SYSTEM PODUSZEK POWIETRZNYCH - KONSTRUKCJA I ZASADA DZIAŁANIA

W tym rozdziale zajmiemy się systemem poduszek powietrznych. Objaśnimy ich poszczególne elementy konstrukcyjne, ich zadania, sposób aktywacji i możliwe kroki diagnostyczne. Od momentu wprowadzenia systemów poduszek powietrznych nastąpił gwałtowny rozwój techniki, nie jest więc możliwe przedstawienie szczegółowego i wyczerpującego opisu wszystkich elementów konstrukcyjnych.

Dokładniejsze informacje o systemach stosowanych w konkretnych pojazdach są zawsze zawarte w dokumentacji producenta pojazdu. Prace konserwacyjne i diagnostyczne mogą być wykonywane wyłącznie przez przeszkolony i wykwalifikowany personel.

Należy przy tym przestrzegać wszystkich przepisów ustawowych i dyrektyw. Pierwsze pomysły stworzenia systemu poduszek powietrznych pojawiły się w latach 60-tych. Największą przeszkodę stanowił wtedy wymagany czas nadmuchiwania poduszki. Problem ten próbowano rozwiązać przy użyciu sprężonego powietrza. Metoda ta nie spełniła jednak wymagań. Na początku lat 70-tych miały miejsce pierwsze udane próby nadmuchania poduszki powietrznej w wymaganym czasie z użyciem ładunków pirotechnicznych.

Pierwsze systemy poduszek powietrznych zastosowano w połowie lat 70 i na początku lat 80 w samochodach wyższych klas. Pod koniec lat 80 wprowadzono poduszkę powietrzną pasażera, a następnie krok po kroku dalsze warianty tego elementu, na przykład poduszki powietrzne głowy, nazwane też niekiedy kurtynami powietrznymi i boczne poduszki powietrzne. Dzisiaj poduszki powietrzne należą do absolutnie podstawowego wyposażenia pojazdów mechanicznych.

Sterownik jest sercem systemu poduszek powietrznych i jest zainstalowany w centralnym miejscu pojazdu. Znajduje się on z reguły w okolicy deski rozdzielczej, na tunelu środkowym.

System spełnia następujące zadania:

• Rozpoznawanie wypadków.
• Wystarczająco szybkie rozpoznawanie sygnałów dostarczanych przez czujniki.
• Dostatecznie szybkie wyzwalanie odpowiednich obwodów zapłonowych.
• Zasilanie obwodów zapłonowych energią przez kondensator, niezależnie od akumulatora pojazdu.
• Autodiagnostyka całego układu.
• Zapisywanie występujących błędów w pamięci usterek.
• Aktywacja lampki kontrolnej poduszek powietrznych w razie awarii systemu.
• Połączenie z innymi sterownikami przez magistralę CAN.

W zależności od rodzaju układu i liczby dostępnych poduszek czujniki zderzenia oraz przyspieszenia są zamontowane bezpośrednio w sterowniku lub jako elementy satelitarne w przodzie lub boku pojazdu.

Czujniki przednie są zawsze instalowane podwójnie. Są to z reguły czujniki działające w układzie drgającym masa-sprężyna. Czujnik zawiera obciążnik rolkowy napełniony normowanymi ciężarkami. Obciążnik rolkowy jest owinięty taśmą sprężynową z brązu, której końcówka jest przymocowana do obciążnika rolkowego i korpusu każdego czujnika. W przypadku zadziałania siły z tylko jednego kierunku umożliwia to obciążnikowi tylko jeden ruch. Po ewentualnym zadziałaniu siły obciążnik rolkowy toczy się w kierunku przeciwnym do siły sprężyny i za pośrednictwem styku zamyka obwód elektryczny sterownika. W czujniku znajduje się również rezystor wysokoomowy do celów autodiagnostycznych.

Jego zadaniem jest wykluczenie niechcianej aktywacji poduszki powietrznej.

Czujnik ten jest połączony szeregowo z czujnikami przednimi. Czujnik Safing jest zintegrowany ze sterownikiem poduszek powietrznych. Składa się ze styku kontaktronowego umieszczonego w rurce wypełnionej żywicą oraz magnesu pierścieniowego. Otwarty styk kontaktronowy znajduje się w wypełnionej żywicą rurce, na którą nasunięty jest magnes pierścieniowy. Magnes jest przytrzymywany przez sprężynę znajdującą się na końcu obudowy. W razie zadziałania siły magnes prześlizguje się, pokonując siłę sprężynowania, po wypełnionej żywicą rurce i zamyka kontaktron. Zamyka to styk odpowiadający za aktywację poduszki powietrznej.

Poduszka powietrzna kierownicy składa się z worka o objętości ok. 67 l, uchwytu worka, generatora zamontowanego na wsporniku i osłony poduszki powietrznej (osłona kierownicy). W razie wypadku, sterownik aktywuje generator. Prąd zapłonowy rozgrzewa przy tym cienki drucik, który zapala ładunek zapłonowy.

Nie dochodzi tu do wybuchu, lecz do spalenia ładunku. Ładunek ten składa się z azydku sodu. Powstający w trakcie spalania ładunku gaz rozpręża się i reaguje z utleniaczem (środek wydzielający tlen, na przykład tlenek miedzi lub żelaza), tworząc prawie czysty azot, który napełnia worek poduszki powietrznej. Azydek sodu jest trujący, jako ładunki stosuje się więc również inne bezazydkowe paliwa stałe. Reagują one tworząc nie tylko azot, ale także dwutlenek węgla (ok. 20%) i parę wodną (ok. 25%). Ładunek ma zazwyczaj postać tabletki i jest hermetycznie upakowany w komorze spalania.

W przypadku bocznej poduszki powietrznej (poduszka klatki piersiowej) proces przebiega podobnie, ale ze względu na brak odcinków deformacji (strefy kontrolowanego zgniotu) wymagany jest tutaj znacznie szybszy zapłon generatorów gazu i szybsze napełnienie poduszek powietrznych. W przypadku zderzenia bocznego z prędkością około 50 km/h już po upływie ok. 7 ms musi nastąpić zapłon generatorów, a po upływie 22 ms poduszka powietrzna musi zostać całkowicie napełniona. Boczne poduszki powietrzne są zainstalowane w okładzinie drzwi lub w oparciu fotela. Istnieją dwa typy poduszek powietrznych głowy: Inflatable Tubular Structure i Inflatable Curtain. „Inflatable Tubular Structure” była pierwszą formą poduszki powietrznej głowy. Kształtem przypominała „kiełbasę” i rozwijała się z podsufitki nad przednimi drzwiczkami. „Inflatable Curtain” rozciąga się na całą górną długość boku pojazdu. Jest ona zamontowana w ramie dachowej powyżej drzwiczek pojazdu.

Worek powietrzny jest wykonany z bardzo wytrzymałej, odpornej na starzenie tkaniny poliamidowej. Tkanina posiada niski współczynnik tarcia, jest łatwo rozwijalna i nieszkodliwa dla skóry. W celu zabezpieczenia poduszki i wykluczenia jej sklejenia jest ona posypana talkiem, który podczas aktywacji poduszki jest widoczny jako chmura białego pyłu. W jej wnętrzu znajdują się taśmy chwytne, które nadają workowi wymagany kształt w czasie nadmuchiwania. Na jej spodzie znajdują się otwory, przez które może się ulatniać gaz.

Istnieją 2 różne sposoby rozwijania worka. Sposobem standardowym jest rozwijanie gwiaździste W przypadku rozwijania w schemacie gwiaździstym poduszka wykazuje mniejsze rozdęcie w kierunku kierowcy i jest to korzystne, gdy pasażerowie nie znajdują się w prawidłowej pozycji siedzącej (out of position).

Sprężyna spiralna stanowi połączenie między nieruchomą kolumną kierownicy a ruchomym kołem kierownicy. Przy obracaniu kierownicy zapewnia ona także połączenie między sterownikiem poduszek powietrznych i generatorem gazu. Folia przewodząca jest owinięta w taki sposób, że może podążać za ruchem obrotowym w zakresie 2,5 obrotu w każdym kierunku.

Przy montażu i demontażu sprężyny spiralnej wymagana jest szczególna ostrożność. Należy dopilnować, by układ kierowniczy znajdował się w położeniu środkowym, a koła były ustawione prosto. Wymontowanej sprężyny spiralnej nie wolno skręcać.

Dokładniejsze sterowanie poduszkami powietrznymi i wykluczanie niepotrzebnej aktywacji zapewnia układ detekcji obciążenia foteli. Obciążenie foteli może być rozpoznawane na różne sposoby. Stosuje się tutaj maty czujnikowe składające się z czujników ciśnienia i detekcyjnego obwodu elektronicznego. Maty czujnikowe mogą być zainstalowane tylko w fotelu pasażera, a w nowocześniejszych systemach także w fotelu kierowcy i tylnych siedzeniach. Można też stosować czujniki podczerwieni i czujniki ultradźwiękowe. Montuje się je w okolicy lampy wewnętrznej i lusterka wstecznego, monitorują one obciążenie foteli i pozycję siedzącą pasażera. Dzięki temu możliwa jest też detekcja niekorzystnej pozycji siedzącej „out of position”.

Informacje generowane przez układ rozpoznawania obciążenia foteli mają wpływ na aktywację poduszek powietrznych, napinaczy pasów i aktywnych zagłówków. Gdy określone miejsca nie są zajęte, system poduszek powietrznych wykrywa ten fakt i nie aktywuje odpowiednich systemów ochronnych w razie wypadku.

W celu ułatwienia rozróżniania kabli i wtyczek poduszek powietrznych mają one jaskrawożółty kolor.

We wtyczkach zamontowane są mostki zwarciowe, które zapobiegają przypadkowej aktywacji poduszek podczas prac przy systemie poduszek powietrznych. Aktywacja poduszek może np. nastąpić pod wpływem wyładowań elektrostatycznych.

Mostek zwarciowy jest stykiem, który w momencie rozłączenia złącza wtykowego łączy oba styki wtyczki i zeruje ewentualne potencjały.

Zadaniem napinaczy pasów jest w razie wypadku eliminowanie luzu. Luz pasa powstaje wskutek noszenia obszernej, przewiewnej odzieży lub gdy pasażer siedzi w swobodniejszej pozycji. Napinacz pasa może być zintegrowany z zamkiem pasa lub krążkiem pasa. Jeżeli napinacz pasa jest zintegrowany z zamkiem pasa, składa się na przykład z następujących części: rurka stabilizująca, linka, tłok, generator gazu i ładunek zapłonowy. W razie wypadku następuje aktywacja generatora w taki sam sposób jak w przypadku poduszki powietrznej. Gaz rozpręża się i przemieszcza tłok w rurce stabilizującej. Dzięki połączeniu tłoka i zamka pasa linką, zamek pasa zostaje pociągnięty w dół i eliminuje luz. Jeżeli napinacz pasów jest zintegrowany z krążkiem pasa, luz pasów jest eliminowany przez mechanizm zwijający.

W momencie aktywacji zostaje też uaktywniony generator, który wprawia w ruch rząd kulek. Kulki obracają szpulę połączoną z krążkiem pasa. Wskutek ruchu obrotowego pas zostaje zwinięty o dokładnie zdefiniowany odcinek. Kulki wpadają do specjalnego pojemnika, co wyklucza spowodowanie przez nie uszkodzeń.

Inna możliwość to tzw. „silnik Wankla”. W momencie aktywacji ładunek napędza tłok wirujący, który eliminuje luz pasów przez obrót. W celu redukcji obciążenia klatki piersiowej przy wypadku, w pasach kierowcy i pasażera instaluje się ograniczniki siły naprężenia pasów.

W celu wykluczenia zwarć i spowodowanych przez nie pożarów pojazdu w czasie wypadków, akumulator zostaje odseparowany od instalacji elektrycznej pojazdu.

Zapewnia to przekaźnik separujący lub generator gazu. Sygnał separacji akumulatora jest generowany przez sterownik poduszek powietrznych. Generator gazu działa przy tym podobnie jak napinacz pasów. Jego aktywacja przerywa w złączu połączenie między akumulatorem i kablem przyłączeniowym.

Należy pamiętać, że prace przy systemie poduszek powietrznych mogą być wykonywane wyłącznie przez wyspecjalizowany i wykwalifikowany personel.

Uwzględnić wszystkie przepisy ustawowe i zalecenia producenta. To samo dotyczy utylizacji rozwiniętych lub starych poduszek powietrznych. Zaleca się w miarę możliwości przeszkolenie wszystkich pracowników warsztatu, ponieważ wiele prac niezwiązanych bezpośrednio z poduszkami powietrznymi wymaga demontażu poduszki powietrznej lub napinaczy pasów. Jest to na przykład konieczne przy wykonywaniu napraw zestawu wskaźników.

Tak samo, jak w przypadku diagnostyki i poszukiwania usterek w innych układach, należy tu zacząć od kontroli wzrokowej. W jej ramach należy sprawdzić wszystkie widoczne elementy systemu poduszek powietrznych pod kątem uszkodzeń i prawidłowego podłączenia wtyków. Często przyczyną błędów jest nieprawidłowe połączenie wtyków z napinaczami pasów lub bocznymi poduszkami powietrznymi w strefie przednich siedzeń. Przesuwanie foteli w przód i w tył powoduje poluzowanie połączeń wtykowych, wskutek czego powstają oporności stykowe. Potencjalnym źródłem usterek może być również sprężyna spiralna. Także tutaj dochodzi do usterek ze względu na to, że sprężyna jest obciążana przy każdym ruchu kierownicy. W każdym z tych przypadków wymagane jest użycie odpowiedniego testera diagnostycznego. W przypadku stwierdzenia w ramach kontroli wzrokowej nieprawidłowego połączenia wtykowego należy wykasować kody usterek z pamięci przy użyciu testera diagnostycznego.

Jeżeli kontrola wzorkowa nie wykaże żadnych usterek, odczytać pamięć usterek przy użyciu testera diagnostycznego. Błędy, które wystąpiły w układzie, są zazwyczaj rozpoznawane przez system autodiagnostyczny i zapisywane w pamięci usterek. Jeżeli w pamięci jest zapisany jeden z następujących kodów: nieprawidłowy sygnał, za niski / za wysoki sygnał, to przyczyną usterki może być na przykład uszkodzenie przewodu. W tym przypadku połączenia kablowe między czujnikami i sterownikiem można sprawdzić multimetrem pod kątem ciągłości i zwarcia z masą. Informacje o lokalizacji czujników i połączeń wtykowych oraz funkcjach pinów sterownika są zawarte w informacjach i schematach producenta pojazdu. Należy przy tym przede wszystkim pamiętać o odłączeniu akumulatora od instalacji elektrycznej pojazdu i czujników oraz sterownika od wiązki kabli. Nie podłączać przewodów kontrolnych do wtyków przy użyciu wykonanych "samodzielnie" adapterów kontrolnych (wyprostowanych spinaczy biurowych). Mogą one uszkodzić wrażliwe styki i spowodować niezauważalne nowe usterki. Lepszym rozwiązaniem jest stosowanie specjalnych końcówek kontrolnych dopasowanych do konfiguracji styków wtyczek i gwarantujących prawidłowość styku.