Vizsgálati sebesség:64 km/h

Akadály:a több tonnás tömegre deformációra alkalmas alumínium lemezből készített „méhsejt” szerkezetet tesznek

Átfedés:40%.

Dummik:a két első ülésen felnőtt, hátul 1,5 és 3 éves gyermek, a gyártó által előírt gyermekülésben

Értékelés:A dummiknál mért lassulások erőhatások alapján, a kormánykerék behatolási mélysége az utastérbe, pedálok által okozott sérülések, stb.

1.9. ábra - A kocsiszekrényt úgy alakítják ki, hogy az ütközéskor ébredő erő minél több karosszéria elemel legyen megosztható és azok szilárdsága feleljen meg az ott ébredő igénybevételnek.

Az Európai és Amerika előírások egymástól eltérnek

Vizsgálati sebesség : 50 km/h

Akadály:1,5 m széles, deformációra képes alumínium lemezből készült „méhsejt” szerkezet szerelnek a 950kg tömegű kocsira (MDB = moving deformable barrier)

Átfedés:Elsődleges cél a vezető melletti ajtó

Dummik:A vezető, és hátul 1,5 és 3 éves gyermek a gyártó által előírt gyermekülésben.

Értékelés: A Dummiknál mért lassulások és erőhatások alapján

1.10. ábra - Az oldal irányú ütközésnél ébredő erők megosztása.

Ez az ütközésvizsgálat nagy és koncentrált erőhatással jár.

Sebesség: 30 km/h

Akadály:merev akadály előírt méretű oszloppal

Átfedés:Az ütközés oldalról, a vezető fejénél

Dummik:Vezető

Értékelés:A Dumminál mért terhelések alapján

1.11. ábra - BMW X5 oldalütközése oszlopnak

1.12. ábra - BMW X5 oldalütközése oszlopnak 2

A személygépkocsik lemezből sajtolt önhordó kocsiszekrényekkel készülnek. Folyamatosan törekszenek arra, hogy megfeleljenek az egyre nagyobb mechanikai igénybevételeket jelentő ütközésvizsgálatoknak méghozzá úgy, hogy tömegük lehetőleg csökkenjen. Ez azért nagyon fontos, mert az igények folyamatos bővülése miatt egyre több kényelmi és komfort berendezéseket építenek be a gépkocsikba. Ezt a gyárak az össztömeg növekedése nélkül igyekeznek megvalósítani. Az egyre kifinomultabb számítógépes programokkal úgy alakítják ki a kocsiszekrényeket, hogy azok szilárdsága minden részegységnél a fellépő mechanikai terheléseknek feleljen meg.

1.13. ábra - Hagyományos acél lemezből készült karosszéria szelvényei az adott hely mechanikai terheléseihez és az ütközési kísérletek igénybevételeihez igazodnak.

A tüzelőanyag fogyasztást csökkentő intézkedések miatt az alumínium kocsiszekrénnyel párhuzamosan az annál olcsóbb, és könnyebb vegyes építésű kocsiszekrényeket is elkezdték fejleszteni. A különböző eltérő tulajdonságú anyagok kombinált alkalmazása miatt szükségessé váltak új rögzítés-technikai megoldások kifejlesztése. A hagyományos, rég óta széles körűen alkalmazott, hőhatással járó rögzítési eljárások, mint például hegesztés, vagy a ponthegesztés a vegyes építésű kocsiszekrényeknél nem alkalmazhatók. Ugyanis ezek az anyagok metallurgiailag nem kompatibilisek egymással. A hő bevitelt nélkülöző rögzítési eljárások kerültek előtérbe a könnyűszerkezetes, különösen a vegyes építésű karosszériáknál

Az eddig alkalmazott és a jelenleg is gyártott korszerű „mono”, vagyis csupán egyféle anyagból – acélból, vagy alumíniumból – készülő kocsiszekrények mellett egyre nagyobb teret nyer a „multi material design”, azaz többféle anyagból készülő változat. A más néven vegyes építésű karosszéria koncepciónál a különböző részek az adott igénybevételeknek legjobban megfelelő anyagból készülnek. A cél olyan kedvező árú, minimális tömegű kocsiszekrény kifejlesztése, mely nagy teherbírású és kellően merev, ugyanakkor ütközéses balesetnél nagy energia elnyelő képességű. Az ilyen kocsiszekrénynél minden részelem az ott ébredő terhelésnek a legjobban megfelelő anyagból készül. Jellemző a nagyszilárdságú és a korrózióálló anyagok, a hidroformázással, és a Tailored Blanks technológiával gyártott egységek és a több rétegű szendvics szerkezetű lemezek és a különböző könnyűfémek növekvő részaránya.

Egyre több helyen alkalmazzák a magnéziumötvözetből készült öntött elemeket, húzott profilokat és lemezeket, mert ezek az alumíniumnál is könnyebbek, így kedvezőbb tömegű szerkezet gyártható. A jelentős költségek miatt kezdetben csak a felsőbb osztályban és a kiemelten fontos típusoknál jelennek meg.

Csak a különböző szálerősítésű, különleges kompozit műagyagok teszik lehetővé, hogy a fémből készült kocsiszekrények tömegéhez képest 50%-os csökkentést lehessen megvalósítani. Jelenleg a szénszál erősítésű anyagokat alkalmazzák úgy a repülőgépeknél, sporthajóknál és a sportautóknál. Az ezzel a technológiával készülő szerkezeteknél még jelentős költséggel kell számolni.

1.18. ábra - Szénszál erősítésű műanyagból készült utastér, az első és a hátsó vázrész pedig alumíniumból.

A különböző rögzítési lehetőségek közül az igénybevételek, az alkalmazott anyagok és a kocsiszekrény építési módja alapján kell választani. A legfontosabb az adott részegység mechanikai terhelése, emellett az elérendő cél:

A kötések szilárdságának optimalizálása gyakran az egész kocsiszekrény jobbítását is jelenti, hiszen általában ezek a konstrukció leggyengébb részei. A kocsiszekrény egyes részeinek csatlakozási pontjai jelentős kihatással vannak a tömegre. Ezért ezeknek különösen a könnyű építésű változatoknál nagy jelentősége van.

A hőhatás nélküli kötéseknek:

Ezek alkalmazásának különösen nagy a jelentősége a rosszul, vagy nem hegeszthető, illetve védőbevonattal ellátott anyagoknál, továbbá a különböző anyagokból, acél-, alumínium-, magnézium ötvözetek, valamint a műanyagok kombinációinál.

1.19. ábra - VW XL1 utastere szénszál erősítésű műanyagból, az első és a hátsó vázrész pedig alumíniumból készül.

Az alumínium- és magnéziumötvözetből készült elemek a kereskedelemben kapható vágószegeccsel történő egymáshoz rögzítésénél a magnéziumötvözetből készült lemeznél repedések képződtek. Ez az anyag tulajdonságával magyarázható. A fejlesztés eredményeként a szegecselésnél alkalmazott ellentartó „matrica” alakjának optimalizálásával a probléma megoldódott. Úgy végzik a szegecselést, hogy eközben a magnéziumötvözet lemeznél minimális legyen az alakváltozás. Így sikerült repedésmentes szegecskötéseket létrehozni anélkül, hogy szükség lett volna melegítésre.

Ha a vegyes építésű egység vágószegecses összeerősítésénél a szénszál erősítésű műanyag elem az alsó „matrica” felőli oldalra kerül a kötés teherviselő képessége nem megfelelő. Ennek egyik fő oka, hogy az anyag szétválik rétegekre az erősítő szálak mentén. A megfelelő kötésszilárdság elérése érdekében egy új szegecselési technológiát fejlesztettek ki, mely lehetővé teszi, hogy a „matrica” felőli oldalra is kerülhessen fáziserősítésű műanyag. Egy hüvely szerű megtámasztás lehetővé teszi, hogy a vágószegecs teljes mértékben áthatoljon az anyagon és ezután egy másik szerszámmal elperemezik a szegecs kilógó részét. Ez a záró fej a szegecskötésnek kiváló szilárdságot biztosít. A különböző anyagkombinációkhoz egymástól eltérő alakú „matricákat” és peremező szerszámokat fejlesztettek ki. Ezzel repedés, illetve szétnyílás mentes megfelelő szilárdságú kötések hozhatók létre.

A ragasztott kötéseknél öregedési folyamattal kell számolni, melyek a szilárdsági jellemzők változásával járnak. Ez negatív hatással van egy ütközés esetén a szerkezet energiaelnyelő képességére. Ezért a ragasztást más rögzítési móddal kombinálva alkalmazzák. Illetve ennek megfelelő anyagok kombinációját alkalmazzák. Leggyakrabban a hő hatására keményedő epoxi-műgyanta alapanyagú ragasztót az EP 208-at, illetve a hidegen keményedő EP 152-t alkalmazzák. A kísérleti eredmények bizonyították, hogy a hőre keményedő ragasztott kötés szilárdsága egy acél és egy szálerősítésű műanyag egymáshoz rögzítésénél meghaladja az acél folyáshatárát. A hidegen szilárduló ragasztóanyag ennél kisebb szilárdságú kötést eredményezett. Az öregedési folyamattal arányos a kötésszilárdság. Az EP 208 -as ragasztott kötésnél nem volt kimutatható jelentős szilárdságcsökkenés. A kötésnek nagy az energia felvevő képessége és az meghaladja az alkalmazott anyagokét. Hasonló körülmények között a hideg kötésű ragasztott kötéseknél a maximális terhelőerő 50%-al csökkent a fárasztás hatására.

A különböző anyagokból (alumínium és szálerősítésű műanyag) készült szerkezetekre gyakorolt rezgések hatását is megvizsgálták. Vágószegecs, átsajtolt pontkötés csavarkötés és ezek ragasztással kombinált változatait is megvizsgálták. Átlapolt, egy kötési ponttal egymáshoz rögzített próbatesteket készítettek. Hidraulikus pulzárorral 40 Hz frekvenciás terhelésnek tették ki. A vizsgálatok során két különböző szilárdsági kategória volt megállapítható. A vágószegecses és az átsajtolt pontkötések képviselték a gyengébb kategóriát. A peremes szegecskötés és a csavarozás a rezgéseknek ellenállóbbnak bizonyult. A ragasztott és a mechanikai és kötések kombinációja a rezgéseknek 500%-al ellenállóbb kötést képvisel.

A különböző hőtágulási anyagokból készült szerkezeti egységeknél a hőmérsékletváltozás hatására belső feszültség alakul ki. Ezen kívül deformáció, horpadás is képződhet. A kísérletek során meghatározták a különböző anyagokból készített szerkezetekben hőmérsékletváltozás során keletkező feszültséget, illetve deformációt. Ezt alapvetően az alkalmazott anyagok közötti hőtágulási együtthatók közötti különbség befolyásolja. A deformáció hajlam a csatlakozórészeknél kialakított peremmel csökkenthető.

A Dow Automotive poliamidból és acél lemezből készíti az első hibrid karosszéria modult, amely az ütközéses baleseteknél a leggyakrabban sérül. Ehhez a hibrid elemhez rögzítik egyebek között a fényszórókat, a hűtőt, a motorháztető zárszerkezetét. Hosszú üvegszál erősítésű poliamidból és bemerítéses festésű acéllemezből készül ez a karosszériaelem. Betamate LESA ragasztóval egyesítik a műanyagból és az acélból készült részeket. Így könnyebb és nagyobb szilárdságú lett ez az elem, az ütközésbiztonság szempontjából is jó megoldás, kellően nagy a torziós merevsége.

1.20. ábra - A hibrid frontmodul a gépkocsi elején a kék árnyalatú rész, melyre a fényszórókat és a hűtőt is szerelik.

Az első modul a kocsiszekrény alsó és a felső hossznyúlványait köti össze. A motor beszerelése után kerül a helyére. A korábbi hibrid karosszéria (fém és műanyag kombináció) elemek szegecseléssel, illetve átsajtolt pontkötéssel készültek.

A Dow által kifejlesztett jelenlegi változat hosszú üvegszál erősítésű fröccsöntött polipropilén műanyagból és festett acél lemezekből áll, melyeket „Betamate LESA” anyaggal ragasztanak össze. Ezzel a technológiával folyamatos kötésű zártszelvényes tartórészek is kialakíthatók és így kedvezőbbek a szilárdsági jellemzői és könnyebb ez a részegység. Úgy a hajlító, mint a csavaró merevsége nagyobb. A tervezési fázisban nagyobb lesz a szabadságfok. Jó kompromisszum valósulhat így meg a költségek a tömeg és a szilárdsági jellemzők és az alakadás között. Kevesebb részből állítható elő a több célra is alkalmazható karosszéria elem. Az üveg-, illetve a karbon szál erősítés révén a szilárdság tovább növelhető.

A műanyag hordozza magában a kis tömeg és a könnyű formaadás kedvező jellemzőit. Összetett geometriai kialakítás is megvalósulhat, mely több célra is alkalmazható. Kevesebb darabból és kevesebb technológiai lépéssel állítható elő. A megfelelő merevséget és a szilárdságot pedig a fém lemez adja.

Az autóiparban az utóbbi években egyre szélesebb körben alkalmazzák a műanyag-fém hibrid elemeket. A homlokmodul a leggyakoribb ilyen egység. A normál terhelések közül a legkiemelkedőbb a motorháztető gyakori nyitása és zárása, illetve a feltörés elleni védelem.

A torziós merevséggel kapcsolatos vizsgálat eredményei látszanak az alábbi diagramon.

Az „A” részre szerelik fel a különböző egységeket, a „B” részre kerülnek a formaterv szerinti fényszórók. A motorháztetőnek, a sárvédőknek és a lökhárítónak befolyása van a kivitelére.

1.21. ábra - két részes műanyag-fém hibrid karosszéria front modul

Az „A” rész a modul külső része a „B” a belső rész, amely zárt profilokból készül. Ennél lehet tartót kialakítani a hűtőfolyadék tartálynak, illetve levegő beáramló nyílásokat kialakítani, illetve a gyalogosvédelem elemeit elhelyezni. Az A és a B részt egymáshoz ragasztják.

Az alábbiakban néhány tájékoztató értéket közlünk

1.22. ábra - a különböző technológiákkal készült hibrid modulok szilárdsági jellemzőinek összehasonlítása

Az első, úgynevezett frontmodul kívülről nem látszik, ezért az azonos platformok esetén használható az azonos frontmodul. Ez nem akadályozza a többi karosszéria rész típusonként egymástól eltérő kialakítását.

1.23. ábra - Hibrid homlokmodul

A karosszéria elemekhez különleges termoplasztikus műanyagokat fejlesztettek ki, melyeknek jó az energia elnyelő képessége és az acél lemezzel együtt megfelelő ütközésbiztonságot nyújtanak. Ilyen nagy nyúlású anyagot fejlesztett ki a BASF.

A gyalogos védelem szempontjából a lökhárítót „láb impaktor” -ral, a motorháztetőt „fej impaktor”- ral ellenőrzik és a lehető legbiztonságosabb konstrukció kialakítására törekszenek.

Kisebb koccanásoknál, ha az ütközési sebesség kisebb kb. 10 km/h – nál, a lökhárító megóvja a kocsiszekrény mögötte lévő részét a sérülésektől. A korszerű személygépkocsiknál speciális számítógépes programmal nagy energia elnyelő képességűre méretezik a lökhárítókat. A régebbi kivitelű, merev lökhárító ütközéskor nagy erőt ad át a hossz-nyúlványoknak. A habszivacs betét alkalmazása sem csökkent azt, csupán alakját változtatja az elmozdulás – erő diagramnak. A számítógéppel energia elnyelésre méretezett változatnál azonos körülmények között kisebb lesz a továbbadott erő és a kocsiszekrény sérülése is, ahogy az alábbi diagramon látható.

A külső műanyag burkolat mögött lévő fémből készült lökhárító rendszerint ívelt alakú és folyamatosan változó keresztmetszetű. Törekedve a súlycsökkentésre is igényesebb kivitele rendszerint hidro-formázással készül. A lökhárító és az első illetve a hátsó vázrész hossznyúlványai közé csavarkötésekkel szerelik fel.

1.25. ábra - Első és hátsó lökhárító és burkolata (Audi TT).

1.26. ábra - Az Audi TT energia elnyelésre méretezett lökhárítói és erő – elmozdulás diagramja összehasonlítva más konstrukciókkal.

Ezt az energia elnyelésre méretezett elemet a lökhárító és a hossznyúlványok közé szerelik be. Az a feladata, hogy az ütközési energia jelentős részét deformációs munkává alakítsa, ezzel megóvja a mögötte lévő váznyúlványokat a deformációtól. Ha az ütközéskor deformálódott, a rögzítő csavarok bontása után ki kell kicserélni. Így gyorsan, hatékonyan és olcsón végezhető a javítás. A „chrash –box” deformációjával kisebb energiájú ütközéseknél megóvja a hossztartókat az alakváltozástól, így az nem szorul költséges karosszériahúzatással, hegesztéssel, festéssel járó javításra. Ez a kialakítás jelentős mértékben hozzájárul az olcsóbb javításhoz.

1.27. ábra - Frontális ütközéskor védelmet nyújtó csavarkötésekkel felszerelt Crash boksz és deformációja ütközéskor (Ford Fiesta).

A karosszéria hossznyúlványai, mint befogott tartók veszik át a crash –boksz deformációja után az ütközéskor ébredő erőket. Ezek többnyire négyszög keresztmetszetű zártszelvényből készülnek. Igényesebb kiviteleknél hátrafelé fokozatosan növekszik a szelvény keresztmetszete és gyakran a lemezvastagság is, illetve egyre nagyobb szilárdságú ötvözött anyagot alkalmaznak. Ezzel érhető el, hogy a hossztartó hátsó része kellő merevségű legyen és ne hajoljon ki. Így tud csak folyamatosan részt venni a mozgási energia deformációs munkává alakításában az ütközéskor bekövetkező hosszanti erő hatására. Bizonyos előre megtervezett helyeken a hossztartóknál besajtolásokat, kikönnyítésekkel, furatokat alakítanak ki. Itt jönnek létre a deformációk, melyek a mozgási energiát alakváltozássá alakítják át. Ezek kialakításánál azt veszik figyelembe, hogy minél nagyobb legyen az energia elnyelő képesség és így az utastérben tartózkodókra minél kisebb lassulás hasson, az ütközés legyen túlélhető.

1.28. ábra - Több szintes deformációs zóna több vázelemre osztja szét a terhelő erőket.

Az Euro NCAP vizsgálatoknál bevezették az offset frontális ütközést és közben növelték az ütközési sebességet is. Ez nagyon megnövelte a hossznyúlványokra ható ütközési terheléseket. Azért, hogy ilyen körülmények között is teljesíthetők legyenek az elvárások a legtöbb autógyár a több szintes deformációs zónákat alkalmaz. Ezzel az ütközésnél ébredő erőhatások jobban szétoszthatók és könnyebb ennek megfelelő szilárdságú elemeket kialakítani.

Mivel a hosszanti vázelemek fontos szerep játszanak az ütközési energia felvételében, számos kutatást végeznek az autógyárak és a fejlesztő intézetek ezekkel kapcsolatban.

1.29. ábra - Nyolcszög szelvényű, lézer hegesztéssel gyártott tartóelem deformációja a hosszanti erő hatására

1.30. ábra - Kalap szelvényből és lemez szalagból vágó szegecseléssel gyártott tartó elemek deformációja a hosszanti erő hatására

A lökhárítóval kezdődően az előbbiekben ismertetett karosszéria elemek deformációs jellemzőinek alapvető befolyása van a biztonsági öv feszítők és az első légzsákok működésére. Mivel a gépkocsik elején jelentős méretű a deformációs zóna, az ütközés pillanatától számított 30 ms –on belül kell aktiválódjanak az első légzsákok.

Ez a jármű kategória sok hasonlóságot mutat a személygépkocsikkal, annak ellenére, hogy bizonyos változatoknál már az alvázas építésmód jellemző. A kisteherautók tömege és terhelhetősége is lényegesen nagyobb, mint a személygépkocsiké. Gyakran „létra alakú” alvázakat alkalmaznak, de a kisebbek önhordó kocsiszekrénnyel készülnek.

1.8.1.1. Platós kisteherautók:

A gépes alvázra a rakomány szállítására alkalmas sík rakodó felületet, „platót” szerelnek. Oldalfalak és rögzítési pontok teszik lehetővé a rakomány rögzítését. Ez a korszerű változatoknál ma már készülhet alumínium ötvözetből is. Ez a változat sokoldalúan használható áruszállításra.

1.32. ábra - Alumínium platós kisteherautók. (IVECO Daly)

1.8.1.2. Zárt rakodóterű kisteherautók:

A személygépkocsikhoz hasonlóan az önhordó kocsiszekrény elemei többnyire lemez idomokból mélyhúzással, hajlítással, kivágással készülnek. A rakománynak nagyobb védelmet biztosít a zárt felépítmény, de az ajtónyílások korlátozzák a szállítmány méretét.

1.33. ábra - Citroën Jumper zárt rakodóterű kisteherautó

A haszonjárművek szerkezeti kialakítására a merev, többnyire létra alakú alváz jellemző, melyre viszonylag nagy tömegű gépészeti berendezéseket, motort, sebességváltót, futóműveket, szerelnek. Az alvázra szerelt vezetőfülke viszont már lemez idomokból készül és ütközéses baleseteknél a személygépkocsikhoz hasonlóan jelenős deformációra alkalmas. Az autógyárak a biztonsági és a kényelmi szempontoknak úgy tesznek eleget, hogy az alváz és a vezetőfülke közé lengéscsillapítókat és rugókat (egyre gyakrabban légrugókat) szerelnek. Bizonyos típusoknál a felfüggesztés és a vezető rudazat frontális ütközéskor a fülke hátra mozdulását is lehetővé teszi. A merev alváz miatt a haszonjárműveknél ennek magasságában energia elnyelő képességre nem számíthatunk, ezért potenciálisan nagyobb a veszélyforrás.

1.34. ábra - Az üközéses balesetnél nagy tömege miatt potenciális veszélyt jelentő rész piros, illetve fekete

A haszonjárművek ütközéses baleseteknél egészen másként viselkednek, mint a személygépkocsik, hiszen a lényegesen nagyobb tömegük miatt nagyobb a mozgási energiájuk. A merev alváz miatt pedig kisebb az energiaelnyelő képességük. A közlekedésben résztvevők és a vezetőfülkében utazók védelmében kiegészítő egységeket szerelnek fel, melyek hatásosságát különleges vizsgálati módszerekkel ellenőrzik. Ezeknél azt is figyelembe veszik, hogy a különböző teherbírású járművek ütközési zónája egymástól eltérő magasságban van. Veszélyes balesetek közé sorolható, amikor a személygépkocsi oldalról, vagy hátulról ütközik a plató alatti alváz résznek, hiszen az súlyos fejsérüléseket okozhat (lásd 9. ábra).

1.35. ábra - A lökhárítók eltérő magassága a különböző járműkategóriák közötti ütközéses balesetnél potenciális veszélyforrás

A haszonjárműveknek történő ütközések következményeinek súlyossága a hatóságilag előírt és szabványosított aláfutás-gátlókkal csökkenthető. Ezek a korszerű haszonjárműveknél már körkörös védelmet nyújtanak. A következő ábrákon láthatók az aláfutás-gátlók.

1.36. ábra - A magasabb felépítményű haszonjárművek ütközéses baleseteknél potenciális veszélyt jelentenek az alacsonyabb személygépkocsiknak.

1.37. ábra - Az oldalsó aláfutás-gátló az ECE R 73 szabvány szerinti kialakítása

1.38. ábra - A hátsó aláfutás-gátló ECE R 58szabvány szerinti kialakítása

1.39. ábra - Az első aláfutás-gátló kialakítása

1.40. ábra - Tehergépkocsival végrehajtott ütközésvizsgálatok

1.41. ábra - Tehergépkocsi ütköztetés merev akadálynak

A haszonjárművekkel is különböző ütközésvizsgálatokat hajtanak végre. Amikor például a vezetőfülke teljes homlokfelülete merev akadálynak ütközik a mozgási energia deformációs munkává történő alakításában a viszonylag merev alvázon kívül a kevésbé merev vezetőfülke is részt vesz. Amikor csupán a fülke homlokfelülete ütközik az akadálynak lényegesen nagyobb deformáció következik be, ami veszélyezteti a fülkében utazókat. Bár ekkor a másik jármű platója is részt vesz az energiaátalakításban. Az igazi védelmet a légzsákok, a becsatolt biztonsági övek, továbbá a pirotechnikai feszítői adják.

1.42. ábra - Speciális ütközésvizsgálat, amikor a tehergépkocsi egy másik tehergépkocsi platójának ütközik

A vezetőfülkék biztonsági ellenőrzését speciális ütközésvizsgálatokkal végzik. Ezeknél azonban nem csak valóságos járművek ütköznek egymásnak, hanem különböző szabványosított ingákat is használnak. Ezekkel az ütközéskor elszabaduló rakományok (pl. rönkfák) hatását is tudják szimulálni és a vezetőfülke ellenálló képessége és biztonságos kialakítása ellenőrizhető. Hasonló terhelések fordulhatnak elő például erőteljes fékezéskor is. Ebbe a csoportba tartoznak a különböző, speciális, úgynevezett svédországi vizsgálatok is. A dinamikus ingás szilárdságellenőrzéseken kívül alkalmaznak jelentős túlterheléssel járó statikus vizsgálatokat is. Ilyenkor a túlélési tér beszűkülését, illetve fennmaradását tudják ellenőrizni.

1.43. ábra - A vezetőfülke tetejének túlterheléses szilárdsági vizsgálata

1.44. ábra - A vezetőfülke hátuljának ingás dinamikus szilárdsági vizsgálata

1.45. ábra - A vezetőfülke első, felső részének ingás dinamikus szilárdsági vizsgálata

1.46. ábra - A vezetőfülke első, felső részének ingás dinamikus szilárdsági vizsgálata

A következő ábrák azt bizonyítják, hogy a járművek ütközéskor bekövetkező sérülései arányosak a tömegekkel és az ütközési sebességekkel. A vezető és az utasok sérülései is hasonló arányosságot mutatnak.

1.47. ábra - Személygépkocsi ütközése nyerges szerelvénynek

1.48. ábra - Személygépkocsi és nyerges szerelvény ütközése különböző sebességgel.

1.49. ábra - Az előző ábrán látható MAN TG-A XXL nyerges szerelvény és a VW Golf IV 1,6 személygépkocsi ütközésének következményei

Az autóbuszok ütközés és borulás biztonságára fokozott figyelmet fordítanak, mert sok utas befogadására alkalmasak. Az ütközésvizsgálatok szempontjából is külön csoportba sorolják. Vázszerkezetük zártszelvényekből készült rácsos tartóból készül. Oldalvázra fenékvázra tetővázra, homlok és hátfalra osztható. Hasonló kivitelű a homlok és a hátfal, amelyeknél a lemez nem csak a borítás feladatát látja el. A passzív biztonság szempontjából kedvező kialakítású önhordó vázszerkezetbe szerelik be a jelentős tömegű fődarabokat (motor, sebességváltó, futóművek). A speciálisan erre a célra kifejlesztett és magyar kezdeményezésre szabványosított borulásvizsgálattal a tetőszilárdság megfelelőségét és így a túlélési tér megmaradását ellenőrzik. Városi autóbuszokra ez a vizsgálat nem kötelező.

1.50. ábra - A távolsági autóbusz önhordó vázszerkezetének jellegzetes részletei, a padlóváz csomópontjai (középen) a tető- és az oldalváz találkozása (jobb oldal)

1.51. ábra - A távolsági autóbusz ECE R66 szabvány szerint borulás vizsgálata

A borulás vizsgálatnál billenthető platformra teszik fel az autóbuszt és emelődaruval billentik fel. A szabvány szerint a szerkezet olyan kialakítású, hogy az autóbusz a tetőváz peremére essen. Az előkészítés során az ülésekbe szabványos dummykat ültetnek, melyeket két pontos biztonsági övvel rögzítették az ülésekbe.

A biztonsági öv feladata kezdetben az volt, hogy akadályozza meg az utasok kiesését az ütközéses baleseteknél, illetve felboruláskor. Jelenleg ennél lényegesen többet várunk el a biztonsági övektől. A hárompontos biztonsági övet automatikus csévélő szerkezettel is elláttak, mely egy bizonyos feszességet automatikusan beállít.

Ha a gépkocsi 25 – 30 km/h sebességgel ütközik merev akadálynak, a becsatolt biztonsági öv megakadályozza, hogy a fej a kormánykeréknek, illetve a műszerfalnak ütődjön. Ennél az ütközési sebességnél még nem szükséges, hogy a légzsák működésbe lépjen. Az alábbi ábrán jól látható egy ütközéses balesetnél a gépkocsi és az utasok sebességváltozása biztonsági övvel és anélkül. Ez utóbbi esetben a nagy sebességkülönbség válhat végzetessé az ember számára. A túl laza biztonsági öv is veszélyes.

1.52. ábra - A gépkocsi és utasainak lassulása biztonsági övvel és anélkül.

A becsatolt biztonsági öv védelmének hatékonyságát az övfeszítők növelik, mert ütközéskor korlátozzák a test előre csapódását. A korábbi mechanikus működésű és mechanikus lassulás érzékelővel ellátott változatokat a pirotechnikai működésűek váltották fel. Ezeket már a légzsák elektronika aktiválja.

A biztonsági öv feszítők csoportosítása:

Az ütközési kísérletek jól bizonyítják a biztonsági öv feszítők hatásosságát. Hatékonyan csökkenti a fej, a medencecsont és a térd sérüléseket. A megfeszített biztonsági öv miatt az utastérben utazó személyek kezdettől fogva együtt lassulnak a kocsiszekrénnyel, így nagy mértékben csökken az őket érő terhelés. Kedvezőbb lesz a HIC érték (Head Injury Criterion = a fejet érő terhelés mérőszáma), és a mellkasra ható lassulás is mérsékeltebb. (A HIC érték a fej eredő lassulása egy adott időintervallumban egy adott összefüggéssel integrálva.) A szigorú USA törvény 1 000 HIC határértéket állapít meg 30 mph (kb. 48 km/h) sebességgel történő frontális ütközés esetén.) Ennél nagyobb terhelés már halált okoz.

A hagyományos hárompontos biztonsági övek ütközéskor a nem megfelelő feszesség miatt, azzal arányosan lehetővé teszik a test előremozdulását, majd a megfeszülés után jelentős igénybevétellel terhelik az emberi szervezetet. Ezt a hátrányos tulajdonság a biztonsági öv feszítővel kiküszöbölhető, mert az mielőtt még a hevederbe csapódna a felső test, működésbe lép és megfeszíti azt. Ha a biztonsági övet nem a kocsiszekrényhez, hanem az üléshez rögzítik, annak állításával elmozdulnak a bekötési pontok is, és így mindig optimális helyzetbe kerül.

1.53. ábra - A személygépkocsik utas visszatartó rendszerének elemei.

A fejlesztések kezdetén még alkalmaztak mechanikus érzékelővel ellátott és mechanikus működésű biztonsági öv feszítőket is. Jelenleg utas visszatartó rendszerek valamennyi eleme elektronikus működésű és a központi légzsák elektronika folyamatos öndiagnosztikai felügyelete alatt működik.

A gépkocsi ütközési folyamatát a hozzá kapcsolódó eseményeket és az utas visszatartó rendszer elemeinek működési folyamatát az alábbi ábra szemlélteti.

1.54. ábra - Egy személygépkocsi ütközése és az utas visszatartó rendszerek elemeinek működése.

1.8.5.1. Pirotechnikai övfeszítők

A „B-oszlop”-ba szerelt automatikus csévélőszerkezettel egybeépített változat Kezdetben ez a pirotechnikai övfeszítő terjedt el általánosan. Leggyakrabban a "B -ajtóoszlop” és a küszöb találkozásának közelében szerelték be. Feladata az, hogy egy bizonyos értéknél nagyobb ütközési lassulásnál, ha az a menetirányhoz képest ± 30˚-os szögben hat, a vállon átvetett biztonsági öv ágat pirotechnikai eszköz segítségével megfeszítse. A feszítés hatásosságát csökkenti a felső terelőn, a ruházaton és a csatnál létrejövő súrlódás. Ezek miatt a vállon átvetett övrészre a teljes feszítőerő harmad-, a medencecsont feletti övrészre már csak a tized része jut. Emiatt nem zárható ki a hasöv alóli kicsúszás veszélye. Így tehát kevésbé hatásos, mint amikor a biztonsági öv csatjánál helyezik el az övfeszítőt.

1.55. ábra - Lassuláskapcsolóval működő biztonsági öv feszítő a „B –oszlopba szerelve.

Az övfeszítőt működtető lassulásérzékelőt kezdetben a gépkocsi deformációs zónájába, a hossznyúlványra szerelték. 4g ütközési lassulás hatására lépett működésbe. Az érzékelő belsejébe lévő acél golyó tehetetlenségi ereje ekkor legyőzi az állandó mágnes erejét, előre csapódik és zárja a gyújtó áramkört. Ekkor működésbe lép a pirotechnikai gázfejlesztő, a nyomásnövekedés elmozdítja az expanziós csőben a dugattyút, mely a biztonsági öv csévéjére többször felcsavart bowden segítségével feszítés irányban forgatja a biztonsági öv hevederének csévéjét és megfeszíti azt. Az övfeszítőt kiegészítik egy övmegfogó szerkezettel, mely megakadályozza a biztonsági öv vissza csévélődését, amikor az övfeszítő erőkifejtése már megszűnt. Az elhasználódott állapotra az utal, hogy az expanziós cső végéről hiányzik a műanyag záró sapka és a nyíláson keresztül láthatóvá válik az acél sodrony kötél végződése.

1.8.5.2. Mechanikus ütközésérzékelővel működő pirotechnikai övfeszítő:

A VW POLO-ba és a FIAT Brava és Bravo gépkocsi típusok „B-ajtóoszlopába” szerelnek olyan pirotechnikai övfeszítőt, melynek mechanikus ütközésérzékelő egysége is ebbe a szerkezetbe van beépítve. Egy előre meghatározott küszöbértéknél nagyobb ütközési lassulásnál az ütőszög aktiválja a pirotechnikai patront, mely gázt fejleszt. Ennek hatására az expanziós csőben elmozdul a dugattyú és az acél sodrony kötél segítségével megforgatja a biztonsági öv csévedobját és az megfeszül. Az intenzív gázfejlődés dugattyúra sajtolt bowden és fogazat segítségével 10 ms-on belül megforgatja a csévéjét. Ennek hatására 150 mm-el fog megrövidülni a biztonsági öv. A fogak egymáshoz kapcsolódása ezután blokkolni fogja az automatikus visszacsévélést. Ezért a komplett biztonsági övet ki kell cserélni.

1.56. ábra - Mechanikus lassulásérzékelővel működő pirotechnikai biztonsági övfeszítő kiszerelt állapotban.

1.8.5.3. A központi légzsák elektronika által működtetett pirotechnikai övfeszítő:

Ennél a változatnál közös egységet alkot a pirotechnikai gázfejlesztő, az expanziós cső és az automatikus csévélő szerkezetet. Az expanziós cső miatt viszonylag nagy helyet igényel, ezért többnyire a „B -ajtóoszlop” belsejébe szerelik. Két pólusú, sárga színű elektromos csatlakozóval látják el. A légzsák központi elektronikája ezen keresztül tudja aktiválni. A gyújtó áramkör zárt állapotát a légzsák elektronika folyamatosan ellenőrzi. A működést követően ez az áramkör megszakad, ilyenkor az elektronika bekapcsolja a légzsák ellenőrző lámpáját. Ez az egység is a vállon átvetett biztonsági öv ágat feszíti meg.

1.57. ábra - Pirotechnikai biztonsági öv feszítő, melyet a központi légzsák elektronika működtet. az elektromos csatlakozója sárga

1.8.5.4. A biztonsági öv zárszerkezetére ható pirotechnikai övfeszítő

A kilencvenes évek közepétől egyre több gépkocsiba a biztonsági öv csatjára ható pirotechnikai feszítőt szereltek be. Ezeket általában 30 km/h-nál nagyobb ütközési sebességnél működteti a központi légzsák elektronika. Ez az egység tartalmazza a lassulásérzékelőt is. Az utastérben az első ülések közelébe szerelik be, így ütközéskor az utasokra ható lassulást érzékeli.

A pirotechnikai övfeszítőt a biztonsági öv csatjára szerelik. A központi légzsák elektronika elektromos jele aktiválja a gyújtópatront, mely felizzik és begyújtja a kb. 1 g tömegű szilárd halmazállapotú gázfejlesztő anyagot. Ekkor a nagy nyomású gáz az alumíniumból készült expanziós csőben elmozdítja a dugattyút, mely a hozzá rögzített drótkötéllel elmozdítja a biztonsági öv csatját, ezzel megfeszül a biztonsági öv. Ehhez a folyamathoz kb. 12 ms szükséges. A feszítő erő nagysága elérheti az 1 kN értéket. Az ütközést követően a még a légzsák felfújódása előtt működésbe lép az övfeszítő. Emiatt az utasok teste csak kb. 20 mm -nyit mozdul előre. Az övfeszítő nem működik, ha a gépkocsi 15 km/h-nál kisebb sebességgel ütközik az akadálynak.

Ennek az övfeszítő változatnak az előnye az, hogy 160 mm-es elmozdulás az öv mindkét ágát megfeszíti. Frontális ütközésnél lép működésbe, ha a sebesség nagyobb 20km/h-nál. Az övfeszítő gyújtófeszültségét 3-5 ms-al később követi a légzsák is, de annak sebességküszöbe 28 km/h.

1.58. ábra - A biztonsági öv csatjára ható pirotechnikai övfeszítő (BMW és Ford Escort)

Az övfeszítő gázgenerátorának műszaki jellemzőit a mellékelt táblázat foglalja össze. Az öndiagnosztika szempontjából fontos a gyújtó áramkör 2 Ω-os ellenállása, melyet a működtető elektronika a gyújtás bekapcsolásakor megmér. Az áramkör állapotát pedig folyamatosan úgy tudja mérni, hogy a „nem gyújt” küszöbértéknél kisebb áramot kapcsol rá impulzus szerűen egy nagyon rövid időre. Ez alapján megállapítható, hogy az áramkör zárt, vagy szakadt, ugyanakkor a pirotechnikai töltet garantáltan nem fog működésbe lépni. A táblázatban megadott 1,2 A –nál erősebb áramot kell az elektronikának kiadni ahhoz, hogy a gázgenerátor működésbe lépjen. Ennek hatására az ellenálláshuzal felizzik és begyújtja a pirotechnikai töltetet. Utána az áramkör szakadt. Ezt veszi észre az elektronika és bekapcsolja az ellenőrző lámát. Ha tehát folyamatosan világít a légzsák ellenőrző lámpa nem feltétlen annak hibáját jelenti. Lehet, hogy valamelyik biztonsági öv feszítőnél kell a hibát keresni. Erre vonatkozó pontos információt a műszeres diagnosztika révén szerezhetünk.

1.59. ábra - A biztonsági öv feszítőt működtető pirotechnikai gázgenerátor és működési jellemzői (Autolív)

1.8.5.5. Diagnosztikai vizsgálat:

Erre akkor kerül sor, amikor folyamatosan világít a műszerfalon elhelyezett légzsák ellenőrző lámpa. A biztonsági öv feszítők és a légzsákok diagnosztikáját az adott gépkocsi típusának megfelelő, vagy típus független berendezéssel is el lehet végezni. A diagnosztikai berendezést mindkét esetben az EOBD aljzathoz kell csatlakoztatni. A gyújtás bekapcsolása után a menüből ki kell választani a gépkocsi pontos típusát és a gyártási időpontját. Ez után következhet a felkínált menüből a légzsákrendszer kiválasztása. Ugyanis a biztonsági öv feszítő ennek része. A képernyőn megjelenik a hibakód és a felirat, mely megnevezi, hogy melyik részegység hibásodott meg. A következő oldalon kiderül a hiba oka is, hogy például valamelyik áramkör szakadt. Ez persze nem csak akkor áll fent, ha az övfeszítő elhasználódott, hanem akkor is, amikor a vezetékcsatlakozó szétcsúszott például azért, mert az ülés alá valamilyen csomagot benyomtak és emiatt széthúzódott a vezeték.

A javítás után a diagnosztikai berendezés lehetőséget ad a hibakód törlésére is.

1.60. ábra - A Würth által forgalmazott WOW diagnosztikai berendezés által feltárt biztonsági öv feszítő hiba.

Ha a légzsák rendszer hibátlan, nincs tárolt hibakód és a képernyőn megjelennek pontosan az egyes részegységek gyújtó áramköreinek ellenállásait. Ezt látjuk a következő ábrán. Ezek természetesen az adott gépkocsi típusának megfelelő értékek, hiszen a részegységek különböző beszállítóktól is érkezhetnek.

1.61. ábra - A légzsák rendszer elemeinek gyújtó áramközeinek jellemző ellenállásai.

1.62. ábra - Az Opelnél és a Suzukinál alkalmazott Tech 2 diagnosztikai berendezéssel végrehajtott vizsgálat eredménye.

1.8.5.6. Golyósoros pirotechnikai övfeszítő

Az eddig ismertetett biztonsági öv feszítőknek van egy közös hátrányuk, az expanziós cső viszonylag nagy helyigénye. Ezen az Autolív fejlesztői úgy változtattak, hogy az eddig egyenes expanziós csövet ívben meghajlították. Ezért a feszítő erő átadása nem acél sodrony huzallal, hanem golyósor közvetítéssel valósul meg. Kétféle változatban is gyártották. Eleinte mechanikus ütközés érzékelő hozta működésbe függetlenül a légzsákoktól. Ennél a szeizmikus tömeggel ellátott érzékelőt is az övfeszítő egységbe szerelték. Kezdetben ilyen változatot szereltek az Audi TT –be.

A jelenleg a gépkocsikba szerelt változatoknál a működtetést már a központi légzsák elektronika végzi. Ennek az előnye az, hogy jobban össze lehet hangolni a légzsákok és az övfeszítők működését. Az alkalmazott gázgenerátor az aktiválásától eltekintve hasonló az előző változatokéhoz. Ilyen övfeszítőket gyárt az Autolív Sopronhorpácsi gyára.

1.63. ábra - Autolív gyártmányú golyósoros pirotechnikai biztonsági öv feszítő

1.8.5.7. Bolygótárcsás biztonsági öv feszítő

Három pirotechnikai patron egymás után lép működésbe és hozza forgásba a Wankel motor dugattyújához hasonló bolygó tárcsát, mely felcsévéli és így megfeszíti a biztonsági öv hevederét. Ezt a típusváltozatot szerelik egyebek között a Skoda Fabia-ba is.

1.64. ábra - Bolygótárcsás pirotechnikai biztonsági öv feszítő

1.8.5.8. TRW ACR 1.0

A legkorszerűbb változatot villanymotoros csévélővel és pirotechnikai övfeszítővel is ellátják. A villanymotoros csévélőt az aktív biztonság egyik fontos eleme az ESP működteti, amikor a gépkocsi instabil állapotát állapítja meg. Ez az egység két irányú működtetésű. Ha mégsem következett be baleset, visszalazítja az utas által beállított értékre a biztonsági övet. Ha bekövetkezik a baleset a villanymotoros felcsévélés után még működésbe lép a pirotechnikai övfeszítő is.

1.65. ábra - A villanymotoros csévélő szerkezetből és a pirotechnikai feszítő egységből összeépített TRW ACR 1 változat

A statisztikai adatok szerint az ütközések több, mint 2/3-ad része elölről következik be.

A teljes homlokfelületű frontális ütközés 21%, az offset frontális ütközés 12,3%, melynél a gépkocsi elejének csak 40-50%-a érintkezik az akadállyal. A ferde irányú elölről bekövetkező ütközés 33,6%.

Nagy ütközési sebességnél annak ellenére, hogy becsatolták a biztonsági övet az első üléseken utazók feje a kormánykeréknek, illetve a műszerfalnak csapódik. A légzsákok frontális, vagy kissé ferde irányú ütközésnél működésbe lépnek, ha azokra szükség van.

A légzsákrendszert a biztonsági öv feszítővel hangolják össze. De tudni kell, hogy az utasok mozgási energiájának jelentős részét az övfeszítő veszi fel. A légzsák a fejet és a mellkast védi. Ütközéskor a légzsák rövid időn belül megtelik gázzal és csökkenti az első üléseken utazók sérüléseit. A rendszer az elektronika öndiagnosztikájának felügyelete alatt áll. Meghibásodás esetén világít az ellenőrző lámpa.

A statisztikai adatok szerint az ütközések több, mint 2/3-ad része elölről következik be.

A teljes homlokfelületű frontális ütközés 21%, az offset frontális ütközés 12,3%, melynél a gépkocsi elejének csak 40-50%-a érintkezik az akadállyal. A ferde irányú elölről bekövetkező ütközés 33,6%.

Nagy ütközési sebességnél annak ellenére, hogy becsatolták a biztonsági övet az első üléseken utazók feje a kormánykeréknek, illetve a műszerfalnak csapódik. A légzsákok frontális, vagy kissé ferde irányú ütközésnél működésbe lépnek, ha azokra szükség van.

A légzsákrendszert a biztonsági öv feszítővel hangolják össze. De tudni kell, hogy az utasok mozgási energiájának jelentős részét az övfeszítő veszi fel. A légzsák a fejet és a mellkast védi. Ütközéskor a légzsák rövid időn belül megtelik gázzal és csökkenti az első üléseken utazók sérüléseit. A rendszer az elektronika öndiagnosztikájának felügyelete alatt áll. Meghibásodás esetén világít az ellenőrző lámpa.

A légzsákra vonatkozó első szabadalmat 1953 ban nyújtotta be a müncheni Walter Linderer. Elképzelése szerint sűrített levegővel működött volna, azonban nem vált be. Ezt követően még csaknem két évtized telt el, amikor a Mercedes-Benz AG. 1971-ben benyújtott egy másik légzsák szabadalmat. Amikorra gépkocsiba beszerelték, további tíz évre volt szükség, hiszen ekkor már 1981-et írtak.

Először a Mercedes kínálta felár ellenében a vezetőülés elé, a kormánykerékbe beszerelt légzsákot.

1.66. ábra - Légzsák szabadalom 1951-ből

1.67. ábra - A Mercedes S osztály az első kormánykerék légzsák

A Robert Bosch GmbH. 1981-óta gyárt sorozatban légzsák és övfeszítő elektronikákat. A pirotechnikai gázgenerátorral működő légzsák egyre több európai gépkocsiban szériatartozékká vált. Az Európában eladott japán személygépkocsik közül először 1990-ben a Honda kínálta a Legend típuscsaládba opcióként a légzsákot. 1993.-tól már az első utas ülések előtt is megjelentek ezek a védelmi egységek. Eleinte a VW 400 Márka többletár ellenében kínálta a két első ülés elé a légzsákot. Opcióként rendelhető volt más a kis-kategóriájú gépkocsikba is. 1994-ben Németországban a gépkocsiknak már 20%–át szerelték két légzsákkal. Ez a részarány 2000-ben már elérte a 90%-ot. A japán autógyáraknál hasonló volt a tendencia. Az USA-ban már 1997-ben az összes új gépkocsit légzsákkal hozzák forgalomba. Az Opelekbe az első ülések elé a terepjárók kivételével 1993-tól sorozatban szereltek be légzsákokat. Gyors elterjedése a frontális ütközéseknél kifejtett hatékony védelemnek volt köszönhető.

1.8.6.1. A légzsákműködtetés és gyorsasága

A légzsák meg kell teljen gázzal addigra, amikor ütközés következtében a fej, illetve a felső test jelentősebben előre mozdul. Az elektromos gyújtás pillanatától erre kb. 30 ms-ra van szükség. A legszélső üléshelyzetet figyelembe véve eddig a test hozzávetőleg 10 cm-t mozdul előre. Az aktiválás tehát az ütközés pillanatától 10 ms on belül meg kell történjen. Ha 50 km/h-nál kisebb az ütközési sebesség egy kicsit hosszabb idő áll rendelkezésre a légzsák felfújásához. Ha a gépkocsi sebessége 20 km/h-nál kisebb nem célszerű a légzsák működtetése, hiszen ilyenkor a biztonsági öv kellő védelmet nyújt.

1.68. ábra - A központi elektronika működteti a légzsákokat és a biztonsági öv övfeszítőket

1.69. ábra - A légzsák elektronika elhelyezése az Opel Astra H gépkocsiban a kézifékkar mögött

1.8.6.2. A légzsákműködtetés változatai és biztonsága

• Elektronikán kívül elhelyezett mechanikus lassuláskapcsolóvalA lassuláskapcsolót a gépkocsi deformációs zónájában, vagy az utastérben helyezik el. kb. 2-4 g ütközési lassulás hatására egy tömeg mozdul el rugó, vagy mágnes ellenében, ami érintkezőket zár. Egy különálló elektronikus áramkör látja el a diagnosztikai feladatot. Ezt a működtetési változatot csak a kezdeti időben alkalmazták.

• Elektronikába szerelt lassulásérzékelővelA gépkocsi ütközésekor folyamatos működésű, analóg lassulásérzékelő adja a jelet, melyet speciálisan kialakított elektronika értékel ki. A tárolt peremfeltételekkel összehasonlítva dönt a légzsák aktiválásáról. A gázgenerátor gyújtópatronját kapcsoló tranzisztorokkal működteti. Az utastérben elhelyezett elektronika végzi a diagnosztikai feladatokat és működteti az ellenőrzőlámpát is. Ez azért kedvező megoldás és általánosan elterjedt, mert a deformációs zónában nem kell a rendszer egyetlen elemét sem elhelyezni. Nem áll fenn vezetékszakadás, vagy rövidzárlat veszélye ütközéskor. Kevesebb továbbá a rendszer részegységeinek a száma, egyszerűbb lehet a vezetékhálózat, emiatt nagyobb működési biztonság. Szennyeződések, mechanikai behatások nem veszélyeztetik a lassulásérzékelőt. Intelligens működtető algoritmussal jobban figyelembe vehetők az adott kocsiszekrény deformációs jellemzői. Egymás után több működtető fokozat is megvalósítható.

A működésbiztonság

• A légzsák rendszer nem lehet érzékeny a rövidzárlatra. Nem léphet működésbe a gyújtópatron, ha a test-, vagy a pozitív vezeték zárlatos.

• A kiegészítő mechanikus lassuláskapcsolók működőképességét az elektronika nem tudja ellenőrizni. Csak az ütközés után utólag derül ki az esetleges hiba. Az elektronikus változat tranzisztorainak üzemképességét a diagnosztikai áramkör felügyeli.

• Ha meghibásodás történt, a műszerfalon elhelyezett légzsák ellenőrzőlámpa folyamatosan világít.

• A gyújtás bekapcsolásakor néhány másodperces felvillanás jelzi, hogy az ellenőrző lámpa áramköre rendben van és ha menet közben hiba lép fel lehet számítani a figyelmeztető jelzésre.

• Meghibásodás esetén a tárolt hibakódok megkönnyítik a javítást. Csak a hiba megjavítása után a diagnosztikai műszerrel törölhető a hibakód. A hibakód tároló kitörölhetetlenül megjegyzi a működtetés körülményeit. Ezt azonban csak a gyártó műszereivel olvasható ki.

1.70. ábra - Légzsák ellenőrző lámpa a jobb szélső

• A légzsák működőképes kell maradjon akkor is, ha az ütközéskor a deformációs zónában elhelyezett lassuláskapcsoló vezetéke, vagy az akkumulátor kábelei elszakadnak, vagy zárlatosak lesznek.

• Ha az ütközéskor kiszakad az akkumulátor, vagy elvágódik a fő kábel, akkor is működőképes kell maradjon a légzsák rendszer. Ezért energiatároló kondenzátorokat építenek be a központi elektronikába.

• A légzsák érzéketlen kell legyen a környezeti elektromágneses hatásokra, továbbá a kisebb ütésekkel szemben pl. kalapácsütés, vagy felhajtás a járdaszegélyre.

• A téves működtetésekkel szembeni biztonság leghatásosabban a váltakozó feszültségű gyújtással (AC-Firing) valósítható meg. A gyújtóegységbe szerelt kondenzátor az egyenfeszültséggel szemben védetté teszi a működtetést.

• Az utastérben a nyomásnövekedés elviselhető értéken tartása érdekében az elektronika a vezető előtti légzsák működtetése után 18 ms késleltetéssel aktiválja a következő légzsákot. További légzsákok működtetését tudja lehetővé tenni, vagy megakadályozni bizonyos logikai áramkörök és érzékelők segítségével.

• Kis ütközési sebességnél a becsatolt biztonsági öv is kielégítő védelmet biztosít, ezért felesleges a légzsák aktiválása. Megfelelő kapcsoló, vagy a szoftver kialakítása lehetőséget ad a működtetési érzékenység adott kocsiszekrényhez történő összehangolására.

1.71. ábra - A légzsák működésének fázisai

Az ütközés után a légzsák elektronika a típustól függően működtetheti:

• a vészvillogót,

• kireteszelheti a központi ajtózárat,

• a relén keresztül megszakíthatja a benzin tápszivattyú áramkörét.

• a gyárilag a gépkocsiba szerelt GSM modulon keresztül automatikusan különböző fokozatú vészhívásokat kezdeményezhet.

• a pirotechnikai töltettel ellátott akkumulátorsaru segítségével megszakíthatja a tápfeszültséget (pl.: BMW).

1.72. ábra - Egy egyszerű két légzsákos rendszer kapcsolási rajza

1.8.6.3. A Bosch légzsák elektronikák generációi:

1.8.6.3.1. Az első generáció: Airbag 1

Az ütközési lassulás jelét elektronikus érzékelő szolgáltatja, melyet analóg áramkör értékel ki. Ellátták diagnosztikai rendszerrel és analóg hibatárolóval. Ennél a változatnál még a légzsákrendszer elektronikája három külön egységet alkotott, melyek:

1. működtető egység,

2. feszültség átalakító modul és

3. energiatároló egység.

1.8.6.3.2. A második generáció: Airbag 2

A piezo kristályos lassulásérzékelő jelét az elektronika analóg módon dolgozza fel. Tökéletesítették a diagnosztikai egységet. A hibakódokat EEPROM-ban tárolja. A soros csatlakozó lehetővé teszi külső diagnosztikai műszer használatát, de lehetőség van a villogókód kiolvasására is. Külön egységet képez a feszültség átalakító és az energiatároló.

1.73. ábra - Audi személygépkocsiba szerelt Bosch légzsák elektronika. A nyíl beszereléskor a menetirányba kell mutasson

1.8.6.3.3. A harmadik generáció: Airbag 3

A Robert Bosch GmBH légzsák elektronikáinak harmadik generációinál a lassulási jel feldolgozása már digitálisan történik. A biztonság érdekében két párhuzamosan bekötött (redundáns) mikroprocesszort alkalmaznak. Gyújtási jel csak akkor képződik, ha egymástól függetlenül mindkét mikroprocesszor erre utasítást ad. A diagnosztika ellenőrzi a vezetékhálózatot és részben az elektronikát is. Az öndiagnosztikai vizsgálat villogókóddal, vagy a soros csatlakozón keresztül a gépkocsi diagnosztikai műszerével lehetséges. Valamennyi elektronikus áramkör ennél a generációnál már egy közös egységet képez.

1.74. ábra - A Bosch ütközés érzékelők egyre kisebbé és megbízhatóbbá váltak

1.75. ábra - Bosch, piezoelektromos ütközés érzékelő az elektronika alaplapjához rögzítve.

1.8.6.3.4. A negyedik generáció: Airbag 4

Az elektronikában piezo kristályos lassulásérzékelőből egyet menetirányban, egyet arra merőlegesen helyeznek el. Így nemcsak a menetirányú ütközések ismerhetők fel, hanem az attól eltérő irányúak is. A jelfeldolgozás digitális.

1.8.6.3.5. A hatodik generáció: AB 6

Ennél márKözös elektronika működteti az övfeszítőket és a légzsákokat. A 6.1 változatot a Chryesler, a 6.3-at az Audi és Mercedes-Benz szerelte be. Négy egymástól független gyújtó áramkörrel rendelkezik. A hálózati feszültség megszűnését követően még 150 ms-ig működőképes.

1.8.6.3.6. A hetedik generáció: AB 7

A sorozatgyártás 1996-ban kezdődött. Az övfeszítőket és a légzsákokat egy periféria IC működteti (Peripherie-IC = PIC), mely feldolgozza az érzékelők jeleit, a feszültség átalakító és a diagnosztikai processzor feladatát is ellátja. Működteti az ellenőrzőlámpát is. Analóg csatlakozón keresztül fogadja az ülés foglaltság érzékelő jelét. Az autógyárban a szerelősor végén programozzák be a működési jellemzőket. A 7.1 változat már az oldallégzsákok működtetésére is alkalmas.

1.76. ábra - Bosch AB 6.3

1.77. ábra - Bosch AB7

1.78. ábra - Bosch AB8E borulás érzékelővel, 20 gyújtó áramkörrel

1.8.6.4. A légzsák elektronika feladata

Az elektronika a lassulásérzékelő jelét szűri, erősíti és feldolgozza. Az észlelt érték helyességének ellenőrzésére, vagy egy másik lassulásérzékelőt, vagy egy mechanikus lassuláskapcsolót alkalmaznak. Így az elektromágneses zavar, vagy az érzékelő hiba felismerhetővé válik.

Ha a gépkocsival gödrön hajtanak át, nekimennek a járdaszegélynek, vagy ha kalapácsütés éri a kocsiszekrényt egy szoftver-algoritmus akadályozza meg, hogy ne következzék be a légzsák-, vagy az övfeszítő működtetés.

A lassulásérzékelők különböző változatait az elektronika gyártói maguk fejlesztik ki és gyártják. Az egyik változat belsejében például két 4 x 8 mm -es kerámia lapka fog közre egy piezo kristályt, mely a lassulással arányos analóg jelet ad. Az érzékelő foglalatába szerelik be az erősítő és a szűrő áramkört is. A már felerősített és szűrt jelet digitalizálja az A/D átalakító, és a jel kiértékelését a mikroprocesszor végzi. Ez alapján két fontos kérdésre kell választ adni:

• kell -e működtetni a légzsákot, és ha igen,

• mikor kell bekövetkezzék a gyújtás.

Sajnos ezek meghatározására nincs egyszerű matematikai összefüggés. A maximális lassulás értéke nem lehet a légzsák és övfeszítő rendszer működtetésének feltétele. Ha például 23 km/h sebességnél a lassulás átlépi a 37g értékű küszöbértéket, szükséges a légzsák működése. Ha 44,5 km/h sebességgel 30°-os szögben történik az ütközés, az előzőnél lényegesen kisebb a lassulás, mégis szükséges a légzsák működése.

Összefoglalva az mondható el, hogy az elektronika az ütközési vizsgálatoknál felvett lassulásgörbékkel hasonlítja össze az észlelt értéket és ez alapján dönt az utas visszatartó rendszer működtetéséről.

Az aktiválási időpont meghatározásának fontos kritériuma a bent ülők testének maximálisan megengedett előremozdulása. Ez az a távolság, melyet a személyek a kocsiszekrényhez viszonyított relatív elmozdulása során az ütközés kezdetétől a felfúvódott légzsákig megtesznek. Szokásos értéke 10 cm. Ebből az következik, hogy az ütközés után legkésőbb 40 ms -on belül a légzsáknak fel kell töltődnie gázzal. Ha biztonsággal 30 ms -os felfúvódási időből indulunk ki a gyújtás 10 ms -on belül kell bekövetkezzék. A működtető elektronika tehát ezen időn belül gyújtó jelet kell adjon.

Azért mert az elektronika belsejébe szerelik be a lassulásérzékelőt nagyon fontos az elektronika gépkocsiba történő beszerelésének helyzete, és rögzítése. A doboz tetején látható nyíl a menetirányt jelöli.

A légzsák működtető elektronikákat öndiagnosztikai rendszerrel látják el. Ez ellenőrzi a gyújtóvezeték, és a légzsák ellenőrzőlámpa áramkörét. A beépített hibatárolót és az ütközési adattárolót soros diagnosztikai csatlakozón keresztül lehet kiolvasni. Ha az ütközés következtében megszűnik a hálózat áramellátása, az elektronika működését és a gyújtást energiatároló kondenzátorok biztosítják.

A különböző légzsák elektronikákkal kezdetben négy, jelenleg már húsznál is több gyújtópatront lehet aktiválni. A hálózati feszültség megszűnését követően 150 ms elteltéig az energiatároló kondenzátor biztosítja a gyújtás lehetőségét.

1.79. ábra - A légzsák elektronikákba szerelt biztonsági lassuláskapcsoló fényképe és metszeti ábrája

1.80. ábra - A biztonsági lassulás kapcsoló röntgen felvétele

1.8.6.8. Robert Bosch GmBH AB 8 légzsák elektronika

Ezt a változatot jelenleg is beépítik 8.4 légzsákrendszer elektronika, illetve az AB 8.4 mínus, melynél nincs fejlégzsák és az első légzsákok nem kétfokozatúak. A két elektronikának azonos, 84 pólusú az elektromos csatlakozója, de eltérő a kapocskiosztása. A kábelköteg csatlakozója sárga színű. A légzsák aktiválásának feltételeit az elektronika EEPROM-jában tárolják. Ehhez folyamatosan kiértékeli az elektronikában elhelyezett

• 1 db. hossz és 1 db. kereszt irányú lassulásérzékelő jelét.

• A mechanikus, menetirányban beépített lassuláskapcsoló jelét

• Két külső keresztirányú lassulásérzékelő jelét.

Az ütközés felismerésekor mindegyik gyújtó áramkörre feszültséget vezérel ki.

A légzsák elektronika egymást követő három ütközésnél használható. Ütközéskor a következő adatok tárolódnak:

• Ütközési irány

• Utas első légzsák állapot (aktív / inaktív)

• Figyelmeztető jelzés,

• Hány gyújtás be és kikapcsolási ciklusban volt és a hibakód.

• A gyújtáskapcsoló helyzete

• Az egyes gyújtó áramkörök aktiválási ideje és a működési küszöbértékek

1.81. ábra - Bosch AB8 elektronika blokkvázlata

1.8.6.9. Az AB 8.4 légzsák elektronika működése:

Az elektronikát a sebességváltó kar közelébe szerelik be. A padlólemezhez rögzítik. Két kiegészítő oldal irányú lassulás érzékelővel is ellátják, melyeket az első ülések alatti kereszttartóra szerelnek a menetirányra merőleges helyzetben. Az oldallégzsákokat újabban már az ülés háttámlájába külső szélébe szerelik. Az olcsóbb kivitelű gépkocsiknál az első utas légzsák kikapcsolható. Erre akkor van szükség, amikor gyerekülést tesznek az első ülésre a menetiránynak háttal fordítva. Ilyenkor a légzsák kikapcsolása azért fontos, mert ha aktiválódik a gyerek feje az ülés háttámlája és a gyerekülés háttámlája közé szorul, ami halálos veszélyt jelet. Erre a napellenzőre felragasztott figyelmeztető felirat is felhívja a gépkocsi használójának a figyelmét. A gyermekülést használók korában a koponyacsont ugyanis még nem elég szilárd, a légzsák viszont nagyon agresszív. A VW, az Audi és több más autógyár is a gyújtáskulccsal elfordítható kapcsolót a kesztyűtartó belsejében helyezi el. Az Alfa Romeo az utas oldali A –oszlopon helyezi el, a Honda a műszerfal végében. Ezeknél a gépkocsiknál a kapcsolóhoz csak nyitott ajtónál lehet hozzáférni. A kikapcsolt első utas légzsáknál egy figyelmeztető lámpa „passenger airbag off” felirattal folyamatosan világít. Ez ha a légzsák nincs kikapcsolva a gyújtás bekapcsolásakor 4 – 5 másodpercig világít, majd kialszik. A drágább gépkocsiknál az ülés foglaltság érzékelőt kombinálják egy transzponderes automatikus gyermekülés felismerő áramkörrel, amely az IZOFIX rendszerű gyermeküléseket automatikusan felismeri és ha azt menetiránynak háttal helyezték el automatikusan letiltja az első utas légzsák működését.

1.82. ábra - Az első utas-légzsák kulcsos kikapcsolója a kesztyűtartóban és a visszajelző lámpa a középkonzolon (Mitsubishi)

1.83. ábra - Az első utas-légzsák kulcsos kikapcsolója (Alfa Romeo)

1.84. ábra - Bosch AB8.4 légzsák elektronika

A légzsák elektronika feladatai:

• Felismeri az ütközést és meghatározza a gyújtás szükséges időpontját.

• Gyújtófeszültséget vezérel ki a kimeneteken keresztül és rögzíti az adatokat.

• Folyamatos rendszerellenőrzést végez és hibajelzést ad meghibásodás esetén.

• Tárolja a hibakódokat.

• Lehetővé teszi a hibakódok kiolvasását az EOBD csatlakozón keresztül.

• Az elektronika programozása is lehetővé válik.

• Folyamatosan ellenőrzi a rendszerhez csatlakozó perifériális egységeket és összeveti a beprogramozott és kódolt változattal.

1.8.6.11. A légzsák elektronika ütközési jelkimenete:

Ütközés esetén a gyújtópatronok aktiválásán kívül az ütközési jelkimeneten keresztül egy speciális négyszögjelet ad ki az elektronika. Ez az inverze a rendben lévő rendszer esetén kiadott jelnek.

Ennek segítségével:

• Kireteszeli a központi zárat annak elektronikája segítségével.

• Lekapcsolja a tüzelőanyag ellátást a motorelektronikán és a tüzelőanyag szivattyú reléjén keresztül.

• Bekapcsolja a vészvillogót.

1.8.6.11.1. A légzsákrendszerek vezetékhálózata:

Újabban a légzsákok vezetékhálózatát sárga csatlakozókkal és figyelmeztető címkékkel is ellátják. A vezetékeket csak a gyújtás kikapcsolása után legalább egy perc várakozási idő elteltével szabad megbontani, mert a kondenzátorban tárolt energia az áramkör megszakításkor lejátszódó tranziens jelenségek hatására téves légzsák működést okozhat.

A légzsák vezetékhálózatán ellenállásméréssel csak akkor szabad hibát keresni, ha a légzsák, illetve övfeszítő gyújtóegységeinek csatlakozóit kihúztuk. A multiméter ellenállásméréskor egy kis áramot indít, mely aktiválhatja a légzsákot. Ennek elkerülése érdekében a Volvo speciális ellenállásmérőt kínál a hálózaton végrehajtandó hibakeresésekhez. Véletlenszerűen aktiválódhat a gázgenerátor akkor is, ha a műszálas ruhák viselése miatt elektrosztatikusan feltöltődve megérintik a légzsákmodul kivezetését.

1.85. ábra - Siemens légzsák elektronika csatlakozóaljzat

1.86. ábra - Siemens légzsák hálózat csatlakozó

Az akaratlan működtetés elkerülésére több légzsákmodul csatlakozójának kihúzásakor a vezetékeket rövidre zárja egy a csatlakozóba gyárilag beszerelt érintkező. Ha ilyen csatlakozó a rázkódás miatt kicsúszik, rövidzárlati hibajelzést okoz, mely hibakódként is tárolódik. A véletlenszerű aktiválás a váltakozó feszültségű gyújtással kiküszöbölhető.

A légzsák rendszer elektromos hálózatának megbontása:

• Ha a gépkocsin elektromos hegesztést kell végezni, például karosszériajavítás miatt szét kell bontani a légzsákok gyújtóvezetékeit.

• Ha a fényezést követő szárítás során a gépkocsit nagy hő terhelés éri a légzsákrendszer elemeit ki kell szerelni.

• A légzsákrendszer elemeinek megbontását a következőképpen kell végezni:

• A kormánykereket egyenes helyzetbe állítani.

• A gyújtást ki kell kapcsolni és a gyújtáskulcsot kivenni.

• A légzsák biztosítékát ki kell venni. (Ha a biztosíték kiszerelése után a gyújtást bekapcsolják, a műszerfalon elhelyezett légzsák ellenőrző lámpa világít.)

• A légzsákrendszer vezetékhálózatának megbontása előtt legalább tíz másodpercet várni kell, mert a tápfeszültség megszűnése után a kondenzátorban tárolt energia legalább még öt másodpercig aktiválhatja a légzsákot.

• A légzsák rendszer üzembe helyezésekor az előzőekben leírt műveleteket fordított sorrendben kell elvégezni.

• Nem szabad más típusú gépkocsiból származó légzsákelemet javítási célból beépíteni.

• Addig nem szabad a légzsákrendszert feszültség alá helyezni, ameddig az összes csatlakozó nem került a helyére.

1.8.6.12. A légzsák nem helyettesíti a biztonsági övet!

A légzsákok megjelenésével párhuzamosan egyre bonyolultabb rendszerré fejlesztették tovább a biztonsági öveket. Komfortosabbá tették használatukat, több beállítási lehetőséget biztosítanak, hogy minél jobban megfelelhessen feladatának. A légzsák nem több és nem kevesebb, mint a biztonsági övet jól kiegészítő másik biztonsági rendszer. Korábban gumival, ma izoprénnel bevont, vagy bevonat nélküli nylon szövetből (poliamid) készül a légzsák szövetanyaga. Ezen a területen az egyik legnagyobb beszállító a hamburgi PHOENIX AG.

A légzsák elektronikába beszerelt biztonsági lassulás kapcsoló és a lassulás érzékelő együttesen figyelik, hogy az ütközési energia meghalad –e egy bizonyos küszöbértéket. Az érzékelők száma, elhelyezése, működése, a kioldási küszöbérték, gépkocsitípustól függő jellemzők. Elektromos áram impulzus gyújtja meg a szilárd halmazállapotú gyújtó anyagot és az a pirotechnikai töltetet, ami gázt fejleszt, és az megtölti a légzsákot. Frontális ütközéskor az emberi test megközelítőleg a gépkocsi sebességével csapódik neki az előtte levő műszerfalnak, kormánykeréknek. Az ütközés előtt néhány milliszekundummal még azonos volt a sebességük. 40 km/h sebességű fékezetlen frontális ütközéskor 1,5 t–erő hat az emberi szervezetre. Ha például a gépkocsi 50 km/h sebességgel ütközik neki egy betonfalnak az utastérben lévőknek akkora a mozgási energiája, mintha 10 m magasról ugrottak volna le. Ez a példa is alátámasztja azt, hogy ilyen energiájú ütközés elviselésére az emberi szervezetnek segítségre van szüksége. A belső kárpitozás energiaelnyelő képessége korlátozott. Nagyobb energiájú ütközéses balesetek sértetlen túlélésének akkor van esélye, ha "utas-visszatartó" rendszereket építenek a gépkocsiba. Ezek megakadályozzák a test nagy sebességű nekiütközését a gépkocsi belső részeinek.

1.87. ábra - Ütközéskor nitrogén gázzal feltöltődött légzsákok

1.88. ábra - A baleset után leeresztett légzsákok nem akadályozzák a légzést

1.89. ábra - VW Passat légzsák hátsó részén a leeresztő nyílások piros cérnával körülvarrva

Mivel a légzsákok működésekor az utastér belső nyomása hirtelen nagyobb lesz, ami komoly megterhelést okoz az emberi szervezetre. Ezért biztosítani kell, hogy ne túl gyorsan következzék be a nyomásnövekedés, és csak akkora legyen, amekkora feltétlenül szükséges.

A felsőtest előrecsapódását a légzsák és a biztonsági öv együttesen akadályozza meg.

Ha több légzsákot szerelnek a gépkocsiba, azok működtetési sorrendje az elektronikába tárolt adatoknak megfelelően zajlik le. A kormánykerék légzsákhoz képest az első utas légzsák bizonyos késleltetéssel fog működésbe lépni. Ez érthető is mert az utas távolabb van a műszerfaltól, mint a vezető a kormánykeréktől.

1.8.6.12.1. A légzsák működés feltételei:

• ahhoz, hogy a légzsák működjön, az ütközés a gépkocsi menetiránya szerinti szimmetriatengelyhez képest ± 30° –al kell bekövetkezzen.

• a gépkocsi sebessége nagyobb kell legyen, 18 km/h -nál.

Elektromos jel gyújtja meg a pirotechnikai patront, ami működésbe hozza a gázgenerátort. Előre meghatározott mennyiségű forró nitrogén gáz keletkezik, mely szűrőn keresztül áramlik a légzsák szövetanyagának belsejébe és kitölti azt. Eközben kissé lehűl. A légzsák működésekor a kormánykerék agy részén a kárpitozása a megtervezett helyen felszakad a nyomásnövekedés hatására. Hasonló módon az utas előtti, rendszerint a kesztyűtartó feletti részen szakad fel a műszerfal kárpitozása.

1.8.6.12.2. A légzsákok térfogata

Európában kétféle méretű légzsákot gyártanak. A gépkocsivezető elé szerelt „Eurobag” 35 liter térfogatú, hatásossága csak akkor megfelelő, ha a hárompontos biztonsági öv az ütközés előtt be volt csatolva. Az Észak-Amerikai előírásoknak a 70 literes légzsák felel meg, mert ott hatóságilag nincs előírva a biztonsági öv becsatolási kötelezettség. (Németországban a felmérések szerint az autóban ülők 95%-a becsatolja a biztonsági övet. A halálos balesetek40%-ánál azonban nem volt becsatolva.)

A légzsák rendszerek kiegészítő elemeként alkalmazzák ezeket az egységeket. Ezekkel egyrészt megakadályozhatóvá válik a szükségtelen légzsák működés, másrészt pedig a kétfokozatú légzsákok alkalmazásával lehetővé válik a kevésbé agresszív légzsák működés. Kombinálni szokták a transzponderes gyermekülés felismerő elektronikával is. Ez minden gyújtás bekapcsolásnál egy rádiófrekvenciás jelet ad ki. Az IZOFIX rendszerű gyermekülés ennek energiáját felhasználva válaszol, amennyiben a gyermekülést a menetiránynak háttal fordítva helyezték be, letiltja az első utas légzsák működését.

1.108. ábra - Egy ülésből kiszerelt foglaltság érzékelő gyermekülés felismerő egységgel kombinálva

1.8.8.1. A súlyméréses elven működő ülés foglaltság érzékelő

Az újabb légzsák rendszereknél nem csak a biztonsági öv csatjába szerelt kapcsolóval a becsatolt állapotot érzékelik, hanem a hevederben ébredő erőt is mérik. Ez az érzékelő is a csatba van szerelve. Ezekkel az információkkal egészítik ki az ülésfoglaltság érzékelőtől származó információt. Ezek együttesen fogják befolyásolni a légzsák működését.

1.109. ábra - Kiegészítő érzékelők jelei befolyásolják a légzsák működését.

1.8.8.2. Más működési elvű ülés foglaltság érzékelők:

Nem csak súlyméréses elven működő ülés foglaltság érzékelőt alkalmaznak, hanem ultrahanggal, infravörös, vagy ultraibolya sugárral működőt is. Vannak olyan változatok is, melyeknél a két utóbbi működési elv kombinációját használják fel. Ezeknél az érzékelőknél visszaverődött sugár megérkezésének az ideje más lesz, ha üres az ülés, vagy ha ül ott valaki, akiről előbb verődik vissza. Ezek az érzékelők nem csak a személy jelenlétét tudják jelezni, hanem megfelelő programmal kiegészítve még a testhelyzetét is meg tudják állapítani. Ez az információ fontos kiegészítő adat a több fokozatú légzsák működtetéséhez.

1.110. ábra - Ultrahangos ülésfoglaltság érzékelőt az ülés felett helyezik el.

Az egyre olcsóbbá váló kamerák és a képfeldolgozási szoftverek fejlesztéseinek eredményeként három dimenziós kamerát is alkalmaznak, mint ülés foglaltság érzékelőt.

1.111. ábra - s kamera, mint ülésfoglaltság érzékelő

Az ütközés érzékelését pontosabbá tehető kiegészítő érzékelőkkel. Elkerülhetővé válik a szükségtelen működtetés, mérséklődik a javítási költség. Jelenleg a személygépkocsik fenéklemezének legmerevebb részére, a középalagútra rögzített légzsák elektronikába szerelt lassulás érzékelő ismeri fel a gépkocsi ütközését. Bizonyos tekintetben hátrányos, mert frontális ütközéskor ébredő erő impulzusok az első hossznyúlványokon keresztül már jócskán megszűrve érkeznek ide. Ha az ütközés iránya a gépkocsi hossztengelyével nagyobb szöget zár be, a ténylegesnél lényegesen csekélyebb lassulás érzékelhető. Az ütközés előtt végrehajtott fékezés miatt ha bólint a gépkocsi, a fenéklemeznél kisebb lassulás fog hatni. Más tekintetben viszont előnyös ez a megoldás, hiszen a deformációs zóna segítségével már lecsökkent lassulást regisztrál pontosan akkorát, amekkora az utasokra hat. Az előzőekben összefoglaltak indokolttá teszik a kiegészítő ütközés érzékelő alkalmazását.

1.8.9.1. Gyorsabb és biztonságosabb ütközési jel képzés

A légzsák működtetés hagyományos jelképzéshez, melynél az ütközés érzékelő a légzsák elektronikába van szerelve, nehéz olyan algoritmus írni, mely pontosan és tévedhetetlenül dönteni tud arról, hogy szükséges –e a légzsák aktiválására, és az mikor következzen be. A megtörtént balesetek elemzései alapján megállapítható, hogy a biztonságot előtérbe helyezve gyakran kisebb ütközésnél szükségtelenül lép működésbe a légzsák. Ez olykor jelentős riadalmat és persze fizikai terhelést okoz. Ráadásul a balesetet követő javítás számláját is jelentősen növeli az elhasználódott légzsákok cseréje.

1.112. ábra - Kiegészítő ütközés érzékelők jelei befolyásolják a légzsák működését.

1.113. ábra - A frontális ütközések súlyosságának gyakorisága

Ha a gépkocsi első deformációs zónájába kiegészítő ütközés érzékelőket szerelnek, ezekkel hatékonyabban és kíméletesebben működtethetők az első légzsákok. Így az ütközésről néhány század másodperccel korábban kap információt az elektronika, ezért több idő áll rendelkezésre a jelek kiértékelésre és a légzsákok működtetésére. További előnyt jelent, hogy a nagyobb amplitúdójú lassulás jel alapján biztonságosabbá válik a döntés arról, hogy kell –e a légzsákot működtetni, vagy elegendő csak az övfeszítőt aktiválni. A különböző jelek jól összehasonlíthatók a következő ábrákon. A kiegészítő érzékelős rendszer az ütközés után 15 ms-on belül egyértelműen felismeri az ütközési energia nagyságát és elkerülhetővé válik a szükségtelen légzsák működtetés. Ha ezzel párhuzamosan még a két fokozatú gázgenerátorokat is beépítik, akkor nem lesz annyira agresszív a felfújódás. A frontális ütközéseknél védelmet nyújtó légzsákokat a láb és térd légzsákok tehetik még hatékonyabbá.

1.114. ábra - A központi légzsák elektronikában elhelyezett érzékelőtől származó ütközési lassulások jelei. A jelek színváltásánál lépett működésbe a légzsák.

1.115. ábra - Hasonló körülmények között lezajlott ütközési lassulás jelek a kiegészítő ütközés érzékelőtől. Határozottabb jelképzés, biztonságosabb működés.

1.8.9.2. A kiegészítő ütközés érzékelő

Az alábbi ábrákon a kiegészítő ütközés érzékelő és annak elhelyezése látható, mely a hűtő felső vízszekrényének közelében kapott helyet. Két csavarral rögzítik.

1.116. ábra - A motortérben elhelyezett kiegészítő ütközés érzékelő.

1.117. ábra - A hűtő felső szélénél elhelyezett kiegészítő ütközés érzékelő.

A kiegészítő ütközés érzékelő jelentőségét növelik az utoléréses balesetek. Rendszerint a vezető ilyenkor erőteljesen fékez, ezért a gépkocsi eleje berugózik és az előtte lévő autó lökhárítója alá csúszik. Emiatt az ütközési lassulás érzékelése a központi légzsák elektronikában kevésbé hatékony, vagyis a tényleges ütközési energiánál csak kisebbet érzékel. Emiatt akár el is maradhat a légzsák működtetés, pedig szükség lenne rá. Ilyenkor előnyös, ha a kiegészítő ütközés érzékelőt a motortér felső részén helyezik el, ahol a tulajdonképpeni ütközés bekövetkezik. A különböző elhelyezésű érzékelők jeleinek intenzitását az előbbiekben ábrákon hasonlítottuk össze.

1.118. ábra - A kiegészítő ütközés érzékelő különösen utoléréses baleseteknél hasznos a fékezéskor bekövetkező a bólintó mozgás miatt.

A kiegészítő ütközés érzékelők új fejlesztésűek és mikromechanikai elven működnek. Az ütközési lassulást az érzékelő deformációja következtében a differenciál kondenzátoroknál bekövetkező kapacitás változás alapján tudja megállapítani az elektronika.

1.119. ábra - A kiegészítő ütközési lassulás érzékelő

1.120. ábra - Differenciál-kondenzátoros érzékelés, elektronikus kiértékelés

1.121. ábra - Differenciál-kondenzátoros érzékelés elvi működési ábrája

1.8.9.3. Pre-crash érzékelő

A gépkocsik utas védelmi rendszere úgy tehető még hatékonyabbá, ha még az ütközés előtt az elektonikus rendszer tudomására juthat a már elkerülhetetlenné váló baleset. Több idő áll ugyanis rendelkezésre az utas védelmi rendszer különböző elemeinek előkészületére, illetve működésére. Erre az érzékelésre azt a fizikai jelenséget használják fel, hogy közvetlenül az ütközés bekövetkezése előtt a kocsiszekrény felületén megnő a levegő nyomása. Az alábbi ábrán egy ilyen működési elvű pre-crash érzékelő látható.

1.122. ábra - A gépkocsi homlok felületénél elhelyezett, hirtelen légnyomás változást mérő pre-crash érzékelő.

A frontális ütközések esetén a védelmet a pedálok alatt felfúvódó, két gázgenerátoros, a Siemens által kifejlesztett láb légzsák teszi hatékonyabbá. Ez a baleset utáni mentést is megkönnyíti, mert a láb nem szorulhat az utastér deformálódó homlokfala és a pedálok közé.

A térd légzsák akkor nyújt hatékony védelmet, amikor a laza biztonsági öv has ága alól kicsúszik az illető és térdeivel a műszerfalnak ütközne.

1.123. ábra - A láb légzsák a pedálok alatt fújódik fel

1.124. ábra - A térd légzsák is a frontális ütközéseknél nyújt védelmet

1.8.10.2. A légzsák elektronika fejlesztés folyamata

A gépkocsikba szerelt légzsákok összetett fejlesztési folyamatok eredményei. Az ütközési folyamatok számítógépes szimulációjával párhuzamosan szükség van az ütközési kísérletek végrehajtására is. A légzsák elektronikák emberi kéz érintése nélkül, automatikus gyártó soron készülnek. A sor végén minden egyes elektronikát ütközés vizsgálatnak vetnek alá, melynek során ellenőrzik, hogy kiadta –e a gyújtási parancsot. Visszaállítva az eredeti állapotba hagyja el a gyártó sort.

1.125. ábra - A légzsák elektronika fejlesztésének folyamata.

Az ütközéses baleseteknél az utóbbi évtizedben a biztonsági öv feszítők és a légzsákok beszerelésével a gépkocsikban utazók védelme sokat javult. Az Európai Unió szakembereinek figyelme ezután a városi forgalomban elgázolt gyalogosok védelmére összpontosult. Ezt a szempontot érvényesítik az Euro NCAP vizsgálatok eredményeinek kiértékelésénél is.

1.126. ábra - Az elgázolt gyalogos testrészeinek felütközése a gépkocsira 40 km/h sebességnél

A jelenleg „divatos” rövidebb, ezért merevebb motorháztető, mely azonos méretek mellett tágasabb utasteret tesz lehetővé, az elgázolt gyalogosok számára nagyobb veszélyt jelent. A svédországi Autolív, a légzsákrendszerek egyik jelentős fejlesztője és gyártója, két új védelmi rendszerrel óvja a gyalogosokat a gázoláskor bekövetkező súlyos következményektől. Ennek azért nagy a jelentősége, mert Európában a közlekedési balesetek minden ötödik halálos áldozata olyan gyalogos, akit személygépkocsi gázolt el. Évente hétezren vesztik így életüket. Az esetek 80%-ánál a motorháztetőnek, illetve az A oszlopnak ütközéskor bekövetkező fejsérülés válik végzetessé. Az ütközési sebesség 60 km/h-nál kisebb, az átlagos sebesség 40 km/h körüli. A mérési eredmények szerint, amikor személyautó dummy-t gázol el 40 km/h sebességgel a HIC (Head Injury Criterion) érték, a fejsérülés nemzetközileg elismert mérőszáma 7000, mely hétszerese a jelenleg megengedett értéknek.

1.8.11.1. Gázoláskor megemelkedik a motorháztető

Az Autolív légzsákok és gázgenerátorainak fejlesztésénél szerzett tapasztalatait alkalmazta az új gyalogosvédelmi rendszer kifejlesztésénél. A gyalogos elgázolását a lökhárítóba szerelt kombinált érintés-, és lassulás érzékelők jelei alapján ismeri fel az elektronika. A kellő pillanatban a motorháztetőt a hátsó részéhez beépített két pirotechnikai egységgel másodperc töredéke alatt megemeli. A vékony fém lemezből készített, harmonikaszerű, működtető elem hosszát légzsák gázgenerátor 10 mm-el megnöveli. Így az elgázolt személy nem a merev motorháztetőre csapódik, hanem a megemelés távolsága, mint deformációs út csökkenti a fej felütközésének energiáját. Ez a folyamat a lökhárító megérintésétől számítva 70 ms-on belül lejátszódik. Jól vizsgázott az új rendszer az ütközési vizsgálatoknál, mert a HIC értéket 7055-ről 735-re, azaz csaknem tized részére csökkentette.

1.127. ábra - Az Autolív gyalogos védelmi rendszerénél gázgenerátor emeli meg a motorháztetőt.

1.128. ábra - Az amerikai TRW gyalogos védelmi rendszerénél gyors működésű villanymotoros mechanika emeli meg a motorháztetőt.

1.8.11.2. Légzsák a szélvédőn

A gyalogos gázoláskor az előző részben ismertetett motorház tető megemelés még hatékonyabbá tehető, ha a motorháztető alatt létrejövő résen keresztül az első szélvédőre oldalanként egy kb. 7 liter térfogatú légzsák terül. Ezeket ugyanazon érzékelők jelei alapján működteti az elektronika, melyek a motorháztető megemelésére adtak parancsot.

Ennél a védelmi megoldásnál módosított légzsákot alkalmaznak. A belső részbe bevarrt gurtnikkal az ütközési energiát nagy felületen egyenletesen osztják szét. Így nagyobb sebességnél sem ütközik merev karosszéria résznek a fej anélkül, hogy az energiát a légzsák ne csillapítaná. Így nem szükséges nagy térfogat és ezért a működés gyors lehet. Légzsák nélkül, ha például a fej az „A oszlopnak” ütközött a HIC érték elérte a 6500-at. Ez az érték a légzsák alkalmazásával 940-re csökkent. Ez is bizonyítja, hogy az életveszélyes sérülések így hatékonyan mérsékelhetők.

1.129. ábra - Az első szélvédőre terülő légzsák mérsékli a fejre ható HIC értéket

1.8.11.3. A gázolás felismerése optikai érzékelővel

A gyalogos gázolását a lökhárítóba szerelt optikai érzékelő ismeri fel. Ennek jelét az elektronika dolgozza fel és dönt a motorháztetőt megemelő a pirotechnikai, villanymotoros, vagy éppen hidraulikus rendszer működtetéséről.

1.130. ábra - A gyalogos védelmi rendszer elvi felépítése.

1.8.11.4. Adaptív védelem

A két védelmi rendszer, a motorháztető megemelése és a szélvédőre terülő légzsák egymástól függetlenül, de egymást kiegészítve is alkalmazható. Olyan adaptív rendszerré alakítható, melynél kis sebességnél csak a motorháztető emelkedik meg. Hiszen ilyenkor az elgázolt gyalogos feje a motorháztetőnek csapódik. A gépkocsi ezt követő javítása során nem kell kicserélni a légzsákot, ezért költségkímélő.

Nagyobb sebességnél, amikor a fej valószínűleg a gépkocsi szélvédőjének, vagy az A oszlopnak ütközik, a légzsák is aktiválódik. Az új védelmi rendszer alkalmazása népgazdasági szinten jelentős megtakarítást eredményez, mert a sérülések kevésbé súlyosak, az orvosi és a táppénz kiadások csökkennek, de a megmentett életek pénzben nem mérhetők.

1.131. ábra - A lökhárítóra szerelt optikai érzékelő.

Az ütközéses baleseteknek kb. 20%-a következik be oldalról. A frontális ütközések után ez a második leggyakrabban bekövetkező baleset változat. Az oldal irányból bekövetkező ütközések azonban súlyos kimenetelűek. A lényegesen keskenyebb deformációs zóna miatt néhány milliszekundumon belül az utastérbe hatol a kocsiszekrény oldalsó határoló eleme, például az ajtó. Az oldalirányú ütközésekkel szembeni védelmi rendszer, a SIPS világpremiere, 1991-ben volt. Ez a szakembereket új szabványok megalkotására sarkallta. Az oldalvédelem második fázisaként 1994-ben a gépkocsiba oldallégzsákot is beépítettek. Az első ülések háttámlájába beépített légzsák a SIPS rendszerrel együtt az oldalirányú ütközések esetén a súlyos sérülések valószínűségét mintegy 40%-al csökkentette. Ma az oldalirányú védelmet és a gyakran SIPS légzsáknak nevezett oldallégzsákot például minden Volvo gépkocsiba szériaszerűen beépítik.

Az oldallégzsákok azon szempont szerint is csoportosíthatók, hogy melyik testrészt védik. Legelőször a mellkast védő, annak latin nevéről elnevezett torax légzsákok terjedtek el. Ezt követték a medencecsontot védő és legújabban a fejet védő légzsákok, majd következtek a függöny légzsákok is. Ez már nem csak oldal irányú ütközésnél, hanem borulásnál is hatékony védelmet nyújt.

1.132. ábra - Az oldallégzsákok különböző változatai: 1. Torax légzsák a mellkast védi, 2. Cső szerű halántékot védő, 3. Függöny légzsák

A testet érő, nagy mechanikai terhelést, hatásosan csökkenti az oldallégzsák. Ennek különösen nagy dinamikával kell működnie. Azért, hogy elegendő idő álljon rendelkezésre a légzsák felfúvódására is, az elektronika 5 ms-on belül el kell döntse, hogy szükséges -e a légzsák aktiválása. A rendelkezésre álló rövid idő miatt nélkülözhetetlen az oldal irányú ütközés érzékelők (PAS) alkalmazása. Ennek jelét a központi légzsák elektronika dolgozza fel, de a biztonságos működés érdekében abba is beépítenek oldal irányú ütközés érzékelőt. Például a Bosch 7.1 elektronika változat már a végfokozatán keresztül képes volt az oldallégzsákokat is működteti.

1.133. ábra - Bosch PAS 1 (Peripherier Airbag-Sensor) az oldal irányú ütközés érzékelő.

Az oldallégzsákokat (torax légzsákok), jelenleg inkább az ülés háttámlájába szerelhetik be, ennek az előnye az, hogy az ülés állításával együtt mozdulnak és a védelem szempontjából mindig optimális helyzetben vannak. Korábban, például a Mercedesnél is az ajtókba is szereltek oldallégzsákot.

A működtetést tekintve:

Az oldallégzsák az 1995-ös modellévtől egyes típusokba szériatartozékként, míg másokba opcióként jelent meg.

Az oldalsó légzsákok az első ajtókat és küszöböket érő ütközés esetén egymástól függetlenül lépnek működésbe. Az első ülésekbe beépített két oldallégzsák önálló egységet alkot, nincs közöttük kapcsolat. Csak azon az oldalon aktiválódik, ahol az ütközés történt.

Három fő egységből áll.

Kezdetben alkalmaztak a küszöb, vagy az ajtó deformációja esetén működő érzékelőket is. Ez például akkor adott jelet, amikor az ajtó kb. 2 m/s -os sebességgel nekinyomódott. Ez hozzávetőlegesen 18 km/h ütközési sebességnek felelt meg. A rendszert úgy kalibrálták, hogy a szükségtelen aktiválás elkerülhető legyen, pl. ütés az ajtón, vagy kisebb koccanás nem mozgó objektummal.

Oldalsó ütközésnél a nyomólap deformálja az érzékelő alumínium burkolatát, mely megnyomja a gyújtócsapot és beindítja a gyújtást. A gyújtáskor egy impulzus keletkezik, mely eljutva a légzsák gázgenerátorához, begyújtja a szilárd töltetet. Ezt követően a gáz egy csövön keresztül fújódik be a légzsákba. Az első gázgenerátor aktiválása azonnal bekövetkezik, a második 3 ms késleltetéssel. A légzsákok ezeknél is nitrogén gázzal töltődnek fel. Először felszakad a burkolatot, és az ülés kárpitozása, majd teljesen feltöltődik gázzal. Ebben az állapotban az ajtó kárpitozása és a mellkas közé kerül. Felfújt állapotban térfogata 12 l. Rendszerint oldallégzsákot csak olyan gépkocsi típusokba szerelnek, melyekben az első ülések előtt is vannak légzsákok.

Az oldallégzsákot ki kell cserélni, ha oldalsó ütközés esetén, vagy véletlenszerűen aktiválódott. Nem lehet javítani a rendszer elemeit sem, ezért mindig a teljes egységet kell kicserélni.

1.8.12.1. Az oldallégzsákkal kapcsolatos fontos tudnivalók:

• Ha az ülés háttámlájába szerelik a légzsákot, csak a gyártó által engedélyezett öléshuzatot, illetve kárpitot szabad használni, hogy semmi ne gátolja a légzsák működését.

• Az ülés háttámláján az oldallégzsák közelében nem szabad olyan tárgyakat elhelyezni, melyek annak működését befolyásolná.

• Az ütközés érzékelőt az ülés alatt-, vagy mellette helyezik el. Az első üléseket kímélni kell a jelentősebb erőhatástól.

1.134. ábra - Az ülés háttámlába szerelt oldallégzsák részei

A Vovo a fej védelmére szabadalmaztatta az Inflatable Curtain (IC) rendszert. A fej magasságában mintegy függönyként fújódik fel az "A" és a "C" ajtóoszlopok között az ütközést követően 25 ezred másodpercen belül ez a légzsák. Ennek köszönhetően az azonos oldal első és hátsó ülésén helyet foglalók fejét egyaránt védi ez a légzsák. Azt is megakadályozza, hogy borulás esetén a biztonsági övet nem használók kirepüljenek az utastérből. Egyetlen egységként a tetőkárpit alá szerelik be ezt az oldallégzsák változatot. Az IC rendszer érzékelőjét kezdetben a kocsiszekrényben oldalt helyezték el, jelenleg már a központi légzsák elektronikában található. A balesetek elemzései alapján megállapítható volt, hogy az oldalirányú ütközést elszenvedők súlyos, vagy halálos sérüléseinek 25% a fejet érte. A fej sérülésének veszélye azért igen nagy, mert nagyon közel van a gépkocsi oldalfalához, illetve az ablakhoz. A súlyos fejsérüléseket hatékonyan csökkentő rendszer kifejlesztésében a Volvo együttműködött az Autolív vállalattal, a svédországi beszállítójával.

1.135. ábra - Volvo S 80 függönylégzsák az első és a hátsó oldalablakra terül.

1.136. ábra - A függönylégzsák gázgenerátora és alatta a hátsó ülés biztonsági öv feszítője

A légzsákokra vonatkozó figyelmeztető matricákat helyeznek el:

Az oldallégzsák is öndiagnosztikai egységgel ellátott elektronikus rendszer. A gyújtás bekapcsolásakor a műszerfalon elhelyezett ellenőrzőlámpának három másodpercre fel kell villanni. Ha folyamatosan villog, vagy világít az hibát jelent. Márkaszervizben a gépkocsi típusának megfelelő diagnosztikai műszerrel lehet a hiba okát megállapítani. Ha a gyújtás bekapcsolásakor az ellenőrzőlámpa nem villan fel, az is hibát jelent.

A légzsák rendszer vizsgálatát és szerelését csak az erre kioktatott személyek végezhetik. A légzsák gázgenerátora pirotechnikai eszköz.

A szélvédők beragasztásához nagyobb szilárdságú ragasztó anyagot használnak a légzsákos autóknál.

1995 elején az USA-ban a Detroiti Motor Show-n, és Los Angelesben is bemutatták a Mercedes légzsák tanulmányát az "X–Bag"et. Ez valójában hét légzsák rendszer együttese, melyhez a különböző jellegű balesetekhez nem kevesebb mint 17 különböző légzsákot építenek be a gépkocsiba. Természetesen elsőként kell megemlíteni az aszimmetrikus, vezető előtti és a másik első ülés előtti légzsákokat. A műszerfal alatt helyezték el térd magasságban a másik légzsákokat anélkül, hogy az ülések komfortosságát károsan befolyásolná. Ezek szerepe a lábak és a medencecsont védelme frontális ütközések esetén. Nagy térfogatú oldalsó légzsákból nemcsak két oldalra, hanem a két első ülés közé is került egy. Ezek hivatottak megakadályozni nagy energiájú oldalsó ütközések esetén a medencecsont, a koponya és a gerincoszlop sérüléseit, és a két első ülésen utazó egymásnak ütközését is. A balesetek elemzői a "B" ajtóoszlopba és a fejtámlákba is javasolták a légzsák beépítését azért, hogy a hátulról bekövetkező ütközések esetén mérséklődjék a koponya és a gerincsérülés. A hátsó ajtókba is szerelnek az előbb említett okok miatt oldalsó légzsákokat. A gyermekek miatt az ülések háttámláiba is kerülnek légzsákok, melyek a hátsó ülésen utazókat óvják.

1.137. ábra - Egyre több légzsákot szerelnek az utastérbe.

Ez a körkörös védelem továbbfejlesztett rendkívül érzékeny szenzorokat igényel, mely a gépkocsi közvetlen környezetét is folyamatosan figyeli a közeledő járművek nagyságát, irányát és sebességét. A bentülők testnagyságát, testsúlyát és elhelyezkedésüket külön érzékelők figyelik. Ennek alapján az elektronika ütközési szimulációt végez és működteti a biztonsági rendszert. Ennek megfelelően fúvódnak fel az egyes légzsákok jobban vagy kevésbé.

Eddig a konstruktőrök a biztonsági övet és a hozzá tartozó övfeszítő, övmegfogó és erőkorlátozót - rövidebb kifejezéssel élve a PRS biztonsági övet a légzsákoktól független rendszerként építették a gépkocsikba. Ez tartotta ténylegesen az ülésben az utasokat. Európában ugyanis a légzsák sokáig csak kiegészítő utasvédelmi eszköz volt, mely jelentősebb mértékben az arcot, kisebb mértékben a fejet és a felső test egy részét védte a súlyosabb sérülésektől.

A programozott utasvisszatartó rendszerek második generációján egy adaptív légzsákrendszer és egy PRS biztonsági öv rendszer egyetlen egységbe történő összeépítését tekintjük. A két intelligens rendszer egymást jól kiegészíti, mert az utast érő terhelés jobban megoszlik. Ilyen rendszert mutatott be például a Renault az 57. Nemzetközi Autókiállításon Frankfurtban a Grand Espace új egyterű gépkocsijában. A kormánykerékbe szerelt légzsák 60 literes, tehát nagyobb, mint a korábbi típusoknál beépített. Az új hajtogatásnak köszönhetően előbb felfúvódik, mint a hagyományos változatok és a gépkocsivezető mellkasa előtt nagyobb térfogatú védőpárna alakul ki. Az adaptív légzsákot egy vezérelt szeleppel is ellátják, mely egy előre meghatározott névleges nyomást tart a légzsák belsejében. Ha szükséges ezen a szelepen keresztül gáz távozhat a szabadba. A másik első ülés előtti légzsák térfogata 100 literes.

A rendszer működése négy fázisra osztható.

Ha ezt az új programozott utasvisszatartó rendszert a hagyományos egymástól függetlenül működő légzsákkal és erőkorlátozó nélküli övfeszítővel hasonlítjuk össze a mellkas sérülésének a valószínűsége az előbbinél 54 %-kal kisebb. A megállapítást a szakemberek a Renault szimulációs tesztje alapján tették. A teljes felsőtest terhelése viszont 60-70 %-kal kisebb. A baleseti statisztikákra átszámítva a második generációs programozott utasvisszatartó rendszer teljeskörű bevezetése a frontális ütközéseknél 30 %-kal csökkentené a halálos illetve a súlyos sérüléseket. 1998-tól a Renault Mégane-ba és ezt követően az összes többi Renault típusba is be fogják építeni.

A statisztikák szerint az oldalirányú ütközések a halálos kimenetelű balesetek 26 %-át a súlyos sérülések 17 %-át teszik ki. Két gépkocsi ütközése estén a leggyakoribbak a bordatörések, belső sérülések a bordák magasságában és az altest sérülései. A medencecsont sérülései ritkábban fordulnak elő. Ha a gépkocsi oldalával merev akadálynak ütközik, ami kevésbé gyakori mint az előző, fej és mellkas sérüléseket okoz.

1.138. ábra - A mellkast és a fejet együtt védő oldallégzsákok

A Renault-okba épített új oldallégzsák oldalirányú ütközések esetén egyaránt védi a mellkast és a fejet. 1998-tól ezt a Mégane és a Laguna mindkét első üléséhez beszerelik, az év végétől pedig az összes többi Renault modellbe is. Az oldalirányú ütközés pillanatában az utas 30 centiméterre van az akadálytól. A teljes ütközési folyamat 70 milliszekundum alatt zajlik le. Ezért az oldallégzsák nagyon rövid idő alatt fel kell fújódjon. Egy szellőzőnyílás gondoskodik az ütközési energia optimális felvételéről.

Ha például Franciaországban az összes gépkocsiba ilyen utasvisszatartó rendszert szerelnének az elvégzett matematikai szimulációk szerint az oldalirányú ütközéseknél bekövetkező sérülések 15-17 %-kal csökkennének. Ez évente 225-tel kevesebb halottat és 500-zal kevesebb súlyos sérültet jelentene.

Ezeket a légzsák rendszereket aktív fejtámla egészít ki.

Ezeknek a hűtőfolyadékkal működő fűtőkészülékeknek a fejlesztésénél és az összehasonlító vizsgálatoknál. Próbapad alkalmazása szükséges, melynél a meleg víz folyamatos keringetését szivattyú hozza létre. Egy ventilátor pedig biztosítja a légáramlást. A készülékbe be és kilépő közegek hőmérsékletét és az átáramló mennyiséget mérni kell. A víz térfogatárama például turbinás áramlásmérővel, a levegőé pedig mérőperemet határozható meg. A folyadék oldali áramlási viszonyok feltárásához jól használható az infratelevízió. Ezzel a felületi hőmérséklet eloszlás különböző módon tehető láthatóvá. Kiválasztható például folyamatosan változó szürkeségű (denzitású), úgynevezett átmeneti kép, illetve sávos kép. Ez utóbbinál a különböző szürkeségű sávokhoz egyértelműen hozzárendelhetők a számítással meghatározható hőmérsékletek. Ha szükséges, két előre kiválasztott hőmérsékleten a képen megjeleníthető két izoterma (azonos hőmérsékletű pontokat összekötő görbe) is.

2.1. ábra - A belsőégésű motor hűtőrendszerének hőenergiáját hasznosító fűtő készülék. A bal oldali ház részben a villanymotorral hajtott ventillátorral.

2.2. ábra - A fűtőkészülék belsejébe szerelt vízcsöves hőcserélő.

A legtöbb fűtőkészülékekben a levegő áramoltatását, egyenáramú motorral hajtott ventilátor végzi. Gyakran alkalmaznak két különböző fordulatszámon üzemeltethető változatot is. A felmelegített levegő terelésére távműködtetésű csappantyút építenek be a szellőző csatornákba.

2.3. ábra - A hőcserélő homlokfelületén kilépő levegő sebességeloszlása.

A következőkben különböző utastér fűtő készülék vizsgálatánál készített AGA 789 típusú infra-televíziós felvételeket mellékelünk. A képek kiértékelésénél a matt fekete felületű hőcserélő sugárzó képességét ε0 = 0,9 értékre vettük fel. A háttér sugárzást ernyőzéssel, illetve a megfelelő képkivágás beállításával küszöböltük ki. A felvételek jól szemléltetik a hőcserélők különböző felületein a hőmérséklet eloszlásokat és a nem egyenletes vízáramlást a hőcserélő belsejében.

2.4. ábra - A hőcserélő vízszekrényének infratelevíziós sávos képe a hőmérséklet eloszlásról. (negatív kép, a fekete a melegebb)

2.5. ábra - A hőcserélő homlokfelületéről készült infratelevíziós sávos kép a hőmérséklet eloszlásról. A vízcsövek vízszintes elrendezésűek. (pozitív kép, a fehér a melegebb

2.6. ábra - Függőleges vízcsöves hőcserélő homlokfelületéről készült infratelevíziós sávos kép a hőmérséklet eloszlásról. (pozitív kép, a fehér a melegebb

A fűtőkészülékekbe szerelt hőcserélők egymás közötti összehasonlítása és minősítése a hőátbocsátási tényező kiszámításával lehetséges. Ennek előzetes, számítással történő meghatározása nagyon pontatlan és csak becslésnek tekinthető. Pontosabb eredményt kapunk, ha az elkészült prototípust be lehet építeni egy vizsgáló berendezésbe és el lehet végezni a szükséges méréseket. Ehhez biztosítani kell az üzemszerű körülményeknek megfelelő meleg víz, és a levegő áramlását méghozzá úgy, hogy a hőmérsékletek és a tömegáramok mérhetők legyenek. A végrehajtott mérések alapján Emmenthal 1975 –ös Aacheni disszertációjában található következő összefüggéssel határozható meg a hőcserélő hőátbocsátási tényezője:

ahol:

ρ (kg/m3) sűrűség

c (J/kg K˚) fajhő

kHF (J/m2sK˚) a hőcserélő homlokfelületére vonatkoztatott hőátbocsátási tényező

A fenti összefüggés alapján végzett számításnál egyaránt figyelembe vesszük a hővezetéssel-, és a hőátadással átvitt hőmennyiséget is.

A hővezetési tényező pontosan meghatározott anyagjellemző.

A hőátadási tényező azonban csak részben tekinthető anyag jellemzőnek, részben pedig a kialakult áramlási viszonyoktól függ. Ezért pontos meghatározása nehézségekbe ütközik, mert legalább kilenc tényező befolyásolja, melyek közül a legfontosabbak:

A hőátadás előzetes számítására Nusselt a Navier – Stoks egyenletből a hasonlóságelmélet segítségével a hőátbocsátási tényezőre vonatkozó törvényszerűségeket vezetett le. A számítás eredménye csak közelítő értéknek tekinthető. Ezért van nagy jelenősége annak, hogy a kivitelezett hőcserélőn méréssel meghatározzuk a hőátbocsátási tényezőt.

Az infratelevíziós felvételekből megállapíthatók, hogy az adott hőcserélő hőtechnikai tulajdonságai hogyan javíthatók az áramlási viszonyok korrekciójával, például a vízszekrénybe beépítendő áramlásterelővel.

A szükséges kiinduló adatok

A fűtő teljesítmény és a fűtési mód meghatározása

Mindkét fűtési módnak vannak előnyös és hátrányos tulajdonságai is.

Figyelembe kell venni a hatósági-, és a biztonságtechnikai előírásokat is, például a veszélyes árut szállító járművekre a 94 / 55 / EG ADR előírás vonatkozik.

A fűtőkészülék és az égéstermékének elvezetése szigetelt, védett, illetve leárnyékolt kell legyen. Így kerülhető el a helyi túlmelegedés, illetve hárítható el a gyulladásveszély.

A légfűtő berendezések kiegészítő követelményei:

A légfűtés előnyei:

A hűtő folyadékkal működő fűtő berendezések kiegészítő követelményei:

A belsőégésű motor hűtő rendszere egy hőcserélőn keresztül a belsőégésű motortól független fűtőkészülékkel fűti az utasteret, illetve a rakteret.

A raktér, illetve az utastér hőmérséklete szabályozott kell legyen, melyet például 3/2 szelep beépítésével valósítható meg.

A fűtött tér a túlmelegedés szempontjából egy szeleppel védett kell legyen. Amikor a folyadék hőmérséklete elér egy bizonyos küszöbértéket, a keringető szivattyú tartósan leáll. A fűtő rendszer a gépkocsi motorjától függetlenül a fűtő készülékkel üzemeltethető.

A folyadékos fűtés előnyei:

A gépkocsiba szerelt belsőégésű motor fajtájának megfelelően benzin és gázolaj üzemű fűtőkészülékeket fejlesztettek ki, de a legújabb már bioetanollal is működtethető. Ennek megfelelően a típusjelzésekben a B, illetve a D betű utal a tüzelőanyag fajtájára, a bioetanolos változatnál pedig a készülék zöld festést kapott. A fűtőberendezés után beépített katalizátorral nulla emissziós üzemeltetés valósítható meg. Mindegyik készülékfajtából számos alaptípust gyártanak. Ezeket aztán fűtőteljesítményük alapján sorolják be. Általában a típusjelzés középső száma jelenti a kilowattban megadott fűtőteljesítményt. Ezek a változatok más szempontok szerint tovább csoportosíthatók. Vannak például olyanok, melyek:

A hűtőfolyadékkal működő „Hydronic” név utáni „E” betű az egyszerűbb, gazdaságosabb kivitelt jelenti, melynél azonban a fűtőteljesítmény nem szabályozható.

Ezekre a készülékekre közvetlenül felszerelik a működtető elektronikát is. A bekapcsoláskor először az izzítást működteti. A tüzelőanyag fajtájától függően a gyújtógyertya, vagy az izzó kerámia rúd indítja el az égést. Bekapcsol az égéstérbe levegőt szállító ventilátor, és a tüzelőanyag szivattyú is. Ekkor a hűtőfolyadék keringető szivattyúja is működik.

2.7. ábra - A fűtő készülék elektromos rendszerének felépítése

2.8. ábra - A fűtő készülék bekapcsolásakor először az izzítás lép működésbe.

Az elektronika egy érzékelővel folyamatosan felügyeli az égéstérben a lángot. Ekkor már az izzításra nincs szükség, azt kikapcsolja. Továbbá az elektronikának az is a feladata, hogy működés közben pontosan tartsa az előre beállított utastér hőmérsékletet, felügyelje a működést és lehetővé tegye a diagnosztikát. Általában olyan a készülékek működése, hogy először mindig az úgynevezett teljesítmény fokozatot kapcsolja be, majd egy bizonyos hőmérséklet elérése után, a pillanatnyi igény szerint a kisebb fokozat kezd üzemelni, melynek a feladata a hőmérséklet tartása.

2.9. ábra - A fűtő készülék működés közben

Amikor már a napsugarak is erőteljesebben melegítenek és a hőmérséklet megfelelő, a készülék automatikusan kikapcsol. Ez előtt azonban az elektronika egy utóizzítást valósít meg, hogy az égőtérbe került teljes tüzelőanyag mennyiség biztonságosan elégjen.

2.10. ábra - Kikapcsolás előtti utóizzítás.

A teherautók vezető- és hálófülkéjének, különleges járművek, mentőautók utasterének fűtésén kívül mezőgazdasági gépekben, hajókban is használhatják ezeket a fűtőkészülékeket. Alkalmasak továbbá különböző agregátok, fagyérzékeny szállítmányok, például virág, vagy víz oldószerű festékek megfelelő hőmérsékleten tartására. Jelenleg a Hydronic fűtőkészülékek középső teljesítmény kategóriájú készülékeit építik be leggyakrabban.

Az elmúlt évtizedek során végrehajtott számos típusmódosítás után a Hydronic fűtőkészülék új generációja nagyobb teljesítményű, takarékos működésű, csöndesebb és sokoldalúbban használható lett. Az új égéstérben optimális és csendes a hőtermelési folyamat. Az áttervezett hőcserélő bordái áramlástanilag kedvezőbbek, jobb a hőátadás és kisebb az áramlási ellenállás. A kompakt méretek megkönnyítik a beszerelést. A 4,3 kW teljesítményű készüléket a kompakt személyautókhoz, az 5 kW-ost a nagyobb utasterű személy és a kisebb haszonjárművekhez ajánlják. Egyre több korszerű, jó hatásfokkal működő turbódízel motorral szerelt személygépkocsiba gyárilag is beszerelik kiegészítő fűtőberendezésként, mert a hűtőrendszerből kinyerhető hőenergia nem elegendő a kellemes utastér hőmérséklethez. Ezeket az egységeket kiegészítő elemek segítségével programozhatóvá, illetve távirányító segítségével is működtethetővé lehet tenni.

A fűtőkészülék bekötési lehetőségei a motor hűtőrendszerébe

A fűtőkészülék bekötése a motor hűtőrendszerébe különböző módon történhet. Soros bekötésnél a fűtőkészülékkel a motor hűtőfolyadékát melegítik elő, ezért megszűnnek a hidegindítási nehézségek és csökken a motor kopása is. A kellemes klíma, a jó kilátás nemcsak a komfortot növeli, hanem a biztonságot is!

2.11. ábra - A fűtőkészülék soros bekötése a motor hűtőkörébe.

A fűtőkészülék bypass ági bekötése

A fűtőkészülék a motort és az utasteret egyaránt melegíti. Ha a fűtő készüléket nem használják és kinyitják az elzáró csapot a motor által létrehozott hőenergia kedvező áramlási viszonyok mellett hasznosítható az utastérbe szerelt hőcserélővel.

2.12. ábra - A fűtőkészülék bypass ági bekötése.

Először az utastér fűthető, utána a motor előmelegítése következik

Ez a bekötési mód lehetőséget ad arra, hogy először az utastér legyen fűthető és csak ezt követően kezdődhessen el a belsőégésű motor melegítése.

2.13. ábra - A kis kör segítségével először az utastér fűthető és az átkapcsolás után a teljes hűtőrendszer melegíthető.

2.14. ábra - A Hydronic 10 fűtőberendezés elektronikája és elektromos hálózata.

Akinek napi tevékenysége rendszeresen azonos időben kezdőik beprogramozhatja fűtőkészülékét. Aki váltózó időpontokban indul a Calltronic modul beszerelése után már reggelizés közben mobil, vagy vezetékes telefonról felhívhatja az Eberspächer Hydronic fűtőkészüléket, hogy kapcsoljon be.

2.15. ábra - Hydronic fűtőkészülék személygépkocsiba szerelhető kisebb változata

2.16. ábra - Hydronic fűtőkészülék autóbuszba szerelhető nagyobb változata

A kiegészítő fűtés nem csak télen működik

Több személygépkocsi TDI motorral szerelt változatába gyárilag kiegészítő fűtést szereltek. Erre azért van szükség, mert a rendkívül jó hatásfokkal, gazdaságosan üzemeltethető motor „hulladék hője” nem minden üzemállapotban elegendő az utastér fűtéséhez. Erre a motor üzemállapotától függően nemcsak a téli hidegben lehet szükség.

A tüzelőanyag fogyasztás szempontjából optimalizált turbódízel motorok különösen azoknál a gépkocsiknál, melyeket csak rövid utat tesznek meg, különösen részterhelési üzemmódban olyan kevés hőmennyiséget adnak át a hűtőrendszernek, hogy ez nem elegendő az utastér fűtéséhez. Az Eberspächer több típushoz beszállít kiegészítő fűtőkészüléket, melyet a hűtőrendszerbe a motorral és a hőcserélővel sorba kötve építenek be. Szerény méretei (200 x 85 x 97 mm) és kis tömege (2 kg) megkönnyítik beépítését, mely csak rövid időt vesz igénybe.

A készülék burkolata alatt bújik meg a szinterfémből készült égéstér, melyet hűtőfolyadék köpeny vesz körül. Ezzel egy szerelési egységet alkot a légfúvó is, mely az égést tápláló levegőről gondoskodik. Erre szerelik fel az égés zaját csökkentő hangtompítót. A számos csatlakozót mellyel a gépkocsi fűtő rendszeréhez csatlakozik (hűtőfolyadék, elektromos vezetékek, tüzelőanyag) a készülék két oldalán helyezték el.

2.2.5.2. Legkisebb, legkönnyebb, leghalkabb autóbusz fűtés

Az Eberspächer nagyobb teljesítményű, 24, 30, 35 kW-os, fűtőkészülékeit elsősorban autóbuszokba építik be. 24 V-os villanymotor forgatja a ventillátort, mely az égéshez szükséges levegőt szállítja. Elektromágneses szelep és nagynyomású porlasztó adagolja a tüzelőanyagot. Az égést egy lángfrekvenciás érzékelő felügyeli. A hűtőfolyadékot hőcserélő segítségével melegíti, melynek belépő csonkja közelében helyezik el a hőmérséklet érzékelőt. A készülék belsejébe szerelt szabályozó elektronika így tudja a legpontosabban megállapítani az adott pillanatban az autóbusz hőigényét. A hőcserélő kissé távolabbi pontján helyezik el a túlhevülés ellen védő biztonsági kapcsolót.

2.17. ábra - Az Eberspächer Hydronic fűtőkészülék égéstere

A haszonjárművekbe, de különösen az autóbuszokba, amikor a jármű álló helyzetében is biztosítani kell a kellemes hőmérsékletet a fűtő készüléket ki kell egészíteni nagy teljesítményű keringető szivattyúval is. Ez fenntartja a hűtőfolyadék áramlását akkor is, amikor a belsőégésű motor nem üzemel. Ez jól alkalmazható hibrid hajtású járműveknél is.

2.18. ábra - Flowtronic a nagy teljesítményű villanymotoros keringető szivattyú.

2010-óta gyártják a Hydronic II Economy és a Commercial fűtőkészülék változatokat. Ezek már a második generációt képviselő, hűtőfolyadékkal működő, gazdaságosan üzemeltethető változatok. Az előző generációnál csendesebb a működése, mert 4 DB (A) értékkel csökkentették a zajszintjét. Kiegészítették egy „teljesítmény fokozattal”. Alkalmas E85 és biodízel tüzelőanyagok használatára. A magassági korrektor beépítésével alkalmas a tengerszint feletti 3000 m magasságig a működésre. Továbbfejlesztették a készülék diagnosztikai lehetőségeit. A dízel változatnál nagy előnyomás álló adagoló szivattyút alkalmaznak.

2.19. ábra - Hydronic II Economy fűtő berendezés

A fűtőkészülék élettartamát megnövelték 5000 órára. Biodízel tüzelőanyag alkalmazása esetén ez azonban lecsökken 1500 üzemórára. Ha viszont nem éri el a biodízel használat a 20% -ot az élettartam 5000 óra marad. Három teljesítményfokozatban használható 1200 W, 2400 W, 4800 W. A kisebb fokozatokban a tüzelőanyag ellátó körbe beépített nyomás pulzáció csillapító hatékonyan csökkenti az égési zajt. A fűtőkészülék hidegindítási képessége megfelel a katonai előírásoknak, tehát -46˚C hidegben is működőképes. Gyors felfűtés érhető el vele a jobb hatásfokú hőcserélővel és az új szeleprendszerrel látták el.

Az alábbi diagram segítségével jól követhető az elektronikus működtetés egyes fázisai, mint például az izzítás, az égéstéri légfúvó és a tüzelőanyag szivattyú bekapcsolása, és működés közben a lángérzékelő jele.

2.20. ábra - Hydronic II Economy fűtő berendezés 12 V-os dízel változatának működési diagramja.

Ezek a fűtő berendezések közvetlenül az utastér levegőjét melegítik. Az Airtronic D2 2,2 kW, D4 típus 4 kW fűtőteljesítményű, a következő a D5 típusú, melyek a jól bevált készülékcsalád tagjai. Az újabb változatok mérete is és tömege is csökkent. Egyszerűen utólag is beszerelhető a különböző járművekbe. A tetszőlegesen megválasztható utastér hőmérsékleten kívül a másik nagy előny a gyors felfűtés lehetősége. Ezen kívül várakozás közben, álló helyzetben a legkisebb fokozatban kevés áram és gázolaj felhasználással hosszabb ideig is tartani képes az utastér hőmérsékletét. Ezek a készülékek beszerelhetők az utastérbe, vagy azon kívül is, például autóbuszoknál az oldalsó ládákba.

2.21. ábra - Airtronic fűtőkészülék metszete az égéstérről.

Ennél az új típusnál is az elektronikus szabályozó egységet közvetlenül a fűtőkészülékbe szerelik. Kivitele olyan, hogy egyszerűen beépíthető. A készüléket 5000 üzemórányi élettartamra tervezték. Két ventillátorral működik, az egyik a felmelegítendő levegőt szállítja az égésteret körülvevő köpeny részbe, a másik pedig az égést tápláló levegőt juttatja az égéstérbe. A biztonságos működés érdekében a ventillátorok légszállítását úgy hangolták össze, hogy a külső köpeny részben legyen nagyobb a nyomás. Így ha az égéstér fala esetleg átég, akkor sem kerülhet égéstermék az utastérbe.

A fűtőkészülék alkalmazásának előnye az, hogy megtakarítható a motor alapjáraton történő bemelegítéséhez szükséges gázolaj jelentős része és az ezzel járó károsanyag kibocsátás, továbbá nem kopik a motor. A kellemes utastéri klíma a fűtőkészülékkel sokkal hatékonyabban és kedvezőbb körülmények között hozható létre, mint a motor járatásával. Az égési folyamatot az újabb készülékekben már nem gyertya, hanem izzó kerámia rúd indítja be. Egyetlen kombinált érzékelőt szerelek az égéstér végébe, mely érzékeli egyrészt a lángot, másrészt védelmet nyújt a túlmelegedéssel szemben. Amikor már nincs szükség a fűtésre ezt a berendezést is lehet használni szellőztetésre is.

2.22. ábra - Airtronic fűtőkészülék indításának műszaki jellemzői.

2.23. ábra - Az Airtronic fűtőkészülék elektronikája és elektromos hálózata

Több németországi fűtő berendezéseket gyártó vállalat és a haszonjármű gyártók együttműködésében közösen fejlesztették ki ezt a készüléket, amely a fűtés, a szellőztetés és a klímaberendezés kombinációjának tekinthető. Német rövidítése HLK (Heizung – Lüftung – Klima). A korábbi, közvetlenül az utastér levegőjét melegítő fűtőkészülékeknél kevesebb szerelési egységből álló, helytakarékos, gyorsabban beszerelhető, hatékonyan működő AIR-INTRA berendezések a jelenleg még fejlesztés alatt álló haszonjárművekbe is alkalmazható.

A jármű összeszerelésekor egyetlen egységet kell csupán beépíteni, mely tulajdonképpen a fűtés, szellőztetés és az egyre fontosabbá váló klímaberendezés feladatát egyszerre látja el. A levegő bevezető csatornák és különböző állítható csappantyúk segítségével az utastérben, illetve a vezető közvetlen környezetébe jó közérzetet biztosító levegőt juttat be. A meleg, vagy éppen hideg levegő irányítható a lábtérbe, a fej fölé, vagy éppen az utastér középső részébe. A megfelelő beállítással egyúttal a szélvédő fagy-, illetve páramentesítésére is használható. Ugyanazt a levegő szétosztó rendszert tehát három különböző rendeltetésű készülék is hasznosítja. A korábbi, elsődlegesen a fűtésre használt egységeknél a meleg levegő csak néhány, gyakran nem a legkedvezőbben kialakított nyíláson keresztül áramlott be az utastérbe. Ez az új készülék nem csak komfortosabbá, hanem biztonságosabbá is teszi az utazást, hiszen a vezetőnek folyamatosan jó kilátást biztosít.

2.24. ábra - Az Air Intra az állóhelyi fűtés és a klímaberendezés kombinációja

A rendszer működtetését és a beállított paramétereknek megfelelő folyamatos szabályozását a klímaberendezés elektronikája végzi és az üzemeltetés közben jól kiegyenlített hő-elosztást biztosít.

A fűtőkészülék központi egysége az égéstér. Ide szerelik be az égőfejet, melyhez a gázolaj nem külön tartályból, hanem a gépkocsi tankjából érkezik. A légfúvó az alumínium bordákkal ellátott hőcsrélőn keresztül áramoltatja a környezetből a friss levegőt, ahol az felmelegszik. Az utastérbe belépő levegő olyan hőmérsékletű, hogy műanyag burkolati elemek esetén se okoz tűzveszélyt. A jelenlegi kivitel fűtőteljesítménye 2,5 kW.

Nyáron állóhelyi szellőztető berendezésként is használható.

A készülékhez távirányító és a működetést időzítő elektromos óra is rendelhető. Vannak rádiófrekvenciás jellel, illetve mobil telefonnal működő egységek is. Ezen a területen jenetek meg újabb készülékek.

Nem a gépkocsi hajtására szolgáló akkumulátortelep adja a működéshez szükséges energiát. A fűtő készülék minimális széndioxid kibocsátású. Katalizátor beépítésével nulla emissziós. A másik előny a korommentes égés. Az üzemeltetése így rendkívül környezetkímélő, hiszen a hatóságilag engedélyezett határérték 90% -a csupán a károsanyag kibocsátása. A készüléket gazdaságosan kis tüzelőanyag fogyasztás jellemzi. A hűtőfolyadékkal működő, Hidronic és a közvetlenül a levegőt melegítő, Airtronic kiviteli változatok is készülnek bio-etanollal üzemeltethető változatban. Ennek az üzemeltetési módnak az a hátránya, hogy a lerakódások lényegesen nagyobbak, így a készülék várható élettartama jelentősen kisebb.

2.25. ábra - A bio-etanollal működő fűtőberendezések

Ezen a szakterülten is az elektronika rohamos térhódítása történt. Így szükségessé vált egy diagnosztikai eszköz kifejlesztése. Jelenleg a szakműhelyeket az „EDiTH” nevű berendezés segíti, mely meggyorsítja a hibakeresést.

A motor hűtőfolyadék rendszeréhez csatlakoztatható, kiváló hatékonyságú, nagy-, különböző feszültségű hálózatokhoz adaptálható (500 V –ig használható) fűtőkészülékeket is kifejlesztettek a hibrid, a tüzelőanyag cellás és a villanyautók részére. A 6 kW fűtő teljesítménytől kezdődő berendezéseket az elektronikus szabályozó egységgel építik egybe. A kívánt, és előre beállított fűtést folyamatosan szabályozza. Az alkalmazott PTC technika megbízható, biztonságos és ugyanakkor gazdaságos üzemeltetést tesz lehetővé. Kompakt méretek, kis tömeg jellemzi a fűtőberendezést.

2.27. ábra - PTC technikát alkalmazó nagy feszültségű folyadékos fűtő készülék.

A PTC folyadékfűtés előnyei:

A kilencvenes évek elejétől alkalmazzák széles körűen az autógyárak ezt a kiegészítő fűtő berendezést, különösen az alternatív hajtású járművekben. Kis tömegű, hatékony és gazdaságos működésű. 1 kW –os fűtőteljesítményig többféle változatban gyártják. Kompakt méretei miatt közkedveltek.

A PTC légfűtés előnyei:

2.28. ábra - PTC technikát alkalmazó kisfeszültségű légfűtő készülék.

2.29. ábra - A levegő oldali hőátadást növelő nagy felületű bordázat.

A berendezés két részből áll. A vezetőfülkén kívüliben található a 24 V-os villanymotorral hajtott, kisméretű Dannfoss klímakompresszor, a hőcserélő, a hűtőanyag tartály, valamint az automatikus szabályozás néhány eleme. A hűtőközeg a CFC -mentes, környezetkímélő R134a. Gyárilag ezzel az anyaggal feltöltve szállítják a berendezést. Ha a vezetőfülkébe történő beszereléskor a csöveket meg kell bontani a kompresszor a hűtőközeget egy tárolótérbe szállítja. A szerelési műveletek végrehajtása után visszajuttatható a rendszerbe. Így az üzembe helyezéshez nem szükséges feltöltő berendezés. Az egység utólag is egyszerűen felszerelhető, csupán a csöveknek és az elektromos vezetékeknek kell néhány furatot készíteni. A felszerelést megkönnyítik a csöveknél alkalmazott gyorscsatlakozók. Az egység külső burkolata tetszetős, UV sugárzásnak, hidegnek és melegnek ellenálló, ABS műanyagból készül, és metálfényezést kap. Tömege 13,5 kg.

2.30. ábra - A „Sleeping Well” vezetőfülkén kívüli egysége.

A vezetőfülke belső falára szerelendő, mintegy 6 kg tömegű egységben helyezik el az elpárologtatót, a légfúvót és annak villanymotorját, valamint a működtető gombokat és a digitális kijelzőt. A homlokfalon kialakított zsalukkal a kívánalmak szerint irányítható a hideg levegő áramlási iránya és intenzitása. A kijelzőn megjelenik a belső tér levegőjének hőmérséklete és a páratartalma. Ennek közelében található a be és kikapcsolásra szolgáló gomb. A légfúvó sebessége szabályozható. Ha az akkumulátor feszültsége nagyon lecsökken a berendezés automatikusan kikapcsol. Legnagyobb áramfelvétele 8 A/ó, az átlagos pedig 6,5 A/ó. Az üzemidő programozható. Az alapfelszereltséghez tartozik a vezeték nélküli távirányító. A leadott hűtőteljesítmény 450 W.

A Turbo üzemmódot választva intenzívebb a hűtés, de aki szükségesnek tartja, beiktathat kisebb szüneteket is. Alvás közben pedig beállítható a felügyelet nélküli automatikus üzemmód. Előnyös, hogy a Sleeping Well csukott ablaknál működtethető, így a fülkén kívül marad a zaj, a por, és a kellemetlenkedő bogarak. Nyugodt és kellemes pihenést tesz lehetővé. A vezető másnap frissen ébred, így minden figyelme a vezetésre összpontosulhat. A korszerű egység kíméletesen használja az akkumulátorban tárolt energiát.

2.31. ábra - A „Sleeping Well” vezetőfülkébe szerelendő egysége a beállítást szolgáló elemekkel.

A németországi statisztikai hivatal közleménye szerint az ESP-vel ellátott gépkocsiknál a baleseti gyakoriság jelentősen csökkent. A szakemberek hasonló javulást várnak a PRE-SAFE rendszerektől, melyek a preventív (megelőző) védelmi működéseket jelentik. Ilyen például az ütközés előtti biztonsági-öv villanymotoros felcsévélése, az ülések megfelelő helyzetbe állítása, a tető- és az oldalablakok becsukása. Ezekhez különböző érzékelők kombinációit használják és az elektronika által működtetett beavatkozó egységeket. A légzsákok, a biztonsági öv feszítők akkor lépnek működésbe, amikor az összeütközés már megtörtént.

A magyarországi baleseti statisztikai adatok szerint 2001és 2009 között 1239-ről 822-re csökkent a halálos áldozatok száma.

3.2. ábra - Az ESP hatása a balesetek gyakoriságára

A baleset elkerülhető válik a gépkocsi menetdinamikájának kellő időben történő gyors megváltoztatásával. Ehhez a vezetőnek azonnal fel kell ismernie a veszélyhelyzetet, a gépkocsi pillanatnyi viselkedését és szintén gyorsan cselekednie kell. Az erre vonatkozó lehetőségek attól függően, hogy a kereszt- vagy a hossz- irányú dinamikába kíván beavatkozni kormányzás vagy a fékezés, illetve a gyorsítás lehet. A folyamat leggyengébb eleme maga az ember, akár az érzékelés, a döntéshozás és a gyors cselekvés vonatkozásából nézzük. Ezt a folyamatot a megszerzett rutin is alaposan befolyásolja. A vezetőnek kell tehát segíteni, a nála sokkal fürgébb elektronika és a mechatronika bevonásával.

Az asszisztens rendszerek valójában nem a vezetés automatizálását jelentik, hanem segítséget a vezető munkájához úgy, hogy minél kevesebb legyen a baleset.

3.3. ábra - A baleset elkerülhetőségének lehetőségei elektronikus érzékelőkkel és beavatkozó egységekkel

Menet közben a vezető elsődleges feladatai:

A másodlagos feladatok:

Ezeknek a feladatoknak a teljesítése egymással párhuzamosan futnak és nagy figyelmet igényel. Ennek hatékonyságát a kifáradás hátrányosan befolyásolja.

Segítséget jelent, ha a gépkocsi közvetlen környezetét figyelő egyre több és összetettebb érzékelők jelei az elektronikában feldolgozásra kerülnek. Kiértékelésük során például tárolt adatokkal, küszöbértékekkel hasonlítja össze a mért értékeket és ez alapján adja ki a beavatkozó egységeknek az utasításokat. Így az elektronika alkalmazásával hatékonyabb működésűvé tehetők az asszisztens rendszerek.

Különböző elektronikus, a vezetőt támogató asszisztens rendszerek érzékelőivel és kiértékelő rendszereivel továbbá a beavatkozó egységekkel a veszélyes helyzeteket igyekeznek előre felismerhetővé és elkerülhetővé tenni. Ezek a kritikus helyzetek a másodperc töredéke alatt következnek be.

3.4. ábra - Az aktív és a passzív biztonság áttekintése

A vezető fáradtsága, vagy figyelmének elterelődése miatt bekövetkezhetnek akaratlan sávelhagyások, melyek balesethez vezethetnek. A forgalmi sáv felfestésének átlépésekor a figyelmeztető jelzés elkerülhetővé teszi a baleseteket. Ehhez fel kell ismerni a sáv optikai jelölését és meg kell állapítani ehhez képest a gépkocsi helyzetét. A video érzékelő jelének használatára egy tipikus példa a forgalmi sáv elhagyásakor figyelmeztető asszisztensnél. A szélvédő mögött a visszapillantó tükör talpában elhelyezett kamera a forgalmi sáv felfestett széleit figyeli. Az algoritmus az időjárási és a látási viszonyoktól függetlenül meghatározza a gépkocsi helyzetét, menetirányát, és a sávon belül referencia pontokat. Ehhez figyelembe veszi a sávszélességet, illetve az ívek sugarát. Az asszisztens működéséhez azonban még további információkra is szükség van. Például a vezető működtette –e az irányjelzőt, esetleg fékezett –e, illetve volt –e kormánymozdulat? Vagyis a sávelhagyás akarattal, vagy akaratlanul történt –e? Ha a vezető eltér a referencia pontoktól figyelmeztető jelzést ad a rendszer. Beállítható a sebességküszöb, amelytől ez a rendszer működésbe lép. A kormánykerék rezgetésével még azelőtt figyelmeztet, hogy a gépkocsi átlépné a forgalmi sávot jelölő felfestést. Ha szükséges végrehajt egy enyhe kormánykorrekciót is. Ez könnyen továbbfejleszthető sávtartó rendszerré, mely automatikusan a sávban vezeti a gépkocsit. Ennek használata közben a vezető bár mikor beavatkozhat. A vezető a többihez hasonlóan természetesen kikapcsolhatja ezt az asszisztenst is.

3.9. ábra - A forgalmi sáv figyelése

A városi forgalomban gyakran előforduló kisebb koccanásos baleseteket teszi elkerülhetővé a Continental Automotive Systems által kifejlesztett új rendszer. A fejlesztés az európai autógyártókkal közösen történt és 2008-tól van sorozatgyártásban. Ezt az új rendszert valójában egy optikai precrash érzékelővel látják el. A belső visszapillantó tükör rögzítő talpába szerelik be az érzékelőt. Az autó előtti 10 m-es részt figyeli méghozzá három irányban. Közvetlen a gépkocsi előtt, továbbá ballról és jobbról. Valamely objektum felbukkanásakor ad jelet. A fékrendszer aktiválásával gyorsan csökkenti a távolságot az objektum és a gépkocsi között. Ha gépkocsivezető visszaengedi a gázpedált a fékrendszer azonnal kivezérel egy kis nyomást (Prefill) ennek hatására 0,5 g lassulás jön létre (Prebrake) amikor a vezető a fékpedált lenyomja fékasszisztens segítségével az elérhető legnagyobb lassulás fog megvalósulni. Az érzékelő jelét a villanymotoros csévélésű biztonsági öv feszítésére is fel lehet használni, de információ továbbítható a légzsák rendszer elektronikájának is. Ezzel felkészülhet egy esetleg bekövetkező ütközésre. . A rendszer hatásosságára az jellemző, hogy ha például a gépkocsi 35 km/h sebességgel egy álló akadály felé közelít az ütközés elkerülhetővé válik. A városi forgalomban a gyalogosok felismerésére is alkalmas. A rendszer működése annyira stabil, hogy a gyártó adatai szerint egynyomú járművekbe is beépíthető.

3.10. ábra - A Continental Automotive Systems CV rendszere

Erre a célra ugyan azt a kamerát használják, amelyik az LDW rendszernek is adja az információkat. A legfontosabb a sebességkorlátozó táblák felismerése. Ha a vezető gyorsabban halad, mint arra a szakaszra megengedett volna optikai figyelmeztetés fog látszani. Nem tervezik a Siemens VDO-nál ilyen esetekben az automatikus sebességcsökkentési beavatkozás megvalósítását. Ezt a rendszert is ki lehet kapcsolni.

A szöveges táblák, mint például a sárga hátterű helyiség névtáblák elolvasása még nem minden esetben sikeres. Ez a rendszer kombinálható a digitális térképpel és a GPS-es helymeghatározással és így a lakott terület felismerhető és az arra vonatkozó sebességkorlátozás egyértelműen betartható. A Stop-tábla és az elsőbbség adás kötelező tábla is felismerhető.

Ehhez a rendszerhez is CMOS technológiás kamerát használnak. A video adatok feldolgozása révén az előtte haladó gépkocsit folyamatosan követi, még egy úgynevezett „Stop and Go” forgalomban is. Az objektum felismerő algoritmus 50 m-en belül működik és a sebesség tartomány az ACC rendszeré alatt van.

A visszapillantó tükrök holt terének figyelése (Blind Spot Detektion) és a sávváltási asszisztens (Lane Change Assist)

Ezek a rendszerek hasonlóak egymáshoz és a gépkocsi körüli különböző zónákat figyelnek. Nagy látószögű, 24 GHz-es radar érzékelők figyelik a gépkocsi melletti, visszapillantó tükörből nem látható holt tereket, továbbá a gépkocsi mögötti 12 m-es részt.

Ezek a rendszerek hasonlóak egymáshoz és a gépkocsi körüli különböző zónákat figyelnek. Nagy látószögű, 24 GHz-es radar érzékelők figyelik a gépkocsi melletti, visszapillantó tükörből nem látható holt tereket, továbbá a gépkocsi mögötti 12 m-es részt.

3.11. ábra - A visszapillantó tükör holt terének figyelése

A sávváltási asszisztens 60 km/h sebesség felett kapcsol be, mivel a városi forgalomban kisebb a követési távolság is elegendő. 24 GHz-es kis látószögű radarral a gépkocsi mögötti 100 m-es szakaszt figyeli. Az érzékelőket a hátsó lökhárító széleibe szerelik be. Ha egy potenciálisan veszélyes objektum van az ellenőrzött zónában, egy piros LED dióda világít az A-oszlopon a külső visszapillantó tükör közelében. Veszély esetén hasonlóan az LDW rendszerhez a kormánykerék rezgetésével figyelmezteti a vezetőt. Ez egy rendkívül hatékony jelzés. A vezető nyomógombbal kikapcsolhatja ezt a működést.

Hasonló a Blind-Spot-Detection-hoz. Akkor figyelmeztet amikor kerékpáros halad el az ajtó kinyílási szögében. Ilyenkor a központi zár automatikusan reteszeli az ajtókat. Az ajtónak csak a második nyitása lesz sikeres.

Bár az éjszakai forgalom 70 – 80%-al kisebb mint a nappali, de sokkal nagyobb kockázattal jár. A közlekedési balesetek minden harmadik áldozata éjszaka veszti életét.

3.12. ábra - Éjszaka látó berendezés

Az éjszakai látást segítő rendszerek a gépkocsi vezetést támogató asszisztensek közül a legújabb. „Night-Vision”-nak is szoktak nevezni. Felszerelésének az a célja, hogy a gépkocsi előtt azt a részt mutassa, melyet a tompított fényszóró nem világít meg. Kibővíti az emberi észlelés lehetőségeit és ezzel csökkenti a balesetveszélyt. Az első ilyen rendszer az élőlények saját infravörös, vagyis hő-sugárzását érzékeli. Ezt passzív rendszernek is szokták nevezni, vagy „termo kamera”-nak. Az érzékelő, által közvetített képet a vezető előtt elhelyezett monitoron jelenítik meg.

3.13. ábra - Az éjjel látó rendszer működési elve

Emellett aktív éjjellátó kamerákat is kifejlesztettek. Ennél az emberi szem számára láthatatlan infravörös fénnyel világítják meg a gépkocsi előtti részt hasonlóan egy távolsági fényszóróhoz. Ez nem zavarja a szemből jövőket. A 0,9 mm hullámhosszú úgynevezett közeli infravörös sugarakat (Near Infrared NIR), melyek az objektumokról visszaverődtek CMOS kamera érzékeli.

3.14. ábra - Siemens VDO HUD Head-up Display Modul

Az infra kamera képét a Sensor-Chip dolgozza fel és a CID (Central Information Display) vagy a HUD (Head-Up-Display) fekete-fehér képként jeleníti meg. A Hella egy aktív, Adilis (Advanced Infrared Lighting System) nevű rendszert fejlesztett ki. Ez homogén és a távolságtól független fényerejű képet ad. Ennél is a meleg felületek, mint például a gumiabroncs, a féktárcsa, vagy a kipufogó rendszer, illetve a szemből jövő gépkocsik hűtője világosabbnak látszik. Ezekkel a berendezésekkel éjszaka is az egyes objektumok könnyebben felismerhetők és hatékonyan megnöveli a vezető látótávolságát.

A Siemens VDO Automotive két éjszaka látó berendezést fejlesztett ki. Egyet távolra, egyet pedig közelre. A közeli egy az emberi szem számára láthatatlan infravörös fényt bocsát ki, melynek hullámhossza 0,9 µm. Az érzékelő egy infravörös tartományban működő video kamera. Egy processzor dolgozza fel valós időben a képet és egy valósághű látható fekete-fehér képet állít elő.

Az előnye az, hogy hideg objektumok is jól felismerhetők, mint például a közlekedési táblák, vagy más tárgyak. A vezető kijelzőn, vagy fejmozdulatok nélkül a Head-Up-Display-n (HUD) látja a közlekedési eseményeket ugyan úgy, mint rendes fényben. A Siemens VDO ennek az új megjelenítési módnak a sorozatgyártását 2003-ban kezdte el.

3.15. ábra - Amit a tompított fényszóró nem világít meg, azt láthatóvá teszi az infra kamera

A HUD virtuális képének fényerejét automatikusan a külső fényviszonyokhoz igazítják. A HUD technológia egy TFT display-nek megfelelő. 150 m távolságban kb. kétszer akkora terület látható jól a vezető, mint amit a fényszóró megvilágít.

A másik változat egy úgynevezett „hő-kamerás” rendszer, mely nem bocsát ki saját fényt. Több száz méterre lát úgy, hogy a testek saját hősugárzását érzékeli. Ez az úgynevezett hosszú hullámú spektrum tartományban (6 -12 mm) működik. Far Infrared, (FIR) vagyis távoli infravörös sugárzásnak nevezik. Ezt a sugárzást a szélvédő nem engedi át. Ezért ennek kameráját a gépkocsik hűtőrácsa mögé szerelik. Az ehhez szükséges kamera költségesebb, mint amit közeli infravörös sugárzásnál használatos. Az út szélén futók az esti sötétedésben, vagy a hajnalban az iskolabuszra várakozó gyerekek is jól észlelhetők így.

A Robert Bosch GmbH. is az éjszakai látás támogatására infravörös érzékelőt alkalmaz. Hatótávolsága 120 m, vízszintes látószöge ±10˚.

A jól működő önálló rendszereken kívül sikeresen alkalmazzák azok kombinációit. A Sensitive Guidanc például a navigációs rendszer és a sávváltási asszisztens kombinációja. Ha navigációs rendszer sávváltást, vagy lekanyarodást javasol párhuzamosan ellenőrzi a sávváltási asszisztens és a Blind Spot Detection system, hogy ez veszélytelenül lehetséges –e. Ha veszélyhelyzet áll fenn figyelmezteti a vezetőt és ezzel egy időben elkezdődik az útvonal újratervezése is, hiszen az előzetesen tervezett nem tartható.

3.16. ábra - Sensitive Gudance

Amikor a gépkocaival letérnek az autópályáról, az ACC rendszer elveszíti az előtte haladó gépkocsit és a korábban beállított sebességre akarna gyorsítani. A digitalizált térkép és a navigációs rendszer működése alapján felismeri a rendszer, hogy az utópályáról lehajtásról van szó és ezúttal elmarad a gyorsítás.

Az ultrahangos érzékelő általában a parkoláshoz használatos, a lökhárítóba építenek be akár 4 – 5 érzékelőt is. Hatótávolsága 3 m vízszintes látószöge ±60˚. Jelenleg a Bosch GmbH-nál a negyedik generáció van gyártásban. A sugárzó fej és a kiértékelő elektronika is az érzékelőbe van beszerelve. Az akadály megközelítésekor hang és fényjelzéssel figyelmeztet. Ennek frekvenciája arányos az objektum távolságával. Az autótulajdonosok körében nagyon népszerű. Továbbfejlesztett változata 20 km/h-nál kisebb sebességgel haladva megbecsüli, hogy a parkolási hely elegendő –e a gépkocsi számára. További fejlesztések révén alkalmassá válhat az automatikus beparkolásra is.

3.17. ábra - Negyedik generációs

A gépkocsivezetőt támogató asszisztens rendszerek növelik a közlekedésbiztonságot. Az autótulajdonosok elégedettségét az is igazolja, hogy bizonyos rendszerek gyártása már több generációt is megért. Az érzékelők jeleit pedig több célra is használják a gépkocsikba szerelt elektronikus hálózatok révén.

3.18. ábra - Az asszisztens rendszerek érzékelési tartományainak áttekintése

Ez volt az első jelentősebb elektronikus működésű, a gépkocsivezetőt támogató asszisztens rendszer, melyet több, mint tizenöt éve szereltek be a felsőbb géposztályba. Például az Audi A8, A6, A5, A4, Q7, Q5 típusaiban is széria felszereltséghez tartozik. 30 – 200 km/h közötti sebességtartományban a sportos és a komfortos között több beállítási fokozatban is használható.

3.19. ábra - Az ACC rendszer működése

A gépkocsi elejébe szerelt távolsági radar, lidar érzékelővel, vagy újabban már lézer szkennerrel is működhet. Az előttünk haladó járműig tartó követési távolságot érzékeli. A vezetőt fény és hangjelzéssel figyelmezteti, ha nagyon megközelítette az előtte haladót. Ha szükséges automatikusan beavatkozik a fékrendszernek és a motorelektronikának illetve az automatikus sebességváltónak adott parancsokkal. Működése biztonságos. Ha szabad az út a tempomat működése révén az annál előzetesen beállított sebességgel halad tovább a gépkocsi. Ha utolér egy előtte lassabban haladót, az ACC automatikusan annak tempójához igazítja a haladást és követi azt egy biztonságos távolság megtartásával. Ha szükséges eközben fékezéssel vagy gázadással avatkozik be. Ha túl nagy a közelítő sebesség figyelmezteti a vezetőt, de ha nem reagál be is avatkozik. Ha a lassabban haladó gépkocsi elhagyja a sávot, a követő gépkocsi az előtte beállított sebességre gyorsít.

3.20. ábra - Az ACC rendszer radar érzékelője

Az előzési szándékot a vezető rövid idejű gázadással jelezheti, ami a követési távolság tartását felfüggeszti. Túl gyors kanyarvételnél az ESP jelét (kereszt irányú gyorsulás) is figyelembe veszi az ACC rendszer és automatikusan csökkenti a sebességet. A vezető bármely pillanatban gázadással, vagy fékezéssel beavatkozhat. A jelenleg használatban lévő első generációs rendszer 30 km/h-nál nagyobb sebesség esetén működik. Autópályán történő használatra tervezték. A következő ACCplusz változatnál más a megállásig történő fékezés is a lehetséges beavatkozások közé tartozik. A tovább haladás a gázpedál lenyomásakor lehetséges és eközben az ACC továbbra is működik. Az ACC FSR (Full Speed Range) változatnál kiegészül egy video érzékelővel is. Az ACC-t mint komfort növelő asszisztens egységet szerelik be a gépkocsikba, hiszen a vezető munkáját teszi könnyebbé. A különböző beállításokat a vezető a kormányoszlopon az irányjelzőt működtető kar alatt elhelyezett kapcsolóval végezheti el. A beállítások a műszerfal kijelzőjén, illetve a sebességmérőn jelennek meg.

3.21. ábra - Az ACC rendszer beállító kapcsolója

76 - 77 GHz frekvenciával működik, hatótávolsága 150 m, vízszintes látószöge ±8˚. (RADAR = Radio Detection And Ranging) A gépkocsi előtt haladó másik jármű távolságát és relatív sebességét méri. A kiértékelő elektronika az érzékelőbe van beépítve. Négy radar sugarat bocsát ki az érzékelő.

Ez egy olyan továbbfejlesztett, radar érzékelős, ACC rendszer, mely a gépkocsit egészen a megállásig képes lassítani. Ezzel egy jelentős komfort növekedést értek el. A vezető beállíthatja például a számára megfelelő követési távolságot. Ezeket az egyéni ACC beállításokat a gyújtáskulcs tárolja és a gépkocsi ismételt használatakor ugyanezek állítódnak be.

3.22. ábra - Az ACC rendszernél alkalmazott műszerfal

A Radar érzékelő és a kiértékelő elektronika egy közös műanyag háza van beépítve és a hűtőrács mögött található a gépkocsi elején. Az érzékelő látószöge 8˚, hatótávolsága pedig 180 m. A négy adó és vevő egység a hatóságilag engedélyezett 76,5 GHz frekvencián működik. A frekvencia FMCW eljárással modulált. A jel futásideje és a doppler effektus alkalmazása révén a gépkocsi előtt haladó jármű távolsága és sebessége is meghatározható.

A Follow-to-Stop működésnél az ACC rendszer kis sebességtartományban is működik.

A Front Assist kikapcsolt ACC-nél is működőképes, méghozzá két fokozatban is. Kritikus forgalmi viszonyok között felkészül a vészfékezésre úgy, hogy a fékasszisztenst átkapcsolja egy érzékenyebb fokozatba és egy kis fékező nyomás kivezérlésével felfekteti a fékbetéteket a féktárcsára. Továbbá ezzel egy időben optikai és akusztikai figyelmeztetést ad a vezetőnek. Ha erre nem reagál, miközben még mindig fennáll az ütközés veszélye, a második fokozatban aktiválja a fékasszisztenst és vészfékezést hajt végre.

3.23. ábra - Az ACC és más elektronikus rendszerek csatlakozása

A nemzetközileg is engedélyezett közeli radar érzékelők 24 GHz frekvenciával működnek. Ez jó kompromisszumot jelent a költségek és az antenna méret között. Ez az alkalmazás az időjárási viszonyokra nem érzékeny és robosztus lehet a kivitele. A távolság megállapítása az egyes impulzusok futásidejének mérése alapján lehetséges. Az objektumok helyzetének megállapítása a háromszögelési módszerrel történik, melyhez legalább két érzékelő szükséges. Ez a technika alkalmazható a sávváltási asszisztensnél is. Az első generációs változat fény-, és hangjelzéssel figyelmezteti a vezetőt a veszélyre, de a második generációs változatnál az elektronikus szervokormánynál változtatja meg a rásegítést, így a kormánykerék rendkívül nehezen mozdítható. Amikor egy másik gépkocsi 50 m-re megközelített, megtörténik annak érzékelése.

Tyco Electronics által kifejlesztett radar érzékelő hatótávolsága 30 m és az érzékelési szögtartomány ± 65˚. Ebbe a közel-téri radar érzékelőbe minden szükséges elektronikus egységet beépítettek, mint például a MMICs-t (Monolitic Microwave Integated Circuit), mely egy költségoptimalizált változatban készül. A jelfeldolgozás eredménye maximum 10 objektum észlelése, az objektum fontosabb paraméterei távolság, szöghelyzet, relatív sebesség, továbbá lágy, vagy kemény objektum. Ezeket a CAN- hálózaton keresztül elérhetővé teszi. Az érzékelés szempontjából fontos a radar antenna felületének nagysága. A gépkocsi körül 8 érzékelőt alkalmaznak egy a vezetőt támogató asszisztens rendszerhez. Ez még továbbfejleszthető, illetve kiegészíthető további érzékelőkkel, például távoli radar-, video-, vagy infravörös érzékelővel. A Tyco Electronics által kifejlesztett „Sequential Lobing” koncepció szerint működő radar érzékelő, mely antennájának két iránykarakterisztikája van. A két irány-karakterisztika közötti váltás, 20 ms-onként oda-vissza következik be. Ezzel nem csak egy második vevő és ennek a költsége takarítható meg, hanem hatékonyan használható a nagyfrekvenciás panel is. A jelfeldolgozás és a kiértékelés a hagyományos amplitúdó modulált módszerrel működik.

Az Ultra Wide Band (UWB) nagy sávszélességű adó spektrumot jelent, mellyel a nagy felbontás érhető el. (Úgy Európában, mint az USA-ban elő van írva a frekvencia és a sávszélesség is.) Nagyon rövid impulzusok követik egymást így cm-es felbontást tudnak elérni.

Az ACC rendszerénél sem a Siemens VDO, sem a Hella nem távolsági radar érzékelőt alkalmaz, mint más gyártók, hanem egy, annál nagyobb teljesítő képességű, infravörös fénnyel működő, új fejlesztésű „lidar” érzékelőt és a hozzá tartozó gyors kiértékelő elektronikus egységet. (lidar = Light Detection And Ranging)

Az érzékelő 15 ns-nyi infravörös impulzusokat bocsát ki az egyes csatornákon és méri a visszaverődésig eltelt időt. Ebből határozza meg a távolságot és a relatív sebességet. Az ára a radar technikánál kedvezőbb.

Öt infravörös fénykúp méri az előtte haladó gépkocsi távolságát. Hatótávolsága 250 m pontossága pedig 10 cm. A sebességet pedig 0,1 m/s pontossággal méri. 8,4 m-ig pontosan befogja az előző gépkocsit 27,6 ˚-os látószöggel. Egy nagyon hatékony szűrő küszöböli ki az eső és más zavaró körülmények hatását. A radar és a lidar érzékelő funkcionálisan egyenértékű, de meg kell jegyezni, hogy a lidar érzékelő olcsóbb és ennek ellenére jobb a felbontása. Ezért jobb az objektum felismerő képessége.

Ez nem csak a biztonságot szolgálja például az úgynevezett „holt tér” csökkentése révén, hanem asszisztens rendszerként megkönnyíti a gépkocsivezető munkáját tolatáskor, beparkoláskor vagy a városi „stop and go” üzemmódban.

A radar kedvezőtlen környezeti viszonyok között is megbízhatóan működik (sötét, csapadék, köd). Az akadályokat és a különböző objektumokat ilyen esetekben is biztonsággal felismerhetővé teszi. Különbség tehető a folyamatosan- és az impulzus szerűen működő változatok között. Ez utóbbinál rövid periodikus működések követik egymást. Ennél az impulzus kibocsátása és visszaverődés között eltelt idő mérésével az objektum távolsága és sebessége is meghatározható. A folyamatos működésű radar lineárisan modulált frekvenciájú jelet bocsát ki. A mérési pontosság a sávszélességtől függ. Az intelligens radar érzékelők, mint például az SLR (Sequential Lobing Radar) érzékelő az objektum felismerésen kívül alkalmas az objektum követésre is.

3.24. ábra - Az ACC rendszer Lidar érzékelője

Az egyre sűrűsödő városi forgalomban a feszültségektől és a balesetektől mentes közlekedés egyik záloga az Optikai elven működik az Automotive Laserscanner (Alasca). Ez az infravörös fény eljutási és visszaverődési útját méri. Kifejlesztője az Ibeo Automobile Sensor GmbH. volt. Alkalmazási területe az ACC rendszer, a Stop & Go üzemmód, nagy látószögű gyalogosvédelem, a forgalmi sáv tartó asszisztens rendszer, de használható Pre-Crash érzékelőként is. Parkolási segítségként felismeri a szabad parkolóhelyet és segít a beparkolásnál. Bizonyos körülmények között vészfékezést is képes kezdeményezni. Rossz időjárási viszonyok között is megbízhatóan működik. Hatótávolsága 0,3 - 200 m közötti. A szkennelési frekvenciája 40 Hz. A vízszintes látószöge 240˚. Felbontása 0,25˚ Alkalmazási területe eredetileg a robotok munkaterének védelme illetve a vezető nélküli szállító eszközök haladási útvonalának biztosítása volt. Ebből fejlesztették ki a gépkocsiknál használatos Alasca XT változatot. A lézervédelmi 1-es fokozathoz tartozik, így a közúti forgalomban is alkalmazható. Ha a szemből jövő gépkocsi is hasonló technikával van felszerelve nem befolyásolja az érzékelést.

3.25. ábra - Laser-scanner beépítése a gépkocsiba

3.26. ábra - Automotive Laser-scanner szerkezete

3.4.17.1. Működési elve

Az érzékelőbe beépített dióda bocsátja ki a programozható infravörös fény impulzusokat, melyek hossza nano-szekundumnyi. Egy forgó tükör sugározza szét. Ennek forgási sebessége a fény terjedési sebességéhez képest kicsi. Ezzel az érzékelő teljes környezetét képes „letapogatni”. A vevő dióda a visszaverődött infravörös fény futási idejét meg tudja mérni. Ehhez egy rendkívül érzékeny opto-elektronikai áramkört alkalmaznak. Az elektronika így ki tudja számítani az objektum távolságát és a relatív sebességét, amelyről a fény visszaverődött. Négy egymással párhuzamosan működő mérő csatornája van, így négy különböző objektumot képes egymástól megkülönböztetni. A kiértékelt információk alapján beavatkozási parancs adható ki a motornak és a fékrendszernek. Már csak az a kérdés, hogy az aktív vákuumos rásegítő milyen állapotban van és megfelelő gyorsasággal képes –e a szükséges fékezőnyomást megvalósítani. Ez az új lézer szkenner valamennyi jelenlegi gyártásban lévő gépkocsi platform elejébe beszerelhető. A függőleges irányú látószöge olyan, hogy a személyautók szokásos bólintási szöge esetén sem veszíti el például az előtte haladó gépkocsit a látótérből. A jelenleg használatban lévő vizualizációs eszközökön madártávlati kép jelenik meg az észlelt objektumról. Már jelenleg is az irányban folynak fejlesztések, hogy az érzékelt környezetet video rendszerrel összekombinálva tegyék láthatóvá. Jól alkalmazható az utóbbi időben az EU különböző bizottságai által szorgalmazott gyalogosvédelem területén is, hiszen kellő időben felismeri a gépkocsi felé közelítő személyeket. További alkalmazási lehetőség a forgalmi sáv akaratlan elhagyásakor figyelmeztető rendszernél van. A lézerszkenner felismeri a forgalmi sáv szélét jelző felfestéseket és ehhez képest a gépkocsi helyzetét.

3.27. ábra - A Laser-scanner jelének megjelenítése és mellette a video kép

2005 után a Bosch ACC rendszert a „Predictive Safety System” (PSS) részeként szerelik be a gépkocsikba. A balesetek 25%-a utoléréses eseményként következik be, melyek java része figyelmetlenségre vezethető vissza. bizonyos esetekben fékezés nélkül következik be az ütközés. Ilyen esetekben hatékony megelőző eszköznek bizonyul az ACC rendszer, melynek továbbfejlesztése lépcsőzetesen folytatódik.

Az első a PSS1, melynél egy optimalizált vészfékezés is bekövetkezik az ütközés kritikus esetben, melyet a hidraulikus fékasszisztens hajt végre. Ez a lehető legrövidebb fékutat valósítja meg. Ha ennek ellenére mégis bekövetkezik az ütközés, az lényegesen kisebb energiával történik, ami életeket menthet.

A PSS2 rendszernél a vészfékezési beavatkozás tovább bővül a vezetőt figyelmeztető rendszerrel, mely minden veszélyes helyzetben kellő időben aktiválódik. Ez elkerülhetővé tesz számos balesetet. A kutatások szerint a leghatékonyabban egy rövid fékezési impulzus hívja fel a vezető figyelmét a veszélyhelyzetre. Ezzel párhuzamosan fény és hangjelzés is kiadható, illetve a biztonsági öv is megfeszíthető a reverzálható, villanymotoros csévélő berendezéssel. ezzel a rendszerrel a 2006 után gyártott gépkocsikban lehet találkozni.

A PSS3 rendszernél további érzékelőket építenek be, mint például radar és optikai érzékelők, melyekkel kellő időben felismerhetők a következő pillanatban bekövetkező ütközések. Előtte automatikus vészfékezés következik be.

A gépjárművekbe szerelt optikai érzékelők alkalmazása az eső- és a fény érzékelőkkel kezdődött, melyben a Hella kivette a részét.

A video érzékelő CMOS-rendszerű kamera. A Bosch változat hatótávolsága 80 m vízszintes látószöge ±22˚. A kamerába van beszerelve az azt vezérlő elektronika és a nagy sebességű képfeldolgozó chip is. Egy adapterrel szerelik az első szélvédőre.

3.28. ábra - Bosch video érzékelő

A video érzékelők a felbontás, az érzékenység, a fényerő dinamikája szempontjából az emberi szem teljesítőképességétől még elmaradnak, de a dinamikus kép érzékelők és a nagy sebességű képfeldolgozás alkalmassá tesz a vezetőt segítő asszisztens rendszereknél történő alkalmazásra.

3.29. ábra - A video érzékelő működési elve

Az előre figyelő kamera jól alkalmazható a forgalmi sáv felismerésére, illetve a sáv elhagyásakor figyelmeztető jelzés kiadására, vagy akár a KRESZ táblák felismerésére. Alkalmazzák az ACC rendszer kiegészítő érzékelőjeként is. A távolság mérésen kívül támogatja az objektum felismerést is.

3.4.19.1. Tolató kamera

A hátra elhelyezett egyszerűbb kivitelű video kamera a tolatást, beparkolást segítheti.

Ugyanaz a kamera adhat információt a forgalmi sáv elhagyásáról, a közlekedési jelzőtábláról, és ezt használja a forgalmi torlódás asszisztens rendszer is. Más optikával az éjszaka látó rendszerhez is felhasználható.

A képadatokból az objektum felismerő algoritmus további információkat képes kinyerni, mely más asszisztens rendszereknél használható fel. Ez a kamera a nagy érzékenysége ellenére a körülményeknek megfelelően rezgésálló kivitelű és elviseli a napsütés okozta hőmérséklet növekedést is egészen +105˚C-ig. 32 bites elektronikát használnak kiértékelő egységként, mely 330 MHz frekvenciával működik. Közvetlenül a kamera mellé szerelik fel és ugyanannak a hőmérsékletnek ellenáll.

3.30. ábra - A tolató kamera

A Bosch hátsó video érzékelő vízszintes látószöge ±60˚. Úgy szerelik fel a gépkocsi hátuljára, hogy azt a részt lássa, amit a gépkocsivezető hátra fordulva a válla felett sem lát és a visszapillantó tükörből sem észlelhető. Észleli a közvetlenül a lökhárító mögötti akadályokat és objektumokat. A gépkocsi mögötti rész képe a fényviszonyoktól függetlenül akkor jelenik meg jól láthatóan a monitoron, amikor a gépkocsivezető a hátrameneti fokozatot bekapcsolta.

A haszonjárművek vezetőfülkéje a csaknem függőleges szélvédőjével a személygépkocsikétól eltérő elrendezést igényel az éjszaka látó berendezéstől. Nem lehet a műszerfalba beszerelni a TFT kijelzőt. A vezetőülés helyzete azt eredményezné, hogy a HUD bele takarna a nagyon fontos közvetlen látótérbe, ami a biztonságot hátrányosan érintené. Ezért egy fej feletti beszerelést és tükröt alkalmaznak. A HUD képe a szélvédő felső részén látható. Ettől a 2008 –óta sorozatgyártásban lévő rendszertől az éjszaka bekövetkező balesetek számának csökkenését várják. További lehetőségek a más asszisztens rendszerekkel megvalósított kombináció. Például navigációs-, vagy forgalmi sáv tartó rendszerrel.

3.31. ábra - Éjszaka látó berendezés a haszonjárművekben

Egyre több olyan haszonjármű baleset következik be, amely intelligens rendszerek alkalmazásával elkerülhető lenne. Ugyanakkor a személygépkocsiknál egyre több közel-téri radar érzékelőt alkalmaznak. A Tyco Electronics közeli radar érzékelőket gyárt, melyek 24 GHz frekvenciával működnek.

3.32. ábra - Korlátozott a kilátás a vezetőfülkéből

A közúti forgalomban a haszonjárművek egyre nagyobb részaránnyal vesznek részt. A közlekedési szakemberek hangoztatják az igényt olyan automatikusan befékező rendszerekre, melyek veszélyhelyzetekben automatikusan működésbe lépnek. Ezekkel például sok olyan utoléréses baleset lenne elkerülhető, melyek gyakorta halálos kimenetelűek. Olykor személygépkocsik ütköznek neki fékezetlenül hátulról a haszonjárműveknek úgy, hogy semmi esély a túlélésre. Még dramatikusabbak a gyalogosgázolások. Európa útjain a halálos áldozatok 30%-a védtelen gyalogos. A balesetek 2/3 része frontálisan következik be.

3.33. ábra - Nagy látószögű radar érzékelő

3.34. ábra - Közeli radar a nyerges-vontatónál 1. ACC, 2. Start Inhibit Area, 3. holt tér, 4. pótkocsira szerelt érzékelők, 5. Cut a Corner Control, 6. Reverze Aid

Az Európában futó, a megelőzést célul kitöltő projektek feltárják a lehetőségeket, amelyeket az új műszaki megoldások kínálnak, hogy a vezető figyelmét felhívják a veszélyes helyzetekre. Ennek egy speciális területe a haszonjármű vezetők figyelmeztetése olyan esetekre, amikor valaki, vagy valami közvetlenül a gépkocsijuk elé került, méghozzá úgy hogy a látótéren kívül van. Az elmúlt évtizedben a fejlesztők az ABS és az ESP sorozatos beépítése révén sokat tettek a súlyos balesetek csökkentése érdekében. A nagy ablakok és a visszapillantó tükrök kombinációi sokat tettek a halálosan takart tartományok csökkentése érdekében.

A Lucas 1991-ben szabadalmaztatott egy ilyen változatot. Ennél az egyenáramú villanymotor nyomatékát csigahajtás és csavarorsó-csavaranya növeli, illetve alakítja át a forgómozgást egyenes vonalúvá. A bal, illetve a jobb oldali kerekekhez működtető erőt kiegyenlítő himba és bowden-huzal közvetíti. A Lucas jelenleg a TRW konszernhez tartozik. Az utóbbi években egyre több személygépkocsiba szerelnek különböző működési elvű, elektromechanikus rögzítő féket. A rögzítő fék egy az üzemi féknél kisebb lassulással elláthatja a biztonsági fék feladatát is, meghibásodás esetén. Eközben is meg kell őrizze a gépkocsi a stabilitását.

Egyre szélesebb körben alkalmazzák az elektromechanikus rögzítő fék rendszereket, melynek előnyei közé sorolható, hogy automatizálható a működése, továbbá alkalmas a gépkocsi más elektronikus rendszerével is az együttműködésre. Ilyen lehet például a lopás gátló, vagy a biztonsági fék megvalósítása. Az elektromechanikus rögzítő fék rendszernek a teljes terhelésű gépkocsit biztonságosan rögzítenie kell 30%-os lejtőn. Az általa megvalósított dinamikus lassulás 0-30 km/h sebességtartományban legalább 1,5 m/s² kell legyen. Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (Elektrische Park Bremse) a gépkocsi vezető munkáját támogató asszisztens rendszer. Különböző megvalósítási változatokkal találkozunk a személygépkocsikban.

A Lucas 1991-ben szabadalmaztatott egy ilyen változatot. Ennél az egyenáramú villanymotor nyomatékát csigahajtás és csavarorsó-csavaranya növeli, illetve alakítja át a forgómozgást egyenes vonalúvá. A bal, illetve a jobb oldali kerekekhez működtető erőt kiegyenlítő himba és bowden-huzal közvetíti. A Lucas jelenleg a TRW konszernhez tartozik. Az utóbbi években egyre több személygépkocsiba szerelnek különböző működési elvű, elektromechanikus rögzítő féket.

4.3. ábra - A villanymotor, csiga hajtás, csavarorsó és csavaranya segítségével, bowdenek közvetítésével tartja rögzítve a gépkocsit.

A gépkocsi befékezve tartását a csiga áttétel, illetve a csavarhajtás önzárása biztosítja.

Az elektromechanikus rögzítő fék működtetése, illetve a fékoldás történhet:

A hatósági előírásnak megfelelően az elektromechanikus rögzítő féket el kell látni mechanikus „szükség oldási” lehetőséggel. Ezzel lehet például lemerült akkumulátornál elvégezni a kifékezést.

Az elektromechanikus rögzítő fék a CAN hálózaton keresztül információt kap a gépkocsiba szerelt többi elektronikus rendszertől és azoknak információkat is továbbít a be-, illetve kifékezett állapotról.

Ez a fékrendszer nem a hagyományos módon működtethető. Üzemszerűen automatikusan, az elektronika parancsára lép működésbe, de ettől függetlenül a vezető is működtetheti egy kapcsolóval. Induláskor a rögzítő fék oldása automatikus, melynek dinamikáját egy az elektronikába szerelt lejtő szög érzékelő befolyásolja. Vízszintes úton, vagy lejtőn a rögzítő fék oldása gyors. Emelkedőn viszont lassan old, hogy gázadással a visszagurulás megakadályozható legyen. Az elektromos rögzítő féknél megvalósítható az ajtó kinyitásakor az automatikus befékezés. Ha a motor lefullad, a motorfordulatszám jel megszűnése aktiválja a rögzítő féket, így a gépkocsi elgurulása megakadályozható. Ezek a lehetőségek vezetők stressz helyzetét hatékonyan mérsékli. A legnagyobb segítséget az emelkedőn történő elinduláskor nyújtja. Ekkor válik aktívvá a Hill-Start-Assist. Az elektronika ilyenkor a motor nyomaték növekedésével arányosan csökkenti a fékező erőt. A teljes fékoldás akkor következik be, amikor a motor nyomatéka biztonságosan elegendő a visszagurulás mentes elinduláshoz. A közel-téri radar, vagy ultrahangos érzékelők jeleinek felhasználásával és az elektromechanikus aktív szervokormánnyal parkolási asszisztensként is működhet a rendszer. A parkolóhelyre beállás után automatikusan befékez az elektromos rögzítő fék. Az üzemi fék meghibásodásakor működhet biztonsági fékként is. Sokkal hatékonyabb, mint az izomerővel működtetett biztonsági fék. Dinamikus fékezéskor a kerekek megcsúszását az ABS-hez hasonló szabályozás teszi elkerülhetővé. Ilyenkor a villanymotor ellentétes polaritású működtetése hozza létre a fékező nyomaték csökkentését.

Az elektromechanikus rögzítő fék előnyei:

Az elektromos rögzítő fék a Bosch-al és a Siemens VDO-val együttműködésben készült, és a világon ez volt az első nagy sorozatba beépített változat. A prémium osztály gépkocsijánál nagy gondot fordítanak a biztonságra és a komfortra.

4.4. ábra - BMW 7-es elektromechanikus rögzítő fék

A csomagtartó fenéklemezére szerelik be a központi működtető egységet, a pótkeréktartó alá. Bowden huzalokkal hat a hátsó kerekek duo-szervo fékszerkezetére. Az automatikus működésen kívül a gépkocsivezető a műszerfal bal szélén elhelyezett gomb segítségével használhatja a rögzítő féket. A működtetésről ellenőrző lámpa és szöveges üzenet tájékoztat. Az elektromos rögzítő fék működtető elektronika a gépkocsi CAN-busz hálózatán keresztül áll kapcsolatban a hidraulikus üzemi fék rendszerrel (DSC), a műszerfal kijelzőjével, a motor és a sebességváltó elektronikával.

A motor leállításakor az elektromechanikus rögzítő fék befékez. Egy szoftver határozza meg a működtető erő nagyságát. Járó motornál valamennyi statikus és dinamikus rögzítő fék program működésre kész. Ha a gépkocsi áll és az elektromos rögzítő fék gombját megnyomják a DSC rendszer valamennyi kereket hidraulika szivattyú működtetésével befékezi. Az elektromos rögzítő fék meghibásodása, vagy az energiaellátás hiánya esetén a csomagtartóban a központi egységen egy kar biztosítja a szükség fékoldás lehetőségét.

4.5. ábra - A gépkocsivezető nyomógombbal működtetheti a rögzítő féket, mely a műszerfal bal szélén található

Ha a DSC rendszer elektronikája a kerékfordulatszám érzékelők jelei alapján megállapítja, hogy a gépkocsi pakolás közben lejtős úton megmozdul, automatikusan növeli a fékező erőt.

A gomb ismételt megnyomásakor a rögzítő fék kifékez. A működtetett rögzítő fék állapotától függően a motor indításakor automatikusan a rögzítő fékkel történő fékezés helyett a hidraulikus (DSC) lép működésbe, illetve fordítva.

A TRW-Lucas által gyártott elektromos rögzítő féket több európai autógyár is alkalmazza, egyebek között a Ford, VW, Audi. A rögzítő fék működtető kapcsolóját általában a sebességváltó kar közelében a középkonzolon helyezik el.

4.6. ábra - A rögzítő fék működtető kapcsolója a sebességváltó közelében

Közvetlenül a hátsó tárcsafék úszónyergére szerelik fel a villanymotoros működtető egységet, mely a rögzítő csavarok oldása után a féknyeregről egyszerűen leszerelhető. A villanymotor fordulatait egy Hall érzékelő jele alapján figyeli a működtető elektronika. A mechanikus áttétel három fokozatban valósul meg. Az első egy fogazott szíj áttétel, mely 1:3-as lassítást ad. Ezt támolygó tárcsa pár áttétele növeli tovább. Az egymáshoz kapcsolódó tárcsák között egy fog különbség van. Egy fordulat megtételével csupán egyetlen fognyit fordít a másik tárcsán. A harmadik áttétel csavarorsó – csavaranya. Ez alakítja a forgó mozgást egyenes vonalúvá és önzárásával biztosítja a befékezve tartást. A teljes mechanikai áttétel 1:147. Az anya a munkahenger dugattyújának belsejében van egyenesbe vezetve. Az anya szorítja rá a dugattyút a fékbetétre. Így tartja rögzítve a gépkocsit.

4.7. ábra - TRW-Lucas féknyeregre integrált elektromechanikus rögzítő fék

4.8. ábra - TRW-Lucas működtető egység metszete és a villanymotor

A konstrukciónál alkalmazott fontosabb biztonsági szempontok

Kiegészítő működési lehetőségek

4.9. ábra - TRW-Lucas a villanymotor és a támolygó tárcsás fokozat

4.3.4.1. A működtető elektronika

Az elektromechanikus rögzítő fék rendszer elektronikáját általában az utastér belsejében a középkonzolon, vagy annak közelében helyezik el. Két processzoros változatban készül. A CAN hálózaton keresztül kapcsolatban áll az ABS/ESP elektronikával. Az átviteli sebesség 500 kbit/s. Az újabb változatoknál a „sensor cluster” –t is az elektronikába szerelik. A hossz és a kereszt irányú lassulásérzékelő jeleit összehasonlítja az ESP rendszer jeleivel. Ezeket a jeleket a két rendszer kölcsönösen ellenőrzi. Bekapcsolt gyújtásnál az elektromechanikus rögzítő fék a nyomógombbal működtethető. Ilyenkor az ellenőrző lámpa folyamatosan világít. A fék oldása csak bekapcsolt gyújtásnál lehetséges a nyomógombbal, de a fékpedál lenyomásakor is bekövetkezik ez. Amikor a vezető becsukja az ajtót, becsatolja a biztonsági övet, elindítja a motort és a gázpedálra lép az elektromechanikus rögzítő fék automatikusan old.

Használat közben folyamatosan érzékeli a fékbetét kopását és a működtetés során azt figyelembe veszi.

4.10. ábra - Az elektronikus rendszer blokkvázlata

Az elektromechanikus rögzítő fék rendszernek a tengelykapcsoló pedálra szerelt elmozdulás érzékelő is jelet küld. Ennek a felhasználási területe a következő:

• motor indítás,

• „cruise control system” aktiválása (követési távolság szabályozás),

• a sebességváltás közben a motor fordulatszám csökkentése,

• "dynamic drive-off assist" működésmód aktiválása

Az elektromechanikus rögzítő fék rendszer állapotáról a gépkocsi vezetőt fény és hangjelzés tájékoztatja:

Piros színű fék ellenőrző lámpa:

• Nem világít fékoldáskor

• Világít: befékezett állapotban, illetve amikor fék aktív

• Villog: amikor hiba lépett fel működtetéskor

Narancssárga rögzítő fék ellenőrző lámpa:

• Nem világít, ha nincs hiba, vagy a hiba megszűnt

• Világít: hiba esetén a gyújtás kikapcsolása után még 30 másodpercig

Hangjelzés

• Nincs, amikor hibátlan a rendszer

• Hangjelzés hallható hiba esetén, illetve dinamikus működés közben

4.11. ábra - Az elektronikus rögzítő fék ellenőrző lámpái

4.3.4.2. Működésmódok:

1. Statikus működés Akkor valósul meg, amikor a gépkocsi sebessége 0 km/h. Ekkor kivezérli a legnagyobb működtető erőt, illetve megszünteti azt ismételt gombnyomásra.

2. Dinamikus működés Ilyenkor a gépkocsi sebessége > 0. A működtető erő a kapcsoló nyomva tartási idejével arányos, felengedve fékoldás.

3. A gyújtás kikapcsolásakor: Automatikus befékeződés. Az elektronika átprogramozásával ez a működésmód megszüntethető.

4. Szerviz módusz: A fékbetét cseréhez a diagnosztikai műszerrel aktiválható. A villanymotor visszafelé forgatja a működtető mechanikát alap helyzetig. Csak ez után nyomható vissza a fék munkahenger dugattyúja. Normál működéskor ugyanis csak a fékoldáshoz éppen szükséges visszamozgatás valósul meg. Ez így az automatikus utánállító feladatát is ellátja.

Statikus fékezésnél a gépkocsi vezető megnyomja a rögzítő fék gombot – fékezés.

Az elektronika a motorra fékezés irányú áramot kapcsol. Ezzel felfekteti és rászorítja a fékbetétet a féktárcsára. Lekapcsolja a villanymotort egy bizonyos előre meghatározott áramfelvételnél. Bekapcsolja az ellenőrző lámpát.

Ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

• A kerekek fordulatszáma

• A kapcsoló helyzete

• A motor áramfelvétele

• A motor forgása

4.12. ábra - TRW-Lucas fékezési és fékoldási helyzet

4.13. ábra - A statikus fékezés működés jellemzői

Statikus fékoldásnál a gépkocsivezető megnyomja a rögzítő fék gombot a rögzítő fék oldásához.

Az elektronika ellenőrzi a gyújtáskapcsoló helyzetét, ha az be van kapcsolva, a villanymotorra fékoldás irányban áramot kapcsol. Ha a fékbetétnél a hézag eléri a 0,5 mm –t a villanymotort kikapcsolja. Az ellenőrző lámpát kikapcsolja.

Az ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

• A rögzítő fék kapcsoló helyzete,

• A gyújtáskapcsoló helyzete,

• A motor áramfelvétele,

• Motor fordulatok száma.

4.14. ábra - Statikus fékoldás működés jellemzői

Dinamikus fékezésnél a gépkocsi vezető megnyomja a rögzítő fék gombot - fékezés

Az elektronika bekapcsolja a féklámpát és az ellenőrző lámpát. A motorra fékezés irányú áramot kapcsol. A kerék csúszásakor a fékerő csökkentés, majd ismételt növelés.

Ha a gépkocsi megállt statikus befékezés.

Ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

• A rögzítő fék kapcsoló helyzete,

• Kerék fordulatszám,

• Motor áramfelvétel,

• Motor forgás.

4.15. ábra - Dinamikus fékezés ABS szabályozással

Vezetői aktivitás: elindulás. Az elektronika ellenőrzi az emelkedőt és felismeri a menetirányt. Egy előre meghatározott motor nyomatéknál oldja a rögzítő féket. Ha esetleg leállna a motor (lefulladás) ismét fékezés.

Ezekhez a műveletekhez szükséges információk:

Vezetői aktivitás: megáll a gépkocsival. Az elektronika, ha a fékpedál 5 s-nál tovább le van nyomva, működteti a rögzítő féket. CAN üzenet küld. Ha a gépkocsi áll és 3 s után a fékező nyomás 5 bar-nál nagyobb, fékoldás, mint az elindulás támogatásnál.

A szükséges információk

Működésbe lépés ideje 1 másodpercnél rövidebb.

A fékoldás ideje 0,6 másodpercnél rövidebb.

A működéshez szükséges feszültség: 9 - 16 V között.

Legnagyobb működtető erő: 17 kN.

Áramfelvétele működéskor: 2 x 19 A.

Üzemkész állapotban: 195 mA.

Nyugalmi állapotban: 0,1 mA.

A dinamikus fékezéskor elérhető lassulás 0,3 g.

A féknyereg dugattyúja csak ezután nyomható vissza és ezután szerelhető be az új fékbetét. A féknyeregre szerelt változatnál a mechanikus működtető egység ellátja az automatikus utánállító feladatát is, mert fékoldáskor éppen csak annyit mozdít vissza a villanymotor, amennyire szükség van. Ezért a dugattyú és a működtető anya is a fékbetét kopásával arányosan egyre kijjebb mozdul. A fékbetétek cseréje előtt, azért, hogy a dugattyú visszanyomható legyen, teljesen vissza kell állítani a működtető szerkezetet a kiindulási alaphelyzetbe.

A visszaállítás történhet:

4.16. ábra - Az anya helyzete kopott fékbetétnél és a visszaállítás után.

Az elektromechanikus rögzítő fék EPB (elektrische Parkbremse, Electric Parking Brake) továbbfejlesztett változata az SPB (Smart Parking Brake), melynek már nincs külön elektronikája, hanem az ESP integrális részét képezi. A beavatkozó egységre szerelnek egy kis „smart” elektronikát (SECU) Ez a korábbi EPB elektronikánál lényegesen kisebb intelligenciával rendelkezik, de az alapműködésekre képes, mint a fékező erő szabályozása és a működés felügyelete. A teljes rendszer felügyeletét az ESP elektronika, vagy egy sensor cluster látja el. Az adatátvitel CAN hálózaton keresztül történik. Az SPB rendszer az üzemi fék integrális része. A gépkocsi hajtásláncával, a passzív biztonság elemeivel is kapcsolatban van az SPB rendszer. A vezető lefékezési, illetve lassítási igényt közöl az SPB rendszerrel. A rendszernek tudomására kell jusson, hogy a vezető jelen van, vagy nincs. Az üzemi fék is küldhet fékezési igényt az SPB rendszernek és fogadhatja is azt. A két rendszer a pillanatnyi állapotra vonatkozó információkat is kicseréli egymás között. A gépkocsi a pillanatnyi állapotra vonatkozó jeleket is küldhet az SPB rendszernek. Ezek lehetnek a gépkocsi pillanatnyi sebessége, a lejtő meredeksége, és a pillanatnyi vonóerő. Az SPB rendszer a feszítőerőre vonatkozó információt közli a gépkocsival. A gépkocsivezetővel a kapcsolatot a műszerfalra szerelt két állapotú kapcsoló jelenti. A vezetőt ellenőrző lámpa és felirat, továbbá hangjelzés tájékoztatja. A vezető jelenlétéről a passzív biztonsági rendszer tájékoztatja az SPB rendszert. A vezető tevékenységéről a gáz-, a fék-, és a tengelykapcsoló pedálon keresztül, továbbá a bekapcsolt sebességfokozat révén szerez tudomást a rendszer. A központi elektronika létesít kapcsolatot a többi elektronikus rendszerrel.

Az SPB használja az EPB féknyerget, és az üzemi fékrendszert is. A féknyeregre az elektromos csatlakozó közelébe szerelik fel az elektronikát. Ezen keresztül kapja a tápfeszültséget és CAN csatlakozóval, valamint a villanymotor működtető áramkörrel is el van látva. A villanymotor mechanikus áttételen keresztül forgatja a menetes orsót, mely az anyát fékezés, vagy fékoldás irányában mozgatja. Az önzáró anyamenet a motor kikapcsolása után is megtartja a feszítő erőt.

A Smart Electronic Control Unit (SECU) új működésmódokat tesz lehetővé és számos előnyt kínál:

Az SPB-nél először kerül az elektronika közvetlenül a kerék közelébe. A speciális elhelyezés miatt robosztus kivitel és megbízható vizsgáló program szükséges. Vibrációnak és hő terhelésnek kitett helyre került az elektronika.

Az SPB különbséget tesz a vezető által kezdeményezett és az automatikus beavatkozások között. Különbséget tesz továbbá a statikus és a dinamikus, illetve az ismeretlen járműállapot között. Az egyes működések prioritása a menetállapottól függ. A szoftverfunkciókat több elektronika között osztják meg. A központi elektronika (CECU) hozza létre a parancsokat a SPB beavatkozó egysége számára.

A CECU a következő feladatokat látja el:

A feladatok teljesítéséhez megfelelő processzor teljesítmény és tároló kapacitás szükséges. Meg kell feleljen a biztonsági koncepcióknak.

Az egyik fontos alapkövetelmény, hogy a rögzítő fék a befékezett, vagy a fékoldási állapotot biztonságosan tartsa. Egy elektronikus rendszernél ezt nem olyan egyszerű biztosítani, de végül sikerült megvalósítani, hogy semmilyen elektronikus, vagy pneumatikus hiba, illetve működési körülmény ne tudja ezt az alapfeladatot befolyásolni.

A rögzítő fék oldásakor az elektronika meg tudja vizsgálni, hogy egyáltalán végrehajtható –e ez a feladat. Először ellenőrzi például, hogy az üzemi fék két körében rendelkezése áll -e a megfelelő nyomás.

Biztosítható az EPB (Electronic Parking Brake) akaratlan oldás ellen. Ehhez a vezető részéről megerősítésre van szükség, ami lehetséges a fék-, vagy a gázpedál lenyomásával. Csak ezután következik be a rögzítő fék oldása.

A rögzítő fék az aktiválás előtt ellenőrzést végez. Ha például a gépkocsi 80 km/h sebességgel halad és véletlenül működtetik a rögzítő fék kapcsolót, ezt a parancsot nem fogja végrehajtani. Ebben az állapotban csak biztonsági fékként, lassító fékezés hajtható vége, de nem rögzítő fékezés. Ezt a kapcsoló elmozdításával arányos működést, mint biztonsági féket, a nemzetközi előírás is megköveteli. Az elektronikus rendszernél ez a működésmód sokkal kisebb késedelemmel működik, mint a hagyományos rögzítő fékeknél és sokkal finomabban szabályozható.

A rögzítő fék használatakor a pótkocsi kétféle módon fékezhető. Hagyományosan a pótkocsi üzemi fék rendszerét működtetve. Az újabb pótkocsikat már rugóerő tárolós rögzítő fékkel látták el, mely más módon működtethető. Mindkét változat megvalósítható az új fejlesztésű EPB –vel. Ehhez az szükséges, hogy az ennek megfelelő csatlakozóhoz kell bekötni a szerelvényt.

Ennél a rendszernél is van lehetőség az ellenőrzésre. Ekkor a gépkocsi vezető oldani tudja a befékezett pótkocsit és meggyőződhet arról, hogy a pótkocsi légtartályaiban a nyomás megszűnte után nem fog –e elgurulni a szerelvény, amikor a vontató hátsó tengelye marad csupán befékezve.

4.19. ábra - Az EAC 2.5 integrális részét képezi

A vezető munkáját az automatikus rögzítő fék működtetés megkönnyíti. Elinduláskor a kifékezés automatikusan bekövetkezik a gázpedál lenyomásakor. A gyújtás kikapcsolásakor pedig a rögzítő fék automatikusan befékeződik. Ez a vezetési komfort növelésén túl a biztonságosabb közlekedést is szolgálja.

Az elektronikus rögzítő féket külső fékezési parancsok is működtethetik. Ezek a működésmódok más elektronikákkal a CAN hálózaton keresztüli kommunikáció révén valósulnak meg. Ilyen fékezési parancs érkezhet például a radarral működő követési távolság szabályozó rendszertől, ha az előtte haladó gépkocsit a biztonságosnál jobban megközelítette.

Az ESP megakadályozza a gépkocsi alulkormányzott, illetve túlkormányzott viselkedését. Ez a pillanatnyi menetállapottól függően, az egyik kerék szabályozott fékezésével valósulhat meg. Alulkormányzott esetben például a kanyar belső ívén futó hátsó kerék fékezésével történik a beavatkozás. Túlkormányzott esetben a kanyar a külső íven futó első kerék fékezésével stabilizálható a gépkocsi. Dinamikus kormányzási manőver esetén az ellenkormányzást könnyítheti meg az ESP, amikor a kanyarodást követően a gépkocsit vissza kell hozni egyenes menetbe. Ezeket a beavatkozásokat a motor hajtó nyomatékának csökkentésével is támogatja az elektronika.

A Continental Teves MK 20 típusjelzésű ABS/ASR változat volt a vállalat első olyan hidraulika egysége, mely a speciális kiegészítő érzékelőkkel ESP szabályozásra alkalmassá vált. Külön egységet alkotott az optokapus kormánykerék elfordítás érzékelő,továbbá a speciális kettős hangvillához hasonlító speciális kvarckristályból kialakított perdülés érzékelő. Ez utóbbinak házába szerelték a kereszt irányú gyorsulás érzékelőt, illetve összkerék hajtású gépkocsiknál a hossz irányú lassulás érzékelőt is. Hamarosan ebből az egységből fejlesztették ki az intelligens, úgynevezett „sensor-cluster” –t. Ez saját maga kiértékeli az érzékelők jeleit, melynek eredményét a CAN hálózaton küldi az ESP elektronikának. Ennek az MK 20 rendszernek a gyártása 2000 –ig tartott. Ezt követték MK 60 típus, melyet 2000 - 2002 között szereltek a gépkocsikba. Az MK 70 változatot jelenleg is gyártják. Bizonyos speciális működésekre csak az MK25E, illetve az MK60E típusok képesek. Az MK 60 típusnál két kiegészítő nyomásérzékelőt is beszerelnek. A blokkolásgátló és a kipörgésgátló működése bizonyos változatoknál kiegészül a TPMS működéssel. Ez a többitől kisebb nyomású gumiabroncsot veszi észre a kerékfordulatszám érzékelők jeleinek kiértékelése alapján és figyelmezteti a gépkocsivezetőt az ellenőrzőlámpa segítségével. Az észlelés alapja az, hogy a kisebb nyomású, laposabb keréknek kisebb a gördülési sugara ezért egyenes menetben a többi keréknél nagyobb lesz a kerületi sebessége. Ezt a működésmódot a német szakirodalom Reifendruckverlust-Erkennungssystem –nek nevezi. Használatos még erre a működésmódra a DDS rövidítés is az angol „Deflation Detektion System” elnevezés alapján.

Az ESP rendszernek is egyik fontos kiegészítő működése a fékasszisztens, melyet a vállalat a Hydraulischer Bremsassistent elnevezés alapján HBA –nak rövidít. A lejtőn lefelé közlekedést teszi biztonságosabbá a Berg-Anfahrhilfe. Az elektromechanikus rögzítő fék dinamikus működtetésénél a CAN hálózaton keresztül érkező parancs működteti az ESP hidraulika egységet, amely elvégzi a fékezési beavatkozást.

A Bosch kezdetben piezo-kristályos érzékelőt alkalmazott. Az alábbi ábrán a torony szerűen, kissé kúposan kiemelkedő rész belsejében a magyarázó vázlaton bejelölt A – A’ és a B – B’ síkban elhelyezett piezo kristályokkal a réz hengert az önlengésszámnak megfelelő rezonanciában lebegve tartja. A hullám alakok szélső helyzeteit kissé felnagyítva a szaggatott vonallal megrajzolt ellipszisek szemléltetik. A C – C’ és a D – D’ síkban érzékelő piezo kristályokat helyeztek el. Ezek pontosan a rezgési „csomópontok”-ban vannak, ahol nincs elmozdulás. Ha a gépkocsi megperdül, vele együtt elmozdulnak a piezo kristályok is, de az önlengésszámmal rezgő és lebegő henger megtartja az eredeti helyzetét. Ezért az érzékelő kristályok most rezgést fognak detektálni. Annak intenzitása a perdülési sebességgel arányos. Ezt a kiértékelő elektronika feszültség jelként küldi az ESP elektronikának.

5.8. ábra - Első generációs Bosch perdülés érzékelő piezo-kristályos kivitelben

A fentiekben ismertetett változatot követte a jelenleg is használatban lévő második generációs mikromechanikai perdülés érzékelő. Nem csak személygépkocsiknál, de haszonjárműveknél is ezt alkalmazzák. Belsejében egy 7x7 mm-es szilícium chip található. Szerkezeti kialakítása csak 50 szeres nagyításban válik láthatóvá. A 600 µm vastagságú szilíciumlapkára viszik fel a szilíciumoxid-, majd egy 10 µm vastagságú poliszilícium réteget. Az érzékelő alaplapjából két 50 µm -es lapkát maratnak ki. Ezekből készülnek a rezgő tömegek, melyeket rugók tartanak a helyükön. A rezgési tengelyre merőlegesen poliszilíciumból készült kapacitív elven működő érzékelőt illesztenek rájuk. Hajszál vékony arany huzal létesít kapcsolatot az érzékelők és a kiértékelő elektronika között. Ez utóbbi a rezgő tömegek gerjesztéséhez szükséges feszültséget is létrehozza, továbbá kiértékeli a mérési eredményeket. Az érzékelőket, a kiértékelő áramkört és a felületre szerelt többi elektromos egységet egy közös kerámia lapkára szerelik, melyet fém foglalatban helyeznek el. A házat atmoszférikus nyomású, száraz nitrogén gáz tölti ki. A külső burkolata műanyagból készül. Ezen alakítják ki a gépkocsi specifikus elektromos csatlakozókat és a rögzítési helyeket.

A gyújtás bekapcsolásakor a beépített gerjesztő egység a két kis rezgő tömeget vízszintes síkban egymással ellenkező fázisban és ellentétes irányban mozgatja. Amikor az érzékelő belsejében az egyenes vonalú mozgást végző tömegekkel függőleges tengelye körül elfordul, a vízszintes síkban Corioli erő keletkezik. Ez hatást fejt ki a rezgő tömegeken elhelyezett kapacitív elven működő gyorsulásérzékelők szeizmikus tömegeire.

A gyorsulásérzékelő ellentétes fázisú feszültségei egymásból kivonódnak, így megszűnnek a lineáris összetevők és kétszeres nagyságú a Corioli erővel arányos jel keletkezik. Ennek nagysága attól függ, hogy mekkora volt a gépkocsi perdülete. Az érzékelő analóg jelet szolgáltat a menetdinamikai szabályozó elektronikának. Az újabb változatoknak már analóg és digitális jelkimenete is van. Ez biztosítja a kompatibilitást és az alkalmazhatósága is így szélesebb körűvé válik. A működéshez szükséges tápfeszültséget az ESP elektronika szolgáltatja. A rendszer a bekapcsolást követően egy másodpercen belül válik üzemképessé. Menet közben az ESP elektronika folyamatosan ellenőrzi az érzékelő mechanikus és elektronikus részeinek állapotát.

A perdülés érzékelő mérési tartománya ± 1,4 g keresztirányú gyorsulás és ± 100 ˚/s perdülési sebesség. Az érzékenysége ± 0,2 ˚/s .

Az újabb perdülés érzékelő változat típusjelölése DRS-MM1.1 mely a gépkocsi függőleges tömegközépponti tengely körüli elfordulását érzékeli. Ezzel egyidejűleg méri a kereszt irányú gyorsulást is. Az érzékelőt rezgéscsillapítóval is ellátták és PT-CAN hálózaton keresztül adja át a mért értékeket az ESP elektronikának. Működésellenőrzését szoftveresen úgy oldják meg, hogy az általa továbbított információkat összevetik a többi érzékelők jeleivel. Így végzi el az elektronika a plauzibilitás (elfogadhatósági) vizsgálatot.

5.9. ábra - Az ESP rendszer mikro-mechanikai perdülés érzékelője

Kezdettől fogva más elven működő perdülés érzékelőt alkalmazott a Continental Teves vállalat, de eredetileg ez is a légiközlekedésből származik. A keresztirányú gyorsulás érzékelővel egy közös házba szerelték be és a gépkocsi tömegközéppontjához a lehető legközelebb helyezték el.

A kettős hangvillából álló mikromechanikai érzékelő a függőleges tengely körüli elfordulás sebességét méri. Ha meghibásodik az ESP nem működik.

Az érzékelő szilícium kristályból készült kettős hangvillához hasonlító egyik része végzi a gerjesztést, a másik a mérést. 11 kHz-es váltakozó feszültséget rákapcsolva rezgésbe jön a gerjesztő rész. A mérő rész önfrekvenciája 11,33 kHz. A saját frekvenciával rezgő rész megtartja a rezgési síkját. A gépkocsi perdülésekor az érzékelőre ható erő csavaró nyomatékot fejt ki a szilícium kristályra, ezért elektromos töltés keletkezik benne. Ez előerősítő és erősítő áramkörök révén adja a jelet, amit az elektronika kiértékel.

A továbbfejlesztés során ez „intelligens érzékelővé” vált, mert saját kiértékelő elektronikával is ellátták, mely a perdüléssel és a kereszt irányú gyorsulással arányos jeleket feldolgozza és a mért értékeket a CAN hálózaton keresztüli adattáviratként küldi az ESP elektronikának. A működéséhez szükséges tápfeszültséget is az ESP központi elektronikától kapja.

5.10. ábra - A Continental Teves ESP rendszer perdülés érzékelője a tartóra szerelve

5.11. ábra - A Continental Teves perdülés érzékelője kettős hangvillával működik

A következő ábra szemlélteti a szilícium lapkából készített kettős hangvilla ként kialakított mikromechanikai érzékelő egyes belső áramköreinek kialakítását.

5.12. ábra - A Continental Teves kettős hangvillához hasonlító perdülés érzékelő belső áramköri egységei.

A jelenleg gyártásban lévő ESP MK 60 rendszernél a perdülés érzékelő már nem alkot külön egység. Közvetlenül az elektronikába szerelik be, melyet a vállalat budapesti üzemében gyártanak. A gépkocsi tömegközéppontjától eltérő elhelyezése miatt a szoftvernél ezt korrekciós tényezővel veszik figyelembe. A fentiekben ismertetettől eltérő mérési elvű mikro-mechanikai perdülés érzékelőt a Panasonic szállítja be.

A most használatban lévő perdülés érzékelő magába ötvözi a kereszt irányú gyorsulás érzékelőt is, ezért szerkezeti kialakítása kissé összetetté vált.

5.13. ábra - A Continental Teves perdülés érzékelő és a Corioli erőt mérő mikro-mechanikai érzékelő működési elve

A perdülés érzékelő belső szerkezete és működési elve kissé megváltozott. A forgó villát használják a kocsiszekrény szögsebességének érzékelésére. A piezoelektromosan gerjesztett erő hatására menet közben a villára egy vibráció hat. A kocsiszekrény megpördülésekor az érzékelési módban a villára a Corioli erő hat. A rezgés és a rá szuperponálódó Corioli erő hatására a villa karjaiban elektromos töltés keletkezik, mely arányos a gépkocsi perdülési sebességével. Az egységbe szerelt erősítő ezt a jelet annyira felerősíti, hogy kiértékelhető legyen. A gerjesztett rezgés 8 kHz frekvenciájú. Két csatlakozó tömeg rezeg különböző módon.

5.14. ábra - A Continental Teves új kialakítású perdülés érzékelője

Az új fejlesztésű kormánykerék elfordítás érzékelő a kormányoszlopon elhelyezett különböző kapcsolókkal alkot közös egységet. Gyakran kombinálják a kormánykerék légzsák átvezető spiráljával is. Az alábbi elvi ábrán érzékelő belsejében elhelyezett nagy fogaskerék mechanikus kapcsolatban van a kormánykerék tengelyével. Hozzá két kisebb fogaskerék kapcsolódik, melyek fogszáma egymáshoz képest eggyel eltér, de ezek egymáshoz nem kapcsolódnak. Ezekre a kis fogaskerekekre egy-egy állandó mágnest szereltek. A fogszám különbség miatt eltérő a forgási sebességük. Mindkét érzékelőben egy-egy szinuszos jelet hoznak létre. Ebből a két jelből bármely időpillanatban egyértelműen meghatározható a kormánykerék szöghelyzete és az elfordítás iránya. Az egyik jel az idő függvényében pedig a kormánykerék elfordítási sebességét adja. Egy számláló mű pedig meghatározza a kormánykerék elfordításainak számát.

Önálló jelkiértékelő, diagnosztikai és hibakód tároló egységgel látják el. Kicserélése, vagy a kormányberendezésen, illetve a futóművön végzett megbontásos javítás után az egyenes meneti helyzetet újra kalibrálni kell. Ez az alapfeltétele az ESP kifogástalan működésének. Az érzékelő meghibásodása, vagy nem megfelelő kalibrálás esetén az ESP rendszer nem működik, de az ABS és az EBV aktív marad. A kalibráláshoz a gépkocsi típusának megfelelő diagnosztikai műszert kell használni és a megadottak szerint kell végezni a műveletet.

5.22. ábra - Az ESP rendszer magnetorezisztív elven működő kormánykerék elfordítás érzékelője

Continental Teves kormánykerék elfordítás érzékelő

Az opto-kapus működési elvű érzékelőt a kormányoszlopon helyezik el. A légzsák átvezető spiráljával egy közös egységet alkot. Ha meghibásodik ez az érzékelő az ESP működésképtelenné válik. Az elektronika, vagy az érzékelő cseréje után újra kell kalibrálni a kormánykerék egyenes meneti állásának megfelelően. Ehhez a gépkocsi diagnosztikai műszerét kell használni. Az érzékelőbe beépített kódtárcsa két különböző jelet képező gyűrűből áll.

5.23. ábra - Optokapus kormánykerék elfordítás érzékelő

5.24. ábra - Opto-kapus kormánykerék elfordítás érzékelő belő kialakítása.

5.25. ábra - Az opto-kapus kormánykerék elfordítás érzékelő működési elve. Az egyik kódtárcsa az opto-kapunál digitális jelnek megfelelően szaggatja a fénysugarat, ez adja a szöghelyzetre vonatkozó jelet. Az egyenletes osztású másik tárcsa a elfordítás sebességére v

5.26. ábra - Mercedes gépkocsinál alkalmazott opto-kapus kormánykerék elfordítás érzékelő, melynél speciális diódákat alkalmaznak.

5.27. ábra - További más gyártóktól származó, opto-kapus elven működő kormánykerék elfordítás érzékelők

Ez az érzékelő határozza meg a gépkocsivezető által helyesnek tartott kormánykerék elfordítási helyzetet.

Az érzékelőt a kormánykerék tengelyére szerelik fel. A szöghelyzet érzékelés magneto-rezisztív, módon történik. A belsejébe mechanikai hajtóművet szerelnek, amely az abszolút szöghelyzet meghatározásához szükséges. Összesen 4 kormánykerék körülfordítást tesz lehetővé. A biztonságos érzékeléshez két jel szükséges. Az egyik híd kapcsolású AMR egység ad egy jelet. A jelképzésbe további hasonló két egységet vonnak be, melyek egymáshoz képest 45˚ -os szöggel vannak elékelve. A színuszos jelelakok egy adott pillanatban megállapított metszékei alapján a kidolgozott matematikai algoritmus segítségével kellő pontossággal, egyértelműen meghatározható a:

5.28. ábra - Continental Teves kormánykerék elfordítás érzékelő szerkezeti kialakítása

5.29. ábra - Continental Teves kormánykerék elfordítás érzékelő jelképzése

Az Audi és az újabb VW Passat több típusánál is az opcionális felszereltségéhez tartozik a „Dinamiklenkung”, dinamikus kormányzás nevű program és a hozzá tartozó aktív szervokormány. Ha az ESP nem az egyik kerék fékezésével, hanem kormánykorrekcióval avatkozik be a gépkocsi nem fog lassulni az ESP működése miatt. Így tehát nem veszít a lendületéből agilisabbá válik. Az ESP kormányzási beavatkozásnak az előnye az, hogy nagyobb szabályozási komfortot biztosít és a hosszdinamikát nem befolyásolja annyira, mint a régebbi ESP. A stabilizáláshoz szükséges elkormányzást az ESP elektronika határozza meg, melyet utasításként a CAN hálózaton keresztül átküld a dinamikus kormányzás elektronikának. Ennek megfelelően egészítették ki a szabályozási algoritmust, valamint ehhez igazították a hardvert is. Ennek a beavatkozásnak a hatására a kormánykerék nem fordul el. A kormánykerék szöghelyzetén kívül ennél a változatnál a kerekek elkormányzási szögét is méri az elektronika. A működés dinamikusabb állító tag beavatkozásokkal történik. Ez a rendszer az IEC61508 biztonsági előírásnak felel meg.

Az újabb személygépkocsikat már elektromechanikus rögzítő fékkel is ellátják. Ha a rögzítő féket a gépkocsi mozgása közben működteti a gépkocsivezető a CAN hálózaton keresztül az ESP hidraulika egységhez érkező parancs hatására a fékfolyadék szivattyú bekapcsolásával hozza létre a szükséges fékező nyomást és az ESP hidraulikaegysége hajtja végre a fékezést.

Ez is az ESP rendszer egy újabb kiegészítő programja. Az utánfutó lengései 1 Hz körüli frekvencián a vonókészüléken keresztül adódnak át a vontató gépkocsinak. Az ESP rendszer érzékeli az emiatt bekövetkező perdítő nyomaték lengéseket. Ha az a kritikus érték küszöbét átlépi elkezdődik a beavatkozás. Az elektronika visszaveszi a gázt és működteti a féket. Mind a négy kereket fékezi 0,15 g lassulással. Ha ez nem elegendő, a lassítás elérheti a 0,3 g értéket. A fékezés addig folytatódik, amíg nem szűnik meg az utánfutó lengése. Az ESP az utánfutó felől érkező kereszt irányú erőket a gépkocsi első kerekeinek váltakozva történő különböző nagyságú erővel történő fékezésével egyenlíti ki. Ennek eredményeként stabilizálás következik be és lassulás jön létre.

Az ESP rendszernek lehet egy úgynevezett ”szárazfék funkció”-ja is. Az eső érzékelő tudja automatikusan aktiválni ezt a működési módot. Ilyenkor ha a gépkocsi nem fékez és nem áll fenn biztonságkritikus menet állapot az ESP hidraulika egység néhány tized bar fékező nyomás kivezérlésével menet közben felfekteti a fékpofákat a féktárcsára. Ennek hatására azok megszáradnak és bármely pillanatban rendelkezésre áll a teljes fékező teljesítmény. Nem veszélyezteti a fading jelenség a közlekedésbiztonságot.

Az előzőekben felsoroltakon kívül az ESP rendszer alkalmas a sebesség szabályozásra is. Ha például a nagy sebességgel működő video rendszer sebességkorlátozó táblát érzékel, automatikusan beállítja az azon feltüntetett sebességet.

A Bosch ESP 8 rendszer alkalmas ezeknek a kiegészítő működésmódoknak a megvalósítására. Sajátosságai közé tartozik a hibrid áramkörös elektronika, melyet Texas Instrument mikrokontrollerekkel láttak el. 768 kB –os flash memory -t alkalmaznak. Két különböző, egymástól független radundáns processzor szolgálja a biztonságos működést. Az új nyomásérzékelőt a hidraulika egységbe integrálták, így az nem képez külön becsavarható egységet, mint korábban.

Ennél a rendszernél a gépkocsi stabilizálása különböző beavatkozásokkal történik, melyek a következők:

A kevesebb fékezési beavatkozásnak köszönhetően a gépkocsi azonos körülmények között agilisabban (dinamikusabban) halad és nem következnek be kritikus szituációk. Nagyobb lehet a gépkocsi átlagsebessége.

Az ESP rendszer alprogramját képező ABS szabályozás új algoritmussal működik.

A fejlesztési cél az volt, hogy ezzel a működési móddal a gépkocsival úgy a szilárd burkolatú úton, mint terepen a lehető legnagyobb lassulás legyen elérhető. Laza talajon a blokkolás közeli, majdnem csúszó kerekekkel rövidül a fékút, mert a kerekek éket túrnak maguk előtt az alattuk lévő laza anyagból. Az ABS új logikája figyeli a kerekek torziós lengéseit az aktív kerékfordulatszám érzékelők jelei alapján. Felismeri a laza talajt és automatikusan átkapcsolja az ABS működését nagyobb csúszást engedélyező működésmódra. A kerekenkénti és az elkormányzási szögtől is függő kerékcsúszás szabályozás révén a gépkocsi megőrzi a kormányozhatóságát. Ha a vezető bekapcsolja az offroad gombot, akkor az ABS terep fokozatának aktiválása egyértelműbbé és gyorsabbá válik.

Az ESPplus teszi lehetővé ezeket a működési módokat. A terep és a normál ESP működés között lényeges különbség van. Az ESP off gomb rövid megnyomásával az Offroad működés válik aktívvá és a kijelzőn az „ESP offroad” felirat jelenik meg és az ESP szimbólum világít. Ilyenkor kisebb sebességnél a motornyomaték csökkentő és a fékezési beavatkozások kisebbek lesznek. Ha az automatikus offroad felismerés válik aktívvá valamennyi offroad funkció erősödik. A gomb ismételt megnyomásakor a normál ESP működés kapcsol be.

5.32. ábra - Bosch ESP 8 hidraulika egység az elektronikával.

Újabban kétfokozatú kikapcsolási lehetőséggel látták el az ESP rendszereket.

5.33. ábra - Az ESP rendszer régebbi és újabb ellenőrző lámpája és a kikapcsolt állapot visszajelzése

Ez a fékasszisztens működésének egyfajta kiterjesztése. Erőteljes, huzamos, illetve többször ismételt fékezésnél, amely jelentős melegedés miatt fékhatás csökkenéssel jár, ezt felismerve az ESP automatikusan megnöveli a hidraulikus működtető nyomást. A vezető így már a szokásos pedálerőnél eléri az ABS beavatkozási küszöböt.

5.34. ábra - Bosch ESP 8 hidraulika egység Audi A5-típusú gépkocsiba szerelve

A gépkocsikba újabban beszerelt elektromos rögzítő féknek van egy dinamikus működésmódja is. Ha a hidraulikus fékműködtetetés meghibásodik, az ESP parancsára az elektromos rögzítő fékkel 8 m/s –os lassulást tud megvalósítani. Ez lényegesen nagyobb, mint ami egy hagyományos rögzítő fékkel megvalósítható. Kis tapadási tényezőjű úton ABS szabályozás is működik eközben.

Az üzemi fék automatikus működtetésével és oldásával támogatja a vezetőt. Az aktiválása a műszerfalra szerelt nyomógombbal lehetséges. Ez a működésmód a fékezés után hidraulikus nyomással tartja befékezve a gépkocsit. Erről az állapotról visszajelző lámpa tájékoztatja a gépkocsivezetőt. Ha a fékhatás egy meredekebb szakaszon nem elegendő, még kétszer meg tudja növelni a fékező nyomást a rendszer. Ha még ez sem elegendő, működteti az elektromos rögzítő féket is. Elinduláskor a tengelykapcsoló lenyomásakor automatikusan oldja a féket. Emelkedőn a rögzítő fék csak akkor old, ha a motor nyomatéka elegendő a visszagurulás megakadályozásához. Ilyenkor az elektronika kiértékeli a bekapcsolt sebességfokozatot, az emelkedő meredekségét, a motor fordulatszámát és a motor nyomatékát.

Ez is egy vezetőt támogató asszisztens rendszer. A hagyományos ESP rendszer egy továbbfejlesztett változata. Hegyről lefelé menetnél fékezési beavatkozással tartani tudja a vezető által beállított sebességet. Ilyenkor az ESP hidraulika egység végzi a fékezést.

A HDC program széria tartozék például az Audi Q5-nél, melyet a gépkocsivezető egy erre a célra beépített nyomógombbal tud be-, illetve kikapcsolni. A működés alapfeltétele, hogy a gépkocsi sebessége kisebb legyen 60 km/h -nál. A pillanatnyi állapotot LED dióda jelzi vissza. Az ESP rendszer részét képezi ez a komfortot növelő program. Mind a négy kereket fékezi a lejtőn lefelé, méghozzá annyira, hogy a gépkocsi tartja a vezető szándéka szerinti sebességet. Ha ehhez nem elegendő a motorfék, automatikusan működésbe lép a hidraulikus fékrendszer, mely a vezetőtől függetlenül létrehozza a szükséges fékező nyomást. Bizonyos határok között (9 km/h és 30 km/h) (10%-os és 50%-os lejtőn) a gáz-, illetve a fékpedál lenyomásával a sebesség szabályozható. 60 km/h feletti sebességnél automatikusan lekapcsol. Bekapcsolt és kikapcsolt sebességfokozatnál egyaránt használható. Ha például a hátrameneti fokozat van bekapcsolva, akkor a hátsó kerekekre jut a nagyobb fékhatás.

A menetkomfortra és a menetdinamikára nagy gondot fordítottak a fejlesztés során. Az offroad és az országúti jellemzők összehangolása is fontos volt. Az összes Q5-ös széria tartozéka a tetőcsomagtartó felismerés, melyhez egy speciális érzékelőt szereltek fel a tetőcsomagtartó rögzítési pontjához. Ez közvetlenül az ESP elektronikának ad jelet a megváltozott tömegközéppont helyzete miatt, mely a menetdinamika szempontjából az ESP -nek fontos információ.

A gépkocsit a jobban tapadó útfelületen kialakuló nagyobb fékerő erre az oldalra húzza. Az ESP a „dynamiklenkung” –al ellátott gépkocsinál automatikusan létrehozza a szükséges kormánykorrekciót, méghozzá gyorsabban, mint ahogy azt a gépkocsivezető egyébként meg tudná tenni. Ebből a vezető semmit nem vesz észre, mert közben a kormánykerék egyenes meneti helyzetben marad. A gépkocsi stabilizálása érdekében nem kell csökkenteni a fékerőt. Ez előnyös, mert nem hosszabbodik meg a fékút. Ehhez a működési módhoz nem szükséges kiegészítő kerékfék munkahenger nyomás érzékelő, mint más rendszereknél.

A túlkormányozott viselkedésű gépkocsit az ESP rendszer a „dynamiklenkung” segítségével egy előre meghatározott ellenkormányzással stabilizál. Ez megakadályozza a gépkocsi hátsó részének kitörését. Különösen nagy sebesség esetén ez a beavatkozás sokkal hatékonyabb, mint egy kerék fékezése, ahol a megfelelő fékező nyomás kialakulásához egy bizonyos időre van szükség. Azért is előnyös ez a beavatkozás, mert sokkal komfortosabb, mint amikor fékezéssel történik. Továbbá nem lassul a gépkocsi a stabilizáló beavatkozás következtében, ami a fékezéses beavatkozásnál elkerülhetetlen. Különösen csúszós úton előnyösebb, amikor kormányzás végzi a korrekciót. A két beavatkozást (kormányzási és a fékezési) a gépkocsi instabilitásától függően egymásba integrálják. Enyhe instabilitásnál csak kormányzási beavatkozás valósul meg. Minél nagyobb a stabilitás vesztés, annál nagyobb lesz a fékezési beavatkozás. A kettő beavatkozás együtt hatékonyabb, mint ahogy a hagyományos ESP -nél ez hagyományosan megszokott volt.

5.35. ábra - Sávváltási manőver összehasonlítása ABS- el és ESP -vel

Alulkormányzott viselkedésnél az ESP a „dynamiklenkung” (aktív szervokormány) segítségével megváltoztatja a kormányáttételt, így a gépkocsivezető a tapadási tényező maximumát nem tudja olyan gyorsan elérni. Így az első kerekek csúszása és ezzel a gépkocsi elejének kisodródása, vagyis az alulkormányzott viselkedés nem fog kialakulni olyan gyorsan. Az alulkormányozott állapotot az ESP ismeri fel és a beavatkozás a „dynamiklenkung” –nál következik be. Az áttétel változás csupán olyan mértékű, hogy a vezető azt nem veszi észre, de ennek ellenére a stabilizáló hatás érvényesülni tud. Kisebb mértékű alulkormányozott viselkedésnél ez a beavatkozás előbb fog bekövetkezni, mint a fékezési stabilizálás. Nem érezhető annyira, mint a motor nyomaték csökkentés és az egyik kerék célzott lefékezése. A gépkocsival így sokkal dinamikusabban lehet közlekedni és a stabilitása is növekszik.

Az ESP elektronika által meghatározott stabilizáló elkormányzási szög a gépkocsi CAN hálózatán keresztül üzenetként jut el a kormányzás elektronikájához. Mivel az aktív kormányzási beavatkozás nagyobb kockázatú, mint az egyik kerék megfékezése, biztonságtechnikailag ennek megfelelően készítették fel az ESP rendszert. Hardver vonatkozásában egy második perdülés és kereszt irányú gyorsulás érzékelővel is ellátják a rendszert, mely egy redundáns jelet ad. Így a perdülés érzékelő jelének elfogadhatósági vizsgálata biztonságosabb lesz. A szoftver oldalról pedig a kormányzási stabilizáló algoritmus kétprocesszoros kivitelben működik. Mindkettő eredményét folyamatosan bitenként összehasonlítják az ESP elektronikáéval. Amennyiben különbséget észlel az ESP elektronika kikapcsol és hibajelzést ad.

5.36. ábra - A Continental Teves ESP rendszer áttekintése

Ennél a vállalatnál elsőként az ESP gyártása és alkalmazása 1995 –ben kezdődött. Jelenleg a 9 generációhoz tartozó termékcsaládot kínálja az autógyáraknak. A legkülönbözőbb kategóriába sorolható gépkocsi változatokhoz fejlesztették ki. Ezek a változatok különböző működési módokat tesznek lehetővé. Jelenleg a következő változatokat gyártják:

Ezeket a változatokat egyre több kiegészítő működéssel is ellátták.

Az ESP premium-nál például az alap működés számos, a vezetőt támogató asszisztens rendszerrel egészülhet ki. Ennél a szokásos kettő helyett hat dugattyús fékfolyadék szivattyút építenek be a hidraulika egységbe. Ennek köszönhetően a fékező nyomás nagyon gyorsan kialakul, de ezen kívül maximális komfortot is biztosít, mert így sokkal kisebb a rezgés működés közben. Az SMI650 típusjelzésű kombinált érzékelőt (perdülés és kereszt irányú gyorsulás) már az elektronikába szerelik. Ennek az érzékelőnek integrális része a rezgéscsillapító egység. Így tovább egyszerűsödött a rendszer vezetékhálózata. Ez az elektronika már másodpercenként 25 -ször hasonlítja össze a vezető szándékát a gépkocsi pillanatnyi menetpályájával és ez alapján működik az ESP szabályozás.

5.37. ábra - A Bosch ESP rendszer 9. generációja

A fékrendszer működése révén lassítja, megállítja, illetve rögzített helyzetben tartja a járművet. Nagy jelentősége miatt a különböző országokban, és az egyes országokon átívelő nemzetközi hatósági előírások vonatkoznak rájuk. A fékrendszer a gépkocsik aktív biztonságának fontos eleme, ezért hatásosságukat és kialakításukat is rögzítik az előírások.

A személygépkocsik üzemi fékrendszerénél általában vákuumos, vagy hidraulikus rásegítővel ellátott hidraulikus féket alkalmaznak. A mechatronika alkalmazásának lehetőségei ezen a területen:

Dízel motoros gépkocsiknál és villanyautóknál szükséges a vákuumszivattyú a fékezéshez az energia előállítására. Újabban már az Otto-motoros járműveknél is alkalmazzák, mert így nagyobb vákuum hozható létre. Így egyrészt kisebb lehet a vákuumos fékrásegítő átmérője és emiatt a helyigénye, másrészt pedig komfortosabbá tehető a fékezési folyamat.

A fékasszisztens alkalmazásának kezdetén a vákuumos fékrásegítőt is kiegészítették elektronikával, fékpedál elmozdulás érzékelővel és elektromágneses szeleppel. Újabban a fékasszisztens az ABS rendszer kiegészítő rendszereként valósul meg.

6.1. ábra - A személygépkocsik hidraulikus üzemi fékrendszerének áttekintése, szaggatott fekete vonallal megjelölve a mechatronika alkalmazási területeit

Ez az egység a vákuumos fékrásegítő energia ellátását biztosítja. Egy egyenáramú villanymotorból és egy többnyire szárnylapátos működésű vákuumszivattyúból áll. Beépítése és működése független a belsőégésű motortól. Az excentrikus forgórészbe beillesztett lapátok forgás közben a centrifugális erő hatására felfekszenek a ház belső palástjára. A lapátok közötti folyamatosan növekvő térfogat hozza létre a vákuumot, melyet a vákuumos rásegítő működtetésére használnak fel. Elektromosan általában úgy kötik be, hogy a belsőégésű motor indítását követően néhány másodpercen belül működésbe lép a vákuumszivattyú is.

6.2. ábra - Villanymotoros vákuumszivattyú

Ennél a változatnál nem alkalmaznak nyomás érzékelőt, így tehát nincs visszacsatolás a szivattyú működéséről, melyet a motor elektronika felügyel. A vákuumos fékrásegítő által a rendszerben létrehozott nyomást az elektronika a következő működési paraméterek érzékelése alapján becsli meg:

Egy az elektronikában tárolt matematikai modell segítségével határozza meg a pillanatnyi nyomást. Ennek megfelelően a test rá-, vagy lekapcsolásával működteti a szivattyút hajtó villanymotort. Ennek a vezérlésnek természetesen egy bizonyos hiszterézise van.

Ennél a változatnál nyomásérzékelőt alkalmaznak, melyet a vákuumszivattyú és a vákuumos fékrásegítő közötti csőszakaszba kötnek be. A membrános nyomásérzékelőt az elektronika a gyújtás bekapcsolása után folyamatosan ellátja 5 V tápfeszültséggel. Az aktuális nyomás okozta membrán deformációval arányos feszültség jelet a működtető elektronika folyamatosan kiértékeli és összehasonlítja az eltárolt szükséges értékkel. Ennek megfelelően működteti a szivattyút. A működési jelleggörbe az elektronikában el van tárolva. Ha a nyomásérzékelő meghibásodik, az elektronika automatikusan átkapcsol a vezérelt üzemmódra.

6.3. ábra - Nyomás érzékelővel ellátott, szabályozással működő villanymotoros vákuumszivattyú

A gépkocsi menetciklusait megvizsgálva látható, hogy az energia visszatáplálásos fékezésnél lényegesen rövidebb ideig működik a hidraulikus fék berendezés. A gyorsításra felhasznált energia egy részét vissza lehet nyerni. Ezért a gépkocsi üzemeltetése gazdaságosabb lesz.

6.8. ábra - Egy bizonyos menetciklusnál végrehajtott fékezések.

6.9. ábra - Az előző menetciklus szerinti fékezések, amikor a regeneratív lassítás is működik

A menetciklus egyes szakaszai a gépkocsi felgyorsításából, állandó sebességű haladásból lassításból és megállásból tevődnek össze. A gyorsítás során felhasznált energia arra fordítódik, hogy le lehessen győzni a tehetetlenségi erőket, a gördülési ellenállást és a légellenállást.

A tömegtehetetlenség legyőzéséhez szükséges motor teljesítmény:

A légellenállás legyőzéséhez szükséges motor teljesítmény:

A gördülési ellenállás legyőzéséhez szükséges motor teljesítmény:

Ebből az energiából a következő lassításnál viszont csak a tehetetlenségi erővel arányos energia nyerhető vissza a generátoros fékezés segítségével.

6.10. ábra - A gyorsításhoz, és a haladáshoz szükséges motor teljesítmény és a visszanyerhető energia.

Az energia visszanyerési potenciál (Ep) a gyorsításhoz befektetett és a lassításnál visszanyerhető energia hányadosa:

6.11. ábra - A regeneratív fékezés energia visszanyerési potenciálja

Az energia visszatáplálásos fékezés megvalósításának lehetőségei:

A hibrid, vagy villany autók fékezésénél az egyes futóművek közötti fékerő felosztáson kívül azt is figyelembe kell venni, hogy mely kerekek a hajtottak. A hidraulikus és a generátoros fékezés között is meg kell találni az optimális fékerő arányt. Ezt szemlélteti az alábbi ábra.

6.12. ábra - Különböző gépkocsiknál a fékerők felosztása a hidraulikus és a regeneratív fékezés között

Az energia visszatáplálásos fékezéseknél különböző veszteségekkel is számolni kell. A teljes mozgási energia nem használható fel a generátor hajtására a súrlódásos és a ventillációs veszteségek miatt. Az akkumulátorban történő energia tárolásnál is kell veszteséggel számolni. Ezek miatt az újrahasznosítható energia kisebb, mint a gépkocsi mozgási energiája volt a fékezés pillanatában. Jelenleg a tervezéseknél 75% -os hatásfokot szoktak figyelembe venni az energia újrahasznosításnál.

6.13. ábra - Az előzőekben ismertetett menetciklusnál a regeneratív fékezéssel újrahasznosítható energia

A jelenleg megvalósított hibrid hajtás változatok:

Ez utóbbiak lehetnek soros és párhuzamos hibridek is.

A hibrid hajtású gépkocsikat, mint például a Toyota Prius is ECB (Electronically Controlled Brake) elektronikusan szabályozott fékrendszert építenek be, mely egyesíti a kétféle fékezés lehetőségét. A 2001 – 2003 között gyártott változatok hidraulikus fékrendszerét ABS -el és elektronikus fékerő felosztással is ellátták. A 2004 után gyártottaknál már olyan ESP rendszert szereltek be, mely az elektromechanikus szervokormányon keresztüli beavatkozásra is alkalmas, továbbá az elektronikus fékerő felosztáson kívül fékasszisztenssel is kiegészült.

A Toyota Prius -ba a belsőégésű motoron kívül két villamos gépet szerelnek, Az egyik rendszerint generátorként, a másik motorként működik. A három erőforrás között egy bolygóműves egység létesít kapcsolatot. A csomagtartóban helyezik el a 300 V névleges feszültségű akkumulátor egység. A három fázisú váltakozó áramú gép miatt inverre és transzformátorra is szükség van. A gépkocsiba beépített egyéb elektromos rendszerek a szokásos módon 12 V feszültséggel működnek, ezért egy normál akkumulátor sem nélkülözhető ennél a gépkocsinál.

Ez a többi személygépkocsinál alkalmazott hidraulikus féknek megfelelően működik és mind a négy kerékre hat. A fékrendszer kiegészülhet ABS, illetve ESP szabályozással is. Az ABS, vagy az ESP meghibásodása esetén annak ellenőrző lámpája folyamatosan világít. A normál fékrendszer ilyenkor is működőképes marad. A Toyota Prius -nál hidraulikus fékrásegítőt alkalmaznak, mely fékezéskor hatékonyan csökkenti a szükséges pedálerőt. A nyomás energiát villanymotorral hajtott hidraulika szivattyú és nyomástároló biztosítja. A szivattyút hajtó villanymotort nyomáskapcsolók vezérlik. A hidraulikus rásegítő vezérlő egységét és a munkahengerét a főfékhengerre szerelik. A 2004 utáni modellnél a fékpedálhoz hidraulikus pedálút szimulátort is beszerelnek. Ezen található az elmozdulás érzékelő, amely a fékasszisztens működéshez szükséges.

Más hibrid autóknál alkalmazhatnak vákuumos fékrásegítőt is. Ilyen esetben villanymotoros hajtású vákuumszivattyút és nyomástárolót építenek be. Ha a fékrendszer energiaellátásában rendellenesség lép fel, pl. hiba a szivattyú villanymotorjának áramkörében, vagy nem megfelelő a rendszernyomás, a piros színű fék kontrollámpa világítása figyelmezteti a vezetőt és sípoló hangjelzés is hallható.

A hidraulikus fékrendszer általában az intenzív fékezéseknél aktív. A fékpedál elmozdulását és a lenyomási sebességét érzékeli az elektronika és ez alapján dönt a fékezés módjáról. A hidraulikus fékrendszernél a kerekeket tárcsafékek lassítják. Valamennyi kerékagynál fordulatszám érzékelőt is beépítenek. A rögzítő fék a Toyota Prius –nál a féktárcsa agy részébe beszerelt szimplex dobfék, mely egy külön elhelyezett, a többinél kisebb pedállal működtethető és oldható.

A fék elektronika a leggyakrabban, amikor nincs szükség vészfékezésre, az energia visszatáplálásos fékezést működteti. Ilyenkor az elektromos hajtó motor generátorként üzemel, mely természetesen csak a hajtott kerekek fékezésére képes. Az így létrehozott három fázisú 300 V os névleges értékű váltakozó áramot a konverter alakítja egyenárammá és transzformálja is. A 2004 utáni változatba a 12 V –os akkumulátor töltéséhez 28 db kondenzátorból összeállított telepet is beépítenek a gépkocsi csomagtartójába. Ez a töltőáram csúcsokat hivatott kissé kisimítani. Így valósítják meg a normál akkumulátor töltését. A regeneratív fékezés akkor valósul meg, amikor a fékpedált a gépkocsivezető nem hirtelen nyomja le. Az akkumulátor töltésére pillanatnyilag 21 kWh energia fordítható. A fékezések java részénél ennyi energia jön létre. Az ennél nagyobb energia, ha szükségessé válik a súrlódásos fékkel alakítandó hővé úgy, mint a többi gépkocsinál. A két fékrendszer működését az elektronika hangolja össze. Ha a regeneratív fékezés meghibásodik, csak a hidraulikus fékrendszer lassítja a gépkocsit.

6.14. ábra - A hidraulikus fék mind a négy kerékre hat, a regeneratív fékezés csak a hajtottakra

A kétféle fékezés lehetőségét a fék elektronika úgy hangolja össze, hogy a lehető legnagyobb energia hányad fordítódhasson az akkumulátorok töltésre. A kétféle fékerő összege pedig mindenkor meg kell feleljen a gépkocsivezető lassítási igényének. Ezt az információt a fékpedál elmozdulás érzékelője közvetíti az elektronikának. A fék elektronika a kerekeknél lévő munkahengerekben a nyomást növelni, vagy csökkenteni is tudja úgy, hogy a fékezés közbeni stabilitásnak és a lassítási igénynek is megfeleljen. A fékerők megosztása függ a gépkocsi sebességétől és a fékezés időtartamától is.

Ennek a gépkocsinak nincs belsőégésű motorja. Az erőforrása a csomagtartó alá szerelt, tekercselt álló részű, állandó mágneses forgórészű háromfázisú, 49 kW teljesítményű vízhűtéses szinkronmotor. Legnagyobb nyomatéka 180 Nm, maximális fordulatszáma 8500 f/perc. Lassító áttételen keresztül hajtja a hátsó futómű differenciálművét. Az energia tárolására 330 V névleges feszültségű lithium-ion akkumulátor egységet építenek be. Kapacitása 16 kWh. Az ülések alatt található. Az akkumulátor egység egyenáramú tápfeszültségét az inverter alakítja át váltakozó árammá. Az Inverterbe 6db szigetelt bázisú bipoláris tranzisztort (IGBT) szerelnek. Ezeknek a megfelelő sorrendben való átkapcsolása az egyenáramot 3 fázisú váltakozó árammá alakítja át. Az invertert a motor mellett a csomagtartó alatti térben helyezték el.

A gépkocsi összetett fékrendszerrel látták el. A pedálműködésnek megfelelően az EU fék előírás szerinti fékerőket hoz létre

A mechanikus működésű fékasszisztens, és az ESP az európai kivitelek alapfelszereltségéhez tartozik. Azért, mert ebbe a gépkocsiba nem szereltek belsőégésű motort, a vákuumos fékrásegítő energia ellátását a csomagtartó alatt elhelyezett villanymotoros vákuumszivattyú biztosítja

6.15. ábra - A Mitsubishi i-MiEV villanyautóba szerelt villanymotoros vákuumszivattyú

Nyomásérzékelő jele alapján valósul meg a hajtó villanymotor vezérlése.

Mechanikus fékasszisztenssel kiegészített 9”-os vákuumos fékrásegítőt szerelnek a gépkocsiba. Ennek köszönhetően hirtelen fékpedál lenyomás esetén a lehető legnagyobb rásegítés valósul meg. A fékpedálra egy gyárilag beállított elmozdulás érzékelőt szerelnek.

Az első kerekeknél 257 mm átmérőjű hűtött féktárcsákat alkalmaznak. A munkahenger dugattyújának átmérője 51,1 mm. A hátsó kerekeknél dobféket találunk. A fékdob átmérője 203 mm, a munkahenger átmérője 19 mm.

A Mitsubishi az európai fogalmak szerinti ESP rendszert ASC-nek (Automatic Stability Control) nevezi. Az ESP rendszer rész működése a blokkolásgátló (ABS) és a kipörgésgátló (ASR). Ha a gépkocsi alul-, illetve túlkormányzott módon viselkedik, differenciális fékezéssel és hajtó motor nyomaték csökkentésével avatkozik be. Az ESP és az ASR működés a műszerfal bal oldalán elhelyezett kapcsolóval kikapcsolható. Ez az állapotot ellenőrző lámpa jelzi vissza.

Az inverter segítségével a váltakozó áram fázisainak felcserélésével a lassító fékezés valósul meg, a villanymotor ilyenkor generátorként működik. Áramot fejleszt, amivel az akkumulátorok az inverteren keresztül tölthetők. Ezt nevezzük regeneratív fékezésnek. A visszatáplálásos fékezés nyomatékát az EV elektronika szabályozza a fékpedál elmozdulás érzékelő jele alapján. Ez az elektronika az ESP elektronika részét képezi. Amikor az ESP rendszer működik csökkenti az energia visszatáplálásos fékezés nyomatékát.

6.16. ábra - A hidraulikus és a regeneratív fékezés a Mitsubishi i-MiEV villany autónál

2013 –ban az IAA –n (nemzetközi automobil kiállítás) Frankfurtban mutatták be. A Robert Bosch GmBH ezt az új elektromechanikus fékrásegítőt elsősorban hibrid, illetve villany autókhoz fejlesztette ki, de jól használhatók a hagyományos kivitelű személygépkocsikhoz is. Előnye az, hogy kedvező együttműködésre képes a különböző asszisztens rendszerekkel. Gyártója az Automotive Technology, a Bosch Csoport legnagyobb tagja. 2013 –ban kezdték el a sorozatgyártást. Ez a változat nélkülözi a vákuumot és a hidraulikát. Közös egységet alkot:

Elsősorban az európai személygépkocsikba fogják beszerelni. Mivel a személygépkocsikban egyre szélesebb körben alkalmazzák a start/stop rendszereket egyre nagyobb a jelentősége ennek a rásegítőnek, hiszen az elektromos hálózat biztosítja az energia ellátását.

6.17. ábra - iBooster a Robert Bosch GmBH új elektromechanikus fékrásegítője

6.18. ábra - iBooster belső kialakítása. A villanymotor után két körös, két fokozatú mechanikus áttétel.

Műszaki jellemzők:

Az iBooster nyomáskivezérlése háromszor gyorsabb, mint a hagyományos vákuumos fékrásegítőé.

Rásegítő erő 5,5 kN (megfelel a 8+9” –os vákuumos fékrásegítőnek)

Működési feszültség > 9,8 V –nál.

Helyigény megfelel a 8+9” –os vákuumos fékrásegítőének.

Tömege 5 kg

Áramfelvétel: 10 bar –onként 1 A.

Motor teljesítmény 300 W.

Bemutatásakor elsősorban az Audi A4 –hez és az Opel Ampera –hoz ajánlották.

Ha például a gépkocsiba szerelt „emergency braking system” veszély helyzetet ismer fel a teljes fékezéshez szükséges nyomás 120 ms –on belül a vezetőtől függetlenül önállóan kivezérlődik.

Ennél a szabályozási módnál az előre meghatározott fizikai állapotok bekövetkezésekor történnek a különböző beavatkozások. Ezt a módszert évtizedeken át alkalmazták az ABS szabályozásnál. Előre meghatároznak bizonyos küszöbértékeket. Ha ezt az érzékelt a fizikai mennyiségek meghaladják, akkor történik a beavatkozás, a fékező nyomás módosítása. A blokkolásgátlónál az elektronika a kerék kerületi lassulás, vagy a kerék csúszás küszöbérték átlépésekor működteti a nyomásszabályozó elektromágneses szelepeket. A különböző gyártók több küszöbértéket is meg szoktak határozni.