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 hở trên túi khí, mục đích là giảm nguy cơ chấn t

1

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 càng được thiết kế nhỏ gọn, độ chính xác cao, an toàn và hiệu quả, vì vậy đã nâng cao được tính năng an toàn, giảm thiểu thiệt hại về người trong các vụ va chạm giao thông Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời làm quen 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

1.2.a Mục tiêu

- Nhằm củng cố và mở rộng kiến thức về các hệ thống an toàn trên ô tô,

đặc biệt là hệ thống túi khí an toàn

- Làm tài liệu tham khảo cho các quá trình tìm hiểu khác

1.2.b Nhiệm vụ

- Tìm hiểu và tổng hợp các tài liệu liên quan đến hệ thống túi khí an toàn trên xe Nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống cùng với giải thích các mạch điện liên quan

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

2

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

3

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 ngừa người trên xe bị va đập khi xảy ra va chạm Với thiết bị của mình, ông nhận bằng sáng 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 mẫu thiết kế tương

tự Sản phẩm của ông Linderer sử dụng hệ thống khí nén được kích hoạt 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 gian chớp nhoáng vấn đề thứ hai là bản thân túi khí cũng là tác nhân gây thương tích cho hành khách Hai vấn

đề trên được giải quyết từ cuối những năm 1960, một kỹ sư cơ khí 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 hở trên túi khí, mục đích là giảm nguy cơ chấn thương do chính túi khí gây ra bằng cách giảm sự căng cứng của túi khí Hệ thống túi khí lần đầu tiên được đưa vào thử nghiệm năm 1973 trên mẫu

xe Chevrolet của General Motors, sản xuất riêng cho chính phủ Mỹ Đến năm 1975

và 1976, GM áp dụng túi khí vào 2 mẫu xe Oldsmobile và Buick dưới hình thức thiết

bị tùy chọn, Cadillac cũng trang bị túi khí cho cả người lái và hành khách vào cùng năm đó Phải mất một thời gian sau thì hệ thống này xuất hiện trên mẫu Ford Tempo

1984, nhưng vẫn là một tính năng tùy chọn mà chưa phải là trang bị tiêu chuẩn Năm

1987, Allen Breed lập ra công ty BREED Technologies để phát triển, hoàn thiện và thương mại hóa phát minh của mình Đến năm 1988, Chrysler trở thành nhà sản xuất

xe hơi đầu tiên đưa túi khí vào làm thiết bị tiêu chẩn cho xe Tuy nhiên phải đến năm

1991, hệ thống túi khí mới 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 sẽ được bơm vào một lượng nitơ lỏng, nó thổi phồng túi khí rất nhanh nhưng sau đó lại co lại do sự thay đổi nhiệt độ đột ngột, cả quá trình này chỉ diễn ra

4

trong vòng 0,02 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 càng cao

Những năm 90 của thế kỷ trước, hệ thống túi khí chỉ đơn thuần là các túi khí bảo vệ phía trước dành cho hành khách và người lái, sau những năm 2000 thì hệ thống túi khí được bổ sung thêm các túi khí bên và túi khí rèm cửa nhằm bảo vệ hành khách tốt hơn Thế hệ túi khí sau những năm 2005 thì phát triển thêm các túi khí 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 hộp module túi khí với tích hợp cảm biến ESP, bảo vệ người đi bộ và khả năng phát hiện người ngồi trên xe để bung túi khí khi cần thiết Từ năm 2013 đến 2015 thì hệ thống túi khí được kết hợp với hệ thống ESP (Electronic Stability Program)

5

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 gian rất 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 chấn thương ở vùng đầu, cổ, ngực của người lái và hành khách khi xe bị va chạm từ phía trước Túi khí bên và túi khí bên phía trên hoạt động khi có va chạm bên thân xe hoặc xe bị lật, làm nhiệm vụ bảo vệ đầu và vai Tuy nhiên, không phải khi trang bị túi khí là người ngồi bên trong xe có thể tránh được nguy hiểm trong trường hợp tai nạn nghiêm trọng

Túi khí chỉ được sử dụng một lần, các cảm biến của hệ thống bao gồm cảm biến gia tốc (Accelerometers Sensor), cảm biết áp suất (Pressure Sensor), cảm biến con quay hồi chuyển (gyroscopes Sensor), cảm biến vị trí ghế (Seat Position sensor), phân loại ghế ngồi (seat occupied recognition sensor) Tất cả những cảm biến này cùng kết nối với bộ điều khiển túi khí ACU (Airbag Control Unit) ACU sẽ tính toán điều khiển hoạt động túi khí Về phương pháp hoạt động, mỗi túi khí được kết 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, khí Hydro, Oxy

và bơm phồng túi khí Lượng khí lớn được nén làm túi khí bung ra khỏi các vị trí lắp đặt với vận tốc 320 km/h, toàn bộ quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian khoảng 0.04s Giai đoạn cuối cùng của túi khí sau khi được kích hoạt là thoát 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 cũng giúp 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 giữa các lớp túi khí khi được xếp lại

6

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 được làm từ những vật liệu tổng hợp như Nylon 6,6, vải tổng hợp…Vật liệu được dùng làm túi khí phải có độ bền cao, chống mài mòn, tính dẻo dai và tính hấp thụ năng lượng cao, các đặc tính lão hóa cũng phải tốt vì thông thường túi khí chỉ phải thay thế sau ít nhất sau 15 năm Nylon 6,6 với các tính chất phù hợp và được áp dụng rộng rãi Nylon 6,6 có mật độ phân tử thấp hơn các vật liệu khác nên khối lượng riêng cũng thấp hơn (khoảng 1,09g/cm3), có thể sản xuất túi khí nhẹ hơn nhằm giảm động 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 ứng hóa học

Passenger airbag

Head airbag

Driver airbag

Side airbag

7

 Cấu tạo:

Hiện nay, hầu hết các mẫu xe ô tô đều được lắp đặt túi khí như một trang bị tiêu chuẩn Các túi khí phía trước cho người lái và hành khách (loại 1 giai đoạn hoặc 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 tích khoảng 45 lít (MAZDA, KIA ), 45-64 lít (BMW) Túi khí phía trước dành cho hành khách thường được đặt trên phần bảng điều khiển hoặc phần nội thất phía trước 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 ra nhằm bảo vệ phần đầu, phần ngực và phần phía trước cơ thể của hành khách và người lái Túi khí bung ra và làm vỡ nắp đậy vô lăng hoặc phần nội thất phía trước của hành khách, quá trình từ khi kích hoạt module đến túi khí được triển khai hoàn toàn mất khoảng 40-

50 ms đối với túi khí bên người lái và khoảng 50-80 ms đối với túi khí bên hành khách

Driver airbag

Passenger airbag

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 và bên, túi khí bên phía trên sẽ tiếp tục thổi phồng lâu hơn sau khi được kích hoạt Túi khí này có thể tích khoảng 12-19 lít, với thời gian kích hoạt hoàn toàn từ 15-30 ms tùy mỗi loại xe

Passenger side airbag Rear side airbag

Driver side

9

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 hạn chế chấn thương ở chân của người lái và cả hành khách khi có va chạm từ phía trước xảy

ra

Passenger side head airbag

Knee airbag

10

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 trung tâm ACU (Airbag Control Unit) Sự kích hoạt này đốt cháy các chất hóa học như natri azua (NaN3), kali nitrat (KNO3), silic dioxit (SiO2) và tạo ra khí nitơ Khí này

được đưa qua bộ lọc và làm mát giúp giảm nhiệt độ từ khoảng 600°C xuống dưới 80°C trước khi đưa ra túi khí Bộ thổi khí 2 giai đoạn có khả năng tạo lượng khí tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của tai nạn Tính năng này làm giảm khả năng gây thương 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 chất mồi 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 tục bung ra ngoài Cơ cấu thổi khí này là cơ cấu một giai đoạn, toàn bộ lượng khí được tạo ra một lần và đưa vào túi khí Điện trở của ngòi nổ của túi khí trên vô lăng vào khoảng 1,5 – 5Ω tùy thuộc vào mỗi loại xe Dòng điện đi qua ngòi nổ để kích hoạt túi 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 trong khoảng thời gian 3ms)

11

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 người trên xe Một số dòng xe của hãng FORD, túi khí sẽ kích hoạt giai đoạn đầu tiên khi vận 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 sẽ khác nhau ở mỗi dòng xe

- Vd: Lượng khí tạo ra trong hệ thống trên xe Mazda 6 là 60% cho giai đoạn đầu tiên và 40% cho giai đoạn thứ hai Trên một số loại xe du lịch nhỏ là 70% cho giai 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 Khi giai đoạn đầu được kích hoạt bởi một tín hiệu từ module túi khí trung tâm, ngòi nổ được 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 nitơ

Igniter activated

12

qua các phản ứng cháy Khí sau phản ứng được lọc và làm nguội bởi bộ lọc kim 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 trung tâm, tính hiệu được truyền tới để kích hoạt ngòi nổ số 2 làm tăng nhiệt và đốt cháy chất 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 tấm chắn của nội thất Nó có thể là túi khí một hoặc hai giai đoạn Túi khí hành khách thể tích xấp xỉ 100 đến 110 lít và được bơm căng trong vòng 50 đến 80 ms Khí nén được chứa trong một ống đựng có áp suất xấp xỉ 255 kg/cm² là một hỗn hợp gồm khí argon

13

(Khoảng 98%) và khí heli (khoảng 2%) 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

- 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 các chất tạo khí và khí trơ.Do đó, các khí trơ nở ra khi tiếp xúc với nhiệt làm phồng túi khí sau khi đi qua lọc và làm mát Điện trở của ngòi nổ trong thiết bị thổi khí hành khách 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 I

Propellant charge II

Coil spring

14

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 Áp suất tăng đến ngưỡng làm phá vỡ đĩa 1 Lượng khí trơ nở ra khi tiếp xúc nhiệt và thổi vào túi khí khi đã qua bộ lọc Sau một khoảng thời gian xác định (khoảng 10 ms), 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 sạch bằng

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 khoảng 1- 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 II

Igniter I

Priming charge I

Propellant charge I Coil spring Burst disc

15

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 khí gồm 97% argon và 3% heli Bộ phận đánh lửa được kích hoạt bởi bộ điều khiển túi khí trung tâm Chất tạo khí sẽ bị đốt cháy tạo ra áp suất làm vỡ đĩa 1 Khí trơ nở ra bên trong bình do tiếp xúc nhiệt làm vỡ đĩa 2 Hỗn hợp khí được đi qua bộ lọc và vào túi khí Điện trở trong ngòi nổ của thiết bị thổi khí hành khách khoảng 1- 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

- 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

16

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

17

 Cấu tạo:

a Cảm biến gia tốc MEMS (Microelectromechanical systems)

Cảm biến gia tốc MEMS đầu tiên được thiết kế vào năm 1979 tại đại học Stanford Trong những năm 1990, cảm biến gia tốc MEMS đã tạo ra cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp ô tô và hệ thống túi khí Cảm biến gia tốc MEMS được làm

từ vật liệu silicon, silic, polymer, thủy tinh, thạch anh hoặc thậm chí là kim loại Nguyên lý:

Tụ điện có thể hoạt động như cảm biến, chúng có độ nhạy cao và không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường Cảm biến điện dung phụ thuộc vào vật liệu tạo ra nó

và hình dạng của một tụ điện khi nó thay đổi:

- 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 điện dung Cảm biến gia tốc MEMS bao gồm một khối lượng di chuyển với các tấm được gắn qua hệ thống treo cơ học Các bảng cực trong di chuyển và các bảng cực ngoài

cố định giống như các tụ điện Khi có sự thay đổi gia tốc thì độ lệch của 2 khối lượng này cũng bằng sự thay đổi của điện dung Điện dung C1 và C2 bằng nhau vì x1 = x2 trong trường hợp không có tác động gia tốc:

(2)

dễ dàng

(6)

Hình 2.13 Cảm biến gia tốc MEMS

19

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 chạm mặt trước cũng như va chạm bên của xe Các tín hiệu được đánh giá bằng sự thay đổi 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 và tăng tốc (giảm tốc cho thấy va chạm phía trước và tăng tốc cho thấy va chạm từ phía sau) Phía

va chạm được phát hiện thông qua các tín hiệu cảm biến từ phía đó báo về Cảm biến gia tốc phía trước và bên được cung cấp điện áp bởi module túi khí trung là 5V với cường độ dòng điện 40 mA, dữ liệu được truyền qua kết nối hai 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 vào một bức tường ở 25 đến

30 km/h hoặc va chạm vào một chiếc xe khác đang di chuyển với tốc độ khoảng 40 km/h Tốc độ này còn tùy thuộc vào từng loại xe khác nhau

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

0 -24.5 -49

0

2.5

-24.5

0.5 Vol 0.5

Voh

h

5

20

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 với phạm vi hoạt động ± 240g, với dãy điện áp hoạt động 5,6 đến 16 V (tùy thuộc vào thiết kế) và phạm vi nhiệt độ hoạt động là -40 đến 120 ° C Cảm biến phía bên phát hiện 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) và phạm

vi nhiệt độ hoạt động là -40 đến 105 ° C Các module được tích hợp trong cảm 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

21

Piezoresistance: Điện trở

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 một tấm 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 lớp mỏng này Áp lực được đo (mũi tên màu hồng) đẩy đáy màng đi lên Độ lệch của màng ngăn làm thay đổi giá trị của điện trên bề mặt trên của màng

Nguyên lý: Giá trị điện trở thay đổi dẫn đến thay đổi điện áp đầu ra Khi áp lực 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 tác dụng của ứng suất cơ Nguyên nhân đó là đặc tính dị hướng trong không gian tinh thể Một chất bán dẫn khi thay đổi cấu trúc từ một sự uốn cong sẽ làm thay đổi điện trở suất của chúng Khi có áp suất tác dụng làm màng bị uốn cong dẫn đến sự uốn cong của các chất bán dẫn đặt trên màng làm thay đổi điện trở của chúng đồng thời thay 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

22

 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 bên trong cửa phía trước Cảm biến túi khí bên trong cửa hỗ trợ phát hiện va chạm mặt bên trái

và phải sớm hơn Các tín hiệu được tính toán trong module túi khí trung tâm

Bộ cảm biến túi khí bên trong cửa là một cảm biến áp suất Nếu bề mặt ngoài của cửa được nhấn vào bên trong do va chạm, thể tích bên trong cửa sẽ giảm kích thước đồng nghĩa làm tăng áp lực phía trong cửa Sự gia tăng áp suất này được phát hiện bởi cảm biến áp suất Tín hiệu từ việc thay đổi áp suất do va chạm được phát hiện 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 cảm biến, ACU (Airbag control unit) có thể xác định được vị trí ghế ngồi để điều chỉnh thời 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 từ trường 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 của thanh Hall

23

Hình 2.19 Hiệu ứng Hall

Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi đặt một từ trường 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 thế Hall) sinh

ra tại hai mặt đối diện của thanh Hall Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện

và từ trường là:

Với VH là hiệu thế Hall, I là cường độ dòng điện, B là cường độ từ trường, d là

độ dày của thanh Hall, e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong 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 chỗ ngồi 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 xe khác 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

24

Hình 2.20 Cảm biến vị trí ghê ngồi Hall.

Vị trí ghế

Đầu ra cb Hall 1

Đầu ra cb Hall 2

- Vd: Tín hiệu khi có từ trường qua cảm biến Hall là 1 và khi không có từ trường

là 0, ta có vị trí ghế tương ứng với các tín hiệu của các cảm biến Hall trên hình Tùy thuộc vào tín hiệu cảm biến vị trí ghế ngồi, ACU (Airbag Control Unit) sẽ gửi tín hiệu kích hoạt túi khí và dây căng đai sớm hơn, đồng thời chỉ hoạt động giai đoạn đầu tiên của túi khí khi vị trí ghế ngồi gần cabin và vô lăng hơn (khi ghế ở vị trí

số 1,2 hoặc 3 tùy thuộc vào loại xe) đê hệ thống có thể hoạt động tối ưu nhất

25

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 trờ 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

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 cơ cấu tương ứng như túi khí phía trước bên hành khách, túi khí bên, bộ căng đai an toàn

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 bag deactivation)

sẽ sáng lên

27

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

Chức năng: Cảm biến con quay hồi chuyển (Gyroscope) đo tốc độ góc, nó cho biết 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 dụng trong hệ thống cân bằng điện tử ESP (Electronic Stability Program) đồng thời được kết hợp cùng với hệ thống túi khí an toàn Nó thu đánh giá về tình trạng lưu thông của xe, xem xét khả năng xe bị lật khi di chuyển trên tình huống phức tạp hoặc khi

va chạm từ đó gửi tín hiệu về ACU (Airbag Control Unit) Sau khi tính toán, module túi khí trung tâm ra quyết định có nên kích hoạt túi khí bên và túi khí bên phía trên hay không Hình sau mô tả một phần tử cảm biến con quay hồi chuyển Cảm biến được thiết kế sao cho có đối xứng với trọng tâm, và trung tâm là một điểm cố định Mặt khác, các yếu tố cũng được thiết kế với một hình dạng đối xứng Khi xe lật tín hiệu được báo về ACU (Airbag Control Unit), sẽ kích hoạt túi khí bên và túi khí bên phía trên giúp bảo vệ người trên xe khi có tình huống lật xe xảy ra

Hình 2.25 Nguyên lý của cảm biến con quay hồi chuyển

Roll

Sensing

Driver

28

Trước tiên, khi cung cấp nguồn điện cho cảm biến khoảng 5 ± 0.25V, một hiệu ứng điện áp ngược sẽ làm cho cánh lái bắt đầu rung Khi chuyển động xoay trên mặt phẳng khi xe bị lật, lực Coriolis tác dụng vuông góc với độ rung động của cánh 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 áp thuận Hiệu ứng điện áp thuận: Nếu ta tác động một lực cơ học, hay nói một cách khác

là khi nén hoặc kéo giãn một số tinh thể (bằng gốm) theo những phương khác nhau 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 thế thì tinh thể gốm đó sẽ giãn ra hay nén lại và nếu như ta đặt lên tinh thể gốm một hiệu 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 những vật chuyển động trong hệ quy chiếu này Sự lệch quỹ đạo do một loại lực quán tính gây

ra, gọi là lực Coriolis

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

Output Voltage

Angular Rate

(V) 4.5

2.5

0.5

29

2.2.1.4 Airbag Control Unit (ACU)

 Chức năng – Cấu tạo

Chức năng:

ACU (Airbag Control Unit) có nhiệm vụ đo sự thay đổi gia tốc của xe và đánh giá mức độ nghiêm trọng của vụ va chạm để đưa ra quyết định kích hoạt hệ thống túi khí Hệ thống túi khí không chỉ có các cảm biến va chạm quanh xe mà còn có cảm biến tích hợp bên trong ACU điều khiển Tất cả những cảm biến này đều kết nối tới

bộ điều khiển túi khí ACU Khi tính toán thời điểm triển khai hoạt động của túi 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 thì chỉ 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)

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

30

- One- chip accelerometer: Cảm biến gia tốc được tích hợp trong module túi khí ACU , cảm biến này dùng để vận hành túi khí phía trước cả bên hành khách và người 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 cấp cho bộ điều khiển vi mô để tiến hành các thuật toán điều khiển túi khí Nếu giá trị thay đổi gia tốc này phù hợp với các giá trị từ cảm biến xung quanh xe và vượt ngưỡng 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 Bộ cảm biến an toàn sẽ được kích hoạt để triển khai túi khí phía trước hành khách và người 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 năng lượng 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 ra các 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 ngồi ngay trước và đầu vụ va chạm, đặc biệt là va chạm mặt trước và sau Sau đó cho phép hành khách tiếp xúc với túi khí một cách có kiểm soát Dây đai an toàn không thể bảo

vệ tuyệt đối, vẫn còn một khoảng không gian nhỏ giữa dây đai với hành khách Khi

va chạm mặt trước xảy ra, thân của hành khách sẽ di chuyển nhanh về phía trước và

va chạm mạnh vào túi khí với quán tính theo chiều ngược lại gây nguy hiểm cho hành khách Dây đai an toàn được cải tiến bằng cách thắt chặt lại ngay khi va chạm xảy ra

31

Trong các va chạm không kích hoạt túi khí, người lái và hành khách vẫn được bảo vệ tránh các chấn thương nghiêm trọng bằng hệ thống dây đai 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 tai nạn 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 cấu căng đai được tích hợp vào bộ phận dây đai an toàn và có thể được lắp đặt ở các vị trí khác nhau

Trong một vụ tai nạn (Khi tốc độ xe khoảng 30km/h), bộ phận tạo hơi được kích hoạt bởi module túi khí trung tâm với điện áp khoảng 12V Ngòi nổ (2-3Ω) tỏa nhiệt

và làm cháy chất tạo khí và một áp lực được tạo ra đẩy các viên bi di chuyển trong

cơ cấu Các viên bi này tác động đến bánh răng căng đai làm nó di chuyển theo chiều

di chuyển của các viên bi Từ đó rút ngắn dây đai an toàn lại trong vài mili 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

32

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 biến dạng khi lực căng dây đai đạt 500kg/cm2 trở lên (Tùy từng thiết kế) Khi lực căng dây 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 gây thương tích cho hành khách

33

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 năng khóa dây đai này cũng sẽ đi vào hoạt động khi xe phanh) Sau 0.012 s tiếp theo ACU (Airbag Control Unit) sẽ xử lý tín hiệu từ các cảm biến và chẩn đoán mức độ nghiêm trọng của va chạm Sau khoảng 0.02s bộ căng đai sẽ hoạt động nếu tín hiệu cho thấy xảy ra va chạm Ngòi nổ được kích hoạt và dây đai được rút ngắn (khoảng 130mm tùy loại), nhờ đó loại bỏ được độ chùng của dây đai và khoảng hở giữa dây đai 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, xác định người ngồi trên xe đã đeo dây an toàn hay chưa nhằm gửi tín hiệu đến đèn báo dây đai trên taplo Đèn báo này sẽ nhấp nháy 6s nếu vị trí người ngồi không thắt dây đai an toàn khi xe đạt tốc độ lên trên 5km/h

Hình 2.32 Công tắc khóa đai an toàn

Switch (normal close

=unbuck)

34

Cơ cấu này nhằm thay đổi giá trị điện trở khi gài hoặc không gài dây đai an toàn

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 cài dây 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 biến Hall được đặt giữa 2 nam châm I và II Khoảng cách giữa cảm biến Hall và nam châm I,

II thay đổi khi lực căng dây đai bị thay đổi Lực căng càng lớn thì khoảng cách 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 có thể quyết định đến khả năng kích hoạt túi khí phía trước cho hành khách Nếu lực căng đai quá lớn,

có thể là hàng hóa đang được buộc lại bằng dây đai an toàn, nên túi khí có thể sẽ không được kích hoạt

35

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 để giảm

sự di chuyển về phía trước của người trên xe Khi va chạm, bộ thổi khí sẽ được 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 giữa Piston 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

Gas generator

Initial condition Seat belt retraction begins

Complete retraction of seat belt

và SiO2 Khi chiếc xe bị va chạm, một loạt ba phản ứng hóa học bên trong 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 để tạo ra kim loại natri (Na) và khí nitơ (N2)

Phản ứng 1: 2NaN3  2Na + 3N2 Mục đích của KNO3 và SiO2 là loại bỏ kim loại natri dễ phản ứng và khả năng gây nổ cao bằng cách biến đổi nó thành chất vô hại Đầu tiên, natri phản ứng với kali 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 loại phản ứng với silic dioxit (SiO2) trong một phản ứng cuối cùng để tạo ra hạt kiểm silicat 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 sản phẩm cuối cùng

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

37

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, sau 0,04s 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 module túi khí trung tâm ACU (Airbag Control Unit) Các cảm biến gia tốc truyền tín hiệu của

nó tới ACU, việc xử lý thông tin được thực hiện bởi các thuật toán dựa vào các tín 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 về một 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 quyết định Trong một vụ va chạm, các cảm biến gia tốc xung quanh xe và cảm biến gia tốc bên trong ACU sẽ tạo ra một tín hiệu tăng tốc, những tín hiệu được xử lý dựa trên các tiêu chí được lập trình trong ACU Đầu tiên, nếu tín hiệu gia tốc vượt quá một ngưỡng nhất định (khoảng 20m/s2), các thuật toán của quá trình xử lý các tín hiệu bắt đầu Tín hiệu

sẽ được gửi đến các túi khí để kích hoạt tại các vị trí tương ứng 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 module túi khí trung tâm (2) phát hiện va đập và chuyển đổi thành tín hiệu điện tại mạch xử lý tín hiệu (3)

- Nếu mức độ tác động vượt quá ngưỡng thiết lập trước đó, module điều khiển xuất ra tín hiệu vận hành (5) Mỗi module túi khí hoặc dây an toàn hoạt động

0.01 seconds inflating begins 0.04 seconds airbag is inflated 0.1 seconds deflating begins

38

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 trong

cửa (2) phát hiện va đập và chuyển đổi gia tốc hoặc áp suất thành tín hiệu

điện tại mạch xử lý tín hiệu (3).Cảm biến va chạm cũng được tích hợp vào

module điều khiển

- Module túi khí trung tâm tính toán mức độ va chạm từ mỗi bộ cảm biến

gia tốc hoặc cảm biến áp suất báo về Nếu mức độ tác động tính toán vượt

quá 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 triển

khai (6) từ module túi khí trung tâm

39

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 xe theo chiều dọc Bộ cảm biến lật xe (1) trong module túi khí trung tâm phát hiện tốc độ góc của xe khi bị lật

- Module túi khí trung tâm tính toán khả năng lật xe qua mạch xử lý (4) Nếu mức 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 túi khí rèm và cơ cấu căng dây an toàn

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

40 Hình 2.39 Hệ thống hoạt động khi xe bị lật