Hava yastığı

HAVA YASTIĞI TEKNOLOJİ EĞİLİMLERİ

Bir zamanlar bir çok güvenlik elemanının yanında önemsiz kalmalarına rağmen günümüz tüketicileri hava yastıklarının ve diğer güvenlik araçlarının önemini benimsemişlerdir. Önden çarpmalarda sürücüyü ve önde oturan yolcuyu komanın yanı sıra araçta bulunanların vücudunu yan ve ön darbelerden korumak için,üst kısmı arka darbelerden korumak ve bacağın alt kısmını şişebilen diz yastıkları ile ön darbelerden korumak için (SIRS) güvenlik sınırlama sistemleri geliştirilmiştir.

Gelişmenin diğer alanlar ise ön çarpmalarda bacağın alt kısmını korumaya yönelik koltuğa monte edilmiş güvenlik sistemleri ile spor arabalarda takla atma durumunda içeride bulunanları korumak için tavanda uygulanılan güvenlik sınırlama sistemlerini içerir.

1995 yılında Mercedes Benz X yastığı adı altında bütün çevre korumalarını içeren 17 tane güvenlik sınırlama sistemine sahip yedi ayrı hava yastığı sistemini tavsiye etmiştir. Bu sistemler bir kaza durumunda korumayı sağlamak için asimetrik sürücünün ve ön koltukta oturan yolcunun kullanımındaki hava yastıklarını, kalçayı ve bacakları korumak için gösterge panelinin altındaki diz yastıklarını ön kapılarda bulunan yan koruma yastıklarını içermektedir. Sürücüyü ve yolcuyu birbirinden ayırarak kafa ve boyundaki yaralanmaları azaltmak için geniş kapasiteli ön koltukların arasındaki merkez yastığını yine kafa ve boyun korumak için kafa sınırlama yastıklarını, arkada bulunan yolcuların çarpmasını engellemek için arka merkez yastığı ve seyahat esnasında diz üstü bilgisayar kullanan arka koltuktaki yolcuyu korumak için ön koltukların arka kısmına yerleştirilmiş diz üstü yastığını içermektedir.

Yine 1995 yılında Toyota’nın geliştirilmiş güvenlik aracı (ASV) prototipi araba tarafından çarpılabilecek yayaları dış kaput güvenlik sistemine sahipti (SIRS).

Kamyon üreticileri arsında ilk olarak hava yastığı hava yastığı bulundurulmasını öneren Volvo firması kamyonculuğun da teknolojiden yararlandığının göstergesi olmuştur.

Yakın gelecekte bu bahsedilen sınırlamalardan kaçı araçlarda kullanılabilecek? SIR (Güvenlik Sınırlama Sistemleri) mühendislerinin anlaştıkları nokta iki binli yılların başında bunların yaklaşık altısı gerçekleşebilecektir.

1. HAVA YASTIĞI TEKNOLOJİSİ

1.1. Hava Yastığı Şişiricisi

Sürücü tarafında bulunan bir çok hava yastığı ceviz şeklindedir. Bunlar direksiyon simidi kaplamasının hemen altına (direksiyon kolunun 8-10 mm yukarısına) yerleştirilmiştir.hava yastığı jeneratörleri için genel itici madde olarak sodyum azide nitro selüloz kullanılmaktadır. Fakat gelecekte bunların yerine daha küçük, daha temiz, soğuk yanan ve daha etkili şişiricilerin kullanılması amaçlanmaktadır. Piyasadaki ana şişirici teknolojileri ya düşük akışkan sodyum azide olmayan katı hava fişeği üretici veya katı hava fişeği üretici kullanan sıkıştırılmış gazla hibrit çeşidi kullanılmaktadır.

Sodyum olmayan azide katı üreteç çeşitleri, genelde perklorat temelli tek bağlı bir kompozisyon veya bir çeşit roket yakıtı kullanılır. Bunlar normalde depolanmış yakıt kullanılmış ünitelerden daha küçüktür. Katı yakıtlar sürücü tarafındaki yastıkta, hibritler ise yolcu tarafındaki yastıkların şişirilmesinde kullanılır.

Gelecekte kademeli veya değişken çıkışlı, şişirici kullanılarak direksiyona yakın oturan küçük bir yolcunun hava yastığına uygulanan şişirmenin büyük bir yolcuya oranla “daha yumuşak” olması amaçlanmaktadır.

 

1.2. Yastıklar

Hava yastığı ünitesinin şişiriciden sonraki en pahalı kısmı yastıklarıdır. Gelişme yönü daha ince daha iyi kumaşlar üretmeye daha hafif veya hiç kullanılmayan kaplama oluşturmaya ve basitleştirilmiş dikiş yöntemlerine yöneliktir. İlk hava yastıkları neoplan kaplı ve 3d dikiş biçimli 840 deniye kumaşından yapılıyordu yeni yastıklar kaplamasız ve eski yastıklardaki performansının aynısını sağlayan basitleştirilmiş 2d dikiş biçimli yaklaşık 420 deniye kumaşından yapılmaktadır.

Gazın yastıktan kumaşa geçişine izin veren geçirgen kumaşlar gaz geçişini sağlamak için açılan küçük delikleri gereksiz hale getirmiş buda dikiş işlemlerinden ve maliyetten tasarruf sağlamıştır. Yeni dokuma modelleri daha küçük modül paketlerini ve aynı açılma gücünde yumuşaklığın artışını mümkün kılmıştır.

Bu gelişimlere ek olarak Autoliv firması tek parça yastık üretebilen bir dokuma teknolojisi geliştirdi. Bu gelişmeye karşılık Allied Sigral firması dokunmamış materyal kullanmak amacıyla çalışmalarına başladı. Bu teknik üretimi daha kolaya indirgeyebilir. Çünkü dikiş yerine kaynak tekniklerinin kullanımı ile materyal maliyeti düşürülecek çok daha ince maddeler kullanılabilir. Endüstrinin çalışmaları Mylo balonlarında kullanılan ince maddeye benzer maddeler kullanma eğilimindedir.

1.3. Kalın Filmli Hava Yastığı Sensörü

Dupont’dan yapılan kalın film kondüktörleri ve dirençleri Temik Mikrosytem GmbH yeni nesil hava yastıklarının temelini inşa etmektedir. Sensörlerde silikon temelli piezoresistive bileşenlerine kalın bir film hibriti üzerine monte edilen bir chipten ve tek eklemeli ASIC’den 1.5 Hz’den 3/5Hz’e kadar frekans kaplayabilen alıcı belirli filtreli fonksiyonlu bant geçirgenli filtrelerden oluşan bir devre kullanılır. Tüm bu bileşenlerin küçük, hava geçirmez, mühürlenmiş metal yuvada birleştirilmesi sisteminin boyutlarını önemli derecede düşürmeyi sağlamıştır. Sensörler 20x13x11 mm ebatlarında, 5gr. ağırlığındadır.

1.4. Araçta Bulunanları Elektrik Alanı ile Tespit

Elektrik alanı ile yolcu tespit sistemi düşük seviyede elektrik alanlarını alan ve dağıtan araç koltuğuna yerleştirilmiş esnek bakır teyp sensörleridir.

Elektrik alanı teknolojisi gönderilen sinyalle koltukta oturan kişiden kaynaklanan sinyal farklılığı yoluyla elektrik alanının güç farkını ölçer. Elektrik alanındaki değişmeleri göstererek sistem, öne ya da arkaya dönük çocuk güvenlik koltuğundaki bir çocuk, koltuktaki bir yetişkin ve boş koltuk arasındaki farklılıkları belirlemektedir. Koltuğun boş olması durumunda ya da arkaya dönük çocuk güvenlik koltuğu durumlarında hava yastığı kullanılmaz.

Elektrik alanı ile tespit sisteminin diğer sistemlerden farklılığı; yastıkların kullanımını kontrol eden özel ekipmanlı çocuk güvenlik koltuklarına, ağırlığa ve mesafe sensörlerine bağlı olmamasıdır. Buna ek olarak sistem tüm çocuk koltuklarına uygundur. Işık yansımalarından, sıcaklıktan, havanın durumundan, tozdan ve gürültüden etkilenmemektedir.

1.5 Araçta Bulunanları Belirlemek İçin Kızılötesi Sistemler

Takata firmasının geliştirdiği “Güvenlik Kalkanı Sistemi” ön yolcu çocuk koltuğunun varlığını tanımaktadır. Sistemin kızılötesi sensörleri ve oran algoritması hareketli veya hareketsiz nesnelerle arabada oturan kişinin pozisyonunu birbirinden ayırarak tam bir belirleme ve analiz yapma imkanı tanır.

İleri düzeyde gelişme araçtaki kişinin bedenine, pozisyonuna, ağırlığına ve bulunduğu çevreye bağlı değişken şişebilen hava yastığı kullanılmasıdır. Güvenlik kalkanı sistemi hava yastığı şişme oranlarını, yan darbe hava yastığı modülü kullanımlarını ve emniyet kemeri enerji katedicilerini kontrol eder.

1.6 Yolcu ve Çocuk Koltuğu Duyarlılığı

Araçta yolcunun bulunup bulunmadığını ve çocuk güvenlik koltuğunun bulunup bulunmadığını tespit edebilen yolcu koltuğu sensör sistemine sahip ilk araç Mercedes Benz SLK’dır. Çocuk Koltuğu Bulundurma ve Oryantasyon Belirleme (COD) ve Yolcu Bulundurma Belirleme (PPD) sistemleri Siemens Otomotiv ve Uluslararası Elektronik ve Mühendislik tarafından geliştirilmiştir.

Sensör sistemi basınca duyarlı bir keçeden ve koltuğu üst kısmındaki köpük dolgular analiz sisteminden oluşur.

Çocuk koltuğuna 12 kg’lık kütleden daha fazla birisi oturursa, analiz sistemi, uygun sinyal güvenlik sistemi kontrol ünitesine gönderir. (12 kg’lık kütle limiti sistemin bir alışveriş çantasını veya bavulu yanlışlıkla yolcu olarak tanımlamaması için gereklidir). Herhangi bir çarpma durumunda ön yolcu hava yastığı emniyet kemeri gerdiricisi ve kazanın çeşidine göre yan hava yastığı aktif hale geçirilebilir.

Çocuk koltuğunun araçta bulunduğunun belirlenmesi ve oryantasyonun sağlanması için analiz sistemi mini antenler aracılığıyla çocuk güvenlik koltuğunun tabanındaki alıcılar tarafından kodlanmış bir sinyal gönderir ve bir cevap alınır. Cevap kodu koltuk antenleri yoluyla çocuk güvenlik koltuğunun araca monte edildiğini anlayabilen elektronik hava yastığı kontrol ünitesinde düzenlenir. Bu durumda bilgisayar otomatik olarak hava yastığı kullanımını engeller. Bu tür bir genelleme özellikle zaten çocuk için mükemmel bir koruma sağlayan yüzü arkaya bakan çocuk güvenlik koltuklarında gereklidir. Şoför mini antenler arasındaki haberleşmeden ve alıcıdan konsolun merkezindeki sarı ışık yardımıyla bilgilendirilir.

1.7 Arkaya Dönük Bebek Koltuk Sensörü

Otomotiv teknolojisinin çalışmalarından ortaya çıkan arkaya dönük bebek koltuk sensörü arkaya dönük çocuk koltuklarıyla ön tarafa bakan yolcular için hava yastığı kullanılması arasında bir ayırım yapmak için dizayn edilmiştir. Ultrasonik transdüser ve özel bir bağlantı devre kartı ile ileri düzeyde işlem yapma yeteneğine sahip mikro işlemciler ihtiva eder. Bu ünite aynı zamanda araç montaj varyasyonları ve hedef nesnenin yansıtıcılığındaki değişmeler gibi bir çok çevre değişikliğine uyum sağlamasına yardımcı olur.

1.8 Hava Yastığı Kontrol Ünitesi

Bir araç katı bir nesneye çarparsa araçtakiler ileriye fırlar. Kafada, boyunda ve göğüs kafesinde ciddi yaralanmalar meydana getirir. Aracın katı bir nesneye çok sert çarpması durumunda sürücünün ve ön koltukta oturan yolcunun yaralanmasını önlemek veya kazayı hafif yaralanmalarla atlatmasını sağlamak amacıyla sınırlama sistemleri (güvenlik Sistemleri) geliştirilmiştir.

Sistem sürücü için hava yastığı, ön koltuktaki yolcu için emniyet kemeri sıkıştırıcısı, hızlanma sensörü ile birleştirilmiş elektronik tetikleme aleti, voltaj konvertörü, güç kaynağı ve kontrol lambasından oluşmaktadır. Sürücü hava yastığı direksiyon merkezine yerleştirilmiştir.

1.9 Kontrol Ünitesinin Kısımları

Hava Yastığı: 18 km saat hızın üzerinde önden katı bir nesne ile çarpışma durumunda hava yastığı elektronik tetikleme aleti vasıtasıyla faal hale geçirilir.

Emniyet Kemeri Gerdiricisi: Tetikleme işlemi hava yastığı için kullanılan bir işlemdir fakat 18 km/h hızın altındaki hızlarla çarpışma durumunda tetikleme aleti sadece emniyet kemeri gerdiricisini faal hale getirerek sürücünün ve yolcunun bedenindeki kinetik enerjinin emilmesini sağlar.

Sürekli Güç Kaynağı: Bir kaza sırasında aracın aküsü zarar görürse veya aracın elektrik tesisatı ile bağlantısı kesilirse sürekli güç kaynağı olacak kullanılan kapasitör tetikleme aletinin ateşleme devresinin çalışmasını sağlar.

Voltaj Çevirici: Bu alet aracın batarya geriliminin 4 V’a kadar düşmesi durumunda tetikleme aletinin görevini tam olarak yerine getirebilmesini sağlar.

Kontrol Lambası: Kontrol Lambası sistemin görüntülenmesi için kullanılır. Ateşleme açık olduğu zaman bu lamba yanar. Sistem test edilirken bu lamba yaklaşık 10 saniye yanık olarak kalır. Eğer sistem çalışır durumda ise lamba söner.

Tetikleme Aleti: Hızlanma sensörü kontröl ve görüntüleme fonksiyonları ile birlikte birleştirilmiş 1C1 ve 1C2 devreleri takma pozisyonu kesin olarak belirtilen metal yuva içerisindedir. Bu alet hava yastığının ve emniyet kemeri sıkıştırıcısının faal hale geçirilmesi için 3 adet ateşleme çıkışına sahiptir. Bu 3 ateşleme çıkışı bir sürücü hava yastığının ve bir adet 2 aşamalı yolcu hava yastığının veya emniyet kemeri sayısına karşılık gelen gerdiricilerin kullanılmasını mümkün kılar.

1.10 Elektronik Sistemin Çalışması

Hızlanma sensörle Bir bir yay ağırlık sistemi kullanılır.önden çarpma durumunda araçta gerçekleşen yavaşlamayı bu sensör ölçer. Bu ölçüm, yayı sıkıştıran hareketli bir ağırlıkla yapılır. Dört adet direnç bu yay üzerinde bir köprü devresiyle birbirine bağlanır. Bu dirençlerden ikisi sıkışma olduğunda farklı şekilde direnç gösterir. Bu da yavaşlama ile doğru orantılı bir voltaj üretir. Bu voltaj sinyal yüksek frekansların geçmesine izin veren yüksek geçişli filtre yolu ile bir amplifikatöre (yükselticiye) gönderir. Bu olayı takiben sınırlama basamağında bu sinyal duyarlı yüksek frekanslı titreşimlere çevirir.azaltma devresi yaklaşık 4g’luk hızlanma limitini azaltır.(Bu normal sürüş sırasındaki hızlanmalara karşılık gelir.) Bu şekilde normal sürüş sırasında kaydedilen yavaşlama ölçülmez ve böylece uygun olmayan bir durumda sistemin devreye girmesi önlenmiş olur. Bu şekilde üretilen ve değerlendirilen sinyal daha sonra birleştirilir ve iki ayrı eşik değeri ile karşılaştırılır.eğer sinyal emniyet kemeri gerdiricisi için belirli S1 limitini ve hava yastığı için aşarsa koruma sistemleri aktifleştirilir.

Emniyet kemerini takan araçtaki kişinin çarpma sonrasında gerdirilmiş emniyet kemeriyle ileri hareketi daha başlamadan önlenir. Böylece kişinin araç koltuğunda sabit kalması sağlanmış olur. Bu yüzden S1 eşik değeri oldukça düşük ayarlanır. Emniyet kemeri 15 km\h hızla katı bir nesneye çarpma durumunda gerdirilmesi başlar. Hava yastığının faal hale getirildiği S’ eşik değeri daha yüksek tutulur. 18km\h hızı üzerinde önden katı bir nesne ile çarpışma durumunda hava yastığı faal hale geçirilir. Uygun yavaşlama kaydedildiğinde tetikleme aleti gaz jeneratörünü yerleştirilmiş ateşleme topuna bir elektrik sinyali (ateşleme titreşimi) gönderir.Buda gaz jeneratöründeki katı itici maddeyi ateşler. İtici madde saniyenin binde biri gibi kısa bir sürede patlar ve hava yastığını şişirir. Şişen hava yastığı da sürücünün direksiyona ve ön cama çarpmasını engeller. Ortalama 100-150 ms kadar bir sürenin ardından hava yastığının kenarında bulunan yarıklardan gaz dışarı çıkar ve yastık söner. Bu şekilde sürücünün bedenindeki kinetik enerji emilmiş olur.

1.11 Sürücünün Hava Yastığı İle Korunması

1.12. Yandaki Yolcunun Hava Yastığı ile Korunması

Hava yastıkları sayesinde kaza esnasında kafa yumuşak tutulur. omurganın yükü böylece azaltılmış olur.

Hava yastıkları sadece bir kullanımlıktır. Tekrar katlanıp kullanılamazlar. Hava yastıkları kullanıldıktan sonra yenisi ile değiştirilir.

1.13 Kafayı Koruna Sistemi

Özellikle Station araç ve pikaplarda taklaya veya ters dönmeye yönelik artan bir eğilim vardır. Çünkü bu araçlarda daha yüksek ağırlık merkezleri belli durumlarda ters dönme eğilimleri bulunmaktadır. Bu araçlarda koruma yan çarpma hava yastıkları ile birleştirilebilir. Bu amaçla Autolive firması yeni bir koruma sistemi geliştirmiş ve sistemi de “Şişebilen Perde” olarak adlandırılmıştır.

Sistemin en temel yararı kafa korumasını sağlamasıdır. Kaza anında araçta bulunanların şişmeyen bir perde ile korumak fikrinden yola çıkılarak yapılan bu sistem yan çarpmalarda veya ters dönme durumlarında da yaralı olmaktadır. Bu alet tavan boyunca ön camın üst kısmına sürücü kapısını kaplayacak şekilde yerleştirilebilir. Sistemin yastığı bölünür ve tipik bir yandan çarpma başlatıcısıyla şişirilir. Perde, yerine bir tel aracılığı ile çekilir. Yastık geniş alanda ve ince yapıda olduğundan kısa sürede hava ile dolar.

1.14 Göğüs veya Kafa-Göğüs Koruması

Göğüs ve kafa/göğüs koruması sağlamak amacıyla Allied Signal firması tarafından koltuk arkasına monte edilen hava yastığı üniteleri geliştirilmiştir.

Bu ünitelerde zehirsiz hibrid şişiricileri ve naylon altı yastık maddesi kullanılmaktadır. Göğüs ve kafa/göğüs üniteleri 570 ve 725g kütlelerinde 18-26L boyutlarında yastığa sahiptir. Göğüs modülü 30 m/h hızda yapılan FMVSS testlerinde (çarpma testi) yaralama seviyelerini %59’a kadar; alt omurilik yaralanmasının  %31’e kadar ve göğüs yaralanma riskini %46’ya kadar düşürmüştür.

50km/h hızda bariyer testinde (ECE) göğüs kafa modüllerini birleştirilmesi kafa yaralanma kriterini %76’ya kaburga sapmasını %26-33’e, kasık kuvvetini %50’ye, karın kuvvetini%54’e ve kalça hızlanmasını %21’e kadar düşürmüştür. Tüm bunlara ek olarak oturma farklılığında oluşan yaralanma riskini azaltması,6ms’lik sürede yastığın kullanım pozisyonu alması ve 1C ms ‘lik sürede yastığı doldurması sistemin tatmin edici performanslarıdır.

1.15 Şişebilen  Diz Yastığı

Diz yastığı aracın gösterge panelinin altında bulunan küçük bir hava yastığı panelidir.

Aracın önden bir nesneye çarpması durumunda araçtakilerin dizlerini koruduğu gibi araçtaki yolcunun uygun konumda kalmasını sağlar. Ayrıca araçtaki diğer hava yastığından max. koruma olabilmesini sağlayarak önden çarpma durumlarında baş ve göğüste daha fazla  koruma imkanı tanır.

Sonuçlar hava yastığı aktiviteli diz yastıklarının araçta bulunanların dizlerindeki, uyluk kemiğindeki ve göğüslerindeki yaralanmaları azalttığını göstermektedir. Bu diz yastıkları aynı zamanda kafanın ön cama çarpmasını azaltmakta olup alttan çalıştığı için aracın içinde ve dışında temel bir gelişme sağlamıştır. Diz yastıkları araç içinde mümkün olan en az yer kaplamaları, daha fonksiyonel olmaları için enerji emebilen hafif maddelerden yapılmaktadır.

1.16 Yan Darbe Hava Yastıkları

Yandan darbelere yol açan çarpmalarda araçta bulunanların göğüs bölmesinde gövdenin alt kısmında koruma sağlamak amacıyla yan darbe hava yastıkları geliştirilmiştir. Standart ekipmana sahip bu üniteler kapıya monte edilmiştir. Çünkü kapılar hava yastığı ve sensör modülü için boşluk sağlamaktadır.

Kapıya monte edilen yan hava yastıkları, koltuğa monte edilenlere oranla daha iyi koruma sağlamaktadır. Bu durum yapılan çarpma testi (FMVSS 214 testi) ile ispatlanmıştır. Bu teste göre kapıya monte edilen yan hava yastıkları göğüste meydana gelebilecek yaralanmaları %15 azalttığı ispat edilmiştir.

Yan hava yastığında da ön hava yastığı teknolojisi kullanılmaktadır.

Kapıya monte edilen sensör modülü kapıya gelen ciddi bir yan darbeyi belirler ve hava yastığı modülüne elektrik sinyali gönderir. Modül içindeki hava fişeği gaz jeneratörü yastığını şişirir. Kapının dış kısmı ile araçta oturan kişi arasında çok az bir çarpma boşluğu olduğundan yan hava yastığının ön hava yastığında çok daha hızlı şişmesi sağlanmıştır. Ön hava yastığı sisteminin normal olarak bir çarpmayı algılaması 0,010-0,015 saniye ve yastığı şişirmesi 0,03-0,04 saniye sürer. Yan hava yastığı sisteminin ise yandan çarpmayı algılaması için 0,005-0,008 saniye ve yastığı şişirmesi için 0,012-0,018 saniye süresi vardır.yan hava yastıkları şişme gücünü kontrol edecek ve küçük hacimle iyi koruma sağlayabilecek şekilde dizayn edilmektedir. Yastığın arka kısmı göğüsün kapıya çarpmaması için uzun,ön kısmı ise kapı paneli kontrollü sapmasının hava yastığını desteklemesini sağlanması için kısadır.

Yan hava yastığı sisteminin kullanıma hazır oluşu, ön hava yastıklarının durumunu gösteren aynı  tanıma modülü ile gösterilmektedir. Eğer sistemde bir bozukluk varsa gösterge panelinde bulunan hava yastığı uyarı ışığı sistem tarafından yakılır.

2.1 Hava Yastıklarının Dezavantajları

Yapılan deneyler, kadınların ve çocukların genelde erkeklerden daha küçük bir vücut yapısına sahip olduklarından çarpma kuvvetlerinden kaynaklanan yaralanmalar da daha fazla maruz kaldıklarını ortaya koymaktadır.

Bu sebeple yaralanmaları en az düzeye indirebilmek için otomobil firmaları araçlarda güvenlik sınırlama sistemlerini geliştirmiştir.ancak güvenlik sınırlama sisteminin bir ünitesi olan hava yastıkları çocuklar için büyük tehlike oluşturmaktadır. Çocukları ve hava yastıklarını ilgilendiren yaralanmaların sayısının artması küçük bir çocuğun varlığını ayırt edilebilen mükemmel hava yastıklarını hızlı şekilde geliştirilmesi gerektiğini gündeme getirmiştir.

Hava yastıklarının diğer bir dezavantajı da sadece bir kullanımlık olmasıdır. Bir kullanımdan sonra hava yastığı değiştirilir. Bu durumda araç sahibine ağır bir maddi zarar verir.