سنسورهای مورد استفاده در Air bag
سنسورها یکی از مهمترین، دقیقترین و حساس ترین قسمت های سیستم AB می باشند. سنسورهای AB عمدتاً الکترونیکی و برخی الکترومکانیکی هستند. مزیت مهم سنسورهای الکترومکانیکی عدم حساسیت انها به صدای ناشی از تجهیزات برقی خودرو می باشد.
خودروسازان مختلف هر یک برای استفاده از سنسورهای AB روش خاصی دارند. در AB هایی که شرکت تویوتا از ان استفاده می کند سنسورها به سه دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :
A) سنسورهای ججلویی
B) سنسورهای کف
C) سنسورهای ایمنی
از نظر موقعیت مکانی سنسورهای A همانطور که از نامشان پیداست در قسمت جلوی خودرو و به تعداد مختلف از یک تا سه عدد قرار می گیرند که اصطلاحاً به این منطقه منطقه تصادف می گویند. به همین ترتیب سنسورهای C,B در کف نصب می شوند.
سنسورهای جلویی A معمولاً از نوع الکترومکانیکی بوده و در دو نوع غلتشی و چرخشی به کار می روند. نوع غلتشی مرکب از یک جرم استوانهای و یک فنر تخت است که دور آن پیچیده شده است. در طراحی این نوع سنسور وزن و شکل استوانه، سختی فنر تخت و مسافتی که استوانه باید طی نماید بسیار دقیق و حساس می باشند. این نوع سنسورها برای AB در زمانی کمتر از 30 میلی ثانیه عمل می نمایند.
سنسورهای کف (B) از نوع الکترومکانیکی یا الکتریکی هستند. از انجا که این نوع سنسورها در منطقه تصادف نیستند و روی شاسی یا کف خودرو نصب می گردند از تنوع بیشتری برخور دارند. در نوع الکتریکی که بیشترین کاربرد را دارد اساس کار کرنش یک تیر یکسر گیردار است که توسط یک پل الکتریکی به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود، عناصر این پل مقاومت هایی از جنس بلورهای پیزوالکتریک، فلزی و یا غیره می باشند.
شتاب منفی حاصل از تصادف موجب خمش تیر یکسر گیردار شده و میزان کرنش ایجاد شده که به سیگنال الکتریکی تبدیل می گردد توسط مقاومت های مذکور سنجیده می شود. سنسورهای الکتریکی مذکور اصطلاحاً G- sensor نامیده می شوند.
سنسورهای ایمنی (C)
سنسورهای (C) مانند سنسورهای کف در منطقه تصادف قرار نمی گیرند و در واقع روی کف (شاسی ) و در کنار سنسورهای نوع B یا G- sensor نصب می گردند. توجه به منطق مورد استفاده برای سه نوع سنسور Air bag که به آنها اشاره شد منطق AC (A V B) می باشد. یعنی هر گاه یکی از سنسور A یا B (یکی از آنها کافی است) به همراه سنسور C تحریک گردند آنگاه Air bag فعال خواهد شد و فعال شدن سنسور ایمنی c برای عملکرد Air bag ضروری است. لذا عمدتاً این نوع سنسورها از نوع الکترومکانیکی می باشند تا صدای الکتریکی ناشی از اجزای برقی خودرو بر عملکرد آن تاثیر نگذارد.
اساس کار سنسورهای ایمنی مانند سنسورهای جلویی A می باشد و معمولاً در دو نوع Downsized, Dualpole ساخته می شوند.
این نوع سنسورها وظیفه دارند که مانع از فعال شدن AB در سرعت های پایین و یا در اثر noise مزاحم شوند. یادآوری می شود که اگر سنسورهای A یا B به طور نا بهنگام عمل نمایند، تنها سنسور C می باشد که مانع از عمل نمودن AB می شود. این در حالیست که شتاب منفی ناشی از ماکزیمم قدرت ترمز تا یک دهم شتاب لازم برای عمل کردن سنسورهاست لذا احتمال آنکه AB به واسطه ترمز عمل نماید وجود ندارد. نکته ظریف دیگری که ذکر آن لازم می باشد علت وجود سنسورهای ایمنی به عنوان عاملی جهت عمل کردن Air bag در سرعت های بالاست. از انجا که در تصادفات سرعت، بدنه این خودرو اندکی زودتر از کف یا شاسی تغییر شکل داده و در واقع شتاب منفی می گیرند لذا بین عملکرد سنسورهای ایمنی و سنسور جلو تاخیر زمانی چند میلی ثانیه حاصل می شوند و این مانع از آن می شود که Air Bag مطابق منطق AC (A V B) فعال می گردد.
شتاب منفی بین بدنه و شاسی یا کف وجودندارد یا بسیار ناچیز است. لذا سنسور ایمنی و جلو همزمان عمل نموده و کیسه هوایی و کمر بند به طور خودکار فعال می شوند.
عملگر (Actuator ) مورداستفاده در Air bag
یکی از قسمت های مهم و گران قیمت در کیسه های هوایی Actuator یا عملگر می باشد. عملگر ها در واقع آخرین قسمت فعال شونده در سیستم AB هستند که با منبسط کردن AB کیسه مقابل سر نشین خودرو مانع از جراحات جدی وارده به سرنشین می گردند.
صرف نظر از آنکه سنسور Air bag مکانیکی یا الکتریکی باشد لازم است که فرمان ارسالی به قسمت عملگر باعث صدور فرمان آتش به چاشنی و انفجار مواد شیمیایی موجود در آن گردد. حاصل این انفجار، ایجاد گازهای بی خطری است که کیسه هوایی را با فشار و سرعت منبسط می نماید.
مواد شیمیایی استفاده شده در عملگر جامد و سمی می باشند که در یک محفظه بسیار محکم نگهداری می شوند تا احتمال هیچگونه خطری برای سرنشینان و امداد گران وجود نداشته باشد. این ماده شیمایی اصطلاحاً سدیم ازته نامیده می شود و در اثر انفجار به گاز بی خطر N2 که 80 در صد گاز موجود در هواست و نیز دی اکسید کربن تبدیل می شود که مقدار کمی غبار هیدروکسید سدیم نیز تولید می شود که در بعضی موارد در افراد خارش پوست و حساسیت ایجاد می کند. به غیر از اینها مقداری پودر تالکوم نیز جهت لغزنده کردن سطوح داخلی قسمت باد شونده (به منظور عدم چسبندگی سطوح داخلی به یکدیگر ) داخل کیسه هوایی Air Bag وجود دارد که از نظر طبقه بندی جزو مواد سمی محسوب نمی شود.
تحلیل گر و سیستم کنترلی مورد استفاده در Air bag
این قسمت از سیتم Air bag وظیفه تشخیص ضربه های ناشی از تصادف، فرمان جهت فعال شدن سیستم، کنترل کارکرد اجزا، عیب یابی سیستم Air bag و نیز نمایش آن توسط کدهایی روی صفحه نمایش مقابل راننده را به عهده دارد. راننده خودرو باید در هر لحظه از عملکرد صحیح سیستم Air bag خودرو مطمئن باشد لذا سیستم تحلیل گر ایجاد هر نوع عیب جزیی را به وسیله کد و آژیر مشخصی برای راننده مشخص می کند تادر اسرع وقت برای تعمیر آن اقدامات لازم صورت گیرد.
ECU یا واحد کنترل مرکب از یک سنسور کف، سنسور ایمنی، واحد تولید قدرت پشتیبان و یک سیستم تشخیص خطاست.
واحد تولید قدرت پشتیبان به منظور بالابردن ایمنی است لذا اگر باطری به هنگام تصادف آسیب ببیند، برق لازم جهت Air bag از این سیستم تامین می گردد.
همانطور که ملاحظه می شود سنسورهای جلو به طور موازی با سنسور کف نصب شده ولی با سنسور ایمنی سری هستند که نتیجه آن منطق AC (A V B) خواهد بود.
انواع سیستمهای جرقه زنی پلاتینی و ترانزیستوری
1- سیستم جرقه زنی پلاتین دار
یک سیستم جرقه زنی پلاتین دار شامل یک منبع ولتاژ (باتری ) یک کویل برای افزایش ولتاژ، یک دلکو برای توزیع جریان ولتاژ بالا، پلاتین برای قطع و وصل میدان مغناطیسی کویل، یک خازن برای جلوگیری از ایجاد جرقه در دهانه پلاتین تعدادی شمع است. طرز کار این سیستم بسیار ساده است. جریان باتری از طریق سوئیچ به پیچ اولیه کویل رفته و در انجا یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. با باز شدن دهانه پلاتین جریان سیم پیچ اولیه و در نتیجه میدان مغناطیسی تضعیف شده سیم پیچ ثانویه کویل راقطع کرده و به علت آن که تعداد دور سیم پیچ ثانویه بسیار بیشتر ازسیم پیچ اولیه است یک جریان ولتاژ بالا در ان ایجاد می شود. این جریان توسط چکش برق دلکو به شمع مورد نظر فرستاده شده و باعث ایجاد جرقه در دهانه شمع می شود.
در این سیستم کنترل زمانی جرقه زنی توسط مکانیزمهای آوانس وزنه ای و آوانس خلایی انجام می گیرد. این دو مکانیزم زمان احتراق را به ترتیب نسبت به دور موتور و میزان بار وارد به آن کنترل می کنند. در سیستم جرقه زنی پلاتین دار زاویه دوال در شرایط مختلف کار کرد موتور ثابت است با این وجود مقدار آن را می توان با تنظیم دهانه پلاتین تغییر داد.
2- سیستم های جرقه زنی ترانزیستوری
در سیستم های جرقه زنی پلاتین دار مشکل بزرگ علاوه بر مشکلات مربوط به تنظیم ساییدگی و استهلاک پلاتین،محدود بودن جریان اولیه کویل است. به طوری که در این سیستمها نمی توان جریان اولیه کویل متناسب با توان دوم جریان مدار اولیه است مدار ثانویه و در نتیجه انرژی جرقه در دورهای بالای موتور (یعنی در وضعیتی که زمان شارژ سیم پی اولیه بسیار محدود است ) را افزایش داد. با به کار گیری سیستمهای جرقه زنی ترانزیستوری می توان مشکل فوق را بر طرف کرد. در این سیتمها ترانزیستور وظیفه کنترل و قطع و وصل کردن مدار اولیه را به عهده دارد، در نتیجه می توان جریان مدار اولیه را تا حدود 9 آمپر افزایش داد. سیستمهای جرقه زنی ترانزیستوری به طور کلی به سه دسته تقسیم می شوند.
الف ) سیستم جرقه زنی ترانزیستوری پلاتین دار
سیستم جرقه زنی ترانزیتوری پلاتین مشابه سیستم جرقه زنی پلاتین دار است. با این تفاوت که در این سیستم عمل قطع جریان مدار اولیه کویل توسط پلاتین انجام نمی شود. در این سیستم پلاتین وظیفه قطع و وصل جریان برای کنترل ترانزیستور جرقه زنی را به عهده دارد. سیستم ترانزیستوری نیز با توجه به این جریان مدار اولیه کویل را قطع و وصل کرده و باعث ایجاد جریان و ولتاژ بالا در ان می شود. توزیع جریان ولتاژ بالا در این سیتم همانند سیستم پلاتین دار توسط چکش برق انجام می گیرد. علاوه بر این تنظیم زمان احتراق نیز توسط مکانیزمهای آوانس خلایی و وزنه ای صورت می پذیرد. این سیستم دارای دو مزیت کلی است.
– افزایش جریان مدار اولیه کویل که همین امر باعث بهبود عملکرد موتور بویژه در دورهای بالا و در هنگام روشن کردن موتور می شود.
– افزایش عمر پلاتین به علت آن که در این سیستم پلاتین وظیفه قطع و وصل جریان مدار اولیه را به عهده ندارد. بنابراین میزان استهلاک آن کاهش می یابد. علاوه بر این، امکان ایجاد جرقه در دو سر پلاتین نیز از بین می رود. تنها قطع و وصل و حرکت مکانیکی پلاتین ممکن است آن را در دراز مدت از کار بیندازد.
ب ) سیستم جرقه زنی ترانزیستوری با به کار گیری نیروی ها TI -H
نیروی هال برای نخستین بار در سال 1879 میلادی توسط دانشمند آمریکایی به همین نام کشف شد. تعریف نیروی هال چنین است :اگر از یک لایه هادی که در معرض میدان مغناطیسی قرار دارد جریان بگذرد، یک میدان ولتاژ در جهت عمود بر جهت جریان و میدان مغناطیسی به وجود می آید. این اثر بویژه درمورد مواد نیمه هادی بیشتر است. دلکوی سیستم هال از یک آ' سی ها، یک آهن ربای دایمی و یک روتور گردنده تشکیل شده است. بر روی روتور تعدادی پرده نصب شده که تعداد انهابرابرباتعدادسیلندر های موتوراست. با گردش روتور توسط محور دلکو، زمانی که یکی از پره ها از شکاف مدار مغناطیسی می گذرد، شار مغناطیسی ایجاد شده بر روی آی سی های قطع شده و در نتیجه سیگنال احتراق ایجاد شده توسط آی سی هال قطع می شود. با عبور پره از شکاف مدار مغناطیسی مجدد آی سی هال تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار گرفته و سیگنال احتراق به واحد کنترل الکترونیک ارسال می شود. واحد کنترل الکترونیک با توجه به سیگنال احتراق ارسال شده توسط آی سی هال مدار اولیه کویل را قطع و وصل کرده و باعث القای جریان ولتاژ بالا در سیم پیچ ثانویه می شود. توزیع جریان ولتاژ بالا به هر یک از شمع ها در این سیستم همانند سیستم جرقه زنی پلاتین دارد توسط چکش برق نصب شده بر روی محور دلکو انجام می گیرد سیستم احتراق هال نیازمند تنظیم و سرویس نیست و کارآیی آن به مرتب بهتر از سیستم های پلاتین دارد متداول است. اما تفاوت بزرگ بین این سیستم و سیستم دلکوی پلاتینی ثابت نبودن زاویه داول است. زاویه داول در این سیستم با بکار گیری سیستم کنترل کویل و سیستم کنترل مدار بسته زاویه داولانجام می گیرد در سیستم کنترل جریان کویل، جریان در سیم پیچ اولیه کویل در حد مشخصی تنظیم می شود. به طوری که انرژی ذخیره شده در کویل در حد معینی باقیم می ماند. در سیستم کنترل مدار بسته زاویه داول، زمان شارژ سیم پیچ اولیه کویل با توجه به دور موتور کنترل می شود. تنظیم زمان احتراق در این سیستم همانند سیستمهای پلاتینی توسط آوانس وزنهای وخلائی به صورت مکانیکی انجام می گیرد.
پ) سیستم جرقه زنی ترانزیستوری القایی TI- I
در این سیستم دلکو دارای یک ژنراتور AC کوچک است که تعداد قطبهای روتور و استاتور آن برابر با تعداد سیلندرهای موتور است. با گردش روتور، توسط محور دلکو زمانی که قطبهای روتور 4 به قطبهای استاتور نزدیک می شوند جریان مغناطیسی پیرامون سیم پیچ 2 قوی تر شده و ولتاژ جریان شروع به افزایش میکند.
با عبور دنده های روتور از شکاف بین آهن رباو سیم پیچ استاتور یک جریان متناوب ایجاد می شود که ولتاژ آن حداکثر بین 5 ولت در دورهای پایین تا 100 ولت در دورهای بالای موتور است. این جریان متناوب به واحد کنترل الکترونیک ارسال می شود واحد نترل الکترونیک نیز با توجه به این جریان مدار اولیه کویل را قطع و سبب جرقه زدن شمع در سیلندر مربوطه می شود. این سیستم تا حدود زیادی مشابه سیستم جرقه زنی نوع هال است. در این سیستم نیز تنظیم زمان احتراق توسط آوانس خلائی و وزنه ای به صورت مکانیکی انجام می گیرد.
علاوه بر این سیستم زاویه داول در این سیستم نیز همانند سیستم جرقه زنی نوع هال با بکار گیری سیستم کنترل جریان کویل و سیستم کنترل مدار بسته زاویه داول انجام می گیرد.