1.3. Biomechanika Az emberi szervezet mechanikai terhelhetőségét kutató tudományág.

Átírás

1 9.1. Gépjárművek balesetvédelmi rendszerei (Első rész Bevezetés) Kilencedik cikksorozatunk a gépjárművek balesetvédelmi rendszereivel foglalkozik. Az első részben röviden összefoglaljuk a témakörhöz tartozó legfontosabb fogalmakat, majd a teljesség igénye nélkül információt közlünk a biztonság szempontjából fontos hagyományos szerkezeti elemekről és rátérünk az utas visszatartó rendszerek bemutatására. 1. Alapfogalmak, szakkifejezések és rövidítések 1.1. Aktív biztonsági rendszerek Azon berendezések összessége, amelyek a balesetek bekövetkezésének valószínűségét (lehetőségét) csökkentik. Pl.: - blokkolásgátlóval szerelt fékberendezés ABS Antiblockier System Anti Blocking System - kipörgésgátló ASR Antrieb Schlupf Regelung - elektronikus stabilitási program ESP Electronic Stability Program - szervokormány PS Power Steering, - stb Passzív biztonsági rendszerek Azon berendezések és szerkezeti kialakítások, amelyek a balesetek bekövetkezésekor, annak utasokra gyakorolt kedvezőtlen hatását hivatottak csökkenteni. Pl.: - energiaelnyelő karosszéria, - biztonsági kormányoszlop, - oldalmerevítők, - fejtámla, - elbújtatott ablaktörlő, - lekerekített karosszéria, - utas visszatartó rendszerek (biztonsági öv, övfeszítő és légzsák stb.), - gyalogos légzsák. - stb Biomechanika Az emberi szervezet mechanikai terhelhetőségét kutató tudományág Ergonómiai szempontok figyelembevételével kialakított jármű Gépkocsi, amelyet az ember test adottságaink megfelelően készíttek el úgy, hogy vezetése a lehető legkényelmesebb, legkevésbé fárasztó és a vezetéstől legkevésbé figyelemelvonó legyen Szakkifejezések és rövidítések SRS (Supplementary Restraint System) kiegészítő visszatartó rendszer Airbag légzsák Airbag squib légzsákindító Steering wheel pad kormánykerék felület Front pessengers airbag essembly utasoldali légzsák egység Eurobag európai szabványnak megfelelő légzsák. (Az amerikainál kisebb térfogatú, mert kötelező a biztonsági övet becsatolni.) US -airbag az amerikai szabványnak megfelelő légzsákrendszer. (Az európainál nagyobb térfogatú, a műszerfal alatt elhelyezett, térd párnázatot is tartalmazó légzsák kialakítás.) Smart airbag intelligens légzsák, amely az ütközési körülményeket és az utasok elhelyezkedését figyelembe véve működteti a fokozatokat SIPS-bag oldallégzsák Cras ütközés Cras senzor ütközésérzékelő PAS Pedestrian Airbag System gyalogos légzsákrendszer Safing-senzor biztonsági érzékelő 1

2 DC -Firing egyenfeszültségű gyújtás AC -Firing váltakozófeszültségű gyújtás Non -Fire az ütközés ellenére nem történt gyújtás, mert pl. a lassulás nem érte el a küszöbértéket Inflator felfújó egység, amely az előgyújtóból (primer), a gyújtótöltetből (igniter charge), a gázgenerátorból (gas generant) és a szűrőből (filter) áll Pretensioner előfeszítő Ökogenerátor semleges (inert) gázzal működő gázfejlesztő Steering main shaft (fő) kormányoszlop Dummy próbabábú 2. A karosszéria kialakítása A jármű karosszériájának kialakítása és az alkalmazott anyagok döntően befolyásolják, hogy egy adott ütközés bekövetkezésekor milyen terhelések érik az utasokat. Fontos, hogy az ütközés létrejöttekor legyen olyan karosszéria szakasz, az úgynevezett gyűrődési zóna amely a mozgási energia megfelelő hányadát elnyeli, s ezzel korlátozza a kialakuló Forrás: Maróti-Godai Könyvkiadó Kft. 1. ábra lassulásértékeket. Döntő szempont továbbá az is, hogy az utasokat a karosszéria lehetőleg megvédje a sérülésektől, az összenyomódástól. Ezért az utasteret utas védelmi zónaként hozzák létre és igyekeznek korlátozni annak ütközéskor bekövetkező, utasokra veszélyes deformációját. A járművekre felszerelt lökhárítók, a gépkocsik üvegei, a tüzelőanyag ellátó rendszer, a kormányoszlop, az ülések és a fejtámlák kialakítása mind, számottevően befolyásolhatják a belesetek súlyosságát. A karosszéria kialakítása a közlekedési partnerek biztonsága szempontjából is nagy jelentőséggel bír. Gyalogossal vagy kerékpárossal történő ütközéskor csökkenthető a sérülések súlyossága, ha nincsenek a járművön mereven rögzített jelvények, visszapillantó tükrök, kiálló kilincsek, ablaktörlők és lekerekítettek a kocsiszekrény elemei és a lökhárítók. 3. Utas visszatartó rendszerek (SRS) feladata felépítése és működése Az utas biztonság szempontjából ma korszerűnek tekinthető járműveket közös elektronikus irányítóegység által vezérelt biztonsági övfeszítő-és légzsákrendszerrel szerelik fel, amelyet együtt utas visszatartó rendszernek (SRS) neveztek el. E berendezések fő beavatkozói a pirotechnikai övelőfeszítővel felszerelt biztonsági övek és az azok hatékonyságát növelő különböző irányokból ható légzsákok. A választott témakört ez esetben is egy konkrét utas visszatartó rendszer bemutatásán keresztül dolgozzuk fel Az SRS blokkvázlat A 2. ábrán egy Toyota Yaris légzsákrendszerének blokkvázlata látható. Az ábrát tanulmányozva megfigyelhetjük a biztonsági tápellátást. (Az SRS ECU kettőzötten kapja a kapcsolt tápot és a testet, valamint, hogy egy DC-DC átalakító tárolókondenzátort tölt emelt feszültségre a beavatkozók működtetésére.) Láthatjuk azt is, hogy a fő lassulásérzékelő (légzsákszenzor) és a biztonsági szenzor is az ECU-ban található. A további bemeneti információkat a jármű elejére szerelt úgynevezett orr szenzorok képzik. Megfigyelhető az is, hogy a pirotechnikai egységeket biztonsági okok miatt a végfokok (meghajtók) a + és a oldalon is megszakítják. (Nem megengedett, hogy az egyik pólus mindig ott legyen a légzsákon és övfeszítőn, hiszen egy zárlat nem kívánt működtetést eredményezhetne, így mindkettő meglétéről nyitáskor kell gondoskodni.) A blokkvázlatból kiderül, hogy az SRS öndiagnosztikai rendszerrel is rendelkezik, hiszen végfoka a műszerfalban elhelyezett SRS figyelmeztető lámpát is működteti, továbbá a diagnosztikai csatlakozóval (DLC3) is kapcsolatban áll, tehát soros kommunikációra képes. 2

3 2. ábra 3.2. A SRS villamos hálózata (Toyota Yaris) Az alábbiakban a bemutatásra kerülő rendszer villamos hálózatát (Lásd ábra) elemezzük. Ennek kapcsán bemutatjuk a rendszer érzékelőit (nem kizárólag e Toyotán alkalmazottakat), a beavatkozókat, a tápfeszültség ellátást és a kommunikációs hálózatot Az SRS bemeneti információi Központi lassulásszenzor Airbag sensor A központi lassulásszenzorokat a gyártók a központi légzsákegységben helyezik el, tehát az utas védelmi zónában találhatóak. Ez is indokolja, hogy az agy beszerelési helyzete szigorúan kötött. Az SRS ECUban vannak hossz,-és lehet(nek) keresztirányú gyorsulásérzékelő(k) is. A gyorsulás mérésére Newton II. törvénye felhasználásával sok különféle érzékelőt alakítottak ki. A szenzorokban egy ismert tömegű, mozgó elemet (mérőtömeg) helyeznek el, amit rugóerő (rugózó alkatrész) tart alaphelyzetben. A gyorsulás (vagy lassulás) hatására a mérőtömeg rugóerő ellenében elmozdul. Az elmozdulás nagysága (a rugóállandó és a tömeg ismeretében) a gyorsulás mértékét adja. A 3. ábra gyorsulás mérése így az elmozdulás mérésére vezethető vissza. 3

4 4. ábra 5. ábra Néhány jellegzetes gyorsulásérték: 1 g a föld gravitációs mezejében ható nehézségi gyorsulás (1g 9,81 m/s2), 0-2 g az emberi mozgások közben tapasztalható gyorsulásértékek, 2-30 g gépjárművek mozgása közben fellépő gyorsulásértékek, a nagyobbak a koccanásoknál fordulnak elő, g keményebb közlekedési ütközésekkor előforduló értékek, g ágyúlövedék, rakéta becsapódásakor létrejövő lassulásérték, Az SRS rendszerekben többféle mérési módot is felhasználnak a lassulás (elmozdulás) érzékelésére A nyúlásmérő bélyeg elvén működő (piezorezisztív) gyorsulásszenzorok A szenzorban (6. ábra) egy a gyorsulás hatására rugalmasan deformálódó tárgyra (strain gauge) felvitt, hídba kapcsolt ellenállás-hálózat ellenállásainak megváltozása ad lehetőséget. A tápfeszültség (pl. 5V) hatására a híd ellenállásai jelfeszültséget osztanak le. Ha a szenzor nem érzékel sebességváltozást, jelfeszültsége általában 2,5 V. A gyorsulás vagy lassulás hatására létrejövő deformáció megváltoztatja a Wheatstone-hidat alkotó ellenállások nagyságát, ami megváltoztatja a kimeneti feszültséget növeli vagy csökkenti azt. A szenzor egy IC, amely tartalmazza a jelerősítő, jelformáló, stb. áramköröket is. 6. ábra Piezoelektromos lassulásszenzorok A piezoelektromos jelenség (7. ábra) is felhasználható a lassulási folyamat detektálására. E szenzorokban a mérőtömeg a jármű lassulásakor egy piezokerámia deformációját okozza, amelyben ennek eredménye4

5 ként a lassulással arányos töltésszétválasztódás jön létre. A piezokerámia által szétválasztott töltésmennyiség ez által a sarkain mérhető feszültség a jármű pillanatnyi lassulásának mértékétől függ Kapacitív lassulásszenzorok E szenzorban (8. ábra) az erőhatás hídba-kapcsolt kondenzátorok fegyverzeteit mozgatja, amely az erőhatással arányos kapacitásváltozást hoz létre. (Vannak kondenzátorok, amelyek fegyverzetei közelednek és vannak, amelyek távolodnak.). E változást integrált áramkör érzékeli, amely kimenetén a jelfeszültség az érzékelt lassulás értékétől függ. 7. ábra Hall elemes lassulásszenzorok 8. ábra E szenzorokban a sebességváltozás hatására bekövetkező deformáció egy állandómágnest közelít, illetve távolít egy Hall elemhez. A Hall feszültség nagysága fog függeni a gyorsulás, illetve lassulás pillanatnyi értékétől Biztonsági szenzorok Safing sensor Fontos követelmény, hogy az utas visszatartó rendszereknél ne fordulhasson elő téves beavatkozás, tehát felesleges övfeszítés, illetve zsáknyitás. Ez súlyos balesetet idézhetne elő, és az ilyenkor keletkezett anyagi kár sem elhanyagolható. Ezért a mai rendszereknél több szenzort legalább 2-3 lassulásérzékelőt, illetve kapcsolót alkalmaznak és gyakran az irányító egységben a jelfeldolgozás is duplikáltan folyik. Ilyen esetben csak a két processzor azonos eredménye esetén történik beavatkozás. A központi lassulás szenzor(ok) mellett, az irányító egységben egy (vagy több) biztonsági szenzort legtöbbször lassuláskapcsolót alkalmaznak, és az ún. frontszenzorok is elsősorban a téves nyitás esélyét igyekeznek csökkenteni. Csak, ha a központi, a biztonsági és a frontszenzorok együttesen jeleznek eseményt, akkor rendeli el az irányító egység a beavatkozást. A biztonság szenzorok általában 3-10 g közötti lassulásküszöbbel működő lassuláskapcsolók. Az SRS rendszerekben többféle mérési elvet is felhasználnak e célra Higanyos lassuláskapcsoló (mercury switch) A 9. ábrán látható, ferdén elhelyezett műanyag-vagy üvegburában higanycseppet találunk. Ha a jármű lassulásának értéke a küszöbérték (pl. 6 g) alatt van, a higany nem éri el az érintkezőket, tehát a kapcsoló nyitott (szaggatottan rajzolt helyzet). A lassulási küszöb feletti járműlassulásnál a higany a gravitációs mező ellenében elmozdulva zárja az érintkezőket. 9. ábra Reed-érintkezős lassuláskapcsolók E kapcsolókban (10. ábra a tokozatlan lassuláskapcsoló) egy menetirányban elhelyezett rugó ellenében elmozduló pontos tömegű állandómágnest találunk. A lassulás következtében előremozduló állandómágnes (mérőtömeg) mágnestere egy a mágnest vezető műanyag cső belsejében elhelyezett Reed kapcsoló (11. ábra) érintkezőjét zárja. Ezzel lehetővé teszi az irányító egységnek a légzsákok bekapcsolását ábra 10. ábra

6 Orrszenzorok Front airbag sensor E jeladókat, amelyek általában lassuláskapcsolók a gyűrődési zónában helyezik el, legtöbbször oldalanként egy-egy darabot. Ezek az érzékelők is elsősorban a nyitásbiztonság fokozását szolgálják Alkalmazásuk esetén csak akkor ad nyitási parancsot az irányítóegység, ha a központi, a biztonsági és a frontszenzor(ok) is eseményt jelez. A 11. ábrán a Yaris frontszenzorát látjuk. A lassuláskapcsolóban az érzékelési küszöb elérésekor egy rugóerő ellenében elmozduló mérőtömeg (súly) kapcsolja hozzá a mozgó érintkezőt az állóhoz. 12. ábra Oldallégzsák szenzorok Side airbag sensor Az oldalirányú ütközések érzékelésére elsősorban az oldal és függönylégzsákos rendszereknél az ülés alatt, vagy az ajtóoszlopban oldallégzsák szenzorokat találunk. Ezek is lehetnek gyorsulásérzékelők, vagy gyorsuláskapcsolók. Ezek általában a már megismert szenzorokhoz hasonló elven működnek Utasülés-elfoglaltságérzékelő (üléskapcsoló) Az üléspárnában elhelyezett kapcsoló arról informálja az irányító egységet, hogy az utas oldalon helyet foglal-e valaki. Tehermentes (kikapcsolt) állapotban a filmelektródákat a távtartó szétkapcsolt állapotban tartja. Ha az ülésterhelésből adódóan az érzékeny felületen a nyomás meghaladja a küszöbértéket, a filmelektródák zárnak. Az irányító egység nem működteti az utas oldali övfeszítőt és a légzsákot, ha nem érzékeli az utast az ülésében. (Legtöbbször, ha az utas az ülésben ül, és nem kapcsolja be a biztonsági övét, figyelmeztető hangjelzés is generálódik e kapcsoló 13. ábra hatására.) Egyéb SRS szenzorok A mai legkorszerűbb utas visszatartó rendszerek beavatkozóikat igyekeznek az optimális pillanatban működésbe hozni. Ehhez esetleg figyelembe kívánják venni a védett személy tömegét, ülésének helyzetét stb. Elterjedőben vannak az olyan légzsákok, amelyek több fokozatban képesek nyitni, adaptiver gasgenerátor ezzel alkalmazkodni tudnak a baleset súlyosságához. Az ilyen rendszerek újabb érzékelőket igényelnek. Információra van szükségük a védett személyek tömegéről, ülésük helyzetéről stb A következő cikkünk kb. két hónap múlva jelenik meg! 6