SISTEMUL AIRBAG (SRS)

Introducere

Airbagul este una dintre invenţiile marcante ale secolului trecut, care se afla intr-o continua dezvoltare inclusiv in zilele noastre. Sistemul airbag a fost inventat de către Patrick W. Hetrick (Newport,USA) in anul 1951, cu scopul iniţial de a-şi proteja propria familie. In dezvoltarea acestui sistem, Hetrick şi-a folosit experienţa dobândită în domeniul ingineriei navale.

In cazul autovehiculelor există şi se dezvoltă mai multe tipuri de airbaguri, cum ar fi: -airbaguri centrale (la nivelul volanului, la nivelul bordului); -airbaguri laterale; -airbaguri la nivelul genunchilor;

În ziua de azi, airbagurile de ultimă generaţie, ţin cont de situaţia în care pasagerii poarta centura de siguranţă şi sunt declanşate în concordanţă cu acest aspect. Dacă nu este pusă centura de siguranţă, airbagurile se declanşează într-un timp mult mai scurt decât în cazul folosirii acesteia.

Sistemul airbag, alături de centura de siguranţă, a redus considerabil pierderile de vieţi omeneşti cauzate de accidentele rutiere, prin diminuarea şanselor ca părţi vitale ale corpului şoferului şi/sau pasagerilor (zona capului şi zona superioară a corpului) să se lovească de interiorul vehiculului. Totodată, prin intermediul airbagului se distribuie uniform asupra corpului uman, forţele apărute în urma impactului, acest aspect având ca efect reducerea leziunilor serioase ce pot apărea.

Studii arată că peste 6000 de vieţi au fost salvate datorită acestui sistem.

2

Cu toate că airbagul este destinat salvării de vieţi omeneşti, ca orice alt sistem, are şi dezavantajele sale. In timpul conducerii, şoferul trebuie să păstreze o distanţă de 25 de centimetri faţă de volan. In cazul airbagurilor laterale, pasagerii nu trebuie să se sprijine de geam. Declanşarea airbagului în momentul accidentului, poate avea şi efecte secundare cum ar fi: -zgârieturi, iritaţii ale pielii; -deteriorarea auzului datorită zgomotului produs in timpul declanşării; -leziuni capilare; -leziuni oculare (în special pentru purtătorii de ochelari); -fracturi la nivelul nasului, degetelor, braţelor;

In 1990 s-a raportat primul caz de moarte cauzată de acţiunea airbagului. Numărul de vieţi pierdute a ajuns la 53 până în anul 1997. Acest aspect a dus la îmbunătăţirea condiţiilor de declanşare a airbagului.

Procesul

Airbagurile sunt destinate declanşării în cazul coliziunilor frontale şi laterale, comparabile cu lovirea unei bariere la o viteză de 13-23 km/h. In cazul coliziunilor reale, care se produc sub anumite unghiuri, apare o distribuire neuniformă a forţelor. In consecinţă viteza relativă necesară declanşării airbagului în cazul unei coliziuni intre două autovehicule este mult mai mare decât in cazul “crash-testelor”. Din pricina faptului că senzorii airbagului

3

măsoară/detectează scăderea acceleraţiei, viteza autovehiculului si gradul de avariere nu reprezintă un criteriu în declaşarea airbagului. In unele cazuri airbagul se poate declanşa când vehicolul ar întâmpina defecţiuni în carosabil (gropi) sau la lovirea unor obiecte de dimensiuni mici (pietre).

Senzorul airbagului este un accelerometru MEMS (Sistem micro-electro-mecanic), acesta fiind un circuit integrat de dimensiuni mici, având ca părţi componente, elemente micro-mecanice .

Elementul mecanic microscopic se mişcă ca răspuns la decelerare rapidă, iar această mişcare cauzează o modificare în capacitanţă, detectată de partea electronică a cipului, care trimite în final semnalul de declanşare a airbagului. Cel mai întâlnit accelerometru MEMS este ADXL-50, produs de Analog Devices.

Majoritatea airbagurilor au fost proiectate cu scopul de a se declanşa automat in cazul aparţiei unui incendiu la nivelul vehicolului ce atinge temperature de 150-200 ْC. Această facilitate asigură impiedicarea explodării întregului modul de airbag. In ziua de azi, algoritmii de declanşare a airbagurilor devin din ce în ce mai complecşi. Se încearca reducerea declanşărilor inutile a airbagurilor (la ciocniri cu viteze reduse nu trebuie să se declanşeze airbagul, pentru a evita deteriorarea inutilă a interiorului maşinii) şi adaptarea vitezei de declanşare la gravitatea ciocnirii.

4

In elaborarea algoritmilor experimentali, se iau în calcul următoarele mărimi intermediare: greutatea pasagerilor, poziţia scaunului, utilizarea centurii de siguranţă, şi chiar încercarea de a determina prezenţa unei scaun pentru bebeluşi.

Când apare o ciocnire severă ce necesită declanşarea airbagului, un semnal este transmis către unitatea de pompare din interiorul echipamentului. Se declanşeaza o reacţie chimică rapidă, care generează în primă instanţă gaz nitrogen (N2), care umple airbagul cauzând declanşarea sa prin carcasa care îl conţine. Alte tehnologii de dezvoltare a airbagurilor utilizează carburanţi ce conţin NaN3.

Din momentul impactului, procesul prezentat mai sus se execută în aproximativ 0.05 secunde (mai repede decât durata unei clipiri=0.2 secunde). In urma declanşării, airbagul se dezumflă prin evacuarea gazului prin supapele “pernei”. In anumite modele de maşini, airbagurile se pot declanşa de două ori, în cazul unor tamponări consecutive, după cum urmează: întâi se declanşează, după care se dezumflă, iar apoi se umflă din nou la al doilea impact.

5

La nivelul procesului se pot identifica următoarele categorii de mărimi:-mărimi de intrare: forţa de coliziune;

-mărime de comandă: semnalul transmis de către senzor spre unitatea de pompare;-mărimi de stare: poziţia scaunului, aplicarea centurii de siguranţă, greutatea

pasagerilor;-mărimi de ieşire: viteza de declanşare a airbagului;-mărimi perturbatoare: neomogenităţi ale carosabilului (gropi, obiecte de dimensiuni

mici);

6

Schema bloc

Descriere:-IGN=tensiunea de alimentare;-Dioda redresoare=asigură protecţia la tensiune inversă;-Dioda Zenner=realizează protecţia la supratensiune;-Voltage Regulator=regulator de tensiune;-Partea centrală compusă din microcontroller şi convertor analog-numeric(ADC);-Crash Sensor=sensor de impact-transformă tensiunea datorată impactului in semnal electric;-Amplifier=amplificator operaţional care amplifică semnalul electric provenit de la senzorul de impact;-Convertorul analog-numeric (ADC), converteşte semnalul electric amplificat primit, in două semnale de comandă pentru cele două blocuri cu caracter de interfaţare, ce realizează interfaţarea cu blocul declanşator (Igniter);-Squib Driver=bloc la nivelul căruia se generează gazul necesar umplerii airbagului (prin intermediul unor mici explozii);

Concluzii

Multe tehnologii avansate de airbag sunt dezvoltate pentru a declanşa airbagul in functie de severitatea ciocnirii, poziţia şi greutatea pasagerilor, distanţa dintre pasager si modulul de airbag, si daca se foloseste centura de siguranţă. Aceste sisteme vor folosi mai multe pompe care se vor declanşa in mai multe stadii după gravitatea impactului. Citroën C4

7

foloseşte un sistem “inteligent” de airbag. Acest sistem “inteligent” de airbag permite adaptarea la violenta şocului. Volanul cu comandă centrală fixă si poziţia stabilă a mijlocului au permis depăşirea constrângerii unui airbag obligatoriu circular, pentru a fi eficient indiferent de poziţia volanului la momentul declanşării. Forma a putut fi optimizată la rândul ei pentru a garanta o declanşare perfect adecvată morfologiei şoferului.

Airbagurile sunt folosite si pentru sisteme de aterizare. Primele au fost Luna 9 si Luna 13 care au aterizat pe lună in 1966.

Cel mai nou este sistemul de pe Mars Pathfinder care a aterizat cu succes două Mars Exploration Rovere.

8

In concluzie airbagul a fost dezvoltat pentru a salva vieţiile pasagerilor unui autovehicul in cazul unui accident, dar a ajuns să fie folosit pe avioane, pe vehicule spaţiale etc. Chiar dacă domeniile de folosire sunt multe, ideea de funcţionare rămâne aceeaşi.

9