9.2. Gépjárművek balesetvédelmi rendszerei (Második rész – Az utasvisszatartó rendszerek beavatkozói) Előző cikkünkben röviden összefoglaltuk a témakörhöz tartozó legfontosabb fogalmakat, majd (a teljesség igénye nélkül) információt közöltünk a biztonság szempontjából fontos, hagyományos szerkezeti elemekről és rátérünk az utasvisszatartó rendszerek bemutatására. Közöltük egy jellegzetes SRS blokk-és villamos kapcsolási vázlatot, majd részletesen bemutattuk a rendszer bemeneti információit létrehozó szenzorait. Jelen írásunkban az SRS beavatkozóiról közlünk információt. 3. 3. Az utasvisszatartó rendszerek beavatkozói 3.3.1. A biztonsági övek pirotechnikai övelőfeszítői 3.3.1.1. TYPE 1 (Toyota 1. típus) A biztonsági övet (seat belt) az övfeszítő szerkezet a feszítő felöli végén egy dobra (drum) csévéli fel. Ennél a megoldásnál a gyújtást követően fejlesztett gáz nyomása egy dugattyúra (piston) hat, mely a hozzákapcsolt huzalon (cable) keresztül megforgatja a huzaldobot. A huzaldob összeköttetésben áll az övfeszítő dobbal, tehát e folyamat eredményeként a begyújtást követően kellő mértékben megfeszül a biztonsági öv.
1. ábra
Forrás: Toyota
3.3.1.2. TYPE 2 (Toyota 2. típus) A „Toyota 2” típusnál a gázgenerátor begyújtásakor először reteszelődik a rendszer − a gáznyomás a reteszt (key clutch) a kilincskerékbe (gear clutch) tolja (középső ábra), − majd a rotor gáznyomásra történő elfordulása megfeszíti a szíjat. Mindkét megoldásnál a gázfejlesztést a légzsáknál ismertetésre kerülő módon oldják meg.
2. ábra
Forrás: Toyota
3.3.2. Légzsákegységek A régebbi airbag (nem SRS) rendszerek gyakran mechanikus gyújtással működtek (pl. Toyota „M type” – 3. ábra). Ezekben a légzsákegységekben az ütközés (collision) hatására a lassulási küszöb elérésekor a mérőtömeg rugóerő ellenében 3. ábra Forrás: Toyota kioldja a gyújtószeg reteszét. Ekkor egy másik rugó belövi a felfújóegység (inflator) előgyújtó töltetébe (primer) a gyújtószeget és megkezdődik a gázképződési − tehát a légzsáknyitási − folyamat. A mai elektronikusan irányított SRS rendszerekben a pirotechnikai légzsákok és övfeszítők gyújtását az irányítóegységekben elhelyezett végfokok elektromos úton végzik (pl. Toyota „E type”), megfelelő nagyságú áramot hajtanak át az előgyújtón. 1
3.3.2.1. Vezetőoldali-légzsákegység A vezető oldali légzsákegységet a kormánykerékbe építik be (4. és 5. ábra). A zsák (bag), a kormánykerék zárófelülete (steering wheel pad) alatt helyezkedik el. A klasszikus felfújóegység elemei: a gyújtó (igniter), a pirotechnikai gyújtótöltet (igniter charge), a másodlagos gázfejlesztő (gas generant) és a szűrő (filter), amely a légzsákba történő belépés előtt a gázáramból a nagyobb szilárd égéstermék maradványokat szűri ki, és csökkenti a kilépő gáz hőmérsékletét. A gázkiáramlás irányát fúvókák optimalizálják. A régebbi, azid tartalmú pirotechnikai töltet fő alkotóelemei a nátrium-azid (NaN3), a káliumnitrát (KNO3) és a szilícium dioxid (SiO2) voltak. Villamosan létrehozott hő és ív hatására egy viszonylag lassú detonáció történik (deflagráció), melynek során nitrogén gáz képződik, s ez fújni kezdi a légzsákot. A pirotechnikai töltet begyújtása körülbelül 2 ms alatt bekövetkezik, míg a légzsákfelfúvódás ideje a vezetőoldali első légzsáknál körülbelül 30ms. A keletkező nitrogén gáz hőmérséklete a 650°C –ot is elérheti. Az alábbi reakcióegyenletekből látható, hogy a felfújóegység alkotóelemei fokozatosan, − több lépésben − fejlesztenek nitrogéngázt.
4. ábra
Forrás: Toyota
2 NaN3 ⇒ 2Na + 3N2 10 Na + 2 KNO3 ⇒ K20 + 5 Na2O + N2 A második reakció termékei, a kálium és nátrium oxid, nagy reakcióképességű anyagok, ezért nem szabad őket a környezetbe kiengedni. Sziliciumdioxiddal kötik le őket, hogy stabil, ártalmatlan szilikátot hozzanak létre.
5. ábra
Forrás: Toyota
K2O + Na2O + SiO2 ⇒ bázikus szilikát (üveg) A kilencvenes évek közepe után jelentek meg az úgynevezett második generációs légzsákok, melyeknél a légzsákfelfújódás „agresszivitását” csökkentették azáltal, hogy a pirotechnikai töltet mennyiségét minimalizálták. Napjainkban a gázgenerátorok is folyamatos fejlesztés alatt állnak, hogy a légzsákfelfújódást előidéző gázáramlás jellemzői minél jobban kielégítsék a kívánalmakat. A légzsákműködtetéshez a füst és szagmentesség mellett az alacsony gázhőmérséklet és a szilárdanyag-mentesség is hozzátartozik. A klasszikus azid tartalmú gázgenerátorok, egyrészt a magas gázhőmérsékletükkel, az égés alatt a kiáramló gázokkal együtt kiáramló szilárdanyag maradványokkal, másrészt a mérgező anyagtartamukkal nem elégítik ki a fenti feltételeket. Különböző vizsgálatok kimutatták, hogy a környezeti hőmérséklet hatására -30°C és 80°C között a kialakuló nyomásmaximumok között, akár 25-30%-os eltérések is lehetnek. Ennek a magyarázata az eltérő gyulladási késedelemben és égési időben keresendő. A gyulladási késedelem -30°C-on akár a 10ms-ot is elérheti, illetve alacsonyabb hőmérsékleten a nyomásfelfutás is jelentősen kisebb, mint magasabb hőmérsékleten. Az egyes azid tartalmú töltetek azonos környezeti hőmérsékleten mérhető nyomásfelfutásait összehasonlítva ±10%-os eltérések is mérhetőek, míg a kialakuló maximális nyomásértékek között 3%-os eltérések voltak a jellemzőek. A nem azid tartalmú töltetek esetén a hőmérséklet-érzékenység a felére csökkenthető, másrészt a nyomásfelfutás-eltérés ±6%ra módosult. A fenti tényeket figyelembe véve az azid tartalmú töltetek mellett fokozatosan megjelentek és megjelennek az ettől eltérő elven működő gázgenerátorok. Ezek nagysorozatban megjelent reprezentánsai az azid-mentes töltetek és a hibrid töltetek. 2
Hibrid töltetek (ökogenerátorok) A hibrid tölteteknél zárt tartályban körülbelül 210 bar nyomáson inert (semleges) gázt tárolnak. A hibrid töltetek mind utasoldali, mind vezetőoldali légzsákoknál beszerelésre kerültek. A vezetőoldali légzsákoknál gyűrű, míg az utasoldali és oldalsó légzsákoknál hengeres alakú a tartály. A tartály nyílása perforált membránnal van lezárva. A pirotechnikai töltet aktiválásakor a keletkező gáz addig emeli a nyomást, míg a membrán átszakad és megkezdődik a légzsák felfújódása. A kétfokozatú légzsák kialakításnál két darab, egymástól elszigetelt tartály került beépítésre, melyeket a saját pirotechnikai töltetük aktivál. Hibrid gázgenerátorok esetén -30°C és 80°C között a kialakuló nyomásmaximumok között már alacsonyabb, 10-15%-os eltérések mérhetőek és azonos hőmérsékleten mérve a kialakuló maximális nyomásértékek között csak 1-2%-os eltérés tapasztalható. A légzsák anyaga – mivel nem kerül bele forró, szilárd égéstermék - ritkább szövésű, vékonyabb, ez által a korábbival azonos térfogatra felfúvódó légzsák 25-30%-al kisebb helyen is elfér. Légzsák kialakítások A hibrid gázgenerátorok megjelenésével a légzsákfejlesztések a többrétegű kialakítás felől a vékonyabb, egyszerűbb szövésű, flexibilisebb kivitelek felé változtak. A légzsák anyagaként a nylon (például poliamid 6.6), míg kialakításában a több elemből varrott szerkezet használatos. A hajtogatási technikában a leporello és a koncentrikus elrendezés terjedt el. Az előzőnél a légzsák harmonikaszerűen a gázgenerátor felett van, míg az utóbbinál a gázgenerátor körül több körben koncentrikusan kerül elhelyezésre. A légzsák belsejében pányvák találhatóak, így biztosítva a légzsák felfúvódásakor az alakhelyességet. A légzsák hátoldalán állandó méretű, folyamatosan nyitott nyílások találhatók, melyeken keresztül a légzsák nyitását végző gázok ki tudnak kerülni a szabadba. A jelenlegi fejlesztések egy része a változtatható gázleeresztésű légzsák kialakítások felé mutat. Így biztosítható, hogy a gáz egy része felfúvódáskor ne ürüljön ki a szabadba, illetve mikor az utas mozgási energiájának elnyelése miatt a légzsák ürül, akkor az szabályozható módon történjen, figyelembe véve az utas tömegét, helyzetét, pozícióját, a hőmérsékletet és a jármű sebességét. A kétfokozatú légzsák-kialakítások (dual-stage) is fokozatosan megjelentek. Ezek a baleseti körülményektől függően kevésbé, vagy jobban fúvódnak fel azáltal, hogy a légzsák két gázgenerátora közül az egyik, vagy mindkettő aktiválásra kerül-e. Ezek a fejlesztések is a szabályozható légzsákfelfúvódás és leengedés felé mutatnak. 3.3.2.2. Utasoldali-légzsákegység Az utasoldali légzsákegység (front passenger airbag assembly) működésében azonos, de kialakításában eltér a vezetőoldali légzsákegységtől, hiszen más alakú és a védett személyhez képest is eltérő elhelyezkedésű szerkezeti elembe kell beépíteni. Mérete általában 2-4 szerese a vezetőoldalinak.
3.3.2.3. További légzsák-egységek A balesetek súlyosságát számottevően csökkenthetik azok az ezredforduló környékén alapfelszereltségként még 6. ábra 7. ábra Forrás: Toyota Forrás: Toyota csak a felsőbb járműkategóriába beépített légzsákok, amelyek az oldalirányú védelemre, a fej-és mellkas, valamint a lábvédelemre specializáltak. Napjainkra az oldal-, függöny-, fej-, láb- stb. légzsákok is a középkategóriás járművek alapfelszereltségéhez tartoznak. Ezek az egységek működésükben hasonlóak a már ismertetett beavatkozókhoz, de kialakításukban − elsősorban elhelyezésük miatt − számottevő eltérést mutathatnak. 3
3.3.3.Visszajelző és ellenőrzőlámpa Egyes járműtípusoknál az SRS irányítóegység az övkapcsolók és az üléskapcsoló(k) jele alapján figyelmezteti a vezetőt és az utasokat, ha nem csatolják be 8. ábra Forrás: Toyota biztonsági öveiket. Az SRS irányítóegység öndiagnosztikai rendszerrel is rendelkezik, folyamatos felügyeli az érzékelőket és beavatkozókat, valamint a tápfeszültség ellátást. Ha hibát érzékel, azt eltárolja, és szükség esetén bekapcsolja az SRS ellenőrző lámpát. Az SRS 9. ábra ellenőrzőlámpa a gyújtás ráadását követően – az ellenőrzés ideje alatt – világít, majd, ha az ECU nem észlelt számottevő rendellenességet kikapcsolja azt.
Forrás: Toyota
3.3.4.Diagnosztikai csatlakozó A legtöbb SRS rendszer kapcsolatban áll a jármű diagnosztikai csatlakozójával. Ezen keresztül lehetőség nyílik a soros diagnosztikára (OBD csatlakozó 7. láb és test, illetve CAN 6. és 14), de gyakori, hogy villogókódos hibatároló is rendelkezésre áll (pl. Toyota − Tc − 13-as csatlakozás és járműtest − 4). 3. 4. Központi elektronikus légzsákirányító egység (center airbag sensor assembly, vagy SDM − érzékelő és diagnosztikai modul) Az SRS központi irányító egységét a gépjármű utasterében az utas védelmi zónában helyezik, el és úgy tervezik, hogy megbízhatóan tudjon működni a jármű teljes élettartama alatt. Fizikai elhelyezkedés szempontjából az SDM általában a gépjármű középpontja környezetében, a gépjármű keresztátlói metszésvonalában, a műszerfal alatt, a lehető legbiztonságosabb helyen található, ahol ütközéskor a legkisebb mechanikai hatások érhetik. Az SDMet úgy tervezik, hogy ellenálljon és elviseljen minden olyan környezeti szélsőséget, ami egy gépjármű utasterében üzemszerűen előfordulhat, ideértve a szélsőséges hőmérsékleteket, folyadékokkal való érintkezést és a 10. ábra Forrás: Toyota külső elektromágneses zavarokat is. 3.4.1. Tápegység és energiatárolás Az irányítóegység a villamos energia ellátást természetesen a fedélzetről kapja. A központi egységben egy DC/DC átalakító a gyors gyújtáshoz általában 24V-os egyenfeszültséget állít elő, amely egy vagy több tároló kondenzátort tölt fel. Ezekben a kb.150 ms-ig szükséges energiamennyiség üzem közben mindig rendelkezésre áll. Ez biztosítja ütközéskor a tápfeszültség megszűnte ellenére is a működőképességet, és lehetőséget biztosít az „esemény” paramétereinek rögzítésére. Az öndiagnosztikai rendszer minden gyújtásráadását követő kikapcsoláskor ellenőrzi a 150 ms –os önálló működőképességet, s ha ezt nem találja megfelelőnek, akkor e tényt hibaként eltárolja. A µP (mikroprocesszor) letilt minden egyes légzsáknyitási funkciót és bekapcsolja az SRS ellenőrző lámpát, ha a rendszer feszültsége egy meghatározott szint alá csökken, s ez által bizonytalanná válik a működés. 4
3.4.2. A jelfeldolgozás folyamata A központi gyorsulásszenzor kimenő jelének időbeni változása a µP egyik legfontosabb bemenőjele. A mai gyorsulásmérők kimenőjele nyugalmi állapotban általában 2,5 V (DC). Gyorsulás/lassulás hatására ezen pillanatérték időben változik. A µP ezt a jelet figyeli, s ha annak értéke meghatározott ideig folyamatosan egy adott szint fölött van, akkor az algoritmus megteszi a szükséges lépéseket. Ha ez a szint csak rövid ideig áll fenn, akkor a rendszer visszaáll normál állapotába, s nem tesz semmit légzsáknyitási parancs ügyben. Ez történik például akkor, ha autónkkal a padkának ütközünk. Természetesen a µP a nyitási parancs kiadásához 11. ábra Forrás: Toyota a többi szenzor jelét is figyelembe veszi. (A kormány és/vagy utaslégzsák nyitásához a biztonsági és az orrszenzornak is ütközést kell jeleznie.) A gyorsulásérzékelőket minden egyes működési ciklus megkezdésekor a rendszer ellenőrzi. Ha kimenőjelük folyamatosan túlzottan alacsony vagy magas − pl. 3 V −, akkor a rendszer ezt egy hibakóddal jegyzi. 3.4.3 Intelligens teljesítmény végfokozatok A végfokok fő feladata a gyújtóegységek kapcsolása és a hozzájuk kapcsolódó gyújtókörök hurokellenállásának ellenőrzése. Biztonsági okok miatt a gyújtóegységeket a „+” és a „−” oldalon is megszakítják. Nem megengedett, hogy az „egyik pólus mindig ott legyen” a légzsákon , hiszen egy zárlat nem kívánt légzsáknyitást eredményezhetne, így mindkettő meglétéről nyitáskor kell gondoskodni. Ezen végfokozatok másik feladata (ezért intelligens), hogy a µP-t a rájuk kapcsolt légzsákkör állapotáról – azok hurokellenForrás: VW AG 12. ábra állásáról − folyamatosan tájékoztassák. A 12. ábrán frontális ütközés következtében létrejövő légzsáknyitási folyamatot követhetünk nyomon. (Nem SRS, hiszen nincs övfeszítés!) 3. 5. Villamos vezetékelés A légzsákrendszerek lényeges részét képezik a kábelek és csatlakozóik. Fontos, hogy a célnak megfelelő kábeleket és kábelvégződéseket alkalmazzunk. Előírt a megbízható kontaktus létrehozása, a flexibilitás (ütközés esetén se törjön vagy szakadjon) és a vezetőképességnek is megfelelőnek kell lennie. Ha egy beavatkozó áramkörének ellenállása valamilyan okból nagyobb a megengedettnél az lassíthatja a gyújtási folyamatot, ami nem megengedhető. Az SRS rendszerek kábeleit a gyártók eltérő színnel – általában sárgával – különböztetik meg. Érintkezőik a kis érintkezési ellenállás és a jó korrozióállóság miatt rendszerint nemesfém bevonatúak. 3.5.1 Aktivitásgátló mechanizmusok Az SRS rendszereknél a nem kívánt gyújtás elkerülése céljából a gyártók a vezetékhálózatban is különleges technikai megoldásokat alkalmaznak.
13. ábra
5
Forrás: Toyota
3.5.1.1. Rövidrezáró-érintkezős csatlakozó Elsősorban a légzsák és az övfeszítők gyújtóinak csatlakozóit készítik el úgy, hogy azok a szétkapcsolás után automatikusan rövidre záródjanak. A 13. ábrán megfigyelhető, hogy ha a légzsákegységet (annak előgyújtóját) hozzákapcsolták a hálózathoz, − tehát a „terminálok” csatlakoznak − a rugós rövidrezáró lemez (shorting spring plate) nem ér a csatlakozókhoz. Ha a légzsákegység csatlakozóját szétkapcsoljuk (connector disconnected), a rövidrezárás létrejön, s ezzel csökkenthető a „véletlen nyitás” valószínűsége. (Ezzel a viszonylag egyszerű megoldással megakadályozható például egy hibás vizsgálat következtében létrejövő baleset.) 3.5.1.2. Ikerzáras csatlakozó A csatlakozók zárásbiztonságát fokozza, ha kettős rögzítőmechanizmust alkalmaznak. Ez esetben a normál csatlakozó egy másodlagos mechanikus zárószerkezettel (secondary lock) egészül ki, s ez megakadályozza a csatlakozó üzemszerű mechanikai hatásra történő esetleges szétcsúszását. 14. ábra
Forrás: Toyota
3.5.1.3. Elektromos csatlakozásellenörzés Elsősorban az orrszenzorok csatlakozását ellenőrzik ezzel a módszerrel. A „felcsatlakozáskor” egy tesztellenállás is bekapcsolódik az áramkörbe, amelynek csatlakozói rendszerint mélyebben helyezkednek el. (Ez a 15. ábrán nem látszik.) Így az alaphelyzetben nyitott érintkezőjű lassuláskapcsoló „jelenlétét” is tudja a központi elektronikus légzsákirányító egység ellenőrizni. 15. ábra
Forrás: Toyota
3.5.2. Spirálkábel Az üzemszerűen elforduló elektromos alkatrészekre való csatlakozásnak alapvetően két módja ismeretes. Az egyik megoldásnál érintkezőt és csúszógyűrűt alkalmaznak. (Pl. kormánykerékbe épített kürtkapcsoló.) Az elforgatható kormánykerékbe épített légzsákot − elsősorban biztonsági okok miatt − úgynevezett spirálkábel kapcsolja össze a hálózattal. A kb. 4-5m hosszú szalagkábel egyik vége a Forrás: Toyota 16. ábra kombinált kapcsolóval (combination switch assembly) együtt áll, a másik a kormánykerékkel együtt elfordulhat. Eközben a szalagkábel le, illetve felcsévélődik a műanyagból készült tokban (case). Az elforduló vég csatlakozik a vezetőoldali légzsák előgyújtójához (connector to primer). A kormánykerék a középső pozícióból jobbra és balra kb. 2−2 fordulatot tud elfordulni. A spirálkábelt ennek megfelelően kell beépíteni, ami szerelési szempontból fokozott figyelmet igénylő feladat. (Lásd javítási kézikönyv!) 2014-12-01 A következő „cikkünk” kb. két hónap múlva jelenik meg!
6
