– Siguranța pasivă poate fi definită prin reducerea consecințelor accidentelor, și poate fi împărțită în: [306601]

[anonimizat] a [anonimizat].

– [anonimizat]:

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

[anonimizat]-se reducerea forțelor și accelerațiilor care acționează asupra ocupanților unui autovehicul la un posibil accident.

Dintre factorii care influențează siguranța interioară se pot aminti:

– Sistemele de reținere a pasagerilor și bagajelor;

– [anonimizat] a fi lovite de pasageri;

– Sistemul de direcție;

– Deformarea caroseriei autovehiculului;

– Modul de fixare a parbrizului;

– Protecția împotriva incendiilor;

– Penetrarea prin parbriz a diferitelor componente din construcția autovehiculului.

În anul 1935 statisticile privind numărul victimelor erau indiscutabil nefavorabile. Numărul victimelor la 100.000 de mile parcurse de automobile a ajuns in USA la 15,8 persoane în comparație cu 3,4 în anul 1980 și 1,6 în prezent. Cifrele sunt într-o [anonimizat].

Cu toate că pregătirea și instruirea conducătorului auto sunt cele mai ieftine și ideale căi de creștere a [anonimizat] a unui mediu rutier mai sigur a revenit tehnologiei. O primă soluție este proiectarea de autovehicule și infrastructuri rutiere care sunt suficient de eficiente în sensul prevenirii apariției unui accident.

[anonimizat], ESP, dezvoltare sistemelor de frânarea automată pentru evitarea obstacolelor pană la diverse materiale pentru învelișul asfaltic și controlul computerizat al traficului urban. A doua soluție este de a construi autovehicule care să protejeze pasagerii în caz de accidente. Această soluție definește conceptul de „Securitate Pasivă” oferită de autoturism pasagerilor în caz de accident. [anonimizat]. Astăzi, companiile producătoare de autovehicule se confruntă cu reglementări legislative tot mai stricte în privința unor aspecte ale siguranței pasive a autovehiculelor. Siguranța pasagerilor unui autovehicul și a pietonilor a [anonimizat], [anonimizat].

Statistice arată că un procent de peste 60% [anonimizat] 30% [anonimizat] 26% din totalul deceselor în urma accidentelor rutiere și peste 17% din totalul vătămărilor grave au loc în cazul coliziunilor laterale.

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

A devenit clar faptul că impactul cu volanul și bordul sunt cauzele cel mai frecvent întâlnite în cazul vătămărilor grave, iar aruncarea din vehicul o cauza majoră a deceselor. În prezent îmbinarea științelor medicale cu ingineria a condus la proiectarea, dezvoltarea și producerea de interioare și structuri de autovehicule care oferă o protecție deosebită ocupanților habitaclului. General Motors, cât și alte companii din SUA și Europa, au realizat importanța studiului aprofundat în domeniul siguranței pasive a automobilului între anii 1956 și 1958, departamentele de cercetare în domeniul ingineriei auto au inițiat și dezvoltat programe care s-au concentrat asupra proiectării unui interior auto cat mai protector. În 1959, s-au publicat rezultatele cercetării lor, prezentându-se un vehicul de concepție nouă, cu multe elemente de siguranță. Aproape 20 dintre acestea sunt acum produse standardizate,incluzând coloana de direcție deformabilă, geamurile dublu securizate și planșa de bord din materiale spongioase.

1.Sisteme de siguranță pasivă interioară

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

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

optimizarea sistemului de reținere;

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

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

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

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

Simularea pe calculator;

Încercări dinamice tip catapultă;

Încercări pe vehicul.

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

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

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

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

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

2. Centura de siguranță

2.1 Generalități

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

2.2 Retractorul acționat mecanic

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

Sunt utilizate două tipuri de mecanisme de blocare:

Sistem declanșat de mișcarea autovehiculului;

Sistem declanșat de mișcarea centurii;

Figura 2.2.1 Retractor cu sistem de blocare de tip masă inerțială

Primul tip blochează mișcarea mosorului în momentul care autovehiculul decelerează brusc. În Figura 2.2.1 este prezentat acest de sistem de blocare. Elementul central al mecanismului de blocare este un pendul (Figura 2.2.1), când autovehiculul tinde să se oprească brusc, inerția masei pendulului tinde să-l deplaseze pe acesta spre înainte, clichetul de la celălalt capăt al pendulului angrenează cu roata dințată atașată de mosorul retractorului, blocând mișcarea de rotație a mosorului,blocând astfel și centura de siguranță. Când tensiunea din centură scade, după trecerea situației de pericol, sectorul dințat se va roti iar clichetul va ieși din angrenare, deblocând astfel mecanismul.

Al doilea sistem de blocare sensibil al centurii este bazat pe un cuplaj centrifugal activat de accelerare rapidă a curelei de pe tambur sau bobină. Centura poate fi trasa de pe tambur încet și treptat, iar atunci când se extinde pasagerul centura se poate bloca pentru al fixa. O tragere rapidă a centurii la fel ca în cazul unei frânari bruște sau coliziuni, eveniment brutal, duce blocarea tamburului și imobilizarea ocupantului în poziția respectivă. În Figura 2.2.2 este prezentat schematic acest mecanism. Partea principală a acestui tip de mecanism de blocare este pârghia cu gheară care se rotește sub acțiunea forței centrifuge. Pârghia montată pe mosor are o mișcare de rotație proprie în jurul unui ax și o alta tot de rotație împreună cu mosorul. Când mosorul are viteză de rotație mică pârghia nu se rotește în jurul axului pe care este articulată, fiind menținută de un resort în poziția inițială. Dacă viteza mosorului crește, centura de derulează brusc, forța centrifugă care ia naștere datorită masei pârghiei în capătul opus celui de fixare prin resort va genera o mișcare de rotație a acesteia în jurul axului pe care este montată. Capătul liber al pârghiei va acționa asupra unei came montată în carcasa retractorului. Cama este conectată cu un clichet prin intermediul unui știft, când cama se deplasează spre stânga, știftul se va deplasa într-o decupare a clichetului, aducându-l pe acesta în angrenare cu sectorul dințat atașat de mosor și împiedicând mișcarea de rotație a mosorului, deci derularea centurii.

Figura 2.2.2 Mecanism de blocare a retractorului, cu pârghie

2.3 Retractorul cu blocare comandată electric

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

Blocarea retractorului se face în următoarele cazuri:

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

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

– La înclinare puternică a autovehiculului.

Modulul electronic funcționează ca un sistem independent datorită unui senzor optic integrat. Astfel în cazul unui soc în urma căruia elementele pirotehnice au fost declanșate, calculatorul airbag dă comanda de blocare a retractorului centurii de siguranță. Captorul optic (Figura 2.3.1) permite calculatorului să determine evoluția autovehiculului, în termeni de decelerație și înclinare. El conține o sferă 3, care este poziționată pe un plan înclinat 2, dacă aceasta iese din poziția de repaus de pe planul înclinat, în cazul unor accelerații sau înclinări ale autovehiculului, celula optică 1, informează modulul electronic de comandă, cu scopul de a bloca retractorul centurii de siguranță. Dacă electromagnetul retractorului (2) este alimentat cu energie electrică, resortul (1) este tensionat și pârghia (3) nu angrenează cu roata dințată (4) de pe mosorul retractorului, acesta permițând mișcarea liberă a chingii centurii de siguranță. Când sfera 3 a captorului optic iese din poziția de echilibru de pe planul înclinat, se dă comandă de întrerupere a energiei electrice pe electromagnetul (2) al retractorului, arcul tinde să revină la starea detensionată, antrenând pârghia (3) care angrenează cu roata dințată (4) a retractorului, în acest moment retractorul se blochează.

Figura 2.3.1 Schemă captor optic cu bilă

Figura 2.3.2 Schema retractorului cu comandă electronică

2.4 Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranță

Centurile de siguranță clasice au imperfecțiuni datorită principiului de funcționare care le limitează eficacitatea. În timpul tracțiunii chinga se tasează pe bobina mosorului până la 70 mm în timpul unui soc puternic, în chinga centurii apare astfel o detensionare care este prezentă chiar și în timpul șocurilor mai ușoare. Este deci o absorbție negativă de energie, care va duce la apropierea periculoasă de volan sau de planșa de bord. Jocul care există între centură și corpul pasagerului este inevitabil și este dorit pentru a avea un confort acceptabil. Acest joc produce același efect, prezentat anterior. Aplicând o tensiune în centura în momentul socului, mecanismul de pretensionare reduce cele două efecte menționate mai sus, el apasă închizătorul, reducând fenomenul de submarinaj (alunecarea pasagerului sub centură). Puțin cunoscut, efectul de „sous-marinage” poate interveni în cazurile de coliziune frontală: sub primul efect al socului, ocupantul are tendința să alunece pe sub partea de la abdomen a centurii de siguranță. Forța din centură este repartizată de la bazin spre coloana vertebrală, sarcină la care aceasta poate să cedeze. Bazinul ocupantului trebuie să fie reținut în scaun de centură, dar cu ajutorul unor măsuri specifice de protecție. Mecanismul de pretensionare are rolul de a elimina orice detensionare a chingii centurii, în eventualitatea unui impact centura fiind bine mulată pe corpul pasagerului. Deși mecanismele clasice de blocare din retractor țin chinga centurii oarecum bine mulată pe corpul pasagerului, mecanismul de pretensionare 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. Pe piață există mai multe tipuri de mecanisme de pretensionare, unele “trăgând” de întreg sistemul retractor înspre înapoi, altele rotind doar mosorul retractorului. De regulă mecanismele de pretensionare sunt cuplate la aceeași unitate electronică de control cu airbag-ul.

În cazul unei decelerații mai mari decât una limită, procesorul va activa mecanismul de pretensionare și apoi airbag-ul. Unele mecanisme de pretensionare funcționează pe baza unor solenoizi sau motorașe electrice, dar cele mai multe sunt acționate pirotehnic pentru a trage de chinga. Elementul central al mecanismului de pretensionare îl reprezintă camera de combustie. În interiorul camerei, de mici dimensiuni, se află un exploziv. Comanda de aprindere a combustibilului se face prin intermediul a doi electrozi conectați la procesorul central.

Figura 2.4.1 Schema constructivă a unui mecanism de pretensionare care acționează asupra închizătorului

centurii

Cele două modele întâlnite la autovehicule sunt prezentate mai jos, un mecanism de pretensionare care acționează prin tragere asupra închizătorului centurii de siguranță și un sistem integrat în mecanismul retractor al centurii de siguranță. Pentru primul model, Figura 2.4.2, principalele subansamble ale sistemului de pretensionare sunt:

– generator de gaz pe bază de combustibil solid;

– piesa metalică de fixare;

– cablu de tracțiune cu piston;

Figura 2.4.2 Mecanism de pretensionare care acționează asupra închizătorului centurii dezactivat (stânga) și

activat (dreapta)

Funcționarea mecanismului de pretensionare decurge în mai multe etape, impulsul electric trimis de sistemul de detecție amorsează combustia propergolului, prin arderea combustibilului se produce în câteva milisecunde un gaz sub presiune, care va acționa pistonul în cilindrul său. Închizătorul centurii, este legat de piston cu un cablu și este tras în jos, Figura 2.4.3, rămâne în această poziție datorită unui dispozitiv anti retur care blochează închizătorul astfel încât să poată prelua eforturile în centură. Timpul de startare este în jur de 10-20 milisecunde după începutul socului. Pragul de activare corespunde unui soc frontal de aproximativ 12 km/h cu un zid de beton. Durata finalizare a pretensionării este de 5 milisecunde.

Figura 2.4.3 Poziția închizătorului centurii înainte și după acționarea mecanismului de pretensionare

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

Când procesorul detectează o coliziune, este aplicată asupra electrozilor o tensiune. Scânteia rezultată între electrozi aprinde explozivul care arde, generând gaz 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.

Figura 2.4.4 Schema mecanismului de pretensionare integrat in retractorul centurii de siguranță

La mecanismele de pretensionare care acționează asupra mosorului retractor, Figura 2.4.4, prin aprinderea generatorului pirotehnic 1, bilele sunt expulzate prin tubul de proiectare 2. Mișcarea cu viteză a bilelor antrenează roata specială de pretensionare 4, care este legată de mosorul retractorului, rotindu-l cu forță și tensionând astfel chinga centurii. Bilele sunt recuperate în camera 3. În interiorul tubului de proiectare bilele sunt reținute de un opritor.

2.5 Limitatorul de efort

În timpul coliziunilor centura de siguranță poate să producă vătămări corporale 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. Ideea este de a permite reducerea tensiunii apărută în chinga centurii, dacă 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 limită, 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 2.5.1. 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 celălalt de bobină.

Figura 2.5.1 Schema unui mecanism RLE cu bară de torsiune

Având un efort aplicat pe chingă, bara de torsiune se torsionează și absoarbe energie, derulând chinga. Efortul aplicat de centură pe toracele pasagerului 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 socului și se oprește la 80 – 120 ms de la începutul socului, în funcție de violența acestuia. RLE sunt calibrate pentru a limita efortul asupra umărului la valori cuprinse intre 400 si 600 da N în funcție de vehicul. Lungimea chingii ieșită din retractor în cazul socului poate ajunge pană la 300 mm.

2.6 Ajustarea pe înălțime a centurilor. Centuri de siguranță fixate de scaun. Tetiere.

Prin posibilitatea de reglare a înălțimii punctului de prindere a centurii, pe stâlpul B, se îmbunătățește confortul pasagerilor în funcție de mărimea acestora, și centura va acționa mai corect, asigurând un plus de protecție pentru pasageri. Marea majoritate a producătorilor de autoturisme folosesc acest sistem de prindere pe stâlp a centurilor de siguranța cu posibilitate de reglare pe înălțime.

Figura 2.6.1 Mecanismul de reglare a punctului de prindere a centurii pe stâlpul B

Prinderea centurilor de siguranță de structura de rezistență a scaunelor (Figura 2.6.2) oferă o serie de avantaje față de sistemele clasice, dintre care se pot menționa:

– mularea mai bună a chingii care trece peste umărul pasagerului pe corpul acestuia;

– în cazurile de accidente la care apare răsturnarea autovehiculului scade riscul ca ocupanții să lovească cu capul plafonul autovehiculului.

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

Figura 2.6.2 Centură de siguranță ancorată de structura scaunului

Tetiera este un dispozitiv care limitează deplasarea în spre înapoi a capului pasagerului așezat pe scaun. Tetierele se află printre cele mai ignorate elemente constitutive ale unei mașini. Și totuși acestea pot face diferența dintre la nivelul coloanei vertebrale în zona gâtului (zona cervicală). Dacă o altă mașină lovește din spate la viteze mai mari de 10 kilometri pe oră, poziția tetierelor și geometria acestora au un rol important în modul în care capul și gâtul se mișcă în urma impactului. De obicei, simptomele celor afectați merg de la simple dureri cauzate de întinderi musculare sau de ligamente până la leziuni ale nervilor sau ale vertebrelor, în cazuri rare extrem de violente, chiar până la rupturi ale ligamentelor la nivelul gâtului sau la fracturi ale oaselor cervicale.

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

Saab este unul dintre producătorii care a adus inovație în acest domeniu, utilizând pentru prima dată tetierele active. În cazul unui impact cu o viteză care depășea 10 km/h, tetierele se apropiau de capul ocupantului (Figura 2.6.3), iar astfel erau diminuate efectele negative ale poziționării greșite a tetierei.

Figura 2.6.3 Tetiera activă

Dacă pană in anii 90’ tetiera era doar o componenta de confort, în prezent aceasta a primit un rol suplimentar în completarea siguranței pasive interioare.

În funcție de dotarea automobilelor acestea se clasifică în:

– Tetieră integrată;

– Tetieră ajustabilă;

În funcție de rol:

– Tetieră statică;

– Tetieră activă.

Tetiera integrată este o tetieră formată de partea superioară a spătarului scaunului. Aria considerată tetieră este: deasupra planului perpendicular pe linia de referință a torsului la 700 mm de punctul R, între două plane verticale ce trec la 85 de mm de cealaltă parte a liniei de referință a torsului. Tetiere care sunt neajustabile și care pot doar fi detașate de scaunul sau de structura vehiculului prin folosirea de scule, fiind parțial sau complet detașate de acoperirea scaunului.

Tetiera ajustabilă este o tetieră alcătuită din componente ce se mișcă separat de scaun și proiectate pentru inserție și reținere pozitivă în structura spătarului.

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

Dacă impactul este din spate capul pasagerului tinde să se deplaseze către spate datorită inerției sale. Pentru a reduce socul produs de impactul cu tetiera, aceasta se deplasează spre înainte. Deplasarea tetierei se face prin acționare mecanică, prin apăsarea spatelui ocupantului scaunului pe spătar, mișcarea transmițându-se multiplicat către tetiera. După exercitarea forței de apăsare sistemul revine la starea inițială, el funcționând normal, ori de cate ori este nevoie, Figura 2.6.4.

Figura 2.6.4 Scaun cu tetiera ajustabilă

Datorită configurației vertebrelor cervicale gatul nu prezintă rezistență deosebită la scăderi bruște de accelerație, riscul crescând dacă mușchii ce susțin poziția gâtului sunt relaxați. Mișcările zonei cervicale a coloanei vertebrale și ale craniului sunt realizate de către perechi de mușchi din zona gâtului (Figura 2.6.5), anteriori si posteriori. Mușchii dorsali sunt mai puternici decât cei anteriori. Deci, rezistența opusă la flexie va fi mai mare decât rezistența la extensie. Acesta este motivul pentru care cele mai multe leziuni de acest tip, se produc la coliziunile din spate, gravitatea acestora fiind mai mare dacă în momentul impactului, capul este răsucit în lateral. În timpul impactului, o parte din sarcina aplicată capului se va transmite torsului, prin intermediul gâtului. Mărimea sarcinii ce revine gâtului va depinde de locul și direcția de aplicare a sarcinii asupra capului, de inerția capului precum și de configurația coloanei vertebrale în zona cervicală, la momentul impactului.

Ca urmare, solicitările din coloana vertebrală vor fi mai mici atunci când gâtul este drept, deoarece în acest caz apar doar forțe axiale. Dacă gâtul este flexat, asupra vertebrelor vor acționa solicitări complexe, forțe axiale și moment de încovoiere.

Figura 2.6.5 Mișcarea gâtului la flexie și extensie

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

Noua generație de tetiere active reduc destul de mult 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. Tetiera face astfel două mișcări: se ridică pe verticală și în același timp se deplasează spre înainte. Această mișcare este realizată cu ajutorul unui sistem care se află în spătarul scaunelor. Distanța dintre capul pasagerilor și tetieră este redusă considerabil și prin urmare tensiunile în zona cervicală sunt mult mai mici.

Întreg sistemul are o masă mai mică de un kilogram și este integrat în partea superioară a spătarului scaunului. Poziționarea sa nu împiedecă amplasarea airbag-ului lateral, puțin mai jos, în spătarul scaunului. Mișcarea tetierei active poate să se repete, nefiind necesară înlocuirea sistemului în urma unui soc lucru care este necesar în cazul airbag-ului.

În timpul unui accident sever distanța de ridicare a tetierei poate ajunge la 20 mm, iar cea de avansare depășește 60 mm. Încercările pentru omologarea noului sistem de protejare a gatului pasagerilor s-au făcut la viteze cuprinse între 8 si 22 km/h. În timpul testelor un manechin Hibrid a fost special adaptat cu senzori în zona gatului iar vertebrele au fost modificate pentru a putea prelua eforturi de forfecare. 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, pe când o valoare NIC 15 este tolerabilă. Ameliorările obținute, în ceea ce privesc vătămările cervicale, în urma implementării acestui sistem sunt de aproximativ 65%.

a)

b)

Figura 2.6.6 Testarea capacității de reținere

a) poziția inițială a spătarului la momentul inițial

b) Forța aplicată pentru testarea capacității de reținere

Procedura folosită pentru testare în vederea îmbunătățirii și omologării acestui sistem de reținere a fost realizată astfel (Figura 2.6.6, a și b):

– Spătarul scaunului fixat rigid;

– Momentul aplicat cu un corp sferic cu diametru de 65 mm deasupra vârfului tetierei pentru a ajunge la poziția de referință;

– Aplicarea unui moment de 373 Nm;

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

– Limita de deplasare între poziția inițială a liniei de referință a torsului și poziția sub sarcină, este de 102 mm;

– Momentul de revenire să fie de 37 Nm;

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

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

Tetierele active NECK-PRO

În cazul unei coliziuni din spate, tetierele NECK-PRO (Figura 2.6.7) au o deplasare în față și în sus pentru a susține în timp util capetele pasagerilor din față și pentru a reduce riscul producerii de leziuni cervicale.

Tetierele NECK-PRO cu activare la coliziune sunt montate pe autoturismele Mercedes-Benz, au o contribuție importantă la siguranța pasagerilor în cazul unei coliziuni din spate și asigură diminuarea riscului producerii leziunilor cervicale. Tetierele cu activare la coliziune sunt montate pe scaunele din față, reprezentând o dotare standard în cazul multor autoturisme Mercedes-Benz. Acestea sunt conectate la o unitate electronică de comandă, atunci când sistemul de senzori identifică o coliziune din spate de un anumit grad limită, arcurile din interiorul tetierelor sunt deplasate înainte cu aproximativ 35 mm și în sus cu 40 mm, pentru a proteja pasagerii din față în timp util. După ce sunt activate, tetierele NECK-PRO se pot debloca cu ajutorul unui instrument furnizat în pachet, fiind aduse în poziția inițială. Acestea sunt apoi pregătite pentru a fi utilizate din nou dacă autovehiculul este reparabil. Tetierele de lux NECK-PRO, dotare opțională, cu două suporturi laterale suplimentare, flexibile și reglabile individual, asigură sprijin lateral optim pentru un confort excepțional.

Figura 2.6.7 Tetierele active NECK-PRO

Sistemul WHIPS

WHIPS – este un sistem de siguranță patentat de Volvo (Figura 2.6.8) care are ca scop preluarea greutății suplimentare și protejarea capului și spatelui pasagerului în momentul coliziunii. Sistemul WHIPS este conceput pentru a proteja împotriva coliziunilor din spate și este format din spătare care amortizează socul și tetiere speciale pentru scaunele din fata.  Acest este activat automat în cazul unei coliziuni din spate, completând protecția oferita de centurile de siguranță și airbag-uri.

În momentul declanșării sistemului spătarul se înclină înapoi modificând poziția șoferului și a pasagerului din fața pentru a diminua pericolul de producere a leziunilor în cazul unui impact puternic din spate.  Pentru ca acest sistem sa funcționeze corect, șoferul și pasagerul din fata trebuie să aibă o poziție cât mai corecta în scaun, respectiv în centrul scaunului, cu capul sprijinit de tetiera.

Figura 2.6.8 Sistemul WHIPS Volvo

3. Airbag-ul

3.1 Generalități

Obiectele care se află în mișcare au un moment de inerție, fără o forță exterioară care să acționeze asupra unui lor acestea continuă să se miște cu aceeași viteză și în aceeași direcție, ca la momentul considerat. Un autovehicul aflat în mișcare este privit ca fiind format din mai multe obiecte care includ autovehiculul propriu-zis, obiectele existente în acesta (fără a fii părți componente din autovehicul) și bineînțeles pasagerii. Dacă aceste obiecte nu sunt împiedicate să se miște, ele își vor continua mișcarea datorită inerției indiferent de viteza mașinii, chiar dacă autovehiculul s-a oprit în urma unei coliziuni. Oprirea unui obiect care se afla în mișcare necesită acțiunea unei forțe asupra acestuia, pe o anumită perioadă de timp.

Figura 3.1.1 Ansamblul airbag din volan

În timpul unui impact forța necesară pentru oprirea unui obiect aflat în autovehicul este foarte mare datorită schimbării bruște a stării acestuia, de la mișcare la repaus pasagerii (care nu sunt parte integrantă a autovehiculului) nu se opresc odată cu vehiculul propriu-zis. Astfel rolul oricărui sistem de reținere este acela de stopare a mișcării pasagerilor sau obiectelor din habitaclu, reducând pe cat posibil vătămările sau pagube cauzate în urma unui accident.

Airbag-ul are rolul de a reduce mișcarea pasagerilor pană la o viteză nulă, fără a provoca vătămări corporale . Airbag-ul este un mediu de protecție poziționat între pasageri și coloana de direcție sau planșa de bord(în cazul airbag-urilor frontale), iar momentul de declanșare este de 1/100 secunde.

Poziția de activare a airbag-ului în cazul unui impact frontal este de un unghi de aproximativ 30° față de axa de simetrie a autovehiculului. În cazul unui impact lateral unghiul sub care se activează airbag-urile laterale este de aproximativ 30° față de o axa perpendiculară pe cea de simetrie a autovehiculului. Dacă impactul este laterale se vor activa doar airbag-urile laterale și cele de tip cortină, dacă există în dotarea autovehiculului. De asemenea trebuie menționat că în cazul coliziunilor laterale sistemul de pretensionare a centurilor de siguranță nu se activează, figura 3.1.2.

Figura 3.1.2 Sistemul airbag în diverse situații de impact

În cazul unui impact după o direcție situată in intervalul 60° in jurul stâlpului frontal, se vor acționa airbag-urile frontale, cât și sistemul de pretensionare a centurilor și airbag-ul lateral din partea impactului.

Airbag-ul nu se poate declanșa accidental când: condițiile de drum sunt grele (off-road),trecerea peste borduri sau denivelări, reparații, lovituri de ciocan,etc. Airbag-ul se poate declanșa accidental doar când senzorul este afectat.

Volumul airbag-urilor variază de la 30 litri pentru conducătorul auto și 60 litri pentru

pasager, în varianta EURO-AIRBAG, pană la 50-90 litri, respectiv 120-140

litri la cele de mărime full size. Airbag-urile laterale au volumul de aproximativ 15 litri, iar

cele cortină între 20 și 30 litri.

3.2 Dezvoltarea sistemelor airbag

Conform cercetărilor ideea folosirii airbag-ului pentru a preveni vătămările pasagerilor apărute în urma coliziunilor a avut o istorie începând undeva cu anii 80 când Ministerul transporturilor american a luat măsuri ca acest tip de echipament să fie ajustat automobilelor.

Eforturile de a echipa autovehiculele cu airbag-uri se loviseră înainte de probleme financiare legate de producerea și adaptarea pe autovehicule și probleme tehnice care includeau stocarea și eliberarea gazului comprimat.

Cercetătorii a trebuit să găsească soluția la următoarele întrebări:

– Dacă este suficient loc în mașină pentru recipientul care să conțină gaz care avea un volum destul de mare la început.

– Va rămâne gazul din recipient la presiunea constantă de lucru pe toată durata de

funcționare a autovehiculului.

– Cum poate fi conceput sacul astfel încât umflarea să fie cât mai rapidă și sigură la o

varietate de temperaturi fără să producă zgomote puternice.

Cercetătorii au avut nevoie de o metodă prin care să obțină o reacție chimică care să producă azotul pentru umflarea sacului. Substanțele combustibile solide capabile să producă cantitatea de gaz necesară umplerii sacului au fost descoperite încă din anii 70.

La începuturile folosirii airbag-urilor auto, experții au sincronizat acestea să fie folosite în același timp cu centura de siguranță. Centurile de siguranță erau încă sistemele care asigurau o protecție pasagerilor, deoarece airbag-urile erau utile numai în cazul coliziunilor frontale la o viteză mai mare de 16 km/h. Numai centurile de siguranță erau utile în coliziunile laterale, coliziuni din spate si impacturi secundare. Chiar dacă tehnologia avansează, airbag-urile sunt totuși utile când sunt folosite în paralel cu centura de siguranță.

Conform statisticilor 30% din totalul accidentelor sunt coliziuni laterale, rezultatul fiind apariția unor standarde noi în domeniul siguranței pasagerilor. La ora actuală strategia de declanșare a airbag-urilor, în cazul unor coliziuni frontale, este mult îmbunătățită față de primele modele. Astfel sacul se poate umfla diferențiat la un volum mic sau volum mare, în funcție de intensitatea socului sau de poziția de reglare a scaunului pasagerului din față (Figura 3.2.1).

Figura 3.2.1 Umflarea sacului în trepte

Pentru a se obține volume diferite ale sacului, este necesar să fie dotat cu două generatoare de gaz. Pentru sacul cu volum mic calculatorul comandă un singur generator de gaz, volumul sacului fiind limitat de niște cusături care rezistă la presiunea gazului. Prin declanșarea celui de al doilea generator de gaz, cusăturile cedează și sacul se umflă la capacitatea sa maximă. Airbag-ul nu se va umfla la capacitate maximă dacă poziția scaunului conducătorului sau a pasagerului din dreapta nu este corespunzătoare. Poziția scaunului este detectată de procesorul sistemului airbag cu ajutorul unui contact situat pe șinele de reglare a scaunelor. Strategia de declanșare a airbag-urilor în caz de impact frontal este prezentată în Figura 3.2.2. Airbag-urile și centurile de siguranță sunt două sisteme de siguranță care se completează pentru a obține o mai bună reținere asupra ocupanților.

Aceste sisteme de siguranță de declanșează în funcție de intensitatea socului în următoarea ordine:

– Declanșarea sistemul de pretensionare și blocarea mecanismului retractor al centurii;

– Declanșarea airbag-ului frontal în volum mic ;

– Declanșarea airbag-ului frontal în forma „volum mare”.

Figura 3.2.2 Strategia de umflare a airbag-ului în funcție de intensitatea socului frontal

În 1995 Audi a fost primul autoturism care avea în dotare 6 airbag-uri, având pe lângă cele două airbag-uri frontale și airbag-uri laterale (Figura 3.2.3) montate în spătarul scaunelor, pentru protecția pasagerilor de pe bancheta față și de pe bancheta din spate. Specialiștii susțin că munca de proiectare a airbag-urilor 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 autovehiculului, 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. Acest lucru impune ca airbag-ul lateral să activeze în 5 – 8 milisecunde.

Figura 3.2.3 Elementele sistemului airbag lateral

Airbag-ul lateral se află integrat în scaunele pasagerilor și are rolul de a proteja zona toracică și pelviană împotriva vătămărilor cu partea laterală a habitaclului în timpul impactului. Trebuie reamintit că în cazul unui impact lateral sunt acționate doar airbag-urile laterale și airbag-ul cortină, nu și mecanismul de pretensionare a centurilor de siguranță. Comanda airbag-urilor laterale este făcută de un modul electronic comun cu airbag-urile frontale și pentru mecanismul de pretensionare. De regulă se acționează doar airbag-ul din partea din care s-a primit semnalul de impact de la senzor.

Funcționarea senzorilor de impact lateral, care sunt situați sub scaunele din fața pe traversele de prindere a scaunelor pe caroserie, se află în permanența monitorizată de către unitatea de comandă airbag. Pentru declanșarea airbag-urilor laterale se folosesc generatoarele de umflare gaz-hibrid.

Generatoarele de umflare gaz-hibrid conțin în proporție de 95% Argon, și 5% Heliu utilizat ca element de protecție împotriva înghețului. Presiunea din butelia cu gaz este de aproximativ 200 bari.

Airbag-ul tip cortină (Figura 3.2.4) este fixat de pavilionul autoturismului, la îmbinarea cu panoul lateral. În cazul unui soc lateral violent va fi activat doar airbag-ul de pe partea de unde are loc impactul. Acest airbag se declanșează în același timp cu airbag-ul lateral. Airbag-urile cortină au tot generatoare de tip gaz-hibrid având și aproximativ 5,5g încărcătura pirotehnică pentru a asigura o protecție împotriva arsurilor pasagerilor datorită faptului că temperatura gazelor din sac este redusă. Airbag-urile cortină se desfac mai încet decât airbag-urile frontale sau laterale. Ele se umflă complet în aproximativ 30 milisecunde, pe când airbag-urile laterale în maxim 8 milisecunde.

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

dispun de orificii pentru evacuarea gazului, ele rămân umflate aproximativ 12 secunde după impact.

Figura 3.2.4 Airbag-urile de tip cortină și cele laterale active

Inginerii de la Volvo au experimentat diferite soluții pentru amplasarea airbag-ului lateral, dintre toate cea mai optimă a fost integrarea acestuia în spătarul scaunului, deoarece astfel sunt protejați pasagerii în funcție de mărimea acestora. 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, activarea airbag-ului lateral se face numai în urma un impact cu o viteză de aproximativ 19 km/h.

BMW a ales soluția de montare a airbag-ului lateral în fața de la ușă(Figura 3.2.5), deoarece spațiul existent sub capitonajul ușilor permite montarea unor airbag-uri de dimensiuni mai mari, care acoperă o suprafață protejată mai mare în cazul coliziunilor. Un dezavantaj la autovehiculele echipate cu airbag-uri laterale montate în spătarul scaunelor este că nu se vor utiliza huse pentru scaune.

Figura 3.2.5 Poziționarea airbag-urilor destinate protecției frontale și laterale

Airbag-urile (cortină) destinate protejării capului, în cazul unor coliziuni dinspre lateral sunt oferite de BMW pe toate modelele, începând cu anul 2000. Acestea au forma unui „tub” și sunt concepute pentru a sta umflate aproximativ 6 secunde. Lucrând concomitent cu airbag-urile laterale oferă o mai bună protecție în anumite coliziuni laterale.

Rolul airbag-ului a fost conceput pentru protecția prin amortizare a capului în primul rând, rolul său de amortizor pentru torace sau genunchi fiind relativ nou. Tendința fiind de a reduce forțele în cutia toracică, deplasarea ocupantului spre înainte devenind din ce în ce mai importantă. Pentru coliziunile violente utilizarea limitatoarelor de efort asociate cu un airbag care amortizează numai capul duce la impactul toracelui cu volanul. Acesta este motivul

pentru care airbag-urile protejează toracele și la unele autovehicule și genunchii.

În continuare sunt prezentate câteva date tehnice importante ale unui sistem airbag:

– Timpul de acționare de la 15 la 50 milisecunde după începutul impactului, în funcție de condițiile accidentului. Pragul de declanșare reprezintă izbirea prin impact frontal cu o viteză de 20 km/h cu un zid de beton.

– Timpul de umflare este de 8-40 milisecunde în funcție de tipul airbag-ului, iar cantitatea de combustibil care declanșează umflarea este de 15 – 25 grame. Durata de viață este estimată la 12 ani.

În prezent există peste zece tipuri de airbag-uri care au rolul de a proteja cât mai eficient pasagerii dar și pietonii în unele cazuri. Autovehiculele produse la momentul actual au număr mare de airbag-uri în dotare.

3.3 Principiul de funcționare al airbag-ului

Putem spune că un airbag (Figura 3.3.1) este compus din trei părți principale:

– Sacul propriu-zis care este confecționat din fire de nailon, este împachetat și poziționat în volan, planșa de bord sau mai recent în scaune sau uși;

– Senzorul este dispozitivul care dă comanda de activare 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. 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;

Figura 3.3.1 Principalele elemente componente ale unui airbag

– Sistemul de umflare a sacului aprinde un combustibil solid care arde foarte repede, creând un volum mare de gaz. Airbag-ul 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 orificiile calibrate, aceasta permițând dezumflarea și posibilitatea de mișcare a pasagerului. Dacă ocupantul nu se lovește de sac, acesta este dotat cu un șurub pentru a permite evacuarea gazului. Umflarea sacului are loc în urma reacției chimice între NaN3 (azida de sodiu) cu KNO3 (azotat de potasiu), produsul care rezultă fiind azotul sub formă gazoasă. Reacția exotermă, sub formă de explozie duce la umflarea sacului;

Figura 3.3.2 Schema airbag-ului din volan când acesta este umflat

Figura 3.3.3 Sistemul de umflare utilizează combustibili solizi și un dispozitiv de aprindere

Componentele chimice principale într-un sistem airbag sunt: NaN3 (azida de sodiu), KNO3 (azotat de potasiu) si SiO2 (bioxid de siliciu). În generatorul de gaz,amestecul acestor componenți este aprins printr-un impuls electric și generează o deflagrație, care va elibera un volum precalculat de azot gaz, acesta umflând sacul. Reacțiile care au loc urmează să fie prezentate în cele ce urmează.

2 NaN3 –> 2Na + 3N2 (la 300° C) ( 1)

Aprinderea NaN3 dă naștere unei explozii rezultând un volum precalculat de azot în stare gazoasă, fapt care duce la umflarea sacului. În același timp va rezulta o cantitate de sodiu solid, substanță extrem de periculoasă, care se aprinde instant în contact cu apa, printr-o reacție foarte violentă. În acest caz fiind necesară a doua reacție de oxidare-reducere pentru a elimina sodiul în stare solidă. Sodiul rezultat în urma primei reacții, și azotatul de potasiu generează o cantitate adițională de azot într-o reacție secundară.

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

După a doua reacție 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. Dacă sodiul rezultat în urma primei reacții nu a reacționat în cea de a doua reacție, generatorul de gaz este înconjurat de un filtru metalic numit „fiberfax” care

reacționează cu acesta pentru a-l neutraliza.

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

Principalul pericol al airbag-urilor actuale provine din prezența NaN3(azida de sodiu), acesta fiind un produs foarte toxic, de 30 de ori mai toxic decât arsenicul, amplasat în fiecare generator de gaz (aproximativ 100 g) 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 airbag-urilor uzate din autoturismele casate. Întregul proces de funcționare a airbag-ului se poate considera încheiat după 1/25 secunde. Acest timp este suficient pentru evitarea apariției unor vătămări serioase ale pasagerilor. Pentru păstrarea airbag-ului pliat si lubrifiat, în locașul său se folosește de obicei praful de talc.

3.4 Sistemul de aprindere gaz-hibrid

În airbag-urile convenționale pentru conducător sau de pasageri volumul buteliei de înaltă presiune este de obicei între 200 și 400 cm3, iar gazul este comprimat la o presiune de cuprinsă între 200 și 300 bar. Acest gaz umple un volum între 50 și 150 litri, în funcție de poziția și tipul airbag-ului.

Figura 3.4.1 Sistemul de umflare gaz-hibrid

Într-un generator de gaz, care ar conține exclusiv de gaz comprimat într-un vas sub presiune, dezavantajul apare la destinderea gazului, acest lucru se produce într-o fracțiune de secundă având loc un fenomen adiabatic. Prin destinderea și ajungerea la presiune normală, acesta ar putea găzdui un volum relativ mic de gaz, care nu ar fi suficient pentru a umple în mod satisfăcător airbag-urile în cazul în care butelia sub presiune nu a fost concepută corespunzător. Din acest motiv, în afară de generatoare de gaz pur pirotehnice, în practică au apărut generatoarele hibride care au o capsă pirotehnică, utilizată în principal, pentru a încălzi gazul mărind astfel presiunea și volumul gazului și mai puțin pentru dezvoltarea de gaz. Astfel gazul din butelia subpresiune, în timpul destinderii sale este încălzit si umple volumul întregului airbag. În comparație cu un generator pur pirotehnic de gaze, un generator hibrid are avantajul că sistemul pirotehnic este utilizat exclusiv în scopul de încălzire al gazului care umple sacul. Prin aprinderea încărcăturii pirotehnice, aceasta începe sa ardă și să creeze gaze cu presiune ridicată, aceasta deplasează pistonul care deschide butelia cu gaz sub presiune la o anumită temperatură. După deschiderea buteliei, gazul din interior se destinde într-un timp foarte scurt, scăzându-i totuși temperatura. Gazele generate de arderea încărcăturii pirotehnice, cu o temperatură ridicată se amestecă cu gazul rece din butelie, rezultând astfel un amestec cu o temperatura optimă care să nu producă arsuri pasagerilor. Acest amestec se răcește și prin destinderea sa la trecerea prin orificiile din filtrul buteliei către sac.

Avantajele sistemului gaz-hibrid( Figura 3.4.1):

– Încălzire redusă a modulului airbag pană la aproximativ 60°C, eliminând riscul producerii unor arsuri pasagerilor;

– Gaze emise puține (Clorura de calciu);

– Funcționare uniformă pe durata întregului interval de temperaturi de lucru.

3.5 Unitatea electronică de comandă. Arhitectură și funcționalitate. Senzori utilizați la sistemele de siguranță pasivă

Unitatea de comandă (Figura 3.5.1), este creierul sistemului airbag, aceasta fiind amplasată pe tunelul caroseriei, având următoarele funcții principale:

– De captare a semnalului de impact;

– De sesizare a tipului impactului (frontal, lateral, rostogolire);

– De declanșare a airbag-urile și a mecanismului de pretensionare la momentul oportun.

Deoarece există un decalaj de timp între momentul producerii impactului și variația decelerațiilor la nivelul habitaclului este nevoie de amplasarea unor senzori cât mai aproape de zona de deformare. În timpul impactului caroseria autovehiculului se deformează, absorbind parțial energia de impact, la nivelul habitaclului înregistrându-se cu întârziere fenomenul. Datorită acestei întârzieri mulți producători de echipamente de siguranță sunt de acord că decelerațiile măsurate în habitaclu deoarece nu conțin date tocmai precise pentru a putea fii utilizate la stabilirea unui algoritm de declanșare a airbag-urilor pentru toate situațiile variate de impact. Pentru ca declanșarea să fie realizată la momentul optim este necesară amplasarea în zonele de deformație a caroseriei autovehiculelor senzori numiți senzori sateliți. Aceștia fiind dublați de senzoriii de accelerație plasați în unitatea electronică de comandă, montată de obicei pe tunelul central al autovehiculului. Existența unui singur senzor de decelerație montat în interiorul habitaclului atrage după sine detectarea mai puțin exactă a impacturilor frontale sub diverse configurații unghiulare existând și posibilitatea de a se genera traume severe pasagerilor aflați în poziții deviate de la cea normală, cu trunchiul drept și fixat strâns în scaun.

Controlul declanșării dispozitivelor airbag se bazează pe analiza numerică a semnalelor primite de la senzori. Procesul de acționare fiind dificil datorită multitudinii de factori care conduc la variații asemănătoare ale semnalelor de ieșire, existând astfel posibilitatea de a acționa greșit.

Figura 3.5.1 Amplasarea în habitaclu a unității electronice de comandă a sistemului airbag

În funcție de funcțiile pe care trebuie să le îndeplinească și de gradul de complexitate

există două tipuri de module electronice. Primul conține doar senzorii pentru mecanismul de pretensionare și airbag-uri, sistemul de declanșare a acestora și partea electronică de urmărire a declanșării airbag-urilor. Al doilea tip de modul (Figura 3.5.3) conține un senzor electromecanic de securitate, un senzor de decelerație, 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, acest tip fiind folosit pe modelele mai noi de autovehicule fiind mult mai complex.

Figura 3.5.2 Unitatea de comandă sistemului airbag

Figura 3.5.3 Conexiunile cu elementele controlate de unitatea de comandă

Sistemele airbag și cele de pretensionare actuale sunt echipate fiecare cu un senzor de decelerație pentru o mai bună precizie de funcționare. Pragul de declanșare a acestora este diferit în funcție de locul în care sunt amplasate, primul care intră în funcțiune mecanismului de pretensionare, în cazul unui soc de intensitate medie. Acesta senzor de decelerație este compus dintr-un element piezoelectric a cărui rezistență crește odată cu creșterea deformației dată de masa inerțială. Prin variația a două tensiunii electrice în paralel dintre punctele „A” și „B” ale unei punți, se determină intensitatea impactului, (Figura 3.5.4). Rezistentele R1, R2, R3 și R4 se află în relația R1/R2 = R3/R4. Atât timp cât rezistențele se află în relația de mai sus, tensiunea între punctele Ași B este UAB = 0 [V]. În urma unui impact rezistențele se modifică, astfel încât relația de mai sus nu mai este valabilă, rezultând de aici o modificare a tensiunii UAB. Diferența de tensiune dintre punctele A și B reprezintă valoarea decelerației.

Figura 3.5.4 Senzor piezoelectric de decelerație, schema de funcționare

Airbag-ul se activează numai în momentul în care unitatea de comanda primește

semnal atât de la senzorul piezoelectric cât și de la senzorul de siguranță. Amplasarea acestora în cadrul unității electronice se poate observa în Figura 3.5.5. Întrerupătorul de siguranță se află în unitatea electronică de comanda și este un element de protecție în cazul în care senzorul de impact se defectează. Tensiunea din resort este astfel aleasă încât în condiții normale, sau extreme de drum, airbag-ul să nu poată fii declanșat accidental. În cazul unui impact frontal, datorită inerției sale, magnetul permanent se va deplasa deasupra unui contact („I.L.S.“) si îl va închide.

Figura 3.5.5 Unitatea electronică de comandă a airbag-ului

Principiul de funcționare a senzorului mecanic de decelerație( Figura 3.5.6) are la bază utilizarea unui întrerupător cu o lamelă suplă „I.L.S.” (Interrupteur a Lame Souple), aceasta are rolul de a stabili un contact electric atunci când este sub influența unui câmp magnetic. Magnetul permanent este reținut de un resort tarat la o anumită valoare, în cazul unei decelerații puternice, masa magnetului depășește valoarea de tarare a resortului. Acesta se deplasează pe direcția de mers a autovehiculului și vine spre lampa I.L.S., stabilind un contact electric între lamelele lămpii. Dacă în timpul impactului acumulatorul autovehiculului este distrus senzorii dispun de o sursă autonomă de energie formată dintr-un condensator de capacitate mare (Figura 3.5.5).

Figura 3.5.6 Senzor de decelerație mecanic al sistemului airbag

La bordul autovehiculelor, alături de unitatea electronică de comandă a airbag-ului există o serie de senzori care răspund de siguranța pasivă interioară a ocupanților unui autovehicul. Dintre aceștia vom prezenta pe scurt în cele ce urmează.

Figura 3.5.8 Amplasarea senzori in autovehicul

Figura 3.5.9 Senzorul de preanunțare principiu de funcționare

Senzorii de preanunțare a impactului reprezintă un ansamblu compus din electronica de evaluare și un senzor de accelerație capacitiv (Figura 3.5.9). Construcția senzorului de accelerație este asemănătoare cu cea a unui condensator, o armătură a acestuia este fixă, celelalte mobilă, funcționând ca o masă inerțială. În cazul unui impact masa inerțială care este de fapt armătura mobilă se deplasează modificând astfel capacitatea echivalentă a senzorului. Aceasta este procesată de către electronica de evaluare și trimisa unității de comandă airbag.

Senzorii de decelerație laterală se află fixați în partea frontală a scaunelor din față sau în vecinătatea stâlpului (Figura 3.5.10). Aceștia funcția să stabilească necesitatea declanșării airbag-ului lateral. La autovehiculele dotate cu airbag-uri laterale, senzorul de siguranță din unitatea de comandă este de tip piezo și are un domeniu unghiular de activitate de 360°, senzorul mecanic fiind înlăturat.

Figura 3.5.10 Senzorul de decelerație laterală

Senzorii de presiune sunt destinați pentru a detecta schimbările de presiune care se produc în cavitățile ușilor în cazul unui impact, declanșând astfel airbag-urile laterale. Acest tip de senzori sunt montați în portierele ușilor autovehiculului (Figura 3.5.11). Senzorul reacționează rapid la modificările de presiune din interiorul ușii. Aerul este dirijat către o placă pe care se găsesc componente electronice sensibile la schimbările de presiune care au loc când ușa se deformează ca urmare a impactului lateral. Senzorul înregistrează în permanență presiunea aerului din portieră și dacă sesizează o creștere a presiunii peste o valoare predeterminată, trimite un semnal unității de comanda airbag. 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 din silicon, care va da naștere unei variații de rezistivitate. Variația de presiune care poate fi măsurată este cuprinsă în intervalul 30 – 200 milibari. Semnalul echivalent rezultat este în plaja 150 – 180 dB.

Figura 3.5.11 Senzorul de presiune montat în interiorul portierei

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

– Impactul unui biciclist cu ușile laterale;

– Lovirea cu piciorul în uși;

– Deschiderea ușilor cu obiecte rigide;

– Trântirea ușilor;

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

Senzorul de sesizare ocupare scaun (Figura 3.5.12)este compus din două folii. O folie din material plastic conductoare electric și una pe care sunt dispuse elementele cu polaritate pozitivă și negativă. Folia conductoare electric unește elementele minus și plus între ele, daca asupra ei acționează o masă mai mare de 12 kg. Dacă nu se exercită presiune pe folie, rezistența dintre cele două elemente este mare. Odată cu creșterea apăsării pe folie, rezistența scade.

Sintetic se poate spune:

– La rezistența scăzută scaunul este ocupat;

– La rezistența ridicată scaunul este neocupat;

.

Figura 3.5.12 Senzorul de sesizare ocupare scaun

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;

– Să fie apt de funcționare în orice condiții timp de 10 ani;

– Să poată comunica cu un aparat special de diagnosticare;

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

Calculatorul are în componență module de programare anexă care permit:

– Recepționarea informației de la sistemul detecție prezență pasager despre prezența unui pasager pe scaun;

– Inhibarea eventuală a declanșării modulelor destinate pasagerului din dreapta

conducătorului în funcție de informațiile primite de la senzorul de sesizare a pasagerului;

– Indicarea pentru conducător a situației detectate de senzorul de sesizare a pasagerului prin intermediul unui martor în tabloul de bord.

3.6 Dezactivarea airbag-ului

Datorită posibilități vătămărilor gravelor sau chiar de a ucide copii și persoanele mai slab dezvoltate fizic, Asociația Națională a Traficului pe șosele din SUA a finalizat în 1998 un set de reguli care să permită constructorilor de automobile și echipamente destinate acestora utilizarea unor airbag-uri care să dezvolte o forță de umflare mai mică cu 20-35% față de cea standard. Ca o suplimentare, din 1999 unitățile autoservice și dealerii pot fi autorizați să utilizeze comutatoare on/off pentru unul sau mai multe airbag-uri , dacă se încadrează în unul din următoarele grupe de risc:

– Pentru locul conducătorului și al pasagerului din dreapta când sunt ocupate de persoane cu afecțiuni medicale în care riscul umflării sacului depășește riscul de impact în absența airbag-ului.

– Pentru locul conducătorului când persoana care conduce nu poate avea o poziție de conducere în care să asigure cel puțin 25 cm între piept și centrul capacului sub care este airbag-ul.

– Pentru locul pasagerului din dreapta conducătorului când persoanele trebuie să

transporte copii sub 3 ani pe scaunul din față.

Concluzii

Sistemele de siguranță pasiva joaca un rol foarte important în siguranța pasagerilor, acestea fiind concepute cu scopul de a oferii protecție cât mai eficientă în cazul unui impact. Indiferent de tipul impactului aceste sisteme de siguranță sunt capabile să sesizeze și să acționeze, prin intermediul mai multor tipuri de senzori amplasați atât în interiorul habitaclului cât și în extremitățile caroseriei, identificând astfel zona autovehiculului care suferă modificări.

Ca sisteme de siguranță pasiva în interiorul habitaclului cele mai importante sunt centurile de siguranță și airbag-urile, aceste sisteme se completează oarecum unul pe celalalt, centurile de siguranță având rolul de a reține pasagerul cât mai fixat în scaun în cazul unui impact iar airbag-urile au rolul de a atenua izbirea pasagerilor de bord, volan sau alte elemente de caroserie, lucru care apare datorită forței de inerție.

Inovația adusa în decursul anilor a făcut sa avem astăzi peste zece tipuri de airbag-uri cu care poate fii dotat un autovehicul, printre acestea putem aminti: airbag frontal, airbag lateral, airbag cortina, airbag la centura de siguranță, airbag anti-alunecare (în șezutul scaunului), airbag pentru lunetă, airbag în capota( pentru protecția pietonilor), airbag tetiere, airbag central (între pasageri),airbag genunchi etc. La centurile de siguranță principala îmbunătățire care a fost adusa este mecanismul de pretensionare care are rolul de a diminua detensionarea care apare în centura.

Un lucru foarte important apărut mai recent sunt martori de avertizare din bordul autovehiculului care atenționează conducătorul auto dacă centura de siguranță nu este folosită sau dacă airbag-ul nu funcționează din anumite motive. Datorită acestor semnale de avertizare se pot lua măsuri pentru folosirea corectă a sistemelor sau pentru repararea acestora.

Pe mai departe sunt sigur că aceste sisteme de siguranță pasive o să fie îmbunătățite astfel încât împreună cu alte sisteme de siguranță pasive sau active să poată oferii o siguranță mai bună atât pentru pasageri cât și pentru ceilalți participanți la trafic( pietoni, bicicliști, motocicliști). Siguranța fiind cel mai important lucru în momentul de fata datorită numărului mare de accidente înregistrate anual.

La momentul actual constructori de autovehicule sunt obligați să doteze autovehiculele cu centuri de siguranță și airbag-uri.

Bibliografie

http://ave.dee.isep.ipp.pt/~mjf/act_lect/SIAUT/Trabalhos%202009-10/SIAUT_Passive_Safety_Systems.pdf

www.mbusa.com/vcm/MB/DigitalAssets/pdfmb/brochures/MB_Safety_Passive_18.pdf

https://www.auto-bild.ro/headline/siguranta-pasiva-centura-de-siguranta-tetiera-si-airbag-ul-58893.html

Active Safety System Vs Passive Safety System – What is the difference?

https://www.araiindia.com/passive-safety.asp