Sistema de airbag — estrutura e funcionamento

Os sistemas de segurança passivos visam assegurar a melhor proteção possível dos passageiros, em caso de acidente. Atualmente existem os mais variados tipos de airbag, sendo que eles fazem parte do padrão de todas as classes de veículo. Nessa página poderá ler sobre os componentes de um sistema de retenção moderno e de que forma os airbags e o pré-tensionador do cinto de segurança protegem motoristas de ferimentos em caso de emergência. Essas informações são complementadas por avisos importantes para a detecção de erros em sistemas de segurança passivos.

As seguintes informações técnicas e dicas práticas foram elaboradas pela HELLA, com o intuito de apoiar as oficinas profissionalmente nos trabalhos do dia a dia. As informações disponibilizadas neste web site apenas devem ser utilizadas por pessoal especializado e devidamente qualificado.

Sistema de airbag SRS

Nesse capítulo abordaremos o sistema de airbag. Gostaríamos de explicar os componentes individuais, as respectivas funções, o processo de acionamento e possíveis passos durante a detecção de erros. Uma vez que, após a introdução dos sistemas de airbag, a tecnologia se desenvolveu rapidamente nos últimos anos, iremos descrever os componentes e os procedimento de uma forma geral.

Para obter informações mais pormenorizadas sobre sistemas em veículos específicos, devem ser sempre consideradas as especificações do fabricante de veículos. Os trabalhos de manutenção e diagnóstico somente podem ser realizados por pessoal treinado e qualificado.

Nesse processo, devem ser observados todos os princípios e diretrizes. Foi na década de 60 que surgiram as primeiras ideias de um sistema de airbag. Nessa altura, o grande obstáculo era o tempo disponível, no qual a bolsa de ar tinha que ser inflada. Foi realizada uma tentativa para resolver o problema com ar comprimido. Porém, essa possibilidade não satisfazia as exigências. Os primeiros sucessos surgiram no início da década de 70 através da ajuda de cargas pirotécnicas propelentes para inflar a bolsa de ar no tempo predefinido.

Os primeiros sistemas de airbag foram incorporados em meados da década de 70 e início da década de 80, em veículos de topo de gama. No final da década de 80 foi introduzido o airbag do acompanhante e, gradualmente, seguiram-se outras variantes, como por exemplo, os airbags para cabeça e os airbags laterais. Nos dias de hoje, os sistemas de airbag representam equipamentos de série em veículos.

Funcionamento do airbag

Airbag módulo de comando

O módulo de comando é a parte essencial do sistema de airbag e está instalado centralmente nos veículos. Geralmente ela se encontra na área do painel, no túnel central.

Ela desempenha as seguintes funções:

Detecção de acidentes.
Detecção atempada de sinais emitidos pelos sensores.
Acionamento atempado dos circuitos de ignição necessários.
Fornecimento de energia dos circuitos de ignição por meio de um condensador, independente da bateria do veículo.
Autodiagnóstico de todo o sistema.
Memorização de erros ocorridos na memória de erros.
Ativação da luz de controle do airbag em caso de falha do sistema.
Ligação a outros módulo de comando via CAN-Bus.

Nos módulos de comando modernos são memorizadas informações de diversos testes de impactos. Essas informações permitem classificar um acidente de acordo com a gravidade de impacto.

Assim sendo, é realizada a seguinte distinção:

Gravidade de impacto 0 = acidente leve, não são acionados quaisquer airbags
Gravidade de impacto 1 = acidente médio, poderão ser acionados os airbags do primeiro estágio
Gravidade de impacto 2 = acidente grave, são acionados os airbags do primeiro estágio
Gravidade de impacto 3 = acidente muito grave, são acionados os airbags do primeiro e segundo estágio

Para a estratégia de acionamento, além da gravidade de impacto, o módulo de comando tem em conta as informações sobre a direção de acidente (incidência da força), por exemplo, 0°, 30° e o tipo de acidente. É igualmente considerado se os ocupantes estão usando o cinto ou não.

Sensores de impacto

Dependendo do sistema e do número de airbags existentes, os sensores de impacto ou de aceleração estão instalados diretamente no módulo de comando ou como satélites na parte dianteira ou lateral do veículo.

Os sensores frontais existem sempre em pares. Tratam-se, geralmente, de sensores que operam segundo o sistema massa-mola. Nesse caso, dentro do sensor está situado um rolo que é preenchido com pesos normalizados. Esse rolo está envolvido por uma mola de bronze, cuja extremidade está fixada no rolo e na carcaça do sensor. Isso permite ao rolo somente um movimento, se a força incidir a partir de uma determinada direção. Em caso de incidência de força, o rolo rola contra a força da mola de bronze e fecha o circuito elétrico para o módulo de comando por meio de um contato. Para o autodiagnóstico está adicionalmente situado no sensor um resistor de alta impedância.

Uma outra possibilidade para a montagem de detectores de movimento é o uso de massa de silício. Em caso de incidência de força, a massa de silício no sensor é movida. Devido ao tipo de suspensão da massa no sensor é criada uma alteração da capacidade elétrica que serve de informação para o módulo de comando.

Devido à rápida capacidade de detecção, esses sensores são usados para fornecer informações ao módulo de comando o mais rapidamente possível, em caso de acidentes laterais.

Também são usados sensores de pressão. Esses sensores são instalados nas portas e reagem, em caso de acidente, à alteração de pressão dentro das portas. Em veículos nos quais esses sensores de pressão são usados é extremamente importante que as folhas de vedação da porta sejam devidamente reinstaladas após a sua desmontagem. Se durante um acidente ocorrer uma perda de pressão devido a uma instalação incorreta de uma folha de vedação da porta, a função dos sensores de pressão pode ser prejudicada.

Durante a montagem dos sensores de impacto, ter sempre em atenção o sentido de montagem que é indicado no sensor por uma seta. O limiar de acionamento se encontra a uma aceleração de aprox. 3–5 g. Por motivos de segurança e para evitar um acionamento inadvertido, devem ser sempre dois sensores, que operam independentemente um do outro, a enviar a informação para acionar o(s) airbag(s). O sensor Safing serve como sensor de segurança.

Sensor de segurança Safing

O sensor Safing tem como função evitar o acionamento involuntário dos airbags.

Ele está conectado em série com os sensores frontais. O sensor Safing está integrado no módulo de comando do airbag. Ele é composto por um contato reed em um tubo preenchido com resina e por um ímã anular. O contato reed aberto se encontra em um tubo preenchido com resina, sobre o qual o ímã anular é colocado. O ímã é retido por uma mola na extremidade da carcaça. Em caso de incidência de força, o ímã desliza contra a força de mola sobre o tubo preenchido com resina e fecha o contato reed. Assim, o contato para acionar o airbag está fechado.

Estrutura de um airbag

O airbag do volante é composto por uma bolsa de ar cujo volume é de aprox. 67 l, um suporte da bolsa de ar, um gerador no suporte de gerador e por uma cobertura de airbag (cobertura do volante). Em caso de acidente, o gerador é acionado pelo módulo de comando. Nesse processo, uma corrente de ignição aquece um arame fino que, por sua vez, aciona o detonador.

Isso não resulta em uma explosão, mas em uma combustão da carga propulsora. Essa carga propulsora é composta por azida de sódio. O gás gerado durante a combustão se expande e reage com o oxidante (agente que fornece oxigênio, por exemplo, óxido de cobre ou óxido de ferro) para formar nitrogênio quase puro, que enche a bolsa de ar. Devido à toxicidade de azida de sódio também são usados outros combustíveis sólidos como carga propulsora, que não contêm azida. Esses reagem não só com o nitrogênio, como também com o óxido de carbono (aprox. 20%) e vapor de água (aprox. 25%). Geralmente, o agente propulsor está situado na câmara de combustão, em forma de pastilhas e hermeticamente embalado.

O tipo de agente propulsor usado depende do tamanho da bolsa de ar e da velocidade de abertura necessária. Através da reação química após a ignição são geradas temperaturas de 700 °C. O gás gerado circula através de um crivo a uma pressão de aprox. 120 bar. Esse processo é seguido por um arrefecimento para que na saída, a temperatura se encontre abaixo de 80 °C, a fim de evitar qualquer perigo para os ocupantes do veículo. O ruído produzido se assemelha ao disparo de uma arma. O enchimento completo da bolsa de ar demora aprox. 30 ms. Em sistemas mais recentes são usados geradores de gás de dois estágios. Dependendo da gravidade do acidente, o módulo de comando aciona sequencialmente os dois os detonadores. Quanto mais curto for o espaço entre as ignições, mais rapidamente se enche a bolsa de ar. Em qualquer caso são acionados ambos os geradores de gás, a fim de resgatar os ocupantes do veículo sinistrado em segurança.

No airbag lateral ou no airbag do acompanhante são usados geradores híbridos. Nesse tipo de geradores, além do gás é usada uma segunda fonte de gás. Em um reservatório sob pressão se encontra uma mistura de gases composta por 96% de argônio e 4% de hélio, a uma pressão de aprox. 220 bar. O reservatório sob pressão está fechado por uma membrana. Em caso de acionamento, a carga propulsora move um pistão, que por sua vez perfura a membrana, permitindo, assim, a liberação do gás. O gás gerado durante a combustão se mistura com o gás que se encontra no reservatório sob pressão, pelo que a temperatura de saída é de aprox. 56 °C. O volume do airbag do acompanhante é de aprox. 140 l e se enche completamente em 35 ms.

Em airbags laterais, também conhecidos por "Thorax-Bag", o processo é semelhante, porém, em consequência da falta de caminhos de deformação (estrutura deformável) são necessários um acionamento dos geradores de gás e um enchimento das bolsas de ar mais rápidos. Em caso de um acidente lateral, a uma velocidade de aprox. 50 km/h, após 7 ms deve ocorrer um acionamento dos geradores e após 22 ms, a bolsa de ar deve estar completamente cheia. Os airbags laterais estão instalados no revestimento da porta ou no encosto do banco. Relativamente a airbags para cabeça, é possível distinguir entre os modelos Inflatable Tubular Structure (ITS) e Inflatable Curtain (cortina inflável). O ITS foi o primeiro airbag para cabeça. Parecia uma „salsicha“ que se desdobrava do revestimento do teto sobre as portas frontais. O modelo "Inflatable Curtain" se estende por toda parte lateral superior do veículo. Esse tipo de airbag é instalado no quadro do teto, acima das portas do veículo.

Bolsa de ar

A bolsa de ar é constituída por um tecido de poliamida muito durável e resistente ao envelhecimento. Esse tem um coeficiente de atrito baixo para um desdobramento fácil e um contato suave com a pele. Para proteger a bolsa de ar e para evitar que ela "grude", a mesma é empoada com talco. Durante o acionamento esse talco é visível em forma de uma nuvem branca. No interior estão situadas cintas de retenção, que mantêm a bolsa de ar no seu formato pretendido durante o enchimento. Na parte traseira estão situadas as abertura de saída que permitem a dissipação do gás.

Existem 2 tipos de dobragem da bolsa de ar: a dobragem padrão e a dobragem em estrela. A dobragem em estrela possui uma expansão menor em direção ao motorista e isso constitui uma vantagem quando os ocupantes do veículo não se encontram na posição sentada correta (Out of Position).

Espiral de contato

A espiral de contato estabelece a conexão entre a coluna de direção rígida e o volante móvel. Ela também permite assegurar a conexão entre o módulo de comando do airbag e o gerador de gás durante o movimento giratório. A folha condutora está enrolada de maneira a ser capaz de acompanhar o movimento giratório em 2,5 revoluções em todas as direções.

Devem ser tomadas precauções especiais aquando da desmontagem e montagem da espiral de contato. É necessário assegurar que a direção se encontre na posição central e as rodas na posição de marcha em linha reta. A espiral de contato desmontada não pode ser torcida.

Reconhecimento de ocupação do banco

Para poder controlar melhor o uso de airbags e evitar um acionamento desnecessário, é usado um reconhecimento de ocupação do banco. O reconhecimento de ocupação do banco pode ser realizado de diversas formas. São usados sensores de ocupação, constituídos por sensores de pressão e um sistema eletrônico de avaliação. Os sensores de ocupação somente podem estar integrados no banco individual do acompanhante ou, nos sistemas mais modernos, também no banco do motorista e nos bancos individuais traseiros. Também é possível o uso de sensores de infravermelho e ultrassom. Esses são instalados na área da lanterna interna / espelho retrovisor e monitoram tanto a ocupação do banco como a posição sentada do acompanhante. Assim sendo, também é reconhecida uma posição sentada „Out-of-Position“ menos favorável.

As informações do reconhecimento de ocupação do banco têm influência sobre o acionamento do airbag, do pré-tensionador do cinto de segurança e sobre os apoios de cabeça ativos. Se os lugares individuais não estiverem ocupados, tal é reconhecido pelo sistema de airbag e os respectivos sistemas de proteção não são ativados durante um acidente.

Cablagem do airbag

Para facilitar o reconhecimento dos cabos do airbag e conectores, os conectores têm uma cor amarelo-viva.

No interior dos conectores está situada uma ponte de curto-circuito que evita um acionamento inadvertido em caso de trabalhos no sistema de airbag. Tal pode ocorrer, por exemplo, devido a cargas estáticas.

Relativamente à ponte de curto-circuito, trata-se de um contato que, separando a conexão por engate, conecta ambos os contatos no interior de conector, reduzindo assim possíveis potenciais existentes.

Pré-tensionador do cinto de segurança

O pré-tensionador do cinto de segurança tem como função eliminar a folga do cinto de segurança, em caso de acidente. Essa folga do cinto de segurança resulta do uso de roupa larga e leve ou de uma posição sentada "relaxada". O pré-tensionador do cinto de segurança pode estar integrado no fecho do cinto de segurança ou no carretel do cinto. Se o pré-tensionador do cinto de segurança estiver instalado no fecho do cinto de segurança, ele é composto, por exemplo, pelos seguintes componentes: cilindro, cabo, pistão, gerador de gás e detonador. Em caso de acidente, o gerador de gás é acionado, tal como no airbag. O gás se expande e move, consequentemente, o pistão no cilindro. Devido à conexão de cabo entre o pistão e o fecho do cinto de segurança, o fecho do cinto de segurança é puxado para baixo, eliminando assim a folga do cinto de segurança do sistema de retenção. Se o pré-tensionador do cinto de segurança estiver integrado no carretel do cinto, a folga do cinto de segurança é eliminada através de um sistema de enrolamento mecânico.

Em caso de acionamento é novamente acionado um gerador, que coloca uma série de esferas em movimento. As esferas giram uma bobina que está conectada ao carretel do cinto. Através do movimento giratório, o cinto é retraído por uma distância definida com precisão. Em seguida, e para não causar quaisquer danos, as esferas caem em um reservatório previsto para esse fim.

Uma outra possibilidade é o princípio do motor Wankel. Em caso de acionamento, a carga propulsora move um pistão rotativo, que por sua vez elimina a folga do cinto de segurança através do movimento giratório. De forma a reduzir a força exercida sobre o tórax em caso de um acidente, é instalado um limitador da força do cinto de segurança no cinto do motorista e do acompanhante.

Limitador da força do cinto de segurança

Os limitadores da força do cinto de segurança são sistemas automáticos adaptativos do cinto em quais ocorre uma alternância entre um nível de força elevado e um nível de força reduzido, por meio de um gerador de gás, tal como no airbag.

Devido ao ajuste perfeito entre o pré-tensionador do cinto de segurança e o airbag, a energia cinética dos ocupantes do veículo é lentamente diminuída durante toda a duração do acidente e as cargas são reduzidas

Desligamento da bateria

De forma a evitar curto-circuitos e, consequentemente, incêndios em veículos, a bateria é desconectada da rede de bordo durante um acidente.

Tal ocorre através de um relé de separação ou um gerador de gás. O sinal para a desconexão da bateria provém do módulo de comando de airbag. Nesse processo o gerador de gás funciona de forma semelhante ao pré-tensionador do cinto de segurança. Através do acionamento, a conexão entre a bateria e o cabo de conexão é desconectada no interior do borne conectado.

Trabalhos de controle e diagnóstico no sistema de airbag

Geralmente se deve ter em conta que os trabalhos no sistema de airbag somente podem ser realizados por pessoal competente e qualificado.

Devem ser sempre consideradas todas as prescrições legais e específicas do fabricante. O mesmo se aplica ao descarte de airbags acionados ou velhos. Recomenda-se a instrução do maior número possível de colaboradores da oficina, uma vez que muitos trabalhos, que não estão diretamente ligados ao airbag, tornam necessária a remoção do airbag ou do pré-tensionador do cinto de segurança. Por exemplo, no caso de trabalhos no painel de instrumentos.

Assim como os trabalhos de diagnóstico e detecção de erros em outros sistemas, também nesse caso se deveria começar por uma inspeção visual. Nessa inspeção, todos os componentes visíveis do sistema airbag devem ser verificados quanto a danos e os conectores de encaixe quanto a conexão correta. Uma causa de erro frequente é uma má conexão por engate aos pré-tensionadores do cinto de segurança ou airbags laterais, na área dos bancos dianteiros. Devido ao movimento vaivém dos bancos, as conexões por engate se afrouxam e são produzidas resistências de contato. Porém, a espiral de contato também pode ser uma causa de erro. Tendo em conta que a espiral de contato é usada em todos os movimento do volante, também podem ocorrer aqui falhas. Em qualquer caso é sempre necessário um equipamento de diagnóstico apropriado. Se, durante uma inspeção visual, for detectada uma conexão de engate defeituosa, a memória de erros terá que ser eliminada com o equipamento de diagnóstico.

Memória de erros equipamento de diagnóstico

Se não forem detectadas quaisquer anomalias através da inspeção visual, a memória de erros deverá ser lida com o equipamento de diagnóstico. Erros que tenham ocorridos no sistema são, geralmente, detectados através do autodiagnóstico e armazenados na memória de erros. Se um dos seguintes erros estiver armazenado na memória de erros, "Sinal defeituoso", "Sinal demasiado pequeno", "Sinal demasiado grande", uma possível causa de erro é, por exemplo, um cabo com defeito. Nesse caso é possível verificar com um multímetro as conexões de cabos entre os sensores e o módulo de comando quanto a passagem e conexão à massa. Para a localização dos sensores e conexões por engate, assim como para a ocupação dos pinos no módulo de comando, são necessários esquemas de conexões e informações específicas do fabricante. Geralmente se deve ter em atenção que a bateria do veículo é desconectada e que os sensores e o módulo de comando são desconectados do chicote elétrico. Para a conexão dos cabos de teste aos conectores, não devem ser usados adaptadores de teste "improvisados" (clipe de escritório desdobrado). Esses podem danificar os conectores de encaixe sensíveis e podem ser provocados novos erros, sem que seja notado. Recomenda-se o uso de pontas de teste que encaixem nos contatos dos conectores e nas quais é assegurado um contato correto.

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