائد الهوائية و هي التي عندما تتعرض المركبة المجهزة بكيس هواء لتصادم "قوي"، ما يزيد عن 10 ميل (16 كم) في الساعة، يرسل جهاز استشعار الاصطدام إشارة كهربائية تطلق انفجارًا يولد غاز النيتروجين لنفخ أكياس الهواء الموجودة في عمود التوجيه، ولوحة أجهزة القياس الأمامية، وربما مواقع أخرى. وتنفجر أكياس الهواء من مواقعها وتنتفخ إلى وضع بين الركاب وهيكل السيارة في أقل من واحد على عشرة من الثانية.
وتمتص أكياس الهواء المنتفخة طاقة الاصطدام من الركاب عن طريق دفع الغاز للخارج من خلال سلسلة من المنافذ أو الفتحات في نسيج كيس الهواء. أكياس الهواء تنهار في حوالي ثانية واحدة، مما يسمح للركاب للخروج من السيارة.
فالتقديرات تشير الى ان ٤٦ في المئة من الوفيات في المقاعد الامامية يمكن ان تزول بواسطة اكياس الهواء عندما تُستعمل مع حزام الحوض او حزام الحضن والكتف. هذا هو تحسين بنسبة 10 في المئة على استخدام أنظمة حزام الحوض والكتف وحدها. كيس الهواء الأمامي لا يوفر الحماية في الاصطدامات الجانبية أو الخلفية أو في التأثيرات الطويلة من الانقلاب. ومع ذلك، فإن أكياس الهواء الإضافية المركبة على الجانب، توفر قدرا من الحماية في الصدمات الجانبية، وهي متاحة في بعض طرازات المركبات.
تعمل أجهزة امتصاص الطاقة ذات التأثير الداخلي على زيادة أنظمة التقييد عن طريق امتصاص الطاقة من الراكب مع تقليل الإصابات. عمود التوجيه الممتص للطاقة، الذي تم تقديمه في عام 1967، هو مثال جيد على هذا الجهاز. وقد تكون لوحات العدادات وزجاج الزجاج الأمامي والأسطح الأخرى التي قد يصطدم بها الراكب غير المقيد مصممة لامتصاص الطاقة بطريقة يمكن التحكم بها.
وتشمل أجهزة امتصاص الطاقة الناتجة عن الصدمات الخارجية العناصر الهيكلية لهيكل السيارة والجسم، والتي قد تكون مصممة للتشوه بطريقة مضبطة لإبطاء سرعة السيارة بشكل تدريجي، ونتيجة لذلك، تترك قوة أقل للركاب. وقد تم بناء أنابيب رفع الضغط في شكل مخالفات القسم في الإطارات الأمامية لأعضاء بعض السيارات. وهي مصممة لتلتصق تحت الأحمال الشديدة وتمتص الطاقة في هذه العملية.
ضوابط الانبعاث :
وتشمل المنتجات الثانوية لتشغيل محرك البنزين أول أكسيد الكربون، وأكاسيد النيتروجين، والهيدروكربونات (مركبات الوقود غير المحترقة)، والتي يعد كل منها ملوثًا. للسيطرة على تلوث الهواء الناجم عن هذه الانبعاثات، تضع الحكومات معايير الجودة وإجراء عمليات التفتيش لضمان الوفاء بالمعايير. وأصبحت المعايير أكثر صرامة تدريجيا، وأصبحت المعدات اللازمة لاستيفائها أكثر تعقيدا.
تم إدخال تعديلات مختلفة على المحرك والتي تغير خصائص الانبعاث بنجاح. وتشمل هذه النسب المعدلة بين الهواء والوقود، وانخفاض نسب الانضغاط، وتأخر توقيت الشرر، وانخفاض نسب سطح -حجم غرفة الاحتراق، وتقارب تحمل الإنتاج. لتحسين القدرة على القيادة ("الاستجابة") لبعض الترتيبات، يتم توصيل الهواء المسخن مسبقًا من المبادل الحراري على مجمع العادم إلى منقي الهواء.
وقد تم التحكم في التبخر غير المرغوب فيه لهيدروكربونات البنزين في الهواء عن طريق سد خزان الوقود وتهوية الخزان من خلال فاصل بخار السائل إلى علبة تحتوي على الفحم المنشط. أثناء تشغيل المحرك يتم إزالة هذه الأبخرة وحرقها في المحرك.
ومن بين أجهزة التحكم في الانبعاثات التي تم تطويرها في السبعينيات كانت المحولات الحفازة (أجهزة لتعزيز احتراق الهيدروكربونات في العادم)، وأنظمة إعادة تدوير غاز العادم، والمفاعلات المتعددة، وحقن الوقود، وعناصر الإشعال الأحادية.
يتكون المحول الحفاز من غرفة معزولة تحتوي على طبقة مسامية، أو ركيزة، مغطاة بمادة حفازة يجب أن يمر من خلالها غاز العادم الساخن قبل تفريغه في الهواء. الحفاز هو واحد من مجموعة متنوعة من أكاسيد المعادن، عادة البلاتين أو البلاديوم، والتي يتم تسخينها بواسطة غاز العادم إلى حوالي 500 درجة مئوية (900 درجة فهرنهايت).
عند درجة الحرارة هذه، تتأكسد الهيدروكربونات غير المحترقة وأول أكسيد الكربون بشكل أكبر، في حين يتم اختزال أكاسيد النيتروجين كيميائيًا في غرفة ثانية مع حفاز مختلف. وتشمل مشاكل المحفزات عدم تحمّلها للوقود المحتوي على الرصاص والحاجة إلى منع السخونة المفرطة.
(ديسمبر 2018) إعادة تدوير غاز العادم هي تقنية للتحكم في أكاسيد النيتروجين، التي تتكون عن طريق التفاعل الكيميائي للنيتروجين والأكسجين في درجات حرارة عالية أثناء الاحتراق. فإما أن يؤدي خفض تركيزات هذه العناصر أو خفض درجات حرارة دورة الذروة إلى تقليل كمية أكاسيد النيتروجين المنتجة. ولتحقيق ذلك، يتم تمرير غاز العادم من مجمع العادم إلى مجمع السحب. وهذا يضعف من خليط الوقود والهواء الوارد ويقلل بشكل فعال من درجة حرارة الاحتراق. كمية إعادة تدوير الهواء هي وظيفة وضع الخانق ولكن في المتوسط حوالي 2 في المئة.
مفاعلات المشعب هي مشعبات عادم متضخمة ومعزولة التي يتم حقن الهواء فيها والتي يستمر فيها احتراق غاز العادم. فعالية مثل هذه الوحدات تعتمد على كمية الحرارة المتولدة وطول الوقت الذي يكون فيه الغاز داخل المشعب. وتُستخدم المواد المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ والسيراميك لتوفير المتانة في درجات حرارة التشغيل العالية (نحو ٣٠٠, ٢ درجة فهرنهايت).
حقن الوقود، كبديل للكربون، يستخدم عالميا تقريبا للحد من انبعاثات العادم. القياس الدقيق للوقود لكل أسطوانة يوفر وسيلة للتأكد من أن نسبة الهواء إلى الوقود الصحيحة كيميائيا يتم حرقها في المحرك. هذا يزيل التغيرات من اسطوانة إلى اسطوانة وميل الاسطوانات التي هي أبعد من المكربن للحصول على وقود أقل من المطلوب. تتوفر مجموعة متنوعة من أنظمة القياس والتحكم تجارياً. يتم استخدام الحقن الموقت، الذي يتم فيه ضخ كمية صغيرة من البنزين في كل أسطوانة أو منفذ صمام مدخل خلال شوط دخول المكبس، في عدد من السيارات.
في العديد من أنظمة حقن الوقت، يتم تنظيم المضخات الفردية في كل صمام سحب (توقيت) من قبل المعالج الدقيق الذي يراقب تفريغ السحب، ودرجة حرارة المحرك، ودرجة حرارة الهواء المحيط، وموضع الخانق ويضبط وقت ومدة الحقن وفقا لذلك.
في أوائل القرن الحادي والعشرين كانت السيارات تسير أكثر من 3.2 تريليون ميل سنويًا في الولايات المتحدة. هذه زيادة بأكثر من 58 فى المائة خلال 30 عاما.
المركبات الكهربائية والهجينة.
تم تصنيع السيارات الكهربائية والشاحنات الحديثة بأعداد صغيرة في أوروبا واليابان والولايات المتحدة منذ الثمانينيات. ومع ذلك، فإن الدفع الكهربائي ممكن فقط للمركبات قصيرة المدى نسبيا، وذلك باستخدام الطاقة من البطاريات أو خلايا الوقود. في نظام نموذجي، مجموعة من بطاريات الرصاص الحمضية متصلة في سلسلة من محركات حث التيار الكهربائي البديل (AC) لدفع السيارة.
عندما يتم استبدال بطاريات هيدريد النيكل المعدني، يتم مضاعفة نطاق القيادة. يقوم مقوم الحالة الصلبة أو محول الطاقة بتغيير التيار المستمر الذي توفره حزمة البطارية إلى خرج تيار متردد يتحكم فيه السائق باستخدام دواسة التسارع لتغيير جهد الخرج. بسبب خصائص عزم دوران المحركات الكهربائية، لا توجد حاجة إلى ناقل الحركة التقليدي من نوع التروس في معظم التصميمات.
تقليل الوزن والسحب، وكذلك أنظمة التجديد لاستعادة الطاقة التي كانت ستفقد، هي اعتبارات مهمة في إطالة عمر البطارية. يمكن إعادة شحن البطاريات في ست ساعات من منفذ كهربائي منزلي.
لا تحتوي أنظمة تخزين البطاريات التقليدية على نسب عالية من القدرة إلى الوزن للتسارع أو نسب الطاقة إلى الوزن لمجموعة القيادة لمطابقة المركبات للأغراض العامة التي تعمل بالبنزين. بيد أن التطبيقات ذات الأغراض الخاصة قد تكون عملية نظرا لخصائص النظام الممتازة المنخفضة الانبعاث. وقد استخدمت هذه الأنظمة لتشغيل المركبات على سطح القمر وفي المركبات الصغيرة المتخصصة التي تدار داخل المصانع.
ويجري الآن إنتاج العديد من المركبات الهجينة. فهي تجمع بين محرك بنزين فعال ومحرك كهربائي خفيف الوزن وعالي الانتاج ينتج طاقة إضافية عند الحاجة. أثناء القيادة العادية، يصبح المحرك مولدًا لإعادة شحن حزمة البطارية. وهذا يلغي الحاجة إلى توصيل السيارة بمأخذ كهربائي لإعادة الشحن. الميزة الأساسية للهجين هي أن النظام يسمح بتقليص حجم المحرك والعمل دائما في نطاق كفاءته المثلى من خلال استخدام ضوابط إلكترونية متقدمة للمحرك وناقل الحركة.
النظم التجريبية.
تنفق صناعة السيارات في الولايات المتحدة 18 مليار دولار أو أكثر على البحث والتطوير لمنتجات المستقبل في عام نموذجي -وهو أكثر ما تنفقه أي صناعة في الولايات المتحدة. وتفرض الضغوط المتزايدة من مختلف الحكومات على المصنعين تطوير مركبات منخفضة الانبعاثات وغير منعدمة الانبعاثات. وقد قدرت السلطات في كاليفورنيا أن السيارات تنتج 40 في المئة من غازات الدفيئة التي يعتبرونها مسؤولة عن تغير المناخ.
ولمواجهة هذا التحدي، يعمل المصنعون على وضع جدول زمني لإنتاج تصاميم اكثر فعالية للمركبات.
ومن المتوقع أن يؤدي التوسع في إجمالي سوق السيارات المحتمل في المستقبل والاهتمام بالبيئة إلى تغيير السيارات في المستقبل. وقد تدعو الحاجة إلى مركبات ذات أغراض خاصة مصممة لأداء وظائف حضرية أو ريفية محددة، مع وجود نظم طاقة مناسبة لكل نوع من أنواع الاستخدام. وتشمل الاحتمالات الطاقة الشمسية والبخار وتوربينات الغاز، والتوليفات الهجينة الجديدة، وغيرها من مصادر الطاقة.
وأعيد فحص محطات توليد الطاقة بالبخار في ضوء التكنولوجيا الحديثة والمواد الجديدة. عملية الاحتراق المستمر المستخدمة لتسخين مولد البخار توفر احتمال تحسين خصائص الانبعاثات.
تم اختبار توربينات الغاز على نطاق واسع ولها خصائص عزم دوران جيدة، وتعمل على مجموعة واسعة من أنواع الوقود، ولها نسب عالية من القدرة إلى الوزن، وتفي بمعايير الانبعاثات، وتوفر التشغيل الهادئ. وقد أظهرت بعض الدراسات أن مزايا النظام تتحقق على أفضل وجه في المركبات الثقيلة التي تعمل لفترات طويلة
سرعة ثابتة تقريبا. يمكن تحسين الكفاءة وخصائص التشغيل عن طريق زيادة درجات حرارة التشغيل. وقد يصبح ذلك مجديًا تجاريًا باستخدام المواد الخزفية التي تكون فعالة من حيث التكلفة.
تتطلب التصاميم الناجحة أنظمة تجديد لاستعادة الطاقة من غاز العادم الساخن ونقلها إلى الهواء القادم. وهذا يحسن من الاقتصاد في استهلاك الوقود، ويقلل من درجات حرارة العادم إلى مستويات أكثر أمانا، ويقضي على الحاجة إلى كاتم صوت في بعض التصميمات.
وقد تم دراسة عدد من التصميمات الأخرى التي تنطوي على اختلافات في دورات احتراق المحركات مثل تصاميم البنزين والديزل ذات الشاحن التوربيني (ثنائي وأربعة أشواط). تم إنتاج المحركات الدوارة في ألمانيا واليابان، ولكن تم إيقافها بالكامل تقريبًا بسبب تعقيد التحكم في انبعاثات العادم.
توقيت الصمام المتغير يمكن أن يحسن الأداء والاقتصاد ويوفر المزيد من عزم دوران المحرك الثابت عند سرعات المحرك المختلفة. عن طريق تأخير فتح صمام عادم المحرك، يتم إعادة تدوير غاز العادم بشكل فعال للحد من انبعاثات العادم. ويمكن لهذا الغرض استخدام الصمامات الكهروهيدروليكية التي تحل كلياً محل تصاميم عمود الكامات المعقدة، أو الصمامات الوسيطة التي يمكن نقلها لتغيير الشكل الهندسي لسلسلة توقيت عمود الكامات وفتحة الصمام المتأخر.
وقد تم بناء مركبات تجريبية كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية من قبل الجامعات والمصنعين. وقد أثبتت مناطق تجميع الطاقة الشمسية أنها كبيرة جدا للسيارات التقليدية. ويستمر تطوير تصميم الخلايا الشمسية.
أصبحت المعالجات الدقيقة ذات أهمية متزايدة في تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود والحد من انبعاثات العادم غير المرغوب فيها لجميع أنواع المركبات. وقد احرزت بعض التقدم الابحاث الرامية الى تطوير ما يُدعى المركبات الذكية القادرة على مساعدة السائق والعمل دون تدخل السائق، على الاقل على طرقات خصوصية، مع ازدياد استخدام التكنولوجيا المساعدة كمعيار. وقد أصبحت هذه التطورات ممكنة بفضل أجهزة الكمبيوتر الرقمية ذات الحالة الصلبة التي يمكن الاعتماد عليها إلى حد كبير وأجهزة الاستشعار الإلكترونية التي يمكن الاعتماد عليها بنفس القدر.
عملت صناعة السيارات مع الهيئات الحكومية لربط المركبات ببيئاتها باستخدام إشارات الاتصالات المتقدمة والأنظمة الإلكترونية والحواسيب الرقمية، سواء داخل المركبة أو على متن الأقمار الصناعية أو في مواقع نائية أخرى. يمكن تقسيم التطبيقات إلى وظائف للمساعدة في نظام المركبات الأساسية، وتطبيقات السلامة والأمن، وأنظمة المعلومات والترفيه.
صناعة السيارات مسؤولة عن حوالي ثلثي المطاط، ونصف البلاتين، وثلث الألومنيوم، وسبع الصلب، وعشر النحاس المستهلك في الولايات المتحدة كل عام. حوالي أربعة أخماس المواد في السيارة قابلة لإعادة التدوير، وفي الولايات المتحدة يتم إعادة تدوير 19 سيارة من أصل 20 سيارة خردة. ولأن السيارات من المرجح أن تظل جزءاً مهماً من نظام النقل، فإنها تتطلب تحسيناً مستمراً في السلامة والتحكم في الانبعاثات فضلاً عن الأداء والتكلفة.