Nghiên cứu hệ thống túi khí trên ô tô đời mới

Breed, ông đã phát minh ra túi khí cơ điện đầu tiên, đó là hệ thống sử dụng các cảm biến nhận tín hiệu va chạm, đồng thời thiết kế các lỗ hởtrên túi khí, mục đích là giảm nguy cơ chấn th

CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP 1.1 Lý do chọn đề tài:

- Cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô đã thiết

kế rất nhiều hệ thống như ABS (Anti-lock Braking System), (cân bằng điện tử ESC(Electronic Stability Program )…, hỗ trợ phanh khẩn cấp BA (Brake Assist) để tăng

tính năng an toàn cho xe… Nhưng khi đã xảy ra tai nạn, các hệ thống trên sẽ không

còn tối ưu để bảo vệ an toàn cho người trên ô tô Nhiều giải pháp đã được đưa ra,trong số đó thành công nhất là hệ thống túi khí an toàn Hệ thống này ngày càngđược thiết kế nhỏ gọn, độ chính xác cao, an toàn và hiệu quả, vì vậy đã nâng caođược tính năng an toàn, giảm thiểu thiệt hại về người trong các vụ va chạm giaothông Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời làmquen với công tác nghiên cứu khoa học em đã được giao thực hiện luận văn tốt

nghiệp với đề tài: “HỆ THỐNG TÚI KHÍ TRÊN Ô TÔ (AIRBAG)” Với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Văn Thình.

1.3 Phương pháp nghiên cứu.

- Kết hợp nghiên cứu khác nhau, trong đó đặc biệt là phương pháp tham

khảo, dịch và tổng hợp tài liệu, học hỏi kinh nghiệm của thầy cô, bạn bè

1.4 Các bước thực hiện.

- Tham khảo, tổng hợp sơ lượt tài liệu.

- Hướng dẫn, chỉnh sửa của giáo viên hướng dẫn.

- Biên soạn hoàn chỉnh.

- Viết báo cáo.

1.5 Kế hoạch nghiên cứu.

Đề tài được thực hiện trong vòng 15 tuần, các công việc được bố trí như sau:

 Giai đoạn 1:

- Nhận đề tài từ giáo viên hướng dẫn, xác định nhiệm vụ, đối tượng nghiên cứu, xác định mục tiêu nghiên cứu, phân tích các tài liệu liên quan

- Tổng hợp các tài liệu liên quan

- Hướng dẫn, chỉnh sửa của giáo viên hướng dẫn

- Biên soạn lại

 Giai đoạn 2:

- Viết thuyết minh

- Hoàn thiện đề tài

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG ĐỒ ÁN

2.1 Lịch sử, quá trình phát triển và tổng quan về túi khí trên ô tô.

2.1.1 Lịch sử và quá trình phát triển của hệ thống túi khí trên ô tô.

Túi khí được phát minh bởi ông John W Hetrick, một kỹ sư công nghiệp đã

về hưu Sau vụ tai nạn của gia đình, ông đã nghĩ tới một thiết bị có thể ngăn ngừangười trên xe bị va đập khi xảy ra va chạm Với thiết bị của mình, ông nhận bằngsáng chế vào năm 1953 và nó được gọi là “đệm an toàn trên xe” Cùng thời gian đó,nhà phát minh người Đức tên Walter Linderer cũng nhận bằng sáng chế với mẫuthiết kế tương tự Sản phẩm của ông Linderer sử dụng hệ thống khí nén được kíchhoạt bởi chính người lái khi xảy ra va chạm ở cản trước ô tô Với hai sáng chế trên,hãng xe Ford và GM bắt đầu kết hợp chúng với một chiếc túi có thể tự bơm phồng,nhưng họ bắt đầu phải đối mặt với hai vấn đề lớn Đầu tiên là cách làm thế nào để

hệ thống trên phát hiện ra va chạm và bơm phồng túi khí trong khoảng thời gianchớp nhoáng vấn đề thứ hai là bản thân túi khí cũng là tác nhân gây thương tích chohành khách Hai vấn đề trên được giải quyết từ cuối những năm 1960, một kỹ sư cơkhí ở Mỹ có tên Allen K Breed, ông đã phát minh ra túi khí cơ điện đầu tiên, đó là

hệ thống sử dụng các cảm biến nhận tín hiệu va chạm, đồng thời thiết kế các lỗ hởtrên túi khí, mục đích là giảm nguy cơ chấn thương do chính túi khí gây ra bằngcách giảm sự căng cứng của túi khí Hệ thống túi khí lần đầu tiên được đưa vào thửnghiệm năm 1973 trên mẫu xe Chevrolet của General Motors, sản xuất riêng chochính phủ Mỹ Đến năm 1975 và 1976, GM áp dụng túi khí vào 2 mẫu xeOldsmobile và Buick dưới hình thức thiết bị tùy chọn, Cadillac cũng trang bị túi khícho cả người lái và hành khách vào cùng năm đó Phải mất một thời gian sau thì hệthống này xuất hiện trên mẫu Ford Tempo 1984, nhưng vẫn là một tính năng tùychọn mà chưa phải là trang bị tiêu chuẩn Năm 1987, Allen Breed lập ra công tyBREED Technologies để phát triển, hoàn thiện và thương mại hóa phát minh củamình Đến năm 1988, Chrysler trở thành nhà sản xuất xe hơi đầu tiên đưa túi khívào làm thiết bị tiêu chẩn cho xe Tuy nhiên phải đến năm 1991, hệ thống túi khímới vượt được qua những trở ngại cuối cùng với một phát hiện mới do Breed tìm

ra, hệ thống đã sử dụng nitơ lỏng thay vì không khí như truyền thống Túi khí sẽđược bơm vào một lượng nitơ lỏng, nó thổi phồng túi khí rất nhanh nhưng sau đólại co lại do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, cả quá trình này chỉ diễn ra trong vòng0,02 đến 0,03 giây nên giảm thiểu được nguy cơ người lái bị va đập mạnh với túi

khí Hệ thống túi khí luôn được cải tiến nhằm đáp ứng nhu cầu an toàn ngày càngcao.

Những năm 90 của thế kỷ trước, hệ thống túi khí chỉ đơn thuần là các túi khíbảo vệ phía trước dành cho hành khách và người lái, sau những năm 2000 thì hệthống túi khí được bổ sung thêm các túi khí bên và túi khí rèm cửa nhằm bảo vệhành khách tốt hơn Thế hệ túi khí sau những năm 2005 thì phát triển thêm các túikhí ở đầu, đầu gối, xương chậu, hệ thống dây đai an toàn và mạch phát hiện trước

sự cố trên hệ thống túi khí Thế hệ tiếp theo, hệ thống túi khí triển khai thêm hộpmodule túi khí với tích hợp cảm biến ESP, bảo vệ người đi bộ và khả năng pháthiện người ngồi trên xe để bung túi khí khi cần thiết Từ năm 2013 đến 2015 thì hệthống túi khí được kết hợp với hệ thống ESP (Electronic Stability Program)

2.1.2 Tổng quan về túi khí trên ô tô

Hệ thống túi khí tự động được thổi phồng và bung ra trong khoảng thời gianrất nhỏ sau khi xảy ra tai nạn, nhằm giảm thiểu chấn thương của người ngồi trong

xe do va đập với các chi tiết nội thất Túi khí phía trước có tác dụng giảm chấnthương ở vùng đầu, cổ, ngực của người lái và hành khách khi xe bị va chạm từ phíatrước Túi khí bên và túi khí bên phía trên hoạt động khi có va chạm bên thân xehoặc xe bị lật, làm nhiệm vụ bảo vệ đầu và vai Tuy nhiên, không phải khi trang bịtúi khí là người ngồi bên trong xe có thể tránh được nguy hiểm trong trường hợp tainạn nghiêm trọng

Túi khí chỉ được sử dụng một lần, các cảm biến của hệ thống bao gồm cảmbiến gia tốc (Accelerometers Sensor), cảm biết áp suất (Pressure Sensor), cảm biếncon quay hồi chuyển (gyroscopes Sensor), cảm biến vị trí ghế (Seat Positionsensor), phân loại ghế ngồi (seat occupied recognition sensor) Tất cả những cảmbiến này cùng kết nối với bộ điều khiển túi khí ACU (Airbag Control Unit) ACU sẽtính toán điều khiển hoạt động túi khí Về phương pháp hoạt động, mỗi túi khí đượckết hợp với một thiết bị tạo khí do hệ thống điện tử điều khiển Khi được kích hoạt,

bộ điều khiển sẽ làm cháy các hợp chất bên trong gồm Natri, Kali Nitrat dễ cháy,việc đốt cháy sẽ tạo ra các phản ứng hoá học chuyển hoá hợp thành khí Natri, khíHydro, Oxy và bơm phồng túi khí Lượng khí lớn được nén làm túi khí bung ra khỏicác vị trí lắp đặt với vận tốc 320 km/h, toàn bộ quá trình này diễn ra trong khoảngthời gian khoảng 0.04s Giai đoạn cuối cùng của túi khí sau khi được kích hoạt làthoát khí, quá trình này cũng diễn ra ngay lập tức sau khi túi khí được bơm căng.Lượng khí sẽ thoát ra ngoài thông qua các lỗ hơi trên bề mặt túi khí, điều này cũnggiúp cho hành khách tránh được các chấn thương từ các tác động của túi khí Ngoài

ra, cũng xuất hiện các hạt bụi, đó chủ yếu là bột ngô có tác dụng chống dính giữacác lớp túi khí khi được xếp lại

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí trên ô tô

2.2.1 Cấu tạo của hệ thống túi khí trên ô tô.

2.2.1.1 Túi hơi

 Chức năng – cấu tạo

Hình 2.1 Túi hơi trên Audi A4.

 Chức năng:

Túi khí là một bộ phận cấu tạo đơn giản nhưng hết sức quan trọng, nó đượclàm từ những vật liệu tổng hợp như Nylon 6,6, vải tổng hợp…Vật liệu được dùnglàm túi khí phải có độ bền cao, chống mài mòn, tính dẻo dai và tính hấp thụ nănglượng cao, các đặc tính lão hóa cũng phải tốt vì thông thường túi khí chỉ phải thaythế sau ít nhất sau 15 năm Nylon 6,6 với các tính chất phù hợp và được áp dụngrộng rãi Nylon 6,6 có mật độ phân tử thấp hơn các vật liệu khác nên khối lượngriêng cũng thấp hơn (khoảng 1,09g/cm3), có thể sản xuất túi khí nhẹ hơn nhằm giảmđộng năng ảnh hưởng đến hành khách trong khi hoạt động Mặt khác, bản chất hút

ẩm của nó giúp hỗ trợ làm nguội các dòng khí nóng tạo ra bởi quá trình phản ứnghóa học

Head airbagPassenger airbag

Side airbagDriver airbag

 Cấu tạo:

Hiện nay, hầu hết các mẫu xe ô tô đều được lắp đặt túi khí như một trang bịtiêu chuẩn Các túi khí phía trước cho người lái và hành khách (loại 1 giai đoạnhoặc 2 giai đoạn), túi khí đầu gối (cho người lái), túi khí bên, túi khí bên phía trên

sẽ góp phần giảm các chấn thương cho hành khách khi xảy ra va chạm

a Túi khí phía trước dành cho người lái và hành khách:

Hình 2.2 Túi khí trước cho người lái và hành khách.

Túi khí phía trước cho người lái thường được gắn trên vô lăng, có thể tíchkhoảng 45 lít (MAZDA, KIA ), 45-64 lít (BMW) Túi khí phía trước dành chohành khách thường được đặt trên phần bảng điều khiển hoặc phần nội thất phíatrước bên phía hành khách với thể tích khoảng 110 lít (MAZDA, KIA ), khoảng

105 lít (BMW) Túi khí phía trước hoạt động khi có va chạm phía trước xảy ranhằm bảo vệ phần đầu, phần ngực và phần phía trước cơ thể của hành khách vàngười lái Túi khí bung ra và làm vỡ nắp đậy vô lăng hoặc phần nội thất phía trướccủa hành khách, quá trình từ khi kích hoạt module đến túi khí được triển khai hoàntoàn mất khoảng 40-50 ms đối với túi khí bên người lái và khoảng 50-80 ms đối vớitúi khí bên hành khách

b Túi khí bên:

Driver airbag

Passenger airbag

Hình 2.3 Túi khí bên.

Túi khí sẽ được kích hoạt nếu tai nạn xảy ra từ phía bên của xe nhằm bảo vệcác các bộ phận bên của cơ thể như tay, vai, sườn… Khi xe va đập chéo, hoặc trựcdiện vào phần sườn nhưng không ở khu vực khoang hành khách thì túi khí khôngđược kích hoạt, thể tích vào khoảng 8 lít (MAZDA, KIA ), khoảng 10 lít (BMW)

và thời gian triển khai hoàn toàn mất khoảng 20 ms

c Túi khí bên phía trên (Túi khí rèm):

Tùy thuộc vào loại xe, túi khí bên phía trên kéo dài và bao phủ toàn bộ cửa sổ

Hệ thống tạo hơi được lắp đặt trên trần xe Không giống như túi khí phía trước vàbên, túi khí bên phía trên sẽ tiếp tục thổi phồng lâu hơn sau khi được kích hoạt Túikhí này có thể tích khoảng 12-19 lít, với thời gian kích hoạt hoàn toàn từ 15-30 mstùy mỗi loại xe

Rear side airbag

Driver side airbag

Rear side airbagPassenger side airbag

Hình 2.4 Túi khí bên phía trên.

d Túi khí đầu gối:

Hình 2.5 Túi khí đầu gối.

Túi khí đầu gối được lắp đặt phía dưới bảng điều khiển nhằm mục đích hạnchế chấn thương ở chân của người lái và cả hành khách khi có va chạm từ phíatrước xảy ra

Passenger side head airbag

Knee airbag

2.2.1.2 Bộ thổi khí

 Chức năng – Cấu tạo

 Chức năng: Bộ phận thổi khí được dùng với mục đích tạo khí và thổi phồng

túi hơi khi được kích hoạt Nó bắt đầu hoạt động khi tín hiệu từ module túi khí trungtâm ACU (Airbag Control Unit) Sự kích hoạt này đốt cháy các chất hóa học nhưnatri azua (NaN3), kali nitrat (KNO3), silic dioxit (SiO2) và tạo ra khí nitơ Khí nàyđược đưa qua bộ lọc và làm mát giúp giảm nhiệt độ từ khoảng 600°C xuống dưới80°C trước khi đưa ra túi khí Bộ thổi khí 2 giai đoạn có khả năng tạo lượng khí tùythuộc vào mức độ nghiêm trọng của tai nạn Tính năng này làm giảm khả năng gâythương tích do lực bung của túi khí

 Cấu tạo:

a Hệ thống bơm khí một giai đoạn cho người lái:

Nhiệt độ tăng cao từ ngòi nổ khi được kích hoạt ngay lập tức đốt cháy chấtmồi lửa và lan sang các hạt tạo khí (NaN3) tạo ra một lượng lớn khí Nitơ Sau đó,túi khí với áp lực lớn của khí giãn nở làm xé rách lớp ngoài của vô lăng và tiếp tụcbung ra ngoài Cơ cấu thổi khí này là cơ cấu một giai đoạn, toàn bộ lượng khí đượctạo ra một lần và đưa vào túi khí Điện trở của ngòi nổ của túi khí trên vô lăng vàokhoảng 1,5 – 5Ω tùy thuộc vào mỗi loại xe Dòng điện đi qua ngòi nổ để kích hoạttúi khí có cường độ từ 1A đến 3A trong thời gian khoảng 2ms để đốt chất mồi lửa

và hạt tạo khí

- Vd: Trên xe Ssang Yong Actyon Sports 2.2 Diesel Ute là 2 ±0.3 Ω

Mercedes S300 là 3 ±0.3Ω, Hyundai Sonata là 2 ±0.3 Ω

- Vd: Dòng điện kích hoạt hệ thống trên Hyundai Sonata là 1.2A trongkhoảng thời gian 3ms)

Hình 2.6 Bộ tạo hơi phía người lái một giai đoạn.

b Hệ thống bơm khí hai giai đoạn cho người lái:

Túi khí hai giai đoạn có khả năng tạo khí tùy thuộc vào mức độ của va chạm.Tính năng này làm giảm nguy cơ thương tích do lực tác động của túi khí tới ngườitrên xe Một số dòng xe của hãng FORD, túi khí sẽ kích hoạt giai đoạn đầu tiên khivận tốc va chạm tương ứng là 25 km/h (15 mph) và sẽ kích hoạt cả hai giai đoạn khi

va chạm ở tốc độ trên 30 km/h (19 mph) Lượng khí tạo ra của mỗi giai đoạn sẽkhác nhau ở mỗi dòng xe

- Vd: Lượng khí tạo ra trong hệ thống trên xe Mazda 6 là 60% cho giai đoạnđầu tiên và 40% cho giai đoạn thứ hai Trên một số loại xe du lịch nhỏ là 70% chogiai đoạn đầu tiên và 30% cho giai đoạn thứ hai

Giai đoạn thứ 2 được kích hoạt khoảng 0,01 giây sau giai đoạn đầu tiên Khigiai đoạn đầu được kích hoạt bởi một tín hiệu từ module túi khí trung tâm, ngòi nổđược tích hợp trong bộ phận thổi khí bắt đầu tăng nhiệt và làm cháy chất mồi lửa(kali nitrat, boron) Ngọn lửa được lan từ chất mồi sang chất tạo khí và sản sinh khí

Ignition unit

Gas to

airbag

Gas toairbag

Metal filterSolid propellant

Igniter activatedMetal filter

nitơ qua các phản ứng cháy Khí sau phản ứng được lọc và làm nguội bởi bộ lọckim loại và sau đó đưa tơi túi khí.

Hình 2.7 Bộ tạo hơi phía người lái hai giai đoạn.

Khi giai đoạn thứ hai được kích hoạt bởi một tín hiệu từ mô đun túi khí trungtâm, tính hiệu được truyền tới để kích hoạt ngòi nổ số 2 làm tăng nhiệt và đốt cháychất tạo khí thứ 2 Khí nitơ tạo ra được lọc và làm nguội bởi bộ lọc kim loại và sau

đó đưa ra ngoài túi khí như giai đoạn đầu

c Bộ phận thổi khí một giai đoạn vị trí hành khách:

Túi khí hành khách phía trước được gắn trong bảng điều khiển, đằng sau tấmchắn của nội thất Nó có thể là túi khí một hoặc hai giai đoạn Túi khí hành kháchthể tích xấp xỉ 100 đến 110 lít và được bơm căng trong vòng 50 đến 80 ms Khí nénđược chứa trong một ống đựng có áp suất xấp xỉ 255 kg/cm² là một hỗn hợp gồm

nổ có cường độ từ 1A đến 3A trong vòng khoảng 2 ms để đốt chất mồi lửa và hạttạo khí.

- Vd: Hyundai Sonata là 1.2A trong khoảng thời gian 2ms.

Hình 2.8 Bộ tạo hơi phía hành khách một giai đoạn.

Khi tăng áp suất do việc đốt cháy chất tạo khí, nó phá vỡ tấm chặn giữa cácchất tạo khí và khí trơ Do đó, các khí trơ nở ra khi tiếp xúc với nhiệt làm phồng túikhí sau khi đi qua lọc và làm mát Điện trở của ngòi nổ trong thiết bị thổi khí hànhkhách khoảng 1- 3.8Ω tùy thuộc vào từng loại xe

- Vd: Trên xe Actyon Sports 2.2 Diesel Ute là 2 ±0.3Ω, Hyundai SONATA là

2 ±0.4Ω…

d Bộ thổi khí 2 giai đoạn vị trí hành khách:

Lượng khí trơ trong bình được nén đến khoảng 400 kg/cm², là hỗn hợp gồm khoảng 95% argon và 5% heli

Propellant charge IPriming charge I

Propellant charge IIPriming charge II

Hình 2.9 Bộ tạo hơi phía hành khách hai giai đoạn.

Khi được kích hoạt, ngòi nổ 1 đốt cháy lượng chất mồi lửa và chất tạo khí Ápsuất tăng đến ngưỡng làm phá vỡ đĩa 1 Lượng khí trơ nở ra khi tiếp xúc nhiệt vàthổi vào túi khí khi đã qua bộ lọc Sau một khoảng thời gian xác định (khoảng 10ms), module túi khí trung tâm kích hoạt bộ phận đánh lửa số 2 Một phần khí còn lại

từ bình khí được đẩy qua bộ lọc và vào túi khí

e Bộ tạo khí túi khí bên:

Bộ điều khiển túi khí trung tâm kích hoạt thiết bị tạo khí túi khí bên Nhiệt tạo

ra lần lượt đốt cháy chất mồi lửa và nhiên liệu tạo khí Khí tạo ra được làm sạchbằng bộ lọc kim loại và làm mát, sau đó đươc đưa ra làm phồng túi khí khoảng 20

ms từ khi kích hoạt Điện trở trong ngòi nổ của thiết bị thổi khí hành khách khoảng1- 3.5Ω tùy thuộc vào từng loại xe Dòng điện kích hoạt đi qua ngòi nổ có cường độ

từ 1A đến 3A trong vòng khoảng 2 ms để đốt chất mồi lửa và hạt tạo khí

Igniter I

Burst disc Coil spring

Priming charge I

Filtercharge I

Igniter II

spring

Propellantcharge I

Filter

Hình 2.10 Bộ phận tạo hơi của túi khí bên.

- Vd: Trên xe Actyon Sports 2.2 Diesel Ute là 2 ±0.3Ω, Hyundai SONATA là

2 ±0.3Ω…dòng điện kích hoạt hệ thống Hyundai Sonata là 1.75A trong 2ms

f Bộ thổi khí túi khí bên phía trên:

Khí trơ được nén lại có áp suất lên đến khoảng 245 kg/cm² với hỗn hợp khígồm 97% argon và 3% heli Bộ phận đánh lửa được kích hoạt bởi bộ điều khiển túikhí trung tâm Chất tạo khí sẽ bị đốt cháy tạo ra áp suất làm vỡ đĩa 1 Khí trơ nở rabên trong bình do tiếp xúc nhiệt làm vỡ đĩa 2 Hỗn hợp khí được đi qua bộ lọc vàvào túi khí Điện trở trong ngòi nổ của thiết bị thổi khí hành khách khoảng 1- 3.5Ωtùy thuộc vào từng loại xe Dòng điện kích hoạt đi qua ngòi nổ có cường độ từ 1Ađến 3A trong vòng khoảng 2 ms để đốt chất mồi lửa và hạt tạo khí

- Vd: Trên xe Actyon Sports 2.2 Diesel Ute là 2 ±0.3Ω, Hyundai sonata là 2

±0.2Ω Dòng điện kích hoạt trên Hyundai Sonata là 1.2A trong khoảng 2ms

Hình 2.11 Bộ phận tạo hơi của túi khí rèm.

Filter

2.2.1.3 Cảm biến túi khí

 Chức năng – Cấu tạo.

Hình 2.12 Các cảm biến túi khí cơ bản.

1: Front airbag crash sensor for driver

2: Front airbag crash sensor for passenger

3: Front side airbag crash sensor on passenger

4: Rear side airbag crash sensor on passenger

5: Rear side airbag crash sensor on driver

6: Front side airbag crash sensor on driver

a Cảm biến gia tốc MEMS (Microelectromechanical systems).

Cảm biến gia tốc MEMS đầu tiên được thiết kế vào năm 1979 tại đại họcStanford Trong những năm 1990, cảm biến gia tốc MEMS đã tạo ra cuộc cáchmạng trong ngành công nghiệp ô tô và hệ thống túi khí Cảm biến gia tốc MEMSđược làm từ vật liệu silicon, silic, polymer, thủy tinh, thạch anh hoặc thậm chí làkim loại

- C0: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara [F]

- ε: Hằng số điện môi của lớp cách điện (không khí ε = 1,000 594))

- ε0: Hằng số điện thẩm

- d: là chiều dày của lớp cách điện, đơn vị m

- A: là diện tích bản cực của tụ điện, đơn vị m2

- ε A = ε0 ε A

Sự thay đổi trong bất kỳ tham số nào ở trên sẽ dẫn đến sự thay đổi của điệndung Cảm biến gia tốc MEMS bao gồm một khối lượng di chuyển với các tấmđược gắn qua hệ thống treo cơ học Các bảng cực trong di chuyển và các bảng cựcngoài cố định giống như các tụ điện Khi có sự thay đổi gia tốc thì độ lệch của 2khối lượng này cũng bằng sự thay đổi của điện dung Điện dung C1 và C2 bằngnhau vì x1 = x2 trong trường hợp không có tác động gia tốc:

(2)

Nếu gia tốc thay đổi, giá trị điện dung là:

(6)

Hình 2.13 Cảm biến gia tốc MEMS.

Giải phương trình (2) và (5) điện áp đầu ra là:

(7)

Vị trí và thông số của các cảm biến gia tốc trên xe:

Cảm biến gia tốc được lắp ở phía trước và bên thân xe giúp phát hiện va chạmmặt trước cũng như va chạm bên của xe Các tín hiệu được đánh giá bằng sự thayđổi gia tốc theo chiều dọc và ngang, sau đó được gửi về và tính toán trong ACU(Airbag Control Unit) Cảm biến gia tốc phía trước phát hiện cả việc giảm tốc vàtăng tốc (giảm tốc cho thấy va chạm phía trước và tăng tốc cho thấy va chạm từphía sau) Phía va chạm được phát hiện thông qua các tín hiệu cảm biến từ phía đóbáo về Cảm biến gia tốc phía trước và bên được cung cấp điện áp bởi module túikhí trung tâm là 5V với cường độ dòng điện 40 mA, dữ liệu được truyền qua kết nốihai dây Hầu hết trên các xe ô tô hiện nay, túi khí sẽ được kích hoạt khi va chạm xảy

ra với gia tốc thay đổi khoảng 20 m/s2 (2g) Nó tương đương với việc va chạm vàomột bức tường ở 25 đến 30 km/h hoặc va chạm vào một chiếc xe khác đang dichuyển với tốc độ khoảng 40 km/h Tốc độ này còn tùy thuộc vào từng loại xe khácnhau

Hình 2.14 Biểu đồ điện áp đầu ra của cảm biến gia tốc MEMS.

5Vohh

0.50.5Vol

2.5

-24.5

Output (V)

0 -49 -24.5 0 24.5 49 Acceleration (m/s2)40.8 mV (m/s2)

Hình 2.15 Cảm biến gia tốc phía trước (a) và bên hông (b).

Cảm biến gia tốc phía trước phát hiện sự thay đổi gia tốc theo chiều dọc vớiphạm vi hoạt động ± 240g, với dãy điện áp hoạt động 5,6 đến 16 V (tùy thuộc vàothiết kế) và phạm vi nhiệt độ hoạt động là -40 đến 120 ° C Cảm biến phía bên pháthiện sự thay đổi gia tốc theo chiều dọc lẫn chiều ngang với phạm vi hoạt động ±60g và ± 120g, với dảy điện áp hoạt động 5,6 đến 16 V (tùy thuộc vào thiết kế) vàphạm vi nhiệt độ hoạt động là -40 đến 105 ° C Các module được tích hợp trongcảm biến nhằm chuyển từ tín hiệu tương tự (Analog) sang tín hiêu số (Digital) khi

có va chạm xảy ra và sau đó truyền về ACU (Airbag Control Unit) để xử lý

b Cảm biến áp suất bên cửa (MEMS).

Hình 2.16 Cảm biến áp suất MEMS.

Aluminum wire: Dây nhôm

Bonding-Pad: Điểm liên kết

Contact: Kết nối điện trở

Một màng áp suất (vòng tròn màu xanh) là một đĩa mỏng, được làm từ mộttấm polysilicon Nó bị biến dạng bởi sự khác nhau của áp suất phần trên và dưới.Các bộ phận cổ tròn (phần màu xanh lá cây) được bố trí trên bốn điểm của lớpmỏng này Áp lực được đo (mũi tên màu hồng) đẩy đáy màng đi lên Độ lệch củamàng ngăn làm thay đổi giá trị của điện trở trên bề mặt trên của màng

Nguyên lý: Giá trị điện trở thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp đầu ra Khi áplực tác dụng vào màng thì điện trở sẽ có sự thay đổi dựa vào hiệu ứng áp điện trở.Hiệu ứng áp điện trở là hiện tượng thay đổi điện trở của vật liệu tinh thể dưới tácdụng của ứng suất cơ Nguyên nhân đó là đặc tính dị hướng trong không gian tinhthể Một chất bán dẫn khi thay đổi cấu trúc từ một sự uốn cong sẽ làm thay đổi điệntrở suất của chúng Khi có áp suất tác dụng làm màng bị uốn cong dẫn đến sự uốncong của các chất bán dẫn đặt trên màng làm thay đổi điện trở của chúng đồng thờithay đổi điện áp đầu ra

(1)R1234: các giá trị điện trở trên màng, Vo: Điện áp đầu ra, Vin: điện áp đầu vào

Hình 2.17 Mạch điện cảm biến áp suất.

Các thông số kỹ thuật: Dãy điện áp đầu vào: 4.5 đến 14 V

Phạm vi áp suất xung quanh: 0.5 đến 1.5 kg/cm2

 Cảm biến áp suất bên trong cửa:

Hình 2.18 Cảm biến áp suất bên trong cửa.

Bộ cảm biến túi khí bên trong cửa được lắp đặt trong bảng điều khiển bêntrong cửa phía trước Cảm biến túi khí bên trong cửa hỗ trợ phát hiện va chạm mặtbên trái và phải sớm hơn Các tín hiệu được tính toán trong module túi khí trungtâm

Bộ cảm biến túi khí bên trong cửa là một cảm biến áp suất Nếu bề mặt ngoàicủa cửa được nhấn vào bên trong do va chạm, thể tích bên trong cửa sẽ giảm kíchthước đồng nghĩa làm tăng áp lực phía trong cửa Sự gia tăng áp suất này được pháthiện bởi cảm biến áp suất Tín hiệu từ việc thay đổi áp suất do va chạm được pháthiện nhanh hơn so với việc thay đổi gia tốc, vì vậy cảm biến áp suất được sử dụng

để hổ trợ thêm thông tin va chạm cùng với cảm biến gia tốc Dữ liệu được truyền về

và tính toán trong module túi khí trung tâm

c Cảm biến vị trí ghế ngồi:

Ghế người lái và hành khách trên của dòng xe của Toyota, Audi, BMW…được trang bị cảm biến vị trí ghế ngồi loại Hall Dựa vào tín hiệu báo về của cảmbiến, ACU (Airbag control unit) có thể xác định được vị trí ghế ngồi để điều chỉnhthời điểm căng đai và các giai đoạn bung túi khí phía trước một cách hợp lý nhất.Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từtrường vuông góc lên một bảng làm bằng kim loại hay chất bán dẫn đang có dòng

điện chạy qua Hiệu điện thế (hiệu điện thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diện củathanh Hall.

Hình 2.19 Hiệu ứng Hall.

Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi đặt một từtrường vuông góc lên một bảng làm bằng kim loại hay chất bán dẫn (thanh Hall)đang có dòng điện chạy qua Lúc đó người ta nhận được hiệu điện thế (hiệu thếHall) sinh ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall Công thức liên hệ giữa hiệu thếHall, dòng điện và từ trường là:

Với VH là hiệu thế Hall, I là cường độ dòng điện, B là cường độ từtrường, d là độ dày của thanh Hall, e là điện tích của hạt mang điện chuyển độngtrong thanh Hall, và n mật độ các hạt này trong thanh Hall

Độ phân giải cao hơn có thể được yêu cầu để xác định chính xác vị trí chỗngồi Tạo ra một giá trị điện áp tỉ lệ với độ lớn của từ trường đi qua cảm bến Hall.Điện áp đầu ra của cảm biến Hall 5 V tùy thuộc vào mỗi thiết kế của mỗi hãng xekhác nhau Trên các dòng xe của Audi, ACU sẽ lấy tín hiệu từ cường độ dòng điện

đi qua cảm biến Hall là 5-7 mA cho vị trí ghế dịch về phía sau và 12 – 17 mA cho

vị trí ghế phía trước

Hình 2.20 Cảm biến vị trí ghê ngồi Hall.

Vị tríghế

Đầu ra cbHall 1

Đầu ra cbHall 2

Tùy thuộc vào tín hiệu cảm biến vị trí ghế ngồi, ACU (Airbag Control Unit) sẽgửi tín hiệu kích hoạt túi khí và dây căng đai sớm hơn, đồng thời chỉ hoạt động giaiđoạn đầu tiên của túi khí khi vị trí ghế ngồi gần cabin và vô lăng hơn (khi ghế ở vịtrí số 1,2 hoặc 3 tùy thuộc vào loại xe) đê hệ thống có thể hoạt động tối ưu nhất

d Cảm biến phân loại người ngồi OCS (Occupant Classification Sensor).

Hệ thống được thiết kế để có thể phân biệt được một đứa trẻ đang ngồi trên

ghế hay chỉ là một vật có trọng lượng tương đương, từ đó quyết định chế độ túi khí

phù hợp Các biến trở được kết nối với các dây dẫn theo một vị trí riêng lẻ Khi có

tải trọng từ người ngồi tác dụng lên các biến trở làm giá trị điện trở này thay đổi

FSP (Force Sensitive Resistor): Điện trở

Electrode: Điện cực

Hình 2.21 Cảm biến OC3 (Occupant Classification Sensor).

Bằng phân tích các giá trị điện trở này thì hệ thống có thể xác định được bề

mặt tiếp xúc giữa người ngồi và mặt ghế, từ đó xác định được là người lớn hay trẻ

em đang ngồi ghế hành khách từ đó điều khiển hệ thống túi khí hợp lý nhất Tùy

thuộc vào từng loại xe, các giá trị điện trở dùng để đánh giá là khác nhau

Hình 2.22 Giá trị thay đổi điện trở.

-Vd: Trên các dòng xe du lịch của HYUNDAI giá trị điện trở thay đổi trong

hệ thống là: Điện trở ≤ 50 KΩ, trọng lượng hành khách >15 kg túi khí phía hành

Pressure

10000 100000

1

1000 100 10

100001000

100

Pressure (mBar)10

Resistance (Kohm)

khách và túi khí bên sẽ được kích hoạt Điện trở ≥ 50 KΩ, trọng lượng hành khách

< 15 kg túi khí hành khách và túi khí bên sẽ được tắt

- Trên Audi Q7 điện trở cảm biến phân loại người ngồi trên 430 Ω túi khí hànhkhách sẽ không được kích hoạt Điện trở cảm biến phân loại người ngồi dưới 140 Ωtúi khí hành khách sẽ được kích hoạt Honda CR-V: Túi khí ghế hành khách sẽ hoạtđộng khi có khối lượng tác động lên cảm biến OCS là lớn hơn 29kg ChevroletCamaro: Túi khí ghế hành khách sẽ hoạt động khi có khối lượng tác động lên cảmbiến OCS là lớn hơn 20kg

Hình 2.23 Sơ đồ kích hoạt túi khí ghế hành khách.

Nếu phát hiện có người ngồi trên ghế hành khách, hệ thống sẽ kích hoạt các cơcấu tương ứng như túi khí phía trước bên hành khách, túi khí bên, bộ căng đai antoàn và bộ căng đai an toàn qua hông Khi trên ghế hành khách là một trẻ em hoặc

là một ghế trống, đèn báo tắt túi khí ghế hành khách PAD (Passenger air bagdeactivation) sẽ sáng lên

e Cảm biến con quay hồi chuyển (Tích hợp trong Airbag control unit).

ACU

Chức năng: Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) đo tốc độ góc, nó chobiết độ quay trên mỗi đơn vị thời gian.

Hình 2.24 Chức năng của cảm biến con quay hồi chuyển.

Cảm biến con quay hồi chuyển có tính ứng dụng rộng rãi, chúng được sử dụngtrong hệ thống cân bằng điện tử ESP (Electronic Stability Program) đồng thời đượckết hợp cùng với hệ thống túi khí an toàn Nó thu thập và đánh giá về tình trạng lưuthông của xe, xem xét khả năng xe bị lật khi di chuyển trên tình huống phức tạphoặc khi va chạm từ đó gửi tín hiệu về ACU (Airbag Control Unit) Sau khi tínhtoán, module túi khí trung tâm ra quyết định có nên kích hoạt túi khí bên và túi khíbên phía trên hay không Hình sau mô tả một phần tử cảm biến con quay hồichuyển Cảm biến được thiết kế sao cho có đối xứng với trọng tâm, và trung tâm làmột điểm cố định Mặt khác, các yếu tố cũng được thiết kế với một hình dạng đốixứng Khi xe lật tín hiệu được báo về ACU (Airbag Control Unit), sẽ kích hoạt túikhí bên và túi khí bên phía trên giúp bảo vệ người trên xe khi có tình huống lật xexảy ra

Hình 2.25 Nguyên lý của cảm biến con quay hồi chuyển.

Trước tiên, khi cung cấp nguồn điện cho cảm biến khoảng 5 ± 0.25V, mộthiệu ứng điện áp ngược sẽ làm cho cánh lái bắt đầu rung Khi chuyển động xoay

Roll

Driver Sensing

trên mặt phẳng khi xe bị lật, lực Coriolis tác dụng vuông góc với độ rung động củacánh lái Lực Coriolis tạo ra rung động uốn cánh cảm biến (sensing arm) Biên độ tỷ

lệ với tốc độ góc và các tín hiệu điện tương ứng được tạo ra, do có hiệu ứng điện ápthuận

Hiệu ứng điện áp thuận: Nếu ta tác động một lực cơ học, hay nói một cáchkhác là khi nén hoặc kéo giãn một số tinh thể (bằng gốm) theo những phương khácnhau thì trên các mặt giới hạn của tinh thể đó xuất hiện những điện tích trái dấu và

do đó có một hiệu điện thế giữa hai bề mặt

Hiệu ứng điện áp nghịch: Nếu ta đặt lên tinh thể (bằng gốm) một hiệu điện thếthì tinh thể gốm đó sẽ giãn ra hay nén lại và nếu như ta đặt lên tinh thể gốm mộthiệu điện thế xoay chiều thì tinh thể gốm sẽ nén giãn liên tiếp và dao động

Hiệu ứng Coriolis là hiệu ứng xảy ra trong các hệ quy chiếu quay so với các

hệ quy chiếu quán tính Nó được thể hiện qua hiện tượng lệch quỹ đạo của nhữngvật chuyển động trong hệ quy chiếu này Sự lệch quỹ đạo do một loại lực quán tínhgây ra, gọi là lực Coriolis

Hình 2.26 Điện áp đầu ra của cảm biến con quay hồi chuyển.

2.2.1.4 Airbag Control Unit (ACU)

Chức năng:

ACU (Airbag Control Unit) có nhiệm vụ đo sự thay đổi gia tốc của xe và đánhgiá mức độ nghiêm trọng của vụ va chạm để đưa ra quyết định kích hoạt hệ thốngtúi khí Hệ thống túi khí không chỉ có các cảm biến va chạm quanh xe mà còn cócảm biến tích hợp bên trong ACU điều khiển Tất cả những cảm biến này đều kếtnối tới bộ điều khiển túi khí ACU Khi tính toán thời điểm triển khai hoạt động củatúi khí, ACU bắt đầu gửi tín hiệu để thổi phồng các túi khí (khoảng 10ms tùy từng

hệ thống) Trong một tai nạn với mức độ nghiêm trọng thấp hoặc xảy ra cục bộ thìchỉ có những túi khí ở những vị trí liên quan đến vụ va chạm sẽ được kích hoạt

Hình 2.27 Cấu hình ACU (Airbag Control Unit) của HYUNDAI

- DC/DC converter (power supply): Bộ chuyển đổi DC / DC trong bộ cấp nguồnchuyển đổi điện áp đầu vào hoạt động Vcc cho ACU là 5V , và cung cấp điện áphoạt động cho việc kích hoạt túi khí

- One- chip accelerometer: Cảm biến gia tốc được tích hợp trong module túi khíACU , cảm biến này dùng để vận hành túi khí phía trước cả bên hành khách vàngười lái, túi khí bên phía trên, và bộ phận căng đai an toàn Cảm biến gia tốc này

cảm nhận mọi thay đổi về giảm tốc cả chiều dọc và chiều ngang sau đó cung cấpcho bộ điều khiển vi mô để tiến hành các thuật toán điều khiển túi khí Nếu giá trịthay đổi gia tốc này phù hợp với các giá trị từ cảm biến xung quanh xe và vượtngưỡng an toàn (a ≥ 20m/s2) thì hệ thống túi khí sẽ được kích hoạt

- Safety sensor: Cảm biến an toàn nằm trong mạch kích hoạt của túi khí Bộcảm biến an toàn sẽ được kích hoạt để triển khai túi khí phía trước hành khách vàngười lái Cảm biến an toàn là một công tắc cơ điện để đóng mạch

- Backup firing path: ACU túi khí có nguồn điện dự phòng riêng, cung cấp nănglượng triển khai ngay lập tức trong điều kiện điện áp xuống thấp hoặc khi mất điện

do tai nạn trong 150ms

- Warning lamp: Khi phát hiện lỗi, module sẽ truyền tín hiệu sang đèn báo lỗi

hệ thống túi khí đặt tại bảng điều khiển

- Sensor: ACU nhận các tín hiệu từ các cảm biến của hệ thống để xử lý

- Diagnostic interface: Dữ liệu được lưu trữ trong bộ nhớ ACU sẽ được đưa racác thiết bị chẩn đoán thông qua đầu nối nằm dưới đệm tai nạn của người lái xe

2.2.1.5 Bộ căng dây đai và khóa gài dây đai an toàn

a Bộ căng dây đai an toàn

 Chức năng – Cấu tạo

 Chức năng:

Dây đai an toàn là một thiết bị được sử dụng để giữ hành khách trong chỗ ngồingay trước và đầu vụ va chạm, đặc biệt là va chạm mặt trước và sau Sau đó chophép hành khách tiếp xúc với túi khí một cách có kiểm soát Dây đai an toàn khôngthể bảo vệ tuyệt đối, vẫn còn một khoảng không gian nhỏ giữa dây đai với hànhkhách Khi va chạm mặt trước xảy ra, thân của hành khách sẽ di chuyển nhanh vềphía trước và va chạm mạnh vào túi khí với quán tính theo chiều ngược lại gâynguy hiểm cho hành khách Dây đai an toàn được cải tiến bằng cách thắt chặt lạingay khi va chạm xảy ra Trong các va chạm không kích hoạt túi khí, người lái vàhành khách vẫn được bảo vệ tránh các chấn thương nghiêm trọng bằng hệ thống dâyđai an toàn

 Cấu tạo:

Bộ làm căng dây đai an toàn cơ bản:

Hình 2.28 Bộ phận căng dây đai an toàn.

Thiết bị căng đai an toàn giúp rút ngắn dây đai an toàn trong trường hợp tainạn phía trước Hệ thống được kích hoạt sau khi có tín hiệu va chạm khoảng 0,003s

Cơ cấu có thể rút dây đai an toàn lại lên đến 130mm trong một vài mili giây Cơ cấucăng đai được tích hợp vào bộ phận dây đai an toàn và có thể được lắp đặt ở các vịtrí khác nhau

Trong một vụ tai nạn (Khi tốc độ xe khoảng 30km/h), bộ phận tạo hơi đượckích hoạt bởi module túi khí trung tâm với điện áp khoảng 12V Ngòi nổ (2-3Ω) tỏanhiệt và làm cháy chất tạo khí và một áp lực được tạo ra đẩy các viên bi di chuyểntrong cơ cấu Các viên bi này tác động đến bánh răng căng đai làm nó di chuyểntheo chiều di chuyển của các viên bi Từ đó rút ngắn dây đai an toàn lại trong vàimili giây Các viên bi được rơi vào một túi để giữ lại

Ngoài ra, bộ căng dây đai an toàn được thiết kế theo nhiều cơ cấu khác nhau như cơ cấu thanh răng (Audi, Mercedes-Benz), cơ cấu piston quay (Volkswagen…).Nhìn chung, nó đều theo nguyên lý đốt chất tạo khí để tạo lực đẩy như cơ cấu căng dây đai an toàn kiểu vòng bi

Hình 2.29 Cơ cấu căng dây đai bằng thanh răng và piston quay.

Ngoài ra, cơ cấu căng dây đai còn có một bộ phận để giới hạn lực, tránh gây thương tích khi lực căng quá giới hạn

Hình 2.30 Cơ cấu giới hạn lực.

Một thanh xoắn được thiết kế trong cơ cấu căng dây đai an toàn, nó sẽ bị biếndạng khi lực căng dây đai đạt 500kg/cm2 trở lên (Tùy từng thiết kế) Khi lực căngdây đai <500kg/cm2 dây đai tiếp tục được rút ngắn Khi lực căng dây đai =500kg/cm2 thanh xoắn bị biến dạng không cho dây đai rút ngắn thêm nữa tránh gâythương tích cho hành khách

Sau va chạm 0.003s, khi tốc độ xe giảm đột ngột do va chạm, dây đai an toàn

sẽ bị khóa cứng làm cho hành khách không di chuyển về phía trước (Tính năngkhóa dây đai này cũng sẽ đi vào hoạt động khi xe phanh) Sau 0.012 s tiếp theoACU (Airbag Control Unit) sẽ xử lý tín hiệu từ các cảm biến và chẩn đoán mức độnghiêm trọng của va chạm Sau khoảng 0.02s bộ căng đai sẽ hoạt động nếu tín hiệucho thấy xảy ra va chạm Ngòi nổ được kích hoạt và dây đai được rút ngắn (khoảng130mm tùy loại), nhờ đó loại bỏ được độ chùng của dây đai và khoảng hở giữa dâyđai và người ngồi Bộ phận giới hạn tải sẽ hoạt động khi lực căng dây đai >500kg/cm2 tránh gây tổn thương cho người ngồi trên xe

b.Khóa gài dây đai an toàn.

Hình 2.31 Khóa cài dây đai.

Ngoài ra, trên bộ phận căng đai còn có một công tắc khóa dây đai an toàn, xácđịnh người ngồi trên xe đã đeo dây an toàn hay chưa nhằm gửi tín hiệu đến đèn báodây đai trên taplo Đèn báo này sẽ nhấp nháy 6s nếu vị trí người ngồi không thắtdây đai an toàn khi xe đạt tốc độ lên trên 5km/h

Switch (normal close

=unbuck)

Hình 2.32 Công tắc khóa đai an toàn.

Cơ cấu này nhằm thay đổi giá trị điện trở khi gài hoặc không gài dây đai antoàn và sau đó báo về ACU (Airbag Control Unit) để xử lý tín hiệu

Khi cài dây đai an toàn, điện trở sẽ là 4 ± 10% (Hyundai Sonata) kΩ và không càidây đai an toàn là 1 ± 10% kΩ (Hyundai Sonata) tùy từng thiết kế

c.Cảm biến lực dây đai.

Hình 2.33 Cảm biến lực căng dây đai

Cảm biến được tích hợp ở ghế hành khách phía trước, nó có một cảm biếnHall được đặt giữa 2 nam châm I và II Khoảng cách giữa cảm biến Hall và namchâm I, II thay đổi khi lực căng dây đai bị thay đổi Lực căng càng lớn thì khoảngcách giữa cảm biến hall và nam châm 1 càng gần Khoảng cách giữa các nam châm

và cảm biến Hall thay đổi thì điện áp cảm biến sẽ thay đổi Lực căng của dây đai cóthể quyết định đến khả năng kích hoạt túi khí phía trước cho hành khách Nếu lựccăng đai quá lớn, có thể là hàng hóa đang được buộc lại bằng dây đai an toàn, nêntúi khí có thể sẽ không được kích hoạt

d.Bộ phận căng dây đai an toàn qua hông.

Hình 2.34 Bộ phận căng dây đai an toàn qua hông.

Bộ căng đai này tự động kéo dây đai an toàn khi có va chạm mặt trước đểgiảm sự di chuyển về phía trước của người trên xe Khi va chạm, bộ thổi khí sẽđược kích hoạt từ tín hiệu ACU (Airbag Control Unit) gửi đến Bằng áp suất khí,piston di chuyển, sau đó dây đai an toàn được kéo vào Các viên bi bị kẹt giữaPiston và thành sẽ không cho piston quay trở lại khi kết thúc quá trình

Hình 2.35 Bộ phận căng dây đai an toàn qua hông.

Front seat belt

Complete retraction of seat beltSeat belt retraction begins

Initial condition

Gas generator

2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống.

2.3.1 Nguyên lý tạo khí:

Hệ thống túi khí phải có khả năng triển khai nhanh chóng, đủ để cứu sốngngười ngồi trên xe trong một vụ va chạm Khi tín hiệu triển khai túi khí được truyềntới bằng module túi khí trung tâm, chất tạo khí natri azua (NaN3) được đốt cháy,phản ứng tạo ra khí nitơ (N2) và nhanh chóng thổi phồng túi khí với tốc độ 70-110(m/s) Quá trình này, từ khi va chạm bắt đầu đến khi túi khí được bung hoàn toànchỉ mất khoảng 40 ms Các chất được sử dụng để tạo ra khí N2 bao gồm hỗn hợpNaN3, KNO3 và SiO2 Khi chiếc xe bị va chạm, một loạt ba phản ứng hóa học bêntrong bộ tạo khí sẽ tạo ra khí nitơ (N2) bằng việc chuyển hóa NaN3 đồng thời biến

nó từ chất độc hại thành chất vô hại Natri azua (NaN3) có thể phân hủy ở 3000C đểtạo ra kim loại natri (Na) và khí nitơ (N2)

Phản ứng 1: 2NaN3  2Na + 3N2Mục đích của KNO3 và SiO2 là loại bỏ kim loại natri dễ phản ứng và khả nănggây nổ cao bằng cách biến đổi nó thành chất vô hại Đầu tiên, natri phản ứng vớikali nitrat (KNO3) để tạo ra kali oxit (K2O), natri oxit (Na2O), và khí N2 bổ sung

Phản ứng 2: 10Na + 2KNO3  K2O + 5Na2O + N2

N2 tạo ra trong phản ứng thứ hai này cũng được đưa vào túi khí Oxit kim loạiphản ứng với silic dioxit (SiO2) trong một phản ứng cuối cùng để tạo ra hạt kiểmsilicat vô hại và không còn khả năng tạo ra phản ứng Các oxit kim loại như Na2O

và K2O rất dể phản ứng và gây ra cháy nổ, vì vậy sẽ không an toàn khi chúng là sảnphẩm cuối cùng

Phản ứng 3: K2O + Na2O + SiO2  Na2K2SiO4 (silicat kiềm)

2.3.2 Nguyên lý kích hoạt hệ thống.

Ở 0,01s đầu tiên sau va chạm, túi khí sẽ bắt đầu được bơm phồng, sau0,04s túi khí được bơm hoàn toàn Nó bắt đầu xả khí qua các lỗ thông sau 0.1s

Hình 2.36 Thời gian hoạt động của hệ thống.

Phát hiện va chạm được thực hiện bằng các cảm biến gia tốc thường được đặt

ở phía trước và phía bên của xe Ngoài ra, một bộ cảm biến gia tốc khác ở moduletúi khí trung tâm ACU (Airbag Control Unit) Các cảm biến gia tốc truyền tín hiệucủa nó tới ACU, việc xử lý thông tin được thực hiện bởi các thuật toán dựa vào cáctín hiệu va chạm của cảm biến gửi về liên quan đến mức độ và hướng của va chạm.Các cảm biến áp suất cũng được sử dụng bên trong cửa để làm tăng thông tin vềmột vụ va chạm bên, thông qua việc cửa bị ép vào làm tăng áp suất bên trong cửa,giá trị này cũng đươc cảm biến sáp suất gửi về ACU để tính toán và đưa ra quyếtđịnh Trong một vụ va chạm, các cảm biến gia tốc xung quanh xe và cảm biến giatốc bên trong ACU sẽ tạo ra một tín hiệu tăng tốc, những tín hiệu được xử lý dựatrên các tiêu chí được lập trình trong ACU Đầu tiên, nếu tín hiệu gia tốc vượt quámột ngưỡng nhất định (khoảng 20m/s2), các thuật toán của quá trình xử lý các tínhiệu bắt đầu Tín hiệu sẽ được gửi đến các túi khí để kích hoạt tại các vị trí tươngứng với va chạm

a Hoạt động của hệ thống trong va chạm mặt trước:

- Khi nhận được tác động từ một vụ va chạm mặt trước hoặc theo một góc,cảm biến va chạm mặt trước (1) và cảm biến va chạm tích hợp vào moduletúi khí trung tâm (2) phát hiện va đập và chuyển đổi thành tín hiệu điện tạimạch xử lý tín hiệu (3)

0.1 seconds deflating begins0.04 seconds airbag is inflated

0.01 seconds inflating begins

- Nếu mức độ tác động vượt quá ngưỡng thiết lập trước đó, module điềukhiển xuất ra tín hiệu vận hành (5) Mỗi module túi khí hoặc dây an toànhoạt động dựa vào tín hiệu điện (6) từ module túi khí.

Hình 2.37 Hoạt động của hệ thống trong va chạm mặt trước.

b Hoạt động của hệ thống trong va chạm bên:

- Khi có sự va chạm bên (1) xảy ra, các cảm biến gia tốc bên và áp suất trongcửa (2) phát hiện va đập và chuyển đổi gia tốc hoặc áp suất thành tín hiệuđiện tại mạch xử lý tín hiệu (3).Cảm biến va chạm cũng được tích hợp vàomodule điều khiển

- Module túi khí trung tâm tính toán mức độ va chạm từ mỗi bộ cảm biếngia tốc hoặc cảm biến áp suất báo về Nếu mức độ tác động tính toán vượtquá ngưỡng thiết lập, module túi khí trung tâm xuất ra tín hiệu triển khai(5) Mỗi module túi khí hoặc dây an toàn hoạt động dựa trên tín hiệu triểnkhai (6) từ module túi khí trung tâm

Hình 2.38 Hoạt động của hệ thống trong va chạm bên.

c Hệ thống hoạt động khi xe bị lật:

- Bộ cảm biến Low-G (1) trong module túi khí trung tâm phát hiện gia tốc xetheo chiều dọc Bộ cảm biến lật xe (1) trong module túi khí trung tâm pháthiện tốc độ góc của xe khi bị lật

- Module túi khí trung tâm tính toán khả năng lật xe qua mạch xử lý (4) Nếumức độ tính toán góc nghiêng của xe vượt quá ngưỡng thiết lập trước, đầu

ra của module túi khí trung tâm (4) là tín hiệu vận triển khai tới module túikhí rèm và cơ cấu căng dây an toàn

- Module túi khí rèm, cơ cấu căng dây an toàn được vận hành dựa trên tínhiệu triển khai (5) từ module túi khí trung tâm

Hình 2.39 Hệ thống hoạt động khi xe bị lật.