6 SUBANSAMBLELE SISTEMELOR DE REȚINERE SI PROTECȚIE A PASAGERILOR……………………………………………………………………119… [306600]

6 SUBANSAMBLELE SISTEMELOR DE REȚINERE SI PROTECȚIE A

PASAGERILOR……………………………………………………………………119

6.1 Concepția sistemelor de siguranță pasivă interioară…………………………………………………………………….119

6.2 Regulamente si Directive in vigoare …………………………………………………………………………………………….120

6.3 Ansamblul centură de siguranță…………………………………………………………………………………………………..120

6.3.1 Generalități ………………………………………………………………………………………………………………………120

6.3.2 Retractorul acționat mecanic ……………………………………………………………………………………………121

6.3.3 Retractorul cu blocare comandată electronic……………………………………………………………………123

6.3.4 Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranță ………………………………………………………125

6.3.5 Limitatorul de efort ………………………………………………………………………………………………………….129

6.3.6 Ajustarea inălțimii de prindere a centurilor. Centuri de siguranță ancorate de scaun.

Tetiere. 131

6.4 Ansamblu AIRBAG……………………………………………………………………………………………………………………….136

6.4.1 Noțiuni de bază………………………………………………………………………………………………………………..136

6.4.2 [anonimizat] ……………………………………………………………………………………..141

6.4.3 Determinarea cantității de combustibil necesară umflării unui airbag……………………………….142

6.4.4 Evoluția airbagului……………………………………………………………………………………………………………143

6.4.5 Dezactivarea airbagului ……………………………………………………………………………………………………144

6.4.6 Dezvoltarea sistemelor airbag ………………………………………………………………………………………….145

6.4.7 [anonimizat]. Senzori utilizați la sistemele

de siguranță pasivă………………………………………………………………………………………………………………………..150

6.5 Siguranța la volan. Poziția corectă de conducere…………………………………………………………………………

1 SIGURANȚA PASIVĂ A [anonimizat] a [anonimizat].

[anonimizat]:

[anonimizat] a

[anonimizat] ( bicicliști, motocicliști). Factorii care influențează siguranța exterioară sunt: forma autovehiculului și comportamentul caroseriei la deformare;

Siguranță interioară, prin aceasta urmărindu-se reducerea forțelor și accelerațiilor care acționează asupra ocupanților unui autovehicul la un posibil accident.

Dintre factorii care influențează siguranța interioară se pot aminti:

– Sistemele de reținere a pasagerilor și bagajelor;

– Interiorul autovehiculului, prin zonele posibil de a fi lovite de pasageri;

– Sistemul de direcție;

– Deformarea caroseriei autovehiculului;

– Modul de fixare a parbrizului;

– Protecția împotriva incendiilor;

– Penetrarea prin parbriz a diferitelor componente din construcția autovehiculului.

În anul 1930 statisticile privind victimele “armei mortale” erau indiscutabil nefavorabile. Numărul victimelor la 100.000 de mile parcurse de automobile a ajuns in USA la 15,6 persoane în comparație cu 3,5 în anul 1980 și 1,8 în prezent. Cifrele sunt într-o continuă scădere, dar ar trebui să fie mult mai mici pentru ca societatea să privească transportul rutier ca fiind sigur.

Cu toate că pregătirea și instruirea conducătorului auto sunt cele mai ieftine și ideale căi de creștere a siguranței rutiere efective, din păcate nici una dintre ele nu este cu adevărat eficace și obiectivul de creare a unui mediu rutier mai sigur a revenit tehnologiei. O primă soluție este proiectarea de autovehicule și infrastructuri rutiere care sunt suficient de eficiente în sensul prevenirii apariției unui accident. Pericolele sunt evitate prin utilizarea unei întregi game de tehnologii, de la frânarea ABS, ESP, dezvoltare sistemelor de frânarea automată pentru evitarea obstacolelor pană la diverse materiale pentru învelișul asfaltic și controlul computerizat al traficului urban. A doua soluție este de a construi autovehicule care să protejeze pasagerii în caz de accidente. Această soluție definește conceptul de „Securitate Pasivă” oferită de autoturism pasagerilor în caz de accident. Cele două aspecte ale siguranței rutiere coexistă, rămânând totuși independente unul de celălalt. Astăzi, companiile producătoare de autovehicule se confruntă cu reglementări legislative tot mai stricte în privința unor aspecte ale siguranței pasive a autovehiculelor. Siguranța pasagerilor unui autovehicul și a pietonilor a condus la necesitatea înțelegerii efectelor accidentului asupra oamenilor, care se subdivid in bărbați, femei si copii, având caracteristici biologice si fizice diferite. Statistice arată că un procent de peste 60% din totalul accidentelor îl reprezintă coliziunile frontale, coliziunile laterale dețin un procent de 30% din totalul numărului de accidente, peste 26% din totalul deceselor în urma accidentelor rutiere și peste 17% din totalul vătămărilor grave au loc în cazul coliziunilor laterale.

Începând cu anii 1930, proiectanții de autovehicule au acordat atenție producerii unor autovehicule capabile să asigure o protecție mai bună pasagerilor în cazul unui accident. Laboratoarele Aeronautice Cornell au realizat studii detaliate ale accidentelor auto. Fizicieni, doctori și ingineri au lucrat împreună, înregistrând și analizând cauzele și efectele vătămărilor provocate în accidente.

A devenit clar faptul că impactul cu volanul și bordul sunt cauzele cel mai frecvent întâlnite în cazul vătămărilor grave, iar aruncarea din vehicul o cauza majoră a deceselor. În prezent îmbinarea științelor medicale cu ingineria a condus la proiectarea, dezvoltarea și producerea de interioare și structuri de autovehicule care oferă o protecție deosebită ocupanților habitaclului. General Motors, cât și alte companii din SUA și Europa, au realizat importanța studiului aprofundat în domeniul siguranței pasive a automobilului între anii 1956 și 1958, departamentele de cercetare în domeniul ingineriei auto au inițiat și dezvoltat programe care s-au concentrat asupra proiectării unui interior auto cat mai protector. În 1959, s-au publicat rezultatele cercetării lor, prezentându-se un vehicul de concepție nouă, cu multe elemente de siguranță. Aproape 20 dintre acestea sunt acum produse standardizate,incluzând coloana de direcție deformabilă, geamurile dublu securizate și planșa de bord din materiale spongioase. Multe dintre aceste elemente au fost introduse in producția de serie începând cu anul 1960. General Motors a testat de asemenea în 1959 un airbag sub forma unui panou de bord gonflabil, în 1960 tot General Motors a proiectat prima instalație de tractare pentru autovehiculele supuse la coliziune, aceasta fiind instalată la Centrul Medical al Universității Wayne. Pentru prima dată compania putea simula și măsura dinamica și impactul unui ocupant al autovehiculului. În acea perioada se derula Programul Spațial Mercury și acesta a furnizat date despre supraviețuirea omului supus unor decelerații foarte mari. Începând cu anul 1967 , automobilele fabricate de General Motors foloseau geamuri rezistente la șocuri. Aceasta este una dintre cele mai semnificative contribuții la Securitatea Pasivă a automobilului. Soluția a contribuit la îmbunătățirea procentului de supraviețuire pentru conducător și pasageri, și a redus de asemenea vătămările provocate pietonilor la lovirea acestora. Dacă un pieton este lovit de un autovehicul, pericolele sunt evidente, iar parbrizul este una din cele mai “favorabile” zone cu care acesta poate intra in contact. Impactul dintre vehicul și pieton este în prezent o problemă foarte importantă a Securității Pasive fiind dezvoltate noi sisteme de protejare a acestuia. Date statistice arată faptul că în accidente rutiere sunt uciși mult mai mulți pietoni decât pasageri ai vehiculelor implicate. Un pieton lovit cu viteză de 60 km/h este foarte probabil să fie ucis, indiferent de soluțiile de siguranță încorporate în dotarea autovehicul. Separarea pietonilor de trafic prin infrastructuri stradale este cea mai eficienta metoda pentru siguranța pietonilor, tehnologia având totuși un cuvânt important de spus în acest domeniu. În prezent companiile constructoare de mașini, perfecționează echipamente care să permită evitarea coliziunii, pe bază de radar sau ultrasunete, care să frâneze automat la apariția pericolului de a lovi un obstacol, inclusiv un pieton.

Datorită centurilor de siguranță și airbag-urilor, s-a produs o modificare în domeniul severității vătămărilor provocate în caz de accident. Numărul acestora s-au redus și în prezent se lucrează la a doua generație de airbag-uri pentru a se reduce orice efect colateral care ar putea să apară, cum ar fi contuziile sau zgârieturile. S-au luat în considerare și airbag-urile adiționale, inclusiv pentru uși. O problemă o constituie airbag-urile pentru pasagerii scaunelor din spate și ca întotdeauna pentru o tehnologie nouă, raportul cost/beneficiu trebuie luat în calcul. Se pare că o “centura gonflabilă” pentru pasagerii din spate reprezintă o soluție mai bună decât un airbag. Airbag-ul pentru pasagerii scaunelor din spate va trebui instalat în spătarele scaunelor față. Din cauză că acestea sunt ajustabile, un sistem compensatoriu este necesar, pentru a se păstra unghiul spătarului corect, impunându-se astfel, complexitate tehnologică și costuri ridicate. În plus față de toate aspectele menționate s-au luat în considerare o întărire a structurii caroseriei vehiculului si modificări mecanice în funcționarea centurii de siguranță. Scaunul automobilului a devenit unul dintre cele mai importante elemente în ecuația securității pasive, deoarece de acesta pot depinde foarte mult urmările pasagerilor unui accident. Se prevăd schimbări majore în proiectarea scaunelor pentru a reduce vătămările corporale în caz de accident. De asemenea se știe că în accidentele foarte dure, dacă scaunul cedează, ocupantul poate fi aruncat afara deși este asigurat cu centura de siguranță. Aproape toți producătorii de autovehicule acordă o atenție deosebită centurilor de siguranță cu pretensionare, care la soc lipesc pasagerul de scaun, având astfel o fixare mult mai bună.

Fiecare constructor de autovehicule are propria sa filosofie în privința ingineriei securității pasive, folosind un tip specific de structura de șasiu, cu o deformare specifică proiectată, calculată și testată. Aceasta dictează ce trebuie făcut în interiorul habitaclului pentru o siguranță cât mai eficientă.

Proiectarea și producerea de manechine pentru coliziuni, care permit producătorului realizarea unor teste și simulări pentru a obține vehicule cât mai sigure a devenit o mică industrie, însă de înalt nivel tehnologic. Manechine complete și părți de rezervă se livrează în aproximativ 500 de unități pe an. Sunt disponibile șase dimensiuni ale manechinelor, manechine copii în diferite faze pentru testarea scaunelor destinate lor, manechine pieton și manechine pentru coliziunile laterale în diferite variante.

6.1sisteme de siguranță pasivă interioară

Concepția și punerea la punct a unui sistem de reținere a pasagerilor se face urmărind trei aspecte:

activarea sistemului de reținere numai în cazul unui soc suficient de violent;

optimizarea sistemului de reținere;

neagresivitatea sistemului de reținere în cazul activării în configurații nenominale (ex: activarea airbag-ului când capul este întors).

Criteriile de activare a celor două sisteme sunt diferite. Sistemul de pretensionare trebuie activat cât mai repede, când sistemul de detecție a identificat că violența socului impune utilizarea lui, în timp ce airbag-ul trebuie să fie umflat când ocupantul îl lovește. Activările sistemelor de reținere cu pretensionare și a airbag-urilor sunt independente și depind de violența socului.

Sistemul de acționare a mecanismului de pretensionare se declanșează în cazul unui impact frontal cu un rigid la o viteză cuprinsă între 10 si 15 km/h, iar sistemul de activare al airbag-ului se declanșează în cazul unui impact frontal cu un rigid la o viteză în jur de 20 km/h.

Optimizarea unui sistem de reținere se descompune în următoarele trei etape :

Simularea pe calculator;

Încercări dinamice tip catapultă;

Încercări pe vehicul.

Simularea pe calculator permite optimizarea sistemului de reținere cu ajutorul programelor specializate (MADYMO, PAM SAFE). În aceste aplicații software se realizează reproducerea habitaclului vehiculului și instalarea unor ocupanți virtuali. Tot prin simulare pe calculator ansamblul este supus la decelerația habitaclului apărută în cazul socului real. Există posibilitatea, să se încerce mai multe sisteme de reținere în diferite configurații, în scopul optimizării acestora.

Încercări dinamica tip catapultă permit validarea optimizării obținute prin simulare. Aceste încercări constau în supunerea unui șasiu rigid la decelerația habitaclului din timpul unui soc real. Șasiul este echipat cu elemente din caroseria vehiculului și cu manechine simulatoare de pasageri.

Încercari pe vehicul. Aceste încercări constau în testarea la coliziune a 5-10 vehicule echipate cu sistemul de reținere, într-o configurație de soc reprezentativă pentru realitatea rutieră.

În paralel cu punerea la punct a modului de reținere a pasagerilor, sunt activate o serie

de încercări de tipul “Out Of Position“. Acestea constau în asigurarea neagresivității sistemului, în mod special a airbag-ului, atunci când este activat și ocupantul nu se află într-o poziție normală.

3. Ansamblul centură de siguranță

3.1 Generalități

Procentul vătămărilor grave provocate de coliziuni poate fi redus rezonabil dacă ocupanții vehiculului sunt reținuți pe scaune cu niște dispozitive speciale, numite centuri de siguranță. La începutul industriei auto echiparea cu centuri de siguranță nu reprezenta o prioritate și avea doar un caracter experimental; cu trecerea timpului performanțele s-au îmbunătățit, astfel că în momentul de față s-a impus prin lege utilizarea centurilor în majoritatea țărilor. Centura de siguranță a fost utilizată pentru prima dată în aviație, aceste modele aveau doar două puncte de ancorare și erau constituite dintr-o chingă care trecea peste abdomenul pasagerului cu denumirea de „centură în două puncte”, acest model fiind adoptat și la automobile. Odată cu evoluția automobilului centurile de siguranță în două puncte au fort înlocuite cu cele în trei puncte, pasagerul fiind reținut de o chingă care trece peste abdomen si peste umărul pasagerilor. O categorie aparte o constituie centurile de siguranță destinate autovehiculelor de curse, unde se folosesc centuri de siguranță de tip „ham” in cinci dau mai multe puncte de prindere. Pe scara evoluției se mai poate aminti modul de acționare a centurilor de siguranță, acesta fiind prezentat în capitolele ce urmează.

3.2 Retractorul acționat mecanic

Elementul central al retractorului este bobina (mosorul), care este prins la un capăt al chingii. În interiorul retractorului, un arc acționează cu o forță de rotație asupra mosorului, în momentul în care se acționează pentru derularea centurii, mosorul se rotește în sens anti orar rotind în același sens resortul. Rotirea mosorului are ca tensionarea arcului, acesta tinde să fie readus la forma inițială, deci, el se opune derulării centurii. Retractorul are un mecanism de blocare, care oprește mosorul în momentul când autoturismul este implicat într-o coliziune. Dacă chinga centurii tinde să se ruleze pe mosor, resortul, tensionat datorită mișcării de derulare, va roti mosorul în sensul acelor de ceasornic până când în chingă va apare un efort egal cu cel din resort.

Sunt utilizate două tipuri de mecanisme de blocare:

Sistem declanșat de mișcarea autovehiculului;

Sistem declanșat de mișcarea centurii;

Figura 1 Retractor cu sistem de blocare de tip masă inerțială

Primul tip blochează mișcarea mosorului în momentul care autovehiculul decelerează brusc. În Figura 1 este prezentat acest de sistem de blocare. Elementul central al mecanismului de blocare este un pendul (Figura 1), când autovehiculul tinde să se oprească brusc, inerția masei pendulului tinde să-l deplaseze pe acesta spre înainte, clichetul de la celălalt capăt al pendulului angrenează cu roata dințată atașată de mosorul retractorului, blocând mișcarea de rotație a mosorului,blocând astfel și centura de siguranță. Când tensiunea din centură scade, după trecerea situației de pericol, sectorul dințat se va roti iar clichetul va ieși din angrenare, deblocând astfel mecanismul.

Al doilea sistem de blocare sensibil al centurii este bazat pe un cuplaj centrifugal activat de accelerare rapidă a curelei de pe tambur sau bobină. Centura poate fi trasa de pe tambur încet și treptat, iar atunci când se extinde pasagerul centura se poate bloca pentru al fixa. O tragere rapidă a centurii la fel ca în cazul unei frânari bruște sau coliziuni, eveniment brutal, duce blocarea tamburului și imobilizarea ocupantului în poziția respectivă. În Figura 2 este prezentat schematic acest mecanism. Partea principală a acestui tip de mecanism de blocare este pârghia cu gheară care se rotește sub acțiunea forței centrifuge. Pârghia montată pe mosor are o mișcare de rotație proprie în jurul unui ax și o alta tot de rotație împreună cu mosorul. Când mosorul are viteză de rotație mică pârghia nu se rotește în jurul axului pe care este articulată, fiind menținută de un resort în poziția inițială. Dacă viteza mosorului crește, centura de derulează brusc, forța centrifugă care ia naștere datorită masei pârghiei în capătul opus celui de fixare prin resort va genera o mișcare de rotație a acesteia în jurul axului pe care este montată. Capătul liber al pârghiei va acționa asupra unei came montată în carcasa retractorului. Cama este conectată cu un clichet prin intermediul unui știft, când cama se deplasează spre stânga, știftul se va deplasa într-o decupare a clichetului, aducându-l pe acesta în angrenare cu sectorul dințat atașat de mosor și împiedicând mișcarea de rotație a mosorului, deci derularea centurii.

Figura 2 Mecanism de blocare a retractorului, cu pârghie

6.3.3 Retractorul cu blocare comandată electric

Acest tip de mecanism retractor se afla pe spătarul scaunelor echipate cu centuri de siguranță. Acest sistem se activează în cazul în care sistemul clasic de blocare a centurii este defect sau cedează.

Blocarea retractorului se face în următoarele cazuri:

– La frânare importantă când se obțin decelerații mai mari decât una prag;

– În urma unui soc dacă se declanșează elementele pirotehnice din sistem;

– La înclinare puternică a autovehiculului.

Modulul electronic funcționează ca un sistem independent datorită unui senzor optic integrat. Astfel în cazul unui soc în urma căruia elementele pirotehnice au fost declanșate, calculatorul airbag dă comanda de blocare a retractorului centurii de siguranță. Captorul optic permite calculatorului să determine evoluția autovehiculului, în termeni de decelerație și înclinare. El conține o sferă 3, care este poziționată pe un plan înclinat 2, dacă aceasta iese din poziția de repaus de pe planul înclinat, în cazul unor accelerații sau înclinări ale autovehiculului, celula optică 1, informează modulul electronic de comandă, cu scopul de a bloca retractorul centurii de siguranță. Dacă electromagnetul retractorului (2) este alimentat cu energie electrică, resortul (1) este tensionat și pârghia (3) nu angrenează cu roata dințată (4) de pe mosorul retractorului, acesta permițând mișcarea liberă a chingii centurii de siguranță. Când sfera 3 a captorului optic iese din poziția de echilibru de pe planul înclinat, se dă comandă de întrerupere a energiei electrice pe electromagnetul (2) al retractorului, arcul tinde să revină la starea detensionată, antrenând pârghia (3) care angrenează cu roata dințată (4) a retractorului, în acest moment retractorul se blochează.

Figura 6-3 Schema captor optic cu bilă

Figura 6-3 Schema retractorului cu comandă electronică

6.3.4 Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranță

Centurile de siguranță clasice, cu retractor, au imperfecțiuni inerente datorită

principiului de funcționare care le limitează eficacitatea.

In timpul tracțiunii chinga se tasează pe bobina mosorului. Această tasare poate ajunge

la 70 mm in timpul unui soc sever, si este prezentă chiar si in timpul socurilor mai

usoare. Este deci o absorbție negativă de energie, care va duce la apropierea

periculoasă a capului de volan sau de plansa de bord.

Jocul care există intre centură si corp este inevitabil si este dorit pentru a avea un

confort acceptabil. Acest joc produce acelasi efect, prezentat anterior.

Retrăgand centura in momentul socului, pretensionerul reduce cele două efecte mai

sus menționate, in plus, el apasă inchizătorul, reducand fenomenul de submarinaj

(alunecarea pe abdomen). Puțin cunoscut, efectul de „sous-marinage” poate interveni

in cazurile de coliziune frontală: sub primul efect al socului, ocupantul are tendința să

alunece pe sub partea abdominală a centurii de siguranță. Forța din centură este

repartizată de la bazin spre coloana vertebrală, sarcină la care aceasta nu poate rezista.

Este de preferat sa se mențină bazinul ocupantului de către centura de siguranță, dar

cu ajutorul unor măsuri specifice de protecție.

126

Pretesionerul are rolul de a elimina orice stare de detensionare a chingii centurii, in

eventualitatea unui impact, in acest fel centura fiind bine mulată pe corpul pasagerului.

Desi mecanismele convenționale de blocare din retractor țin chinga centurii oarecum

bine mulată pe corpul pasagerului, pretensionerul, prin forța cu care acționează

poziționează pasagerul intr-o poziție optimă pe scaun, in cazul unui impact. In mod

normal acest sistem lucrează complementar cu mecanismele clasice de blocare a

centurii.

La ora actuală pe piață există mai multe tipuri de pretensionere, unele “trăgand” de

intreg sistemul retractor inspre inapoi, altele rotind doar mosorul retractorului. De

regulă pretensionerele sunt cuplate la aceeasi unitate electronică de control cu airbagul.

In cazul unei decelarații mai mari decat una prag, procesorul va activa pretensionerul si

apoi airbagul. Unele pretensionere sunt pe baza unor motoare electrice sau solenoizi,

dar cele mai multe sunt acționate pirotehnic pentru a trage de chinga centurii.

Elementul central al pretensionerelor il reprezintă camera de combustie. In interiorul

camerei, de mici dimensiuni, se află un material exploziv. Comanda de aprindere a

combustibilului se face prin intermediul a doi electrozi conectați la procesorul central.

Figura 6-4 Schema constructivă a unui pretensioner care acționează asupra inchizătorului

centurii

In continuare se vor prezenta un sistem pretensioner care acționează prin tragere

asupra inchizătorului centurii de siguranță si un sistem integrat in mecanismul retractor

127

al centurii de siguranță. Pentru primul model, Figura 6-4, principalele subansamble ale

sistemului de pretensionare sunt:

generator de gaz pe bază de combustibil solid;

piesa metalică de fixare;

cablu de tracțiune cu piston;

Figura 6-5 Pretensioner care acționează asupra inchizătorului centurii dezactivat (stanga) si

activat (dreapta)

Funcționarea pretensionerului decurge in următoarele faze:

Impulsul electric trimis de sistemul de detecție amorsează combustia

propergolului;

Arderea combustibilului produce in cateva milisecunde un gaz sub presiune, care

va acționa pistonul in cilindrul său. Inchizătorul centurii, care este legat de piston

cu un cablu, este tras in jos, Figura 6-6;

Un dispozitiv antiretur zăvorăste inchizătorul astfel incat să poată prelua eforturile

in centură.

Timpul de startare este in jur de 10-20 milisecunde după inceputul socului. Pragul de

activare corespunde unui soc frontal de aproximativ 12 km/h cu un zid de beton. Durata

finalizare a pretensionării este de 5 milisecunde.

Figura 6 Poziția inchizătorului centurii inainte si după acționarea pretensionerului

Cursa maximă a pretensionerului poate fi de 60 mm pentru cele din generația a doua si 100 mm pentru cele din generația a treia. Forța de pretensionare realizată este de 350 daN. Efortul apărut in chingă la un soc cu o viteză de 57 km/h intr-un zid rigid este de 1800 daN. Cantitatea de combustibil necesară declansării este de aproximativ cateva sute de miligrame, 700 mg.

Cand procesorul detectează o coliziune, imediat aplică asupra electrozilor o tensiune. Scanteia rezultată intre electrozi aprinde materialul exploziv, care arde, generand gaz combustibil in cameră. Prin aprinderea si arderea gazului are loc o crestere a presiunii din cameră, presiune care acționează cu forță asupra unui piston aflat in camera de combustie.

Figura 7 Schema mecanismului de pretensionare integrat in retractorul centurii de siguranță

In cazul pretensionerelor care acționează asupra mosorului retractor, Figura 6-7, prin aprinderea generatorului pirotehnic 1, bilele sunt expulzate prin tubul de proiectare 2. Miscarea cu viteză a bilelor antrenează coroana de pretensionare 4, care este legată de mosorul retractorului, rotindu-l cu forță si tensionand puternic chinga centurii. Bilele sunt recuperate in camera 3. In interiorul tubului de proiectare bilele sunt reținute de un opritor.

Limitatorul de efort

In timpul coliziunilor severe, centura de siguranță poate produce vătămări grave pasagerilor. Cu cat pasagerii se deplasează, datorită inerției, cu viteză mai mare, cu atat vătămările produse de centură sunt mai grave.

Unele centuri de siguranță folosesc, pentru reducerea posibilelor vătămări ale pasagerilor, limitatoare de efort. Idea este de a permite reducerea tensiunii apărută in chingă, in cazul in care asupra ei acționează forțe mari. Cel mai simplu limitator de efort constă in realizarea unor pliuri cusute pe chinga centurii. Aceste pliuri se vor descoase in momentul in care asupra chingii se va acționa cu o forță prag. Prin descoaserea treptată a pliurilor chinga se va alungi treptat si efortul din chingă se va disipa in timpul descoaserii, limitand forța cu care centura acționează asupra toracelui pasagerului.

Limitatoare de efort de generație recentă utilizează bare de torsiune in interiorul retractorului. Astfel un capăt al barei de torsiune este fixat in mecanismul de blocare, celălalt in axa mosorului. In cazul coliziunilor mai puțin severe bara nu se va deforma, iar mosorul va fi blocat de către mecanismul de blocare. In cazul coliziunilor severe bara de torsiune se va deforma usor, aceasta permițand chingii să se deruleze puțin cate puțin de pe mosor.

Retractorul cu limitator de efort, sau RLE, este compus dintr-un retractor clasic imbunătățit printr-un sistem de limitare a efortului, Figura 6-8. Acest sistem este compus dintr-o bară de torsiune plasată pe axa bobinei (pe care se infăsoară chinga). Această bară este prinsă la un capăt de partea fixă a retractorului si la celălalt de bobină.

Figura 8 Schema unui mecanism RLE cu bară de torsiune

Avand un efort aplicat pe chingă, bara de torsiune se torsionează si absoarbe energie, deruland chinga. Efortul aplicat de centură pe torace este astfel redus. Diametrul si materialul barei sunt alese in funcție de efortul centurii asupra toracelui, care se doreste a fi obținut.

RLE acționează după 40 – 60 milisecunde de la inceputul socului si se opreste la 80 – 120 ms de la inceputul socului, in funcție de violența acestuia. RLE sunt calibrate pentru a limita efortul asupra umărului la valori cuprinse intre 400 si 600 daN in funcție de vehicul. Lungimea chingii iesită din retractor in cazul socului poate ajunge pană la 300 mm.

Ajustarea inălțimii de prindere a centurilor. Centuri de siguranță ancorate de scaun. Tetiere.

Prin posibilitatea de reglare a inălțimii punctului de prindere, pe stalpul B, a centurii de siguranță se imbunătățesc confortul pasagerilor de diferite talii, diferite de cea medie, si totodată centura va lucra mai corect, asigurand un plus de protecție pentru pasageri.

Față de modelele clasice de ancorare a centurilor de siguranță, prinderea acestora de structura de rezistență a scaunelor oferă o serie de avantaje, dintre care se pot menționa, mularea mai bună a chingii care trece peste umărul pasagerului in jurul corpului acestuia, iar in cazurile de accidente la care apare răsturnarea autovehiculului se elimină riscul ca ocupanții să lovească cu capul acoperisul.

Figura 9 Mecanism de reglare a punctului de prindere a centurii pe stalpul B

La aceste centuri chinga care trece peste umărul pasagerilor este fixată de spătarul scaunului si nu de stalpul B al caroseriei. Trebuie acordată o atenție deosebită modulului de fixare a scaunului de podeaua autovehiculului.

Tetierele

Tetierele sunt unele dintre cele mai ignorate elemente constitutive ale unei mașini. Și totuși, acestea pot să facă diferența dintre o viață sănătoasă și una plină de dureri atroce la nivelul coloanei vertebrale în zona gâtului (zona cervicală). Motivul: dacă o altă mașină vă lovește din spate la viteze mai mari de 10 kilometri pe oră, poziția tetierelor și geometria acestora au un rol determinant în modul în care capul și gâtul se mișcă în urma impactului. De obicei, simptomele celor afectați merg de la simple dureri cauzate de întinderi musculare sau de ligamente până la leziuni ale nervilor, ale vertebrelor sau, în cazuri rare extrem de dure, chiar până la rupturi ale ligamentelor la nivelul gâtului sau la fracturi ale oaselor cervicale.

În 1921, Benjamin Katz, un rezident al orașului Oakland, California, a depus un patent pentru un astfel de produs. O serie de patente au continuat să curgă în 1930 și 1950. Așa cum era normal, aceată inovație a fost primită cu ușoară teamă, iar producătorii auto nu au luat atitudine până în 1969, când NHTSA (Autoritatea Națională Responsabilă pentru Siguranța Rutieră) a impus utilizarea tetierelor.

Saab este unul dintre producătorii care a revoluționat acest domeniu, întroducând pentru prima dată tetierele active. În cazul unui impact cu o viteză care depășea 10 km/h, tetierele se apropiau de capul ocupantului, iar astfel erau întâmpinate efectele negative ale poziționării greșite a tetierei.

Dacă pană in anii 90’ tetiera avea un rol exclusiv de componentă de confort, in prezent aceasta a primit un rol suplimentar in completarea siguranței pasive interioare. In funcție de dotarea automobilelor acestea se clasfică separat in:

• Tetieră integrată;

• Tetieră ajustabilă;

Figura 10 Centură de siguranță ancorată de structura scaunului

si in funcție de rol:

• Tetieră statică;

• Tetieră activă.

"Tetieră" inseamnă un dispozitiv care limitează deplasarea inapoi a capului ocupantului asezat pe scaun relativ la torsului acestuia;

"Tetieră integrată" inseamnă o tetieră formată de partea superioară a spătarului scaunului. Aria ce trebuie considerată este: deasupra planului perpendicular pe linia de referință a torsului la 700 mm de punctul R, intre două plane vericale ce trec la 85 de mm de cealaltă parte a liniei de referință a torsului. Tetierele care sunt neajustabile si care pot doar fi detasate de scaunul sau de structura vehiculului prin folosirea de scule sau parțial sau complet detasate de acoperirea scaunului, intalnesc prezenta definiție.

" Tetieră ajustabilă" inseamnă o tetieră alcătuită din componente ce se miscă separat de scaun si proiectate pentru inserție si reținere pozitivă in structura spătarului. Traumatismele cervicale de tipul „coup de lapin” apar datorită coliziunilor in lanț, intr-un mediu de circulație in continuă dezvoltare. Acest tip de carambolaj generează impacturi la viteze de ordinul 10 – 20 km/h. In timpul studiilor de accidentologie si biomecanică, s-a analizat comportamentul gatului la impactul din spate inspre inainte: spătarul scaunului reține spatele ocupantului in timp ce capul se deplasează orizontal si inspre inapoi, spre tetieră.

In cazul unui impact din spate capul pasagerului tinde să se deplaseze către spate datorită inerției sale. Pentru a diminua socul produs de impactul cu tetiera, aceasta se deplasează inspre inainte. Deplasarea tetierei se face prin acționare mecanică, prin apasarea spatelui ocupantului scaunului pe spatar, miscarea transmitandu-se multiplicat catre tetiera. După exercitarea fortei de apasăre sistemul revine in starea inițială, el funcționand normal, ori de cate ori este nevoie, Figura 11.

Figura 11 Centură de siguranță ancorată de structura scaunului

Datorită configurației vertebrelor cervicale gatul nu prezintă rezistență deosebită la decelerații bruste, riscul crescand dacă muschii ce susțin poziția acestuia sunt relaxați (gat moale). Miscările zonei cervicale a coloanei vertebrale si ale craniului sunt realizate de către perechi de muschii anteriori si posteriori. Muschii dorsali sunt mai voluminosi decat cei anteriori; ca urmare, rezistența opusă la flexie va fi mai mare decat rezistența la extensie. Acesta este motivul pentru care cele mai multe leziuni de acest tip, ale gatului, se produc la coliziunile din spate, gravitatea acestora fiind mai mare dacă, in momentul impactului, capul este răsucit lateral. In timpul impactului, o parte din sarcina aplicată capului se va transmite torsului, prin intermediul gatului. Mărimea sarcinii ce revine gatului va depinde de locul si direcția de aplicare a sarcinii asupra capului, de inerția capului precum si de configurația coloanei in zona cervicală, la momentul respectiv. Ca urmare, solicitările din coloana vertebrală vor fi mai mici atunci cand gatul este drept, caz in care apar doar forțe axiale; dacă gatul este flexat, asupra vertebrelor vor acționa solicitări complexe (forțe axiale si moment de incovoiere).

Figura 12 Reprezentarea miscării gatului in flexie si extensie si mecanismul de vătămare prin

răsucire a capului

Dacă dispozitivul este prea inclinat sau insuficient ridicat, capul antrenează gatul intr-o miscare de arc de cerc spre inapoi. Ocupantul poate suferi o vătămare puternică a gatului, la nivelul ligamentelor, vaselor sangvine si chiar a centrilor nervosi. O bună poziționare a tetierei este condiția necesară pentru a garanta o protecție optimă. Tetiera trebuie să fie suficient de inaltă si cat mai aproape posibil de cap.

Noua generație de tetiere active combat riscurile de vătămare prezentate anterior. Sistemul funcționează mecanic si este acționat de miscarea generată de partea superioară a torsului pasagerilor de pe scaunele din față, in timpul coliziunii din spate cu un alt autovehicul. Tetierei i se imprimă două miscări: se ridică pe verticală si simultan se deplasează inspre inainte. Această miscare este realizată cu ajutorul unui sistem integrat in spătarul scaunelor. Distanța dintre capul pasagerilor si tetieră este redusă substanțial si prin urmare tensiunile in zona cervicală sunt mai mici.

Intreg sistemul cantăreste mai puțin de un kilogram si este poziționat in partea superioară a spătarului scaunului. Amplasarea sa nu impiedecă amplasarea airbagului lateral, puțin mai jos, in spătar. Miscarea tetierei active se poate repeta, nefiind necesară inlocuirea sistemului in urma unui soc. In timpul unor coliziuni severe distanța de ridicare pe verticală a tetierei poate ajunge la 20 mm, iar cea de avansare depăseste 60 mm. Incercările pentru omologarea noului sistem de protejare a gatului pasagerilor s-au făcut la viteze cuprinse intre 8 si 22 km/h. In timpul testelor un manechin Hybrid III a fost special adaptat cu senzori in zona gatului iar vertebrele au fost modificate pentru a putea prelua eforturi de forfecare. Parametrii măsurați (forțele aplicate la nivelul capului in raport cu torsul) au fost inregistrate pe scara NIC (Neck Injury Criterion), criteriul de traumatism cervical. Acest criteriu nu este incă o normă oficială, dar comunitatea stiințifică a fost de acord ca un indice NIC 50, reprezentand o deplasare de 50 mm, este limita statistică de unde poate apărea pericolul de „coup de lapin”. O valoare NIC 15 este tolerabilă. Ameliorările obținute, in ceea ce privesc vătămările cervicale, in urma implementării acestui sistem sunt de aproximativ 60%.

a)

b)

Figura 13 Testarea capacității de reținere

a) poziția inițială a spătarului inainte de testare b) Forța aplicată pentru testarea capacității de

reținere

Procedura testării capacității de reținere a rezemătoarei pentru cap cuprinde

următoarele:

• Spătarul să fie fixat rigid;

• Momentul să fie aplicat cu un corp sferic cu diametru de 65 mm deasupra varfului tetierei pentru a ajunge la poziția de referință;

• Aplicarea unui moment de 373 Nm;

• Pentru tetiere inalte de 800 mm, F x 0.735 m = 373 Nm, rezultă F = 507 N;

• Limita de deplasare intre poziția inițială a liniei de referință a torsului si poziția sub sarcină, este de 102 mm;

• Momentul de revenire să fie de 37 Nm;

• Limita de schimbare de la poziția de referință, pentru a asigura blocarea este de 13 mm.

Pentru garantarea unei bune eficacități, tetiera trebuie să fie într-o poziție corespunzătoare. Astfel muchia superioară a acesteia va fi totdeauna cel puțin la acelasi nivel cu poziția vârfului capului pasagerului.

Tetierele active NECK-PRO

În cazul unei coliziuni din spate, tetierele NECK-PRO glisează activ în față și în sus pentru a susține în timp util capetele pasagerilor din față și pentru a reduce riscul producerii de leziuni cervicale.

Tetierele NECK-PRO cu activare la coliziune, montate pe autoturismele Mercedes-Benz, au o contribuție importantă la siguranța ocupanților în cazul unei coliziuni din spate. Tetierele NECK-PRO de la Mercedes-Benz asigură o protecție sporită a ocupanților în cazul unei coliziuni din spate și contribuie la diminuarea riscului producerii leziunilor cervicale. Tetierele cu activare la coliziune sunt montate pe scaunul șoferului și al pasagerului din față, reprezentând o dotare standard în cazul multor autoturisme Mercedes-Benz. Tetierele NECK-PRO sunt conectate la o unitate electronică de comandă. Atunci când sistemul de senzori identifică o coliziune din spate cu un anumit grad de impact, arcurile din interiorul tetierelor sunt deplasate înainte cu aproximativ 40 mm și în sus cu 30 mm, pentru a proteja capetele persoanelor din față în timp util. După ce sunt activate, tetierele NECK-PRO pot fi deblocate cu ajutorul unui instrument furnizat în pachet, glisând în poziția inițială. Acestea sunt apoi pregătite imediat pentru a fi utilizate din nou. Tetierele de lux NECK-PRO, dotare opțională, cu două suporturi laterale suplimentare, flexibile și reglabile individual, asigură sprijin lateral optim pentru un confort excepțional.

Figura 14 Tetierele NECK-PRO cu activare la coliziune

Sistemul WHIPS

WHIPS – acronim de la Whiplash Protection System este un sistem de siguranta patentat de Volvo care are ca scop preluarea greutatii suplimentare si protejarea capului/spatelui calatorului in momentul coliziunii. Sistemul WHIPS este conceput pentru a proteja impotriva coliziunilor din spate si este format din spatare care amortizeaza socul si tetiere speciale la scaunele din fata.  Acest sistem se activeaza automat in cazul unei coliziuni din spate, suplimentand protectia oferita de centurile de siguranta.

In momentul declansarii sistemului, spatarul se inclina inapoi modificand pozitia soferului si a pasagerului din fata pentru a diminua pericolul de producere de leziuni in cazul impactului puternic din spate.  Pentru ca acest sistem sa functioneze in mod corect, soferul si pasagerul din fata trebuie sa aiba o pozitie corecta in scaun, respectiv in centrul scaunului, cu capul sprijinit de tetiera.

Figura 15 Sistemul WHIPS Volvo

6.4 Ansamblu AIRBAG

6.4.1 Noțiuni de bază

Toate obiectele in miscare au un moment de inerție. Fără o forță exterioară, care să

acționeze asupra unui corp, acesta continuă să se miste cu aceeasi viteză si in aceeasi

direcție, ca la momentul considerat. Autovehiculul in mediul de circulație este privit ca

fiind format din mai multe obiecte care include autovehiculul propriu-zis, obiectele

existente in acesta (fără a fii părți componente din el) si bineințeles pasagerii. Dacă

aceste obiecte nu sunt impiedicate să se miste, ele isi vor continua miscarea indiferent

de viteza masinii, chiar dacă autovehiculul s-a oprit in urma unei coliziuni. Oprirea unui

obiect aflat in miscare necesită acțiunea unei forțe asupra acestuia, pe o anumită

perioadă de timp.

Figura 6-14 Ansamblu airbag amplasat intre coloana de direcție si conducător

In timpul unei coliziuni, forța necesară pentru oprirea unui obiect aflat in autovehicul

este foarte mare datorită schimbării bruste a stării acestuia, de la miscare la repaus –

mai precis spus pasagerii (care nu sunt parte integrantă a autovehiculului) nu se opresc

odată cu vehiculul propriu-zis. Astfel scopul oricărui sistem de reținere este acela de a

ajuta la stoparea miscării pasagerilor sau obiectelor, provocand pe cat posibil vătămări

sau pagube minore.

Airbagul are rolul de a „frana” miscarea pasagerilor pană la o viteză nulă, fără a

provoca vătămări ocupanților. Airbagul este un mediu de protecție interpus intre

137

pasageri si coloana de direcție sau plansa de bord (in cazul celor frontale) iar momentul

de declansare este de 1/100 secunde.

Domeniul de activare al airbag-ului in cazul coliziunii frontale este dat de un unghi de

aproximativ }30° față de axa de simetrie a autovehiculului. In cazul unei coliziuni

laterale unghiul sub care se activează airbag-urile laterale este de aproximativ }30°

fata de o axa perpendiculară pe cea de simetrie a autovehiculului. In cazul impacturilor

laterale se vor activa doar airbag-urile laterale si cele de tip cortină, dacă există. De

asemenea trebuie menționat că in cazul coliziunilor laterale sistemul de pretensionare a

centurilor de siguranță nu se activează, figura 6.15.

Figura 6-15 Activarea sistemului airbag in diverse situații de impact

In cazul unui impact după o directie situată in intervalul 60° in jurul stalpului A, se vor

actiona airbag-urile frontale, pretensionarea centurilor si airbag-ul lateral din partea

impactului.

Airbag-ul nu se declansează accidental cand:

Condiții de drum greu (off-road);

Trecerea peste borduri, sau denivelări similare;

Reparații, lovituri de ciocan, etc.

Volumul airbag-urilor diferă de la 35 litri pentru conducătorul auto si 65 litri pentru

ocupantul din dreapta, in varianta EURO-AIRBAG, pană la 60-80 litri, respectiv 120-150

138

litri la cele de mărime fullsize. Airbag-urile laterale au volumul de aproximativ 12 litri, iar

cele cortină intre 18 si 32 litri.

Se poate spune că un airbag este constituit din trei părți principale:

Sacul propriu-zis, este confecționat din fire de nylon, care este impachetat si

montat in volan, plansa de bord sau mai recent in scaune sau usi (pentru

protecție laterală);

Senzorul este dispozitivul care dă comanda de umflare a airbag-ului. Umflarea

sacului are loc in momentul cand senzorul sesizează o decelerație a

autovehiculului similară cu cea dată de coliziunea cu un zid la viteza de 16-24

km/h. Senzorul primeste informația de la un accelerometru construit ca un

microcip. Un contact mecanic format dintr-o masă suspendată va inchide un

circuit electric, in acest moment senzorul spune că impactul s-a produs; Umflarea

sacului are loc in urma reacției chimice intre NaN3 (azida de sodiu) cu KNO3

(azotat de potasiu), produsul rezultat fiind azotul sub formă gazoasă. Reacția

exotermă, sub formă de explozie duce la umflarea sacului;

Figura 6-16 Principalele elemente componente ale unui sistem airbag

Sistemul de umflare a sacului aprinde un combustibil solid, care arde foarte

repede, creand un volum mare de gaz. Airbagul se umflă cu o viteză de

aproximativ 320 km/h – mai repede decat o clipire a ochiului uman. O secundă

mai tarziu, gazul este evacuat din sac prin niste orificii calibrate, aceasta

permițand dezumflarea si posibilitatea de miscare a pasagerului. Dacă ocupantul

nu se loveste de sac, acesta este dotat cu un surub care permite evacuarea

gazului.

Figura 6-17 Schema airbagului si sistemul de umflare amplasate in volan

Figura 6-18 Sistemul de umflare utilizează combustibili solizi si un dispozitiv de aprindere

Componentele chimice principale, intr-un sistem airbag, sunt NaN3 (azida de sodiu),

impreună cu KNO3 (azotat de potasiu) si SiO2 (bioxid de siliciu). In generatorul de gaz,

un amestec al acestor componenți este aprins printr-un impuls electric si va genera o

deflagrație, care va elibera un volum precalculat de azot gaz, acesta umpland sacul.

2 NaN3 –> 2Na + 3N2 (la 300° C) (6. 1)

Aprinderea NaN3 dă nastere unei explozii in urma căreia se eliberează un volum

precalculat de azot in stare gazoasă, care va umfla sacul. In acelasi timp va rezulta o

cantitate de sodiu solid, substanță foarte periculoasă, care se aprinde instantaneu in

contact cu apa, printr-o reacție foarte violentă. Astfel e necesară o a doua reacție de

oxidare-reducere pentru a elimina sodiul in stare solidă.

Sodiul rezultat in urma primei reacții, si azotatul de potasiu generează o cantitate

adițională de azot intr-o reacție secundară.

10 Na + 2 KNO3 –> K20 + 5 Na2O + N2 (6. 2)

In urma celei de a doua reacții se va obține o cantitate suplimentară de azot in stare

gazoasă. De asemenea se eliberează o cantitate de oxid de potasiu si oxid de sodiu, in

stare solidă, care vor reacționa intr-o a treia reacție cu al treilea component al

amestecului, dioxidul de siliciu, formand un silicat alcalin, care este stabil si inofensiv

din punct de vedere chimic, el neavand proprietăți inflamabile. In cazul in care sodiul

rezultat in urma primei reacții nu a reacționat in cea de a doua reacție chimică,

generatorul de gaz este inconjurat de un filtru metalic numit „fiberfax” care

reacționează cu acesta pentru a-l neutraliza.

K2O + Na2O + SiO2 –> silicat alcalin (sticla) (6. 3)

Principalul pericol referitor la airbagurile actuale provine din prezența NaN3, acesta fiind

un produs foarte toxic, de 30 de ori mai toxic decat arsenicul, amplasat in fiecare

generator de gaz (aproximativ 100 g), deci sub fiecare sac al sistemului airbag. Doza

maximă admisă, la care nu apar probleme pentru mediul de lucru, este de 0,2 mg/m3

de aer. In următorii ani vor apărea probleme de recuperare a airbagurilor uzate din

autoturismele casate.

Intregul proces de funcționare a airbagului se poate considera incheiat după 1/25

secunde. Acest timp este suficient pentru evitarea apariției unor vătămări serioase ale

141

pasagerilor. Pentru păstrarea airbagului pliat si lubrifiat, in locasul său se foloseste de

obicei praful de talc.

6.4.2 Sistemul de aprindere gaz-hibrid

In airbag-urile convenționale pentru conducător sau de pasageri volumul de

buteliei de inaltă presiune este, de obicei intre 200 si 400 cm3, iar gazul este

comprimat la o presiune de obicei intre 200 si 300 bar. Acest gaz umple un

volum de aproximativ intre 50 si 150 litri. Desigur, abaterile de la aceste valori

tipice sunt posibile, in funcție de utilizare.

Figura 6-19 Într-un generator de gaz, care ar conține exclusiv de gaz comprimat într-un vas

sub presiune, dezavantajul apare la destinderea a gazului, care se face într-o

fracțiune de secundă, practic având loc un fenomen adiabatic. Prin destindere si

ajungere la presiune normală, acesta ar ocupa un volum relativ mic, care nu ar fi

suficient pentru a umple în mod satisfăcător airbag-urile în cazul în care butelia

sub presiune nu a fost concepută pentru a fi mai mare.

Din acest motiv, în afară de generatoare de gaz pur pirotehnice, în practică, asanumitele

generatoare hibride au o capsă pirotehnică, utilizată în principal, pentru

încălzirea gazului si mai puțin pentru dezvoltarea de gaz. Astfel gazul din butelia

subpresiune, în timpul destinderii sale este încălzit si astfel se umple volumul

întregului airbag. În comparație cu un generator pur pirotehnic de gaze, de

exemplu un generator de hibrid are avantajul că sistemul pirotehnic este utilizat

exclusiv în scopul de încălzire al gazului care umple sacul.

Prin aprinderea incărcăturii pirotehnice, aceasta începe sa ardă si să creeze gaze cu

presiune ridicată. Aceasta deplasează pistonul care deschide butelia cu gaz sub

presiune. Dupa deschiderea buteliei, gazul din interior se destinde brusc, scăzându-si

temperatura. Gazele generate de arderea încărcăturii pirotehnice, cu o temperatură

ridicată, se amestecă cu gazul rece din butelie, rezultând astfel un amestec cu o

temperatura redusă care nu riscă să producă arsuri pasagerilor. Acest amestec se

răceste si el la randul sau prin destindere, la trecerea prin orificiile din filtrul buteliei

catre sac.

Avantajele tehnologiei gaz-hibrid:

• Încălzire redusă a modulului airbag, doar aproximativ 60°C, eliminând riscul

producerii de arsuri pasagerilor;

• Emisii scăzute (Clorura de calciu);

• Putin poluant;

• Funcționare uniformă de-a lungul întregului interval de temperaturi de lucru.

6.4.4 Evoluția airbagului

Conform cercetărilor americane ideea folosirii airbagului pentru a preveni vătămările

apărute în urma coliziunilor a avut o istorie lungă chiar înainte de anii 80 când Ministerul

de transporturi american a luat măsuri ca acest tip de echipament să fie ajustat

automobilelor. Primul patent al unui dispozitiv de umflare în cazul aterizărilor forțate a

fost conceput în timpul celui de al doilea război mondial.

Eforturile de a echipa autovehiculele cu airbaguri se loviseră înainte de prețurile

prohibitive si obstacolele tehnice care includeau stocarea si eliberarea gazului

comprimat.

Cercetătorii au avut de răspuns la întrebări după cum urmează:

• Dacă este destul loc în masină pentru un recipient care să conțină gaz.

• Va rămâne sau nu gazul din recipient la presiunea de lucru pe toată durata de

utilizare a autovehiculului.

• Cum ar putea fi sacul astfel conceput încât să se umfle repede si sigur la o

varietate de temperaturi si fără să emită zgomote puternice.

Cercetătorii au avut nevoie de o cale prin care să obțină o reacție chimică care să

producă azotul care umflă sacul. Substanțe combustibile solide capabile să producă

cantitatea de gaz necesară umplerii sacului au fost produse în anii 70.

La începuturile folosirii airbagurilor auto, experții au avut grijă ca acestea să fie folosite

în acelasi timp cu centura de siguranță. Centurile de siguranță erau încă extrem de

necesare deoarece airbagurile aveau utilitate numai în cazul coliziunilor frontale la mai

mult de 16 km/h. Numai centurile de siguranță puteau fi de folos în coliziunile si

loviturile laterale (desi airbagurile laterale devin tot mai comune în prezent), coliziuni

din spate si impacturi secundare. Chiar dacă tehnologia avansează, airbagurile sunt

totusi utile când sunt folosite în paralel cu centura de siguranță.

6.4.5 Dezactivarea airbagului

Având în vedere posibilitatea vătămării grave sau chiar a uciderii copiilor, sau a

persoanelor mai slab dezvoltate fizic, Asociația Națională a Traficului pe Sosele din SUA

a finalizat în 1997 un set de reguli care să permită constructorilor de automobile si

echipamente destinate acestora utilizarea unor airbaguri care să dezvolte o forță de

umflare mai mică cu 20-35% față de cele standard. Ca o suplimentare, din 1998

unitățile autoservice si dealerii pot fi autorizați să utilizeze comutatoare on/off pentru

unul sau cele două airbaguri frontale, dacă se încadrează în unul din următoarele grupe

de risc:

Pentru locul conducătorului si al pasagerului din dreapta – persoane cu afecțiuni

medicale în care riscul umflării sacului depăseste riscul de impact în absența airbagului.

Pentru locul conducătorului – cei care nu pot avea o poziție de conducere, în care să

asigure cel puțin 25 cm între piept si centrul capacului sub care este airbagul.

145

Pentru locul pasagerului din dreapta conducătorului – persoanele care trebuie să

transporte copii sub 3 ani pe scaunul din față.

6.4.6 Dezvoltarea sistemelor airbag

Mulți constructori de autovehicule au răspuns statisticilor, care menționau că 30% din

totalul accidentelor sunt coliziuni laterale, rezultatul fiind apariția unor standarde noi în

domeniul siguranței pasagerilor. La ora actuală strategia de declansare a airbagurilor, în

cazul unor coliziuni frontale, este mult îmbunătățită față de primele modele. Astfel sacul

se poate umfla diferențiat (volum mic sau volum mare) în funcție de intensitatea socului

sau de poziția de reglare a scaunului conducătorului sau pasagerului din față, Figura

6-20.Schema sistemului de umflare gaz-hibrid

Figura 6-20 Airbagul cu umflare a sacului in trepte

Pentru a se obține volume diferite ale sacului, in stare umflată, sunt necesare două

generatoare de gaz. In cazul sacului cu volum mic calculatorul comandă un singur

generator de gaz. Volumul sacului este limitat de niste cusături care rezistă la presiunea

gazului. Prin declansarea si a celui de al doilea generator de gaz sacul se umflă la

capacitatea sa maximă. Airbagul nu se va umfla la capacitate maximă atat timp cat

poziția scaunului conducătorului sau a pasagerului din dreapta nu este corespunzătoare.

Poziția scaunului este detectată de calculatorul airbag cu ajutorul unui contact situat pe

sinele scaunelor.

Strategia de declansare a airbagurilor in caz de soc frontal se prezintă in Figura 6-21.

Astfel airbagurile si centurile de siguranță se completează pentru a obține o mai bună

repartizare a energiei de reținere asupra ocupanților.

In funcție de intensitatea socului se declansează:

Sistemul pretensioner si blocarea mecanismului retractor al centurii;

Declansarea airbagului frontal in forma „volum mic”;

Declansarea airbagului frontal in forma „volum mare”.

Figura 6-21 Strategia de umflare a airbagului in funcție de intensitatea socului frontal

Automobilele care oferă in serie airbaguri laterale reprezintă deja un fapt cotidian. In

1995 Audi a fost primul autoturism care era echipat cu 6 airbaguri, avand pe langă cele

două airbaguri frontale, airbaguri laterale montate in spătarul scaunelor, pentru

protecția pasagerilor de pe bancheta față si de pe bancheta din spate. Specialistii afirmă

că munca de proiectare a airbagurilor laterale este mult mai dificilă decat pentru cele

frontale. Aceasta deoarece o bună parte din energia unui impact frontal este absorbită,

pe rand, de bara parasoc, capotă si motor, si durează intre 30 si 40 de milisecunde

pană cand pasagerii resimt efectele coliziunii. In cazul unei coliziuni laterale, doar cațiva

centimetri si structura portierei, despart pasagerul de obiectul cu care are loc impactul.

Aceasta impune ca airbagul lateral să se desfăsoare in 5 – 8 milisecunde.

Sursa Audi

Figura 6-22 Elementele sistemului airbag lateral

Sistemul de airbag lateral este integrat in scaunele pasagerilor (sofer, pasgeri). Airbagul

lateral protejeaza zona toracică si pelviană impotriva loviturilor cu partea laterală a

habitaclului in timpul impactului. Trebuie reamintit că in cazul unui impact lateral sunt

actionate doar airbag-urile laterale si cortina, nu si pretensionarea centurilor de

siguranță.

Comanda airbagurilor laterale se face de un modul electronic comun pentru airbagurile

frontale si pentru pretensionere. De regulă se acționează doar airbag-ul din partea din

care s-a primit semnalul de impact.

Unitatea de comandă a airbag-ului este dotată cu condensatori cu energie suplimentară

pentru declansarea airbag-urilor laterale.

Functionarea senzorilor de impact lateral, situați sub scaunele din fața pe traversele de

prindere a scaunelor, este in permanența monitorizată de către unitatea de comandă

airbag. Pentru declansarea aibag-urilor laterale se folosesc generatoare de umflare gazhibrid.

Acestea conțin in proporție de 95% Argon si 5% Heliu, utilizat ca element de

protecție impotriva inghețului. Presiunea din butelia cu gaz este de aproximativ 200

bari.

Airbagul tip cortină, Figura 6-24, este fixat de pavilionul autoturismului, la imbinarea cu

panoul lateral. In cazul unui soc lateral violent va fi activat doar airbagul dinspre partea

de unde are loc impactul. Acest airbag se declansează simultan cu airbagul lateral.

Airbag-urile cortina au generatoare de tip Gaz-Hibrid (Argon/Heliu) si aproximativ 5,5g

incărcătura pirotehnică, asigurand si o protecție impotriva arsurilor pasagerilor datorită

148

faptului că temperatura gazelor din sac este redusă. Airbag-urile cortină se desfac mai

incet decat cele frontale sau laterale. Ele se umflă complet in aproximativ 30

milisecunde, pe cand airbag-urile laterale in maxim 8 milisecunde.

Figura 6-23 Amplasarea airbagului de tip cortină

Din motive de siguranță a pasagerilor pe o durată mai lungă, airbag-urile cortină nu

dispun de orificii pentru evacuarea gazului, ele rămanand umflate aproximativ 12

secunde.

Figura 6-24 Airbagurile de tip cortină si cele laterale in stare activată

Inginerii de la Volvo au experimentat diferite soluții de amplasare a airbagului lateral,

dintre toate optand pentru montarea acestuia in spătarul scaunului, deoarece astfel

149

sunt protejați pasagerii de toate taliile. Acest amplasament permite montarea unui

senzor de declansare mecanic, in lateral față de perna scaunului, sub conducător,

respectiv pasager. Instalarea intregului ansamblu airbag in spătarul scaunului oferă

avantajul prevenirii desfăsurării acestuia, in cazul coliziunilor cu pietonii sau biciclistii.

Pentru activarea airbagului lateral este necesar un impact cu o viteză de aproximativ 19

km/h.

BMW a ales soluția de montare a airbagului lateral in usă. Aceasta deoarece spațiul

existent sub capitonajul usilor permite montarea unor airbaguri de dimensiuni mai mari,

care acoperă o suprafață mai mare ce trebuie protejată in cazul coliziunilor. La

autovehiculele echipate cu airbaguri laterale montate in spătarul scaunelor nu se vor

utiliza huse pentru scaune.

Figura 6-25 Poziționarea airbagurilor destinate protecției frontale si laterale

Airbagurile destinate protejării capului, ITS (Inflatable Tubular Structure) , in cazul unor

coliziuni secundare sau terțiare, dinspre lateral sunt oferite de BMW pe toate modelele,

incepand cu anul 1999. Acestea au forma unui „tub” si sunt concepute pentru a sta

150

umflate aproximativ 5 secunde. Lucrand concomitent cu airbagurile laterale, ITS – urile

oferă o mai bună protecție in anumite coliziuni laterale.

Rolul airbagului este cunoscut pentru protecția prin amortizare a capului, rolul său de

amortizor pentru torace fiind relativ nou. Tendința fiind de a reduce forțele in cutia

toracică, deplasarea ocupantului spre inainte devine din ce in ce mai importantă. Pentru

socurile violente, utilizarea limitatoarelor de efort de nivel mic asociată cu un airbag

care amortizează numai capul duce la impactul toracelui cu volanul. Acesta este motivul

pentru care airbagurile protejează si toracele. Cateva date tehnice principale ale unui

sistem airbag sunt prezentate in continuare.

Timpul de acționare de la 15 la 50 milisecunde după inceputul socului, urmărind

condițiile accidentului. Pragul de declansare corespunde unui impact frontal cu 20 km/h

cu un zid de beton.

Timpul de umflare este de 30-40 milisecunde, iar cantitatea de combustibil care

declansează umflarea este de 15 – 25 grame. Durata de viață este estimată la 15 ani.

6.4.7 Unitatea electronică de comandă – Arhitectură si funcționalitate.

Senzori utilizați la sistemele de siguranță pasivă

Calculatorul central, Figura 6-27, este creierul sistemului airbag, acesta fiind sub forma

unei cutii electronice montat pe tunelul caroseriei, Figura 6-26 , avand următoarele

funcții principale:

• Captează semnalul de impact;

• Sesizează tipul impactului (frontal, lateral, rostogolire);

• Declansează airbagurile si pretensionerele la momentul oportun.

Datorită unui decalaj de timp intre momentul producerii impactului si variația

decelerațiilor la nivelul habitaclului este necesară amplasarea unor senzori cat mai

aproape de zona de deformare. In timpul impactului structura autovehiculului se

deformează continuu, absorbind parțial energia de impact, la nivelul compartimentului

pasagerilor inregistrandu-se cu intarziere fenomenul. Pe baza acestor considerente

mulți producători de echipamente de siguranță sunt de acord că decelerațiile măsurate

in habitaclu nu conțin suficiente date pentru a putea fii utilizate la stabilirea unui

151

algoritm de declansare a airbagurilor pentru stituațiile variate de impact. Rezultă

necesitatea amplasării in zonele de deformație a unor senzori numiți senzori sateliți.

Acestia sunt dublați de senzoriii de accelerație plasați in unitatea electronică de control,

montată de obicei pe tunelul central.

Existența unui singur senzor de decelerație montat in habitaclu atrage după sine

detectarea mai puțin exactă a impacturilor frontale in diverse configurații unghiulare,

precum si posibilitatea de a se genera traume severe pasagerilor aflați in poziții deviate

de la cea normală, cu trunchiul drept si fixat strans in scaun.

Controlul declansării dispozitivelor airbag se fundamentează pe analiza numerică a

semnalelor primite de la senzori. Procesul decizional este dificil datorită multitudinii de

factori care conduc la variații asemănătoare ale semnalelor de iesire, existand astfel

posibilitatea de a se lua decizii gresite.

Figura 6-26 Amplasarea in habitaclu a unității electronice a sistemului airbag

In funcție de gradul de complexitate si funcțiile pe care trebuie să le indeplinească

există două generații de module electronice. Primul conține doar senzorii pentru

mecanismul pretensioner si airbaguri, sistemul de declansare a acestora si partea

electronică de urmărire a declansării airbagurilor. A doua generație conține un senzor

electromecanic de securitate, un decelerometru, un circuit de aprindere pentru fiecare

sistem pirotehnic, un circuit de diagnostic si memorare a defecțiunilor detectate, o

152

rezervă de energie, un circuit de comandă a unui bec martor la bord si o linie de

diagnosticare a sistemului.

Sursa Autoliv

Figura 6-27 Procesorul sistemului airbag

Sursa Volkswagen

Figura 6-28 Conexiunile cu elementele controlate de unitatea electronică

Sistemele airbag si pretensioner sunt echipate fiecare cu cate un senzor de

decelerație. Pragul de declansare a acestora este diferit. Primul care intră in funcțiune

153

este cel al pretensionerului, in cazul unui soc de intensitate medie. Acesta este un

compus dintr-un element piezoelectric a cărui rezistență creste odată cu cresterea

deformației dată de masa inerțială. Prin variația a două tensiunii electrice in paralel

dintre punctele „A” si „B” ale unei punți Wheatstone se determină intensitatea

impactului, Figura 6-29. Rezistentele R1, R2, R3 si R4 se află in relația R1/R2 = R3/R4.

Atat timp cat rezistențele se află in relația de mai sus, tensiunea țntre punctele A si B

este UAB = 0 [V]. In urma unui impact rezistențele se modifică, astfel incat relația de

mai sus nu mai este valabilă, rezultand de aici o modificare a tensiunii UAB.

Figura 6-29 Senzor piezoelectric de decelerație, principiu de funcționare

Airbag-ul este activat numai in momentul in care unitatea de comanda primeste

semnal atat de la senzorul piezoelectric cat si de la senzorul de siguranță.

Amplasarea acestora in cadrul unității electronice se vede in Figura 6-30.

154

Intrerupătorul de siguranță se găseste in unitatea electronică de comanda airbag si

este un element de protecție pentru cazul in care senzorul de impact se

defectează. Tensiunea din resort este astfel aleasă, incat in condiții normale, sau

extreme de drum, airbag-ul nu se poate declansa accidental. In cazul unui impact

frontal, datorită inertiei sale, magnetul permanent se va deplasa deasupra unui

contact Reed („I.L.S.“) si il va inchide.

Figura 6-30 Principalele elemente ale unei unități electronice de comandă a airbagului

Principiul de funcționare a senzorului mecanic de decelerație se bazează pe utilizarea

unui intrerupător cu o lamelă suplă „I.L.S.” (Interrupteur a Lame Souple), Figura 6-31.

Figura 6-31 Senzorul de decelerație al sistemului airbag

Acesta stabileste un contact electric atunci cand este sub influența unui camp magnetic.

Un magnet permanent este reținut de un resort tarat. In cazul unei decelerații

importante, masa magnetului depăseste valoarea de tarare a resortului. Acesta se

155

deplasează inspre direcția de mers a autovehiculului si vine spre lampa I.L.S., stabilind

contactul intre lamelele lămpii.

In caz de distrugere a bateriei acumulatoare a automobilului, in cazul unei coliziuni,

senzorii dispun de o sursă autonomă de energie formată dintr-un condensator de mare

capacitate, Figura 6-30.

La bordul autovehiculelor, alături de centrala airbag există o serie de senzori care

răspund de siguranța pasivă interioară a ocupanților unui autovehicul. Dintre acestia

vom enumera pe scurt cațiva in randurile următoare.

Figura 6-32 Amplasarea diversilor senzori in autovehicul

Figura 6-33 Senzorul de preanunțare principiu de funcționare

Senzorii de preanunțare a impactului reprezintă un ansamblu compus din electronica de

evaluare si un senzor de accelerație capacitiv, Figura 6-33. Contrucția senzorului de

156

accelerație este asemănătoare cu cea a unui condensator. O armătură a

condensatorului este fixă, celelalte mobilă, funcționand ca o masă inerțială.

In cazul unui impact masa inerțială, armătura mobilă se deplasează, modificand astfel

capacitatea echivalentă a condensatorului. Aceasta este procesată de catre electronica

de evaluare si trimisa unității de comandă airbag.

Senzorii de decelerație laterală sunt pozitionați in partea frontala a scaunului soferului

sau in vecinatatea stalpului B, Figura 6-34. Acestia au rolul de a stabili necesitatea

declansarii airbag-ului lateral. La autovehiculele dotate cu airbag-uri laterale, senzorul

de siguranță din unitatea de comandă este de tip piezo si are un domeniu unghiular de

activitate de 360°. Senzorul mecanic este inlaturat.

Figura 6-34 Senzorul de decelerație laterală

Senzorii de presiune utilizați pentru declansarea airbagurilor laterale sunt destinați

pentru a detecta schimbările de presiune care se produc in cavitățile usilor in cazul unui

impact. Locul de montare este in interiorul portierelor autovehiculului, Figura 6-35.

Senzorul reacționează foarte rapid la schimbarile de presiune din interiorul usii. Aerul

este dirijat prin intermediul unor elemente catre o placă pe care se gasesc componente

electronice sensibile la schimbarile de presiune care au loc in cazul deformarii usii ca

urmare a impactului lateral.

Senzorul măsoară continuu presiunea aerului din portieră si dacă sesizează o crestere a

presiunii peste o valoare predeterminată, trimite un semnal unității de comanda airbag.

157

O presiune absolută va fi sesizată de un dispozitiv construit pe două nivele, intr-o

cavitate inchisă. Această cavitate serveste ca presiune de referință. O variație a

presiunii externe va determina deformarea unei membrane siliconice, care va da

nastere unei variații de rezistivitate. Variația de presiune care poate fi măsurată este in

intervalul 20 – 200 milibari. Semnalul echivalent rezultat este in plaja 160 – 180 dB.

Figura 6-35 Senzorul de presiune montat in interiorul portierei

Acest nivel de zgomot este departe de zgomotul produs de avioanele cu reacție. Firma

Siemens a dezvoltat un set de condiții de testare, pentru acest tip de senzori, care

includ:

• Impactul unui biciclist cu usile laterale;

• Loviturile cu piciorul in usi;

• Deschiderea usilor cu obiecte rigide;

• Trantirea usilor;

• Teste de sunet cu difuzoare puternice montate in usi si in afara acestora.

158

Senzorul de sesizare ocupare scaun este compus din două folii. O folie din material

plastic conductor electric si una pe care sunt dispuse elementele cu polaritate pozitivă si

negativă.

Folia conductoare electric uneste elementele minus si plus intre ele, daca asuptra ei

acționează o masă mai mare de 12 kg. Dacă nu se exercită presiune pe folie, rezistența

dintre cele două elemente este mare. Odată cu cresterea apăsării pe folie, rezistența

scade. Sintetic se poate spune:

• Rezistența scazută – Scaun ocupat.

• Rezistența ridicată – Scaun neocupat.

Figura 6-36 Senzorul de detactare a prezenței ocupantului

Pentru buna funcționare a modulului electronic si pentru a se incadra in ansamblul

funcțional al vehiculului este necesară:

• Alimentarea cu energie electrică;

• Diagnosticarea continuă a bunei funcționari a componentelor sale interne;

• Supravegherea funcționalității perifericelor;

• Indicarea la bord a bunei funcționări a sistemului prin existenta unei semnalizări;

• Sa fie apt de funcționare in orice condiții timp de 15 ani;

• Sa poată comunica cu un utilaj special de diagnosticare;

• Pilotarea a 3 sau 4 linii de declansare in funcție de configurația vehiculului.

159

Calculatorul are in componenta module de programare anexă care permit:

• Recepționarea informației sistemului Detecție Prezență Pasager despre

prezența unui pasager;

• Inhibarea eventuală a declansării modulelor destinate pasagerului din dreapta

conducătorului in funcție de informațiile primite de la sistemul Detecție

Prezență Pasager;

• Indicarea pentru conducător a situației detectate de sistemul Detecție Prezență

Pasager prin intermediul unui martor in tabloul de bord.