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SYSTÈME D'AIRBAG - CONSTITUTION ET MODE DE FONCTIONNEMENT

Vous trouverez ici des connaissances utiles et des conseils importants au sujet du système d'airbag sur les véhicules.

La fonction des systèmes de sécurité passifs consiste à procurer la meilleure protection possible aux passagers en cas d'accident. L'airbag existe aujourd'hui en de très nombreuses variantes et fait désormais partie de l'équipement standard des véhicules de toutes catégories. Nous vous disons sur cette page quels sont les principaux composants d'un système de retenue moderne et comment les airbags et les prétensionneurs de ceinture protègent les automobilistes des blessures. Ces explications sont complétées par des informations importantes pour le dépannage des systèmes de sécurité passifs.

Consigne de sécurité importante
Les informations techniques et les conseils pratiques compilés ci-après ont été rédigés par HELLA afin de fournir une aide professionnelle aux ateliers de la réparation automobile dans le cadre de leurs activités. Toutes les informations mises à disposition sur ce site sont destinées à être exploitées uniquement par des professionnels qualifiés.

 

SYSTÈME D'AIRBAG SRS: PRINCIPES

Ce chapitre est consacré au système d'airbag. Nous y expliquons les différents composants, leur fonction, le processus de déclenchement et les étapes possibles de dépannage. Comme la technique a évolué très rapidement ces dernières années depuis l'introduction des systèmes d'airbag, nous procéderons à une description générale des composants et des processus.

 

Les indications des constructeurs doivent dans tous les cas être prises en compte pour avoir des indications plus détaillées sur les systèmes équipant des véhicules précis. Les opérations de maintenance et de diagnostic doivent toujours être effectuées par un personnel formé et qualifié.

 

Respecter toutes les bases et directives légales. Les premières idées à propos de système d'airbag ont vu le jour dans les années 60. À l'époque, le temps disponible pour le gonflage du sac d'air représentait un obstacle de taille. On a tenté de résoudre le problème en utilisant de l'air comprimé, mais cette possibilité ne remplissait pas les exigences. C'est au début des années 70 que les premières tentatives de gonflage du sac d'air dans le temps imparti à l'aide d'allumeurs pyrotechniques ont été couronnées de succès.

 

Au milieu des années 70 et au début des années 80, les véhicules haut de gamme étaient équipés des premiers systèmes d'airbag. L'airbag passager a été introduit à la fin des années 80, suivi d'autres versions comme l'airbag protège-tête et l'airbag latéral. Aujourd'hui, les systèmes d'airbag font partie de l'équipement standard des véhicules.

MODE DE FONCTIONNEMENT DE L'AIRBAG: COMPOSANTS

Calculateur airbag

Le calculateur, installé au centre du véhicule, est le coeur du système d'airbag. Il se situe généralement au niveau de la planche de bord, sur le tunnel central.

 

Ses fonctions sont les suivantes :

  • Détection des accidents.
  • Détection en temps utile des signaux fournis par les capteurs.
  • Déclenchement en temps utile des circuits d'allumage concernés.
  • Alimentation en énergie des circuits d'allumage par un condensateur, indépendamment de la batterie du véhicule.
  • Autodiagnostic de l'ensemble du système.
  • Enregistrement des défauts survenus dans la mémoire des défauts.
  • Allumage du voyant d'airbag en cas de panne du système.
  • Liaison avec les autres calculateurs par le biais du bus CAN.

Les calculateurs modernes ont dans leur mémoire des informations obtenues au cours de divers crashtests. Elles permettent de classifier un accident en fonction de la « gravité du choc ».

 

On distingue ainsi :

  • Gravité du choc 0 = accident léger, aucun airbag n'est déclenché
  • Gravité du choc 1 = accident moyen, il est possible que des airbags soient déclenchés au premier niveau
  • Gravité du choc 2 = accident grave, des airbags sont déclenchés au premier niveau
  • Gravité 3 = accident très grave, des airbags sont déclenchés au premier et au deuxième niveau

 

En plus de la « gravité du choc », le calculateur tient également compte, pour la stratégie de déclenchement, d'informations comme la direction de l'accident (influence de la force), par exemple 0°, 30° et du type d'accident. Des informations comme le port de la ceinture par les passagers sont également prises en compte.

Capteurs de choc

Selon le système d'airbag et le nombre d'airbags, les capteurs de choc ou d'accélération sont montés directement dans le calculateur ou installés, comme satellites, à l'avant ou sur le côté du véhicule.

 

Les capteurs avant sont toujours doublés. Ces capteurs fonctionnent généralement selon le principe de l'effet ressort/masse. Le capteur renferme un rouleau rempli de poids normalisés. Le rouleau est entouré d'une lame de ressort en bronze dont l'extrémité est fixée respectivement au rouleau et au boîtier du capteur. Un mouvement du rouleau est donc possible uniquement lorsque la force vient d'une certaine direction. Sous l'effet d'une force, le rouleau se déplace en contrant la force du ressort en bronze et ferme le circuit électrique du calculateur par l'intermédiaire d'un contact. Le capteur comporte également une résistance à forte valeur ohmique pour l'autodiagnostic.

Les capteurs de déplacement peuvent également faire appel à une masse de silicium. Si une force est exercée, la masse de silicium se déplace dans le capteur. Du fait du mode de suspension de la masse dans le capteur, il se produit un changement de capacité électrique qui sert d'information au calculateur.

 

Compte tenu de leur rapidité de détection, ces capteurs sont utilisés pour transmettre des informations aussi rapidement que possible au calculateur en cas de collision latérale.

 

Des capteurs de pression sont également utilisés. Ils sont installés dans les portes et réagissent au changement de pression à l'intérieur de celles-ci en cas d'accident. Il est très important de remonter correctement les films d'étanchéité des portes après un démontage sur les véhicules qui font appel à ces capteurs de pression. Le fonctionnement des capteurs de pression peut être altéré s'il se produit une perte de pression lors d'un accident suite à un mauvais montage du film d'étanchéité.

 

Le sens de montage des capteurs de choc est indiqué par une flèche et doit toujours être respecté. Le seuil de déclenchement correspond à une accélération d'environ 3 à 5 g. Pour des raisons de sécurité et pour éviter un déclenchement intempestif, l'information de déclenchement d'un ou des airbags doit toujours être transmise par deux capteurs fonctionnant indépendamment. Un capteur d'impact de sécurité (« Safing ») sert de capteur de sécurité.

Capteur d'impact de sécurité (« Safing »)

La fonction du capteur d'impact de sécurité consiste à éviter un déclenchement intempestif des airbags.

 

Il est monté en série avec les capteurs avant. Le capteur d'impact de sécurité est intégré dans le calculateur airbag. Il se compose d'un contact Reed dans un tube rempli de résine et d'un aimant annulaire. Le contact Reed ouvert se trouve dans un tube rempli de résine sur lequel est enfoncé l'aimant annulaire. Un ressort maintient l'aimant à l'extrémité du boîtier. Sous l'effet d'une force, l'aimant contre la force du ressort, glisse sur le tube rempli de résine et ferme le contact Reed. Le contact d'allumage de l'airbag est alors fermé.

CONSTITUTION D'UN AIRBAG: CONCEPTION

L'airbag volant se compose d'un sac d'air d'un volume d'environ 67 l, d'un support pour le sac, d'un générateur sur le support de générateur et d'un cache (cache du volant). En cas d'accident, le calculateur amorce le générateur. Un courant d'allumage chauffe un fin fil métallique qui amorce la pastille explosive.

 

Il se produit alors non pas une explosion, mais une combustion de la charge pyrotechnique. Cette charge se compose d'azoture de sodium. Le gaz produit par la combustion se détend et réagit avec l'oxydant (agent qui libère de l'oxygène, par exemple de l'oxyde de cuivre ou de fer) en formant de l'azote presque pur qui gonfle le sac. En raison de la toxicité de l'azoture de sodium, d'autres combustibles solides sans azoture sont également utilisés comme charge pyrotechnique. Ceux-ci ne réagissent pas qu'à l'azote, mais également au dioxyde de carbone (environ 20 %) et à la vapeur d'eau (environ 25 %). L'agent propulseur se présente généralement sous la forme d'une pastille dans un emballage étanche à l'air dans la chambre de combustion.

L'agent propulseur utilisé dépend de la taille du sac d'air et de la vitesse d'ouverture requise. Une température de 700 °C est produite dans la chambre de combustion par la réaction chimique qui suit l'amorçage. Le gaz produit traverse le tamis-filtre sous une pression d'environ 120 bars. Il est alors refroidi à une température inférieure à 80 °C afin d'exclure une mise en danger des occupants du véhicule. Le bruit généré est comparable à celui d'un coup de fusil. Il faut environ 30 ms pour que le sac d'air soit entièrement gonflé. Des générateurs de gaz à deux étages sont utilisés sur les systèmes récents. Selon la gravité de l'accident, le calculateur amorce successivement les deux pastilles explosives. Plus les deux amorçages sont rapprochés, plus le sac d'air se gonfle vite. Les deux générateurs de gaz sont amorcés dans tous les cas afin de protéger les occupants du véhicule accidenté.

 

Des générateurs hybrides sont utilisés pour l'airbag passager ou l'airbag latéral. Avec ce type de générateurs, une seconde source de gaz est utilisée en plus du gaz de combustion. Un réservoir sous pression renferme un mélange gazeux composé de 96 % d'argon et de 4 % d'hélium sous une pression d'environ 220 bars. Le réservoir sous pression est fermé par une membrane. En cas de déclenchement, la charge pyrotechnique déplace un piston qui perce la membrane, ce qui permet au gaz de s'échapper. Le gaz produit par la combustion se mélange au gaz contenu dans le réservoir sous pression, la température de sortie étant d'environ 56 °C. Le volume de l'airbag passager est d'environ 140 l et le temps de gonflage est d'environ 35 ms.

Le processus est similaire dans le cas des airbags latéraux (airbags thorax) mais l'absence de zones déformables rend nécessaire un amorçage des générateurs de gaz et un remplissage des sacs d'air beaucoup plus rapides. En cas de choc latéral à une vitesse d'environ 50 km/h, les générateurs doivent être amorcés au bout d'env. 7 ms et le sac d'air être entièrement gonflé après 22 ms. Les airbags latéraux sont montés dans la garniture de porte ou le dossier du siège. Dans le cas des airbags protège-tête, on distingue la structure à tube gonflable (« Inflatable Tubular Structure ») et le rideau gonflable (« Inflatable Curtain »). La structure à tube gonflable a été la première forme de l'airbag protège-tête. Elle avait l'aspect d'un « saucisson » qui se déployait depuis le pavillon au-dessus des portes avant. Le rideau gonflable se déploie sur tout le côté supérieur du véhicule. Il est monté dans le cadre du pavillon, au-dessus des portes du véhicule.

Sac d'air

Le sac d'air se compose d'un tissu polyamide très solide, résistant au vieillissement. Son faible coefficient de frottement lui assure un déploiement aisé et un contact doux pour la peau. Pour le protéger et l'empêcher de « coller », le sac d'air est saupoudré de talc reconnaissable à un nuage blanc lors du déclenchement. L'intérieur du sac comporte des bandes qui maintiennent la forme voulue lors du gonflage. Des ouvertures d'échappement du gaz figurent à l'arrière.

 

Il existe 2 façons différentes de plier le sac d'air : le pliage standard et le pliage en étoile. Le pliage en étoile présente une moindre expansion vers le conducteur et est avantageux si les occupants du véhicule ne sont pas assis dans la bonne position (out of position).

Ressort enroulé

Le ressort enroulé relie la colonne de direction qui est rigide et le volant qui est mobile. Il permet également d'assurer la liaison entre le calculateur airbag et le générateur de gaz pendant la rotation du volant. Le film conducteur est enroulé de sorte à pouvoir suivre la rotation de respectivement 2,5 tours dans chaque direction.

 

Une grande prudence est de mise pour le démontage et le montage du ressort enroulé. La direction doit être en position centrale et les roues en position droit devant. Le ressort enroulé démonté ne doit pas être tourné.

Détection d'occupation de siège

Pour pouvoir contrôler plus précisément le fonctionnement des airbags et éviter un déclenchement inutile, une détection d'occupation de siège est utilisée. L'occupation d'un siège peut être détectée de différentes façons. Des tapis capteurs composés de capteurs de pression et d'une électronique d'analyse sont utilisés. Ces tapis capteurs peuvent être intégrés dans le siège passager uniquement ou, sur les systèmes les plus modernes, dans le siège conducteur et les sièges arrière. L'utilisation de capteurs à infrarouges et à ultrasons est également possible. Ils sont montés au niveau de l'éclairage intérieur/du rétroviseur et surveillent à la fois l'occupation du siège et la position assise du passager. Une position incorrecte (« out-of-position ») est donc également détectée.

 

Les informations de la détection d'occupation de siège ont une influence sur le déclenchement de l'airbag, le déclenchement des prétensionneurs de ceinture et des appui-tête actifs. Si certaines places ne sont pas occupées, le système d'airbag le détecte et les systèmes de protection correspondants ne sont pas activés en cas d'accident.

Câblage de l'airbag

Pour permettre une meilleure identification des câbles et des connecteurs de l'airbag, les connecteurs sont jaune vif.

 

Les connecteurs renferment un shunt de court-circuit qui empêche un déclenchement intempestif lors de travaux sur le système d'airbag. Ceci peut se produire, par exemple, suite à une charge statique.

 

Le shunt de court-circuit est un contact qui, lors du débranchement de la connexion, relie les deux contacts à l'intérieur du connecteur et évacue ainsi les éventuels potentiels.

Prétensionneur de ceinture

La fonction du prétensionneur de ceinture consiste à empêcher la ceinture d'avoir du « jeu » lors d'un accident. Ce jeu est dû à des vêtements amples et aérés ou à une position assise « décontractée ». Le prétensionneur de ceinture peut être intégré dans la boucle de la ceinture ou dans l'enrouleur de la ceinture. S'il est monté dans la boucle de la ceinture, le prétensionneur comprend par exemple les composants suivants : tube rigide, câble, piston, générateur de gaz et pastille explosive. En cas d'accident, le générateur de gaz est amorcé comme dans l'airbag. Le gaz se propage et déplace le piston dans le tube rigide. Du fait du câble de liaison entre le piston et la boucle de la ceinture, celle-ci est tirée vers le bas et le jeu de la ceinture est supprimé. Si le prétensionneur de ceinture est intégré dans l'enrouleur de la ceinture, le jeu est supprimé par un mécanisme d'enroulement.

 

En cas de déclenchement, un générateur est également amorcé et met en mouvement une série de billes. Les billes font tourner un dérouleur relié à l'enrouleur. La ceinture est enroulée sur une longueur bien précise par le mouvement de rotation. Les billes tombent ensuite dans un réservoir prévu à cet effet afin de ne pas occasionner de dommage.

 

Une autre possibilité réside dans le « principe du moteur à piston rotatif Wankel ». En cas de déclenchement, un piston rotatif est actionné par la charge pyrotechnique et supprime par sa rotation le jeu de la ceinture. Afin de réduire la pression sur la poitrine en cas d'accident, un limiteur de force est installé dans la ceinture du conducteur et la ceinture du passager.

Limiteur de force de ceinture

Les limiteurs de force de ceinture sont des dispositifs automatiques adaptatifs qui produisent un basculement entre un niveau de force haut et un niveau de force bas à l'aide d'un générateur de gaz, comme dans l'airbag.

 

Grâce à l'ajustement optimal entre le prétensionneur de ceinture et l'airbag, l'énergie cinétique des occupants du véhicule est diminuée lentement pendant toute la durée de l'accident, ce qui réduit les contraintes.

Déconnexion de la batterie

Afin de prévenir le risque de court-circuit, donc d'incendie du véhicule, la batterie est déconnectée du réseau de bord pendant un accident.

 

Ceci est réalisé à l'aide d'un relais de coupure ou d'un générateur de gaz. Le signal de déconnexion de la batterie est fourni par le calculateur d'airbag. Le générateur de gaz fonctionne de façon similaire au prétensionneur de ceinture. En cas de déclenchement, la liaison entre la batterie et le câble de raccordement est coupée à l'intérieur de la borne.

OPÉRATIONS DE CONTRÔLE ET DE DIAGNOSTIC SUR LE SYSTÈME D'AIRBAG: DÉPANNAGE

Les travaux sur le système d'airbag doivent toujours être effectués par un personnel qualifié et compétent.

 

Toutes les dispositions légales et prescriptions du fabricant doivent être respectées. Il en va de même pour l'élimination d'airbags déclenchés ou usagés. Il est recommandé de former si possible tous les employés de l'atelier car de nombreux travaux qui ne sont pas forcément en rapport direct avec l'airbag nécessitent de démonter l'airbag ou le prétensionneur de ceinture. C'est, par exemple, le cas des travaux sur le combiné d'instruments.

 

Tout comme pour le diagnostic et le dépannage d'autres systèmes, commencer par effectuer un contrôle visuel. Vérifier si les contacts enfichables de tous les composants visibles du système d'airbag sont en bon état et correctement branchés. Une mauvaise connexion des prétensionneurs de ceinture ou des airbags latéraux au niveau des sièges avant est une cause de défaut fréquente. Les connexions se desserrent lors des mouvements d'avance et de recul des sièges et des résistances de contact apparaissent. Le ressort enroulé est lui aussi une cause de défaut majeure. La sollicitation que représente chaque mouvement de direction est également source de défaillances. Un appareil de diagnostic adéquat est nécessaire dans tous les cas. Si le contrôle visuel révèle une connexion défectueuse, il est nécessaire d'effacer la mémoire des défauts avec l'appareil de diagnostic.

Si le contrôle visuel ne révèle aucune anomalie, le contenu de la mémoire des défauts doit être lu avec l'appareil de diagnostic. Les défauts survenus dans le système sont généralement détectés par l'autodiagnostic et enregistrés dans la mémoire des défauts. Si la mémoire des défauts contient l'un des défauts « signal non conforme », un câble défectueux peut par exemple en être la cause. Dans ce cas, la continuité et l'absence de court-circuit à la masse des câbles de liaison entre les capteurs et le calculateur peuvent être contrôlées à l'aide d'un multimètre. Les informations et les schémas de câblage du constructeur sont nécessaires pour localiser les capteurs et les connexions de même que pour connaître le brochage du calculateur. Dans tous les cas, la batterie du véhicule doit être débranchée et les capteurs et le calculateur doivent être déconnectés du faisceau de câbles. Ne pas utiliser d'adaptateurs « bricolés » (trombone déplié) pour connecter les câbles d'essai aux connecteurs. Ils pourraient endommager les fragiles contacts enfichables et, le cas échéant, engendrer fortuitement de nouveaux défauts. Il est plus judicieux d'utiliser des pointes d'essai spéciales, adaptées aux contacts enfichables, avec lesquelles un bon contact est garanti.