Poduszka
powietrzna jest urządzeniem zabezpieczenia biernego pasażerów złożonym z jednej lub dwóch poduszek, które w przypadku zderzenia czołowego są automatycznie nadmuchiwane stanowiąc amortyzację pomiędzy zajmującymi przednie siedzenia kierowcy i pasażera, a kierownicą lub przednią częścią kabiny pasażerskiej rys. 1.

Rys. 1.
Typowy system z dwiema poduszkami powietrznymi:
1 - poduszka kierowcy,
2 - poduszka pasażera,
3 - wiązka przewodów,
4 - urządzenie sterujące czujnikami.

Dzisiejsza
poduszka powietrzna to urządzenie, które bez większych trudności można zabudować w kole kierownicy lub tablicy rozdzielczej. Składa się ona z trzech części: generatora gazowego, złożonej poduszki oraz właściwej pokrywy. Generator gazowy napełniający poduszkę zawiera zapalnik i około 73g stałego paliwa. Stosuje się azydek sodowy, który okazał się najbardziej stabilny. Po zapłonie rozkłada się on wydzielając gaz o zawartości 99% azotu i śladowo inne składniki. Reakcja trwa ok. 0,025 sek., a podana powyżej ilość azydku wystarcza na napełnienie poduszki o pojemności 60 dm3. Przekrój generatora gazowego wraz z poszczególnymi jego częściami przedstawia rys. 2.

Rys. 2.
Przekrój generatora gazowego poduszki powietrznej:
1 - komora sprężania,
2 - paliwo pirotechniczne,
3 - kanały dolotowe,
4 - zapalnik.

Oprócz
tych zewnętrznych - wykonawczych elementów system SRS zawiera jeszcze układ sterujący momentem zadziałania poduszki, zawierający:
- czujnik opóźnienia,
- elektroniczny układ sterujący,
- własne źródło zasilania prądowego,
- układ diagnostyczny i wskaźnikowy,
- okablowanie ze złączami.

Układ SRS
można podzielić zasadniczo na dwie generacje: do 1992r. i po roku 1993. Układy starszej generacji miały oddzielne układy sterowania i zasilacz, układy nowej generacji mają te zespoły w jednej obudowie. Zmieniona została również zasada zapłonu generatora gazowego - w układach nowej generacji odbywa się on prądem zmiennym, co zwiększa bezpieczeństwo przy obsłudze układu. Również diagnostyka układu AIRBAG została włączona do zespołu diagnostycznego samochodu poprzez gniazdo diagnostyczne.

Interesującym elementem
przedstawionego systemu jest cewka kontaktowa (ang. contact reel). jej zadanie polega na przeniesieniu sygnału z czujnika zderzeniowego do generatora gazu umieszczonego na ruchomej kierownicy. Urządzenie składa się z dwóch miseczek, z których dolna jest przymocowana śrubami do przełącznika pod kierownicą, a górna sprzęgnięta z kierownicą. Wewnątrz miseczek przewody łączące instalację z modułem AIRBAG oraz z przyciskami sygnału dźwiękowego są zwinięte w spiralę co pozwala bez przeszkód kręcić kierownicą. Zastosowanie tego rozwiązania było konieczne ze względu na zapewnienie stuprocentowej pewności styku pomiędzy ruchoma kierownicą, a nieruchomą kolumną kierownicy.

Proces działania
całego systemu SRS przebiega zawsze według ustalonego algorytmu. Elektroniczny czujnik opóźnienia podaje do mikroprocesora sygnał proporcjonalny do wielkości opóźnienia i sygnał ten utrzymuje się przez czas trwania opóźnienia. Daje to mikroprocesorowi możliwość rozróżnienia czy zaistniałe opóźnienie jest wynikiem zderzenia czy np. uderzenia młotkiem, które może dać znaczne, ale bardzo krótkotrwałe opóźnienie. Duże opóźnienie występujące przy zderzeniu powoduje zwarcie kontaktu rtęciowego lub elektromechanicznego. Może jednak ono też wystąpić przy bardzo ostrym hamowaniu. Aby zadziałał układ SRS zwarte muszą być zarówno kontakt zderzeniowy jak i kontakt sterowany przez czujnik opóźnienia. Czas jaki upływa od momentu zderzenia do momentu całkowitego napełnienia poduszki azotem wynosi 40msek. Zasilacz awaryjny zwiera przetwornik napięciowy i kondensator "przechowujący" energię wystarczającą do uruchomienia systemu wówczas, gdy zasilanie z akumulatora zostało przerwane na skutek uszkodzenia akumulatora lub przerwania przewodu w początkowej fazie zderzenia. Zasilanie to trwa zaledwie ok. 1 sekundy po przerwaniu zasilania z akumulatora, ale wystarcza do uruchomienia poduszek powietrznych.

Lampka
sygnalizacyjna SRS umieszczona jest w zespole wskaźników. Po włączeniu zapłonu lampka ta świeci się czerwonym światłem. Przy prawidłowo działającym systemie, po uruchomieniu silnika lampka ta gaśnie. Jeżeli w układzie jest jakaś usterka wykryta przez układ diagnostyczny lampka będzie się świeciła nadal, Aż do usunięcia usterki i wykasowania błędu z pamięci układu.

Rys. 3.
Schemat elektryczny urządzenia AIRBAG
3 - wyłącznik zapłonu,
4 - przełącznik pod kierownicą,
12 - złącze wiązki przewodów deski rozdzielczej z wiązką przednią,
14 - zestaw wskaźników,
Y lampka sygnalizacji awarii układu poduszki powietrznej,
36 - złącze rozgałęzione,
39 - punkt masowy przedni lewy,
53 - akumulator,
54 - punkt masowy akumulatora,
108 - czujnik wyzwalający poduszkę powietrzną od strony kierowcy,
109 - złącze urządzenia ze spiralną wiązką przewodów,
110 - centralka elektroniczna sterująca układem poduszki powietrznej,
111 - czujnik wyzwalający poduszkę powietrzną od strony pasażera,
12 - gniazdo diagnostyczne,
165 - złącze przewodów,
N.D. - złącza rozgałęzione

Centralka sterująca

Elektroniczna
centralka sterująca (110) (rys. 3.) umieszczona jest wewnątrz kabiny na tunelu pomiędzy siedzeniami kierowcy oraz pasażera i jest mocno przytwierdzona do podłogi. W rozwiązaniu włoskiej firmy FIAT centralka ta jest wyposażona w złącze o 10-ciu stykach, z których 7 jest wykorzystywane do połączenia z instalacją elektryczną.

Centralka
jest zasilana napięciem 12 V po włączeniu zapłonu i po około 100 ms jest w pełnej gotowości do zadziałania w takim też czasie reaguje na ewentualne zderzenie. Szybkie działanie centralki jest możliwe dzięki zastosowaniu w układzie elektronicznym kondensatora buforowego, który akumuluje energie zapewniając normalne działanie oraz generację sygnału zapalającego ładunek wybuchowy. Centralka musi być zamontowana tak aby kierunek strzałki umieszczonej na etykiecie przyklejonej do centralki był zgodny z kierunkiem ruch pojazdu. Właściwy kierunek montażu musi być rygorystycznie przestrzegany gdyż warunkuje prawidłową ocenę opóźnienia podczas zderzenia, a więc i skuteczność działania całego zabezpieczenia.

Wewnątrz
elektronicznej centralki są umieszczone:
- piezoelektryczny czujnik przyspieszenia mocno przytwierdzony do ścianki obudowy,
- drugi mechaniczny czujnik przyspieszenia o podwyższonym progu zadziałania, który jest połączony szeregowo z czujnikiem piezoelektrycznym i wejściem stopni sterujących odpaleniem poduszek,
- mikroprocesor dokonujący obróbki (całkujący) sygnałów z czujników opóźnień,
- pamięć stała usterek (FAULT MEMORY),
- pamięć stała zderzenia (CRASH MEMORY).

Podczas jazdy
samochodem centralka dokonuje ciągłej diagnostyki systemu AIRBAG sprawdza ciągłość obwodów i sprawność elementów. Gdy zostanie wykryta awaria lub złe funkcjonowanie wtedy zostanie zapamiętany typ usterki w pamięci stałej usterek FAULT MEMORY. Zostanie również zapalona kontrolka AIRBAG w zestawie wskaźników sygnalizując użytkownikowi awarię systemu.

Kiedy centralka
elektroniczna rozpoznaje warunki zderzenia i wysyła następnie rozkaz uruchomienia urządzeń odpalających poduszki nie tylko rozkaz ten będzie zapamiętany w pamięci zderzenia CRASH MEMORY lecz również inne dane wybrane z zasobu informacji wysłanych przez system.

Pamięć zderzeniowa
jest podzielona na cztery bloki:

- Pierwszy blok - w tym obszarze pamięci będą zapamiętane czasy trwania objawów ewentualnej pierwszej awarii.

- Drugi blok - w tym obszarze zostaną zapamiętane tylko ewentualne awarie występujące w czasie zderzenia co umożliwia lepsze zrozumienie tego jaki wpływ mają te awarie na funkcjonowanie AIRBAG.

- Trzeci blok - w tym obszarze pamięci będą rejestrowane rutynowe parametry zderzenia:
a)opóźnienie większe niż 2,6g,
b) rozkaz odpalenia AIRBAG wysłany,
c) zadziałanie elektromechanicznego czujnika opóźnienia.

Czwarty blok - w tym ostatnim obszarze pamięci będzie zapamiętywane potwierdzenie rozkazu odpalenia urządzeń napełniających poduszki powietrzne.

Czujnik elektromechaniczny

Zadaniem czujnika
elektromechanicznego zwanego też czujnikiem bezpieczeństwa jest szybkie dołączanie plusa napięcia do zapalnika przy przyspieszeniu minimalnym wynoszącym ok. 2,5g. Pozwala to uniknąć włączenia przypadkowego generatora gazu podczas hamowania, które maksymalnie osiąga opóźnienie 1¸1,2g i daje mikroprocesorowi możliwość wykrycia niezgodności w stosunku do czujnika przyspieszenia.

Rys. 4.
Czujnik elektromechaniczny

Czujnik ten
posiada dwa ciężarki inercyjne: zwiększenie bezwładności pozwala mu na przedłużenie okresu trwania kontaktu. Ciężarki utrzymane są w położeniu spoczynkowym przez sprężynki. Podczas zderzenia ciężarek 1 przemieszcza cię razem z ciężarkiem 2, a ponieważ jedna część każdego z ciężarów jest wykonana z magnesu trwałego zbliżenie się magnesu do styku kontarktronu powoduje jego zamknięcie.

Czujnik przyspieszenia

Czujnik przyspieszenia
zwany też czujnikiem opóźnienia ponieważ mierzy przyspieszenie ujemne jest montowany szeregowo z czujnikiem elektromechanicznym. Jest on elementem piezorezystancyjnym zasilanym napięciem 5V, który to generuje napięcie proporcjonalne do przyspieszenia pojazdu.

Przedstawiony
poniżej schemat rys. 5. ilustruje zasadę budowy czujnika piezorezystancyjnego (czujnika przyspieszenia). Na cienkiej płytce umieszczone są cztery piezorezystancje tworzące mostek Wheastone'a. Rezystancje pełnią rolę miernika naprężeń, co pozwala na zarejestrowanie odkształcenia płytki wywołanego przez wstrząs elementu bezwładnościowego, czułego na przyspieszenia pojazdu.

Rys. 5.
Wygląd zewnętrzny czujnika przyspieszenia.

Rys. 6.
Schemat elektryczny czujnika przyspieszenia.

Mostek Wheastone'a
jest w równowadze gdy: U = 0. W konsekwencji odpowiedniego ułożenia na płytce, oporniki R3 i R1 oraz R4 i R2 działają prostopadle jeden na drugiego. W efekcie pod wpływem przyspieszeń, a więc pod wpływem odkształcenia się płytki, wartości poszczególnych oporów zmieniają się w sposób różny. Mostek nie jest już w stanie równowagi ponieważ U<> 0.

Każda zmiana
oporności powoduje zmianę UAC i UAD, a więc U jest dokładnie odbiciem przyspieszenia. Po obróbce sygnału wyjściowego z mostka uzyskuje się liniową zależność napięcia U[V] do wartości przyspieszenia a[m/s2]. Dla każdego modelu pojazdu określona jest kalibracja (próg zadziałania) napięcia U w funkcji przyspieszenia a.

(C) Dream Team