Sisteme de siguranță la autovehicule moderne [310021]

Sisteme de siguranță la autovehicule moderne

Generalități

Automobilul, a [anonimizat] o atentie sporita pericolelor aparute. [anonimizat] a [anonimizat], de franare si cele de suspensie au evoluat devenind eficiente.

[anonimizat]. Acestea au roluri importante in evitarea eficienta a coliziunilor, minimizarea efectelor coliziunilor si evitarea traumatismelor atat pentru pasagerii vehiculului cat si pentru pietonii implicati in accident.

Sistemele de siguranta active sunt toate acele mijloace prin care masina ajuta soferul sa evite un accident. [anonimizat].

Sistemele de siguranta pasive sunt toate acele mijloace prin care masina si pasagerii sunt protejati in cazul unui impact. Sunt acele sisteme care isi indeplinesc rolul dupa producerea accidentului.

[anonimizat] o [anonimizat] a oferi masinii o siguranta sporita. [anonimizat], asistenta la franare etc., in functie de producator acestea poarta de numiri diferite (ESP, BA, ABS, TCP, etc). [anonimizat]-Benz, [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], [anonimizat], etc. Sistemele de asistenta a soferului sunt de tipul senzorilor si alertelor: [anonimizat], etc. Mercedes-Benz a fost primul care a [anonimizat], acesta se activeaza atunci cand masina sesizeaza o [anonimizat]. [anonimizat], inchiderea automata a geamurilor etc.

Rolul sistemelor active este de a ajuta cat mai mult posibil soferul in evitarea accidentelor. [anonimizat], metodelor si sistemlor care lucreaza mereu pentru a ajuta tinuta de mers si soferul sunt active.

Sisteme de siguranta pasive.

Sistemele de siguranta pasive sunt sistemele care raman pasive pana in cazul unei coliziuni. [anonimizat], atunci se activeaza sistemele pasive. Numele de pasiv provine din faptul ca acestea sunt folosite doar in cazuri extreme.

[anonimizat], tetierele, [anonimizat], [anonimizat], exectutie si realizare a caroseriei pentru a absorbii cat mai mult din socul impactului. [anonimizat] a [anonimizat].

Cele mai practice si mai cunoscute sisteme de siguranta pasiva sunt centura de siguranta si airbagul. In anul 1980, Mercedes-Benz a introdus airbagul pe modelul S-Class.

In zilele noastre, airbagurile s-au diversificat acoperind zone precum cele fontral si laterale, pentru genunchi, cele cortina si chiar si pentru pietoni.

Nu te poti baza doar pe sistemul airbag pentru a supravietuii unui impact. Pentru o protectie maxima sistemul airbag trebuie combinat cu cel al centurii de siguranta. Prin purtarea centurii de siguranta sansele de supravieturie se dubleaza. La generatiile mai vechi de automobile dotate cu airbag, airbagul nu se activa daca nu era purtata centura de siguranta deoarece daca se declanseaza airbagul si soferul este intr-o pozitie nefireasca acesta poate duce la ruperea gatului soferului. In timp, producatorii au renuntat la a corela cel doua sisteme si astfel ca la masinile de generatie mai noua airbagul se declanseaza chiar daca nu este purtata centura de siguranta, insa cu totii transmit ca sistemul airbag va functiona eficient doar daca se poarta centura de sigura.

Concluzia este ca in timp aceste sisteme au evoluat facand automobilul un mijloc de transport mult mai sigur atat pentru sofer cat si pentru ceilalti participanti la trafic.

Sistemele de siguranta active.

Sistemele de siguranta active au ca principal rol prevenirea coliziunilor si minimizarea efectelor acestora. Cele mai importante sunt:

Sistemul electronic de franare (Electronic Brake System):

ABS (Anti-locking Brake System) cu rolul de a evita blocarea rotilor in timpul franarii prin controlul presiunii de franare. Primeste si proceseaza informatiile venite de la senzorii de viteza a rotilor si controleaza pompa hidraulica si valvele care distribuie lichidul de frana.

Brake Assist are rolul de a procesa informatiile provenite de la senzorii specifici si ajusteaza manevrele de franare ale conducatorului auto.

Sistemul electronic de stabilitate

Sistemul electronic de stabilitate(ESP- Electronic Stability Program),acesta evalueaza in permanenta datele provenit de la o multitudine de senzori montati pe automobil si compara actiunile soferului cu comportamentul vehiculului. In cazul unei situatii de instabilitate, de exemplu un viraj brusc, sistemul raspunde in fractiuni de secunda, stabilizand automobilul cu ajutorul electronicii motorului si cel al sistemului electronic de franare.

Sistemul ESP are in componenta mai multe subsisteme complexe:

ABS (Anti-locking Brake System);

EBD (Electronic Force Brake Distribution);

TCS (Traction Control System);

AYC (Active Yaw Control).

Instabilitatea poate apărea datorită inadaptarii vitezei, a unor situatii de urgenta sau a altor conditii neprevăzute.

Aceasta situatie poate fi in special periculoasa in cazul unui autotractor/semiremorca, unde pierderea chiar si momemntana a controlului poate duce la deraparea sau chiar rasturnarea semiremorcii.

Sistemul ESP Plus gasit pe masinile Volkswagen functioneaza prin transmiterea unui impuls de virare de fiecare data cand soseaua devine alunecoasa. Prin comanda data de programul electronic de stabilitate, asupra volanului se aplica un usor impuls dirijat de servodirectia electromecanica. Aceasta are rolul de a ajuta soferul in aplicarea actiunii corective, contravirarea, in cazul franarii de urgenta pe sosele cu coeficienti de frecare diferiti. Contravirarea contribuie in aceste cazuri la scurtarea distantei de franare cu pana la zece la suta. Dar pentru a obtine acest efect, masina necesita de o directie actionata electronic. Aici intervine sistemul de directie al celor de la Volkswagen si impulsul de virare transmis de sistemul ESP Plus.

Impulsul de virare transmis de sistemul ESP iese in evidenta in conditii de parcurs ca cele descrise mai sus, toamna sau iarna, jumatate din suprafata soselei uscata iar cealalta jumatate, acoperita adesea cu frunze ude sau chiar cu zapada. Pana in prezent, scenariile in conditii de tipul celor de mai sus, cu suprafete cu coeficienti de frecare diferiti (cu diferente intre coeficientii de frecare/aderenta pentru rotile de pe stanga si cele de pe dreapta), s-ar fi incheiat – in cazul ideal, in cursul franarii de urgenta cu ESP, astfel: datorita sistemului ESP, masina nu derapeaza necontrolat, soferul putand sa-i mentina cursul si sa evite orice eventuale obstacole. Dar, intrucat efectul de franare trebuie sa actioneze asupra rotii cu cel mai mic coeficient de frecare pentru a impiedica derapajul necontrolat al vehiculului, rotile nu vor putea fi franate la fel de puternic ca in cazul franarii pe o suprafata uscata.

Explicatia este: fara contravirare in directia corecta, vehiculul ar derapa necontrolat prin supra-franarea unei roti, deoarece fortele de franare asimetrice rezultate ar imprima vehiculului o tendinta de rotire in directia suprafetei de drum cu tractiune superioara. Dar exact in acest moment intervine impulsul de virare transmis de sistemul ESP. Sistemul ESP determina directia corecta. Acesta detecteaza directia in care trebuie sa contravireze soferul pentru a decelera vehiculul in mod optim, fara a derapa necontrolat. In acest scop, sistemul comanda servodirectiei electromecanice sa trimita un impuls de virare in directia corecta. Impulsul este sesizat de sofer la nivelul volanului, acesta urmand intuitiv semnalul si executand o contravirare clasica. Ca urmare a acestei interventii de stabilizare, presiunea de franare la nivelul rotilor poate fi crescuta, simultan cu asigurarea unei aderente optime. Rezultatul consta in scurtarea distantei de oprire cu 10%.

Soferul pastreaza controlul integral al vehiculului: impulsul de virare transmis de sistemul ESP nu preia asupra sa sarcina efectiva de virare. Suveranitatea privind manevrarea vehiculului ii revine integral soferului, permanent. Sistemul este cel care ofera doar recomandarea de a vira, chiar daca este abia perceptibila, avand un cuplu de doar trei newtoni-metru. De aceea, sistemul va respecta intotdeauna urmatoarele limite: ESP gandeste, iar soferul vireaza – este pur si simplu mai eficient.

Noul sistem ESP Scania aduce o mare contribuție la siguranță prin monitorizarea parametrilor de stabilitate și declanșând în mod automat comenzile potrivite situației. Sistemul este disponibil pentru toate autotractoarele 4×2 echipate cu frâne disc controlate electronic. Este proiectat să funcționeze pe drumuri ude sau alunecoase (scopul fiind de a preveni rotirea semiremorcii peste autotractor în condiții de subvirare sau supravirare) și pe drumuri uscate (unde marele risc este răsturnarea ca rezultat al vitezei excesive sau a înclinării adverse în curbe).

Sistemul are senzori care măsoară accelerația laterală a centrului de greutate al autovehiculului. Dacă accelerația laterală depășește o limită predeterminată, cuplul motor este anulat și sistemul de frânare intră în acțiune. În circumstanțe extreme, întreaga forță de frânare poate fi aplicată autotractorului și semiremorcii.

Sistemul poate detecta reacția șoferului prin compararea unghiului de înclinare a ansamblului cu ungiul direcției. Dacă acestea nu corespund, cuplul motor este anulat și sistemul de frânare intră în funcțiune pentru a stabiliza autovehiculul. Care din frâne vor fi activate (la care roată și la care din axe) depinde de natura instabilității.

Sistemul poate fi dezactivat. Acest mod este pentru autotractoarele care au de obicei centrul de greutate ridicat atunci când sunt complet încărcate, dar foarte coborât când sunt descărcate. Această caracteristică elimină riscul intrării nedorite în funcțiune a ESP-ului când autovehiculul este gol.

Cand sistemul ESP intră în funcțiune, informația este stocată în memoria acestuia.

Importanta sistemului ESP.

Procentul automobilelor noi care sunt comercializate avand in dotare sistemul ESP creste de la an la an. Si nu este de mirare, programul electronic de stabilitate fiind in urma sistemului ABS, poate cel mai important factor de siguranta activa.

Sistemul ESP contribuie semnificativ la stabilitate atunci cand masina negociaza manevre dificile, optimizand manevrabilitatea prin corijarea efectelor de supravirare sau subvirare. Activitatea sistemului ESP este pe cat de sofisticata, pe atat de eficienta. Sistemul imbunatateste controlul asupra automobilului in situatiile periculoase, spre exemplu in cazul unui derapaj (cand una sau mai multe roti au o turatie diferita si nepotrivita unei anume situatii de rulare), comparand constant comportamentul normal al masinii cu valorile nominale indicate ulterior.

Atunci cand masina nu raspunde corect comenzilor soferului, programul electronic de stabilitate actioneaza atat la nivelul franelor cat si la nivelul cuplului motor, corectand astfel anomaliile in cateva fractiuni de secunda.

Este indicat astfel, ca la achizitionarea unei masini noi sa comandati si sistemul ESP, mai ales ca se apropie iarna. In raport cu pretul unei masini noi, investitia in acest sistem nu este mare, dar va poate salva viata. Si daca acest considerent nu este de ajuns, trebuie spus ca valoarea unei masini rulate care beneficiaza de sistemul ESP, este mai mare.

Deci merita din toate punctele de vedere sa va dotati masina cu Programul Electronic de Stabilitate.

Functionarea sistemului ESP.

Condițiile critice de condus pot să producă la frânare blocarea roților. Cauzele unui astfel de fenomen pot fi, de exemplu, un carosabil umed sau alunecos, precum și o reacție imprevizibilă a conducătorului auto (obstacol neprevăzut). Sistemul de evitare a blocării roților (ABS) asigură o detectare din timp a tendinței de blocare a uneia sau a mai multor roți și acționează astfel încât presiunea de frânare să rămână constantă sau să se diminueze.Astfel, roțile nu se blochează și autovehiculul rămâne manevrabil. Sistemul ABS asigură frânarea, precum și oprirea sigură și rapidă a autovehiculului [Ala00], [Far06], [Fer00], [Bos02], [Bos05].

Exigențele impuse sistemului de evitare a blocării roților – ABS

Sistemul de evitare a blocării roților (ABS) trebuie să satisfacă numeroase exigențe, dar în special să răspundă tuturor imperativelor de siguranță referitoare la dinamica frânării și la conceptia dispozitivelor de frânare [Bos02c]:

Stabilitate direcțională și manevrabilitate:

reglarea frânării trebuie să asigure stabilitatea direcțională și manevrabilitatea, oricare ar fi starea carosabilului (de la carosabil uscat și aderent până la polei);

ABS-ul trebuie să utilizeze în mod optim coeficientul de aderență între roți și carosabil, stabilitatea direcțională și manevrabilitatea fiind prioritare în reducerea distanței de frânare;

reglarea frânării trebuie să se adapteze rapid variațiilor de aderență ale carosabilului. Astfel, în cazul unui carosabil uscat, acoperit pe alocuri de polei, o eventuală blocare a roților trebuie să fie limitată la durate suficient de scurte pentru a nu crea o instabilitate direcțională și o proastă manevrabilitate. Pe de altă parte, aderența pe care o oferă porțiunea uscată trebuie folosită la maximum;

în caz de frânare pe o șosea care prezintă caracteristici diferite (de exemplu, roata din dreapta pe polei și roata din stânga pe asfalt uscat – situație numită și „aderență asimetrică”), momentele mișcării de rotație (cupluri de girație care au tendința de a face autovehiculul să se rotească perpendicular pe sensul de deplasare), care apar inevitabil în acest caz, trebuie să aibă o creștere suficient de lentă pentru a da posibilitatea conducătorului auto să le poată compensa ușor prin contra-bracare.

în caz de frânare într-un viraj, autovehiculul trebuie să rămână stabil și manevrabil, și să prezinte o distanță de frânare cât mai mică posibil, atât cât viteza autovehiculului să fie inferioară vitezei limită în viraj;

exigențele de stabilitate direcțională, de manevrabilitate și de decelerație optimă trebuie, de asemenea, să fie respectate pe o șosea accidentată, oricare ar fi intensitatea frânării;

reglarea frânării trebuie să detecteze acvaplanarea (instabilitatea roților pe șosea umedă) și să reacționeze în mod adecvat.

Plaja de reglare:

reglarea frânării trebuie să funcționeze pe toată plaja de viteze a autovehiculului, chiar și dacă acesta rulează cu viteză mică (limită de viteză inferioară: aproximativ 2,5 km/h). Dacă roțile se blochează la această viteză redusă, traiectoria de parcurs a autovehiculului nu este critică până la oprire.

Comportamentul în timp:

adaptarea la histerezis-ul de frânare (reluarea frânării după slăbirea frânei unei roți) și la influențele motorului (frânare în poziție ambreiată) trebuie să se deruleze cât mai repede posibil;

Fiabilitate:

un circuit de supraveghere trebuie să controleze în permanență buna funcționare a sistemului de evitare a blocării roților. Dacă acest circuit detectează un incident susceptibil să determine un comportament la frânare necorespunzător, ABS-ul este deconectat. Lampa martor de la bordul autovehiculului informează conducătorul auto că nu mai dispune decât de dispozitivul de frânare de bază, fără funcția ABS.

Circuitul de reglare a sistemului de evitare a blocării roților – ABS

Circuitul de reglare a sistemului de evitare a blocării roților – ABS (figura 3.1) cuprinde următoarele elemente [Bos02], [Bos05]:

Bucla de reglare:

autovehiculul cu frâna de roată;

roata și cuplul de frecare constituit din pneu și șosea.

Factorii de influență în circuitul de reglare:

variații ale aderenței între pneu și șosea din cauza unor diferențe de calitate ale stratului de asfalt și ale sarcinii pe roată (de exemplu, în viraje);

neregularitățile șoselei care provoacă vibrații la nivelul roților și punților;

pneurile nu sunt perfect circulare, presiunea în pneuri insuficientă, profil uzat, dimensiuni diferite ale roților (de exemplu: roata de rezervă);

histerezis-ul și încălzirea (fading) frânelor;

presiuni diferite în cilindrul principal de frână pentru cele două circuite de frânare.

Regulatorul:

senzorul de viteză a roții;

calculatorul electronic ABS.

Fig Circuitul de reglare a sistemului de evitare a blocării roților – ABS: 1 – pedală de frână; 2 – servofrână; 3 – cilindru principal de frână și rezervor de compensare; 4 – cilindru de roată; 5 – senzor de viteză a roții; 6 – lampă martor bord.

Mărimi reglate:

viteza de rotație și prin corelație, decelerația periferică a roților;

accelerația periferică a roților și alunecarea la frânare.

Mărimi de referință:

forța exercitată de conducătorul auto pe pedala de frână, amplificată de servofrână, care generează presiune în sistemul de frânare.

Mărimea care se reglează:

presiunea de frânare în cilindrul de roată.

Bucla de reglare ABS:

Analiza datelor făcută de calculatorul ABS pleacă de la următoarea buclă de reglare simplificată:

roată condusă;

un sfert din masa autovehiculului este preluată de această roată;

frâna de roată, care reprezintă cuplul de frecare format între pneu și șosea;

o curbă ideală a coeficientului de aderență în funcție de alunecare.

Fig Curba ideală a coeficientului de aderență/alunecare: a–zonă stabilă; b–zo-nă instabilă; -alunecare optimă la frânare;-coeficient de aderență maxim.

Curba din figura 3.2 este împărțită într-o zonă stabilă, cu creștere liniară și o zonă instabilă a cărei evoluție este constantă (). O altă simplificare constă într-o frânare pe traiectorie rectilinie corespunzând unei frânări în situație de panică [Bos02], [Bos05].

Fig Faza de frânare, reprezentare simplificată: () – decelerația periferică a roții; () – decelerația periferică maximă a roții; – cuplul de frânare; – cuplul de frecare al șoselei; – cuplul de frecare maxim al șoselei; – temporizare.

În figura 3.3 se prezintă dependența care există între cuplul de frânare (cuplu pe care frâna poate să îl aplice prin intermediul pneului), cuplul de frecare al șoselei (cuplu care acționează asupra roții datorită cuplului de frecare șosea/pneu) și timpul t, precum și între decelerația periferică a roții () și timpul : cuplul de frânare crește liniar, în funcție de timp. Cuplul de frecare al șoselei urmează cuplului de frânare cu o ușoară temporizare , atâta timp cât frânarea are loc în zona stabilă a curbei „coeficient de aderență/alunecare”. Punctul maxim () și deci intervalul instabil al acestei curbe este atins la 130 ms. În timp ce cuplul de frânare continuă să crească, cuplul de frecare al șoselei nu mai poate crește conform curbei „coeficient de aderență/alunecare”, dar rămâne constant. În timpul duratei cuprinse între 130 și 240 ms (blocarea roții), diferența mică de cuplu din intervalul stabil crește rapid până la atingerea unor valori mari. Această diferență de cuplu este semnificativă pentru decelerația periferică () a roții frânate (Fig. 2.3, graficul de jos). În intervalul stabil, decelerația periferică a roții este limitată la o valoare mică, în timp ce ea crește rapid în intervalul instabil.

Mărimi reglate

Selecția mărimilor reglate corespunzător este esențială pentru calitatea modului de reglare a sistemului de evitare a blocării roților – ABS. Semnalele senzorilor de viteză, care permit calculatorului să determine decelerația și accelerația periferică a roții, alunecarea la frânare, viteza de referință și decelerația autovehiculului constituie mărimile acestei reglări. Nici decelerația, nici accelerația periferică a roții, nici alunecarea nu pot fi considerate, singure, mărimi reglate. În timpul frânării, o roată motoare se comportă total diferit față de o roată condusă.

Datorită faptului că alunecarea nu poate fi măsurată direct, calculatorul ABS determină o mărime identică. Parametrul de bază este viteza de referință, care corespunde unui indice de decelerație în cele mai bune condiții posibile (alunecare optimă). Pentru a determina această viteză de referință, senzorii de viteză ai roților informează în permanență calculatorul ABS asupra vitezei de rotație a celor patru roți. Calculatorul ABS deduce din aceasta o „diagonală” (de exemplu: roata punții din față dreapta și roata punții din spate stânga) și generează viteza de referință. În caz de frânare parțială, în general, una din cele două roți ale diagonalei, care se rotește cel mai repede, determină viteza de referință. În cazul când intervine reglarea ABS în timpul unei frânări de urgență, vitezele roților diferă de viteza autovehicu-lului și nu mai pot servi la calcularea vitezei de referință în absența corecțiilor. În timpul reglării, calculatorul ABS determină viteza de referință plecând de la viteza la care a început reglarea, aplicându-i o diminuare liniară în formă de rampă. Panta rampei este obținută prin intermediul semnalelor și combinațiilor logice.

Dacă, în afară de accelerația și decelerația periferică a roții, dar și alunecare, decelerația autovehiculului este în aceeași măsură luată în calcul ca mărime auxiliară, și dacă circuitul logic al calculatorului ABS este influențat de rezultatele calculate, se obține un mod optim de reglare a frânării.

Mărimi reglate pentru roțile conduse

În general, accelerația și decelerația periferică sunt considerate ca mărimi reglate ale roților conduse și ale roților motoare, dacă conducătorul auto frânează după ce a debreiat. Aceasta se explică prin comportamentul contradictoriu al buclei de reglare în intervalul stabil și instabil al curbei „coeficient de aderență/alunecare”.

Decelerația periferică a roților nu poate avea decât valori limitate în intervalul stabil, ceea ce înseamnă că dacă conducătorul auto apasă mai mult pe pedala de frână, autovehiculul încetinește și mai mult, dar fără blocarea roților.

În intervalul instabil, este suficientă apăsarea ușoară pe pedala de frână pentru a provoca blocarea momentană a roților. Acest comportament permite exploatarea decelerației și accelerației periferice pentru a defini alunecarea specifică a unei frânări optime.

O valoare limită fixă a decelerației periferice, utilizată pentru a începe reglarea ABS, nu trebuie să fie decât cu puțin mai mare față de decelerația maximă posibilă a unui autovehicul. Această cerință este foarte importantă dacă efortul exercitat de conducătorul auto asupra pedalei de frână crește progresiv. Dacă această valoare a fost stabilită la un nivel prea mare, roțile ar putea pătrunde mult în intervalul instabil al curbei „coeficient aderență/alunecare”, fără ca sistemul ABS să înregistreze riscul de instabilitate.

O dată cevaloarea limită fixăa decelerației periferice este atinsă, pentru prima dată în timpul unei frânări de urgență, presiunea de frânare a roții nu trebuie să scadă automat, deoarece, cu pneurile moderne, aceasta ar conduce la pierderea unei distanțe de frânare importantă pe o șosea cu suprafață aderentă, în special pentru o viteză inițială ridicată.

Mărimireglate pentru roțile motoare

Dacă autovehiculul se aflăîn prima sau a doua treaptă a cutiei de viteze în timpul frânării, motorul acționează asupra roților motoare și crește considerabil momentul lor de inerție eficace . În consecință, roțile se comportă ca și cum ele ar fi cu mult mai grele. Sensibilitatea decelerației periferice a roților în raport cu variațiile cuplului de frânare în zona instabilă a curbei „coeficient de aderență/alunecare” scade în aceleași proporții.

Comportamentul contradictoriu foarte pronunțat al roților conduse între zona stabilă și zona instabilă a curbei „coeficient de aderență/alunecare” este uniformizat astfel încât decelerația periferică a roților nu este totdeauna suficientă, ca mărime reglată, pentru a detecta alunecarea și frecarea maximă. Este necesar să se recurgă la o mărime reglată comparabilă cu alunecarea la frânare și să se combine în mod adecvat cu decelerația periferică a roților.

Comparativ, în figura 3.4 se prezintă fazele de frânare ale unei roți conduse și ale unei roți motoare [Bos02], [Bos05].

Fig Fazele de frânare ale roții conduse și ale celei motoare: indice 1 – roată condusă; indice 2 – roată motoare (cuplul de inerție al roții în acest exemplu este mai mare de 4 ori); () – pragul de decelerație periferică a roții; – diferența de cupluri .

În acest exemplu, momentul de inerție al motorului crește momentul de inerție eficace a roții de 4 ori. În cazul roții conduse, pragul de decelerație periferică definit () este depășit foarte repede o dată ce iese din zona stabilă a curbei „coeficient de aderență/alunecare”. Ținând cont de multiplicarea cu 4 a momentului de inerție a roții motoare, trebuie atinsă o cvadruplă diferență a celor două momente:

(1)

înainte ca pragul să fie depășit. Roata motoare poate astfel să se găsească deja în zona instabilă a curbei „coeficient de aderență/alunecare”, ceea ce diminuează stabilitatea direcțională a autovehiculului.

Calitatea reglării

Sistemele performante de evitare a blocării roților – ABS, trebuie să satisfacă următoarele criterii, în ceea ce privește calitatea reglării:

menținerea stabilității direcționale, prin aplicarea forțelor de ghidare laterală suficiente, la nivelul roților punții din spate;

menținerea manevrabilității, prin aplicarea forțelor de ghidare laterală suficiente, la nivelul roților punții din față;

reducerea distanțelor de frânare în raport cu sistemele de frânare clasice (frânări cu blocarea roților), datorită unei exploatări optime a aderenței între pneuri și șosea;

adaptarea rapidă a presiunii de frânare în funcție de diferiți coeficienți de aderență (de exemplu: la traversarea unei porțiuni de șosea cu apă, zăpadă sau polei);

asigurarea variațiilor mici de reglare a cuplului de frânare pentru a evita vibrațiile suspensiei;

un confort sporit de utilizare datorită atenuării reacțiilor „la șoc” asupra pedalei de frână și a nivelului sonor al dispozitivelor de comandă (electrovalve și pompă de retur ale grupului hidraulic).

În același timp, nu este posibilă optimizarea individuală a criteriilor precizate mai sus, ci doar în ansamblul lor. Stabilitatea direcțională și manevrabilitatea constituie astfel parametri esențiali.

Cicluri tipice de reglare a sistemului de evitare a blocării roților – ABS

Reglarea frânării pe o șosea aderentă (coeficient de aderență ridicat)

Dacă reglarea frânării are loc pe șosea aderentă (suprafața șoselei având un coeficient de aderență ridicat), viteza de creștere a presiunii trebuie redusă de la factorul 5 la 10 în raport cu faza de frânare, pentru a evita rezonanțele perturbatoare ale punților [Sei87], [Rad88]. Din aceste condiții rezultă evoluția, reprezentată în figura 3.5, a reglării frânării pentru coeficienți de aderență mari [Bos02], [Bos05].

Fig Reglarea frânării pentru coeficienți de aderență mari: – viteza de rula-re; – viteza de referință; – viteza periferică a roților; – prag de alune-care. Semnale de comandă: , – praguri de accelerație periferică a roților; – prag de decelerație periferică a roților; – scăderea presiunii de frânare.

În momentul frânării, presiunea în cilindrul de frână al roții și decelerația peri-ferică a roților (accelerația negativă) cresc. La sfârșitul fazei 1, decelerația periferică depășește pragul predeterminat (). Electrovalva corespondentă trece astfel în poziția de „menținere a presiunii”. Presiunea de frânare nu trebuie încă să scadă, deoarece pragul () ar putea fi deja depășit în zona stabilă a curbei coeficient de aderență/alunecare și aceasta ar conduce la o modificare a distanței de frânare. În același timp, viteza de referință se diminuează, urmând o pantă predefinită. Valoarea pragului de alunecare este dedusă din această viteză de referință.

La sfârșitul fazei a 2-a, viteza periferică devine inferioară pragului . Electrovalva comută astfel pe poziția de „scădere a presiunii”, ceea ce conduce la o scădere a presiunii de frânare până când decelerația periferică a roților a depășit pragul ().

La finalul fazei a 3-a, valoarea este din nou inferioară pragului () și intervine o fază de menținere a presiunii pe parcursul unei durate determinate. În acest timp, accelerația periferică a crescut, astfel încât pragul() este depășit. Presiunea continuă să rămână constantă.

La sfârșitul fazei a 4-a, accelerația periferică depășește pragul () relativ ridicat. Presiunea de frânare crește atâta timp cât pragul () este depășit.

În decursul fazei a 6-a, presiunea de frânare este din nou menținută constantă, deoarece pragul () este depășit. La sfârșitul acestei faze, accelerația periferică devine inferioară pragului ().

Aceasta semnifică faptul că roata a intrat în zona stabilă a curbei „coeficient de aderență/alunecare” și că ea este ușor subfrânată.

Creșterea presiunii de frânare se efectuează acum treptat (faza 7), până când decelerația periferică devine inferioară pragului () (sfârșitul fazei 7). De această dată, presiunea de frânare este anulată imediat, fără ca un semnal să fi fost generat.

În figura 3.6 se prezintă arată evoluția unei frânări de urgență fără ABS, comparată cu o fază de frânare cu intervenția ABS-ului [Bos02], [Bos05].

Fig Faza de frânare fără ABS

Reglarea frânării pe șosea alunecoasă (coeficient de aderență redus)

În mod contrar cu ceea ce se petrece pe șosea aderentă, o ușoară presiune pe pedala de frână este suficientă pentru a produce o blocare a roților pe șosea alunecoasă. Acestea au nevoie de mai mult timp pentru a ieși din faza de alunecare și pentru a se accelera. Logica de reglare a calculatorului identifică starea momentană a șoselei și îi adaptează caracteristicile ABS-ului.

În figura 3.7 se prezintă o reglare tipică a frânării pentru coeficienți de aderență reduși.

În decursul fazelor 1 până la 3, reglarea se derulează la fel ca și în cazul coeficienților de aderență ridicați [Bos02], [Bos05].

Fig Reglarea frânării pentru couficienți de aderență reduși: – viteza de rulare; – viteza de referință; – viteza periferică a roților; – prag de alunecare. Semnale de comandă: – prag de accelerație periferică a roților; – prag de decelerație periferică a roților; – scăderea presiunii de frânare.

Faza a 4-a începe cu un stadiu de menținere a presiunii, de scurtă durată. Apoi se efectuează o scurtă comparație între viteza roților și pragul de alunecare . Datorită faptului că viteza roților este inferioară valorii pragului de alunecare, presiunea de frânare scade pentru o scurtă perioadă de timp bine determinată.

Urmează o nouă fază de menținere a presiunii de frânare. Apoi se efectuează o nouă comparație între viteza periferică a roților și pragul de alunecare care conduce la o scădere a presiunii pentru o durată scurtă. În decursul fazei consecutive de menținere a presiunii, roata care e accelerată și viteza ei periferică depășesc pragul (). Urmează o nouă menținere a presiunii până ce valoarea acesteia redevine inferioară pragului () (sfârșitul fazei 5). Faza a 6-a se caracterizează printr-o creștere treptată a presiunii – mod descris deja în cazul precedent – până când o scădere a presiunii declanșează un nou ciclu de reglare – faza a 7-a.

În decursul ciclului descris anterior, se remarcă faptul că pe baza logicii reglării, după reducerea presiunii – declanșată de semnalul () – au fost necesare alte două trepte de scădere a presiunii, pentru accelerarea roții. Roata se rotește destul de mult timp în zona de alunecare, ceea ce nu este optim pentru stabilitatea direcțională și manevrabilitatea autovehiculului.

Pentru a îmbunătăți aceste două caracteristici, se face în permanență o comparație, în decursul ciclului de reglare și al ciclurilor următoare, între viteza periferică a roții și pragul de alunecare . Rezultă de aici, o scădere continuă a presiunii în timpul fazei a 6-a, până când accelerația periferică a roții depășește pragul () în cursul fazei a 7-a. Pe motivul scăderii continue a presiunii, roata nu se mai rotește decât pe o durată scurtă cu alunecare, ceea ce îmbunătățește stabilitatea direcțională și manevrabilitatea în raport cu primul ciclu.

Sistemul de prevenire a patinării roților motoare – ASR (Anti Slipping Regulator)

Situațiile critice în conducerea unui autovehicul apar nu numai în procesul de frânare ci și la demaraj brusc sau accelerare bruscă pe carosabil orizontal, în rampă, sau în curbe periculoase. În aceste cazuri, aderența roților motoare scade puternic. Rezultatul este că roțile motoare patinează, autovehiculul își pierde stabilitatea și intră în derapaj. Sistemul ASR este o completare la sistemul ABS și ajută conducătorul auto să păstreze siguranța și stabilitatea de manevrare a autovehiculului în situațiile critice amintite mai sus. Sistemul ASR este format din aceleași componente ca și ABS-ul, dar completat cu câteva funcțiuni suplimentare, exemplificate în figura 3.8 [Bai08]:

senzorul de turație al roții, furnizează informații sub formă de semnale unității centrale de comandă, din care se calculează viteza periferică a roții;

unitatea de comandă electronică este asemănătoare cu unitatea de control pentru ABS și completată cu câteva funcții.

Fig Sistemul de prevenire a patinării roților – ASR: 1 – senzori de turație ai roților; 2 – cilindrii receptori de frână; 3 – agregat hidro-pneumatic; 4 – unitate de control electronic; 5 – unitatede control a motorului; 6 – clapetă de accelerație.

Din semnalele obținute de la senzori, unitatea de control determină care din roți patinează, iar regulatorul ASR intră automat în funcțiune.

Semnalele sunt prelucrate în două microprocesoare paralele. Circuitele de ieșire transformă semnalele digitale în semnale electrice de acționare a electrovalvelor și a pompei de recuperare a lichidului de frână a agregatului pneumatic, astfel încât se reglează presiunea din cilindrii receptori de frână.

Prin intermediul unei interfețe, aceste informații sunt transmise la unitatea de control a motorului, care acționează asupra clapetei de accelerație a motorului.

ASR-ul funcționează astfel

în timpul deplasării autovehiculului, senzorul de rotație furnizează unității centrale semnalele de la cele 4 roți;

atunci când conducătorul auto, acționează pedala de accelerație, mo-mentul de rotație al motorului cât și momentul la roțile motoare crește.

în cazul în care momentul forței de tracțiune se transmite integral prin frecare carosabilului, autovehiculul va fi accelerat;

dacă între pneul unei roți și carosabil nu există aderența suficientă, roata începe să patineze, turația roții crește și apare pericolul de derapaj.

În această situație, ASR-ul intră în acțiune și reglează momentul de tracțiune la roata respectivă, adică o frânează astfel încât se evită derapajul și pierderea stabilității autovehiculului. Pentru ca ASR-ul să poată interveni, indiferent cât de intens acționează conducătorul auto pedala de accelerație, trebuie ca între pedala de accelerație și clapeta de aer (pentru motoarele cu aprindere prin scânteie) sau între pedala de accelerație și pompa de injecție (pentru motoarele cu aprindere prin compresie), să existe un sistem electronic intermediar numit EGAS (pedala electronică de accelerație).

Pedala electronică de accelerație (EGAS)

Pedala electronică de accelerație, prezentată în figura 3.9, este un sistem electronic intermediar care preia semnalele electrice de acționare de la pedala de accelerație și de la agregatul hidro-pneumatic [Bai08].

Fig Pedala electronică de accelerație (EGAS).

Poziția pedalei de accelerație este determinată de un senzor (3) și transformată într-un semnal electric care este transmis unității de comandă a motorului (2), în care este integrată și unitatea de comandă EGAS. Acest semnal este prelucrat împreună cu semnalul de la senzorul de temperatură a motorului (4) și de la senzorul de turație a motorului și trensformat într-un semnal electric care acționează clapeta de aer (5) a motorului cu prindere prin scânteie sau pârghia de acțiune a pompei de injecție a motorului cu aprindere prin compresie.

Aceasta acțiune modifică turația, respectiv cuplul motor, și prin aceasta momentul la roata motoare (6).

Sistemul de control al stabilității autovehiculului – ESP (Electronic Stability Program)

Sistemul de control dinamic al stabilității (ESP) este un sistem de reglare destinat să îmbunătățească comportamentul dinamic al autovehiculului, intervenind, pe de o parte, asupra sistemului de frânare, iar pe de altă parte, asupra motorului. Datorită funcționalității integrate ale ABS-ului, roțile nu pot să se blocheze la frânare, iar ASR-ul le împiedică să patineze la demaraj. Ca sistem global, ESP împiedică de altfel autovehiculul de a devia la bracare sau de a deveni instabil și de a derapa, atâta timp însă cât limitele fizice nu sunt depășite [Hui06], [Bos99], [Bos01]. Comparativ, în figurile 3.10 și 3.11, este prezentat comportamentul dinamic al unui autoturism (cu și fără ESP).

Fig Comportamentul dinamic al unui autoturism (fără ESP): 1 – bracare spre stânga (apariția forței laterale); 2 – apariția instabilității (datorită unghiului de derivă mare); 3 – contra-bracare (autoturismul nu mai este manevrabil); 4 – derapare. – cuplu de girație; – forța laterală; – unghiul de derivă.

Fig Comportamentul dinamic al unui autoturism (cu ESP): 1 – bracare spre stânga (apariția forței laterale); 2 – apariția instabilității (intervenția ESP asupra roții din față dreapta); 3 –autoturismul rămâne manevrabil); 4 – apariția instabilității (intervenția ESP asupra roții din față stânga). – cuplu de girație; – forța laterală; – unghiul de derivă.

Frânarea anumitor roți, precum roata din spate interioară virajului, în caz de subvirare sau roata din față exterioară virajului în caz de supravirare (Fig. 2.11), contribuie la menținerea stabilității autoturismului. Suplimentar, ESP-ul poate să și accelereze roțile motoare intervenindasupra motorului.

Principalele exigențe impuse ESP-ului:

stabilitate dinamică mare; maniabilitatea și stabilitatea direcțională sunt îmbunătățite în orice condiții de utilizare precum frânare maximă, frânare parțială, accelerare, decelerare și alternanțe de sarcini;

stabilitate dinamică mare și în zona limită, de exemplu în caz de manevre extreme la volan (reacții de surprindere și de panică) și reducerea riscului de derapare;

în anumite situații, o îmbunătățire în utilizarea potențialului de transmi-tere a cuplului prin intermediul ABS/ASR și prin urmare o diminuare a distanței de frânare și o ameliorare a manevrabilității și a stabilității.

Conceptul fizic ESP

Deoarece traiectoria nominală dorită de conducătorul auto nu este cunoscută, datele de intrare transmise de conducătorul auto sunt folosite pentru a obține variabilele de stare nominale ce descriu mișcarea autovehiculului. Aceste date de intrare sunt unghiul la volan, cuplul de antrenare al motorului, dedus din poziția pedalei de accelerație și presiunea în sistemul de frânare. Pentru a determina ce variabile descriu mișcarea dorită cel mai bine, este aleasă o situație specială (Fig. 2.12) [Jur99], [Ant00].

Fig Comportamentul dinamic al unui autovehicul: 1–semnal de intrare, un-ghiul la volan fix; 2–traiectoria pe o șosea aderentă; 3–traiectoria pe o șosea alu-necoasă în cazul bracării în buclă deschisă, cu reglarea vitezei de girație; 4 – tra-iectoria pe o șosea alunecoasă cu reglare suplimentară a unghiului de derivă (ESP)

În figura 3.12 este prezentat un autovehicul luând un viraj spre dreapta, în cazul unor date de intrare pentru unghiul de bracare. Curba 2 arată traiectoria pe care o va urma autovehiculul dacă accelerația sa laterală este mai mică decât coeficientul de frecare al drumului pentru pneuri. În acest caz, autovehiculul urmează traiectoria nominală. Dacă drumul este alunecos, cu un coeficient de frecare mai mic decât accelerația laterală nominală, atunci autovehiculul nu va mai avea mișcarea nominală și raza curbei va deveni mai mare decât cea pentru mișcarea nominală.

Una din variabilele de stare de bază care descriu mișcarea laterală a autovehi-culului este raportul girației. De aceea, pare a fi rezonabilă proiectarea unui sistem de control care egalizează raportul girației autovehiculului cu raportul de girație al mișcării nominale (controlul raportului de girație). Dacă acest control este folosit pe un drum alunecos, atunci accelerația laterală și raportul girației nu corespund între ele, ca și în timpul mișcării nominale. Unghiul de alunecare al autovehiculului crește rapid, așa cum este arătat de curba 3 din figura 3.12.

Totuși, raportul girației și unghiul alunecării autovehiculului trebuie limitate la valori care corespund coeficientului de frecare al drumului. Din acest motiv, pentru controlul dinamic al autovehiculului, atât raportul girației cât și unghiul de alunecare a autovehiculului, sunt luate ca variabile de stare nominale și astfel ca variabile con-trolate. Rezultatul este arătat de curba 4 din figura 3.12. Autovehiculul ne-cesită instalarea unui senzor pentru raportul girației și unul pentru accelerația laterală.

Forțele longitudinale și cele laterale (FL, FS),care acționează asupra pneului, depind de alunecarea pneului λ, unghiul de alunecare α și de forța normală care acționează asupra pneului FN.

Forța laterală generată de pneu pentru un unghi de alunecare dat, scade cu creșterea în amplitudine a alunecării pneului. Această proprietate este folosită pentru controlul forței laterale și al momentului de girație asupra autovehiculului și alunecarea pneului este folosită ca o variabilă de control de bază a algoritmului de control. De exemplu, dacă alunecarea pneului de pe partea dreaptă față este mărită cu o valoare mică Δλ față de valoarea inițialăλ0 și dacă unghiul alunecării pneului este α0 atunci momentul de girație asupra autovehiculului este în prima aproximare schimbată de următoarea mărime.

(2)

În cazul de față, schimbările forței normale asupra pneului, ca rezultat al unei schimbări a forței longitudinale sau laterale, sunt neglijate. De asemenea, schimbă-rile cuplului de aliniere asupra pneului sunt neglijate. În mod similar forțele laterale și longitudinale asupra autovehiculului vor fi schimbate de următoarele mărimi.

(3)

(4)

Aceste relații ce pot fi derivate pentru fiecare roată a autovehiculului sunt foarte neliniare deoarece derivatele forțelor sunt dependente de punctul de operare (λ0, α0) al pneului.Efectul variațiilor alunecării pneului poate fi explicat cel mai bine folosind figura 3.13.

Fig Efectul variațiilor alunecării pneului.

În această figurăse prezintă forțele FR(λ=0), FR(λ0), FB(λ0) și FS(λ0). FR este forța rezultantă a pneului, care este obținută prin suma vectorială a forțelor longitudinale și laterale asupra pneului. FR(λ=0) este forța rezultantă asupra pneului ce acționează în timpul rulării libere și este egală cu forța laterală asupra pneului care rezultă din unghiul de alunecare α0.

Dacă alunecarea pneului este mărită la valoarea λ0, atunci forța laterală asupra pneului este redusă la valoarea FS(λ0). În același timp o forță de frânare FB(λ0) este generată. FR(λ0)este acum forța rezultantă asupra pneului. La limita adeziunii între pneu și drum, valorile absolute ale FR(λ=0) și FR(λ0) sunt aproximativ egale. Mărindalunecarea pneului ceea ce înseamnă rotirea forței rezultante asupra pneului și prin urmare schimbarea momentului de girație, forța laterală și cea longitudinală asupra autovehiculului.

Această rotație poate fi făcută pentru fiecare pneu astfel încât se poate alege liber la care pneu alunecarea ar trebui schimbată și cu ce valoare. Schimbărileforței longitudinale asupra pneului conduc la o decelerație a autovehiculului, în timp ce schimbările forței laterale pot conduce la o mărire nedorită a deviației laterale a autovehiculului de la traiectoria nominală.Rezultă un compromis care poate fi rezolvat prin folosirea de metode de proiectare corespunzătoare.

O atenție sporită trebuie acordată robusteții design-ului, deoarece punctul de operare (λ0, α0) al pneului este necunoscut (nici alunecarea pneului, nici unghiul alunecării nu sunt măsurate) și multe din variabile au doar valori estimate.

Elementele componente ABS/ESP

Senzori ABS/ESP

Senzorul de girație, senzorul de accelerație laterală, senzorul unghiului de bracare și calculatorul electronic sunt prevăzuți pentru a fi integrați în habitaclu sau în compartimentul portbagaj [Bos05]. Exemplul de montaj prezentat în figura 3.14 ilustrează amplasarea diferitelor componente, conexiuni electrice și legături mecanice în cadrul unui autoturism.

Fig14 Sistemul ESP și conexiunile sale electrice pe autoturism: 1 – frâne de roa-tă; 2 – senzori de viteză de roată; 3 – calculator electronic de gestiune a funcțiilor motorului cu interfață CAN (Control Area Network); 4 – dispozitiv de comandă a clapetei de accelerație; 5 – pompă de preîncărcare cu senzor de presiune de alimen-tare; 6 – senzorul unghiului de bracare; 7 – servofrână și cilindrul principal de frână; 8 – sistem hidraulic cu senzor de presiune de frânare și calculator electronic încorporat; 9 – senzor de viteză de girație cu senzor de accelerație laterală.

Senzorii de viteză a roților

Acești senzori de viteză a roților servesc la determinarea vitezei de rotație a roților autovehiculului. Semnalele de viteză sunt transmise prin intermediul fasciculelor electrice calculatorului ABS, ASR sau ESP, care reglează forța de frânare pe fiecare roată separat. Cele două tipuri de senzori de viteză a roților (pasivi și activi) sunt prezentate în figurile 3.15 și 3.16 [Bos05].

Fig Sezori de viteză a roții pasivi (inductivi): a – cu axă polară plată; b – cu axă polară în cruce.

Fig Senzor de viteză a roții activ (cu efect Hall).

Senzorul de accelerație

Autoturismele echipate cu sistemul antiblocare (ABS), cu sistem antipatinare (ASR), cu transmisie integrală și cu sistemul de control dinamic al stabilității (ESP), dispun de un accelerometru cu efect Hall (Fig. 2.17), care permite măsurarea accelerațiilor longitudinale și transversale ale autoturismului (în funcție de poziția de montare, prin raportare la sensul de deplasare) [Bos05].

Fig Senzor de accelerație: a – partea electronică; b – sistem masă-resort. 1 – senzor cu efect Hall; 2 – magnet permanent; 3 – resort.

Senzorul de girație

Senzorul de girație (Fig. 2.18), care echipează autoturismele prevăzute cu sistemul de control dinamic al stabilității (ESP), detectează mișcările de girație ale autoturismului (rotația în jurul axei sale verticale), de exemplu, în cazul virajelor normale și în caz de risc de deviere sau de derapare [Bos05].

Fig Schema constructivă a senzorului de girație: 1 – resort de cuplare (determină frecvența); 2 – magnet permanent; 3 – sens de vibrare; 4 – masă vibrantă; 5 – senzor de accelerație Coriolis; 6 – sensul accelerației Coriolis; 7 – resort de menținere. – viteza de girație; – viteza de vibrație; – câmp magnetic permanent.

Senzorul unghiului de bracare

Are rolul de a transmite calculatorului ESP [Bos05] informații legate de unghiul de bracare a volanului (Fig. 2.19).

Fig Senzorul unghiului de bracare: 1 – capac cu magneți permanenți echidistanți; 2 – disc magnetic; 3 – circuit imprimat cu 9 contactori Hall și microprocesor; 4 – angrenaj cu roți dințate; 5 – bariere cu efect Hall; 6 – manșon de fixare pe coloana de direcție.

Calculatorul electronic

Modulul electronic, realizat cu tehnologie convențională cu plăci imprimate (4 straturi), cuprinde două calculatoare parțial redondante, ansamblul circuitelor de acționare și de comandă a electrovalvelor și a martorilor de bord, a releelor semi-conductoare de comandă a electrovalvelor și a pompelor, circuitele de interfațare pentru condiționarea semnalelor transmise prin senzori, precum și intrări adecvate pentru semnalele suplimentare, de exemplu: contactorii luminilor de stop și alte organe de comutare. Suplimentar, o interfață multiplexată CAN a fost integrată pentru a gestiona comunicarea cu alte sisteme (de exemplu: gestiunea funcțiilor motorului și comanda cutiei de viteze). Numărul mare de semnale suplimentare a necesitat dezvoltarea unei conectici specifice, pentru a păstra dimensiunile reduse ale carcasei calculatorului electronic.

Sistemul de monitorizare

Un sistem de siguranță infailibil are o importanță fundamentală, în ceea ce privește fiabilitatea funcționării sistemului ESP. El înglobează sistemul complet cu toate componentele și cu toate efectele interactive. Securizarea este bazată pe metode tehnice de securitate, precum AMDEC (analiza modurilor de defecțiune și efectele acestora), ESF (estimarea fiabilității funcționării), și pe studii de simulare a defectelor.

Totodată, au fost integrate măsuri specifice pentru a evita defectele care influențează siguranța. Programe complexe de monitorizare asigură detectarea defectelor care nu au fost excluse. La baza acestui sistem de monitorizare se găsește soft-ul pentru siguranță, deja utilizat în cadrul sistemelor ABS și ABS/ASR, care monitorizează toate componentele conectate la calculatorul electronic, conexiunile electrice ale acestora, semnalele și funcțiile. Acest concept a fost îmbunătățit prin utilizarea logică a senzorilor anexați și adaptați componentelor și funcționalităților suplimentare ale ESP-ului.

Senzorii sunt monitorizați pe mai multe nivele:

la primul nivel, ei sunt monitorizați în timpul funcționării autoturismului, în cazul unei rupturi de cablu și/sau la un semnal anormal (control în afara zonei, detectarea perturbațiilor, plauzibilitatea fizică);

la nivelul al doilea, senzorii vitali sunt controlați activ. Senzorul de girație este controlat prin dezacord activ al elementului sensibil și analiza răspunsului. Chiar și senzorul de accelerație este dotat cu un sistem de supraveghere internă care funcționează în planul din spate. Atunci când pornește, semnalul senzorului de presiune trebuie să lase o urmă predefinită; decalajul și avansul sunt compensate pe cale internă. Senzorul unghiului de bracare dotat cu o „inteligență locală” dispune de funcții de supraveghere proprii și trimite direct un mesaj de eroare calculatorului electronic. Mai mult, transmiterea numerică a semnalului spre calculator este supravegheată în permanență.

la cel de-al treilea nivel, monitorizarea senzorilor în timpul întregii funcționări staționare a autoturismului este asigurată prin „redondanță analitică”. În acest scop, un mod de calcul tip verifică dacă relațiile determinate prin intermediul mișcării autoturismului între semnalele transmise de către senzori nu sunt perturbate. Modelele servesc, în aceeași măsură, la calcularea și la compensarea decalajelor senzorilor care apar în cadrul specificațiilor lor.

În cazul defecțiunii și în funcție de tipul său, sistemul este dezactivat, fie total, fie parțial.

Grupul hidraulic ABS/ESP

Grupul hidraulic/modulatorul constituie interfața hidraulică între cilindrul principal de frână și cilindrii de frână de roată, și astfel componentul central al sistemelor electronice de frânare. Transformă comenzile de acționare ale calculatorului și reglează presiunile în circuitele frânelor roților cu ajutorul electrovalvelor.

Principial se disting diferite sisteme, unele care modulează presiunea de frânare aplicată de conducătorul auto (sistemul de evitare a blocării roților – ABS) și altele care pot genera ele însele o presiune (sistemul de prevenire a patinării roților – ASR, sistemul de control dinamic al stabilității – ESP).

O etapă decisivă în dezvoltarea ABS-ului a fost trecerea de la electrovalvele 3/3 la electrovalvele 2/2. Electrovalvele 3/3, care erau folosite în a doua generație, permiteau realizarea cu o singură electrovalvă, a funcțiilor de reglare a creșterii presiunii, menținerea presiunii și scăderea presiunii. Electrovalvele dispuneau în acest sens de trei racorduri hidraulice. Incovenientul acestui tip de electrovalvă era o comandă electrică foarte scumpă și o mare complexitate din punct de vedere mecanic. Generația ABS 8 (Fig. 2.20), lansată în 2001, beneficiază de o concepție complet modulară. Aceasta permite adaptarea perfectă a hidraulicului la cerințele fiecărui constructor de autoturisme, ca de exemplu, la nivelul funcțiilor cu valoare adăugată, al confortului, al segmentului de autoturisme etc. [Bos05].

Fig Grup hidraulic ESP 8: 1 – calculator; 2 – grilă port-bobine; 3 – bobine/grup magnetic; 4 – electrovalve; 5 – bloc hidraulic; 6 – motor de curent continuu; 7 – pompe cu pistoane; 8 – acumulator de presiune joasă; 9 – senzor de presiune.

Componența grupului hidraulic

Un grup hidraulic ABS/ASR/ESP este alcătuit dintr-un bloc din aluminiu, în care este realizată schema hidraulică (figura 3.21) [Bos04a]. Acest bloc servește în același timp la montarea elementelor hidraulice funcționale necesare (figura 3.20).

Fig Schema grupului hidraulic al sistemului ABS cu 4 canale (repartiția cir-cuitelor de frânare în X): 1 – cilindrul principal de frână; 2 – cilindru de frână de roată; 3 – electrovalvă de admisie; 4 – electrovalvă de evacuare; 5 – pompă de retur; 6 – motorul pompei; 7 – acumulator de presiune joasă; F – față; S – spate; DR – dreapta; ST – stânga.

Grupul hidraulic ABS

Cu un sistem ABS cu trei canale, acest bloc regrupează o electrovalvă de admisie și o electrovalvă de evacuare pentru fiecare roată a punții din față precum și o electrovalvă de admisie și o electrovalvă de evacuare pentru puntea din spate, deci șase electrovalve în total. Acest sistem poate fi aplicat în exclusivitate autoturismelor care dispun de o repartiție a circuitelor de frânare în II. În această configurație, roțile punții din spate nu sunt reglate individual, ci doar cele două roți alăturate, după principiul selectare joasă.

Pentru un ABS cu 4 canale (cu repartiția circuitelor de frânare în II sau în X), sunt folosite pentru fiecare roată o electrovalvă de admisie și o electrovalvă de eva-cuare (opt vane în total). Un astfel de sistem permite reglarea fiecărei roți individual.

În plus, un element de pompă (pompă de retur) și un acumulator de joasă presiune sunt montate pe fiecare circuit de frânare. Cele două elemente ale pompei sunt acționate de un motor electric de curent continuu obișnuit.

Grup hidraulic ASR

Comparativ cu grupul ABS, un grup ASR, cu repartizarea circuitelor de frânare în II pe spate (roți motoare), dispune în plus de o electrovalvă de inversie și o electrovalvă de aspirație (zece electrovalve în total).

În cazul unui un grup ASR cu repartiție a circuitelor de frânare în X, sunt necesare pe fiecare circuit o electrovalvă de inversie și o electrovalvă de aspirație (în total 12 electrovalve).

Grup hidraulic ESP

Sistemele ESP au nevoie de 12 electrovalve [Bos05], oricare ar fi repartizarea circuitelor de frânare (Fig. 2.22). Pentru astfel de sisteme, cele două electrovalve de aspirație, ca și în cazul grupului hidraulic ASR, sunt înlocuite cu două electrovalve de înaltă presiune. Diferența între cele două electrovalve constă în faptul că electrovalva de înaltă presiune poate reacționa la diferențele de presiune superioare (>0,1 MPa). Cu ESP, poate fi necesară creșterea presiunii de frânare, solicitată de conducătorul auto pentru a stabiliza autoturismul. Într-o astfel de manevră, este necesară deschiderea circuitului de aspirație al pompei, chiar dacă presiunea de amorsare este ridicată.

Fig Schema grupului hidraulic al sistemului ESP (repartiția circuitelor de frânare în X): 1 – cilindrul principal de frână; 2 – cilindru de frână de roată; 3 – e-lectrovalvă de admisie; 4 – electrovalvă de evacuare; 5 – pompă de retur; 6 – moto-rul pompei; 7 – acumulator de joasă presiune; 8 – electrovalvă de înaltă presiune; 9 – electrovalvă de inversie; F – față; S – spate; DR – dreapta; ST – stânga.

Doar în cazul ESP-ului, este folosit un senzor integrat de presiune pentru a de-tecta presiunea de frânare în cilindrul principal de frână și pentru a măsura presiunea solicitată de către conducătorul auto. Cum sistemele ASR/ESP trebuie să genereze ele însele o presiune, pompa de retur este înlocuită la astfel de sisteme cu o pompă autoaspirantă. Este necesară în acest caz o clapetă de reținere suplimentară, având o presiune de închidere definită, pentru a împiedica pompa să aspire involuntar lichid de frână la nivelul roților.

Evoluția versiunilor ABS

Progresele tehnologice realizate în domeniile:

electrovalvelor și procedeelor de fabricare;

tehnicilor de asamblare și integrarea componentelor;

circuitelor electronice (circuitele discrete au fost înlocuite cu circuite hibride și integrate, dotate cu microcontroleri);

tehnici de încercare și testare (posibilitatea controlului individual al electronicii și al hidraulicii înainte de asamblarea grupului de comandă);

tehnologia senzorilor și a releelor au permis reducerea greutății și a dimensiunilor ABS-ului cu mai mult de jumătate față de prima generație ABS 2 apărută în 1978. Aceste sisteme pot fi plasate în spațiile cele mai restrânse ale unui autoturism. Aceste progrese au permis de asemenea reducerea costurilor de fabricație ale sistemelor ABS, astfel încât ABS-ul face parte azi din echipamentul standard al oricărui tip de autoturism [Bos05].

Fig Evoluția continuă a sistemelor de evitare a blocării roților – ABS grație tehnologiilor de vârf: reducerea greutății și creșterea puterii de calcul

Modularea de presiune cu ajutorul grupului hidraulic ABS

Modularea presiunii unui sistem ABS/ASR/ESP este posibilă datorită electrovalvelor. Electrovalvele de evacuare, precum și electrovalvele de aspirație și de înaltă presiune ale ASR și ESP, sunt electrovalve de comandă închise în absența curentului, care în schimb pot avea două stări: închise sau deschise [Bos05].

Dimpotrivă, electrovalvele de admisie și electrovalvele de inversiune sunt amândouă deschise în absența curentului, și pentru prima dată iau forma electrovalvelor de reglare la generația ABS 8. Această configurație este avantajoasă la nivelul puterii și al confortului de frânare, precum și la nivelul sonor. Seturile de electrovalve de închidere standard permit modularea presiunilor până la 200 bari.

Toate electrovalvele sunt comandate prin bobine a căror alimentare poate fi reglată cu ajutorul calculatorului încorporat în grupul hidraulic.

În cazul frânării unui autoturism prevăzut cu sistem de evitare a blocării roților – ABS, conducătorul auto generează mai întâi presiunea de frânare asupra roții acționând pedala de frână. Această intervenție este posibilă fără activarea electro-valvelor, datorită faptului că electrovalva de admisie 1 este deschisă în absența curentului și electrovalva de evacuare 2 este închisă (Fig. 2.24 – schema a).

Fig Modularea presiunii cu ajutorul grupului hidraulic ABS: a – creșterea presiunii; b – menținerea presiunii; c – scăderea presiunii; 1 – electrovalva de admisie; 2 – electrovalva de evacuare; 3 – pompă de retur; 4 – motorul pompei; 5 – acumulator de joasă presiune; F – față; S – spate; DR – dreapta; ST – stânga

Starea de menținere a presiunii este generată prin închiderea electrovalvei de admisie (Fig. 2.24 – schema b). Dacă în acest moment o roată se blochează, presiunea este evacuată prin deschiderea electrovalvei de evacuare corespunzătoare (figura 3.24 – schema c). Volumul poate fi astfel evacuat din cilindrul de frână de roată în direcția acumulatorului de joasă presiune corespunzător. Această cameră de acumulare joacă rolul de tampon. Ea absoarbe lichidul de frână care sosește cu o vitezămare. Pompa de retur situată la interiorul circuitului, care este acționată de către un motor comun prin intermediul unui excentric, diminuează presiunea solicitată de către conducătorul auto. Comanda motorului se face în funcție de necesitate, ceea ce înseamnă că motorul este comandat în funcție de regimul său. Dacă se blochează mai multe roți, ele pot fi reglate simultan de către ABS.

Modularea presiunii cu ajutorul grupului hidraulic ESP

Modularea presiunii în timpul unei reglări ESP se face cu ajutorul unui circuit hidraulicABS [Bos05], la fel cu cel care a fost descris anterior pentru ABS (Fig. 2.25).

Fig Modularea presiunii cu ajutorul grupului hidraulic ESP: a – creșterea presiunii de frânare; b – scăderea presiunii prin reglarea ABS; c – creșterea presiunii prin intermediul pompei autoaspirante pentru intervenția ASR/ESP; 1 – electrovalvă de admisie; 2 – electrovalvă de evacuare; 3 – pompă de retur; 4 – motorul pompei; 5 – acumulator de joasă presiune; 6 – electrovalvă de inversie; 7 – electrovalvă de înaltă presiune; F – față; S – spate; DR – dreapta; ST – stânga

Față de ABS, cilindrii de frână de roată cu ESP și cilindrul principal de frână sunt legați de o electrovalvă de inversie deschisă în absența curentului și de o electrovalvă de înaltă presiune închisă în absența curentului, acestea fiind necesare pentru a realiza o intervenție activă/semi-activă asupra frânelor.

Sisteme de siguranta pasiva.

Siguranța pasivă poate fi definită prin: „reducerea consecințelor accidentelor”, și poate fi împărțită în:

Siguranța exterioară, acest termen acoperind toate măsurile de reducere a severității vătămărilor în cazul coliziunii dintre autovehicule și pietoni, bicicliști sau motocicliști. Factorii care influențează siguranța exterioară sunt forma autovehiculului și comportamentul la deformare a caroseriei;

Siguranța interioară, prin aceasta urmărindu-se minimizarea forțelor și accelerațiilor care acționează asupra ocupanților unui autovehicul în eventualitatea unui accident.

Dintre factorii care influențează siguranța interioară se pot aminti:

Deformarea caroseriei autovehiculului;

Sistemele de reținere a pasagerilor și bagajelor;

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

Sistemul de direcție;

Modul de fixare a parbrizului;

Protecția împotriva incendiilor;

Penetrarea prin parbriz a diferitelor componente din construcția autovehiculului.

Brevetul primului airbag datează din anul 1952, dar abia în anul 1973 a fost instalat pentru prima dată pe un vehicul fabricat în serie în Statele Unite, Oldsmobile Toronado.

Fig. 3.1. Primul autovehicul dotat cu airbag.

Aceste prime airbaguri care au început să fie montate în Statele Unite aveau capacitate mare pentru a proteja ocupanții chiar dacă aceștia nu utilizau centura de siguranță.

Airbagurile montate în Europa, unde au fost introduse mai târziu decât în Statele Unite, au un volum mai mic și sunt prevăzute ca măsură de protecție suplimentară centurilor de siguranță.

Începând din acest moment sistemul a crescut, încorporând noi componente pentru a mări gradul de protecție a ocupanților.

Elementele care pot face parte dintr-un sistem de reținere sunt:

· Unitate de control.

· Senzori externi suplimentari de coliziune.

· Senzori de prezență.

· Pretensoare centură.

· Airbaguri frontale.

· Airbaguri laterale.

· Airbaguri pentru cap.

· Airbaguri pentru genunchi.

· Airbaguri anti-scufundare.

· Detonator pentru deconectarea bateriei.

· Etc.

În anul 1930 statisticile privind victimele “armei mortale” erau indiscutabil nefavorabile. Numărul victimelor la 100.000 de mile parcurse de automobile a ajuns în 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 sigur.

Cel mai bun și sigur mod de a supraviețui unui accident este de a nu-l avea. 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 aceea de a proiecta autovehicule și infrastructuri rutiere care sunt suficient de competitive în sensul prevenirii apariției unui accident. Pericolele sunt evitate prin utilizarea unei întregi game de tehnologii, de la frânarea ABS și anvelopele radiale (în curs de dezvoltare frânarea automată pentru evitarea obstacolelor) până la diverse materiale pentru învelișul asfaltic și controlul computerizat al traficului urban.

A doua soluție este de a construi autovehicule care să protejeze ocupanții 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, fiind complementare unul celuilalt, rămânând totuși independente unul de celălalt.

Astăzi, companiile producătoare de autovehicule se confruntă cu reglementări legislative tot mai stricte în privința numeroaselor aspecte ale siguranței pasive a autovehiculelor. Siguranța pasagerilor unui autovehicul și a pietonilor a condus la necesitatea înțelegerii efectelor accidentului asupra oamenilor, ființe complexe în întregul lor, dar care se subdivid în bărbați, femei și copii, având diferite caracteristici biologice și fizice. Din datele statistice rezultă că un procent de peste 60% din totalul accidentelor îl reprezintă coliziunile frontale. O clasificare a tipurilor de teste, reglementate legislativ, este prezentată în tabelul 1.1. 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. O clasificare a testelor de coliziune laterală la care sunt supuse autovehiculele în laboratoarele de securitate pasivă sunt prezentate în tabelul 1.2.

Începând cu anii 1930, proiectanții de autovehicule au început să acorde atenție producerii unor autovehicule capabile să asigure o protecție mai bună pasagerilor în cazul accidentelor. Abia după al doilea război mondial cursa pentru Securitatea Pasivă a început să intre în atenția constructorilor de automobile. Între 1953 și 1955 Laboratoarele Aeronautice Cornell au realizat un studiu detaliat al accidentelor auto. Fizicienii, doctorii și inginerii au lucrat împreună, înregistrând și analizând cauzele și efectele vătămărilor provocate în accidente.

A devenit clar că impactul cu volanul și planșa de bord sunt cauza cea mai frecvent întâlnită în cazul vătămărilor grave, iar ejectarea 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, ca și alte companii din SUA și Europa, a realizat importanța studiului aprofundat în domeniul siguranței pasive a automobilului și, intre 1956 și 1958, departamentul său de cercetare în domeniul ingineriei auto a inițiat și dezvoltat un program în acest domeniu care s-a concentrat asupra proiectării unui interior auto “sigur”. 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 în 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 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.

Prima serie de teste utilizând cadavre îmbrăcate a avut loc în anul 1963. Forțele de decelerație au fost măsurate pentru a se putea determina toleranța umană. S-a descoperit ca pot fi tolerate 340 Kgf dacă forța este concentrată , sau 950 Kgf dacă forța este dispersată spre volan. Aceste date au fost esențiale pentru ingineri. S-au determinat astfel parametrii pentru construcția sistemelor de amortizare, dar materialele și componentele trebuiau alese cu grijă, pentru a asigura o absorbție de energie eficientă.

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 în contact .

Impactul dintre vehicul și pieton este în prezent o problemă foarte importantă a Securității Pasive. Date culese din întreaga lume indică faptul că în accidentele rutiere sunt uciși mult mai mulți pietoni decât pasageri ai vehiculelor implicate. Un pieton lovit cu o viteză de 60 km/h este foarte probabil sa fie ucis, indiferent de soluțiile de siguranță incorporate în autovehicul. Separarea pietonilor de trafic prin infrastructuri stradale este cea mai mare contribuție în domeniul siguranței pietonilor, tehnologia având un cuvânt important de spus în acest domeniu. În prezent companiile constructoare de autoturisme, perfecționează echipamente care să permită evitarea coliziunii, pe bază de radar sau ultrasunete, care să frâneze autovehiculul la apariția pericolului de a lovi un obstacol, inclusiv un pieton.

Prevenirea coliziunii precum și munca în domeniul Securității Pasive se materializează la General Motors prin adaptarea a peste 100 de tehnologii, inclusiv sisteme electronice create cu scopul de a stopa modalitățile de conducere agresivă.

Datorită centurilor de siguranță și airbagurilor, 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 airbaguri pentru a se reduce orice efect colateral ce ar putea apare, cum ar fi contuziile sau zgârieturile.

S-au luat în considerare și airbagurile adiționale, inclusiv pentru uși. O problemă o constituie airbagurile pentru pasagerii scaunelor din spate și ca întotdeauna pentru o tehnologie nouă, raportul cost/beneficiu trebuie luat în considerare. Se pare că o “centura gonflabilă” pentru pasagerii din spate reprezintă o soluție mai bună decât un airbag. Airbagul pentru pasagerii scaunelor din spate va trebui aproape sigur să fie 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 sporite.

În plus față de toate aspectele menționate s-au luat în considerare o întărire a structurii vehiculului și modificări mecanice în funcționalitatea centurii de siguranță. Scaunul automobilului a devenit unul dintre cele mai importante elemente în ecuația securității pasive. 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, în cazul în care scaunul cedează , ocupantul poate fi “ejectat” deși este asigurat cu centura de siguranță.

Mulți producători acordă o atenție deosebită centurilor de siguranță cu pretensionare, care la orice șoc lipesc efectiv pasagerul de scaun. Totuși, apar dificultăți în folosirea acestui sistem, nereușindu-se să se obțină rezultate pozitive în conformitatea cu testele federale de siguranță FMVSS.

Fiecare constructor de autovehicule are propria sa filosofie în privința ingineriei securității pasive, folosind un anumit tip de structura de șasiu, cu o deformare specifică proiectată. Aceasta dictează ce trebuie făcut în interiorul habitaclului pentru siguranță. Unii constructori adoptă o structură foarte tare a șasiului și o caracteristică de deformație mărită pentru partea frontală.

Proiectarea și producerea de manechine pentru coliziuni, care permit producătorului realizarea unor vehicule mai sigure a devenit o mică industrie, însă de înalt nivel tehnologic. Principalii producători mondiali sunt First Technology, o campanie britanică, care are o sucursală, inclusiv o fabrică, în Plymouth și Robert Denton Inc. din USA. Manechine complete și părți de rezervă se livrează în aproximativ 500 de unități pe an. Sunt disponibile șase dimensiuni ale manechinelor – toate variante de Hybrid III – manechine copii în diferite faze pentru testarea scaunelor destinate lor, manechine pieton și manechine pentru coliziunile laterale în diferite variante. Inițial, copiii manechin au avut tendința de a nu fi decât un “sac de fasole”, dar First Technology a dezvoltat un model foarte instrumentat CRABI (Child Restraint and Air-Bag Interaction dummy), acest manechin simulând un copil în vârstă de 6 luni. În acest moment un manechin Hybrid IV (THOR) este în cercetare și dezvoltare în cadrul unui contract al Departamentului Transporturilor USA și Universitatea din Michigan.

Cu toate că au devenit foarte sofisticați, manechinele nu reușesc să simuleze în întregime corpul uman. Elementele esențiale includ greutatea și centrul de greutate. Nu a putut fi proiectat nimic care să simuleze creierul, însă pot fi măsurate accelerațiile liniare și unghiulare. Statistici despre leziunile cerebrale posibile pot fi extrapolate din rezultatele testelor. First Technology lucrează pentru a dezvolta manechine cu oase din fibra de carbon sau Kevlar (CRABI are deja oase din material plastic), datorită faptului că aceste materiale sunt capabile sa simuleze mai bine răspunsul la forțe de zdrobire și ar putea respecta mai bine raportul greutate/densitate. O cutie toracică din materiale compozite poate fi o aplicație particulară a acestei tehnologii. Manechine cu mai multe canale vor fi utilizați, chiar dacă vor fi mai sofisticați. O altă direcție de dezvoltare este cea a “ manechinilor oblici ” folosiți în teste de răsturnări și coliziune laterală. Nu trebuie însă uitat, ca există o diferență între biofidelitatea și durabilitatea unui manechin. Vorbind la modul general, în prezent, cu cât este mai biofidel un manechin, cu atât el devine mai puțin fiabil. În mod normal viața medie a unui set de coaste este de aproximativ 30 de teste NHTSA. Materialele compozite ar trebui să mărească durabilitatea o dată cu menținerea biofidelității.

Coliziunea simulată pe computer este acum un element cheie în proiectarea auto, iar companiile consideră că aceasta și testarea fizică sunt complementare. Simularea scurtează programele de cercetare și economisește fonduri, dar testele fizice sunt aproape totdeauna necesare. Testele fizice sunt numeroase și variate, dar tipic este un test al impactului cu toracele efectuat pentru a simula un impact la 24 Km/h. Forța de rezistență a cutiei toracice este măsurată înmulțind accelerația blocului de test cu masa sa. Un traductor măsoară comprimarea coastelor. First Technology și Robert Denton văd companiile constructoare de autovehicule devenind foarte interesate în dezvoltarea și integrarea unui scaun pentru copil și în folosirea unor manechine pietoni.

Eforturile depuse de către producătorii de autovehicule și de specialiștii companiilor în domeniul securității pasive a vehiculelor nu au fost niciodată așa de mari, și reflectă interesul public în privința fiecărui aspect.

Sisteme de protejare a vieții pasagerilor unui autovehicul.

Airbagul a fost inventat în Statele Unite în anul 1952 de I.W. Hetrick. Acesta a brevetat un sistem gonflabil care se umfla automat în caz de decelerații mari ale vehiculului. Un an mai târziu, R Hodges a brevetat o soluție de sac gonflabil poziționat pe planșa de bord. Sistemul a fost testat utilizând butelii de gaz sub presiune. După diferite faze de dezvoltare, airbagul a fost adoptat de marii constructori americani și de Mercedes. Nu trebuie uitat că în Statele Unite centura de securitate nu este obligatorie, airbagul având o importanță deosebită.

În 1981 Mercedes – Benz introduce pentru prima dată sistemul de reținere airbag pe modelul de clasa S. Este punctul de pornire pentru apariția și generalizarea sistemelor de securitate în habitaclu. Câțiva ani mai târziu, Renault confirma această tendință prin implementarea soluției pe modelul R 19.

Neobligativitatea centurii de siguranță în USA a condus la realizarea, din partea constructorilor, de saci gonflabili de mare volum: 70 litri pentru conducătorul auto și 130 – 180 litri pentru pasager. Această soluție are ca inconvenient faptul că prin violența umflării lui prezintă pericol pentru ocupanții care au capul sau toracele aproape de airbag. Situația este foarte probabilă în cazul frânarii violente înaintea șocului. Pasagerii de talie mică sau cei apropiați de volan în momentul șocului pot fi vătămați sever datorită forței mari de umflare a airbagului.

Renault a promovat un model de airbag cu volum mai mic: 30 – 60 litri pentru conducătorul auto și 80-100 litri pentru pasager ceea ce evita neplăcerile prezentate. Asociat cu o centură de siguranță corect reglată, acest airbag este foarte performant, fără a prezenta riscuri deosebite.

În figura 3.2 se prezintă o soluție de protecție cu air-baguri și centuri care se folosește pe automobile Mercedes E-Class, producție anul 2002.

Sursa: Mercedes

Fig.3.2 1–senzori frontali; 2–air-bag în două trepte pasager față; 3–dispozitiv de declanșare cu sensor; 4–recunoaștere prezență pasager, cu clasificare greutate și recunoaștere automată scaun pentru copil; 5–sensor suplimentar pentru air-bag lateral(sidebag); 6– sidebag în scaun; 7–pretensionare cu limitator de forță adaptiv; 8–air-bag geamuri(windowbag); 9–sidebag locuri spate; 10–pretensionare cu limitator adaptiv spate; 11–airbag în două trepte conducător.

Producția în domeniu se orientează spre air-baguri așazis "inteligente". În acest caz umflarea se va face de o manieră mai precisă și progresivă. Sacul gonflabil al viitorului va fi asociat cu noi sensori cu ultrasunete sau în infraroșu și cu sensori de greutate care vor fi capabili de a controla umflarea prin luarea în considerare a unor factori cum ar fi de exemplu constituția și poziția pe scaune a ocupanților. În privința generatoarelor de gaz, cercetările se orientează spre utilizarea unor combustibili solizi fără azotură de sodiu, care este, după cum s-a văzut, un produs extrem de toxic ce pune probleme dificile de protecție a mediului.

Tehnologia generatoarelor de gaz fără azotură de sodiu ce oferă un randament superior (din punctul de vedere al volumului de gaz generat) se pare că ar fi deja pusă la punct. Din punct de vedere al cotelor de piață, cel mai mare proiectant și producător în domeniul air-bagurilor este societatea Autoliv, filială a grupului suedez Electrolux.

Autoliv este de asemenea lider european în domeniul centurilor de siguranță. Pentru stabilirea elementelor logice specifice fiecărui tip de automobil necesare controlului sistemului de protecție, Autoliv dispune de 9 centre de cercetări.

Autoliv deține pe piața locală fabrici în Brașov, Lugoj, Sfântu Gheorghe, Reșița și Onești, județul Băcău, cea din urmă fiind deschisă de suedezi în primul trimestru din 2017. Pe lângă unitățile de producție a componentelor auto, suedezii mai dețin la nivel local centre de inginerie și dezvoltare în Brașov, Iași și Timișoara, dar și un centru european de competențe IT și numeroase funcții suport pentru subsidiarele Autoliv din România și din Europa, potrivit unor informații anterioare.

„Autoliv România are în prezent 11.300 de angajați și estimăm ca vom finaliza anul în curs cu aproximativ 11.480 de oameni, prin creșterea personalului din departamentele de producție și inginerie, în vederea implementării proiectelor noi din 2018. Situațiile financiare pe 2017 nu au fost încă finalizate, astfel că nu putem comunica valoarea cifrei de afaceri și a investițiilor realizate“, au declarat oficialii Autoliv România.

Compania Autoliv România a realizat în 2016 o cifră de afaceri de peste 3,5 miliarde de lei (787,5 milioane deeuro), un profit net de aproximativ 114 milioane de lei (25,3 milioane de euro), cu un număr mediu de 8.961 de angjați, potrivit site-ului Ministerului Finanțelor. Rezultatele financiare obținute de suedezi au clasat compania Autoliv pe locul doi în topul celor mai mari producători de componente auto din România în 2016, după Continental.

Autoliv produce în fabricile locale centuri de siguranță, chingă pentru centurile de siguranță, generatoare de gaz pentru airbag, module de airbag, dar și airbaguri și volane, în principal pentru piețele externe, pentru clienți precum BMW, Volkswagen, Renault sau Ford, potrivit unor informații furnizate anterior de companie.

Subansamblele sistemelor de reținere și protecție a pasagerilor.

Concepția sistemului de reținere.

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

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

optimizarea sistemului de reținere;

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

Activările sistemelor de reținere cu pretensionare și a airbagurilor sunt independente și depind de violența șocului. 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 șocului impune utilizarea lui, în timp ce airbagul trebuie sa fie umflat când ocupantul îl lovește.

Sistemul de activare al pretensionerelor corespunde unui șoc contra unui zid rigid, cu o viteza cuprinsa intre 10 și 15 km/h. Sistemul de activare al airbagului corespunde unui soc cu o viteza în jur de 20km/h contra aceluiași zid rigid.

Optimizarea unui sistem de reținere se descompune în trei faze :

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). Aceste softuri permit reproducerea habitaclului vehiculului și instalarea unor ocupanți virtuali. Tot prin calcul, ansamblul este supus la decelerația habitaclului apărută în cazul șocului real. Este posibil, la preț redus și cu o bună repetabilitate, să se încerce mai multe sisteme de reținere în diferite configurații, în scopul optimizării acestora.

Încercările de tip catapultă permit validarea optimizării obținute prin simulare. Aceste încercări constau în supunerea unui șasiu rigid la decelerația habitaclului din timpul unui șoc real. Șasiul este echipat cu elemente din caroseria vehiculului și cu manechine ce simulează ocupanții. O dată sistemul de reținere optimizat în încercările de tip catapultă, se efectuează o verificare pe vehicul. Aceste încercări constau în testarea la coliziune a 5 – 10 vehicule echipate cu sistemul de reținere, într-o configurație de șoc 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 airbagului, atunci când este activat și ocupantul nu se află într-o poziție normală.

Regulamente și Directive în vigoare.

În domeniul sistemelor de reținere frontală, sunt în vigoare patru regulamente:

Regulamentul ECE-ONU 12 (sau Directiva CEE 74/297);

Regulamentul ECE-ONU 16 (sau Directiva CEE 2000/3);

Regulamentul ECE-ONU 21 (sau Directiva CEE 77/60);

Regulamentul ECE-ONU 94 (sau Directiva CEE 9679);

Pentru fiecare vehicul comercializat, constructorul trebuie să respecte aceste reglementări susținând procesul de Omologare internațională în fata Ministerului Transporturilor ca Serviciu Administrativ. Reglementările sunt verificate prin încercări în laboratoare autorizate internațional, ca UTAC- Franța sau CESAR- România.

Ansamblul centură de siguranță

Generalități

S-a constatat că procentajul rănirilor grave provocate de coliziuni poate fi redus rezonabil dacă ocupanții vehiculului sunt reținuți pe scaune cu niște dispozitive speciale, numite centuri de siguranță. Inițial, echiparea cu centuri de siguranță era facultativă și avea doar un caracter experimental; cu trecerea timpului performanțele s-au îmbunătățit, astfel că în momentul de față s-a impus obligativitatea utilizării centurilor în majoritatea țărilor. Centura de siguranță, ca și alte componente ale autovehiculului a fost utilizată pentru prima dată în aviație. Aceste modele aveau doar două puncte de ancorare și erau constituite dintr-o chingă care se petrecea peste abdomenul pasagerului , de unde și denumirea de „centură în două puncte”. 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 se petrece peste abdomen și peste umărul pasagerilor. O categorie aparte o constituie centurile de siguranță destinate autovehiculelor de curse, unde se folosesc centuri de siguranță de tip „ham”. Pe scara evoluției se mai poate aminti modul de acționare a centurilor de siguranță, acesta fiind prezentat pe larg în continuare.

Retractorul acționat mecanic

La centurile de siguranță actuale, chinga este conectată la un mecanism retractor. Elementul central al retractorului este bobina (mosorul), care este atașat 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 atașat. Rotirea mosorului are ca efect “desfacerea” și 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 în care 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 lua naștere 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 propriu – zise.

Sursa Howstuffworks

Fig. 3-3. Retractor al cărui sistem de blocare este format dintr-un pendul

Prima categorie, blochează mișcarea mosorului în momentul în care autovehiculul decelerează brusc. În se prezintă schematic această versiune de sistem de blocare.

Elementul central al mecanismului de blocare este un pendul, . În momentul când autovehiculul tinde să se oprească brusc, inerția masei pendulului tinde să-l deplaseze pe acesta înspre înainte Clichetul de la celălalt capăt al pendulului angrenează cu sectorul dințat atașat de mosorul retractorului, blocând mișcarea de rotație în sens invers acelor de ceasornic a acestuia. Când tensiunea din chingă a scăzut, după trecerea situației de pericol, sectorul dințat se va roti în sens orar iar clichetul va ieși din angrenare.

Al doilea tip de mecanism de blocare stopează mișcarea de rotație a mosorului în momentul în care se sesizează o smucitură în chinga centurii. Elementul de activare a blocării mosorului, în acest caz, este viteza de rotație a acestuia.

Partea principală a acestui tip de mecanism de blocare este pârghie 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 o viteză de rotație mică pârghia nu se rotește în jurul axului pe care este articulată, un resort menținând-o în poziția inițială. Dacă viteza mosorului este mare, se derulează brusc centura, 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. Dacă 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, în sens anti orar, a mosorului, deci derularea centurii.

Retractorul cu blocare comandată electronic

Acest tip de mecanism retractor este poziționat pe spătarul scaunelor echipate cu centuri de siguranță. În cazul în care sistemele clasice de blocare a retractorului nu sunt în stare de funcționare se declanșează blocarea retractorului comandat electronic. Blocarea retractorului se face în următoarele cazuri:

Frânare importantă, când se obțin decelerații mai mari decât una prag;

Șoc în urma căruia se declanșează elementele pirotehnice din structura sistemului de siguranță;

Înclinare puternică a autovehiculului.

Sursa Renault

Fig. 3-4. Schema captorului pentru blocarea mecanismului retractor (sus); retractorul cu comandă electronică (jos)

Modulul electronic funcționează ca un sistem autonom grație unui senzor optic integrat. Astfel în cazul unui șoc, 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 scaun conic 2. Dacă aceasta iese din poziția sa de repaus de pe scaun, 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. În mod normal electromagnetul retractorului (2) este alimentat cu energie electrică, poziția (b), astfel 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. În momentul în care sfera 3 a captorului optică iese din poziția de echilibru de pe scaunul ei se dă comandă de întrerupere a energiei electrice pe electromagnetul (2) al retractorului, arcul tinde să revină la starea detensionată, antrenând pârghia (3) în angrenare cu roata dințată (4) a retractorului, poziția (a). În acest moment retractorul se blochează.

Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranță

Centurile de siguranță clasice, cu retractor, au imperfecțiuni inerente datorită principiului de funcționare care le limitează eficacitatea.

În timpul tracțiunii chinga se tasează pe bobina mosorului. Această tasare poate ajunge la 70 mm în timpul unui șoc sever, și este prezentă chiar și în timpul șocurilor mai ușoare. Este deci o absorbție negativă de energie, care va duce la apropierea periculoasă a capului de volan sau de planșa de bord.

Jocul care există între centură și corp este inevitabil și este dorit pentru a avea un confort acceptabil. Acest joc produce același efect, prezentat anterior.

Retrăgând centura în momentul șocului, pretensionerul reduce cele două efecte mai sus menționate, în plus, el apasă închizătorul, reducând fenomenul de submarinaj (alunecarea pe abdomen). Puțin cunoscut, efectul de „sous-marinage” poate interveni în cazurile de coliziune frontală: sub primul efect al șocului, ocupantul are tendința să alunece pe sub partea abdominală a centurii de siguranță. Forța din centură este repartizata 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 securitate, dar cu ajutorul unor bosaje specifice de protecție.

Pretesionerul are rolul de a elimina orice stare de detensionare a chingii centurii, în eventualitatea unui impact, în acest fel centura fiind bine mulată pe corpul pasagerului. Deși mecanismele convenționale de blocare din retractor țin chinga centurii oarecum bine mulată pe corpul pasagerului, pretensionerul, prin forța cu care acționează poziționează pasagerul într-o poziție optimă pe scaun, în cazul unui impact. În 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 “trăgând” de întreg sistemul retractor înspre înapoi, altele rotind doar mosorul retractorului. De regulă pretensionerele sunt cuplate la aceeași unitate electronică de control cu airbagul. În cazul unei decelarații mai mari decât una prag, procesorul va activa pretensionerul și 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 îl reprezintă camera de combustie. În 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.

În continuare se vor prezenta un sistem pretensioner care acționează prin tragere asupra închizătorului centurii de siguranță și un sistem integrat în mecanismul retractor al centurii de siguranță.

Pentru primul model, principalele subansamble ale sistemului de pretensionare sunt:

generator de gaz pe bază de propergol;

piesa metalică de fixare;

cablu de tracțiune cu piston;

Sursa Autoliv

Fig. 3-5 Pretensioner care acționează asupra închizătorului centurii

Funcționarea pretensionerului decurge în următoarele faze:

Impulsul electric trimis de sistemul de detecție amorsează combustia propergolului;

Combustia propergolului produce în câteva milisecunde un gaz sub presiune, care va acționa pistonul în cilindrul său. Închizătorul centurii, care este legat de piston cu un cablu, este tras spre în jos, ;

Un dispozitiv antiretur zăvorăște închizătorul astfel încât să poată prelua eforturile în centura.

Timpul de startare este în jur de 10-20 milisecunde după începutul socului.

Pragul de activare corespunde unui șoc frontal de 12 km/h cu unui zid de beton.

Durata pretensionarii este de 5 milisecunde.

Fig. 3-6 Poziția închizătorului centurii înainte și după acționarea pretensionerului

Cursa maximă a pretensionerului poate fi de 60 mm pentru cele din generația a doua și 100 mm pentru cele din generația a treia. Forța pretensionare realizată este de 350 daN. Efortul apărut în chingă la un șoc cu o viteză de 57 km/h într-un zid rigid este de 1800 daN. Cantitatea de propergol necesară declanșării este de 700 mg.

Când procesorul detectează o coliziune, imediat aplică asupra electrozilor o tensiune. Scânteia rezultată între electrozi aprinde materialul exploziv, care arde, generând gaz combustibil în cameră. Prin aprinderea și arderea gazului are loc o creștere a presiunii din cameră, presiune care acționează cu forță asupra unui piston aflat în camera de combustie.

În cazul pretensionerelor care acționează asupra mosorului retractor, , prin aprinderea generatorului pirotehnic 1, bilele sunt expulzate prin tubul de proiectare 2. Mișcarea cu viteză a bilelor antrenează coroana de pretensionare 4, care este legată de mosorul retractorului, rotindu-l cu forță și tensionând puternic chinga centurii. Bilele sunt recuperate în camera 3. În interiorul tubului de proiectare bilele sunt reținute de un opritor.

Fig. 3-7 Schema mecanismului de pretensionare integrat în retractorul centurii de siguranță. 1 Generator pirotehnic.2Tub de proiectare.3Cameră de recuperare.4Coroană de pretensionare.

Limitatorul de efort

În timpul coliziunilor severe, centura de siguranță poate produce vătămări grave pasagerilor. Cu cât pasagerii se deplasează, datorită inerției, cu viteză mai mare, cu atât 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 în chingă, în cazul în care asupra ei acționează forțe mari. Cel mai simplu limitator de efort constă în realizarea unor pliuri cusute pe chinga centurii. Aceste pliuri se vor descoase în momentul în care asupra chingii se va acționa cu o forță prag. Prin descoaserea treptată a pliurilor chinga se va alungi treptat și efortul din chingă se va disipa în timpul descoaserii, limitând forța cu care centura acționează asupra toracelui pasagerului.

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

Retractorul cu limitator de efort, sau RLE, este compus dintr-un retractor clasic îmbunătățit printr-un sistem de limitare a efortului, figura 3.8. Acest sistem este compus dintr-o bară de torsiune plasată pe axa bobinei (pe care se înfășoară chinga). Această bară este prinsă la un capăt de partea fixă a retractorului și la celalalt de bobină.

Fig. 3-8 Schema unui mecanism RLE cu bară de torsiune. 1 Știfturi. 2 Bobină.3 Bară de torsiune. 4 Port zăvor.5 Zăvor.

Având un efort aplicat pe chingă, bara de torsiune se torsionează și absoarbe energie, derulând chinga. Efortul aplicat de centură pe torace este astfel redus. Diametrul și materialul barei sunt alese în funcție de efortul centurii asupra toracelui, care se dorește a fi obținut.

RLE acționează după 40 – 60 milisecunde de la începutul șocului și se oprește la 80 – 120 ms de la începutul șocului, în funcție de violența acestuia.

RLE sunt calibrate pentru a limita efortul asupra umărului la valori cuprinse între 400 și 600 daN în funcție de vehicul. Lungimea chingii ieșită din retractor în cazul șocului poate ajunge până la 300 mm.

Ajustarea înălțimii de prindere a centurilor. Centuri de siguranță ancorate de scaun.

Prin posibilitatea de reglare a înălțimii punctului de prindere, pe stâlpul B, a centurii de siguranță se îmbunătățesc confortul pasagerilor de diferite talii, diferite de cea medie, și totodată centura va lucra mai corect, asigurând 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 în jurul corpului acestuia, iar în cazurile de accidente la care apare răsturnarea autovehiculului se elimină riscul ca ocupanții să lovească cu capul acoperișul.

Sursa Skoda – manual de utilizare

Fig. 3-9 Mecanism de reglare a punctului de prindere a centurii pe stâlpul B

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

Traumatismele cervicale te tipul „coup de lapin” apar datorită coliziunilor în lanț, într-un mediu de circulație în continuă dezvoltare. Acest tip de carambolaj generează impacturi la viteze de ordinul 10 – 20 km/h. În timpul studiilor de accidentologie și biomecanică, s-a analizat comportamentul gâtului la impactul din spate înspre înainte: spătarul scaunului reține spatele ocupantului în timp ce capul se deplasează orizontal și înspre înapoi, spre tetieră.

Sursa Autoliv

Fig. 3-10. Centură de siguranță ancorată de structura scaunului

Dacă dispozitivul este prea înclinat sau insuficient ridicat, capul antrenează gâtul într-o mișcare de arc de cerc spre înapoi. Ocupantul poate suferi o vătămare puternică a gâtului, la nivelul ligamentelor, vaselor sangvine și chiar a centrilor nervoși. O bună poziționare a tetierei este condiția necesară pentru a garanta o protecție optimă. Tetiera trebuie să fie suficient de înaltă și cât mai aproape posibil de cap.

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

Întreg sistemul cântărește mai puțin de un kilogram și este poziționat în partea superioară a spătarului scaunului. Amplasarea sa nu împiedecă amplasarea airbagului lateral, puțin mai jos, în spătar. Mișcarea tetierei active se poate repeta, nefiind necesară înlocuirea sistemului în urma unui șoc. În timpul unor coliziuni severe distanța de ridicare pe verticală a tetierei poate ajunge la 20 mm, iar cea de avansare depășește 60 mm.

Încercările pentru omologarea noului sistem de protejare a gâtului pasagerilor s-au făcut la viteze cuprinse între 8 și 22 km/h. În timpul testelor un manechin Hybrid III a fost special adaptat cu senzori în zona gâtului iar vertebrele au fost modificate pentru a putea prelua eforturi de forfecare. Parametrii măsurați (forțele aplicate la nivelul capului în raport cu torsul) au fost înregistrate pe scara NIC (Neck Injury Criterion), criteriul de traumatism cervical. Acest criteriu nu este încă o normă oficială, dar comunitatea științifică a fost de acord ca un indice NIC 50, reprezentând 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, în ceea ce privesc vătămările cervicale, în urma implementării acestui sistem sunt de aproximativ 60%.

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

Ansamblu AIRBAG

Noțiuni de bază

Toate obiectele în mișcare au un moment de inerție. Fără o forță exterioară, care să acționeze asupra unui corp, acesta continuă să se miște cu aceeași viteză și în aceeași direcție, ca la momentul considerat. Autovehiculul în mediul de circulație este privit ca fiind format din mai multe obiecte care include autovehiculul propriu-zis, obiectele existente în acesta (fără a fii părți componente din el) și bineînțeles pasagerii. Dacă aceste obiecte nu sunt împiedicate să se miște, ele își vor continua mișcarea indiferent de viteza mașinii, chiar dacă autovehiculul s-a oprit în urma unei coliziuni.

Oprirea unui obiect aflat în mișcare necesită acțiunea unei forțe asupra acestuia, pe o anumită perioadă de timp. În timpul unei coliziuni, forța necesară pentru oprirea unui obiect aflat în autovehicul este foarte mare datorită schimbării bruște a stării acestuia, de la mișcare 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 mișcării pasagerilor sau obiectelor, provocând pe cât posibil vătămări sau pagube minore.

Airbagul are rolul de a „frâna” mișcarea pasagerilor până la o viteză nulă, fără a provoca vătămări ocupanților. Airbagul este un mediu de protecție interpus între pasageri și coloana de direcție sau planșa de bord (în cazul celor frontale) iar momentul de declanșare este de 1/100 secunde.

Sursa Volkswagen

Fig. 3-11Sistem de protectie cu 8 airbaguri. Airbag frontal, lateral-toracic, lateral – perdea

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

Sacul propriu-zis, este confecționat din fire de nylon, care este împachetat și montat în volan, planșa de bord sau mai recent în scaune sau uși (pentru protecție laterală);

Senzorul este dispozitivul care dă comanda de umflare a airbag-ului. Umflarea sacului are loc în momentul când senzorul sesizează o decelerație a autovehiculului similară cu cea dată de coliziunea cu un zid la viteza de 16-24 km/h.

Sistemul e perfect sincronizat si adaptat specificatiilor tehnice ale masinii astfel incat airbag-ul sa isi faca treaba in mod corespunzator, adica sa va scape de efectele accidentului si in plus, sa nu produca si el alte accidentari.

Semnalul trimis de catre senzorii de impact este analizat de microprocesorul sistemului de control al airbag-urilor si acesta comanda declansarea lor in functie de datele primite.

Exista mai multe variante constructive ale senzorilor de impact: unii simt decelerarea, altii modificarile de presiune. Oricum ar functiona, acestia transmit catre unitatea de control un semnal electric care indica intensitatea decelerarii, sau mai bine spus, unda de soc produsa in urma accidentului (crash pulse).

Senzorul primește informația de la un accelerometru construit ca un microcip. Un contact mecanic format dintr-o masă suspendată va închide un circuit electric, în acest moment senzorul spune că impactul s-a produs; Umflarea sacului are loc în urma reacției chimice între NaN3 (azotat de sodiu) cu KNO3 (nitrat de potasiu), produsul rezultat fiind azotul sub formă gazoasă. Reacția exotermă, sub formă de explozie duce la umflarea sacului.

Sistemul de umflare a sacului aprinde un combustibil solid, care arde foarte repede, creând un volum mare de gaz. Airbagul se umflă cu o viteză de aproximativ 320 km/h – mai repede decât o clipire a ochiului uman. O secundă mai târziu, gazul este evacuat din sac prin niște orificii calibrate, aceasta permițând dezumflarea și posibilitatea de mișcare a pasagerului. Daca ocupantul nu se lovește de sac, acesta este dotat cu un șurub care permite evacuarea gazului.

Sursa Daicel

Fig. 3-14 Generator de gaz pentru airbaguri frontale

Fig. 3-15 Principalele elemente componente ale unui sistem airbag

In figura urmatoare este prezentata o unda de impact rezultata in urma lovirii unei masini aflate in mers cu viteza de 50 km/h cu o bariera de beton. Unda de impact are o durata extrem de mica. In total doar 0.1 secunde. Momentul optim in care trebuie data comanda de umflare a airbag-urilor este marcata pe figura.

Orice intarziere a acestui moment poate produce rani grave daca pasagerul se loveste de un airbag aflat in expansiune. La fel, o deschidere prematura scade foarte mult eficienta airbag-urilor.

Fig. 3-16Succesiunea evenimentelor in caz de accident frontal, deschiderea airbagului.

Imaginea de mai sus prezinta in desfasurare modificarile de pozitie ce au loc in cazul unui impact frontal. Totul are loc in mai putin de o secunda! Airbag-urile sunt proiectate ca la foarte scurt timp dupa umflare si preluarea socului pasagerului, acestea sa se dezumfle pentru a permite evacuarea rapida a autovehiculului. Deci, orice deschidere prematura risca sa lase airbag-ul partial dezumflat in momentul in care corpul pasagerului se loveste de el.

Sistemul de airbag-uri fiind parte esentiala a sistemului de securitate al masinii, este foarte bine pus la punct. Pentru ca totul sa decurga "ca la carte", adica exact cum si-au dorit proiectantii si constructorii masinii, trebuie respectate anumite reguli:

La o eventuala inlocuire a airbag-ului sau a unor parti componente ale sistemului de control sa fie folosite numai piese originale certificate de producatorul masinii. Exista situatii in care in urma unor accidente airbag-urile trebuiesc inlocuite. Intotdeauna trebuie montate piese si accesorii originale care au fost anume proiectate sa functioneze corect impreuna cu restul sistemelor din masina. La fel, in cazul in care din anumite "motive" airbag-urile lipsesc la unele masini cumparate la mana a 2-a, acestea trebuie inlocuite cu sisteme originale cumparate de la comerciantii certificati, nu din targ, pentru ca riscati sa se intample lucruri chiar mai grave decat daca nu ati fi avut deloc acele airbag-uri.

In cazul unor accidente usoare, chiar daca airbag-urile nu au fost declansate in urma impactului, conteaza foarte mult calitatea reparatiilor. Daca a fost afectata partea frontala sau orice alta parte a autoturismului in care exista senzori de impact, orice modificare adusa acelei parti componente fata de original produce o unda de impact cu forma diferita si determina declansarea cu intarziere (daca in urma reparatiei partea afectata a devenit mai moale) sau prea devreme (daca acea parte componenta a fost intarita suplimentar). De aceea unele ateliere specializate prefera sa schimbe complet subansamblele afectate si sa le inlocuiasca cu altele noi, originale. Tot pe acelasi principiu este posibil ca in urma reparatiilor sa se produca fie declansarea airbag-urilor pentru un impact care in mod normal nu ar fi necesitat declansarea lor (atunci cand este intarita excesiv caroseria) sau sa nu se mai declanseze deloc daca zona reparata a ramas deconectata de restul componentelor si a preluat singura impactul.

Modificarile aduse autoturismului prin montarea kit-urilor de tuning sau a bull-bar-urilor. Este un fapt dovedit ca prin montarea unui sistem de bull-bar se produce un soc mult mai puternic in caz de impact deoarece forta impactului nu se disipeaza prin deformarea partior componente ale masinii ci se transmite in mare parte catre partile mai rezistente ale sasiului. In acest caz unda de impact este serios afectata si de obicei sistemul de control al airbag-urilor va declansa umflarea lor ceva mai repede (sau le va deschide si atunci cand nu ar fi cazul sa o faca). In acelasi fel, o capota de carbon sau spoilere din materiale usoare se vor comporta diferit fata de cele originale si exista riscul ca airbag-ul sa se deschida mai tarziu (sau deloc).

Componentele chimice principale, într-un sistem airbag, sunt NaN3, împreună cu KNO3 și SiO2. În generatorul de gaz, un amestec al acestor componenți este aprins printr-un impuls electric și va genera o deflagrație, care va elibera un volum precalculat de azot gaz, acesta umplând sacul.

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

Aprinderea NaN3 dă naștere unei explozii în urma căreia se eliberează un volum precalculat de azot în stare gazoasă, care va umfla sacul. În același timp va rezulta o cantitate de sodiu solid, substanță foarte periculoasă, care se aprinde instantaneu în contact cu apa, printr-o reacție foarte violentă. Astfel e necesară o a doua reacție de oxidare-reducere pentru a elimina sodiul în stare solidă.

Fig. 3-17 Sistemul de umflare utilizează combustibili solizi și un dispozitiv de aprindere

Sodiul rezultat în urma primei reacții, și nitratul de potasiu generează o cantitate adițională de azot într-o reacție secundară.

10 Na + 2 KNO3 –> K20 + 5 Na2O + N2 (3. 2)

În urma celei de a doua reacții se va obține o cantitate suplimentară de azot în stare gazoasă. De asemenea se eliberează o cantitate de oxid de potasiu și oxid de sodiu, în stare solidă, care vor reacționa într-o a treia reacție cu al treilea component al amestecului, dioxidul de siliciu, formând un silicat alcalin, care este stabil și inofensiv din punct de vedere chimic, el neavând proprietăți inflamabile. În cazul în care sodiul rezultat în urma primei reacții nu a reacționat în cea de a doua reacție chimică, generatorul de gaz este înconjurat de un filtru metalic numit „fiberfax” care reacționează cu acesta pentru a-l neutraliza.

K2O + Na2O + SiO2 –> alkaline silicate (glass) (3. 3)

Principalul pericol referitor la airbagurile actuale provine din prezența NaN3, acesta fiind un produs foarte toxic, de 30 de ori mai toxic decât arsenicul, amplasat în 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. În următorii ani vor apărea probleme de recuperare a airbagurilor uzate din autoturismele casate.

Întregul proces de funcționare a airbagului se poate considera încheiat după 1/25 secunde. Acest timp este suficient pentru evitarea apariției unor vătămări serioase ale pasagerilor. Pentru păstrarea airbagului pliat și lubrifiat, în locașul său se folosește de obicei praful de talc.

Evoluția

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 și obstacolele tehnice care includeau stocarea și eliberarea gazului comprimat.

Cercetătorii au avut de răspuns la întrebări după cum urmează:

Dacă este destul loc în mașină 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 și sigur la o varietate de temperaturi și 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 același 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 și loviturile laterale (deși airbagurile laterale devin tot mai comune în prezent), coliziuni din spate și impacturi secundare. Chiar dacă tehnologia avansează, airbagurile sunt totuși utile când sunt folosite în paralel cu centura de siguranță.

Airbag-uri dual-stage

Cele mai multe autovehicule construite dupa anul 2000 au in dotare un sistem de airbag-uri frontale denumit "dual stage" (in 2 trepte). Airbag-urile dual-stage contin 2 incarcaturi explozive care se pot declansa independent (fie simultan fie decalat in timp)

Microprocesorul care controleaza declansarea airbag-urilor poate lua decizia sa umfle punga de aer cu o cantitate mai mica de gaz detonand una din incarcaturile explozive. Aceasta situatie este intalnita atunci cand soferul sau pasagerul din fata nu are pusa centura de siguranta si o deschidere la presiune maxima a airbag-ului ar putea produce rani suplimentare ocupantului. De asemenea, unele autoturisme pot fi programate electronic sa deschida unul sau mai multe airbag-uri de tip dual-stage la presiune mai mica pentru a preveni anumite situatii periculoase pentru ocupantii vehiculului (la recomandarea medicului in anumite afectiuni este necesara ajustarea presiunii la care se deschide airbag-ul, sau anumite persoane mai "voluminoase" pentru care nu se pot asigura distantele minime de protectie in cazul declansarii sistemului de airbag-uri).

Diferenta dintre sistemele single-stage si dual-stage constau deci in existenta a 2 incarcaturi explozive, practic exista 4 contacte electrice pentru sistemele dual-stage. Una din incarcaturile explozive este mai mica iar cealalta mai mare. Comparativ, ar fi vorba de o proportie 30-70%. In cazul unui impact sever, microprocesorul care controleaza sistemul airbag poate lua decizia de a detona ambele incarcaturi simultan sau secvential insa aproape instantaneu. Nu va puteti da seama daca a avut loc o singura explozie sau 2 pentru ca totul se petrece foarte repede. Este insa foarte important sa stiti ca in anumite situatii este posibil ca airbag-ul declansat odata sa se mai umfle inca odata. Au existat cazuri in care in cazul unui accident in lant, primul impact sa fie trecut cu bine prin declansarea sistemului airbag insa loviturile incasate ulterior sa le fie fatale celor care au scapat de impactul initial. In aceste cazuri un sistem airbag dual-stage poate sa salveze vieti prin faptul ca se poate declansa si a 2-a oara daca este nevoie.

În cazul sacului cu volum mic calculatorul comandă un singur generator de gaz. Volumul sacului este limitat de niște cusături care rezistă la presiunea gazului. Prin declanșarea și a celui de al doilea generator de gaz sacul se umflă la capacitatea sa maximă. Airbagul nu se va umfla la capacitate maximă atât timp cât poziția scaunului conducătorului sau a pasagerului din dreapta nu este corespunzătoare. Poziția scaunului este detectată de calculatorul airbag cu ajutorul unui contact situat pe șinele scaunelor.

Fig. 3-18 Airbagul cu umflare a sacului în trepte

De asemenea, pentru echipele de salvare sau pentru cei care incarca sa acorde primul ajutor in caz de accident este foarte important de stiut   daca un airbag odata declansat se mai poate activa odata. Este nevoie de luarea unor masuri de precautie suplimentare in cazul masinilor accidentate si dotate cu sistem airbag modern. De cele mai multe ori, prin simpla deconectare a bateriei nu se acopera 100% riscul declansarii ulterioare a airbag-ului. Prin deconectarea bateriei, incepe procesul prin care scade curentul inmagazinat in condensatorii circuitelor electrice care asigura functionarea airbag-urilor. Este posibil ca pentru inca un anumit interval de timp acest sistem sa mai fie functional si sa poata declansa airbag-urile.

Dezactivarea airbagului

Având în vedere posibilitatea rănirii grave sau chiar a uciderii copiilor, sau a persoanelor mai slab dezvoltate fizic, Asociația Națională a Traficului pe Șosele din SUA a finalizat în 1997 un set de reguli care să permită constructorilor de automobile și 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 și 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 și al pasagerului din dreapta – persoane cu afecțiuni medicale în care riscul umflării sacului depășește 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 și centrul capacului sub care este airbagul.

Pentru locul pasagerului din dreapta conducătorului – persoanele care trebuie să transporte copii sub 3 ani pe scaunul din față.

Strategia de declanșare a airbagurilor

Strategia de declanșare a airbagurilor în caz de șoc frontal se prezintă în . Astfel airbagurile și centurile de siguranță se completează pentru a obține o mai bună repartizare a energiei de reținere asupra ocupanților.

În funcție de intensitatea șocului se declanșează:

Sistemul pretensioner și blocarea mecanismului retractor al centurii;

Declanșarea airbagului frontal în forma „volum mic”;

Declanșarea airbagului frontal în forma „volum mare”.

Fig. 3-19 Strategia de umflare a airbagului în funcție de intensitatea șocului frontal

Automobilele care oferă curent airbaguri laterale reprezintă deja un fapt cotidian. În 1995 Audi seria 850 a fost primul autoturism care era echipat cu 6 airbaguri, având pe lângă cele două airbaguri frontale, airbaguri laterale montate în spătarul scaunelor, pentru protecția pasagerilor de pe bancheta față și de pe bancheta din spate. Specialiștii afirmă că munca de proiectare a airbagurilor laterale este mult mai dificilă decât pentru cele frontale. Aceasta deoarece o bună parte din energia unui impact frontal este absorbită, pe rând, de bara parașoc, capotă și motor, și durează între 30 și 40 de milisecunde până când pasagerii resimt efectele coliziunii. În cazul unei coliziuni laterale, doar câțiva centimetri și structura portierei, despart pasagerul de obiectul cu care are loc impactul. Aceasta impune ca airbagul lateral să se desfășoare în 5 – 6 milisecunde.

Comanda airbagurilor laterale se face de un modul electronic comun pentru airbagurile frontale și pentru pretensionere.

Airbagul tip perdea, 20, este fixat de pavilionul autoturismului, la îmbinarea cu panoul lateral. În cazul unui șoc lateral violent va fi activat doar airbagul dinspre partea de unde are loc impactul. Acest airbag se declanșează simultan cu airbagul lateral.

Fig. 3-20 Airbagul de tip perdea

Inginerii de la Volvo au experimentat diferite soluții de amplasare a airbagului lateral, dintre toate optând pentru montarea acestuia în spătarul scaunului, deoarece astfel sunt protejați pasagerii de toate taliile. Acest amplasament permite montarea unui senzor de declanșare mecanic, în lateral față de perna scaunului, sub conducător, respectiv pasager. Instalarea întregului ansamblu airbag în spătarul scaunului oferă avantajul prevenirii desfășurării acestuia, în cazul coliziunilor cu pietonii sau bicicliștii. Pentru activarea airbagului lateral este necesar un impact cu o viteză de aproximativ 19 km/h.

Fig. 3-21. Poziționarea airbagurilor destinate protecției frontale, genunchi,toracice și laterale- perdea

BMW a ales soluția de montare a airbagului lateral în ușă. Aceasta deoarece spațiul existent sub capitonajul ușilor permite montarea unor airbaguri de dimensiuni mai mari, care acoperă o suprafață mai mare ce trebuie protejată în cazul coliziunilor. La autovehiculele echipate cu airbaguri laterale montate în spătarul scaunelor nu se vor utiliza huse pentru scaune.

Airbagurile destinate protejării capului, ITS (Inflatable Tubular Structure) , în cazul unor coliziuni secundare sau terțiare, dinspre lateral sunt oferite de BMW pe toate modelele, începând cu anul 1999. Acestea au forma unui „tub” și sunt concepute pentru a sta umflate aproximativ 5 secunde. Lucrând concomitent cu airbagurile laterale, ITS – urile oferă o mai bună protecție în anumite coliziuni laterale.

Airbagurile de tip perdea sunt fixate la îmbinarea dintre pavilion și partea laterală a autoturismului.

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 în cutia toracică, deplasarea ocupantului spre înainte devine din ce în ce mai importantă. Pentru șocurile 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 și toracele.

Câteva date tehnice principale ale unui sistem airbag sunt prezentate în continuare.

Timpul de acționare de la 15 la 50 milisecunde după începutul șocului, urmărind condițiile accidentului. Pragul de declanșare  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 declanșează umflarea este de 15 – 25 grame. Durata de viață este estimată la 15 ani.

Unitatea electronică de comandă – Arhitectură și funcționalitate

Calculatorul central, , este creierul sistemului airbag, acesta fiind sub forma unei cutii electronice montat pe tunelul caroseriei, având următoarele funcții principale:

Captează semnalul de impact;

Sesizează tipul impactului (frontal, lateral, rostogolire);

Declanșează airbagurile și pretensionerele la momentul oportun.

Fig. 3-22 Procesorul sistemului airbag

În funcție de gradul de complexitate și funcțiile pe care trebuie să le îndeplinească există două generații de module electronice. Primul conține doar senzorii pentru mecanismul pretensioner și airbaguri, sistemul de declanșare a acestora și partea electronică de urmărire a declanșării airbagurilor. A doua generație conține un senzor electromecanic de securitate, un decelerometru, un circuit de aprindere pentru fiecare sistem pirotehnic, un circuit de diagnostic și memorare a defecțiunilor detectate, o rezervă de energie, un circuit de comandă a unui bec martor la bord și o linie de diagnosticare a sistemului.

a

b

Fig. 3-21 Senzorul de decelerație: a cu mărcitensiometrice, b cu element piezoceramic

Senzorul decelerometru. Acesta va sesiza evidentdecelerarea, care esteaccelerație negativă. Fig. 3-21. prezintă două tipuri,unul bazat pe mărcitensiometrice, iar celălătfolosește un cristal piezoelectric(foarte asemănător cu sensorulde detonație). O modificareseveră a vitezei vehiculului vadetermina apariția unui semnalde ieșire din acești sensoriîntrucât masa seismică se mișcă. Tipul cu cristal piezoelectric va produce o sarcinăelectrică, iar tipul cu mărci tensiometrice o modificare a rezistenței.

Circuite electronice corespunzătoare pot monitoriza aceste modificări și printr-oprogramare prealabilă reacționează atunci când apare un semnal care atinge unprag fixat. Avantajul acestei tehnici este acela că sensorii nu trebuie să fieproiectați în mod specific pentru un anumit vehicul, întrucât diferențele întresistemele de pe vehicule diferite pot fi tratate prin metode software.

În caz de distrugere a bateriei acumulatoare a automobilului, în cazul unei coliziuni, senzorii dispun de o sursă autonomă de energie formată dintr-un condensator de mare capacitate.

Senzorii de presiune utilizați pentru declanșarea airbagurilor laterale sunt destinați pentru a detecta schimbările de presiune care se produc în cavitățile ușilor în cazul unui impact. O presiune absolută va fi sesizată de un dispozitiv construit pe două nivele, într-o cavitate închisă. Această cavitate servește ca presiune de referință. O variație a presiunii externe va determina deformarea unei membrane siliconice, care va da naștere unei variații de rezistivitate. Variația de presiune care poate fi măsurată este în intervalul 20 – 200 milibari. Semnalul echivalent rezultat este în plaja 160 – 180 dB. 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 ușile laterale;

Loviturile cu piciorul în uși;

Deschiderea ușilor cu obiecte rigide;

Trântirea ușilor;

Teste de sunet cu difuzoare puternice montate în uși și în afara acestora.

Pentru buna funcționare a modulului electronic și pentru a se încadra în 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 în orice condiții timp de 15 ani;

Sa poată comunica cu un utilaj special de diagnosticare;

Pilotarea a 3 sau 4 linii de declanșare în funcție de configurația vehiculului;

Calculatorul are în componenta module de programare anexa care permit:

Recepționarea informației sistemului Detecție Prezență Pasager despre prezența unui pasager;

Inhibarea eventuală a declanșării modulelor destinate pasagerului din dreapta conducătorului în 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 în tabloul de bord.

Tetiere active.

Scaunele vechi care aveau o banchetă plană, în caz de coliziune puteau face ocupantul să alunece pe dedesubtul centurii de siguranță.

Pentru a evita această situație, numită imersiune, la banchete se adaugă o cantitate suplimentară de burete în partea anterioară sau li se oferă o înclinare mai mare contracarând cufundarea ocupantului și prin urmare și alunecarea acestuia pe sub centură.

Un alt element adăugat la scaune și care a evoluat este tetiera.

încă din anii 30 ai secolului al XX-lea s-a observat că un impact din partea din spate a vehiculului, contraforțele care acționează asupra ocupanților le-ar putea provoca răni în zona cervicală. Acest lucru se producea în special la vehiculele vechi, deoarece scaunele lor nu protejau suficient capul pasagerilor.Capul ocupanților în timpul unui impact din partea din spate a mașinii se deplasează înapoi pe deasupra spătarului.într-o coliziune la doar 13Km/h capul se deplasează 45 cm; acest lucru este echivalent cu o accelerație de până la 7G în % de secundă provocând răni deosebit de grave în zona cervicală.

Pentru a evita acest lucru, în măsura posibilului, a fost dezvoltată tetiera reglabilă.Dacă este corect ajustată, tetiera are rolul de a diminua riscul de rănire.Chiar și cu acest element, există un număr mare de traumatisme cervicale cauzate de reglarea incorectă a tetierelor sau de faptul că acestea nu intră în contact cu capul.Pentru a reduce și mai mult numărul de răni cervicale, a fost proiectată tetiera activă.

într-o coliziune posterioară a vehiculului, ocupantul este împins în spătarul scaunului. Astfel crește presiunea asupra părții dorsale și lombare a scaunului.Această presiune este utilizată pentru a impulsa articulația tetierelor făcând ca acestea să se încline rapid înainte.Atunci când tetierele se deplasează, acestea se apropie de capul ocupantului reducând în mod semnificativ riscul de a suferi răni cervicale.

Fig. 3-22Tetiera activa.

Coloane de volan cu deformare controlata, pedale pliabile

În trecut, coloana de direcție a autovehiculelor era o bară din otel foarte robustă care în caz de coliziune frontală se deplasa spre interiorul habitaclului, ceea ce mărea riscul de a produce răni grave conducătorului auto.

În același timp, vehiculul era fabricat din materiale rigide, lucru care mărea de asemenea riscul rănirii.

În prezent, coloanele de direcție sunt dotate cu unul sau mai multe elemente telescopice care se retrag atunci când cutia de direcție este împinsă spre conducătorul auto.

Chiar și așa, în cazul unor accidente deosebit de grave, o coloană de direcție complet retrasă poate provoca răni conducătorilor auto.

Suporturile coloanei sunt dotate cu puncte de rupere forțată care permit o deformare specifică ce deviază elementul departe de poziția conducătorului auto.

Și volanele de direcție se deformează și deviază de la zona conducătorului auto în afara dotării cu un “cub suport care se retrage” care în caz de accident se deformează absorbind o parte a energiei care altfel ar putea ajunge la corpul conducătorului auto.

Fig. 3-23Coloana volan deformata in urma unui accident ..

Numeroaselor studii privind coliziunile indică faptul că toate pedalele pot provoca răni în partea superioară și inferioară a picioarelor.

în cazul unor accidente grave, s-a observat faptul că partea inferioară și superioară a picioarelor pot fi lovite sau chiar pot fi prinse între podeaua vehiculului și pedale din cauza deplasării în spate a acestora.

Din acest motiv, grupurile de pedale sunt în prezent concepute astfel încât, în cazul unui accident deosebit de grav, să se îndepărteze de picioarele conducătorului auto.Materialul din care sunt fabricate pedalele sunt metale ușoare sau din material plastic pentru a se îndoi sau rupe în loc de a imobiliza picioarele conducătorului auto.

Fig. 3-24Pedala deformabila. In caz de accident de retrage in sus, si se rupe usor fiind din materiale plastice.

Sistem pentru oprirea motorului; deconectarea automata a bateriei.

La vehiculele la care bateria este montată în interiorul habitaclului sau în portbagaj, se poate include un sistem de deconectare a bateriei în caz de accident.

Acest sistem de deconectare întrerupe conexiunea electrică între bateri, motorul de demaraj și alternator.Într-o situație de accident prin care s-ar putea produce un scurt-circuit la cablul care unește cele trei elemente, deconectarea evită posibile incendii.

In cazul unui impact din spate, activarea deconectorului se va produce dacă este necesară activarea pretensoarelor centurilor.

Practic pot exista două sisteme de deconectare a bateriei:

Detonator de deconectare a bateriei

Releu de deconectare a bateriei

Fig. 3-25Borna activa. Se deconecteaza automat in caz de accident

Poziția corectă de conducere.

Cercetările au demonstrat că zona de risc pentru conducător este la distanța de 5-8 cm de volan. Prin urmare o poziție corectă în timpul conducerii autovehiculului necesită o distanță de aproximativ 25 cm măsurată între centrul volan și sternul conducătorului. Aceasta se realizează prin ajustarea poziției la bordul autovehiculului prin executarea următoarelor manevre:

Mutarea scaunului înspre înapoi, păstrându-se o bună poziție de condus și accesul ușor la pedalier și comenzile existente pe planșa de bord.

Bascularea ușoară înspre înapoi a spătarului scaunului.

Orientarea coloanei volanului înspre pieptul conducătorului și nu înspre gâtul sau capul acestuia (această manevră poate fie executată doar la autovehiculele la care se poate ajusta poziția volanului).

Regulile sunt diferite pentru copii. Un airbag poate răni grav sau chiar ucide un copil, care nu este asigurat cu un sistem de reținere, atunci când stă prea aproape sau când este proiectat înspre planșa de bord în timpul frânării autovehiculului. Astfel pentru protecția copiilor pasageri ai unui autovehicul specialiștii recomandă respectarea următoarelor reguli:

Copiii sub 12 ani trebuie să stea în autovehicul doar pe scaune speciale, amplasate pe bancheta din spate a acestuia și cu centura de siguranță legată;

Persoanele cu vârsta de până la 1 an și o greutate de până la 9 kg nu au voie să stea în față, pe scaunul din dreapta conducătorului, în autovehicule care sunt prevăzute cu airbag lateral, nici chiar dacă sunt așezați în scaune speciale;

Dacă, pentru persoanele cu vârsta mai mare de 1 an, este necesar ca acestea să stea pe scaunul din față prevăzut cu un airbag lateral, ele pot sta în față așezate numai în scaune special ancorate de scaunul autovehiculului. Se recomandă ca scaunul autovehiculului să fie deplasat cât mai spre înapoi posibil.

Functionarea integrata a sistemelor de siguranta

Funcționarea In timpul unui impact:

În funcție de modul în care se produce un impact, unitatea de control a sistemului airbag decide ce elemente trebuie activate.

Fig. 3-26.Unitatea de comanda a sistemelor de protectie.

Aceste elemente de activat nu trebuie să fie aceleași în cazul unei coliziuni frontale, laterale, oblice sau din spate.

în cazul unui impact frontal pot exista diferite scenarii pentru acționarea sistemului airbag.

în funcție de gravitatea accidentului, pot fi activate doar pretensoarele centurilor sau pretensoarele și airbagurile din față pentru conducătorul auto și însoțitor.

Senzorii de impact ai sistemului vor transmite un semnal de coliziune foarte scăzut la unitatea de control a sistemului care va evalua necesitatea de a activa pretensoare sau airbaguri.

Fig. 3-27Senzori de impact frontali.

Nu se va activa niciun element pirotehnic astfel încât centurile de siguranță sunt cele care vor menține ocupanții pe poziție.

Impact cu viteză medie

Dacă viteza de impact este medie, bara de protecție nu va fi suficientă pentru a absorbi energia cinetică absorbită parțial de zonele de deformare din structura vehiculului. în acest caz, senzorii de impact interni ai unității de control și/sau cei externi vor transmite un semnal la unitatea de comandă echivalentă cu forța impactului. Cu aceste informații unitatea de comandă va activa pretensoarele centurilor care vor reduce spațiul liber între centuri și corpul ocupanților.

Fig. 3-28Airbaguri declansate in caz de accident.

Impact cu viteză mare

în cazul unui impact cu un element rigid la 60km/h vor treceJ 60 milisecunde de la începutul impactului până când vehiculul se oprește complet. în acest timp, ocupanții nu au timp de reacție și este mult mai mult decât timpul de care dispune sistemul pentru ca toate elementele să funcționeze.

0 milisecunde

Survine impactul și bara de protecție începe să absoarbă energia impactului.

Sursa: Audi

Fig. 3-29Caroseria preia socul in mod controlat.

10 milisecunde

Prin semnalele de coliziune captate de senzorii de impact ai sistemului și evaluate de unitatea de control, se activează atât pretensorul centurii conducătorului auto cât și cel al însoțitorului, ajustând centură la corpul conducătorului auto. în timp ce zonele deformabile ale structurii vehiculului continuă să absoarbă energia impactului.

Fig. 3-30Umflarea airbagului – 45 milisecunde.

15 milisecunde

Se activează detonatoarele airbagului conducătorului auto și al însoțitorului. Zonele deformabile continuă să absoarbă energie.

50 milisecunde

Airbagul conducătorului auto s-a umflat de tot și corpul conducătorului auto s-a deplasat înainte.

Structura vehiculului continuă să se deformeze și să absoarbă energia cinetică.

60 milisecunde

S-a umflat de tot airbagul însoțitorului și corpul acestuia s-a deplasat înainte.

80 milisecunde

S-a întins centura de siguranță a conducătorului datorită acțiunii limitatorului de efort, lăsând corpul să se deplaseze înainte până când este reținut de airbagul care s-a dezumflat deja parțial.

100 milisecunde

S-a întins centura de siguranță a însoțitorului datorită acțiunii limitatorului de efort lăsând corpul însoțitorului să se deplaseze înainte până când este reținut de airbagul care s-a dezumflat deja parțial.

Pentru a face o comparație cu un gest pe care toată lumea îl face, 100 milisecunde este timpul în care clipim o dată.

160 milisecunde

Energia cinetică a impactului a fost absorbită complet și vehiculul s-a oprit.

Impact din lateral

în cazul unui impact lateral pot exista diferite condiții pentru acționarea sistemului airbag. în funcție de gravitatea accidentului, se pot activa doar pretensoarele centurilor sau pretensoarele și airbagurile laterale sau, pentru cap, dintr-o parte sau alta.

Fig. 3-31Fortele in cazul unui impact lateral

Senzorii de impact laterali ai sistemului vor transmite un semnal de coliziune foarte redus la unitatea de control a sistemului airbag, care va evalua necesitatea de a activa pretensoarele sau airbagurile.

în cazul unei coliziuni laterale la viteză mare, de la începutul impactului până când vehiculul se oprește complet trec 60 milisecunde. Observam ca fata de impactul frontal durata este de aproape trei ori mai redusa. Dealtfel partea deformabila a caroseiei care absoarbe socul este aproape inexistenta in partile laterale ale autovehiculelor

Timpul este mai mic decât în cazul unui impact frontal deoarece ocupanții sunt mai aproape de structura vehiculului. în acest timp, ocupanții nu au timp de reacție și este mult mai mult decât timpul de care dispune sistemul pentru a face să funcționeze toate elementele necesare.

0 milisecunde

Survine impactul și structura deformabilă începe să absoarbă energia cinetica a coliziunii.

5 milisecunde

Unitatea de control a sistemului a evaluat semnalele care provin de la senzorii de impactului și se produce activarea airbagurilor și a pretensoarelor de pe partea impactului.

între timp, zonele deformabile din structura vehiculului continuă să absoarbă energia impactului.

15 milisecunde

Pretensorul a întins complet centura eliminând spațiul liber dintre curea și corpul ocupantului împiedicând mișcarea excesivă a acestuia.

25 milisecunde

Dacă este necesar, se întinde centura de siguranță a conducătorului datorită acțiunii limitatorului de efort; lăsând corpul acestuia să se deplaseze ușor spre partea impactului până când începe să fie reținut de airbagul care s-a dezumflat deja parțial.

40 milisecunde

Pungile airbagurilor s-au dezumflat complet și corpul ocupanților revine la poziția inițială.

Până în acest moment, structura vehiculului a continuat să absoarbă energia cinetică a impactului.

60 milisecunde

Energia cinetică a impactului a dispărut complet și vehiculul s-a oprit.

Impactul din spate

în funcție de vehicul și de intensitatea impactului, sistemul poate funcționa în diferite moduri.

Impact la viteză mică – în cazul producerii unui accident la viteză redusă, bara de protecție spate va fi suficientă pentru absorbirea energiei cinetice a impactului.

Senzorii de impact ai sistemului vor transmite un semnal de coliziune foarte scăzut la unitatea de control a sistemului airbag, care va evalua nevoia de a activa pretensoarele sau airbagurile.

Nu se va activa niciun element pirotehnic, astfel încât tetierele sunt cele care vor împiedica deplasarea capului ocupanților prea mult în spate.

Impact cu viteză medie – Dacă viteza impactului este medie, bara de protecție și structura de deformare programată trebuie să absoarbă energia cinetică.

în acest caz, senzorii de impact față și cei interni ai unității de control vor transmite un semnal procesorului unității de comandă echivalent cu forța impactului.

Cu aceste informații, unitatea de comandă nu va activa încă niciunul dintre elementele pirotehnice ale sistemului.

Impact cu viteză mare – în cazul unei coliziuni la viteză mare, datorită informațiilor primite de la senzorii de impact sistemul se va limita la activarea pretensoarelor centurilor pentru a imobiliza mai bine ocupanții.

Efecte nefaste ale folosirii a sistemelor de siguranță pasivă

Airbag

Riscul impactului sacului de aer cu capul, dacă pasagerul autovehiculului este aproape de sistem în timpul declanșării. Pozițiile incorecte ale pasagerului pe banchetă pot de asemenea să ducă la vătămări ale capului și gâtului în cazul declanșării airbagului. Ultimele generații de airbaguri numite „adaptive airbag” au în componența lor senzori de scanare a prezenței și poziției pasagerilor în habitaclu, în scopul prevenirii vătămării acestora.

Pretensioner

Efectul principal este o declanșare însoțită de deteriorarea chingii. Acest efect devine periculos și în cazul în care sistemul de reținere este ținut cu mâna în timpul declanșării.

Zone de deformare controlata.

Rata de accelerare negativă, denumită și decelerare, reținere sau frânare; este efectul care provoacă probleme în timpul coliziunilor deoarece, odată cu vehiculul, trebuie să se oprească și pasagerii.

Cu cât vehiculul se va opri mai repede, cu atât forța pe care trebuie să o suporte ocupanții și riscul de a fi răniți va fi mai mare.

Un factor important în cadrul securității pasive este deformarea caroseriei, si un caz special este compatibilitatea autovehiculelor.

Fig. 3-32Bara de protectie fata – comparatie.

Acest risc crește dacă cele două vehicule au mase diferite.

într-o coliziune în care cele două automobile au aceeași masă, forțele se împart în aceeași măsură.

Dacă vehiculele au mase diferite, cel mai ușor dintre acestea va fi supus unor forțe mai mari; astfel încât accelerația negativă va fi mai mare și prin urmare riscul ca ocupanții vehiculului să fie răniți va fi mai mare.

Diferențele de înălțime și de greutate dintre camioane și autoturisme au constituit întotdeauna o problemă de siguranță în trafic, mai ales în cazul producerii unei tamponări frontale. Din legile fundamentale ale dinamicii rezultă că în cazul impactului a două corpuri de mase diferite variația impulsului este mai mare la corpul cu masă mai redusă. Din punct de vedere al compatibilității o influență deosebită o are linia de contact și rigiditatea caroseriei.

Fig. 3-33Zonele dure la autoturism si camion.

Din punctul de vedere al siguranței pasive, a structurilor de impact și protecție a cabinei, caroseriile trebuie să fie astfel proiectate astfel încat să permită o reducere a potențialului forței de impact concentrate prin dispersarea și absorbția energiei de impact pe o suprafață mărită a părții frontale.

În cazul unui impact, forțele se distribuie uniform asupra cabinei, sus prin pragurile și suporturile laterale, respectiv stâlpii frontali, iar jos prin cadrul podelei sau lonjeroane. În aceste condiții deformările celulei pasagerilor sunt mai reduse. În plus, gradul de agresivitate cu care structura respectivă acționează asupra celuilalt potențial vehicul implicat în coliziune este diminuat.

Fig. 3-34Dispersia energiei de impact

În cazul uni accident, autocamionul va transforma adesea un automobil într-o capcană mortală. Pentru a preveni acest lucru și pentru a maximiza protecția oferită de zonele de deformare controlată ale automobilului, Volvo Trucks a proiectat sistemul de protecție anti-împănare față (FUPS).

Fig. 3-35Volvo sistemul de protecție anti-împănare față (FUPS).

Fig. 3-36Analiză cu elemente finite a deformației barei de antiîmpănare

Fig. 3-37Zona de deformare controlata.

Sistemul FUPS previne intrarea autoturismelor sub partea din față a camionului în cazul unei coliziuni frontale, reducând astfel riscul de vătămare corporală gravă a pasagerilor autoturismului și mărind astfel șansele de supraviețuire ale acestora.

Dispozitive de antiîmpănare

Dispozitivele de antiîmpănare sunt structuri care se anexează barelor de protecție; dispozitivele de antiîmpănare față se montează pe vehicule din categoriile N2 și N3 iar cele de antiîmpănare spate se montează și pe vehiculele din categoriile O3 și O4. După cum se observă, asemenea dispozitive se montează numai pe vehicule mari, fiind destinate să împiedice intrarea sub vehicul a autoturismelor, motocicletelor și bicicletelor în cazul unor coliziuni frontale sau din spate.

Bara de protecție împotriva pătrunderii sub camion are rolul unui strat absorbant de încrețire cu o adâncime de 200 mm, care reduce în mod considerabil gradul de penetrare în habitaclul autoturismului. Cu bara de protecție a camionului situată la același nivel cu cea a unui autoturism obișnuit, zona de deformare a autoturismului este utilizată în mod optim. Sistemul FUPS este complet integrat în structura cabinei autocamionului. O zonă de deformație mai lungă cu 600 mm poate salva adițional ~12.000 de oameni de răni severe și deces pe an în traficul European. Acest concept însemnă și scăderea sarcini utile și competivitate, alta distribuție a greutății. Pentru a realiza zonă de deformație fără reducerea competivității, trebuie schimbat legislația să permite o lungime mai mare a camioanelor.

La autocamione în zona barei de protectie față și la nivelul șasiului rigiditatea K = 12000..16000 kN/m, în zona cabinei K = 6000 kN/m iar la structura de antiîmpănare 50000…60000 kN/m.

Standarde internaționale bare de protecție pentru camioane:

Dispozitivele antiîmpănare sunt structuri care se anexează barelor de protecție. Dispozitivele antiîmpănare față se montează pe vehicule din categoriile N2 și N3 iar cele antiîmpănare spate se montează și pe vehiculele din categoriile O3 și O4. După cum se observă, asemenea dispozitive se montează numai pe vehicule mari, fiind destinate să împiedice intrarea sub vehicul a autoturismelor, motocicletelor și bicicletelor în cazul unor coliziuni frontale sau din spate. Protecția „antiîmpănare față" poate fi oferită și de părți ale șasiului sau caroseriei care, prin formă și amplasament pot împiedica pătrunderea sub vehicul a autovehiculelor din categoriile L, M și N în situația unei coliziuni frontale.

tab. 1

Categoria N2 – vehicule concepute și construite pentru transportul de mărfuri având o masă maximă care depășește 3,5 t, dar nu depășește 12 t.

Categoria N3 – vehicule concepute și construite pentru transportul de mărfuri având o masă maximă ce depășește 12 t.

Categoria O3 – remorci având o masă maximă care depășește 3,5 tone, dar nu depășește 10 t.

Categoria O4 – remorci avînd o masș maximș care depășește 10 t.

FMVSS- Federal Motor Vehicle Safety Standards (Federația pentru standardele de siguranță pentru autovehicule)

ECE- Economic Commission for Europe (Comisia Economică pentru Europa)

Bara de protecție față în conformitate cu Directiva 2000/40/EC (ECE R93)

Dispozitivul antiîmpănare față se construieste sub forma unei traverse a cărei înălțime trebuie să fie de cel puțin 100 mm la vehiculele din categoria N2 și de cel puțin 120 mm la vehiculele din categoria N3. Nu se admit îndoituri către înainte ale marginilor laterale ale traversei; muchiile traversei trebuie să fie rotunjite cu o rază de cel puțin 2,5 mm. Dacă dispozitivul este conceput ca să poată ocupa mai multe poziții, trebuie să fie prevăzut cu un sistem de zăvorare care să asigure fixarea sigură în poziția de funcționare dorită. Suprafețele exterioare ale traversei trebuie să fie netede sau ondulate orizontal; se admite prezența pe suprafața exterioară a capetelor șuruburilor sau niturilor de montaj cu condiția să fie rotunjite și să nu iasă în afara suprafeței cu mai mult de 10 mm. Dispozitivul antiîmpănare față trebuie să aibă o rezistență suficient de mare la forțe aplicate asupra lui pe direcție longitudinală.

Rezistența se verifică static, prin aplicarea unor forțe în diverse puncte ale suprafeței exterioare.

Fig. 3-38Bara de protectie fata.

Încercările pot fi efectuate pe vehicul, pe un element de structură a vehiculului echipat cu dispozitivul antiîmpănare, sau pe un banc de încercări special. În timpul încercării, vehiculul sau structura separată a sa trebuie să fie asigurate contra deplasării longitudinale. Dacă încercările se fac pe vehicul, acesta trebuie să fie gol, să se afle pe o suprafață plană, dură și netedă, roțile din față să fie direcționate pentru mersul în linie dreaptă iar anvelopele să fie umflate la presiunea recomandată de producător. În prima fază se marchează punctele de aplicare a forțelor. Astfel, punctele P1 sunt dispuse la o distanță de cel mult 200 mm către interior față de planul longitudinal vertical tangent la extremitățile exterioare ale anvelopelor. Punctele P2 sunt situate simetric față de planul longitudinal median al vehiculului, iar distanța între ele trebuie să fie cuprinsă între 700 mm și 1200 mm. Înălțimea punctelor P1 și P2 nu trebuie să fie mai mare de 445 mm. Forțele de încercare trebuie aplicate separat, în fiecare din punctele menționate; ele trebuie să atingă valoarea impusă în cel mai scurt timp posibil iar dispozitivul de antiîmpănare trebuie să le suporte o perioadă de cel puțin 0,2 secunde. În punctele P1 se aplică succesiv pe direcție orizontală, în plan longitudinal, o forță egală cu 50% din greutatea maximă a tipului de vehicul căruia îi este destinat dispozitivul, dar nu mai mare de 80000 N.

În punctele P2 se aplică succesiv, tot pe direcție orizontală și în plan longitudinal, o forță egală cu 100% din greutatea vehiculului căruia îi este destinat dispozitivul, dar nu mai mare de 160000 N. Se consideră că rezistența dispozitivului de antiîmpănare față este suficientă dacă punctele de aplicație a forțelor menționate nu se deplasează către partea din spate, pe direcție orizontală, cu mai mult de 400 mm. La dispozitivele de antiîmpănare față se admite o gardă la sol de cel mult 400 mm. Lățimea nu trebuie să depăsească gabaritul în lățime al autovehiculului la nivelul anvelopelor roților axei din față, dar nici mai mică cu cel mult 100 mm de fiecare parte laterală.

Acestea sunt construite dintr-o traversă care trebuie să aibă o înălțime a secțiunii de cel puțin 100 mm, iar modulul ei de rezistență la încovoiere trebuie să fie de cel puțin 20 cm3.

Bara de protecție spate în conformitate cu Directiva 70/221/CEE (ECE R58)

La fel ca și dispozitivele față, cele din spate nu trebuie să aibă o lățime mai mare decat lățimea vehiculului măsurată între extremitățile laterale ale anvelopelor axei spate; se admite ca lățimea (minimă) să fie redusă cu cel mult 100 mm pe fiecare parte laterală. Nu se admit indoituri spre spate ale marginilor dispozitivului și nici muchii ascuțite.

Fig. 3-40Bara de protectie spate.

Amplasarea unui dispozitiv de antiimpănare spate este obligatorie dacă:

vehiculul se poate deplasa cu o viteză mai mare de 30 km/h;

platforma de încărcare este situată la o înălțime mai mare de 700 mm, iar între capătul din spate al platformei de încărcare și centrul ultimei axe este o distanță mai mare de 1000 mm.

Bara de protecție spate în conformitate cu Directiva 2006/20/EC

Fig. 3-41Bara antiimpanare ampalsata in spate.

În situația vehiculului gol, garda la sol a dispozitivului antiîmpănare spate nu trebuie să fie mai mare de 500 mm. Rezistența dispozitivului se verifică prin aplicarea unor forțe în diverse puncte ale traversei. O forță orizontală egală cu 50% din greutatea maximă a vehiculului, dar nu mai mare de 100000 N se aplică succesiv în două puncte dispuse simetric în raport cu planul median longitudinal și situate la o distanță de 700…1000 mm între ele. Alte încercări constau în aplicarea succesivă a unei forțe orizontale egală cu 12,5% din greutatea maximă a vehiculului, sau de cel mult 25000 N (se alege valoarea cea mai mică) în două puncte situate la 300 mm (spre interior) în raport cu planele longitudinale verticale tangente la extremitățile laterale ale anvelopelor roților ultimii axe și într-un punct din planul longitudinal median. Se consideră că rezistența dispozitivului antiîmpănare spate este satisfăcătoare dacă în timpul încercărilor sau după, partea posterioară a dispozitivului, în punctele de aplicare a forțelor nu se distanțează în raport cu partea din spate a vehiculului cu o distanță mai mare de 400 mm.

Bara de protecție laterală în conformitate cu Directiva 89/297/CEE (ECE R73)

Vehiculele din categoriile N2, N3, O3 si O4 trebuie echipate cu dispozitive de protecție laterală pentru a impiedica căderea sub o parte a vehiculului și călcarea cu roțile a pietonilor, ciclistilor sau motociclistilor.

Dispozitivele de protecție laterală nu mai sunt necesare dacă elemente ale caroseriei sau șasiului îndeplinesc funcția de protecție conform condițiilor tehnice impuse dispozitivelor adiționale speciale.

Nu se admite ca dispozitivele laterale de protecție să mărească gabaritul pe lățime al vehiculului; acestea pot fi montate „retras" cu cel mult 120 mm în raport cu planul gabaritului lateral al vehiculului.

Este indicat ca extremitatea din față a dispozitivului să fie îndoită către interior, ca să nu producă agravări ale rănirilor prin „agățare"; extremitatea din spate nu trebuie să fie retrasă cu mai mult de 30 mm pe o distanță totală de cel puțin 250 mm, măsurată de la capăt. Suprafața laterală exterioară a dispozitivului de protecție trebuie să fie continuă și netedă; se admit totuși și întreruperi, cu condiția ca spațiul liber să aibă o lungime de cel mult 25 mm iar partea din spate a lui să nu fie mai proeminentă ca partea din față (tot pentru a impiedica „agățarea").

Toate marginile și capetele trebuie rotunjite cu o rază de cel puțin 2,5 mm, iar capetele șuruburilor sau niturilor de fixare trebuie și ele rotunjite, fără să iasă în afara suprafeței cu mai mult de 10 mm.

Marginea din față a dispozitivului de protecție laterală trebuie să se afle pe autovehicul la o distanță de cel mult 300 mm în spatele planului transversal perpendicular, tangent la partea din spate a anvelopelor roților axei din față; la remorci cu proțap se impune ca aceeași distanță să fie de cel mult 500 mm, iar la semiremorci cu șa, de cel mult 250 mm în spatele planului transversal median al suportului.

Marginea din spate trebuie să se afle la o distanță de cel mult 300 mm în raport cu planul transversal vertical tangent în fața anvelopelor roților situate imediat în spate. Între sol și dispozitivul de protecție laterală trebuie lăsată o inălțime de gardă de cel mult 550 mm.

Dispozitivele de protecție laterală trebuie să fie rigide și fixate astfel ca să nu se desfacă din cauza vibrațiilor.

Rezistența dispozitivului se încearcă static, prin aplicarea perpendiculară pe oricare parte a feței exterioare a unei forțe de 1000 N prin intermediul unui berbec cu secțiune circulară plană având diametrul de 220 mm.

Se consideră că rezistența este satisfăcătoare dacă deformarea dispozitivului nu depăseste 30 mm pe o lungime de 250 mm a capătului din spate și 150 mm pe restul lungimii dispozitivului.

Fig. 3-42Bari antiimpanare laterale – amplasare pe o remorca.

Fig. 3-43Exemplu bari antiimpanare laterale.

Viitorul sistemelor de protectie.

Sistemele de protecție a ocupanților continuă să evolueze ca și restul sistemelor montate pe vehicule.

Fiecare producător de autovehicule sau echipamente utilizează moduri diferite pentru a atinge aceleași obiective.

Unii decid să pentru un număr ridicat de airbaguri montate pe vehicul, în timp ce alți insistă pe îmbunătățirea sistemelor deja instalate sau pe încorporarea unor sisteme noi.

Să vedem câteva exemple:

Fabricantul norvegian HTS a dezvoltat în special pentru gravide sistemul BASEFE care permite fixarea centurii sub burta acestora.

Acesta constă dintr-o periniță care se prinde de centura convențională și poate fi utilizată pe orice tip de scaun.

Renault a dezvoltat un sistem de pretensoare adaptabile alcătuit din două pretensoare în loc de unul. În urma impactului, unitatea de control activează primul pretensor eliminând golul dintre centură și ocupant. Dacă impactul este sever, poate activa al doilea pretensor după câteva miimi de secundă, imobilizând ocupantul de scaun, reducând astfel posibilele răniri. Acest sistem se gaseste pe Reanult Megane, incepand din 2005, sa nu uitam ca aceasta este o masina cu 5 stele la testul EuroNcap.

La rândul său, în ceea ce privește airbagurile laterale și cortină, Opel alătură activării și umflării nevoia de a le menține ceva mai mult timp cu aer în interior.

Din acest motiv, va adăuga vehiculelor sale un rezervor de rezervă de gaz pentru fiecare airbag lateral sau cortină pentru a le menține umflate până la 7 secunde.

Nissan și Toyota proiectează montarea airbagurilor între capetele ocupanților locurilor din spate pentru a evita să se lovească între ei în cazul unor coliziuni laterale.

Fig. 4-1 Airbag între capetele ocupanților locurilor din spate.

Pe de altă parte, Delphi și Toyota, tot pentru ocupanții locurilor din spate, dezvoltă un airbag cortină pentru locul dintre capete și tetiere în cazul unui impact din spate.

Inițial pentru vehicule decapotabile, Audi, Ford, Volvo și Delphi dezvoltă airbaguri pentru cap; care în cazul Volvo este instalat în ușă și se umflă de jos în sus.

în cazul Ford se montează în tetierele scaunelor, în timp ce Audi supradimensionează airbagul lateral montat în spătarul scaunului.

Altă soluție Audi pentru vehicule decapotabile este instalarea unui sistem mecanic de protecție anti-răsturnare format din bare rigide.

Fig. 4-2 Bare de protectie anti-rasturnare.

În repaus este susținut de o pârghie cu cârlig fixată de doi electromagneți. Atunci când unitatea de control detectează un impact sau pericol de răsturnare, activează electromagneții care eliberează blocarea pentru ca barele folosite să se întindă cu 80 mm sub efectul unui arc în 0,25 secunde.

După ce este desfășurată, nu mai poate reveni singură, din cauza un ancoraj, dar poate fi rearmată manual și așezată din nou în poziția inițială.

Pentru îmbunătățirea protecției prin acțiunea centurilor, Renault și Ford instalează airbaguri chiar în centuri. Renault le va instala în partea ventrală a centurilor ca airbag față pentru ocupanții de pe locurile din spate.

Ford, pe de altă parte, le va monta în partea torsului pentru a proteja zona coastelor și clavicula în cazul în care cureaua exercită o forță mare asupra acestor zone ale corpului.

Nu se înregistrează progrese doar în ceea ce privește protecția ocupanților vehiculelor ci și în ceea ce privește protecția pietonilor în caz de accidentare. Cum lucrează Fiat și Toyota.

Până acum au fost înlocuite anumite piese de tablă cu altele din plastic mai puțin agresive pentru pietoni.

S-a modificat și proiectarea barei de protecție din față pentru a se evita prinderea pietonilor sub vehicul în caz de accidentare, ei sunt astfel împinși ușor spre partea superioară a capotei, unde rănirile produse sunt mai ușoare.

în viitorul nu foarte îndepărtat se vor instala airbaguri în partea din spate, între acesta și parbriz pentru a evita lovirea pietonilor direct de vehicul, ci de airbagul capotei.

Presate de la Mercedes în colaborare cu Siemens-VDO și TRW este un sistem de protecție pentru ocupanți, dar începe să acționeze înainte să aibă loc o coliziune.

Fig. 4-3 Alarma de prevenire a accidentului – Mercedes.

Timpul calculat de sistem până la impact se face menținând viteza relativă neschimbată

Siemens oferă tehnologia în camere folosite pentru a detecta prezența și poziția ocupanților, deși aceasta nu este cea obișnuită sau cea mai corectă.

TRW oferă pretensoare cu motor electric pentru tensarea și detensarea centurilor de siguranță.

Fig. 4-4 Sistem de anticipatie a impactului – Mercedes

Cu această tehnologie și elemente, Mercedes instalează un sistem care anticipează un posibil impact. Prin intermediul reacției conducătorului auto și a comportamentului vehiculului, unghiul de rotire a volanului, deriva caroseriei, acționarea ESP etc.

Cu toate aceste informații sistemul de reținere se pregătește pentru un posibil impact. Activează motoarele electrice ale pretensoarelor pentru a elimina spațiul liber dintre centură și corpul ocupantului.

În cazul montării scaunelor electrice, le va așeza în poziția cea mai adecvată pentru acționarea sistemului airbag, în afară de faptul că ia în considerare poziția ocupanților datorită informațiilor furnizate de camerele interioare.

Dacă în cele din urmă accidentul nu se produce, sistemul va repoziționa scaunul în poziția inițială și va detensiona centurile de siguranță făcând să funcționeze din nou motoarele electrice ale pretensoarelor în sensul contrar funcționării prealabile.

Mercedes lansează în prezent, la clasa E și C, airbagul pelvian. Evitând astfel sechelele grave în acea zonă în cazul unui impact lateral.