Sistema airbag SRS

I sistemi di sicurezza passiva hanno il compito di garantire la massima protezione dei passeggeri in caso di incidente. Oggi esistono diverse varianti di airbag e fanno parte intanto dell'equipaggiamento standard di tutte le classi di veicoli. Questa pagina vi illustra i componenti che compongono un sistema moderno di ritenuta e la modalità in cui airbag e pretensionatori proteggono i conducenti da lesioni in caso di emergenza. Tali informazioni vengono integrate con importanti indicazioni sulla ricerca guasti nei sistemi di sicurezza passiva.

Le informazioni tecniche e i suggerimenti pratici riportati di seguito sono stati redatti da HELLA per offrire un'assistenza professionale alle officine. Le informazioni contenute in questo sito web devono essere utilizzate esclusivamente da personale tecnico specializzato.

Sistema airbag SRS

In questo capitolo desideriamo occuparci del sistema airbag. Le prossime pagine sono incentrate sui singoli componenti, sulle relative funzioni, sui processi di attivazione e sui possibili interventi per la ricerca guasti. Poiché negli ultimi anni, dall'introduzione dei sistemi airbag, la tecnica si è evoluta rapidamente, descriveremo i componenti e le procedure generali.

Per ottenere dati più precisi sui sistemi in determinati veicoli si deve comunque prestare attenzione alle indicazioni del costruttore del veicolo. Gli interventi di manutenzione e di diagnosi devono essere eseguiti solo da personale esperto e addestrato.

In questo caso rispettare tutti i principi di legge e le direttive. Le prime idee su un sistema airbag risalgono agli anni 60. Un grande ostacolo era rappresentato dal tempo a disposizione per far gonfiare il cuscino gonfiabile. Si tentò di risolvere il problema utilizzando dell'aria compressa. Questa possibilità non soddisfò però i requisiti. All'inizio degli anni 70 si ottennero quindi i primi successi nel tentativo di caricare il cuscino gonfiabile nel tempo prestabilito con l'aiuto di cariche pirotecniche.

I primi sistemi airbag furono introdotti a metà degli anni 70 e all'inizio degli anni 80 nei veicoli della classe superiore. Alla fine degli anni 80 fu introdotto l'airbag lato passeggero, passo dopo passo si susseguirono ulteriori versioni quali. ad esempio, gli airbag laterali e per la testa. Oggi i sistemi airbag rientrano nell'equipaggiamento standard degli autoveicoli.

Funzionamento airbag

Centralina airbag

La centralina è il cuore del sistema airbag ed è montata centralmente nel veicolo. Di solito si trova nella zona del cruscotto, sul tunnel centrale.

Essa svolge le seguenti funzioni:

Riconoscimento degli incidenti.
Riconoscimento tempestivo dei segnali forniti dai sensori.
Attivazione tempestiva dei circuiti di detonazione necessari.
Alimentazione dei circuiti di detonazione mediante condensatore, indipendentemente dalla batteria del veicolo.
Autodiagnosi dell'intero sistema.
Memorizzazione dei guasti rilevati nella memoria guasti.
Attivazione della spia airbag in caso di guasto del sistema.
Collegamento alle altre centraline tramite bus CAN.

Nelle centraline moderne vengono memorizzate le informazioni ricevute dai vari crash test. Questo permette di suddividere gli incidenti secondo una "gravità di collisione".

In questo caso vengono fatte le seguenti distinzioni:

Gravità di collisione 0 = incidente leggero, non viene azionato nessun airbag
Gravità di collisione 1 = incidente medio, è possibile l'attivazione degli airbag al primo livello
Gravità di collisione 2 = incidente grave, vengono attivati gli airbag al primo livello
Gravità di collisione 3 = incidente molto grave, vengono attivati gli airbag al primo e al secondo livello

Oltre alla gravità di collisione, per l'attivazione degli airbag la centralina considera anche le informazioni sulla direzione dell'incidente (effetto della forza), ad esempio 0°, 30° e il tipo di incidente. Vengono considerate anche le informazioni relative alla cintura allacciata o no da parte dei passeggeri.

Sensori di collisione

A seconda del sistema e del numero di airbag presenti, i sensori di collisione o di accelerazione vengono montati direttamente nella centralina o come satelliti nella parte frontale o laterale del veicolo.

I sensori frontali sono sempre doppi. In questo caso si tratta solitamente di sensori che funzionano come sistemi molla/massa. Nel sensore si trova un rullo inerziale con un peso normalizzato. Il rullo inerziale è avvolto da un nastro costituito da una molla in bronzo le cui estremità sono fissate rispettivamente sul rullo inerziale e sul corpo del sensore. Questo permette al rullo inerziale di muoversi solo se l'azione della forza proviene da una determinata direzione. Se agisce una forza di questo tipo, il rullo inerziale rotola vincendo la forza di srotolamento della molla in bronzo e chiude tramite un contatto il circuito verso la centralina. Per l'autodiagnosi, nel sensore è presente anche una resistenza di valore elevato.

Gli accelerometri possono anche contenere una massa di silicio. Se si verifica un'azione della forza, la massa di silicio si muove nel sensore. Attraverso il tipo della sospensione della massa nel sensore, si verifica una variazione della capacità elettrica che rappresenta un'informazione per la centralina.

Questi sensori vengono montati per la loro rapida capacità di rilevazione, in modo da inviare il più rapidamente possibile alla centralina le informazioni in caso di impatti laterali.

Vengono utilizzati anche sensori di pressione. Questi vengono montati nelle portiere e, in caso di incidente, reagiscono alla variazione di pressione all'interno delle portiere. Per i veicoli su cui vengono utilizzati questi sensori di pressione è molto importante che i fogli sigillanti delle portiere, se smontati, vengano rimontati correttamente. Se in caso di incidente si verifica una perdita di pressione dovuta a un montaggio errato dei fogli sigillanti delle portiere, è possibile che la funzionalità dei sensori di pressione venga pregiudicata.

Durante il montaggio dei sensori di collisione prestare sempre attenzione alla direzione di montaggio indicata sul sensore attraverso una freccia. La soglia di attivazione corrisponde a un'accelerazione compresa tra ca. 3 e 5 g. Per motivi di sicurezza, per evitare un'attivazione indesiderata è necessario che a inviare l'informazione per l'attivazione dell'/degli airbag vi siano sempre due sensori funzionanti in modo indipendente. Il sensore di safing serve come sensore di sicurezza.

Sensore di safing

Il sensore di safing ha il compito di evitare un'attivazione involontaria degli airbag.

È collegato in serie con i sensori frontali. Il sensore di safing è integrato nella centralina airbag. È costituito da un contatto Reed disposto in un tubo pieno di resina e da un magnete a forma di anello. Il contatto Reed aperto si trova in un tubo pieno di resina su cui è posizionato un magnete a forma di anello. Il magnete viene trattenuto all'estremità del corpo esterno per mezzo di una molla. Se si verifica un'azione della forza, il magnete scivola in senso opposto alla forza della molla sul tubo pieno di resina e chiude il contatto Reed. In questo modo il contatto per l'attivazione degli airbag è chiuso.

Struttura di un airbag

L'airbag sul volante è costituito da un cuscino gonfiabile con capacità di ca. 67 l e dal relativo supporto, dal generatore e dal relativo supporto e dalla copertura dell'airbag (copertura del volante). In caso di incidente il generatore viene innescato dalla centralina. In questo caso una corrente di accensione riscalda un sottile filo che accende la capsula di innesco.

Nella fase successiva non si verifica un'esplosione, ma una combustione della carica di attivazione. Questa carica di attivazione è costituita da azoturo di sodio. Il gas prodotto durante la combustione si espande e provoca una reazione con l'ossidante: dalla reazione con l'ossigeno si genera ad esempio ossido di rame o di ferro e azoto quasi puro che riempie il cuscino gonfiabile. A causa della tossicità dell'azoturo di sodio, come carica di attivazione vengono anche inseriti altri combustibili solidi privi di azoturo. Questi non generano soltanto azoto, ma anche anidride carbonica (ca. 20%) e vapore acqueo (ca. 25%). Di solito il propellente è sotto forma di compresse, chiuso ermeticamente nella camera di combustione.

Il propellente utilizzato varia a seconda della grandezza del cuscino gonfiabile e della velocità di apertura richiesta. Attraverso la reazione chimica dopo l'accensione, nella camera di combustione si raggiunge una temperatura di 700 °C. Il gas prodotto affluisce con una pressione di ca. 120 bar attraverso un filtro a rete. In questo modo il gas si raffredda in modo che all'uscita la temperatura sia inferiore a 80 °C così da evitare pericoli per i passeggeri. Il rumore è simile a un colpo di fucile. Dura circa 30 ms, fino a quando il cuscino non è completamente gonfio. Nei nuovi sistemi vengono utilizzati generatori di gas a doppio stadio di attivazione. A seconda della gravità dell'incidente, la centralina accende in successione i due detonatori. Minore è la distanza di tempo che intercorre tra le due attivazioni, minore è il tempo richiesto per riempire il cuscino gonfiabile. In ogni caso vengono sempre innescati tutti e due i generatori di gas per garantire una maggiore sicurezza ai passeggeri nel veicolo incidentato.

Nell'airbag lato passeggero o nell'airbag laterale vengono utilizzati generatori ibridi. In questo tipo di generatore insieme al gas prodotto durante la combustione viene utilizzata anche una seconda fonte di gas. In un recipiente a pressione è contenuta una miscela di gas costituita per il 96% da argon e per il 4% da elio con una pressione di ca. 220 bar. Il recipiente a pressione è chiuso da una membrana. In caso di azionamento la carica di attivazione mette in movimento un pistone che sfonda la membrana e permette quindi al gas di fuoriuscire. Il gas prodotto dalla combustione si mischia al gas nel recipiente a pressione, per cui la temperatura di uscita è pari a ca. 56 °C. La capacità dell'airbag lato passeggero è di circa 140 l e viene gonfiato completamente in ca. 35 ms.

Nel caso degli airbag laterali (airbag torace) il processo è simile, ma dato lo scarso spazio di deformazione (zona deformabile) sono necessari un'attivazione dei generatori di gas e un riempimento dei cuscini gonfiabili molto più rapidi. In caso di impatto laterale, a una velocità di circa 50 km/h i generatori devono attivarsi dopo ca. 7 ms e il cuscino gonfiabile deve riempirsi completamente dopo 22 ms. Gli airbag laterali sono montati nel pannello portiera o nello schienale del sedile. Nel caso degli airbag per la testa si fa distinzione tra Inflatable Tubular Structure e Inflatable Curtain. L'airbag ITS (Inflatable Tubular Structure) è stata la prima forma utilizzata per l'airbag per la testa. Simile a un "salsicciotto", si sviluppava dal cielo dell'abitacolo lungo le portiere anteriori. L'airbag IC (Inflatable Curtain) si estende lungo tutta la parte alta della fiancata del veicolo. È montato nel telaio del tetto, sopra le portiere del veicolo.

Cuscino gonfiabile

Il cuscino gonfiabile è costituito da un tessuto in poliammide molto solido e resistente all'invecchiamento. Questo possiede un basso coefficiente di attrito per uno scoppio leggero e un contatto con la pelle che non provochi abrasioni. Per proteggere il cuscino gonfiabile e per evitare che rimanga "appiccicato", questo viene cosparso di talco che durante l'attivazione dell'airbag fuoriesce sotto forma di nuvola bianca. Al suo interno vi sono nastri di trattenimento che al momento dello scoppio mantengono il cuscino gonfiabile nella forma desiderata. Sulla parte posteriore vi sono aperture di efflusso attraverso le quali fuoriesce il gas.

Vi sono 2 modalità di dispiegamento del cuscino gonfiabile: il dispiegamento standard e il dispiegamento a stella. Il dispiegamento a stella ha un'espansione ridotta verso il conducente ed è vantaggioso quando la posizione dei sedili dei passeggeri non è corretta (Out of Position).

Molla a spirale

La molla a spirale (o molla voluta) stabilisce il collegamento tra il piantone dello sterzo rigido e il volante mobile. Garantisce inoltre il collegamento tra la centralina airbag e il generatore di gas durante la rotazione del volante. Il conduttore a nastro è avvolto in modo da poter seguire la rotazione del volante fino a 2,5 giri in ciascuna direzione.

Prestare particolare attenzione durante la rimozione e l’installazione della molla a spirale. È fondamentale assicurarsi che lo sterzo sia centrato e le ruote siano in posizione rettilinea. Una volta rimossa, la molla a spirale non deve essere ruotata.

Riconoscimento sedile occupato

Per poter controllare l'utilizzo degli airbag in modo ottimale e per evitare che vengano attivati inutilmente, viene utilizzato un riconoscimento sedile occupato. Il riconoscimento sedile occupato può avvenire in diversi modi. Vengono utilizzati tappetini sensibili, composti da sensori di pressione e un'elettronica di valutazione. I tappetini sensibili possono essere integrati solo nel sedile passeggero o, nel caso dei sistemi più moderni, anche nel sedile conducente e nei sedili posteriori. È possibile anche utilizzare sensori a infrarossi e a ultrasuoni. Questi vengono montati nella zona delle luci interne/dello specchietto retrovisore e controllano se il sedile è occupato e la posizione del sedile del passeggero. In questo modo viene riconosciuta anche una posizione del sedile non corretta "Out of Position".

Le informazioni del riconoscimento sedile occupato influenzano l'attivazione dell'airbag, dei pretensionatori cintura e i poggiatesta attivi. Il sistema airbag riconosce se i singoli posti non sono occupati e non attiva i relativi sistemi di protezione durante un incidente.

Cablaggio dell'airbag

Per rendere più riconoscibili i cavi e i connettori dell'airbag, questi ultimi sono gialli.

All'interno dei connettori vi è un ponticello di cortocircuito che, in caso di lavori sul sistema airbag, ne impedisce un'attivazione involontaria. Questo può accadere ad esempio a causa di una scarica elettrostatica.

Il ponticello di cortocircuito è un contatto che, in caso di stacco del connettore, collega i due contatti all'interno del connettore e riduce eventuali potenziali.

Pretensionatore della cintura

In caso di incidente il pretensionatore cintura ha il compito di eliminare "l'imbando della cintura". Questo si verifica a causa di vestiti larghi o soffici o di una posizione del sedile arretrata. Il pretensionatore della cintura può essere integrato nel moschettone della cintura di sicurezza o nel riavvolgitore automatico. Se il pretensionatore è integrato nel moschettone della cintura di sicurezza, può essere costituito dai seguenti componenti: tubo tenditore, fune, pistone, generatore di gas e detonatore. In caso di incidente, il generatore di gas viene innescato come nell'airbag. Il gas si diffonde e spinge il pistone nel tubo tenditore. Attraverso il collegamento tra pistone e moschettone della cintura di sicurezza quest'ultimo viene fatto scorrere verso il basso e l'imbando viene eliminato arrotolando la cintura. Se il pretensionatore della cintura è integrato nel riavvolgitore automatico, l'imbando viene eliminato mediante un'azione meccanica di arrotolamento.

Anche in questo caso viene innescato un generatore che mette in moto una serie di sfere. Le sfere fanno girare un aspo collegato con il riavvolgitore automatico. Attraverso il movimento di rotazione la cintura viene riavvolta secondo un percorso definito. Quindi le sfere vengono fatte cadere in un apposito serbatoio per non arrecare alcun danno.

Un'altra possibilità è il "principio del motore Wankel". In questo caso, la carica di attivazione mette in moto un pistone rotante che attraverso il movimento di rotazione elimina l'imbando della cintura. Per ridurre la forza di impatto sul torace in caso di incidente, nella cintura del conducente e del passeggero vengono installati dei limitatori della forza della cintura.

Limitatore della forza della cintura

I limitatori della forza della cintura sono degli avvolgitori automatici autoregolanti in cui, tramite un generatore di gas come nell'airbag, avviene una commutazione tra un livello di forza alto e basso.

Attraverso una regolazione ottimale del pretensionatore cintura e dell'airbag, l'energia cinetica dei passeggeri viene assorbita lentamente per tutta la durata dell'impatto e le sollecitazioni ridotte.

Scollegamento della batteria airbag

In caso di incidente, per evitare cortocircuiti e conseguenti incendi nel veicolo, la batteria della rete di bordo viene scollegata.

Questo avviene per mezzo di un relè disgiuntore o di un generatore di gas. Il segnale arriva al separatore batteria dalla centralina airbag. In questo caso il generatore di gas funziona quasi come il pretensionatore cintura. Quando viene attivato, il collegamento elettrico tra batteria e cavo di collegamento all'interno del morsetto viene interrotto.

Interventi di controllo e diagnosi sul sistema airbag

Assicurarsi sempre che i lavori sul sistema airbag vengano eseguiti solo da personale specializzato e esperto.

In questo caso prestare attenzione a tutte le disposizioni di legge e alle specifiche del costruttore. Lo stesso vale per lo smaltimento degli airbag già esplosi o vecchi. Si consiglia di addestrare per quanto possibile tutti i dipendenti dell'officina perché per molti lavori che non riguardano necessariamente l'airbag è comunque necessario smontare l'airbag o il pretensionatore cintura. Ad esempio in caso di interventi sul quadro strumenti.

Come per la diagnosi e la ricerca guasti negli altri sistemi, anche in questo caso si deve iniziare con un controllo visivo. A questo proposito, verificare che tutti i componenti visibili del sistema airbag non presentino danni e che i contatti siano collegati correttamente. Spesso la causa dei guasti può essere un connettore difettoso verso i pretensionatori cintura o gli airbag laterali, nella zona dei sedili anteriori. Muovendo avanti e indietro i sedili, i connettori si allentano e si generano delle resistenze di contatto. Ma anche la molla a spirale può causare dei guasti. Poiché viene sollecitata a ogni movimento dello sterzo, anche in questo caso è possibile che si verifichino dei guasti. In ogni caso è necessario un dispositivo diagnostico adeguato. Se con il controllo visivo viene diagnosticato un connettore difettoso, è necessario cancellare la memoria guasti con un dispositivo diagnostico.

Memoria dei guasti dispositivo diagnostico

Se con il controllo visivo non viene rilevato alcun difetto, è necessario leggere la memoria guasti con un dispositivo diagnostico. Solitamente i guasti presenti nel sistema vengono riconosciuti dall'autodiagnosi e memorizzati nella memoria guasti. Se nella memoria guasti viene memorizzato uno dei seguenti guasti, segnale errato, segnale troppo piccolo/troppo grande, la causa potrebbe essere ad esempio un cavo difettoso. In questo caso è possibile verificare se i cavi di collegamento tra i sensori e la centralina presentano continuità o cortocircuito verso massa utilizzando un multimetro. Per localizzare i sensori e i connettori e disporre i contatti sulla centralina sono necessarie le informazioni specifiche del costruttore e gli schemi elettrici. Assicurarsi sempre che la batteria del veicolo sia staccata e che i sensori e la centralina siano scollegati dal fascio cavi. Per collegare i cavi di prova al connettore, non utilizzare adattatori "fatti a mano" (graffette allargate). Questi possono danneggiare i contatti delicati e in certi casi causare nuovi guasti senza che ce ne si accorga. Si consiglia di utilizzare speciali puntali che si adattano ai contatti e che garantiscono un corretto contatto elettrico.

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