http://www.megaupload.com/?d=2614SN1C
Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Chan. Clung-Yao. Fundamentals of crash sensing in automotive air bag systems / Ching-Yao Chan. p. cm. Includes bibliographical references and index. ISBN 0-7680-0499-3 1. Air bag restraint systems. 2. Crash sensors. 3. Automotive sensors. I. Title TL159.5.C47 2000 629.2'76--dc21
Copyright ©2000
99-045839 CIP
Society of Automotive Engineers, Inc. 400 Commonwealth Drive Warrendale, PA 15096-0001 U.S.A. Phone: (724)776-4841 Fax: (724)776-5760 E-mail:
[email protected] http://www.sae.org
Translation in Turkish 2005-08-20 ISBN 0-7680-0499-3 All rights reserved. Printed in the United States of America Permission to photocopy for internal or personal use, or the internal or person use of specific clients, is granted by SAE for libraries and other users registered with the Copyright Clearance Center (CCC), provided that the base fee of $.50 per page is paid directly to CCC, 222 Rosewood Dr., Danvers, MA 01923. Special requests should be addressed to the SAE Publications Group. 0-7680-0499-3/00-$.50. SAE Order No. R-217
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ .......................................................................................... HATA! YER İŞARETİ TANIMLANMAMIŞ. BÖLÜM 1 GEÇMİŞ VE BİLGİ BİRİKİMİ............................... HATA! YER İŞARETİ TANIMLANMAMIŞ. 1.1 TARİHİ BAKIŞ AÇISI.................................................................HATA! YER İŞARETİ TANIMLANMAMIŞ. 1.2 KAZA İSTATİSTİKLERİ: HAVA YASTIKLARI ETKİLİ Mİ?......................................................................... 2 1.3 HAVA YASTIKLARI NASIL ÇALIŞIR? ..................................................................................................... 5 1.4 DİZAYN KONULARI VE DİKKAT EDİLMESİ GEREKEN NOKTALAR ......................................................... 7 1.5 YAKIN ZAMANDA MEYDANA GELEN GELİŞMELER .............................................................................. 8 1.6 ÖZET ..................................................................................................................................................... 9 REFERANSLAR..................................................................................................................................................... 9 BÖLÜM 2 ÇARPIŞMA ANALİZİ .....................................................................................................................11 2.1 ÇARPIŞMA VERİLERİ ................................................................................................................................... 11 2.2 ÇARPIŞMA ANALİZİ: ÇARPIŞMA VERİSİNDEN HANGİ BİLGİLER ELDE EDİLEBİLİR?..................................... 12 2.3 ÇARPIŞMA VERİSİ ÖRNEKLERİ .................................................................................................................... 15 2.4 ÇARPIŞMA VERİLERİ HAKKINDA GÖZLEMLER VE TARTIŞMALAR ............................................................... 17 2.5 SENSÖR TASARIMI İÇİN ÇARPIŞMA KÜTÜPHANESİ ...................................................................................... 24 2.6 ÖZET ........................................................................................................................................................... 25 REFERANSLAR................................................................................................................................................... 25 BÖLÜM 3 ÇARPIŞMANIN ALGILANMA KRİTERİ ...................................................................................27 3.1 ÇARPIŞMA ŞİDDETİNİN EŞİK DEĞERİ: BİR HAVA YASTIĞININ ÇALIŞMASINA NE ZAMAN İHTİYAÇ DUYULUR?........................................................................................................................................................ 27 3.2 5 İNÇ EKSİ 30 MİLİ SANİYE KURALI VE SENSÖRÜN TETİKLENME ZAMANI ................................................. 28 3.3 YOLCUNUN PERFORMANS KRİTERİ ............................................................................................................. 30 3.4 ÇARPIŞMANIN ALGILANMA KARAKTERİSTİKLERİ ....................................................................................... 34 3.5 ÖZET ........................................................................................................................................................... 35 REFERANSLAR................................................................................................................................................... 36 BÖLÜM 4 ÇARPIŞMAYI ALGILAMA KAVRAMLARI ..............................................................................37 4.1 ÇARPIŞMANIN ALGILANMASI İÇİN KULLANILAN SİNYALLER ...................................................................... 37 4.2 DEVRE BAĞLI OLARAK ÇARPIŞMANIN ALGILANMASI ................................................................................ 39 4.3 EZİLMEYE BAĞLI OLARAK ÇARPIŞMANIN ALGILANMASI ........................................................................... 40 4.4 ELEKTRONİK SENSÖRLER ............................................................................................................................ 43 4.5 DİĞER SENSÖR KAVRAMLARI VE SİSTEMLER .............................................................................................. 44 4.6 ÖZET ........................................................................................................................................................... 45 REFERANSLAR................................................................................................................................................... 45 BÖLÜM 5 MEKANİK ÇARPIŞMA SENSÖRLERİ........................................................................................47 5.1 TAKLİTÇİ ÇARPIŞMA SENSÖRLERİ ............................................................................................................... 47 5.2 MEKANİK ÇARPIŞMA SENSÖRLERİNİN MATEMATİKSEL ANALİZİ ................................................................ 51 5.3 SENSÖRÜN DUYARLILIĞI VE KARAKTERİSTİĞİ ............................................................................................ 56 5.4 SENSÖRLERİN TEST EDİLMESİ ..................................................................................................................... 59 5.5 ÖZET ........................................................................................................................................................... 61 REFERANSLAR................................................................................................................................................... 61 BÖLÜM 6 ELEKTRONİK ÇARPIŞMA SENSÖRLERİ ................................................................................63 6.1 ELEKTRONİK ÇARPIŞMA SENSÖRLERİ NEDİR VE NİÇİN KULLANILIRLAR? .................................................. 63 6.2 ELEKTRONİK ÇARPIŞMA SENSÖRLERİNİN İŞLEVLERİ VE BİLEŞENLERİ ........................................................ 64 6.3 ELEKTRONİK SENSÖRLERDE ALGILAMA ALGORİTMALARI.......................................................................... 67 6.4 ALGILAMA ALGORİTMALARINDAKİ SİNYALLER VE DEĞİŞKENLER ............................................................. 78 6.5 ÖZET ........................................................................................................................................................... 79 REFERANSLAR................................................................................................................................................... 80 BÖLÜM 7 ÇARPIŞMA SENSÖRLERİNİ KONUMLANDIRMA STRATEJİLERİ ...................................83 7.1 DAĞITILMIŞ ALGILAMA VE TEK NOKTADAN ALGILAMA ............................................................................ 83
iii
7.2 TÜMÜ MEKANİK OLAN HAVA YASTIĞI SİSTEMLERİ ................................................................................... 85 7.3 TEK NOKTADAN ALGILAMA KAVRAMI VE ELEKTRONİK SENSÖRLER ......................................................... 86 7.4 ÖZET ........................................................................................................................................................... 90 REFERANSLAR................................................................................................................................................... 90 BÖLÜM 8 YANAL DARBELERİN ALGILANMASI VE HAVA YASTIKLARI........................................93 8.1 YANAL DARBE ............................................................................................................................................ 93 8.2 YANAL DARBENİN KİNEMATİK ANALİZİ ..................................................................................................... 94 8.3 ALGILAMA KAVRAMLARI VE ÖRNEKLER .................................................................................................... 97 8.4 ÖZET ......................................................................................................................................................... 103 REFERANSLAR................................................................................................................................................. 104 BÖLÜM 9 OTOMOTİV GÜVENLİK SİSTEMLERİNDEKİ VE ÇARPIŞMAYI ALGILAMA TEKNOLOJİLERİNDEKİ İLERLEMELER VE EĞİLİMLER................................................................. 106 9.1 AKILLI HAVA YASTIĞI SİSTEMLERİ........................................................................................................... 106 9.2 AKILLI HAVA YASTIKLARININ ELEMANLARI ............................................................................................ 109 9.3 ENTEGRE EDİLMİŞ ALGILAMA SİSTEMİ ..................................................................................................... 112 9.4 KOMPLE BİR ALGILAMA SİSTEMİNİN TASARLANMASINA BİR BAKIŞ AÇISI .............................................. 113 9.5 ÖZET ......................................................................................................................................................... 115 REFERANSLAR................................................................................................................................................. 115
iv
Önsöz Bu kitap aşağıda gruplanan kişilerin ihtiyacını karşılayacak şekilde yazılmıştır: Birinci grup daha önce hava yastığı sensörleri veya emniyet sistemleri ile çalışmamış kişilerden oluşmaktadır. Bu grupta çarpışma sensörlerini yeni tasarlamaya başlamış mühendisler, taşıtların güvenlik sistemlerini öğrenmek isteyen kazaları yeniden canlandıranlar, bu tip sistemler üzerindeki bilgisini daha da arttırmak isteyen bilirkişiler ve konu ile ilgili amatör veya profesyonel ilgisi olan kişiler bulunmaktadır. İkinci grup bu alanda daha önce çalışmış veya konuyla ilgilenmiş, fakat konunun temel elemanlarını kapsayan bir sistematik referanstan yararlanmamış kişilerden oluşmaktadır. Üçüncü grup ise hava yastığı sensörleri veya emniyet sistemleri konusunda bir fikir edinmek isteyen yönetici konumunda olan kişilerden oluşmaktadır. Bu çalışmaya ilk kez başladığım 1988 ‘de birinci grupta yer alıyordum. Hava yastığı endüstrisi o zamanlar yeni yeni kalkınmaya başlamıştı ve bu alandaki araştırma ve geliştirme çalışmaları hızlı bir şekilde ilerlemekteydi. Her ne kadar hava yastıkları ile ilgili temel bilgiler ve uzmanlık seviyesi artmışsa da yeni yetişenler için bunları öğrenmek giderek zorlaşmaktadır. Buradaki problem bu alanda lider konumda olan kişilerin – teknik bilgi olarak – çok meşgul olması ve günden güne projeler üzerinde pratik yapılarak öğrenmenin çok zaman almasıdır. Benim için en büyük zorluk hava yastıkları ve sensörlerle ilgili iyi bir referans kitabın bulunmadığı sıralarda ufak parçaları bir araya getirerek bir şeyler öğrenmek idi. Öyle umuyorum ki bu kitap şu anda benim o zaman ki durumumda bulunan kişilere istediklerini verecektir. Bu kitaptan ne beklenebilir? Bu kitap çarpışma sensörlerinin tasarımında kullanılan temel teknikler ve prosedürlerin sistematik olarak tanımlanması sağlamaktadır. Kitabın amacı, çarpışma sensörlerinin nasıl ve niçin hava yastığı sistemlerinde kullanıldığını ve belirli koşullarda niçin tasarımına uygun olarak çalışmadığını okuyucuya sunmaktır. Her ne kadar fiziksel ve matematiksel temelleri anlamak için belirli bölümlerde gerekse de bu kitapta karmaşık denklemlere fazla yer verilmemiştir. Ürün geliştirme için malzemeler ve parçaların seçiminde tablolar ve ana hatlarda ihmal edilmiştir. Çünkü bunlar üretime bağlı bir kitabın içeriğinde bulunmalıdır. Bu kitapta ne var? Bu kitap, hava yastığı sensörleri ve emniyet sistemleri ile çalışan birçok kişiye fikir verecektir. Yılların verdiği tecrübe ve kendi yorumum ile olayları kolaylıkla formüle edebileceğinizi söyleyebilirim. Eğer konunun anlatımında herhangi bir yerde hata yapmış isem bütün sorumluluğu şimdiden üzerime almaktayım. Bu kitap dokuz bölümden oluşmaktadır. Bu bölümler sırayla veya okuyucunun istediği sıra ile okunabilir.
v
Birinci bölümde sistemin tarihi, kaza istatistikleri ve tasarım konuları işlenerek okuyucuya konu hakkında temel bilgiler verilmeye çalışılmıştır. İkinci bölümde okuyucuya kitap boyunca kullanılan teknik terimler ve çarpışma verilerinin analiz teknikleri sunulmuştur. Üçüncü bölümde sensörün cevap zamanının belirlenmesi için kullanılan prosedürler anlatılmıştır. Dördüncü bölümde çarpışma sensörlerinin tipi ve temel kavramlar anlatılmıştır. Beşinci bölümde mekanik sensörlerin çalışma prensipleri anlatılmıştır. Altıncı bölümde elektronik sensörlerin elemanları ve algılama algoritmaları detaylı olarak incelenmiştir. Yedinci bölümde çarpışma sensörlerinin bir taşıt üzerinde yerleşimi için kullanılan stratejiler incelenmiştir. Sekizinci bölümde yan hava yastıkları ve bunlarla ilgili tasarım problemleri anlatılmıştır. Dokuzuncu bölümde gelecekte üretilecek olan “akıllı” hava yastığı sistemleri tanıtılmış ve şu anda kullanılan sistemlerdeki eksikliklerin nasıl çözüleceği anlatılmıştır. Bölüm emniyet sistemi teknolojilerinde olacak ilerlemeler ile ilgili fikirler verilerek bitirilmiştir. Kitabı nasıl okumalısınız? Bu kitabın geniş bir kitleye hitap etmesi düşünüldüğünden öyle bir şekilde konular anlatılmıştır ki okuyucu bazı bölümleri atlayabilir. Benim tavsiyem kitabı aşağıdaki gibi okumanızdır: Çarpışma teknolojileri ile ilgili hızlıca bir fikir edinmek için, ilk önce Bölüm 1 ve Bölüm 5 ve Bölüm 6 ‘nın ilk yarısını ve sonrasında Bölüm 7, 8 ve 9 ‘u okuyun. Bu kısa yol algılama teknolojilerinin geçmişi ve sistemde kullanılan sensörlerin prensipleri ve örnekleri, yerleştirilmeleri ve algılama teknolojilerindeki en son gelişmeler ile ilgili fikir edinmenizi sağlayacaktır. Eğer bu alandaki çalışmalar ile ilgileniyorsanız Bölüm 2,3 ve 4 okumalısınız. Bu bölümleri bitirdikten veya bölümlere bir göz attıktan sonra bu alandaki kişilerin kullandığı teknik terimler ve sahip oldukları bilgileri anlayabilirsiniz. Eğer daha fazla öğrenmek istiyorsanız çok özel tasarım prensiplerinin anlatıldığı Bölüm 5 ve 6 ‘nın ikinci yarılarını okumalısınız. Gelecekteki güvenlik sistemlerinin araştırılması ve geliştirilmesiyle ilgilenen okuyucular Bölüm 9 ‘da aradıklarını bulabileceklerdir. Hızla değişen endüstride araştırma ve geliştirme konuları üzerinde sürekli durulmakta ve şu anki teknolojinin modası ise giderek eskimektedir. Sonuç olarak bu bölümdeki fikirler ve yorumlar sadece başlangıç noktası olarak düşünülmelidir.
vi
Bu konudaki “ilk” kitap olarak bu çalışmada hava yastığı sensör tasarımında daha karmaşık konuları ihmal edilerek temel konular üzerine odaklanılmıştır. Bu bağlamda kitap tamamlanmamıştır. Çünkü bir sürü eksik bilgi ve anlatılması gereken birçok konu kalmıştır. İlgilenen okuyucular bölümlerin sonunda verilen referanslarla ve gelecekte bu alanda çıkacak yayımlarla bilgileri güncelleyebilir ve daha da arttırabilirler. Ching-Yao Chan
vii
Not alma amacıyla boş bırakılmıştır
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 1 Geçmiş ve Bilgi Birikimi Bu bölümde otomotiv güvenlik sistemlerinin geçmişi, özellikle 1980 lerden 1990 ların ortalarına kadar hava yastığı teknolojisindeki gelişmeler ile ilgili bilgi verilmiştir. Ayrıca, geçtiğimiz yıllarda hava yastığının faydaları ve problemleri ile ilgili elde edilmiş istatistiklere de kısaca değinilmiştir. Hava yastığı sistemlerinin çalışma sırası özellikle çarpışma algılama aygıtlarının kritikliği incelenmiştir. Bölüm, hava yastığı sistemlerinin dizaynında dikkat edilmesi gereken konular ve tavsiyeler ile bitirilmiştir. 1.1 Tarihi Bakış Açısı ABD’ de taşıt güvenliğinin ve yolcu koruma sistemlerinin gelişimi 1980 ve 1990 larda önemli derecede ilerlemiştir. Ancak, otomotiv güvenlik sistemleri tarihindeki seçilmiş kilometre taşlarını gösteren Tablo 1.1’ e bakıldığında, güvenlik aygıtlarının prototip aşamasından ticari ürün aşamasına gelmesinin çok uzun zaman aldığı görülmektedir. 1.1.1
Otomotiv Güvenlik Sistemi Tarihinden Seçilmiş Kilometre Taşları
Tablo 1.1 Otomotiv güvenlik sistemi tarihinden seçilmiş kilometre taşları 1949 1950 1951 1959 1966 1967
1996 1997 1998
Enstrüman panelinin kaplanması, Chrysler Emniyet kemerleri, Ford Akordiyon bölgesi, Mercedes-Benz Ön koltuklarda üç noktalı emniyet kemerleri, Volvo Çıkmaya karşı dirençli ön cam, Ford ve GM Arkada üç noktadan emniyet kemerlerinin kullanılması, Volvo Koltuklarda kafalık kullanılması, Chrysler Çocuklar için güvenlik koltuğu, GM Kapılarda güçlendirilmiş kirişler, Ford ve GM Emniyet kemeri için ikaz lambası, Volvo Hava yastığı, GM Emniyet kemerleri için sesli ikaz, Volvo Pasif emniyet kemeri sistemi, VW Dijital elektronik ABS, Mercedes-Benz ve BMW Ön cam için güvenlik filmi, GM Yan taraflar için hava yastığının kullanılması, Mercedes-Benz S Sınıfı Küçülebilen direksiyon sütunu, Audi Otomatik devrilme çubukları, Mercedes-Benz Seat integrity belt system, Mercedes-Benz ve BMW Çarpışmanın algılanması için ilk kez mikro ivmeölçerlerin kullanılması, SAAB Uyumlu seyir kontrolü ( ACC ), Mitsubishi Yanal darbe için hava yastıkları, Volvo Yolcu koltuğunda algılama, BMW Yanal darbelerden yolcuları korumak için boru şeklindeki hava yastıkları, BMW Daha da güçlendirilmiş hava yastıkları, Çeşitli üreticiler
1.1.2
Otomotiv Hava Yastığı Sistemlerinin Gelişiminde Seçilmiş Kilometre Taşları
1968 1969 1971 1972 1974 1975 1978 1983 1985 1986 1989 1994 1995
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
1
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ABD’ de bir hava yastığı sisteminin patenti ilk olarak 18 Ağustos 1953’ de J.W.Hetrick tarafından alınmıştır [2]. Bu patentin dikkate değer bir tarafı da yapılan dizaynın, hava yastıklarının 30 yıldan daha fazla bir süredir üretilmesine rağmen, halen dizaynda temel oluşturmasıdır. Hetrick’ in patentindeki çarpışma sensörü kavramı günümüz taşıtlarında kullanılan bazı sensör tipleri için prensipte aynıdır. Tablo 1.2’ de son 30 yılda hava yastığı standartlarının yerine getirilmesindeki en önemli kilometre taşları verilmiştir [3]. Tablo 1.2 Otomotiv hava yastığı sistemlerinin gelişiminde seçilmiş kilometre taşları 1970
1973 1974 1977
1981
1983 1984
1987 1991
1.1.3
Ulusal Otoyol Güvenliği Dairesinin ( NHTSA ) binek otomobilleri için bir hava yastığı standardını ( otomatik koruma ) 1974’ de yürürlüğe koydu. Otomotiv endüstrisi buna karşı çıktı. Kural hiçbir zaman kanun olamadı. Bu kural 1971’ de Nixon yönetimi tarafından reddedildi. GM 1974 model yılı için bir milyon otomobilini hava yastığı ile donatacağına kendi isteğiyle söz verdi. Fakat 1974–75 için sayı 10.000 adet ile sınırlı tutuldu. Standart emniyet kemeri modifiye edilerek pasif güvenlik sistemi olması sağlandı. Hava yastığı standardı yeniden gündeme geldi. Ulaştırma Bakanlığı ( DOT ) Sekreteri Coleman GM, Ford ve Mercedes ile 1980 model yılı taşıtlarının hava yastığı ile donatılması hakkında görüştü. Bu görüşme kural koyucular için bir alternatif oluşturdu. DOT Sekreteri Adams 1981’ de bir 3 yıllık faz ile orijinal standardı yeniden yürürlüğe koydu. Coleman’ ın anlaşması ise iptal edildi. Hava yastığı standardı yeniden bu sefer Reagan yönetimi tarafından endüstrinin baskıları sonucu yürürlükten kaldırıldı. DOT sekreteri Lewis gereklilikleri tümüyle geçersiz kıldı. State Farm ve diğer sigorta şirketlerinin dosyası uygun bulundu. ABD Yüksek Mahkemesi, yürürlükten kaldırmayı “keyfi ve kaprisli” olarak buldu ve konuyu DOT’ a geri gönderdi. DOT Sekreteri Dole tarafından standart yeniden yürürlüğe konuldu. FMVSS 208 pasif güvenlik kuralı en sonunda kararları reddedilemeyen Yüksek Mahkemenin kararından sonra uygulanmaya başlandı. NHTSA, otomobil üreticilerinin güvenlik sistemini kendileri tarafından seçilebilmesi için anlaşmaya vardı. Hava yastıkları veya otomatik emniyet kemerleri 1987 model yılından başlayarak 4 yıl içinde kullanılmaya başlanacaktı. DOT Sekreteri Dole, sürücünün yan tarafına 1994’ den itibaren ön taraftaki yolcu için otomatik koruma olmaksızın hava yastığı sisteminin kullanılmasını teşvik etti. DOT Sekreteri Skinner, hava yastığının kullanılması kuralını, 4 yıllık bir dönem içinde kamyonetler ve panel Vanlar için de geçerli olacak şekilde genişletti. 1995’den başlayarak Kongre tüm binek otomobillerinde öndeki koltukların tümünde 1995 yılından itibaren ve kamyonetler için 1997 yılından itibaren hava yastığı kullanılması için bir tasarıyı hayata geçirdi.
Hava Yastıklarının Gittikçe Artan Bir Şekilde Kabul Görmesi
Son olarak 1980’ de çeşitli kuvvetler ABD’ deki binek otomobillerine hava yastığının konulması ve kullanılması amacıyla birleşti. Bu kuvvetler: ( a ) Hükümetin Düzenlemesi Federal düzenlemelerin pasif güvenlik sistemleri üzerindeki düzeltmeleri ve yasaları, otomobil üreticilerini ve bunların destekçilerini, hava yastıklarını standartlaştırmaya ve seri üretime geçirmeye mecbur kıldı. ( b ) Sektörün Hazır Olması ve Teknolojinin Kullanılabilirliği Birkaç destekçi ürünlerini kullanmak için hazırdı. Her ne kadar ilk hava yastıklarının fiyatları günümüzle karşılaştırıldığında yüksek ise de bunlar otomobil üreticileri ve halk tarafından kabul edilebilir bir seviyede idiler.
2
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ( c ) Taşıt Güvenliği Konusunda Oluşan Bilinç 1980’ lerin sonunda, halkın taşıt güvenliği ile ilgi gittikçe artan bilinci, halkın hava yastıkları ile tanışmasıyla sonuçlandı. Çeşitli enstitülerin ve hukuk gruplarının eğitim ve özendirme çalışmaları birçok eyalette emniyet kemeri kanunlarını güçlendirdi ve hava yastıklarının kullanımı için zemin hazırlandı. Sonrasında ise birkaç yıllık bir dönem için çoğu otomobil üreticisi güvenlik temasını reklâmlarında ürünlerinin daha fazla satması için kullanmaya başladı. ( d ) Maliyetin Düşürülmesi ve Seri Üretime Geçiş Yeni binek otomobillerde hava yastığı sistemlerinin standart hale gelmesiyle üretilen birim sayısı birden artış gösterdi. Kızışan rekabet hava yastığı üreticileri üzerinde maliyetlerin ve birim fiyatlarının düşürülmesi için büyük bir baskı oluşturdu. Bu ekonomik faktör, yukarıda bahsi geçen diğer kuvvetler ile günümüzde ABD pazarında satılan tüm binek otomobillerinde bir ya da birden fazla hava yastığının kullanılmasını arttırdı. 1.2 Kaza İstatistikleri: Hava Yastıkları Etkili mi? Geçmiş yıllarda, hava yastıkları ile donatılmış taşıtların sayısının arttığı belirtilmiş, bu donanımların etkinliği üzerine tartışmalar yapılmıştır. Hava yastığının kullanımından kaynaklanan ölümler ve yaralanmalar ile sonuçlanan kazalar– özellikle çocuklarla ilgili olarak – geçmiş yıllarda halkın hava yastığı sistemleri üzerine olan ilgisini arttırmıştır. Ancak bu ilgiye rağmen ölümler ve hafif yaralanmaları azalttığından dolayı halen hava yastığında standartlaştırmaya gidilerek negatif etkilerin önüne geçilmeye çalışılmaktadır. Hava yastığının yararlarının arkasındaki etkenler ve bunlarla ilgili tartışmaları daha iyi anlayabilmek için önerilen referanslardaki makalelere başvurulabilir [4]. 1994’ de yapılan bir çalışmada [5], 1993’ te 53.717 motorlu taşıttan 35.747’ sinde ölümcül çarpışma meydana geldiği ve sonuç olarak 29.906 kişinin yaşamını yitirdiği belirtilmiştir. Bu ölümlerin, 22.031 ‘i binek otomobildeki yolculardan ve 7.875 ‘i ise pick-up ve ufak taşıtlardaki yolculardan oluşmaktadır. Tablo 1.3’ de çarpışmanın tipi ve çarpışma noktasına göre bu sayılar ayrıntılı olarak verilmektedir [5]. Tablo 1.3’ de önden meydana gelen çarpışmaların tümünün %50’ sinin ölümle sonuçlandığı görülebilir. Bu yüzden yolcuların korunması için ön tarafta hava yastığının kullanılması kaçınılmazdır. Ayrıca birçok ölümünde yanal çarpışmalardan meydana gelmesi üreticilerin öndeki standart hava yastığına ilaveten yan hava yastıklarını da kullanmalarını zorunlu kılmıştır. Tablo 1.3 Çarpışma tipine ve darbe noktasına bağlı olarak binek otomobillerdeki ölüm sayısı, 1993
Önden darbe Yanal darbe Arkadan darbe Üstten ve alttan Diğerleri Toplam
Tek taşıt 6.524 ( %47 ) 2.872 ( %21 ) 300 ( %2 ) 925 ( %7 ) 3.171 ( %23 ) 13.792 ( %100 )
İkili taşıt 8.871 ( %55 ) 5.968 ( %37 ) 833 ( %5 ) 171 ( %1 ) 271 (%2 ) 16.114 ( %100 )
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Tümü 15.395 ( %51 ) 8.840 ( %30 ) 1.133 ( %4 ) 1.096 ( %4 ) 3.442 ( %11 ) 29.906 (%100 )
3
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Trafikte bulunan hava yastığı ile donatılmış taşıtların büyük bir bölümüyle elde edilen istatistiklerde hava yastıklarının nasıl etkili olduğunu göstermektedir. Otoyol Güvenlik Enstitüsü ( IIHS ) tarafından yapılan bir çalışma, 1992–1995 modelleri için federal ölümcül kaza verilerine dayanarak, hava yastıklarının tek ve ikili taşıt çarpışmalarında 74 yaşamın kurtarıldığını göstermektedir. Aynı dönem süresince, yolcu hava yastıklarından dolayı sadece 3 bebek ve 11 çocuk yaşamını yitirmiştir. Aynı çalışmada sağ ön koltukta bulunan yolcular arasında önden çarpışmalar sonucunda ölümler, emniyet kemerleri kullanılmadığında %22, emniyet kemerlerinin kullanılmasıyla %15 azalmıştır [6, 7, 8 ]. NHTSA tarafından yapılan ayrı bir çalışma, 1986–1996 yılları arasında federal ölümcül kaza verilerine dayanarak, doğrudan kafa kafaya olan çarpışmalarda 13 ve daha büyük yaşlardaki yolcular için ön sağ hava yastıklarının, ölümü %27 azalttığını göstermektedir. Ön sağ taraftaki yolcu hava yastıkları, 13 ve daha büyük yaşlardaki yolcular için tüm çarpışma şekillerinde ölümleri %13 azaltmıştır. Sürücü hava yastıkları, ölümleri önden çarpışmalarda %19 ve tüm çarpışmalarda %12 azaltmıştır. 1996’ da trafikte olan otomobillerin 42 milyonunda sadece sürücü hava yastığı varken, 22 milyonunda hem sürücü hem de yolcu hava yastığı vardır. 1986’ dan 1995’ e kadar hava yastıkları 1.100 yaşamı kurtarmıştır [9, 10]. SAE’ nin destekleyici olduğu bir sempozyumda hava yastığı bulunan taşıtların güncellenmiş listesi sunulmuştur [11]. 1997’ de 60 milyondan fazla taşıt hava yastığı ile donatılmıştır. NHTSA, 1986 ve Temmuz 1997 arasında hava yastıklarının 2000’ den fazla sürücünün ve yolcunun yaşamını kurtardığını belirtmiştir. Ancak hava yastığının kullanımı düşük hızdaki çarpışmalarda 1990’ dan itibaren 43 çocuk ve 34 yetişkinin ölümüne neden olmuştur. Güncellenmiş istatistikler için NHTSA’ nın web sitesi olan www.nhtsa.org ‘a başvurulabilir. Tablo 1.4’ de NHTSA ve IIHS çalışmalarında rapor edilen hava yastıklarının neden olduğu tipik yaralanma tipleri listelenmiştir [12]. Raporlanan yaralanmaların %96’ sı küçük kesikler ve eziklerden oluşmaktadır [13]. Tablo 1.5’ de yaralanmanın tipi ve vücuttaki konumuna göre ufak yaralanmaların yüzdesi sıralanmıştır. Tablo 1.4 Sadece hava yastığının neden olduğu yaralanmaların tipi ve yaralının vücudundaki konumu
Derinin yüzülmesi Ezilme Kesik Yanık Kırılma Burkulma Travma Kopma Kas yırtılması Toplam
Boyun/Kafa
Göğüs kafesi
Üst vücut
Diğer Bölgeler
Toplam
116
16
91
2
225
35 34 7 2 2 1 1 1 199
31 47
44 15 30 2 1 183
4 1 7
114 49 38 4 3 1 1 1 436
Tablo 1.5 Yaralanmanın tipi ve konumuna göre mini ( AIS -1 ) hava yastığından kaynaklanan yaralanmaların yüzdesi
Burkulma Yanık
4
Baş/ Boyun/ Yüz 6 <1
Göğüs Kafesi <1 -
Omuz/ Kol/ El 1 4
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Diğer 1 <1
Tüm vücut Bölgeleri 8 4
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Derinin yüzülmesi Çürük Derin yarık Kırılma/ Yer değiştirme Travma Tüm yaralanmalar
18
1
17
1
38
10 3
11 <1
19 2
3 -
43 5
<1
<1
-
-
<1
2
-
-
-
2
40
12
43
5
100
Emniyet kemeri kullanım oranı Avrupa ve Japonya’ da biraz daha yüksektir. Bunun nedeni bu pazarlarda satılan birçok taşıtın daha küçük ve daha az güce sahip mini hava yastıkları ile donatılmış olmalarıdır. Emniyet kemerleri kullanıldığı zaman kullanılan eşik değeri daha fazla olacak şekilde ayarlanabilir. Aslında eğer yolcular emniyet kemerlerini bağlarlar ise hava yastığından kaynaklanan yaralanmaların şiddeti azalmaktadır. Emniyet kemerleri ve hava yastıkları birlikte kullanılarak birçok kazada daha iyi koruma sağlanır. Özetlersek, istatistikler ölümlerin ve şiddetli yaralanmaların azaltılmasında hava yastıklarının etkisini açık bir şekilde göstermektedir. Ayrıca, yakın zamanda elde edilen raporlardan hava yastığının kullanılmasıyla bazı aksiliklerin oluştuğu görülmüştür. Otomotiv endüstrisinin akıllı güvenlik sistemlerini takip etmesiyle bu aksiliklerin önüne geçilecek, hava yastıklarının ve taşıt güvenliği aygıtlarının performansı arttırılabilecektir. 1.3 Hava Yastıkları Nasıl Çalışır? Bir hava yastığı sisteminin dört temel elemanı vardır. Bunlar, sensör, patlatıcı, yastık ve taşıtın içidir. Şekil 1.1’ de bir otomobilde bu bileşenlerin yerleşimi gösterilmektedir.
Şekil 1.1 Bir hava yastığı sisteminin bileşenleri
Sensörler, yolcu koruma sistemlerinin beynini ve sinir sistemlerini oluşturmaktadır. Bunların rolü darbeyi algılamak ve şiddetine karar vermektir. Eğer hava yastığının çalışmasını gerektirecek bir durum oluşursa algılama sistemi patlatıcıyı harekete geçirmek için ya bir sinyal üretir ya da mekanizmayı tetikler. Patlatıcı ise hava yastığının içine dolacak olan gazları ateşler. Ateşlemeden sonra hava yastığı yolcunun kinetik enerjisini emen kılıf görevini görür. Taşıtın içi, direksiyon simidi ve gösterge paneli gibi, hava yastıklarının kurulumu için
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
5
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan kullanılır. Diğer güvenlik aygıtları, emniyet kemerleri ve ön gericiler gibi, bütünleşmiş güvenlik sisteminin temel formunu oluşturur. Bu kitapta çarpışmanın algılanması üzerinde durulduğundan dolayı, tüm bölümlerdeki tartışmalar daha çok sensörler ve bunlarla ilgili konularla sınırlandırılmıştır. Diğer bileşenlerin tasarımı ile ilgili birçok kaynak bulunmaktadır. Bundan dolayı bunlarla ilgili konular bu kitapta detaylı olarak açıklanmamıştır. Sensörler bir taşıt üzerinde farklı bölgelere yerleştirilebilirler. Birçok taşıtın tamponunun önüne ve arkasına konulmuş – fakat motorun arkasında olacak şekilde – bir veya daha fazla sensörü bulunmaktadır. Bazı sensörler kabin panelinin arkasındaki bir noktaya, gösterge panelinin altına ve kabin tabanına yerleştirilirler. Sensörlerin yerleştirilmesinde kullanılan stratejiler Bölüm 7’de açıklanacaktır. Bir taşıt herhangi bir çarpışma olayında yer aldığı zaman taşıtın gövdesi gerilmeye, deformasyona ve kırılmaya maruz kalır. Ufak boyutlu tampon-tampona olan bir çarpışmada, ön tampon darbe enerjisini emerken motoru korumaya devam eder ( motoru önde bulunan taşıtlar için ). Bir yumuşak veya orta seviyedeki çarpışmada, ön tampon darbeyi oluşturan nesne tarafından geriye itilir ve motor bölümünde yapısal değişiklikle meydana gelir. Daha şiddetli çarpışmalarda, motor arkaya kendiliğinden gitmeye zorlanır ve taşıt gövdesinin altındaki çerçeve önemli derecede şekil değiştirir ve kırılır. Çarpışma sensörleri için önemli bir tasarım ölçütü, orta ve şiddetli çarpışmalardan hafif çarpışmaların ayrılabilmesi ve sonrasında hava yastıklarının veya diğer güvenlik aygıtlarının etkinleştirilebilmesidir. Düşük hızla çarpışma durumunda, 8 km/saat hızla bir otomobilin bir bariyere çarpması gibi, algılama sistemleri hava yastıklarını etkinleştirmemelidir. Orta seviyedeki çarpışmalarda, 24 – 32 km/saat hızla taşıtın bariyere veya direğe çarpması gibi, algılama sistemleri özellikle yolcuların emniyet kemeri takmadığı durumda genellikle hava yastıklarını tetikleyecek şekilde tasarlanırlar. Tam eksenden çarpışmalarda bu orta hızlar için algılama sistemi genellikle 40–60 mili saniyede tetiklemeyi gerçekleştirir. Şiddetli çarpışmalarda, 48–56 km/saat hızlardaki çarpışma gibi, algılama sistemi 10–20 mili saniye içerisinde tetiklemeyi gerçekleştirir. Bu olayların zamanlaması birkaç faktöre bağlıdır. Bu faktörler Bölüm 2 ve Bölüm 3’ te açıklanacaktır. Patlatıcı, algılama sisteminden tetikleme sinyalini aldıktan sonra hızlıca gazları oluşturmaya veya serbest bırakmaya başlar. Patlatıcıların büyük bir çoğunluğu sodyum azot gibi kimyasalların yanmasına dayanır. Bazı sistemler hava yastığının çalıştırılması için bir kap içerisinde sıkıştırılmış hava kullanır. Sodyum azot kullanılmayan patlatıcılarda, veya hibrit kaynaklar, sıkıştırılmış hava ve kimyasal olarak oluşturulmuş gazlar kullanılır ve şu anda bu tür patlatıcılar seri olarak da üretilebilmektedirler [14 – 16]. Hava yastıklarının büyük bir bölümü özel olarak tasarlanmış naylon ipliklerden imal edilirler [17]. İplikler daha sonra uygun şekillere kesilirler ve yapıştırılırlar. Yastıklar genellikle arka taraflarında, gazların ve havanın yastıktan çıkabilmesi için deliklere sahip olacak şekilde tasarlanırlar. Yastık içerisindeki havanın veya gazın dışarı çıkmasıyla yastığın basıncı ve yolcu üzerine uyguladığı kuvvet azalır.
6
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Yastıklar ayrıca, yastığın içerisinden dikilmiş özel gergi elemanlarına sahiptirler. Bu gergi elemanları ( hava yastığının ön ve arka paneli arasında ) hava yastığının aşırı şekilde genişlemesini önlemekle görevlidirler. Kesilmiş ve dikilmiş hava yastığı, yerine konulması için belirlenmiş bir şekilde ufak boyutlara sahip olacak şekilde katlanır. Hava yastıkları modüler bir birim içerisine patlatıcılarla birlikte konulduğundan bunların hepsine birden hava yastığı modülü denir. Hava yastığı çalışmaya başladığı zaman eğer yolcu modül yüzeyine çok yakın ise açılan hava yastığı büyük bir kuvvetle yolcunun başına ve göğüs kafesine çarpar. Bu tip problemlerin önüne geçmek için yolcu, hava yastığının yüzeyine ulaşmadan önce yastık tamamen veya etkisini gösterecek kadar şişmiş olmalıdır. Bir hava yastığı modülünün uygun bir şekilde çalışması için gerekli olan zaman ise kritik bir değerdedir. Sürücü hava yastığının tamamen açılması için gerekli olan süre 30 mili saniye iken yolcu hava yastığının açılması 60 mili saniye veya biraz daha az sürmektedir. Hava yastığı bir kere tamamen açıldı mı yastığın inme işlemi hemen başlar ve 75–150 mili saniye içinde son bulur. Bu olayların zamanlaması yolcunun teması, patlatıcıların kapasitesi, yastığın arkasındaki boşaltma deliklerinin boyutları ve yastık malzemesinin gözenekliliğine bağlıdır. Bu olaylar bilgisayarda oluşturulmuş modellerde analiz edilir ve kızak testleri ve çarpışma testleri ile sınanır. Özetlersek, algılama-patlatma-yastık oluşturma-söndürme işlemleri sadece saniyenin kesirleri mertebesindedir. Güvenlik sisteminden en iyi şekilde yararlanabilmek için uygun zaman aralıklarında sistemin çalıştırılması gereklidir. Sistemin tamamen çalışması sensörlerin tetiklenmesiyle olduğundan yolcuyu koruyan bu tip sistemlerin verimliliğinde çarpışma sensörlerinin tasarımı önemli rol oynamaktadır. 1.4 Dizayn Konuları ve Dikkat Edilmesi Gereken Noktalar Bir hava yastığı sisteminin geliştirilmesinde birkaç adım bulunmaktadır: ( a ) Taşıtın ve Çarpışma Verilerinin Değerlendirilmesi Yapısal bütünleşme ve taşıt içerisinin tasarımı, taşıtın çarpışma karakteristiklerini belirlemektedir. Çarpışmanın doğru olarak algılanması için değişik koşullar altında oluşan kuvvetler bilinmelidir. Taşıtın farklı bölgelerindeki çarpışma sinyalleri birbirinden önemli derecede farklı olduğundan farklı çarpışma tiplerinde hesaplamanın yapılabilmesi için yeterli sayıda çarpışma verisi elde mevcut olmalıdır. Bundan başka değişik çarpışma durumlarında yolcuların hareketi, hava yastığının uygun bir zamanlamayla açılması için belirlenmelidir. Çarpışma veri kütüphanesi her çarpışma olayında sensör tetikleme zamanının önceden belirlenmesi için kullanılmaktadır. ( b ) Çarpışma Algılama Sisteminin Dizaynı Çarpışmanın her bir kategorisi için gerekli olan tetikleme zamanı ve algılama ölçütü bir kere belirlendikten sonra algılama aygıtının tipi ve sensörün yerleştirilme stratejisi seçilmek zorundadır. Bu kısımda tipik mafsallar arzu edilen konumda uygun boş alana yerleştirilir ve sensörlerin dayanımını arttırılır. Algılama sistemi, hava yastığını açabilmesi için zamanında cevap vermelidir. Diğer bir deyişle, sistem hava yastığının açılmasının gerekmediği zaman bu durumları bastırmalıdır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
7
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ( c ) Diğer Bileşenlerin Seçimi ve Kullanılması Algılama sisteminin gerektirdikleri ve özellikleri yolcuyu koruyan güvenlik sisteminin diğer bileşenleri ile yakından ilgilidir. Örnek vermek gerekirse, hava yastığının açılması için çarpışma şiddetinin eşik değeri yolcuların emniyet kemeri takıp takmamalarına göre ayarlanabilir olmalıdır. Emniyet kemerlerinin yük taşıma kapasitesi emniyet kemerlerine monte edilmiş hava yastıklarının performansını değiştirebilir. Patlatıcı yastık modülünün karakteristikleri ayrıca çarpışmanın algılanma zamanını da etkilemektedir. Bu faktörlerin tümünün modellemeye ve tasarım işleminde test edilmeye ihtiyacı vardır. Bu sayede yolcunun güvenliği sigortalanmış olur. ( d ) Sistemin Entegrasyonu Alt sistemlerin tasarımı ve bileşenlerin seçimi tamamlandıktan sonra değişik parçalar sisteme eklenmek ve test edilmek zorundadır. Analitik ve deneysel yaklaşımların birleşimi genellikle bu amaç için kullanılır. Örnek vermek gerekirse, yolcuların hareketlerini analiz etmek için kullanılan bilgisayar modelleri ve hava yastığının modülünün çalışma sırası yolcular tarafından oluşturulan potansiyel kuvvetin bulunmasında kullanılır. Kızak testleri, pnömatik güçle hareket ettirilen bir platformla yapılır, taşıtlar ve mankenler üzerindeki verilerin toplanmasında sıklıkla kullanılır. Analizlerin ve testlerin iterasyonu, sistemin tasarımı ve bileşenlerin ayarlanması için gereklidir. Prototip taşıtlarla tamamen enstrümantalleşmiş çarpışma testleri, güvenlik sisteminin yapısal entegrasyonu ve etkinliğinin sınanmasını sağlar. Bu testler, gerekli ise güvenlik sisteminin modifikasyonu ve analizine yardımcı olabilecek yüksek hızlı filme kaydedilebilir. 1.5 Yakın Zamanda Meydana Gelen Gelişmeler Geçtiğimiz yıllarda hava yastığının açılması yüzünden yaralanan ve yaşamını kaybeden yolcuların sayısı gittikçe artmıştır. Bu yüzden yolcunun güvenliğini arttırmak için güvenlik sisteminin acilen iyileştirilmesi gerekmektedir. Bundan başka konum dışındaki yolcu ( yetişkin veya çocuk olsun hava yastığı açıldığında hava yastığına çok yakın konumda olanlar ) için bir long-standing tasarım kavramı şu anda dikkatleri üzerine çekmektedir. Hükümet ajansları ve otomobil üreticileri, hava yastıklarının performansının iyileştirilmesi için kararlar almışlardır. Düzeltici veya geçici ölçümler yapılmaktadır veya ön yolcu koltuğundaki hava yastığının kapatılması veya gücünün azaltılması seçeneği gündeme gelmiştir. Bu sayede ortaya “akıllı hava yastığı” terimi çıkmıştır [18]. “Akıllı” veya uyumlu hava yastıkları ve güvenlik sistemleri, basamaklandırılmış zekâ seviyesine - yani çarpışmanın şiddetine göre yolcuların konumu ve boyutları, bebek veya küçük yaştaki çocuklar için özel donanımlar ile – sahip özel güvenlik aygıtlarının kullanılmasıdır. 1955’ de Volvo’ nun 850 model nolu otomobilinde yan hava yastıklarını kullanmaya başlamasıyla birçok üretici benzer ürünleri geliştirdi ve kullanmaya başladı. BMW, boru şeklinde açılan, A ve B sütunları arasında çalışan, kafa yararlanmalarına karşı koruma sağlayabilen bir sistem geliştirdi. Emniyet kemerlerindeki ön gericiler ve yük sınırlayıcılar gibi iyileştirmeler hava yastıkları ile birlikte kullanıldığı zaman yolcunun güvenliğini arttırmak için ek boyutlar sağlamaktadır. Ön gericiler, hava yastığı açılmadan önce emniyet kemerinin boşluğunu almak için kullanılır. Yük sınırlayıcılar, emniyet kemeri üzerinde sınır kuvvete ulaşıldığında emniyet kemerini sıkma veya gevşetme ile emniyet kemerinin yolcuya uyguladığı maksimum yükü sınırlar. İyileştirilmiş teknolojilerin takip edilmesi ve yolcu 8
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan güvenlik sistemlerinde dayanımın arttırılması gerektiğinden yıllardır süre gelen zorluklar şu anda bile aşılmaya çalışılmaktadır. 1.6 Özet Bu bölümde, taşıt güvenlik ürünlerinin kısa geçmişi ve son kırk yıldır hava yastıklarının geliştirilmesinde kaydedilen ilerlemeler anlatılmıştır. Bir hava yastığı sisteminin ve bileşenlerinin çalışma sırası gösterilmiştir. Bölüm hava yastığı sisteminin tasarım işlemi ve henüz kaydedilen gelişmelerin okuyucuya aktarılmasıyla bitirilmiştir. Çarpışmayı algılama teknolojisi, yolcuyu koruyan sistemlerde kritik bir elemandır. Bir hava yastığının ve diğer güvenlik aygıtlarının kullanılması için karar verilmesi gerçek zaman kavramı baz alınarak yapılır. Bunun anlamı, çarpışma sensörlerinin 10–50 mili saniye gibi kısa bir süre zarfında işlevlerini göstermeye zorunlu olacaklarıdır. Bu zor gerekliliğin yerine getirilmesi gerektiğinden çarpışmanın algılanması büyük bir doğrulukla yapılmak zorundadır.
Ek Bilgi 1- FMVSS 201,208 ve 214 standartları hava yastıkları ve yolcu güvenliğini sağlayan sistemler ile ilgilidir. 2- Çoğu emniyet kemeri iki tip kilitlenme mekanizmasına sahiptir: Kemerin çekilme hızı veya ivmenin büyüklüğü. Eğer emniyet kemeri hızlıca çekildiğinde kilitleniyorsa bu emniyet kemerinin hıza duyarlı olduğunu gösterir. Eğer eğimli bir yolda otomobil park edildiğinde emniyet kemeri kilitleniyorsa bu emniyet kemerinin ivmeye duyarlı olduğunu gösterir.
Referanslar 1. Automotive News, July 1990, Yazar tarafından 1990’ dan sonra eklenen makalelerde dahil. 2. J.Hetrick, “Safety Cushion Assembly for Automotive Vehicles”, U.S. Patent No. 2,649,311, August 18,1953 3. Insurance Institute for Highway Safety ( IIHS ) Status Report, November 30,1991 4. Wall Street Journal makaleleri: November 18, 1996, “Children’s Death Spur Backers of Air Bags to Rethink.” December 3, 1996, “Naderite’s Nadir” January 2, 1997, “Air Bags Save Lives; I Stil Back Them.” January 17, 1997, “Air Bags: Claybrook’s Inflated Claims.” January 22, 1997, “Shaky Statistics are Driving the Air-Bag Debate.” June 10, 1997, “Cigarettes and Air Bags:Won’t the Do-Gooders Eve Learn?” 5. Fatality Facts, 1993, Insurance Institute for Highway Safety, 1993 6. IIHS Advisory, Nov. 20, 1996 7. IIHS Status Report, Dec. 7, 1996 8. “Preliminary Report:Initial Estimates of Reduction in Deaths in Frontal Crashes among Right Front Passengers in Vehicles Equipped with Passenger Air Bags.”, IIHS Study, 1996 9. IIHS Status Report, Dec. 7,1996 10. “Fatality Reduction by Air Bags.”, NHTSA Study, 1996 11. Proceedings of SAE Air Bag Design and Performance TOPTEC, Costa Mesa, California, August 14–15, 1997 12. IIHS Status Report, Oct. 9, 1993
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
9
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 13. IIHS Status Report, March 18, 1995 14. G.S. Sutherland, “Inflators for Automotive Restraint Systems”, SAE Paper No.716043 15. P.Khandhadia ve diğerleri, “DEvelopment of Advanced ınflator Technology for Automotive Air Bag Modules”, SAE Paper No.951062 16. H.Schubert ve K.-F.Ziegahn, “Technological Trends in Occupant Protection Systems – Recent Research Challenges from the German Point of View”, SAE Paper No.960663 17. R.Keshavaraj ve diğerleri, “Modeling of Biaxial deformation of Air Bag Fabrics Using Artifical Neural Net”, SAE Paper No.950343 18. IIHS Status Report, February 15, 1997
10 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 2 Çarpışma Analizi Çarpışma analizi, bir çarpışma olayının anlaşılması ve çarpışmadan toplanan verilerden bilgi elde edilmesidir. Bu kitabın amacına uygun olarak, bu konu üzerindeki tartışmalar çarpışma verilerinin analiz tekniklerine odaklanılacaktır. Başlangıç noktası, bir çarpışma olayında taşıtın ve içindeki yolcuların davranışına dayanarak çarpışma verilerinin açıklanmasıdır. Ardından ek bilgilerin elde edilmesi için bu verilerin nasıl kullanılacağı açıklanmış, Örnekleme verilerinin analizine dayanarak gözlemler ve tipik çarpışma sinyallerinin karakteristikleri verilmiştir. 2.1 Çarpışma Verileri Bir çarpışmanın meydana gelişini anlama ve yolcu koruma sisteminin tasarlanmasında ilk adım çarpışma testlerinden veriler elde etmektir. İlgilenilen birinci veri, taşıtın çeşitli noktalarından ölçülmüş ivme sinyallerinin şeklidir. Bir taşıtın çarpışması kaçınılmaz olduğunda taşıtın farklı parçaları farklı hızlarda yavaşlamaya başlar. Sonuç olarak, taşıtın çeşitli noktalarında yakalanan yavaşlama ivmesi zamana ve büyüklüklerine göre farklılık gösterir. Şekil 2.1 ve 2.2’ de, aynı çarpışmada bir taşıtın üzerindeki farklı iki noktadan alınan ivme verileri gösterilmektedir. İvme verilerinden bir tanesi ( Şekil 2.1 ) yolcu kabininden alınırken diğeri ( Şekil 2.2 ) öndeki motor kabininden ölçülmüştür.
Şekil 2.1 Bir taşıtın bariyere 48 km/saat hızla çarpmasıyla yolcu kabininden ölçülen ivme sinyali
Burada şuna dikkat edilmelidir: İvmenin ölçülmesi için kullanılan birim yerçekimi ivmesi cinsindendir. Buna göre 1g 9,8 m/s2 olarak alınır. Şekil 2.3’ den görüldüğü üzere çarpışma analizi yapılırken iki koordinat sistemi kullanılabilir [1]. Bu koordinat sistemlerinden çarpışma verisini en iyi açıklayanı kullanılır. ( a ) Sabit Koordinat Sistemi Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
11
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Çarpışma olayının gözlemlenmesi için bir kamera, zemine göre sabitlenmiş bir konuma konularak taşıtın bariyerle teması sonucu yavaşlaması kaydedilebilir. Eğer taşıtın ön tarafına doğru bir ivmeölçer konulursa, ivmelenme değeri negatif olan sinyaller alınır. Çünkü taşıt bu anda yavaşlamaktadır. Bu sinyal genellikle 1 mili saniye veya daha az bir sabit zaman aralığında kaydedilir. Çarpışmada taşıtın kamera tarafından görülen hızı, çarpışmadan hemen sonra sıfıra doğru azalır. Eğer taşıt bariyere çarpıp geri sıçrıyorsa hız ya sıfır ya da negatif bir değer alır.
Şekil 2.2 Bir taşıtın bariyere 48 km/saat hızla çarpmasıyla motor kabininin önünden ölçülen ivme sinyali
( b ) Hareketli Koordinat Sistemi Yolcunun hareketini gözlemlemek için yolcu kabinine kamera konulursa, taşıtın bariyere çarpmasıyla yolcunun ileriye hareket ettiği görülür. Çarpışma ekseninden çekim yapıldığında kamera yolcunun, taşıtın içerisine göre ivmelendiği ve ileriye doğru hareket ettiğini görecektir. Yolcunun hızı sıfırdan başlar ve yolcu direksiyon simidine veya gösterge paneline çarpıncaya dek hızı artar. Bazı literatürlerde, taşıt bir nesneye vurduğunda ilk çarpma birincil darbe olarak kabul edilmektedir. Bundan sonra yolcunun taşıt içerisinde hareket etmesi ve iç tarafa darbe uygulaması ise ikincil darbe olarak adlandırılmaktadır. Burada şuna dikkat edilmelidir: İkincil darbe ile taşıtın bir nesneye çarptıktan sonra başka bir nesneye çarpması kastedilmemektedir. 2.2 Çarpışma Analizi: Çarpışma Verisinden Hangi Bilgiler Elde Edilebilir? Çarpışma verisinin sınanmasında iki alternatif yaklaşım bulunmaktadır. Bu yaklaşımlar sabit ve hareketli koordinat sistemi bakımından yapılan yaklaşımlardır ve ikisi de farklı bakış açılarından eş değer kullanışlı bilgiler sunmaktadırlar.
12 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Yapılacak tartışma için ivmenin yolcu kabininde belirli bir noktadan, iki koltuğun arası gibi, kaydedildiği kabul edilmiştir. Her ne kadar verilerin ayrık zaman aralıklarında kaydedilmesine rağmen, bunların sürekli fonksiyonlar olarak alınması daha kolay olmaktadır. Bu durumda; İvme = a(t) t=0 dan T ye kadar olur. Burada; a(t): İvmelenme fonksiyonu T: Kaydetme periyotudur. Bir çarpışma olayında ivme değerleri negatif olduğunda, analizin amacı için bunlar Şekil 2.1 ve Şekil 2.2’ de gösterildiği gibi çoğunlukla pozitif değerlere çevrilirler. Karışıklığı önlemek ve tanımlamayı kolaylaştırmak için, ap(t) sembolü pozitif sinyaller ve an(t) sembolü negatif sinyaller için kullanılacaktır. Bu ikisinin arasındaki tek fark, işaretlerinin değişik olmasıdır, büyüklük ve sırası aynı kalmaktadır.
Şekil 2.3 Çarpışma analiz için kullanılan koordinat sistemleri
Bir sonraki tartışmada, “devir” ve “hız” terimleri sıkça kullanılmıştır. “Hız” terimi genellikle “devir” in büyüklüğü ve doğrultusunu içeren bir vektör ile temsil edilir. Bu iki kelimenin birbirinin yerine kullanılabildiği göz önüne alınarak tam yerinde kullanılmaya çalışılmıştır. 2.2.1 Sabit Koordinat Sisteminde Analiz Sabit koordinat sisteminde, taştın gözlemlenen hızı darbeden hemen önceki hız ile başlar,v0, ve aşağıdaki denkleme göre giderek azalır:
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
13
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Bu denklemdeki ap(t) teriminin ivme değerlerini pozitif göstermek için kullanıldığına dikkat edilmelidir. Böylece devir değeri zamanlar azalmaktadır. Alternatif olarak, bu denklem;
ile de ifade edilebilir. Devir fonksiyonu, taşıtın sabit bir koordinat sisteminde gözlemlenen devrinin mutlak değerini verir. Bundan başka, devir fonksiyonun integrali;
ile çarpışma olayı süresince taşıtın ön tarafında şekil değişikliği veya ezilmenin nasıl ilerlediğini gösteren zamana bağlı bir fonksiyon elde edilir. Çarpışma süresince yolcu kabininin yer değiştirme mesafesi ön tarafın ezilme miktarına eşittir ve devir fonksiyonunun integrali ile temsil edilebilir. Bu durumun sadece ivme ve devir fonksiyonlarının önden çarpışma süresince meydana gelen ezilme miktarının ihmal edilecek derecede olduğu yolcu kabininde bulunan bir konumdan ölçüldüğünde geçerli olacağına dikkat edilmelidir. Şekil 2.4’ te Şekil 2.1’ den alınan ivme verilerinin çizimi ve buna uyan hız ve ezilme eğrileri görülmektedir. Taşıt yaklaşık olarak 75 mili saniyede bariyere çarpıp geri sıçradığında, ezilme eğrisi maksimum değerine ulaşmaktadır. Şekil değiştiren yapının eski şekline kavuşması sonucu olarak, ezilme eğrisinin maksimum değeri ile taşıt üzerinde ölçülen artık ezilme değeri birbirinden farklılık gösterebilir. 2.2.2 Hareketli Koordinat Sistemi Hareketli bir koordinat sisteminde, yolcunun gözlemlenen hızı sıfırdan başlar ve aşağıdaki denkleme göre giderek artar;
Bu denklemdeki ap(t) teriminin ivme değerlerini pozitif göstermek için kullanıldığına dikkat edilmelidir. Buradan devir fonksiyonunun zamana göre arttığı görülebilir. Devir fonksiyonu, serbest halde yolcunun taşıtın içine göre devrini verir. Devir eğrisinin bir diğer gösterimi, çarpışma süresince taşıtın ∆V veya devir değişimini temsil etmesidir. Bundan başka, devir fonksiyonunun integrali;
14 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
ile serbest haldeki yolcunun çarpışma olayında taşıtın içindeki yer değiştirme miktarı yaklaşık olarak veren bir fonksiyon elde edilir. Burada serbest haldeki yolcu kütlesel bir nokta olarak kabul edilebilir. Böylece, ivme sinyalinin bir defa integralinin alınmasıyla yolcunun hızı, iki defa integralinin alınmasıyla yolcunun yer değiştirme miktarı bulunur. Eğer yolcu emniyet kemeri takmamış ise ( serbest hal ) yolcunun etkin hareketini oturma parametreleri ve vücut mekaniği etkiler. Şekil 2.5’ de Şekil 2.1’ den alınmış ivme verilerine ait eğri ve bu verilere uyan hız ve yer değiştirme eğrileri görülmektedir. Şekil 2.4 ve 2.5’ in Şekil 2.1‘ den alınan aynı ivme verilerinden elde edildiğine dikkat edilmelidir. Bunlar aynı çarpışmanın fiziksel boyutunu göstermek için iki farklı bakış açısından sadece farklı koordinat sistemleri ile sunulmuşlardır.
Şekil 2.4 Sabit koordinat sistemi kullanılarak elde edilen ivme, hız ve ezilme eğrileri
İvme sinyalinin iki kere integral alınmasıyla yolcunun yer değiştirme miktarı bulunuyordu. Fakat bu hesaplamada emniyet kemeri, emniyet yastıkları gibi güvenlik elemanlarının yolcunun yer değiştirme miktarı üzerindeki etkisi hesaba katılmamıştır. Ancak, yolcunun yer değiştirme miktarını bulmak için bu tekniğin kullanılması yaygındır ve çarpışma analizlerinde birinci dereceden yaklaşım yapılabilmesini sağlar. Bir yolcu taşıtın içine darbe uyguladığında veya emniyet kemeri/hava yastığı tarafından hareketi engellendiğinde, devir ve yer değiştirme miktarı eğrileri burada açıklananlardan bir tanesi ile türetilebilir. 2.3 Çarpışma Verisi Örnekleri
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
15
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan İvme verisine ek olarak, kaydedilen bir çarpışma verisi tipik olarak bir taşıtın yapımı, modeli ve yılı, çarpışmanın tipi, çarpışma öncesi devir, veri eksenlerinin sayısı, veri noktaları arasındaki zaman aralıkları gibi bilgileri de içerir.
Şekil 2.5 Hareketli koordinat sistemi kullanılarak elde edilen ivme, hız ve yer değiştirme eğrileri
Şekil 2.5 ve 2.6’ da, farklı iki çarpışma hızında aynı taşıttan elde edilen çarpışma verileri karşılaştırılmaktadır. Bu çarpışma verileri taşıtın önden rijit bir bariyere çarptırılmasıyla elde edilmiştir. Şekil 2.5’ de 48km/saat hızdaki yüksek hızla çarpışmaya ait çarpışma pulsu görülmektedir. Bu çarpışmada ivmenin aldığı en büyük değer 65g dir. İvme sinyalinin ihmal edilebilecek bir seviyeye düşmesi ise 100 mili saniye almaktadır. Şekil 2.6’ da 15 km/saat hızdaki düşük hızla çarpışmaya ait çarpışma pulsu görülmektedir. İvme değeri eksenden çarpma olduktan 30 mili saniye sonra yaklaşık olarak 12g büyüklüğüne ulaşmaktadır. 100 mili saniye sonra ivme sinyali sıfıra yaklaşmaktadır. Ayrıca bu şekillerde, hız değişim eğrisi ve yolcunun hesaplanan yer değiştirme eğrileri de görülmektedir. Örnek vermek gerekirse, Şekil 2.5’ e bakıldığında 50 mili saniye sonra taşıt 26 km/saat hızıyla yavaşlamaktadır veya farklı bir bakış açısından yolcu taşıtın içine göre 26 km/saat hıza sahip olmuştur. Aynı anda, yolcu yaklaşık olarak 13 cm yer değiştirmiştir. İvme sinyallerinin büyüklüğü ve şekli çarpışmanın tipine ve koşullarına büyük ölçüde bağlıdır. Mesela, taşıt bir bariyere çapraz olarak çarptığında ilk önce ön tarafın köşesi bariyerle temasa geçer ve bariyere çarptığında ön taraf genişliği boyunca hasar almasına rağmen burada sadece üçgen şeklinde bir yüzey üzerinden hasar meydana gelir. Taşıt bir direğe çarptığında, direğin oluşturduğu ezilme aynı hızda taşıtın bariyere çarptığında oluşan ezilmeden daha fazladır. Genel olarak, açısal ve direğe çarpmalar, çarpışmanın temas süresini uzatmaktadır. Çarpışmanın başlangıcında, ivmenin büyüklüğü ön tarafın kısmi olarak yer değiştirmesinden dolayı daha küçüktür fakat sonrasında taşıtın yapısında daha derin ezilme veya şekil değiştirme meydana geldiğinden ivmenin büyüklüğü de artmaktadır. Bu karakteristikler Şekil 2.7 ve Şekil 2.8’ de görülebilir.
16 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 2.6 Taşıtın 15 km/saat hızla bir bariyere çarpmasıyla elde edilen çarpışma verileri
Şekil 2.7’ de taşıtın bariyere 300 ‘lik bir açıyla çarptığında elde edilen verileri, Şekil 2.8 ise taşıtın bir direğe çarpmasıyla elde edilen verileri göstermektedir. Bu veriler ve Şekil 2.5 ve 2.6’ daki veriler aynı model taşıta aittir. Şekil 2.7’ de, ivme tepe değeri olan 45g ‘ye çarpışmadan 35 mili saniye sonra ulaşmaktadır. İvme sinyalleri 120 mili saniye sonra sıfıra yaklaşmaktadır. Burada dikkat edilirse, çarpışmadan 75 mili saniye sonra bile ivmenin büyüklüğünün halen fazla olduğu görülmektedir. Halbuki bu durum Şekil 2.5‘ te gösterilen bariyere sıfır açıyla çarpma durumunda yoktur. Şekil 2.8’ de, direkle uzun süre temas ivmenin büyüklüğünün çarpışmadan 60 mili saniye sonra bile 30–50 g gibi yüksek bir değerde olduğunun açık bir kanıtıdır. İvme sinyali, kafadan bariyerle çarpmaya göre daha uzun bir süre sonunda sıfırlanmaktadır. Şekil 2.5, 2.7 ve 2.8 ‘de hız eğrilerinin karşılaştırılmasından, açılı ve direğe çarpmalardaki devir değişiminin kafadan bariyere çarpmaya göre çarpışmanın başlangıcında daha düşük bir oranda arttığı görülmektedir. Çarpışma analizinde sabit koordinat sisteminin kullanılmasını daha fazla göstermek için Şekil 2.8’ deki çarpışma verileri Şekil 2.9’ da gösterilen verilere dönüştürülmüştür. Bu iki şekildeki ivme eğrileri aynı kalmaktadır. Fakat Şekil 2.8’ deki devir değişimi ve yer değiştirme eğrileri Şekil 2.9’ da hız ve ön tarafın ezilme eğrileri ile değiştirilmiştir. Şekil 2.9’ daki veriler incelendiğinde, taşıtın hızı 50 mili saniye içerisinde darbe öncesindeki hızı 48 km/saat ‘ten 33 km/saat ‘e düşmektedir. Bu zaman aralığında ön taraf ise 60 cm ezilmektedir. Bu direğe çarpma olayında, ezilme miktarı taşıt geri sıçramadan önce 90 mili saniye içerisinde 80 cm dir. Bir karşılaştırma yapılırsa, taşıtın bir bariyere çarpmasında ( Şekil 2.4 ) 70 mili saniye içerisinde maksimum ezilme miktarı 60 cm olarak kalmaktadır. Şekil 2.4 ‘te gösterilen veriler 48 km/saat hızla çarpışma içindir. 2.4 Çarpışma Verileri Hakkında Gözlemler ve Tartışmalar Her ne kadar bir önceki kısımda sunulan çarpışma verileri sadece sınırlı bir takıma ait ise de bu tip verilerin birçok karakteristiği bu örneklerde ortaya çıkmaktadır. Tipik çarpışma verilerine ait gözlemler aşağıda özetlenmiştir:
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
17
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ( a ) Çarpışmanın Süresi Bir binek otomobilinin kafadan bir bariyere çarpmasıyla çarpışma fazı süresince gözlemlenebilir ve önemli büyüklükteki ivme pulsu çarpışmadan 80–120 mili saniye sonra sıfırlanmaktadır. Bu tanımlamada bazı istisnalar bulunmaktadır. Fakat hafif yük taşıtlarının büyük bir çoğunluğu bu aralığa düşmektedir. Bu ve bundan sonraki bölümlerde tartışmanın amacı için, bu periyodun süresi “çarpışma süresi” olarak alınacaktır. Bu kitapta çarpışma süresinin tanımı taşıtın nesneyle temasının başladığı andan çarpışma sonucu oluşan ivmenin ihmal edilebilecek bir değere ulaşıncaya kadar geçen zaman aralığıdır. Taşıtın bir bariyere çarpması durumunda, bu süre taşıtın bariyere doğru hareketinin yanında taşıtın bariyere çarptıktan sonra geri sıçrama periyodunu da içine alır. Taşıt taşıta olan bir çarpışma için, süre temasın başlamasıyla başlar ve taşıtlar birbirinden ayrılıncaya kadar devam eder.
Şekil 2.7 Taşıtın 48 km/saat hızla 30 derecelik bir açıyla bariyere çarpmasıyla elde edilen çarpışma verisi
Bir çarpışmanın süresi çarpışma tipinde olduğu gibi taşıtın kendisiyle de ilgili bir karakteristiktir. Bir taşıt ve bir nesnenin arasındaki temas alanının yapısal özellikleri, iki nesnenin bir çarpışmada birbirleriyle nasıl etkileşimde olacaklarını belirler. Mesela, aynı taşıt rijit bir bariyere, şekil değiştirebilen bir bariyere veya bir direğe çarparak farklı ivme sinyalleri üretsin. Taşıtın ön yapısı katı ise, ağır yük kamyonları gibi, bir binek otomobilinin aynı hızda aynı nesneye çarpmasına göre daha farklı bir sinyal üretilecektir. ( b ) Yumuşak ve Sert Çarpışmalar Farklı tipteki çarpışmalarda aynı noktadan ölçüm yapılsa bile, taşıtın 48 km/saat hızla bir bariyere çarpması ile 30 km/saat hızla bir direğe çarpması gibi, farklı ivme eğrileri elde edilir. Çarpışma sinyalleri incelendiğinde, farklı çarpışma koşullarında taşıtın şekil değiştirme miktarının farklı olmasının yanında yolcunun hareket miktarının da farklı olduğu görülür. Algılama sisteminin dizaynı ivme sinyali ve yolcunun hareketi ile yakından ilgili olduğu için, çarpışma tipi kritik bir tasarım faktörüdür.
18 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 2.8 Taşıtın 48 km/saat hızla direğe çarpmasıyla elde edilen çarpışma verileri
Şekil 2.9 Taşıtın 48 km/saat hızla bir direğe çarpmasıyla elde edilen çarpışma verileri
Tartışmanın amacı için, çarpışmalar “yumuşak” ve “sert” çarpışmalar olarak sınıflandırılmıştır. Yumuşak bir çarpışmada, çarpışma süresi uzun iken sert bir çarpışmada çarpışma süresi daha kısadır. Mesela, taşıt belirli bir açıyla bir bariyere, şekil değiştirebilen bir bariyere ve direğe çarpması aynı taşıtın kafadan rijit bir bariyere çarpmasına göre daha yumuşak bir çarpışmadır. Açısal bariyer çarpışmaları ve direğe çarpmalar, kafadan bariyere çarpmaya göre genellikle %20–50 daha uzun süreli ivme sinyalleri oluşturur. Bunun yanında ön tarafı katı olan bir ağır yük kamyonu, ön tarafı yumuşak olan bir binek otomobiline göre aynı nesneye çarptığında daha “sert” çarpışma sinyali oluşturacaktır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
19
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ( c ) Çarpışma Sinyallerinin Taşıt Tipine Bağımlılığı Eğer iki taşıt önemli derecede farklı yapılara sahip ise, bunlar birbirlerinde çok farklı çarpışma sinyalleri üretebilir. Diğer bir deyişle, eğer taşıtların yapıları karşılaştırılabilir bir seviyede ise çarpışma sinyalleri benzer olabilir. Ayrıca yapısı daha katı olan taşıtın çarpışma süresini kısalacaktır. Genel olarak, binek otomobiller pick-up kamyonlar veya arazi taşıtlarına göre daha yumuşaktırlar. Ufak boyutlardaki taşıtların çarpışma süresi, “yumuşak” bir ön tarafa da sahiptirler, bazı büyük taşıtlara göre daha kısa olabilir. Bunun nedeni çarpışmanın motor veya taşıtın çerçevesini etkilemeden önce sadece sınırlı şekil değiştirmeye izin verilmesidir. ( d ) Çarpışma Sinyallerinin Çarpışma Tipine Bağımlılığı Bir çarpışma, bir taşıt ve nesne arasındaki etkileşimle karakterize edilebilir. Bu yüzden çarpışmanın tipi, çarpışma verilerinin özelliklerinin belirlenmesinde baskın bir faktördür. Açıyla bariyere ve direğe çarpmalarda, temas ön kısmının tümü yerine sadece bir kısmının şekil değiştirmesiyle temas başlar. Taşıtın direğe çarpmasında, temasın olduğu bölgede yığılmış şekil değiştirme meydana gelir. Bu çarpışmalardan sonunda elde edilen sinyal çarpışmanın başlangıcına göre daha zayıftır. Eğer çarpışma daha büyük şekil değişikliği meydana getirecek kadar şiddetli ise sinyaller daha güçlü hale gelir. Çarpışma koşulları, laboratuar düzeneğinde gözlemlenen ile nadiren benzerlikler barındırmaktadır. Fakat, gerçek dünyada, çarpışma koşulları biraz farklıdır. Ağaç, direk veya bariyer ile taşıtların açılı olarak çarpışması taşıtın kafadan duvara çarpmasına göre daha sık görülmektedir. Taşıt taşıta olan çarpışmaların kafa kafaya olması gerekli değildir. Fakat çoğunlukla eksantrik veya ortalanmamış şekilde meydana gelirler. Bu gerçek dünya koşullarından alınan çarpışma verileri, çarpışmayı algılayan sistemlerin tasarımında dikkate alınmak zorundadır. Genellikle standart bir çarpışma kütüphanesinde belirli tip çarpışmalar veya olaylar için eldeki veri azlığı sensör tasarımı için de geçerlidir. Pek sıradan olmayan çarpışmalar: ( 1 ) Yumuşak Yastık Çarpışmaları Yastıklama yapıları genellikle otoyolların ayrım noktalarında veya ücret ödeme bölgelerinde bulunmaktadır. Bu yapılar, görece daha yumuşak olduğundan orta veya uzun süreli çarpışma sinyali üretirler. ( 2 ) Direğin Kırılması Bu tipteki darbe, başlangıçta biraz daha güçlü ve sonrasında aniden düşen veya zayıflayan fazda bir ivme sinyali ile karakterize edilirler. Bu tip bir sinyal, bir nesneyle çarpışıldığında başlangıç darbesinde sonrasında ise taşıtın hareketine devam etmesini sağlayan olaylarda görülür. ( 3 ) Taşıt Altından Engelleme Bu tip çarpışma taşıtın ön tamponunu içermez. Nesne motorun ve taşıtın alt tarafına takılarak taşıtın aniden yavaşlamasına neden olur. Eğer nesne zemine sağlam tutturulmuş ise son derece kuvvetli fakat kısa süreli ivme pulsunun oluşmasına neden olur.
20 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ( 4 ) Taşıtın Altına Girme veya Taşıtın Üstüne Çıkma Taşıtlar fren uygulandığında başvurma eğilimine sahiptir ki bu durum çarpışmadan önce sıklıkla görülür. Birçok binek otomobili eğimli bir motor kaputuna ve düşük ön tampona sahip olacak şekilde tasarlanır. Ayrıca, her bir taşıtın tamponunun yüksekliği çarpışmada önemli rol oynar. İki taşıt çarpıştığında bu faktörlerin tümü birleşerek ya taşıtın altına girmeye ya da taşıtın üstüne çıkmaya neden olur. Bu tip durumlardaki ivme sinyalleri başlangıç devresinde az olabilir, bazı durumlarda pulslar zayıflatılabilir. Çünkü taşıtın başvurmasından dolayı parçanın kinetik enerjisi giderek azalır. ( e ) Çarpışma Sinyallerinin Çarpışma Hızına Bağımlılığı Bir çarpışma olayında taşıtın çarpışma hızı, hasarın boyutunu ve ivme pulslarının büyüklüğü doğrudan etkilemektedir. Şekil 2.5 ve 2.6 yeniden gözden geçirildiğinde açık olarak iki farklı durumda ivme değerlerinin birbirinden çok farklı olduğu görülmektedir. Ancak, iki çarpışmadaki çarpışma süresi yaklaşık olarak aynıdır. Diğer birçok taşıtın çarpışma verileri de şu enteresan olayı göstermektedir: Aynı tip çarpışmalarda çarpışma süresi yalnızca çarpışma devri ile çok az değişmektedir. Buradan çarpışma süresinin, çarpışma devrinden çok çarpışma tipine daha bağlı olduğu görülmektedir. Kısım 2.4.1 ‘de bu olay matematiksel olarak incelenmiştir. ( f ) Ezilen Bölge ve Ezilmeyen Bölge Bir taşıt üzerinde farklı konumlardan ölçülen çarpışma pulsları birbirinden çok farklı olabilir. Önden bir çarpışmada radyatör veya tampona daha yakın bir konumdan ölçülen çarpışma pulsları çok daha şiddetli olacaktır. Çünkü doğrudan darbe veya yapıda bozulma meydana gelmektedir. Şekil 2.10 ‘da Şekil 2.2 ‘de gösterilen veriyle beraber ivme eğrisinin integralinin alınmasıyla elde edilen hız ( devir değişim ) eğrisi görülmektedir. Ezilme bölgesinden alınan sinyalde önemli bir şey dikkatleri çekmektedir. Bu sinyalin değişken ve salınımlı olmasıdır. Bunun nedeni konumdan dolayı, ölçme aygıtının veya sensörünün doğrudan darbelere maruz kalması ve sonrasında aşırı derecede hareket etmesi, aygıtın veya sensörün yerinde dönmesi veya sensörün bağlantısından kurtulması olabilir. Bu tip bir hareket, Şekil 2.10’ da gösterildiği gibi devir eğrisinde ani sıçramalarla oluşabilir. Ani bir darbe sonrasında ölçme aygıtının hareketi tahmin edilemeyebileceğinden, sensörün böyle bir darbe veya yapıda bozulma meydana geldiği anda işlevlerini yerine getirip getiremeyeceği önemlidir. Aksi halde, algılama aygıtının yerinden çıkması veya yerinde dönmesi sonraki ölçümlerin anlamını yitirmesine neden olacaktır. Ezilen ve ezilmeyen bölgede gözlemlenen pulslar aşağıda özetlenmiştir: ( 1 ) Ezilme bölgesi, bir çarpışmada taşıtın doğrudan darbeye veya şekil değişikliğine maruz kaldığı kısımdır. Bu bölge, belirli bir çarpışmada hızla ilerler ve farklı çarpışmalarda taşıtın farklı kısımlarına yayılır. Mesela, 10 km/saat hızla meydana gelen bir çarpışmada taşıtın sadece ön tamponu ezilme bölgesini oluşturur. Fakat 80 km/saat hızla bir bariyerle olan çarpışmada, ön taraftaki motor bölümünün tümü ezilme bölgesinde olabilir. ( 2 ) Ezilme bölgesi sinyalleri, doğasından dolayı geçici ve salınımlıdır. Yüksek ivme değerleri ve devirdeki ani değişim bu pulslarda çok yaygındır. Ön tamponun yakınından veya arkasından alınan ölçümler ezilme bölgesinin konumu ile ilgili bilgiler taşır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
21
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 2.10 Taşıtın 48 km/saat hız ile bir bariyere çarpmasıyla ön taraftan elde edilen çarpışma verileri
( 3 ) Ezilmeyen bölgelerden alınan pulslar daha yumuşak yapıdadırlar. Devir değişim eğrileri çoğunlukla, taşıtın çarpışma süresi boyunca nasıl yavaşladığını belirten yumuşak eğimlere sahiptir. Yolcu kabininden, B sütunu gibi, alınan ölçümler ezilmeyen bölgenin konumu hakkında bilgi verir. Ezilen ve ezilmeyen bölgelerden alınan çarpışma verilerinin ayrık doğaları göz önüne alındığında, bu iki konum için tasarlanan sensörler farklı duyarlılık ve karakteristiklere sahip olmalıdır. Ön veya ezilme bölgesi sensörleri, reaktif olmaya yatkındır. Çünkü bunlar taşıtın şekil değiştiren bölümüne çok yakındır. Ezilmeyen bölge sensörleri ise tahmin edici konumunda olmak zorundadır ve bu yüzden daha hassas olmalıdırlar. Çünkü bunlar ezilme bölgesinin arkasından “filtrelenmiş” sinyalleri almaktadırlar. Bir taşıtta sensörleri değişik bölgelere yerleştirme stratejisi Bölüm 7’ de ayrıntılı olarak açıklanmıştır. 2.4.1 Basitleştirilmiş Matematiksel Model ve Çarpışma Süresi Bir çarpışmada taşıtın şekil değiştirme davranışını tamamen anlayabilmek veya tahmin edebilmek için, çeşitli yapıların karmaşık olarak modellenmesi ve ezilme bölgesindeki değişik yapıların ve malzemelerinin detaylı olarak analiz edilmesi gereklidir. Aşağıdaki işlemler sadece basit bir yaklaşımdan oluşmaktadır. Taşıtın hareketinin ikinci dereceden diferansiyel bir denklemle aşağıdaki şekilde modellenebileceğini kabul edelim:
Bu denklem için başlangıç koşulları ise;
olsun.
22 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Burada; x(t): m kütlesinin zamanın fonksiyonu olarak yer değiştirme miktarı c: Damperleme katsayısı k: Yay sabitidir. Bu modelin şematik gösterimi Şekil 2.11’ de verilmiştir. Bu modelde, taşıtın noktasal bir kütleden ibaret olduğu ve nesneye temasının bir yay ve damper ile yapıldığı kabul edilmektedir.
Şekil 2.11 Bir yay-kütle-damper sisteminin modeli
Damperleme katsayısı ve yay sabiti taşıtın yapısını ve nesnenin doğasını belirten fonksiyonlara aittir. t=0 anında, kütle v0 başlangıç hızıyla hareketine başlamakta, çarpışma başladığında ise kütle yay ve damperi sıkıştırmaktadır. Damperleme başladığında, yukarıdaki diferansiyel denklem için aşağıdaki çözüm kullanılabilir [2]; Burada; ve
dir. Başlangıç koşulları için çözüm yapıldığında, aşağıdaki özel çözüm elde edilir:
Bundan başka, kütlenin geriye sıçramadan önce erişebileceği maksimum yer değiştirme miktarı için periyot t1;
denklemi ile elde edilebilir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
23
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Diğer bir deyişle, t1 m, c ve k’ nın bir fonksiyonudur: t1 = f (m, c, k ) Yukarıdaki örnek, çarpşma süresinin arayüz parametrelerinin bir fonksiyonu olduğunu açıkça göstermektedir. Buna göre damperleme katsayısı ve yay sabiti aynı kaldığı sürece çarpışma süresi değişmeyecektir. Bu yüzden taşıt yapısının dinamik özellikleri, katılık ve damperleme katsayısı dâhil olmak üzere, şekil değiştirme oranına bağlıdır. Yukarıdaki basitleştirilmiş model ayrıca, çarpışma tipinin değişmesiyle çarpışma süresinin değişeceğini de göstermektedir. Şekil değiştirebilen bir bariyer söz konusu olduğunda, bir an için, yay daha yumuşak olacaktır ve sonuç olarak çarpışma süresi uzayacaktır. Buna benzer şekilde, eğer rijit bir bariyer söz konusu ise yay daha katı olacak ve çarpışma süresi kısalacaktır. 2.4.2 Momentumun Değişimi ve Çarpışma Süresi Bir çarpışma meydana geldiğinde, taşıtın momentumu – taşıtın kütlesi ve hızının çarpımı ile tanımlanır- değişir. İki taşıt birbiriyle çarpıştığında, birinci taşıtın momentumundaki değişim ikinci taşıtın momentumundaki değişime eşittir. Bu yüzden, eğer birinci taşıt ikinci taşıttan daha ağır ise ( m1 > m2 ), birinci taşıtın hızındaki değişim ikinci taştın hızındaki değişimden daha az olacaktır ( ∆v1<∆v2 ). Daha ağır olan taşıtta daha az devir değişimi meydana gelir, ancak iki taşıt içinde çarpışma süresi aynı kalır. Taşıt bir nesneyle çarpıştığında, sonsuz küçük zaman aralığında momentum değişimi; d(mv) = F.dt dir. Bu ifade momentumdaki değişimin uygulanan kuvvetin ve zaman artışının çarpımına eşit olduğunu göstermektedir. Eğer m değişmiyorsa, denklem sonlu bir zaman aralığı için aşağıdaki şekilde yazılabilir: m. ∆v = Favg. ∆t Bu denklem, momentumdaki toplam değişimin, ortalama kuvvet ve temas süresi veya çarpışma süresi ile çarpımından oluşmaktadır. Yumuşak darbede, ortalama kuvvet daha azdır ve süresi daha büyüktür. Benzer olarak, sert bir darbede, aynı hız değişimiyle ortalama kuvvet daha büyüktür ve çarpışma süresi daha azdır. Bu denklem, bir çarpışmadaki çarpışma süresinin ve ortalama ivmenin veya kuvvetin birbirleri arsındaki ilişkiyi göstermektedir. 2.5 Sensör Tasarımı için Çarpışma Kütüphanesi Önceki bölümlerde, çarpışma sinyallerinin çarpışma tiplerinden veya taşıt tiplerinden ayrık doğası üzerinde duruldu. Amaçlanan tasarım için geliştirme safhasında tatminkâr ve anlamlı sonuçlar veren veri çiftlerinin çarpışma kütüphanesinde toplanması çok önemlidir [3, 4]. Mesela, her ne kadar, çoğu standart testler taşıtın bariyere çarptırılması şeklinde yapılıyorsa da, gerçek dünyada taşıtların birbirlerine çarpması daha sık meydana gelmektedir. Çarpışma kütüphanesinde çarpışma testlerinin birinci grubu, yaygın olmayan durumlardan – düşük hızla çarpışmalar veya arazide çarpışmalar – oluşmaktadır. Düşük hızlı çarpışmalar 10–
24 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 14 km/saat hızla bir taşıtın bariyere çarpması durumudur. Arazi testleri ise taşıtın çukurlar veya tümsekler bulunan kötü koşullara sahip test yollarında yapılır. Bazı üreticiler, ayrıca bu kategoriye hayvanlar veya küçük nesneleri de eklemektedir. Çarpışma testlerinin ikinci grubu orta seviye veya orta seviye üstündeki – çarpışma devrinin 20–40 km/saat olduğu - çarpışmalardan oluşmaktadır. Kafadan bariyere çarpma, açıyla bariyere çarpma ve direğe çarpmalarda dâhil olmak üzere çarpışma tipleri farklılık gösterebilir. Bu veri çiftleri genellikle en azından bir çarpışma koşulunu içerir. Mesela, 20–24 km/saat hızla taşıtın bir bariyere çarpması örnek olarak verilebilir. Çarpışma testlerinin üçüncü grubu çeşitli tiplerdeki – kafadan bariyere çarpma, açıyla bariyere çarpma, direğe merkezden çarpma ve direğe eksantrik çarpma gibi – yüksek hızlarda yapılan testleri içermektedir. Tipik çarpışma kütüphanesi en azından bir tane 48 km/saat hızla kafadan çarpma ve bir tane 48 km/saat hızla 30 derecelik bir açıyla taşıtın bariyere çarpma testlerini içermelidir. Böylece elde edilen çarpışma verileriyle hükümetin düzenlemelerine hazır olunabilir. Bazı üreticiler ayrıca kütüphanelerinde daha yüksek hızlarla yapılmış testleri de bulundurmaktadır. Çarpışma kütüphanesi, farklı tiplerdeki diğer testleri de içermelidir. Mesela, bariyer testleri tam ve eksantrik konfigürasyonda yapılmalıdır. Bunun yanında otomobillerin birbirleriyle farklı açılar altında yanal çarpışmaları da yapılmalıdır. Ayrıca, taşıtın altına girme veya üstüne çıkma koşulları da çarpışma kütüphanesine eklenmelidir. 2.6 Özet Bu bölümde, çarpışma verilerinin analizi için sabit ve hareketli koordinat sistemlerinin uygulanma teknikleri açıklanmıştır. Çarpışma verileri ile ilgili örnekler verilmiş ve farklı çarpışma tiplerinin karakteristikleri anlatılmıştır. Bölüm, çarpışmanın algılanması için yapılan tasarımda gerekli olan tipik bir çarpışma kütüphanesi hakkında bilgi verilmesiyle bitirilmiştir. Çarpışma analizinde, bir çarpışmada bir taşıtın ve içindeki yolcuların cevabını araştırmak için temel teknikler kullanılmıştır. Bu bölüm, okuyucuya çarpışma analizi hakkında temel bir fikir vermektedir. Bir sonraki bölümde çarpışmanın algılanma kriteri için kullanılan analitik teknikler hakkında bilgi verilecektir.
Referanslar 1. J.L.Meriam, Dynamics, John Wiley and Sons Inc., New York, 1975 2. Shock&Vibration Handbook – Third Edition, Editör Cyril M.Harris, McGraw Hill Inc., New York, 1988 3. D.S. Breed ve diğerleri., “Are Barrier Crashes Sufficient for Evaluating Air Bag Sensor Performance ?” SAE Paper No.900548 4. W.T.Hollowell ve R.J.Hitchcock, “Improved Frontal Impact Crash Test Data” SAE Paper No.946148
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
25
Not alma amacıyla boş bırakılmıştır
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 3 Çarpışmanın Algılanma Kriteri Bir önceki bölümde, çarpışma analizi anlatılmış ve bir çarpışma meydana geldiğinde taşıtın ve yolcularının cevaplarını incelemek için kullanılan tekniklere kısaca değinilmişti. Bu bilgiden yararlanarak, bu bölümde güvenlik sistemlerinin çalışma koşulları ve sistemin çalışmaya başlaması için uygun zamanlamayı nasıl belirlediği açıklanmıştır. Sistemin çalışmaya başlaması sensörün ateşlenmesi veya tetiklenmesi olarak tanımlanan, bir elektrik sinyalinin gönderilmesi veya bir mekanik mekanizmanın serbest bırakılmasıyla olmaktadır. 3.1 Çarpışma Şiddetinin Eşik Değeri: Bir Hava Yastığının Çalışmasına Ne Zaman İhtiyaç Duyulur? Yolcu güvenlik sistemleri bir çarpışma meydana geldiğinde yolcunun hareketinin azaltılması için tasarlanırlar. Böyle bir sistemin tasarımında akla gelen ilk soru şudur: “Hangi darbe koşullarında bu sistemler çalışmaya başlar? “. Eğer bir yolcu bir çarpışmada korunmuyorsa, yolcu direksiyon simidi veya diğer içyapılarla temasa geçebilir. Ufak bir çarpışmada, hava yastıklarına gerek kalmadan yolcunun sadece emniyet kemerini takmış olmasıyla yolcu korunabilir. Fakat yüksek şiddetli bir çarpışmada, yolcunun ciddi olarak yaralanma olasılığı çok daha fazladır. Kısaca, yolcunun güvenliği emniyet kemerleri ile de sağlanabiliyorsa da yüksek hızlarda meydana gelen çarpışmalarda emniyet kemerleri yeterli koruma sunamayabilir [1–4]. Bir yolcu bir çarpışma sırasında korunmuyorsa, yolcunun gövdesi ileriye hareket edecek ve belirli bir devirde taşıtın içi ile temasa geçecektir. Bu durum çarpışma koşullarına, yolcunun oturma pozisyonuna ve taşıtın içyapısına bağlıdır. Bu temas bazen “ikincil darbe” olarak adlandırılır. Yolcunun yaralanma seviyesi, bu ikincil darbenin şiddetine bağlıdır. İkincil darbenin devri, Bölüm 2’ de anlatılan hareketli koordinat analizinin kullanılmasıyla elde edilebilir. İkincil darbenin devri ve sonuç olarak meydana gelen yaralanmalar, bir güvenlik sisteminin eşik değerinin belirlenmesinde birincil faktördür. Ön tarafta kullanılan hava yastığı sistemlerinin çoğu, 16 km/saat veya daha fazla hızlarda bir çarpışma meydana geldiğinde açılmaktadır. Burada eşik değerinin açıkça belirlenmesi önemlidir. Eşik değeri için devir değişimi ele alınır – taşıtın mutlak devriyle bir ilgisi yoktur -. Mesela, bir taşıt 16 km/saat hızla rijit bir bariyere çarptığında devir değişimi 16 km/saat veya geri sıçramayla biraz daha fazladır. Diğer taraftan, 32 km/saat hızla birbirine yaklaşan aynı ağırlıktaki iki taşıt kafa kafaya çarpıştığında her iki taşıt için de devir değişimi 32 km/saat olacaktır. Bunun yanında her biri 16 km/saat hızla birbirlerine doğru seyir halinde olan veya birisi 32 km/saat ile seyir halinde iken diğeri durgun halde olan iki taşıt çarpışırsa her birinin devir değişimi 16 km/saat olacaktır. Bir fikir vermesi açısından, serbest düşen bir cisim düşünülebilir. Eğer cisim zeminden 1m yükseklikten serbest düşmeye bırakılırsa zemine 16 km/saat hızla çarpacaktır. Çarpışma koşullarının gerçek dünyadakinden farklı oluşu ve sensörlerin üretim toleranslarından dolayı sistemin çalışacağı eşik değeri 16 km/saat veya bir diğer tasarım değerine hassas olarak ayarlanamaz. Gerçekte, eşik değer genellikle bir değere sahip olma yerine belirli bir değer aralığına sahip olacak şekilde ayarlanır. Kafadan bariyere çarpmalarda emniyet kemerini takmayan yolcular için, eşik değeri aralığı 13-22 km/saat tir. Bu sayılar taşıt
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
27
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan üreticilerine ve taşıt modellerine göre farklılık gösterir. Bu eşik değeri aralığı aşağıdaki gereklilikleri sağmalıdır: (1) En düşük devir değerinde daha düşük sınır değerdeki darbeler için sistem çalışmamalıdır. (2) En yüksek devir değerinden daha büyük değerlerde sistem çalışmalıdır. (3) Eşik değeri aralığına düşen durumlarda ise sistem çalışmalı veya çalışmamalıdır. Çalışma eşik aralığı, darbe tipi ve darbe koşulları gibi birkaç faktörden etkilenir. Ayrıca, çalışma eşik aralığı taşıtın içi ve yolcu durumuna göre düzenlemeye uygun olarak tasarlanmalıdır. “Akıllı” hava yastığı sistemlerinde sistemin performansı potansiyel faktörlerin göz önüne alınmasıyla ayarlanabilir olarak tasarlanmaktadır. Bu “akıllı” kavramların bazısı, emniyet kemeri kullanılmasıyla çalışma eşik aralığı değerinin değişmesi gibi, hava yastığının geliştirildiği ilk yıllarda kullanılması amaçlanmıştır [5]. Bir sonraki nesilde akıllı özelliklerin kullanılabilecek olmasıyla, gittikçe daha fazla yeni taşıtın bu akıllı güvenlik sistemler ile donatılacağı beklenilmektedir. Akıllı güvenlik sistemleri ile ilgili daha ayrıntılı bilgi Bölüm 9’ da verilmiştir. 3.2 5 İnç Eksi 30 Mili Saniye Kuralı ve Sensörün Tetiklenme Zamanı Bir algılama sisteminin duyarlılığı, çalışacağı eşik aralığı seçildikten saptanır. Bununla ilgili bir konu da “sensörün ne zaman tetikleneceğidir”. Bir hava yastığı sisteminin zamanlaması son derece kritiktir. Algılama sistemi, bir yolcunun hareketini zamanında, yeteri kadar engelleyecek şekilde tetiklemesini yapmak zorundadır. Bir hava yastığı sisteminin verimi, yolcu aşırı şekilde ileriye hareket etmeden önce hava yastığının zamanında açılıp açılmamasına bağlıdır. Sensörün tetikleme zamanının belirlenmesinde çok yaygın olarak “5 inç eksi 30 mili saniye” kuralı kullanılır. Bu kural hava yastığının geliştirildiği ilk yıllarda ortaya çıkmış ve kullanılmaya başlanmıştır. Bu kural şunu ifade etmektedir: Yolcu ileriye doğru 5 inç yer değiştirdiğinde geçen süreden 30 mili saniye çıkarılarak sensör için gerekli olan tetikleme zamanı bulunur. Bu kural aşağıdaki kabulleri içermektedir: (1) Bir çarpışma olduğunda hava yastığının tamamen açılması ile yolcunun kafası veya göğüs kafesi arasında oluşan mesafe yolcunun normal oturma konumunda iken 5 inç olmalıdır. Mesela, bir çarpışmadan önce sürücünün göğüs kafesinin direksiyon simidinden 15 inç ve açılan hava yastığının 10 inç açıldığını farz edelim. Buna göre sürücü 5 inç ileriye doğru hareket ederse hava yastığı ile temasa geçecektir. (2) Patlatıcı bir kere sensörün tetikleyici sinyalini aldı mı, hava yastığının tamamen şişmesi için gereken süre 30 mili saniyedir. Bu kabul sürücü tarafında kullanılan hava yastıklarının önceki modelleri için genel olarak doğrudur. Fakat bu süre yolcu tarafında kullanılan hava yastıkları için daha uzun olacaktır. 5 inçlik hareket süresinden bu 30 mili saniyelik süre çıkarıldığında gerekli olan sensör tetikleme zamanı bulunur. Bu kabuller çok basitleştirilmiştir. Çünkü mesafeler ve süreler birçok faktörden etkilenmektedir. Yolcuların farklı boyutlarda olması ve değişik pozisyonlarda oturuyor olmaları direksiyon simidi veya gösterge paneline olan mesafelerin farklı olmasına neden olur. Farklı performans karakteristiklerine sahip patlatıcılar farklı patlatma zamanları gerektirmektedir. “5 inç 30 mili saniye” kuralı bu yüzden sensörün tetikleme zamanının birinci dereceden yaklaşımı için yeterli olmaktadır. Fakat bu sayıların esnek olarak
28 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan ayarlanması gerektiği akıldan çıkartılmamalıdır. Bundan dolayı genel olan “5 inç -30 mili saniye” kuralını kullanmak yerine, “ x inç –y mili saniye”, burada x ve y değişkenleri özel durumlara uygun olarak değişmektedir, kriterinin kullanılması daha uygun olur. Şekil 3.1 ve 3.2’ de sensörün tetikleme zamanının grafikten nasıl belirleneceği gösterilmektedir. Şekil 3.1 varsayılan çarpışmadan alınan ve korunmayan yolcunun devrinin ve ileriye hareketinin çarpışma süresince nasıl ilerlediğini gösteren bir devir değişim eğrisi ile bir yer değiştirme eğrisinden oluşmaktadır. Yolcunun normal oturma konumu ve hava yastığının tamamen şişmiş olduğu durumda aralarındaki mesafe “serbest mesafe” olarak adlandırılmaktadır. Serbest mesafe yolcunun boyutları ve oturma pozisyonuna göre değişiklik göstermektedir. Yolcunun serbest mesafeye eş değer bir mesafeyi kat edebilmesi için gereken zaman ve hava yastığının tamamen açılması için gereken zaman Şekil 3.1’ de gösterildiği gibi belirlenebilir. Bundan başka, hava yastığının açılması için ihtiyaç duyulan zaman Şekil 3.2’ de gösterildiği gibi bu özel çarpışma için gerekli sensör tetiklenme zamanının hava yastığının tamamen patlatılması için gereken zamandan çıkarılması ile belirlenir.
Şekil 3.1 Sensörün tetiklenme zamanı, I: serbest mesafede yolcunun ileriye hareketi için gereken zaman
Şekil 3.2 Sensörün tetiklenme zamanı II: hava yastığının patlatılması için gereken zaman ve sensörün tetiklenme zamanı
Sensörün tetikleme zamanının belirlenmesi için prosedür, çarpışma kütüphanesindeki her bir çarpışma için yenilenir. Hava yastığının açılmasını gerektiren her çarpışma için belirli bir tetikleme zamanı tasarlanmıştır. Tüm bu zaman gerekliliklerini karşılayacak olan algılama
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
29
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan sisteminin performansının garantilenmesi ve çalışmaması gereken koşullarda kapalı konumda kalmasını sağlamak için sensör tasarım kriteri kullanılır. Aşağıdaki tabloda tipik binek otomobillerini kapsayan önden çarpışmanın farklı tipleri için sensörün tetiklenme zamanı verilmektedir. Sayılar kolayca çarpışma tipi ve taşıtın modeline göre farklılık göstermektedir. 3.3 Yolcunun Performans Kriteri Bir önceki kısımda, sensörün tetiklenme zamanının hesaplanması için kullanılan “5 inç -30 mili saniye” kuralı açıklanmıştı. Bu kısımda, uygun sensör tetikleme zamanının belirlenmesi için alternatif bir yol anlatılmıştır. Bu yaklaşım, F.Shokoohi [6] tarafından teklif edilen yolcunun performans kriterini ( OPC ) kullanmaktadır. Bu yaklaşım kendine özgüdür. Çünkü, tasarım aşamasında yolcunun hareketi ve yolcunun hareketini engelleyen emniyet kuvvetini birleştirmektedir. Aşağıdaki bilgiler referans gösterilen yayımdan alınmıştır. Bir yolcunun hareketi, bir hava yastığı ile engellendiğinde, hava yastığının oluşturduğu engelleme kuvveti ( emniyet kuvveti ) yolcunun hareketini yavaşlatır. Eğer emniyet yükü yeterli değilse, yolcu hareketine devam edebilir ve taşıtın içindeki sert bileşenlerle temasa geçebilir. Eğer yük aşırı derecede fazla ise emniyet kuvveti yolcunun pek de arzu edilmeyen bir şekilde yaralanmasına neden olacaktır. FMVSS 208 ‘e göre 48 km/saat hızla olan bir çarpışma için göğüs kafesinin ivme değeri 60g ‘den az olmalıdır. Tasarım aşamasında, göğüs kafesi için maksimum ivme değeri 48g olarak belirlenip standartta belirtilen değerin kesin olarak sağlanması amaçlanır. FMVSS 208 de ayrıca femur yükünün 1.020,58 kg ‘dan az olması, kafa yaralanma kriterinin 1000 ‘den az olması ve göğüs kafesinin sıkışmasının 7,62 santimetreden az olması gerektiği belirtilmiştir. Bir hava yastığının yolcu üzerinde oluşturduğu kuvvet, yolcunun hareketi boyunca artar, hava yastığının inmesi ile azalır. Şekil 3.3’ te bir yolcunun bir hava yastığı ile etkileşimde olduğu sürece ortaya çıkan kuvvetin tipik profili verilmektedir. Modellemenin ve tasarım iterasyonunu kolaylaştırmak için, profile Şekil 3.3’ te gösterildiği gibi yarım sinüs eğrisi ile yaklaşılır. Yarım sinüs eğrisinin büyüklüğü ve süresi farklı kuvvet seviyelerinin yansıtılması için farklı çarpışmalarda ayarlanabilir olmalıdır. Bir yolcu ve hava yastığı arasındaki etkileşim birçok yan etki meydana getirebilir. Yolcunun ve hava yastığının çarpışması, yolcunun göğüs kafesinin sıkışmasına ve hava yastığının şekil değiştirmesine neden olur. Daha şiddetli bir çarpışmada, eğer kuvvet yeteri kadar güçlü ise, direksiyon sütunu aşağı doğru ittirilebilir. Direksiyon sütununun aşağı doğru yer değiştirmesi “sütun stroku” olarak adlandırılmaktadır. Göğüs kafesinin sıkışmasının, hava yastığının şekil değiştirmesinin ve sütun strokunun toplamı “emniyet uzunluğu” olarak adlandırılmaktadır. “Emniyet uzunluğu”, yolcunun ileri doğru çıkmasında yolcunun izin verilebilecek yer değiştirme miktarını oluşturmaktadır. Teklif edilen yaklaşımda, yolcunun performans kriteri ( OCP ) kullanılarak, yolcunun maksimum hareket miktarı ile yolcunun toplam hareket miktarı karşılaştırılarak sistemin tetiklenmesi için uygun zamanlama belirlenmektedir. Eğer yolcunun hareket miktarı, maksimum hareket miktarını aşarsa bu güvenlik sisteminin uygun zamanlama ile çalışamadığını gösterecektir. Bu arzu edilmeyen durumdan sakınmak için yastığı şişirme kuvveti daha fazla olmalıdır veya hava yastığı daha erken açılmalıdır. Eğer maksimum
30 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan hareket miktarı “yolcunun toplam hareket miktarı” den az ise bu yastığı şişirme kuvvetinin daha az olabileceği veya sensörün tetiklenmesinin biraz daha geciktirilebileceğini gösterir.
Şekil 3.3 Bir yolcunun hava yastığı ile etkileşimi süresince elde edilen emniyet kuvvetinin profili [6]
OPC kullanılarak yapılan tasarım işleminde bilgisayar destekli modelleme ve simülasyondan da yararlanılır. Aşağıdaki örnek, Şekil 3.4’ te gösterildiği gibi 48 km/saat hızla bariyere çarpma işlemini göstermektedir. “5 inç -30 mili saniye” kuralına göre algılama sistemi çarpışmadan 21 mili saniye sonra tetiklenmelidir ve yolcu 51 nci mili saniyede hava yastığı ile etkileşimde bulunmalıdır. Tepe değeri 48g olan yarım sinüs yük eğrisi altında yolcunun 387 mm ileri doğru yer değiştirdiği hesaplanır. İnceleme yapıldığında, “yolcunun toplam seyri” serbest seyir, göğüsün sıkışması, hava yastığının şekil değiştirmesi ve sütün stroku da dâhil olmak üzere – 411 mm olarak belirlenir. “Yolcunun toplam seyri” yolcunun hareket edebileceği maksimum değerden ( 387 mm ) daha büyük olduğunda, emniyet kuvvetinin daha geç oluştuğunu gösterir. Eğer sensörün tetiklenmesi gecikir ve hava yastığı ile temas ertelenirse, yolcu ileri doğru daha fazla hareket edecektir. Birkaç iterasyonla hesap tekrarlandığında, “yolcunun toplam seyri” ( 411 mm )nden yararlanılarak sensörün tetikleme zamanının, Şekil 3.5’ te gösterildiği gibi, 22 mili saniyeden olduğu bulunur. Bu örnekte, sensörün tetiklenme zamanı OPC yaklaşımı ile belirlenmiştir ve “5 inç -30 mili saniye” kuralından sadece 1 mili saniye farklılık göstermektedir. Ancak, OPC ‘nin avantajı diğer durumlar sınandığında daha görünür hale gelmektedir. Orta seviyedeki bir çarpışmada, yolcunun ileri doğru hareketini durdurmak için gerekli olan kuvvet şiddetli çarpışmalarda gereken kuvvetten daha azdır. Bunun sonucu olarak, hava yastığının daha az basınçla doldurulması gerekli engelleme etkisinin sağlanması için yeterli olabilir. Bunun anlamı, yolcunun üzerindeki yükün daha az ve hava yastığının açılma süresinin daha az olacağıdır. Orta seviye üstü çarpışmalarda, sütun strokunun meydana gelmeyeceğine dikkat edilmelidir. Şekil 3.6’ da bir taşıt 22 km/saat hızla direğe merkezden
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
31
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan çarptığında bu özelliklerin sensörün alternatif tetiklenme zamanına nasıl uyarlanacağını göstermektedir.
Şekil 3.4 5 inç -30 mili saniye kriterine göre taşıt 48 km/saat hızla bariyere çarptığında yolcunun seyri [6]
Şekil 3.5 OPC kriterine göre taşıtın 48 km/saat hızla bariyere çarptığında yolcunun seyri [6]
32 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 3.6 22 km/saat hızla bariyere çarpma testi için OPC tasarımı [6]
“Emniyet uzunluğu” 175 mm’ ye kısalmıştır. Çünkü sütun stroku bu çarpışmada meydana gelmemiştir ve “yolcunun toplam seyri” bir önceki örnekle karşılaştırıldığında 411 mm’ den 311 mm’ ye düşmüştür. Ayrıca bu örnekte, hava yastığının açılma zamanı 18 mili saniyeye düşerken göğüs kafesinin yavaşlama ivmesine ait yarım sinüs eğrisi 18g tepe değerine sahip olur. Simulasyonda birkaç iterasyon yapılmasıyla, bu çarpışma için sensörün tetiklenme zamanının maksimum 54 mili saniye olarak bulunur. Diğer taraftan, “5 inç -30 mili saniye” kriteri tetiklenme zamanının 46 mili saniye olmasını gerektirmektedir. OPC kriteri tarafından yenilenen tetiklenme zamanı 8 mili saniye geciktirilmiş olmaktadır. Bu gecikme zamanı algılama sisteminin performansını kötü etkiler. Çünkü algılama sisteminin çarpışma şiddetini algılamak ve ateşlenmemeyi en aza indirmek için şimdi 54 mili saniyelik daha uzun zaman aralığı verilmiştir. Daha şiddetli çarpışma durumuna örnek olarak Şekil 3.7’ de verileri gösterilen 56 km/saat hızla bir bariyere çarpışma verilebilir. Bu durumda, eğer sensörün tetiklenme zamanı “5 inç 30 mili saniye” kuralı ile belirlenmişse, 16 ncı mili saniye olacaktır. Göğüs kafesinin g eğrisinin 48g tepe değerine sahip olduğu kabul edilirse, yolcu “yolcu toplam seyri” olan 411 mm’ den daha fazla hareket etmiş olacaktır. Yolcuyu en iyi şekilde korumak için hava yastığının daha erken patlatılmasına çalışılmalıdır. OPC ile elde edilen sonuç Şekil 3.7’ de gösterilmiştir. Bu şekilde OPC, sensörünün tetiklenmesi için ” yolcu toplam seyri” sınırları içindeki maksimum yer değiştirme olduğunda 13 mili saniye olarak belirlenmiştir. Bu son durum, “5 inç -30 saniye” kuralının yetersizliğini göstermektedir. Buna karşın, OPC yaklaşımı, yolcunun hareketi ve emniyet yükünü dikkate aldığından darbenin şiddetini en aza indirmek için erkenden tetikleme zamanı ihtiyacının olup olmadığını belirler. OPC ‘nin yararları aşağıdaki şekilde özetlenebilir: Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
33
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (1) Yolcunun hareketi ve yolcu üzerindeki emniyet yükünü de dikkate alarak sensör için uygun tetiklenme zamanını ( STT ) belirlemek için alternatif bir yol sunar. (2) OPC’ yi temel alan STT, “5 inç -30 mili saniye” kriterine ( T5 -30 ) dayanan kurallarınkinden farklılık göstermektedir. Şiddetli her çarpışmada, OPC’ yi temel alan STT, T5 -30 larınkine göre her zaman daha erken olmaya eğilimlidir. Düşük hızlı veya orta seviye çarpışmalarda, OPC’ yi temel alan STT, T5 -30 larınkine göre geç kalabilir.
Şekil 3.7 56 km/saat hızla bariyere çarpma testi için OPC tasarımı [6]
Yolcunun göğüs kafesi üzerinde yükler ve diğer parametreleri dikkate almasına rağmen, yukarıda açıklanan OPC analizi sadece sistemin tasarımını basitleştirmektedir. Gerçekte, yolcuların özel bölgelerindeki, kafatası ve boyun gibi, olası yaralanmaların modellenmiş olması zorunludur. Yolcunun uygun konumda bulunmadığı durumları kurgulayan senaryolar sınanmalı ve test edilmelidir. Taşıtın içerisindeki değişiklikler, direksiyon simidinin şekil değiştirmesi ve direksiyon sütununun dönmesi gibi, ayrıca sistemin ve bileşenlerin tasarım özelliklerinde önemli rol oynamaktadır. 3.4 Çarpışmanın Algılanma Karakteristikleri Geçen iki bölümde, hava yastıklarının açılması için sensörün tetikleme yapması için uygun zamanlaması basit bir kural olan “5 inç -30 mili saniye” ve yolcunun performans kriteri ( OPC ) ile açıklanmıştı. Gerçekte, çarpışmanın algılanma kriterinin ayarlanması biraz karmaşıktır. Çünkü bu, sistemin geniş bir aralıkta düşünülmesini gerektirir. Bir tasarım işleminde, analitik ve deneysel çalışmalar gereklidir. Sensörün tahmin edilen ateşleme zamanında yolcu simulasyon modelleri, kızak testleri ve bariyer testlerinde gerçek güvenlik sistemi kullanılarak düzeltmeler yapılmalıdır.
34 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Verimli bir çarpışma sisteminin tasarımı teknik olarak zordur. Bunun için çarpışmayı algılayan bir sistemin işlemleri aşağıdaki karakteristiklere sahip olmalıdır: (1) Tahmin Edebilme Sensörün tetiklendiği an ile hava yastığının tamamen açılmaya hazır olduğu an arasında bir süre bulunduğundan, algılama sistemi tahmin edebilme yeteneğine sahip olmalıdır. Sensör tetikleme yaptığı anda, taşıtın devrindeki değişim son büyüklüğün sadece kesirleri mertebesindedir. Sensörün gözlem veya algılama aralığı sınırlandırılmıştır; halen, sensörler, tek olarak veya hepsi birlikte, bir çarpışmanın erken safhalarında çarpışmanın şiddetine karar vermek zorundadır. (2) Ayırt Edebilme Bir algılama sisteminin, hava yastığını açıp açmayacağına karar verebilmesi çok önemlidir. Sadece sürücüden kaynaklana gereksiz çalışmaları değil aynı zamanda gerekli olmadığında olası zararlar neden olmamak için bu durumları bastırmalıdır. Ateşlenmemeyi önlemede veya yanlış tetiklenmede durumu ayırt edebilmesi zorunludur. (3) Gerçek Zamanlı Görev Yapma Çarpışmanın algılanması görevi gerçek zamanlı yapılması gereken bir uygulamadır. Bunun anlamı, çarpışmanın algılanması için kullanılan algılama yönteminin, çarpışma pulsu alınır alınmaz işlevini göstermesidir. Algılama sistemi, çarpışma pulsunun bitmesini beklemeden olayı analiz etmeli ve buna göre davranmalıdır. Sensör tetiklendiği zaman sorunu aşmak için elde çok az çarpışma verisi mevcuttur. Yukarıda listelenen üç karakteristik birbirleriyle bağlantılıdır. Eğer bir algılama sistemi çok hassas ise çarpışmaları daha önceden algılama veya daha iyi tahmin yapabilme yeteneğine sahip olur. Fakat aşırı derecede duyarlı bir sistem daha az ayırt edebilme yeteneğine sahip olacaktır. Çünkü sensörün tetikleme zamanı ile ilgili karar vermesi gerçek zamanlı olarak yapılır ve tetiklenme sinyali bir kere gönderildi mi geriye dönüşü yoktur. Bunun için algılama sistemi ayırt edebilme yeteneğine sahip olmalıdır. Bir algılama sisteminde başarılı olmanın sırrı bu özellikleri aynı anda sağlıklı bir biçimde yerine getirebilmede yatmaktadır. 3.5 Özet Bu bölümde hava yastığı sistemleri için algılama kriterinin yerine getirmesi gereken prosedürler açıklanmıştır. Sensörün gerekli olan tetiklenme zamanının birinci dereceden yaklaşımı için basit bir yaklaşım olan “5 inç -30 mili saniye” kuralı anlatılmıştır. Bu kurala daha karmaşık bir yöntem olan yolcunun performans kriteri ( OCP ) – yolcunun hareketi ve emniyet kuvvetlerini hesaba katan – alternatif olarak sunulmuştur. Sensörün tetiklenme zamanının etkin olarak belirlenmesi analitik ve deneysel çalışmaların bir arada yapılmasını gerektirmektedir. Hava yastığı sistemi için algılama kriterinin belirlenmesi ile tasarım işleminde bir sonraki görev olarak algılama yönteminin seçimi gelmektedir. Sonraki bölümlerde aşağıdaki sorulara cevap aranmıştır: (1) Çarpışma pulslarından algılama için hangi sinyaller veya bilgiler kullanılabilir?
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
35
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (2) Bu sinyallerin veya bilgilerin alınması için ne tip aygıtlar kullanılabilir? (3) Bu aygıtlar taşıt içerisinde en uygun nereye yerleştirilebilir?
Referanslar 1. Y-C.Deng, “How AirBags and Seat Belts Work Together in Frontal Crashes”, SAE Paper No.952702 2. J.R. Hill ve diğerleri, “Car Occupant Injury Pattern with Special Reference to Chest and Abdominal Injurşes Caused by Seat Belt Loading”, International IRCOBI Conferences on the Biomechanics of Injurşes, Verona, Italy, September 1992 3. R.N. Gren ve diğerleri, “Case Studies of Severe Frontal Collisions Involving FullyRestrained Occupants”, 31st Annual Meeting of American Association for Automotive Medicine, New Orleans, Louisiana, September 1987 4. Y.Serizawa, “Evalution of Seat Belt System and Dummy Characteristics”, SAE Pape No.746042 5. W.Reidelbach ve H.Scholtz, “Advanced Restraint System Concept”, SAE Paper No.790321 6. F.Shokoohi, “Occupant Performance Criterion”, SAE Paper No.950873
36 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 4 Çarpışmayı Algılama Kavramları Önceki iki bölümde, çarpışma verilerinin analizi ve sensörün tetiklenmesi için uygun zamanın karar verilmesinde kullanılan prosedürler açıklanmıştır. Bu bölümlerde anlatılan teknikler, bir algılama sisteminin performansının iyileştirilmesinde karşılanmasında kullanılabilir. Bundan sonraki soru algılama sisteminin nasıl iyileştirileceğidir. Bu bölümde, birkaç tane çarpışma algılama kavramı açıklanacaktır. Kısım 4.1’ de algılama için uygun olan olası sinyaller anlatılmıştır. Kısım 4.2’ de hıza bağlı algılama kavramına ayrılırken Kısım 4.3 taşıtın şekil değiştirmesi dayanan kavrama ayrılmıştır. Kısım 4.4’ de elektronik algılamanın temellerine giriş yapılmıştır. Bu kısımlarda algılama donanımlarının tasarım prensipleri için tanımlamalar verilmiştir. Bölüm 5 ve 6’ da tek başına kullanılan sensörler daha derinlemesine anlatılmıştır. 4.1 Çarpışmanın Algılanması İçin Kullanılan Sinyaller Çarpışmanın algılanması, ölçülebilir sinyallere veya çarpışmanın şiddetini yansıtabilecek gözlemlenebilir olaylara dayanmak zorundadır. Çarpışmanın algılanması, devir değişimi ve şekil değiştirme için uygun olan ve yaygın olarak bilinen bazı sinyallerin ve değişkenlerin taşıtın çarpışması süresince kullanılması ile yapılır. İvmeölçerler, mekanik sistemlerin hareketinin gözlemlenmesi veya algılanması için kullanılan ölçüm aygıtlarıdır. İvme, hızın değişim oranının ölçülmesidir. Mesela, bir nesne başlangıçta 2 m/s hızda ve sabit -1 m/s2 ivmeye sahip ise nesnenin devri 1 saniye sonra 1 m/s olacaktır. Bir taşıtın kullanıldığı çarpışma testinde, taşıt üzerinde birçok noktaya ivmeölçer konulur. Fakat taşıtın ön ve arka tarafından elde edilen ivme sinyalleri, taşıtın çarpışma süresince gittikçe artan şekil değiştirmeye maruz kalmasından dolayı birbirinden farklı olacaktır. Hava yastığı sistemlerinde çarpışmanın algılanması için akla gelen ilk soru ölçülen ivme verisinin tek başına kullanılmasının güvenilir olup olmadığı ve zaman bakımından çarpışmanın şiddetini belirtip belirtemeyeceğidir. Bu sorun iki kısımdan oluşmaktadır: (1) Bir veya daha fazla konumda anlık ölçülen ivme büyüklüğü çarpışma şiddeti ile bağıntısı var mıdır? (2) İvme büyüklüğü gerekli sensör tetikleme zamanının belirlenmesinde kullanılabilir mi? Bu soruların cevapları “hayır” veya en iyi olarak “belki” dir. Her ne kadar ortalama ivmenin büyüklüğü daha şiddetli çarpışmalarda daha büyük olmasına rağmen sıçrayan karaktere sahip görünen ivmenin anlık olarak ölçülmesiyle çarpışma olayının şiddeti belirlenemez. Çekiç darbeleri, kötü kullanım veya arazi yollarında testler ivme eğrisinde ani çıkışlara neden olabilir. Bundan başka, gerekli sensör tetiklenme zamanı ile yüksek ivme değerlerinin görüldüğü anlar arasında ilişki kurulması çok daha zordur. Bölüm 2’ de gösterilen çarpışma verilerinin gözlemlenmesinden açıkça belirli bir zaman periyodu boyunca ivme sinyallerinin çarpışma şiddetini yansıtabileceği görülmektedir. Fakat sinyaller çarpışmanın algılanması için kullanılmadan önce işlenmelidir. Eğer yüksek seviyedeki ivmelenme uzun bir zaman periyodu içinde sonlanıyorsa çarpışmanın şiddetinin karar verilmesinde ivmelenme sinyali bir anlam taşır. Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
37
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Eğer toplanan veya integre edilen ivme pulsu ( örn. devir değişimi ) görece daha geniş ise çarpışma önemlidir. Taşıtın devir değişimi için çarpışma şiddetinin sınıflandırılması, yukarıda sorulan iki sorunun tekrar sorulmasına neden olur. Fakat biraz farklı olur; (1) Bir veya daha fazla konumdan ölçülen hız değişiminin büyüklüğü ile çarpışma şiddetinin arasında bir bağıntı var mıdır? (2) Çarpışma süresince gözlemlenen devir değişiminin büyüklüğü gerekli sensör tetikleme zamanının belirlenmesinde kullanılabilir mi? Bu soruların cevabı olumlu olmasına rağmen sınırlıdır. Bu özel sorunları takip eden kavram “devre bağlı” algılama olarak adlandırılmaktadır. Bu kavram Kısım 4.2 ‘de açıklanmıştır. Çarpışmanın şiddeti çoğunlukla taşıtta bir hasar meydana gelip kaza bittikten sonra görünür olmaktadır. Ancak, hasar tek başına yolcunun yaralanma olasılıklarını açığa çıkarmayabilir. Mesela, eğer bir taşıt yumuşak bir nesne tarafından, kar birikintisi gibi, yavaşlatılıyorsa görece daha az hasar meydana gelecektir. Ancak, yolcunun yine de önemli bir devirle direksiyon simidine veya gösterge paneline çarpma ihtimali vardır. Bir diğer örnekte, eğer yerdeki ağaç kütüğü taşıtın altına girerek taşıtı aniden yavaşlatırsa, taşıtın ön tarafında görülür bir hasar oluşmayabilir, ancak kaza yine de yolcunun ileri doğru hareket etmesine neden olacaktır. Bu durumların yanında, yapısal hasarın derecesi veya taşıtın şekil değiştirmesi mühendisler tarafından ∆V veya devir değişiminin hesaplanması için yaygın olarak kullanılır. Meydana gelen şekil değişikliği acaba çarpışmanın algılanması için kullanılabilir mi? Hava yastığı uygulamaları için önemli konular; (1) Şekil değiştirme veya ezilmenin miktarı ile çarpışma şiddetinin derecesi arasında bağıntı var mıdır? (2) Bir çarpışmada ezilme veya şekil değişikliğini ölçen aygıtlar sensörün tetiklenme gereksinimlerini tam olarak karşılayabilir mi? Bu soruların cevabı olumlu olmasına rağmen sınırlıdır. Bir taşıtın hasar veya ezilme miktarını kullanarak çarpışmanın algılanması “ezilmeye bağlı” algılama olarak adlandırılmaktadır. Bu algılama kavramı Kısım 4.3 ‘te açıklanacaktır. Son yirmi yıldır otomobillerde basit anahtarlardan ve rölelerden güç aktarma, çekiş ve fren sistemi için karmaşık kontrol aygıtları gibi elektronik aygıtların kullanılması hızla artmıştır. Hava yastıklarındaki ve güvenlik sistemlerindeki en büyük değişim elektronik alanındaki gelişmelerin yakından takip edilmesiyle olmuştur. Dijital sinyal işleme birimlerinin ve elektronik devrelerinin yaygın olarak kullanılır oluşu karmaşık fonksiyonların yerine getirilmesini mümkün kılmıştır. Çarpışma sensörleri için bunun anlamı darbe sinyallerinin şu anda yüksek hassasiyet düşük maliyetle filtrelenebilmesi, işlenebilmesi ve analiz edilebilmesidir. Bu yüzden, geçtiğimiz yıllarda otomotiv üreticileri ve bunların destekçileri arasında elektronik sensörlerin kullanımı kabul görmüş ve yaygınlaşmıştır. Elektronik sensörlerin tasarlanmasında, aşağıdaki konulara dikkat edilmesi zorunludur: (1) Çarpışmanın algılanması için hangi tip transdüktör kullanılmalıdır? (2) Çarpışmanın şiddetinin algılanması için transdüktör sinyalinden hangi karakteristikler veya bilgiler elde edilebilir?
38 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (3) Elektronik devrenin güvenilir ve ekonomik olması için ne tip algılama algoritması, örn. sinyal işleme adımları, kullanılmalıdır? Sinyal işleme tekniklerinin ve çarpışmanın algılanması için elektronik devrenin kullanılması genel olarak “elektronik” algılama olarak adlandırılmaktadır. Bu algılama tipi Kısım 4.4’ te açıklanacaktır. 4.2 Devre Bağlı Olarak Çarpışmanın Algılanması Devre bağlı olarak çarpışmanın algılanması kavramı, emniyet elemanlarının çalışması için devrin değişimini çarpışma şiddetinin tahmin edilmesinde kullanılmasıdır. Kavramın yerine getirilmesi için sensörlerin taşıtın bir veya daha fazla bölgesine konularak devrin değişiminin ve böylece çarpışma şiddetinin ölçülmesi sağlanmaktır. Bu tip sensörlerden elde dilen ölçüm(ler), tek veya bir bütün olarak, hava yastıklarının veya diğer emniyet elemanlarının tetiklenmesi için kullanılmaktadır. Bir taşıtın kaza yapması kaçınılmaz olduğunda, taşıtın devrindeki değişim taşıtın değişik parçaları boyunca her an aynı değildir. Bölüm 2’de anlatıldığı gibi, bu ayrım ezilen bölgeler ve ezilmeyen bölgeler arasındaki en görünür farktır. Farklı konumlardaki sensörlerin duyarlılıkları farklı seviyelere ayarlanarak yaklaşık olarak aynı zamanda tetikleme yapılabilir. Devre bağlı çarpışmayı algılama kavramı Şekil 4.1 – 4.3 ‘de açıklanmıştır. Taşıt üzerinde seçilen bir sensör konumunda, çarpışma süresince elde edilen devir değişimi Şekil 4.1’ de gösterilmiştir. Bölüm 3’ te anlatılan teknikler kullanılarak bu özel çarpışma için gerekli sensör tetikleme zamanı belirlenebilir. Devir değişim eğrisinden, bu konumda meydana gelen devir değişiminden gerekli sensör tetikleme zamanı, Şekil 4.1’ de gösterildiği gibi iki çizginin kesişimini oluşturan bir nokta ile belirlenebilir. Bu nokta, devir değişiminin büyüklüğü ve sensörün tetiklenmesinin için tanınması gereken ölçüm zamanını gösterir.
Şekil 4.1 Bir çarpışmada seçilmiş sensör konumunda ölçülen devir değişimi
Diğer çarpışmalar ve bunlara uyan gerekli sensör tetikleme zamanları kullanılarak aynı adımların tekrarlanmasıyla, Şekil 4.2’ de gösterildiği gibi bu tip noktalardan daha fazla bulunabilir. Bu noktaların tümü ayrı çarpışmalarda algılanan devir değişiminin büyüklüğü ve zamanlamayı göstermektedir. Bu prosedür tasarım kütüphanesindeki tüm çarpışmaları içine Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
39
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan alacak şekilde genişletilirse Şekil 4.3 ‘te gösterildiği gibi bu noktaları birbirine birleştiren bir bölge elde edilir. Kesik çizgiler ve yuvarlak işaretlerle gösterilen karakteristik bölge çalışılması gereken durum ile çalışılmaması gereken durumu birbirinden ayırmaktadır. Çarpışma zamanın fonksiyonu olduğunda eğer ölçülen devir değişimi karakteristik bölgenin alt sınırını aşıyorsa ölçüm güvenlik sisteminin çalıştırılmaması gerektiğini gösterir. Diğer taraftan, eğer ölçülen devir değişimi karakteristik bölgenin en üst sınırını geçiyorsa sensörün tetiklenmesinin kaçınılmaz olduğu sinyalini gönderir. Bu noktalar, karakteristik bölgenin sınırının üst ve alt kısımlarına düşmektedir ve bu sınırların arası emniyet sisteminin çalıştırılmasının kesin olmadığı gri renkle gösterilen bölgedir.
Şekil 4.2 Çoklu çarpışmalarda seçilen sensör konumunda ölçülen devir değişimi
Karakteristik bölge, bir çarpışma olayında devir değişiminin ölçümü için eşik aralığını belirler. Karakteristik bölgenin türetilmesinde kullanılan yukarıdaki prosedür sadece özel bir taşıtın özel bir konumu için geçerlidir. Bu yüzden, eşik değeri konuma ve taşıta bağlıdır. Sonuç olarak, sensörün performans gereksinimleri taşıtın farklı konumları için ve farklı taşıt platformları için değişmektedir. Devre bağlı algılama kavramına dayanan birkaç sensör örneği Bölüm 5’ de ayrıntılı olarak açıklanacaktır. Devre bağlı algılama kavramı verimli olarak algılama yapabilmesi için bir veya birden fazla sensör konumuma ihtiyaç duymaktadır. Gerekli olan sensör sayısı, belirli bir taşıtın yapısal özellikleri ile ilgili bir karakteristiktir. Birçok taşıt, birden fazla sensörün kullanmasına ihtiyaç duyarken bazı modeller tek sensör stratejisi kullanılmaktadır. Sensörlerin yerleşimi de Bölüm 7’ de anlatılmıştır. 4.3 Ezilmeye Bağlı Olarak Çarpışmanın Algılanması [1] Ezilmenin çarpışmaya bağlı olarak algılanması kavramı, ezilmenin veya hasarın ölçülmesiyle çarpışmanın şiddetinin tahmin edilebileceğinin kabul edilmesidir. Bu kabule dayanarak, taşıtın ezilme bölgesine bir veya daha fazla sensör konulduğunda şekil değiştirmenin tipi tanınanarak hava yastığının veya güvenlik sisteminin çalıştırılması sağlanır. Kavram Şekil 4.4 – 4.6 ‘da şekillerle açıklanmıştır. Çarpışma süresince bir taşıtın ön tarafındaki ezilme miktarı Şekil 4.4’ de gösterildiği gibi yolcu kabinine ait ivme sinyalinden hesaplanabilir. Bölüm 2’ de ezilme eğrisi açıklanmıştı. Bu özel çarpışma için gerekli sensör tetikleme zamanı ise Bölüm 3’ te tekniklerle belirlenmişti. Ezilme eğrisinden, gerekli 40 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan tetikleme zamanında ön tarafta meydana gelen şekil değişikliği, Şekil 4.4 ‘de gösterildiği gibi iki eğrinin kesiştiği bir nokta ile gösterilebilir. Nokta, sensörün bu ezilme miktarına göre tetiklenmiş olması gereken zamanı gösterir.
Şekil 4.3 Bir devir değişim sensörünün karakteristik bölgesi
Şekil 4.4 Bir çarpışmada taşıtın ön tarafının ezilme miktarı
Diğer çarpışmalar için de bu adımların tekrarlanması ve buna uyan gerekli sensör tetikleme zamanı Şekil 4.5 ‘te görüldüğü gibi daha fazla noktanın tanımlanmış olmasını gerektirir. Bu noktaların tümü, “ezilme” nin büyüklüğü ve zamanını göstermektedir. Bu pratik, tasarım kütüphanesindeki tüm çarpışmalar için yapıldığında Şekil 4.6’ da görüldüğü gibi bir noktaları birleştiren bir bölge elde edilir. Kesikli çizgiler ile gösterilen karakteristik bölge sistemin, çalışması gereken durumlar ile çalışmaması gereken durumları birbirinden ayırır. Eğer çarpışma süresince meydana gelen şekil değişikliği karakteristik bölgeden geçmiyorsa bu çarpışma için güvenlik sisteminin çalıştırılmasına gerek olmadığını gösterir. Diğer taraftan, eğer ezilme değeri karakteristik bölgenin üst sınırını aşıyorsa bu sensörün tetiklenmesinin kaçınılmaz olduğunu gösterir. Karakteristik bölgenin alt ve üst sınırları arsındaki noktaların oluşturduğu “gri bölge” güvenlik sisteminin çalışıp çalışmamasının belirli olmadığı bölgedir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
41
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 4.5 Çoklu çarpışmalarda taşıtın ön tarafının ezilme miktarı
Daha önceden bahsedilen karakteristik bölgenin yapısı, taşıtın kafadan duvara çarpmasına dayanmaktadır. Bu tür çarpışmalarda öndeki ezilme miktarı Bölüm 2’ de açıklandığı gibi ivme pulsunun iki kere integralinin alınmasıyla elde edilir. Ancak açısal, direğe veya eksantrik çarpışmalarda şekil değiştirme ön taraf boyunca eş değildir ve taşıtın yapısı ile darbe noktasına bağlıdır. Bu yüzden, bu tip durumlarda taşıtın hasar gören kısmının incelenerek ezilmenin miktarı belirlenmelidir.
Şekil 4.6 Ezilmeye bağlı olarak çalışan bir sensörün karakteristik bölgesi
Ezilmeye bağlı algılama kavramının yerine getirilmesi için sensörler bir çarpışma süresince ezilmeyi algılamalı ve ezilmenin şekil değiştirmenin eşik değerini aşıp aşmadığını belirlemelidir. Gerçek dünyada bu yapıldığında, ezilme sensörünün konumu taşıt üzerinde sabitlenmiştir. Sensör, konumunda basit bir anahtar gibi çalışmaktadır. Şekil değiştirme miktarı ezilme sensörünün konumuna ulaştığı zaman, anahtar kapanarak çarpışmanın tanındığı belirtmektedir.
42 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Ezilmeye bağlı algılama kavramının ön taraf sistemlerinde kullanıldığı örnekler [2, 3] referanslarında verilmiştir. Ezilmenin algılanması kavramı öndeki hava yastığı sistemlerine henüz uygulanamamıştır. Ancak, bazı yan darbe koruma sistemleri, Bölüm 8’ de anlatılacak olan, bu tür bir kavramdan yararlanmaktadır. 4.4 Elektronik Sensörler 1980 lerin sonları ve 1990 ların başında, ABD üreticileri tarafından kullanılan çoğu çarpışma sensörü mekanik, mıknatıslı mekanik veya elektromekanik tipte idi. Bu sensörler çoğu kez taşıt üzerinde birçok noktaya yerleştirilmişlerdi ve hava yastığının çalıştırılması için gerekli bir veya daha fazla sensör aynı yapıda bir araya getirilmişti. Çoklu sensörlerin izlenmesi ve güvenlik sisteminin kontrolünün yapılması için çoğu taşıt elektronik kontrol birimi ( ECU ) ile donatılmıştır. ECU ‘nun birincil işlevi, çoklu sensörlerden girişleri okuma ve hava yastığının patlatıcısına gerektiği zaman çıkış sinyalleri göndermektir. 1990 ların başlarında, ABD pazarında elektronik sensörlerin kullanımı önemli miktarda artmıştır. Bir elektronik sensör, bir ivmeölçer ve çarpışma sinyallerini işlemek için elektronik devreden oluşmaktadır. Elektronik devrelerde karmaşık algoritmaların kullanılabilmesi sayesinde elektronik sensörler geleneksel mekanik sensörlere göre çarpışmaları daha iyi algılayabilir ve bunları zekice birbirinden ayırabilir. Elektronik sensörler genellikle ECU ‘yla bütünleşmişlerdir. Böylece ECU normal görevinin yanı sıra çarpışmayı algılama işlevini de yapmış olur. İvmeölçerlerin ve elektronik devrelerin güvenlik aygıtlarının kontrol edilmesi için kullanılması fikri 1970 lerden beri vardır. Mesela, Brede ve diğerleri tarafından 3.870.894 numaralı Mart 1975’ te alınan ABD Patenti buna örnek olarak verilebilir [4]. Bu patentte bir piezoelektrik transdüktör ve bir ölçme devresi bulunmaktadır. Eğer ivme veya hız değeri daha önceden belirlenen periyot için bir eşik değerinin üzerine çıkar ve bu değerde kalırsa, bir güvenlik mekanizmasının etkinleştirilmesi için tetikleme çıkış sinyali üretilmektedir. Elektronik sensörlerin bu kadar kabul görmesinin ardındaki esas kuvvet bunların tek noktadan algılama için son derece uyumlu olmalarıdır. Tek noktadan algılama kavramı, taşıtın belirlenen bir konumunda bir sensör biriminin konulması ve bunun kendi başına tüm algılama sistemini oluşturmasıdır. Eğer kavram başarıyla uygulanabilirse, birçok konuma yapılan kablolama ve çoklu sistemin getirdiği kolay arızalanmanın önüne geçilebilir. Elektronik sensörlerin kullanılması tek noktadan algılama kavramının benimsenmesi veya tam tersi için gerekli değildir. Mesela, bazı taşıt platformları için tek noktadan algılama tasarımında mekanik sensörler kullanılmıştır. Ayrıca çok noktadan algılama kavramlarının tasarlandığı bazı platformlarda elektronik sensörler kullanılmıştır. Ancak, elektronik sensörler tek noktadan algılama kavramının hayata geçirilmesi için mekanik sensörlere göre en iyi alternatiftir. Çünkü bunlar çarpışma koşullarının tanınabilmesi için gerekli olan karmaşık algılama algoritmalarıyla programlanabilmektedir. Sensörlerin yerleştirilme stratejisi Bölüm 7’ de detaylı olarak incelenmiştir. Şekil 4.7’ de tipik bir elektronik sensörün çalışmasını gösteren bir blok diyagram görülmektedir. Bir elektronik sensörün en temel elemanlarından birisi bir transdüktör ve sensörün konulduğu konumda çarpışma pulslarının ölçülmesi için bir ivmeölçerdir. Sinyal transdüktörden sonra bir filtreleme ve sinyal işleme biriminden geçer. Bundan sonra, filtrelenen sinyal algılama algoritmasının bulunduğu bir ana işleme ünitesine beslenir. Lojik
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
43
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan olarak ana işleme birimine bir karşılaştırma bloku bağlanmıştır. Karşılaştırma bloku, parametrelerin hafızada depolandığı ve ölçme devrelerinin bulunduğu bloktur. Sinyal işleme teknikleri ile transdüktör sinyalinden bilgiler çıkarılır. Ölçülen değişkenler tetikleme kararı verilmeden önce karşılaştırma blokunda depolanan parametrelerle karşılaştırılır. Eğer gömülü algoritmalar tetikleme hareketinin kaçınılmaz olduğunu belirtiyorsa ana işleme birimi güvenlik sisteminin çalıştırılması için ateşleme devresine bir tetikleme sinyali gönderir.
Şekil 4.7 Bir elektronik sensörün çalışma şeması
Hava yastıkları için elektronik sensörlerin uygulamaları aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) İvmeölçerler tarafından ölçülen ivme sinyallerinin çarpışmanın tanınması için kullanılması (2) Çarpışma sinyallerinin kendine has özelliklerini belirlemek için sinyallerin işlenmesi ve çarpışma koşullarına göre bu özellikler arasında bağıntı kurulması (3) Sinyal işleme veya algılama algoritmaları için elektronik devrelerde prosedürlerin kullanılması (4) Paralel ve seri olarak çoklu algoritmaların entegre edilerek, algoritmaların karmaşıklığını arttırmak ve çarpışmanın tanınması için güvenirliliğin yükseltilmesini sağlamak. (5) Elektronik sensörlerin tek noktadan algılama sisteminde kullanılması için potansiyelleri vardır. (6) Bir taşıt üzerinde diğer aygıtlardan, emniyet kemerinden veya yolcu sensörleri gibi, alınan bilgiler elektronik sensör birimine gönderilerek güvenlik sistemlerinin performansının optimize edilmesi sağlanabilir. Elektronik sensörlerin bileşenleri ve algılama algoritmaları hakkında daha fazla bilgi Bölüm 6’ da verilecektir. 4.5 Diğer Sensör Kavramları ve Sistemler Çarpışmaların algılanması için diğer fiziksel olaylarda alternatif yöntemler sunmaktadır. Fakat bunlar yaygın olarak kullanılmamaktadır. Bir çarpışma olayının algılanmasında teklif edilen bir yöntemde akustik sensörlerin kullanılmasıdır [5]. Önden bir çarpışmada, akustik sensörler taşıtın yan tarafında öne doğru konularak metalin şekil değiştirmesinden oluşan akustik titreşimlerin cevabı olarak bir sinyal üretmeleri sağlanır. Sinyaller 200 ile 300 kHz frekans aralığına sahip bir filtreden
44 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan geçirilebilirler. Filtrelenmiş sinyale ait zarf daha önceden belirlenmiş genlik değerini, daha önceden belirlenen periyot için 5 mili saniye kadar aşarsa, bir tetikleme sinyali üretilir. Algılama aygıtının bir diğer tipi, bir basınç sensörü, taşıtın yan tarafında kullanılan hava yastığı uygulamaları için geliştirilmiştir [6]. Basınç sensörleri yan kapıların boşluklarına yerleştirilmişlerdir. Bir çarpışma meydana geldiğinde, boşlukta bir basınç artışı meydana gelir. Eğer basınç değişimi, daha önceden belirlenen eşik değerini aşarsa bu önemli bir darbenin oluştuğunu gösterir. Algılama aygıtının bir diğer tipi de mıknatıs etkisi oluşturabilen bir malzeme tipine dayanmaktadır [7]. Villari etkisi, veya tersi mıknatıs etki, bir gerilim uygulandığında malzemenin özelliklerinin değişerek mıknatıs etkisi oluşturmasıdır – Villari etkisi malzemenin ekseninden elektrik akımı geçirildiğinde malzemenin boyunun kısalmasıdır. Bunun tam tersi olarak aynı elektriksel özelliklere sahip malzemenin boyunda değişim meydana geliyorsa malzeme etrafında bir manyetik alan oluşur -. Bu tip sensörler veya malzemeler taşıtın seçilen bölgelerine, bir çarpışma anında gerilimi yayılmasıyla oluşacak cevabın alınması için, konulur. Bu Kısım 4.4’ de tanımlanan ezilmeye bağlı algılama kavramından farklıdır. Çünkü mıknatıs etkisine sahip sensörlerin ezilme bölgesine yerleştirilmeleri zorunlu değildir. 4.6 Özet Bu bölümde sinyallerin tipinde veya çarpışma koşulları hakkında bilgi sağlanması için farklı mekanizma tiplerine göre birkaç tane algılama kavramı anlatılmıştır. Çarpışma sensörleri, çalışma prensiplerine göre üç ana kategoriye ayrılırlar: Hıza bağımlı, ezilmeye bağımlı ve elektronik. İleriki bölümlerde farklı algılama kavramlarının nasıl uygulandığı açıklanmıştır. Bölüm 5’ de devre bağlı sensörlerin gözden geçirilmesi, Bölüm 6’ da elektronik sensörler ve Bölüm 7’ de sensörlerin farklı tiplerinin yerleştirilme stratejileri verilmiştir.
Referanslar 1. C.Chan, “Sensor Design for Automotive Air Bag Systems: Design Methods and Criteria”, American Society of Mechanical Engineers, Advances in Design Automation, Vol. 44-2, pp. 327-334, 1992 2. D.S. Breed, “Vehicle Crush Zone Sensor”, U.S. Patent No.4,995,339 Feb. 26,1991 3. D.S. Breed ve diğerleri, “Performance of a Crush Sensor for Use with Automotive Air Bag Systems”, SAE Paper No. 920122 4. U.Breede ve diğerleri, “Electronic Sensor for Triggering Safety Devices during the Crash of Vehicle”, U.S. Patent No.3,870,894 March 11, 1975 5. D.A. Feldmaier, “Acoustic Emission Automotive Crash Sensors”, U.S. Patent No.4,842,301 June 27,1989 6. A.Hartl ve diğerleri, “Physically Different Sensor Concept for Reliable Detection of Side-Impact Collisions”, SAE Paper No.950348 7. T.Gioutsos, H.Kwun, “The Use of Magnetostrictive Sensors for Vehicle Safety Applications”, SAE Paper No. 970774
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
45
Not alma amacıyla boş bırakılmıştır
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 5 Mekanik Çarpışma Sensörleri Bu bölümde mekanik çarpışma sensörleri ve bunların çalışma prensipleri açıklanmıştır. Mekanik çarpışma sensörü başlığı altında gruplandırılabilecek birkaç tip sensör bulunmaktadır. Bunların bazısı çalışmak için elektrik veya manyetik olaya ihtiyaç duyarken diğerleri mekanik mekanizmalarla yapılmıştır. Mekanik terimi, sensörlerin bu tipinin her birinin yaygın karakteristiğini göstermektedir. Darbe, duyarlı kütle veya hareket eden eleman olarak adlandırılan bir nesnenin hareketinin izlenmesi ile algılanır. Bir çarpışma meydana geldiğinde, duyarlı kütlenin hareket etmesi, sensörün ya bir mekanizmayı serbest bırakmasını ya da elektrik devresini kapatmasını sağlar. 1980’lerden önce olası çarpışma alanları mekanik sensörler ile donatılmıştır. Bu tip sensöre örnek olarak, bir bilya içeren ters çevrilmiş konik yatakta bilyanın hareket etmesiyle elektrik devresinin kapanması verilebilir [1]. Diğer tasarımlar basınç anahtarlarından veya bir çarpışmada ön tamponda açığa çıkan kuvvetle etkinleştirilen bağlama elemanlarından yararlanılmaktadır [2, 3, 4]. 1980’lerden sonra otomobillerde kullanılan mekanik sensörler burada tanıtılan daha evvelki aygıtlara göre önemli farklar göstermektedir. Bu yeni sensörlerin tasarım prensipleri takip eden bölümlerde açıklanmıştır. 5.1 Taklitçi Çarpışma Sensörleri Bu kısımda bazı çarpışma sensörlerinin altında yatan prensipler açıklanmıştır. Bu sensörlerin her birisinin, sensör içinde kayan veya dönen hareketli bir elemanı bulunmaktadır ve bu hareketli eleman genellikle duyarlı kütle olarak adlandırılmaktadır. Bu duyarlı kütle sensör bir darbe aldığında darbenin şiddetini yansıtacak şekilde hareket eder. 5.1.1 Boru İçinde Bilya Bulunan Sensör [5, 6, 7] 1980’lerin sonu ve 1990’ların başında hava yastığı sistemlerinde çokça kullanılan çarpışma sensörlerinden biridir ( Şekil 5.1 ). Bu sensörün çalışması boru içerisine konulmuş olan bilyanın hareketine bağlıdır. Borunun bir ucuna konulmuş mıknatıs bilyayı borunun ucuna doğru çekmektedir. Normal sürüş ve frenleme koşulları altında veya ufak çarpışmalarda dahi manyetik çekim kuvveti bilyanın hareket etmesini önlemektedir. Şiddetli bir çarpışma meydana geldiğinde ise bilya normal konumunu terk eder. Eğer darbe bilyayı borunun diğer ucunda bulunan temas tırnaklarına çarptıracak kadar güçlü ve uzun süreli ise altın kaplı bilya iki temas tırnağı arasında köprü oluşturarak elektrik devresini kapatır. Devrenin kapanması patlatıcıya elektrik akımının gönderilmesini ve hava yastığının çalıştırılmasını sağlar. Bilya boru içinde hareket ettiği zaman sensör içerisindeki hava, bilya ve boru arasındaki boşluktan geçerek bir taraftan diğer tarafa doğru akar. Hava akımı bilyanın hareketini damperleyecek şekilde bir direnç kuvveti oluşturur. Damperleme kuvvetinin büyüklüğü birincil olarak bilyanın hızına ve boşluğun miktarına bağlıdır. Diğer faktörler, sensörün içindeki bilyanın arkasında bulunan havanın miktarı, basıncı ve sıcaklığıdır. Bu sensörün aşağıdaki parametreleri, sensörün performansını ayarlamak için kullanılabilir: 1. Manyetik kuvvetin büyüklüğü 2. Bilya ve boru arasındaki boşluk Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
47
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 3. Bilyanın normal konumundan tetikleme konumuna kadar olan kat ettiği mesafe Bu parametrelerin sensör üzerindeki etkileri ve ilgili matematik analizi Kısım 5.2’ de açıklanacaktır.
Şekil 5.1 Boru içinde bilya bulunan sensör. Şekildeki ok taşıtın ön tarafını göstermektedir.
Bu dizaynın bir değişiği tüm mekanik modülde kullanılmıştır [8]. Şekil 5.2 ’de bu tip bir düzenleme gösterilmektedir. Elektriksel bir devre yerine, ateşlenen pimin darbesi patlatıcıyı harekete geçirmektedir. Burada mıknatıs yerine bir helezon yay kullanılmaktadır. Hassasiyeti garantilemek amacıyla birbirinin aynısı iki algılama birimi sensör içerisine yerleştirilmiştir. Bu mekanik birimler detaylı olarak Bölüm 7’ de incelenmiştir.
Şekil 5.2 Tümü mekanik, boru içinde bilya bulunan sensör [8]
Bu sensörün performansı bilya ve boru arasındaki toleransa duyarlıdır. Toleransın aralığı çok dardır ve iyi bir üretim gerektirmektedir. Bu durumu biraz olsun azaltmak için bu sensörlerde viskoz damperleme karakteristiği önerilmektedir [9]. Boru içinde bilya düzeninin yerine disk şekilli bir duyarlı kütleden yararlanılabilir ( hoparlörlerdeki hareket eden kütleye tutturulan bağlantı levhası gibi ). Kanal boyunca viskoz akıştan kaynaklanan hava basıncı, duyarlı
48 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan kütlenin hareketine direnç gösterir. Bu ilginç bir tasarımdır fakat böyle bir sensör bugüne kadar seri üretimde olan hiçbir taşıtta kullanılmamıştır. 5.1.2 Rolamite Sensörü [10, 11] Yaygın olarak kullanılan bir diğer çarpışma sensörü Rolamite sensörü olarak adlandırılan sensördür ( Şekil 5.3 ). Şekilde gösterildiği gibi silindirik elemanın hareketi sensörün çalışmasını etkilemektedir. Bir metalik şerit yayla tutturulmakta ve etrafı sarılmaktadır. Silindirik eleman, taşıtın normal seyri süresince durgun haldedir. Olası bir çarpışmada, silindirik eleman yay kuvvetinin üstesinden gelerek ileriye hareket eder. Eğer çarpışma yeteri kadar şiddetli ise silindirik eleman metalik şerit yay üzerindeki hareketli tırnak ile sabit bir bağlantı oluşur ve devre kapanır.
Şekil 5.3 Rolamite sensörü. Şekildeki ok taşıtın ön tarafını göstermektedir.
Boru içinde bilya bulunan sensör gibi, Rolamite sensörününde silindirik elemanın hareketini damperleyecek kuvvet yoktur. Rolamite sensörünün duyarlılığı iki parametre tarafından kontrol edilmektedir: Tetikleme konumuna olan mesafe ve yay kuvvetinin büyüklüğü. Yay kuvvetinin, bazen direnç oluşturma kuvveti veya direnç olarak adlandırılır, genellikle bias kuvvetinin duyarlı kütlenin ağırlığa oranı olarak verilir. Bias büyüklüğünün sensörün performansı üzerindeki etkisinin matematiksel analizi Kısım 5.2’ de verilmiştir. 5.1.3 Hamlin Sensörü [12, 13] Mekanik çarpışma sensörünün özel bir tipi de, genel olarak bir elektronik sensörle birlikte kullanılan, Hamlin sensörüdür ( Şekil 5.4 ). Elektronik sensörler kullanıldığında fonksiyonları güvenlik sensörü gibidir. Güvenlik sensörleri, kimi zaman emniyet sensörü olarak da adlandırılır, daha düşük çarpışma şiddetlerinde tetiklenen güvenlik anahtarları gibi davranır. Güvenlik sensörleri Bölüm 7’de ayrıntılı olarak incelenmiştir. Hamlin sensörünün işlevi bir yatak içerisinde kayan silindirik bir mıknatısın hareketine dayanmaktadır. Mıknatısın hareketi bir sarımlı yay tarafından önlenmektedir. Sensörün içerisindeki boşluğa etrafında oluşan manyetik alana cevap vermek için açılıp kapanabilen bir Reed anahtarı yerleştirilmiştir. Mıknatısı ileriye hareket ettirecek bir çarpışma meydana geldiğinde Reed anahtarı kapanarak tetiklemeyi yapar veya bir “açık” sinyali gönderir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
49
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Hamlin veya Rolamite sensörlerinin yapıları farklı olmasına rağmen çalışma prensipleri benzerdir. İki sensörde de, yay kuvveti veya duyarlı kütle üzerine etki eden direnç, sensörün duyarlılığını belirler. Rolamite sensöründeki silindirik eleman, Hamlin sensöründe kayan bir mıknatısla değiştirilmiştir. İki sensör de aynı karakteristiği paylaşmaktadır ve mekanik sensörlerde aynı kategoridedir – Kütle yay kombinasyonları -. Kütle-yay kategorisinde diğer bir tasarımda ise kayan bir mıknatıstan yararlanılmaktadır [14]. Ancak, Reed anahtarının yerine, bir manyetik sensör, Hall etkili bir aygıt gibi [15], mıknatıstan belirli bir mesafede konumlandırılmıştır. Hall etkili aygıt mıknatısa yaklaştığında doğrusal bir gerilim çıkışı ( voltaj ) üretir veya aç-kapa sinyali gönderir.
Şekil 5.4 Hamlin sensörü. Şekildeki ok taşıtın ön tarafını göstermektedir.
5.1.4 Gaz ile Damperlenen Sensör [16, 17] Şekil 5.5 ’te gösterildiği gibi bir diğer çarpışma sensörü de farklı bir damperleme olayına dayanmaktadır. Bu gaz damperli sensörün en önemli parçaları Rolamite ve Hamlin sensörlerindekine benzer şekilde çalışan, hareket eden kütle, spiral yay ve temas yüzeyidir. Ancak sensör yapısına esnek bir disk eklenerek, hareket eden kütlenin arkasında kapalı bir oda veya boşluk oluşturulması sağlanmıştır. Kütle hareket ettiğinde hareketi damperlemek için bir vakum kuvveti oluşur. Bu vakum veya damperleme kuvveti, kapalı odaya olan hava akış oranını ayarlayan orifisin fonksiyonudur.
Şekil 5.5 Gaz ile damperlenen sensör. Şekildeki ok taşıtın ön tarafını göstermektedir.
50 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Birçok koşul altında, boru içinde bilya bulunan sensörde damperleme kuvveti bilyanın hızıyla doğrusal orantılıdır. Burada açıklanan gaz damperli sensörde damperleme kuvveti hareket eden kütlenin hızının karesi ile orantılıdır. Kısa pulslarda veya kütlenin hızlı bir şekilde hareket etmeye çalıştığı zamanlarda damperleme kuvveti büyük önem kazanmaktadır. 5.1.5 Mekanik Olarak Damperlenen Sensör Bir diğer çarpışma sensörü, manyetik damperleme etkisinden yararlanmaktadır. Manyetik olarak damperlenen sensörde, bir mıknatıs bakır borunun içinde hareket etmektedir. Boru içerisinde hareket ettiğinde mıknatısın manyetik alanı mıknatısla beraber hareket eder ve boru içerisinde çevresel akımlar oluşturur. Oluşan akımlar bir manyetik alan meydana getirerek mıknatısın hareketini yavaşlatır. Akımın büyüklüğü bakır borunun kalınlığı ve iletkenliğinden etkilenmektedir. Uygun dayanımlı mıknatısların seçilmesi ve uygun olarak dizayn edilmiş boru ile damperleme ayarlanabilir. Duyarlı kütle ( mıknatıs ) ve manyetik akımı çeken bir demir çekirdek arasındaki manyetik çekimle direnç oluşur. Bu tasarımın bir diğer önemli özelliği de sensörün sarımından yararlanarak kendi kendine testini yapabilmesidir. 5.2 Mekanik Çarpışma Sensörlerinin Matematiksel Analizi Bu bölümde sensör parametrelerinin analizine değinilmiştir. Açıklama da, mekanik çarpışma sensörlerinin işlevsel karakteristikleri ve bunların dizayn prensipleri öne çıkmaktadır. Yukarıda açıklanan sensör tiplerinin her birisi üç elemana sahiptir: (1) Hareketli veya Duyarlı Kütle Bu sensörlerin her birinin çalışması, boru içinde bilya bulunan sensörde bilya, Rolamite sensöründe silindirik eleman, Hamlin sensöründe mıknatıs gibi bir duyarlı kütlenin hareketine dayanmaktadır. (2) Tutma veya Direnç Kuvveti Bir mıknatıs, yay veya damperleme etkisi duyarlı kütlenin serbest olarak hareketini önlemektedir. (3) Tetikleme Mekanizması Bir çarpışma sensörü tetiklendiği zaman, sensör bir elektrik devresinden akım geçirir veya bir ateşleme pimini serbest bırakır ya da bir patlatıcıyı etkinleştirir. Duyarlı kütle üzerine etkiyen kuvvet tipleri: 1- Konuma bağlı kuvvet: Bu tip kuvvet mıknatıs veya bir yay tarafından oluşturulur ve sadece duyarlı kütlenin bağıl pozisyonuna bağlıdır. Boru içerisinde bilya bulunan sensörde bilya üzerindeki manyetik çekim kuvveti, bilyanın mıknatıstan uzaklaştırılmasıyla zayıflar. Hamlin sensöründe ise, mıknatıs ilerledikçe yay kuvveti artar ve yayı sıkıştırır. Konuma bağlı kuvvet genellikle herhangi bir hareket başlamadan önce duyarlı kütle üzerinde bir kuvvet oluşturur. Bu bazen direnç oluşturma kuvveti veya direnç olarak da adlandırılır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
51
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 2- Hıza bağlı kuvvet: Bu tip kuvvet, duyarlı kütlenin hızının fonksiyonudur. Mesela boru içinde bilya bulunan sensörde damperleme kuvveti yaklaşık olarak bilyanın hızıyla orantılıdır ve bilya ile boru arasındaki boşluğa bağlıdır. Bir gaz damperli sensörde ise vakum kuvveti duyarlı kütle hızının karesinin fonksiyonuyla orifisteki hava akımından etkilenir. Manyetik olarak damperlenmiş bir sensördeki damperleme kuvveti hareketli mıknatısın hızına ve manyetik akıma bağlıdır. 3- Atalet kuvveti: Bir çarpışma meydana geldiğinde taşıtın yavaşlama ivmesi taşıta sabitlenmiş duyarlı kütleyi ileri doğru hareket ettirir. Bu ivmeden dolayı oluşan atalet kuvvetinin büyüklüğü ve süresi duyarlı kütlenin hareket etme miktarını belirler. Duyarlı kütle ve diğer parametreler arasındaki ilgi aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:
Burada; m: Duyarlı kütlenin kütlesi x, x, y: Duyarlı kütlenin sensör içindeki hareket miktarı, hızı ve ivmesi FV: Hız ve konuma bağlı olarak damperleme kuvveti FX: Konuma bağlı olarak direnç kuvveti A: Sensörün bulunduğu konumdaki darbe ivmesi dir. Aşağıdaki bölümlerde, bu denklem birbirinden farklı iki sensörün karşılaştırılmasında kullanılmıştır. 5.2.1 Doğrusal Damperleme ve Doğrusal Senaryo Birinci durumda, boru içinde bilya bulunan sensörü yaklaşık olarak tanımlamak için damperleme kuvvetinin duyarlı kütlenin hızıyla doğru orantılı olduğu kabul edilmiştir. Bu kabul ifadenin sol tarafının ortasındaki terimin değiştirilmesine izin verir ve denklem;
halini alır. Burada; cV: Damperleme katsayısı dır. Damperleme olayının etkisi üzerine odaklanmak için damperleme kuvvetinin direnç kuvvetinden daha fazla olduğu da kabul edilmelidir. Diğer bir deyişle damperleme kuvveti
52 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan duyarlı kütlede baskındır ve bu incelemenin amacı için denklemdeki direnç terimi ihmal edilmelidir. Bu durumda denklem;
halini alır. Sensör ivmelenme pulsuna maruz kaldığında duyarlı kütle hareket etmeye başlar. Bu denklemin aşağıdaki gibi zamana göre integralinin alınmasıyla tanımlanabilir:
Burada; x(T) ve x(T) duyarlı kütlenin T zamanındaki hızı ve deplasmanıdır ve ∆V(T) sensör tarafından tanımlanan hız değişiminin toplamıdır. Bir marjinal durumda, T zamanı boyunca ivmelenme pulsu duyarlı kütleyi tetikleme pozisyonuna hareket ettirmek için ancak yeterlidir. Bu andaki ivmelenme pulsu marjinal puls olarak adlandırılır. Gerçekte ise duyarlı kütle tetikleme konumuna hareket etmek zorundadır ve belirli bir kuvvet ile belirlenmiş bir periyotta etkin tetikleme sinyalini oluşturmak için baskı yapar. Bu yüzden etkin “marjinal” puls burada tartışılandan biraz daha büyüktür. Marjinal puls sensörü tetiklemek için yeteri kadar güçlü olduğunda duyarlı kütle tetikleme pozisyonunda ters istikamette harekete geçmeden önce durgun hale gelir. Bu yüzden, x o anda sıfıra yaklaşır ve denklem aşağıdaki hale gelir:
Burada; xtrg: Duyarlı kütlenin tetikleyiciye olan hareket mesafesi ∆Vmgn: Marjinal ( eşik ) hız değişimi dir. Bu son denklem, eşik hız değişiminin duyarlı kütlenin hareket mesafesi ve damperleme katsayısı ile doğru orantılı olduğunu göstermektedir. Yukarıdaki türetilmiş ifadede belirli kabullerin hassas olmadığına dikkat edilmelidir. Direnç, büyüklüğü küçük olsa bile halen varlığını sürdürmektedir. Damperleme ise tamamen doğrusal değildir. Pulsun son bulduğu zaman, duyarlı kütlenin hızı sıfır olduğu an gerekli değildir. Ancak, bu basitleştirilmiş durum bu tipteki sensörlerin davranışı hakkında fikir vermektedir. Aşağıdaki gözlemler bu özel senaryodan elde edilmiştir:
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
53
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (1) Doğrusal damperleme etkisi baskın olduğunda ve direnç ihmal edildiğinde marjinal pulsun hız değişimi, ∆Vmgn, tetikleyiciye olan xtrg mesafesi ile ve damperleme katsayısı cV ile doğru orantılıdır. (2) İdeal bir durumda, marjinal hız değişimi sadece kütle damperleme oranının ve kat edilen mesafenin bir fonksiyonudur. Marjinal hız değişimi şekilden ve marjinal pulsun süresinden bağımsızdır. (3) (1) ve (2) ‘de yapılan gözlemler, bir sensörün doğasının sadece ivmelenme pulsunun toplamına ( integralinin ) cevap olduğu, mesela çarpışma pulsunun bir saf integratörü gibi çalışan, göstermektedir. (4) İdeal olmayan bir durumda, damperlemenin doğrusal olmadığı ve direcin ihmal edilemeyeceği, (1) ve (2) maddelerindeki sonuçlardan sapma olabilir. 5.2.2 Kütle-Yay Senaryosu İkinci durum, Rolamite veya Hamlin sensörlerindeki gibi damperleme kuvvetinin olmadığı bir sensör için geçerlidir. Damperleme kuvvetinin olmayışı sol tarafın ortasındaki terimi düşürür ve denklem aşağıdaki hali alır:
Direnç etkisinin üzerine yoğunlaşmak ve incelemeyi basitleştirmek için direncin sabit olduğu kabul edilmiştir. Bu durumda denklem;
halini alır. Burada; FC: Sabit direnç kuvveti dir. Sensör bir ivmelenme pulsuna maruz kaldığında duyarlı kütle pulsun toplam etkisine cevap verir. Bu denklemin her iki tarafının da integralinin alınmasıyla ifade edilir:
Burada; x(T): Duyarlı kütlenin T anındaki hızı ∆V(T): Sensör tarafından algılanan hız değişimlerinin toplamı
54 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan dır. Marjinal bir durumda, T zamanına kadar ivmelenme pulsu duyarlı kütleyi tetikleme durumuna hareket ettirmek için anca yeter. Bu andaki ivmelenme pulsu marjinal puls olarak adlandırılır. Duyarlı kütle bu konuma eriştiği zaman durur ve ters doğrultuda harekete başlar. Bu yüzden x sıfır olur ve denklem;
halini alır. Burada; T: İvmelenme pulsunun süresi ∆Vmgn: Marjinal ( eşik ) hız değişimi dir. Bu son denklem, marjinal hız değişiminin, direncin ve pulsun süresi ile orantılı olduğunu göstermektedir. Bu özel durumda elde edilen gözlemler aşağıda verilmiştir: (1) Son denklemin daha önceki durumda varılan karardan nasıl farklı olduğuna dikkat edilmelidir. Puls süresi denklemin sol tarafında görülmektedir. (2) Bir sabit direnç senaryosunda, marjinal pulsun hız değişimi direncin kütleye ve puls süresi T’ ye oranıyla orantılıdır. (3) Marjinal hız değişimi puls süresinin bir fonksiyonudur. Sensör bir önceki durumdaki doğrusal damperlemeye sahip mükemmel bir integratör gibi çalışmaz. (4) İdeal olmayan bir durumda, direnç sabit olmadığı zaman, marjinal hız halen puls süresinin bir fonksiyonudur. 5.2.3 Bir Sensörün Marjinal Cevap Eğrisi Yukarıda tanımlanan iki senaryo basitleştirilmesine rağmen, bunlar Kısım 5.1 ‘de açıklanan taklitçi sensörlerin genel karakteristiklerini göstermektedir. Bunlar ayrıca damperleme ve direncin etkisinin gösterilmesinde üniversaldır. Gerçekte çoğu mekanik sensör ya kütle ve direnç ya da kütle-yay ve damper kombinasyonu ile sınıflandırılmaktadır. Bir kütle yay konfigürasyonunda sensör genel olarak pulsun süresi ile orantılı bir hız değişimine cevap verir. Diğer bir deyişle, eğer marjinal hız değişimi ile puls değişiminin grafiği çizilirse sabit bir eğime sahip düz bir çizginin elde edilmesi beklenebilir. Eğer puls süresi daha uzun ise bu böyle bir sensörün marjinal olarak tetiklenmesi için daha büyük hız değişimleri gerekecektir. Bu durum Şekil 5.6 ‘da Rolamite eğrisi ile gösterilmiştir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
55
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Doğrusal olmayan bir damperleme olayı mükemmel bir integrator etkisi kazandırmaz. Bunun yerine çeşitli puls sürelerinde eş yapıda olmayan geçişler gösterecektir. Mesela, eğer damperleme sadece kısa pulslarda oluyorsa sensör cevabı Şekil 5.6 ‘daki gaz damperli eğridekine benzerlik gösterebilir. Eğrinin sadece süre ekseninin alt ucunda değişiklik olduğuna, fakat diğer ucunda sabit eğime sahip kütle-yay eğrisi gibi olduğuna dikkat ediniz. Mekanik çarpışma sensörleri Şekil 5.6 ’da gösterildiği gibi marjinal cevap eğrileri ile karakterize edilir. Direncin ve damperlemenin farklı kombinasyon dereceleri bu sensörlerde değişik karakteristikler oluşturur. Bu sensörlerin tümünde duyarlı kütlenin tetikleme konumuna erişmesi sonlu bir zaman periyodu içindedir. Sonuç olarak, bu sensörler hareketleri süresince elde ettikleri hız değişimine cevap verirler. Bundan dolayı bunlar hıza bağımlı algılama kavramına dayanan ( Kısım 4.2 ) ∆V sensörleri olarak sınıflandırılırlar. 5.3 Sensörün Duyarlılığı ve Karakteristiği Bu bölümde mekanik sensörler ile ilgili bazı yanlış kanıları göstermek üzere birkaç tane örnek kullanılmıştır.
Şekil 5.6 Mekanik sensörlerin marjinal cevap eğrisi
5.3.1 g-Seviye Sensörü veya Devre Bağlı Sensör Bir sensörü tetikleyen g seviyesi veya ivme değeri nedir? Bu soru mekanik sensörlerle ilgili olarak sıkça sorulur. Her ne kadar daha özel detaylar belirtildiğinde bu soruyu cevaplamak mümkün olsa da bir sensörün performansını veya duyarlılığını sınıflandırmak için genellikle g seviyesi yanıltıcı olmaktadır. Aşağıdaki iki örnek bu durumu açıklamaktadır. Örnek 5.1: Bu örnekte, sensörün aşağıdaki gibi üçgensel ivmelenme pulslarına maruz kaldığı kabul edilmiştir: (1) A(t)=2.Atepe.t/T; t=0’ dan T/2 ‘ye kadar (2) A(t)=2.Atepe.(1-t/T);t=T/2 ‘den T’ ye kadar
56 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Burada; Atepe=2.∆V/T üçgensel pulsta tepe ivme değeridir. Üçgensel eğrinin altında kalan alan hız değişimini vermektedir. Örnek A: Eğer bir sensör Kısım 5.2.1 ‘de açıklandığı gibi mükemmel bir integrator gibi olsa sensör hız değişiminin sabit değerine cevap verecektir. Mesela, 10 ila 30 mili saniye aralığı süresince eşik hız değişimi 8 km/saat olacaktır. Eğer üçgensel puls 10 mili saniye uzunluğunda ise 8 km/saat pulsta tepe ivme değeri yaklaşık olarak 46 g ‘dir. Eğer puls, 30 mili saniye uzunluğunda ise tepe ivme değeri yaklaşık olarak 15 g ’dir. Tepe g seviyelerinde bu iki değerin birbirinden farklı olduğuna dikkat ediniz. Bu yüzden bir sensörün performansının belirlenmesinde ivme seviyesinin kullanılması çelişkili olabilir. Örnek B: Eğer sensör Kısım 5.2.2 ’de tanımlandığı gibi kütle-yay tipinde ise marjinal hız değişimi puls süresiyle birlikte artacaktır. 10 mili saniyede 4,8 km/saat, 20 mili saniyede 6,4 km/saat ve 30 mili saniyede 8 km/saat hız değişimine cevap verecek bir sensör tasarlandığını kabul edelim. Yukarıda tanımlanan üçgen pulsları kullanarak bu sensörün tetiklenmesi için tepe ivmelenme değeri 10 mili saniyelik puls için 27 g, 20 mili saniyelik puls için 18 g ve 30 mili saniyelik puls için 15 g ‘dir. Burada yine tepe ivme değerleri aynı sensör için birbirinden çok farklıdır. Sonuç: Bu örneklerden görülebileceği gibi bir sensörün tetiklenmesi için gerekli olan ivme seviyesi dar bir puls aralığında bile önemli derecede farklılık göstermektedir. Bu karakteristik tipik ∆V veya hıza bağlı sensörün karakteristiğidir. Bu yüzden bu sensörleri ivme veya g seviyesi sensörü olarak adlandırmak uygun değildir. Örnek 5.2: Bir kütle-yay sensörü için duyarlı kütlenin üzerindeki direnç kuvveti 2 g de sabittir, bu ivme normal tahrik ve frenleme koşulları süresince kütlenin hareket etmesini önler. Duyarlı kütle için tetikleyiciye olan hareket mesafesi 5 mm’ dir. Eğer sensör 2 g den daha büyük bir ivmeye maruz kalırsa duyarlı kütle hareket etmeye başlar. Direnci aşan bir ivme değeri duyarlı kütleyi tetikleme konumuna 5 mm yaklaştıracak kadar hareket ettiği zaman periyodu içinde sönümlenmelidir. Bu örneğin amacı için T periyodu süresince sabit olan ivme değeri kabul edilmiş olup aşağıdaki denklem kullanılmıştır: ( AC – B ).T2 / 2 = S = 5mm Burada; AC: Sabit ivme değeri B: Direnç S: Tetikleyiciye olan mesafedir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
57
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Bu denklem bize duyarlı kütlenin tetikleme pozisyonuna hareket etmesi için gerekli zaman ve ivme seviyesinin hesaplanmasına izin verir. Bu hesaplama marjinal ∆V ‘yi hesaplamak anlamına gelmemelidir. Çünkü duyarlı kütle tetikleme pozisyonuna ulaştığında da ivmelenmeye devam eder. Yukarıdaki denklem kullanılarak, 10 mili saniye için 12,2 g sabit ivme elde edilebiliyorsa duyarlı kütlenin sensörü tetiklemek için 5 mm hareket edeceği hesaplanabilir. Diğer bir deyişle 20 mili saniye için 4,5 g sabit ivme veya 30 mili saniye için 3,1 g sabit ivme değeri sensörü tetikleyecektir. Sonuç: Bu örnek yine bir çarpışma sensörünün karakteristiğinin belirlenmesi için ivme seviyesinin kullanılmasının çelişkili olacağını göstermektedir. İvme tetikleme değeri açıkça pulsun şekli ve süresine bağlıdır. Tetikleme olayının meydana geldiği koşul ve puls özellikleri olmadan bir ivme değeri ile bir sensörün duyarlılığı hakkında karar vermenin bir anlamı yoktur. 5.3.2 Sensörün Cevap Eşik Değeri ve Güvenlik Sisteminin Çalıştırıldığı Eşik Değeri Kısım 5.2.3 ‘de tartışılan marjinal cevap eğrisindeki ∆V değeri, Bölüm 3’ te tartışılan hava yastığının çalıştırılması için gerekli olan eşik değeri ile aynı değildir. Cevap eğrisindeki ∆V, güvenlik sisteminin sistem seviyesinde verilen eşik değerinde olduğu gibi, sensör seviyesinde tanımlanır. Marjinal cevap eğrisindeki ∆V eşik değeri bir sorunda sensörü tetiklemek için yeteri kadar güçlü bir pulstan ölçülebilir. Güvenlik sisteminin etkinleştirilmesi için eşik değeri ∆V, şiddetli bir çarpışma olduğunda yolcuyu koruyacak şekilde belirlenir. Genel olarak konuşmak gerekirse sistem seviyesindeki eşik değeri sensör seviyesindekinden daha yüksektir. Mesela, 16 km/saat hızla bir çarpışma veya daha yüksek hızdaki bir taşıtlar çarpışma olduğunda hava yastığının çalışması gerekiyorsa, çarpışma sensörü veya algılama sisteminin ∆V 16 km/saat ten az olduğu zaman tetiklenmesi gerekecektir. Bu deyim çarpışma sensörlerinin önleyici olduğu gerçeğine dayanmaktadır. Çarpışma hızının 16 km/saat olması beklendiğinde çarpışma sensörleri 16 km/saat ten daha az bir tetikleme süresinde ∆V ‘yi algılamalıdır. Çünkü çarpışma olayı henüz tamamlanmamıştır. Sensörün eşik değeri sistemin eşik değerinden ne kadar azdır? Bu çarpışma sensörlerinin konumu ve uygulamasına bağlıdır. Ezilme bölgesindeki sensör tarafından algılanan ∆V, ezilme bölgesinin dışında algılanandan daha büyüktür. Eğer ezilme bölgesindeki bir sensör ve ezilme bölgesinde olmayan bir diğer sensör aynı zamanda tetiklenirse ezilme bölgesinde olmayan sensör, ezilme bölgesinde olan sensöre göre daha az ∆V değeri algılamalıdır. Diğer bir deyişle ezilme bölgesindeki sensörler daha az hassasiyete sahip olmalıdır. Çarpışma sensörlerinin güvenlik anahtarı olarak kullanıldığı durumlarda sistemin eşik değerinden çok daha düşük ∆V cevabı verirler. 5.3.3 Sensörün Hassasiyeti ve Özellikleri Genellikle bir çarpışma sensörü performansının tanımlanması için birden fazla yol ile tanımlanır. Bir marjinal veya eşik cevap eğrisi, sorun olduğunda sensörü tetikleyecek olan minimum ∆V’ yi belirlemek için kullanılır. Bu cevap eğrilerinin en önemli özelliği ise bir sensörün
58 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan tetiklenmesini kolay olarak tanımlamaktır. Fakat değerler günceldir. Marjinal ∆V, farklı bir pulsta bir sensör tetiklendiği zaman açığa çıkmaz. Bu dezavantajların üstesinden gelebilmek için bazen sensörün tetiklenme zamanı bazı testlerle belirlenir. Mesela, bir sensörün performansı tetiklenmeye olan zaman ( TTT ) – kimi zaman ateşlenmeye olan zaman ( TTF ) olarak da adlandırılır – 10, 20 veya 30 mili saniye süreli ve verilen genlikteki sinüs pulslarıyla belirlenir. Bu özelliklerde sıklıkla, test pulsunun genliği marjinal eşik değerinden daha büyüktür. Tetikleme olayı gözlemlenen zaman aralığında varlığını korumaktadır. Böylece uzunluk ve sensörün kapanıklılığının miktarı gözlemlenebilir. Bir mekanik sensörün duyarlılığı direnç seviyesi ile kısmen tanımlanabilir. Marjinal cevap eğrisinin eğimi direnç seviyesi ile doğru orantılı olduğunda, bu özellikle kütle-yay konfigürasyonuna sahip sensörler için doğrudur. Duyarlı kütlenin tetikleyiciye olan mesafesi bir sensörün duyarlılığını belirleyebilir. Çünkü mesafe, duyarlı kütlenin hareket ettirilmesi için gerekli olan uzunluğun bir ölçüsüdür. 5.4 Sensörlerin Test Edilmesi Tüm çarpışma sensörlerinin test edilmesi evrensel bir gerekliliktir. Testler işlevselliğin ve mühendislik işlemlerinde kullanılan tasarım parametrelerinin sınanması ve sensörün duyarlılığı ve üretim kademelerindeki doğruluğu onaylamak için kullanılır. Her ne kadar bu bölümde sadece mekanik sensörler açıklanmışa da sensörlerin test edilmesi ile ilgili aşağıdaki açıklamaların birçoğu test donanımları ve prosedürleri değişse bile diğer sensör tipleri için de kullanılabilir. Kısım 4.3’ de tanımlanan ezilmeye bağlı sensörler veya yanal darbe güvenlik sistemlerinde kullanılan sensörler farklı test yöntemlerine ihtiyaç duymaktadır. Bununla beraber sensörlerin test edilmesinde yaygın olarak kullanılan pratikler aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Testler genellikle, haver sinüs, yarım sinüs, kare veya üçgen gibi seçilmiş tipteki bir puls ile yapılır. (2) Bazı test donanımları bir çarpışma olayında ölçülen sinyallerin emülasyonu için belirli pulsların yeniden oluşturulmasına izin verir. (3) Sensörlerin test edilmesi genellikle değişik genlikte ve süredeki yapay olarak oluşturulan pulsları kullanan bir iteratif yöntemi de içerir. (4) Eşik değeri testlerinde bir çarpışma pulsunun genliği değişkendir. Fakat süresi ∆V belirlenmiş bir hata aralığında elde edildiğinde sabittir. Ardından testler marjinal cevap eğrisi bulunana kadar diğer puls süreleri içinde tekrar edilir. (5) Testlerde kullanılan bir genliğin çarpışma pulsu eşik değerinden daha büyük ise tetiklemeye olan süre ve sensörün kapanma zamanı gözlemlenebilir. Bu testler timeliness’ı ve sensörün kapanıklılığını kaydetmek için üretim basamaklarında sıklıkla kullanılır. 5.4.1 Test Donanımı Sensörlerin test edilmesi farklı seviyelerdeki donanımlar kullanılarak yapılabilir. Tüm test makinaları, test süresince sensörlerin cevabının gözlemlenmesi için veri yakalama kapasitesine sahip olmalıdır. Kontrolün kolaylaştırılması ve test verimliliği için bu tip donanımlar genellikle yarı otomatik veya tam otomatik olurlar. Kullanılan donanım genellikle aşağıdakileri de içerir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
59
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (1) Sarkaç tipi test donanımı Bu tip bir test donanımı sabit bir çerçeveye tutturulmuş salınım yapan bir sarkaçtan ibarettir. Sensörü taşıyan eleman sarkacın ucuna tutturulmuştur. Sabit çerçevenin tabanında bir durdurma mekanizması öyle bir şekilde konulmuştur ki sarkaç salınım yaparken en düşük konumuna ulaştığında bir darbe oluşturulmaktadır. Darbenin büyüklüğü salınım açısıyla ayarlanmaktadır ve puls şekli darbe bölgesinde kullanılan kılıf veya ara yüz malzemeleri tarafından kontrol edilmektedir. (2) Pnömatik darbe makineları Makinanın bu tipi, sensörün monte edildiği platformun hareket ettirilmesi için sıkıştırılmış hava kullanmaktadır. Platform belirlenen yüksekliğe çıkarıldıktan sonra kauçuk malzemeli kılıf ile temas etmesi için pnömatik güç kullanılır. Hareketli platformun hızı darbe büyüklüğünü kontrol ederken kılıf pulsların şeklini etkilemektedir. (3) Elektrikle güçlendirilmiş tahrik edici Makinanın bu tipi genellikle büyük ölçekli endüstriyel üretim uygulamalarında görülmektedir. Yatay olarak hareket eden elektrikle güçlendirilmiş bir platform sensörleri taşımaktadır. Test pulslarının şekli ve büyüklüğü tahrik ediciye bağlanmış bir bilgisayar ağıyla kontrol edilmektedir. 5.4.2 Taşıt Pulsları Çarpışma sensörlerinin testlerinde yaygın olarak kullanılan iki puls, haver sinüs ve yarım sinüs eğrileridir. Bu eğriler aşağıdaki denklemlerle tanımlanırlar: (1) Haver sinüs eğrisi
Burada; T: Puls süresi ∆V: Hız değişimi veya eğri altında kalan alan ve 0≤ t ≤ T dir. (2) Yarım Sinüs Eğrisi
Burada; T: Puls süresi ∆V: Hız değişimi veya eğri altında kalan alan ve 0≤ t ≤ T 60 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan dir. Şekil 5.7 ’de bu iki eğrinin karşılaştırılması verilmiştir. Haver sinüs eğrisi yumuşak iniş ve çıkış kısımlarına sahip iken yarım sinüs eğrisi ani çıkışa ve inişe sahiptir. 5.5 Özet Bu bölümde yaygın olarak kullanılan birkaç mekanik sensörün üzerinde durulmuştur. Bunların en önemli bileşenleri tanıtılmış, çalışma prensipleri açıklanmış ve karakteristikleri ile ilgili bir matematiksel analiz yapılmıştır. Sensörün karakteristikleri ve marjinal cevap eğrisi arasındaki ilişki açıklanmıştır. Bölümün sonunda ise sensörlerin test edilmesi için kullanılan prosedürler açıklanmış ve ekipmanlar tanıtılmıştır. Kısım 5.2 ‘de açıklandığı gibi mekanik sensörler hıza bağımlı olarak çalışmaktadırlar. Çünkü bunlar bir ivme sırasının toplanmış etkisine cevap vermektedirler. Bir sonraki bölümde elektronik çarpışma sensörleri anlatılmaktadır. Bileşenleri, çalışma prensipleri ve karakteristikleri mekanik sensörlerden tamamıyla farklıdır. Hatırlanacağı gibi mekanik sensörler hızdaki değişime göre cevap vermekteydi. Elektronik sensörler ise çarpışma pulslarından elde dilen ivme sinyallerini işleyip bu sinyallerden gömülü bilgiyi çıkararak çarpışma olaylarını algılamaktadır.
Şekil 5.7 Haver sinüs eğrisi ile yarım sinüs eğrisinin karşılaştırılması
Referanslar 1. H.R. Johnston, “Apparatus for Selectively Actuating Passenger Safety Devices in Vehicles”, U.S. Patent No.3,720,426 March 13, 1973 2. P.H. Anderson ve diğerleri, “Passenger Safety Restraint Device Including Bumper Mounted Switch and Associated Circuitry”, U.S. Patent No. 3,753,475 Aug. 21, 1973
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
61
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 3. S.Matsui ve diğerleri, “Automotive Inertia Switch with Dashpot Type Actuator”, U.S. Patent No. 3,793,498 Feb. 9,1974 4. W.N. Fraizer, “Bumper-Actuated Trigger Mechanism for Vehicle Safety Crash Bag”, U.S. patent No. 3,883,156 May 13, 1975 5. D.S. Breed, “Gas Damped Vehicular Crash Sensor with Gas Being Dominant Force on Sensor”, U.S. Patent No. 3,974,350 August 10, 1976 6. D.S. Breed, “Velocity Change Sensor”, U.S. Patent No. 4.284.863 August 18,1981 7. D.S. Breed, “Magnetically Biased Velocity Change Sensor”, U.S. Patent No. 4,329,549 May 11, 1982 8. H. Shinto ve K.Ogata, “Development of the All-Mechanical Air Bag System”, SAE Paper No. 910149 9. P. Norton, “Crash Sensing Switch with Suspended Mass”, U.S. Patent No. 4,932,260 June 12,1990 10. L.E. Bell, “Crash Sensing Switch”, U.S. Patent No. 3,688,063 April 29,1972 11. L.E. Bell, “Velocity Responsive Apparatus”, U.S. Patent No. 3,812,726 May 28,1974 12. D.R. Reneau, “Device and Method for Testing Acceleration Shock Sensors”, U.S. Patent No. 4,980,526 December 25, 1990 13. D.R. Reneau, “Shock Sensor with a Magnetically Operated Reed Switch”, U.S. Patent No. 5,194,706 March 16, 1993 14. J.B. Meister, “Vehicle Safety Restraint System with Linear Output Impact Sensor”, U.S. Patent No. 5,608,270 March 4, 1997 15. J. Fraden, Handbook of Modern Sensors, 2nd Edition, American Institute of Physics, 1993 16. R.W. Diller, “Gas Damped Acceleration Switch”, U.S. Patent No. 4,536,629 Aug. 20, 1985 17. R.J. Bolender, “Gas Damped Deceleration Switch”, U.S. Patent No. 5,118,908 Jun.2, 1992 18. L.W. Behr, “Magnetically-Damped, Testable Accelerometer”, U.S. Patent No. 4,827,091 May 2,1989 19. S.J. Anderson, “Theory of Magnetically Damped Crash Sensor: Calibration and Testability”, SAE Paper No.910278
62 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 6 Elektronik Çarpışma Sensörleri Elektronik çarpışma sensörlerinin kullanılması 1970 lerde teklif edilmiş ve geliştirilmiştir [1,2]. Ancak, 1990 ların başlarına kadar yaygın olarak kullanılmamış ve sadece ABD pazarında sınırlı kalmıştır. Elektronik bileşenlerin maliyetlerinin gittikçe düşmesi ve elektronik sensörlerin işlevlerinin gittikçe artmasıyla elektronik sensörler gittikçe popüler hale gelmiş ve algılama sistemlerinin tasarımında sıklıkla kullanılmaya başlanmıştır. Buradan gelecekte de elektronik sensörlerin çeşitli uygulamalar için kullanılmasının devam edeceği görülmektedir. Bu bölümde, çarpışmaları algılama ve ayırt etmede kullanılan elektronik sensörlerin algılama algoritmaları incelenmiştir. Elektronik devrelerde algoritmaların uygulanmasının detayı bu kitabın amacı dışındadır. Bu yüzden bu konu hakkında derinlemesine bilgi verilmemiştir. 6.1 Elektronik Çarpışma Sensörleri Nedir ve Niçin Kullanılırlar? Elektronik algılama kavramına Kısım 4.4 ’te kısaca değinilmişti. Daha kapsamlı olarak anlatılacak olursa, bir elektronik sensör elektronik bileşenlerin görece yüzdesinin çok daha fazla olduğu bir sensör tipidir. Bileşenler değişik hafıza modülleri, mikro işlemciler, direnç ve kapasitör gibi parçalardan oluşmaktadır. Bir elektronik sensör elektronik devrenin kendine has özelliklerinden, hafıza ve programlanabilme gibi, yararlanarak çarpışma olayları tanımlar ve sinyallerin ayrılmasını sağlar. Otomotiv endüstrisinin elektronik sensörlere geçişinin arkasındaki itici güç, elektronik sensörlerin maliyetlerinin düşük olmasıdır. ABD ’de hava yastığı sistemleri standartlaştırıldığında, otomobiller için kullanılan birinci nesil hava yastığı sistemleri taşıtın değişik noktalarına konulmuş çoklu mekanik sensörlerle donatılmıştır. Bundan sonraki nesil, tek noktadan algılama kavramı, taşıtın herhangi bir noktasına konulmuş tekil sensörün kullanılması, tüm algılama sisteminin maliyetini aşağıya çekmiştir. Bu sistemin basitleştirilmesiyle, tekil sensörün “zekâ” seviyesi basamaklandırılmış ve yeni tasarım konfigüsrasyonları oluşturulmuştur. Elektronik sensörlerin daha karmaşık ve esnek yapıya sahip olmalarından dolayı bu tür istekleri karşılayabilmektedirler. Sistemin maliyetlerini düşürmelerinin yanı sıra, elektronik sensörler aşağıdaki avantajlara da sahiptir: (1) Düşük maliyetli ivmeölçerler ve devre bileşenleri ile birleştirilebilme Elektronik sensörler, işleme için “sinyal” oluşturmada bir ölçme aygıtı veya transdüktör, tipik bir ivmeölçer, kullanmaktadır. İvmeölçer, ya bir piezo-elektrik ya da bir mikro-makine tipinde olabilir. Mikro-makine ivmeölçerler, birleştirildikleri devrelerin üretiminde kullanılan benzer teknikler ve işlemler ile üretilirler. Bunlar, piezo-elektrik tipe göre daha ucuz bir alternatiftirler ve geçtiğimiz yıllarda bu yüzden yaygın olarak kullanılmışlardır. Elektronik sensörlerin görece düşük maliyetleri, değişik hafıza ve dijital sinyal işleme devrelerinin de maliyetini düşürdüğünden otomotiv endüstrisi tarafından kullanımları yaygınlaşmıştır. (2) Çoklu ve karmaşık algılama algoritmalarında uygulanma esnekliğine sahip olmaları Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
63
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Elektronik sensörlerin zekâsı kullandıkları sinyal işleme prosedürlerinden kaynaklanmaktadır. Bu prosedürler. veya algılama algoritmaları, bir çarpışmada çarpışma sinyallerinin özeliklerinin belirlenmesi amacıyla tasarlanmıştır. Elektronik devreye gömülen algoritmalar bir çarpışma koşulu tanımlandığı zaman tetikleme komutu üretirler. Çoklu kriterleri içeren karmaşık algoritmalar bir elektronik sensörün içine toplanabilir. (3) Sinyali şartlandırabilme kapasitesi, kendi kendini test edebilme ve çarpışma verilerinin kayıt edilmesi Sinyal işlemenin karmaşık hesaplamalara ihtiyaç duymasının yanında elektronik sensörler, mekanik sensörlerin sahip olamadığı veya yapmalarının zor olacağı işlevleri yerine getirme kapasitesine de sahiptir. Mesela, bir hafıza modülünün yardımıyla, bir sensör çarpışma olayına ait önemli bilgileri ve sistemin çalışma koşullarını kaydedebilir. Ayrıca elektronik sensörler, önceden programlanmış sinyaller ile çalışabilirliklerini kendi kendilerine test edebilme kapasitesine sahiptir. Bunun yanında, değişik koşullar altında filtreleme ve sinyallerin telafi edilmelerini de sağlar. (4) Algılama stratejisine göre görevinin arttırılabilmesi ve birleştirilebilirliği Çoklu sensörlere sahip sıradan bir hava yastığı sisteminde, durumun izlenmesi ve sistemin çalışma kontrolünün ayarlanması için bir elektronik kontrol birimi ( ECU ) kullanılır. Bu birimin görevi çarpışmayı algılamak değildir. Tek noktadan algılama uygulamasında, çarpışma sensörleri ECU yle birleştirilirler ve bir arada işlevlerini sürdürürler. ECU ler ile algılama performansı, stratejileri ve cevapları çarpışma koşullarına, taşıtın içi ve yolcuların durumuna göre uyarlanabilir. Mesela, sistemin çalışma eşik değeri yolcu emniyet kemerini takmışsa değiştirilebilir, akıllı hava yastığı sistemlerinde, yolcunun boyutları ve konumu ile ilgili bilgiler hesaba katılarak emniyet sisteminin çalışması için en uygun seviye ayarlanabilir. Maliyetlerinin düşük olmasının yanında elektronik sensörlerin zekâsı ve uyumluluğu otomotiv endüstrisinin mekanik sensörlerden elektronik sensörlerin kullanımına geçmesiyle sonuçlanmıştır. Bazı uygulamalarda halen mekanik sensörler kullanılsa da gelecekte sundukları kendine has avantajlarıyla elektronik sensörlerin kullanımı giderek yaygınlık kazanacaktır. 6.2 Elektronik Çarpışma Sensörlerinin İşlevleri ve Bileşenleri Her ne kadar elektronik çarpışma sensörlerinin konfigüsrasyonu üreticiden üreticiye değişse de, tüm elektronik çarpışma sensörlerinin sahip olduğu ortak birkaç işlev ve bileşenler bulunmaktadır. Hartl ve diğerleri tarafından elektronik sensörlerin sahip oldukları işlevler ve bileşenler aşağıdaki şekilde listelenmiştir [3]: (1) İşlevler: • Şiddetli taşıt çarpışmalarında hava yastıklarının çalıştırılması • Sistemin sürekli olarak izlenmesi ve hata denetiminin yapılması • Sistemin durumunu belirten uyarılar göndermesi (2) Bileşenler: • ECU nun iç voltajının üretilmesi için güç kaynağı 64 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan • • • • • • • • •
Taşıtın gücünü kaybetmesinden sonra kalan işlevler için yedek enerji ünitesi İkaz lambaları için bir ara yüz devresi Mikro işlemcinin çalışmasını izleyen bir zamanlama birimi ve bir hata olduğunda ikaz lambalarının yanmasını sağlayan aydınlatma birimi Çoklu ateşleme çevrimlerinin etkinleştirilmesi için bir devre ECU yle birleştirilmiş elektromekanik g anahtarı veya her bir ateşleme çevriminin o anki yolu için güvenlik sensörü Emniyet kemerinin durumunun izlenmesi için seçime bağlı giriş devresi veya bir yolcu bulunup bulunmadığını belirten bir anahtar Harici teşhis test cihazı için bir iletişim ara yüzü Büyültme veya filtreleme ile ilgili bir elektronik ivmeölçer İşlemci hafızalarında güçlü bir mikro kontrolör
Bundan başka, elektronik çarpışma sensörlerinin işlevleri aşağıdakileri de kapsayacak şekilde genişletilebilir: • • • • • • •
Çarpışma olaylarının temsil edilmesi için bir pulsun oluşturulması Çarpışma koşullarının tanımlanmasıyla yukarıda verilen pulsu işleme Bileşenleri izleme ve sistemin durumunu teşhis etme Taşıt ve yolculara göre giriş verilerini alma Emniyet sisteminin çalışması için çıkış sinyali üretme Çarpışma olaylarının ve sistem bilgisinin kayıt edilmesi Algılama sistemi için güvenliği ve enerji kaynağını sağlama
Yukarıda belirtilen işlevlerin yerine getirilmesi için, bir elektronik sensördeki bileşenler aşağıdaki kategorileri kapsamalıdır: • • • • • • • • •
İvmeölçme ve filtreleme, örnekleme, şartlandırma, ivme pulslarının denkleştirilmesi işlemlerini yapan devre parçası Algılama algoritmalarının uygulanması için, mikro işlemci ve programlanabilir sadece-okunur hafızayı içeren bir devre parçası İzleme ve teşhis için devre parçası Bilgileri almak ve iletmek için devre parçası ve ara yüz Ateşleme sinyallerinin oluşturulması için devre parçası Kaydetme ve saklama için devre parçası Güç kaynağı ve enerji rezervi Teçhizat sensörü Montaj ve yerleştirme dirseği
Yukarıda listelenen maddelerden bazısı sonraki kısımlarda ayrıntılı olarak incelenecektir. Daha fazla bilgi için bahsi geçen kaynaklara başvurulabilir. 6.2.1 Elektronik Sensörlerdeki İvmeölçerler Öndeki hava yastıkları için tasarlanan elektronik sensörlerin büyük bir çoğunluğunda ivme pulsu çarpışmanın belirlenmesi için sinyal kaynağını kullanmaktadır. Sinyal bir ivmeölçer veya ivme transdüktörü tarafından oluşturulmaktadır. İvmeölçerler piezo-elektriki [4] veya mikro-makine [5, 6, 7] ile işlenmiş tipte olabilir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
65
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Mikro-makine ile işlenmiş ivmeölçerlerde salınım yapan bir kütle, mikro mekanik süspansiyon ile bir silikon işlemciye tutturularak, işlemci ivmelendiğinde atalet kuvvetinin oluşması sağlanır. Bunun sonucu olarak, salınım yapan kütle hareket eder ve süspansiyon gerilir. Bu sayede sismik kütlenin hareketi bir voltaj sinyaline dönüştürülür [8]. Bu basit prensip tüm silikon ivmeölçerlerin çalışmasında kullanılır. İvmeölçerler, aynı silikon işlemci üzerindeki diğer devre elemanları ile birleştirilebilirler. Bu şekilde yarı iletkenlerin üretimleri için kullanılan aynı işlemlerle üretilebilmeleri sağlanır. Mikro makine ile işlenmiş ivmeölçerler sıradan ivmeölçerlere göre daha düşük maliyetli bir alternatif sunmaktadır. Çünkü bunlar seri üretilmeye daha fazla elverişlidirler. Bergfried ve diğerleri [9] çarpışma sensörlerinde ivmeölçer uygulamaları için ± 35 g ivme ararlığının ve 300 Hz ‘e kadar bant genişliğinin uygun olduğunu belirtmişlerdir. Kelly [10] ise ivme aralığının ± 25 g ile ± 50 g aralığının kabul edilebilir seviyede olduğunu saptamıştır. İvmeölçerler seçileceği zaman ayrıca boyuta, maliyete, duyarlılığa, çıkış parazitine ve EMI etkilerine dikkat edilmesi de gereklidir. Ayrıca yerleşik teşhis ve kendi kendini test edebilme işlevleri de önemlidir. 6.2.2 Elektronik Sensörlerde Emniyet Sensörleri Emniyet sensörleri, kimi zaman güvenlik sensörleri olarak da adlandırılırlar, algılama sisteminde bir güvenlik anahtarı olarak hizmet görürler. Emniyet sensörleri çoklu sensör sistemlerinde hava yastığının açılmaması gereken durumlarda ayırt etme sensörleri tetiklendiğinde hatalı durumların ortaya çıkmasını önlemek için kullanılırlar. Bu güvenlik sensörlerinin bazı özellikleri şu şekilde özetlenebilir [10]: (1) Bir mekanik güvenlik sensörü genellikle tek noktadan algılama sistemlerinde elektronik sensörlerle beraber kullanılır. İşlevi, hatalı etkiler meydana geldiğinde yanlışlıkla çalışma olasılığını azaltmaktır. (2) Normal sürüş koşullarında yolcu koruma sisteminin çalışmasının garantilenmesi için uygun şekilde kalibre edilirler ve duyarlılıkları buna göre ayarlanır. (3) Sensör, çarpışma pulslarının en fazla şekilde iletilmesi ve en az titreşim etkileri için rijit olarak monte edilir. (4) Tek noktadan algılama sistemi için ideal bir emniyet sensörü zaman olarak uzun ve çalışma koşullarında sürekli kapalı durumda olandır. Böylece ayırt etme devresi tarafından verilen tetikleme sinyali ile kapalılık durumu garantilenmiş olur. (5) Eğer bir sistemde hatalar yeterli derecede önlenebiliyorsa bir emniyet veya mekanik emniyet sensörüne ihtiyaç yoktur. Elektronik sensörlerle beraber kullanılan mekanik emniyet sensörleri Bölüm 5 ‘de incelenen Hamlin sensörleri gibi basit ve hafif bir yapıya sahiptirler. Mekanik emniyet sensörünün bir elektronik birimde kullanılmasının en önemli nedeni beklenilmeyen girişimlerin ( EMI ) önüne geçmektir. Bu hata modunda, elektronik devre, dışarıdan parazite maruz kaldığında yanlış ateşleme yapabilir. Fakat mekanik birimin bu tip parazitlere karşı bağışıklığı vardır ve bu tip olaylarda hava yastığının yanlışlıkla açılmasını önler. Her ne kadar birçok elektronik sensör halen bir mekanik emniyet sensörü içerse de eğer alternatif aygıtlar veya devre tasarımları yapabilirse bunların kullanılmasına ihtiyaç kalmayacaktır.
66 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan U.S. Patent No. 5.845.729 bazı iyileştirmeler için mantıksal seviyeli bir emniyet sensörünün yapısını açıklamaktadır [11]. Bu buluş, sıradan emniyet sensörlerinin birçok zorluğunun üstesinden gelinmesi amacıyla yapılmıştır. Bu zorluklardan en önemli üç tanesi aşağıda sıralanmıştır: (1) Emniyet sensörü, patlatıcının ateşlenmesi için gerekli olan amper miktarını temin etmek zorundadır. Bu ise geniş ve pahalı emniyet sensörleri gerektirir. (2) Emniyet sensörleri normal olarak açıldığında, sensörün devreye doğru olarak bağlanıp bağlanmadığını belirlemek için kolay bir yol yoktur. (3) Emniyet sensörünün kapalı kaldığı süre, ayırt edici sensörün çalışma durumunun olup olmadığını tanıması için yeteri kadar uzun olmalıdır. Bu patentte bahsedilen emniyet sensörü plastik bir kap içinde silindirik bir boşlukta durmaktadır. Boşluğun bir ucunda temas tırnakları bulunmaktadır ve bir yay kütlenin boşlukta hareket etmesini önlemektedir. İvme pulslarının oluşmasıyla kütle direnç kuvvetini yenip temas tırnaklarıyla elektriksel bir köprü oluşturmaktadır. Emniyet sensörü ve sistemi çalıştırma devresi düşük montajlı mantıksal devrede bağlanmıştır. Devrede anahtar bağlantısının hata teşhis testinin yapılması için emniyet sensörü normal olarak anahtarı kapatmaktadır. Sinyal işleme devresindeki bir puls gericisi, ateşleme devresinin emniyet sensörü sadece kısa bir süre açık olsa bile çalışmasını tamamlamak için yeterli uzunluktadır. Emniyet sensörü düşük voltaj ve akıma maruz kalacak şekilde tasarlanırsa, boyutları ve maliyeti azaltılabilir. 6.3 Elektronik Sensörlerde Algılama Algoritmaları Algılama algoritmaları, hava yastığının açılıp açılmayacağı kararını verirler ve elektronik sensörlerin en önemli tasarım elemanlarıdır. Algılama algoritmalarının karakteristikleri aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Çarpışmanın algılanması gerçek zamanlı bir uygulamadır. Bunun anlamı, algılama algoritmalarının sadece belirli bir aralıkta izleme yaparak çarpışmanın şiddetine karar vermeleri ve çarpışma verilerini tahmin etmelerinin gerektiğidir. (2) Algılama algoritmaları genellikle çarpışma sinyallerinden, devirdeki değişimden veya ∆V ‘den daha fazla değişkeni hesaba katarlar. (3) İvme verilerinden türetilen sarsıntı ( türev ), devir ( integral ), yer değiştirme ( iki kere integral ), enerji veya güç ( ivme ve hızın fonksiyonu ) gibi bilgiler algılama algoritmalarında yaygın olarak kullanılan parametrelerdir. (4) Algılama algoritmaları çoklu kriterleri içerebilir. (5) Algılama algoritmaları, diğer izleme aygıtlarından – emniyet kemerlerinin bükülme sensörleri veya ağırlık sensörleri – elde edilen bilgileri de hesaba katabilir. Algılama algoritmalarının geliştirilmesinde kullanılan ölçütler ( performans, dayanım, kalibre edilebilirlik, esneklik ve karmaşıklık da dahil olmak üzere ) [10] aşağıda listelenmiştir: (1) Bir algoritmanın performansı, sistemin çalıştırılmasına gerek olup olmadığını ve ne zaman çalıştırılacağını kontrol edebilmelidir. (2) Bir algoritmanın dayanımı, monte edildiği konuma, montaj konfigürasyonlarına ve taşıtın içindeki farklılıklara karşı minimum hassasiyete sahip olmalıdır. (3) Algoritma her bir taşıt tipi için uygulanabilir olmalıdır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
67
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (4) Kalibrasyon işleminin yapıldığı sürede genellikle performans gereksinimlerin vaz geçilir. (5) Algoritma, sistemin özellikleri değişip yeni özellikler eklendiğinde veya özel taşıt ihtiyacına cevap verebilecek kadar esnek olmalıdır. (6) Eğer gereksinimler az ise basit algoritmalar yeterli olacaktır. Çünkü algoritmanın karmaşık yapıda olması, hesaplama, kalibrasyon, hafıza gereksinimlerini ve maliyeti arttıracaktır. İlerleyen kısımlarda, değişik algılama olaylarının yerine getirilmesi için birkaç algoritma örneği verilmiştir. Gerçekte, algoritmaların bazıları yenileri geliştirildiğinden artık kullanılmamaktadır. Verilen örnekler farklı teknik ve mantıkların gösterilmesi için seçilmişlerdir. İleriki bölümlerde incelenen algoritmalara ait tanımlamalar, sadece bunların işleyiş prensiplerini göstermektedir. Bu algoritmalar ile ilgili daha fazla detay her bir örnek için verilen referans kaynaklarından temin edilebilir. Karşılaştırma için Tablo 6.1 ‘de seçilen algılama algoritmalarının önemli özellikleri ve yaklaşımları özetlenmiştir. Tablo 6.1 Seçilen algılama algoritmalarının önemli özellikleri ve algoritmaların birbirleriyle karşılaştırılmaları Kişi/Kuruluş Diller ve diğerleri / TRW Allen / ASL Gioutsos / ASL Watanabe, Umezawa
Önemli özellikler Toplam ve kısmi enerjiler Güç oranı Dalga formunun tanımlanması En uygun zamanlama
Mattes ve diğerleri / Robert Bosch GmbH Diller / TRW
Ayarlanabilir hız eşik değeri
Eigler ve Weber / Siemens Tohbaru / Honda Blackburn / TRW Blackburn and Gentry / TRW Cashler and Kelly / Delco Elektronik Mclver ve diğerleri / TRW Sada ve Moriyama / STC Kosiak / Delco Elektronik
Yaklaşım Zaman bakımından enerji Enerji + sarsıntı + ivme +∆V Sarsıntı Tahmini yer değiştirme+ivme+sarsıntı+enerji ∆V
Uzman devrelerin bir araya getirilmesi Çoklu ölçme devreleri ve zaman aralığı Bir frekans aralığında ivme sinyalinin gücü
∆V+sarsıntı+yer değiştirme
Yolcunun yer değiştirme miktarı ve çarpışmanın şiddeti Çarpışma hızı ve çarpışma ölçüleri Fiziksel büyüklüklere dayanarak ayarlanabilir hız Önceden yapılan sensör girişleri kullanılarak çarpışmanın algılanması
Sarsıntı+ivme+∆V+yer değiştirme
İvmeyi tanıma+hız+yer değiştirme ∆V+frekans alanındaki enerji
∆V+ivme+şekil fonksiyonu Sarsıntı+ivme+∆V+yer değiştirme Önceden algılama sensörleri ile ivmenin ölçeklenmesi
6.3.1 “Toplam ve Kısmi Enerjiler”, Diller [12, 13] Bu yaklaşım aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Algoritma, bir çarpışma olayı süresince yayılan enerji miktarının ölçülmesini kullanarak çarpışma şiddetinin hava yastığının açılmasını gerektirecek kadar yüksek olup olmadığını belirlemektedir.
68 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (2) Bir sinyaldeki enerji, frekansa ve zamana bağlı olarak analiz edilebilir. Bu tasarım zamana bağlı hesaplamaları kullanarak hızlı Fourier dönüşümleri için donanım kullanılma gereksinimini ortadan kaldırır. (3) Belirli aralıklarla toplam enerjinin tekrar tekrar hesaplanmasıyla, zamanla değişen enerji miktarı izlenebilir. Zaman aralıklarının uzunluğunun 12 mili saniye olması ve her 2 mili saniyede bir tekrarlanması tavsiye edilmektedir. (4) Bir çarpışmadaki enerji seviyeleri şunların sonucu ortaya çıkmaktadır: (a) 3 Hz de veya daha az frekanstaki sinyalle taşıtın tümünün yavaşlaması ve (b) Eğilme, kırılma ve titreşim ( kısmi enerji ) ile taşıt yapısında enerji dağılımı. (5) Bir çarpışmadaki toplam enerji, ivme değerinin ortalama kareköklerinin değeri ile orantılıdır. Fakat hesaplamada mutlak değer yerine konur. Kısmi enerji, ortalama değerin çıkarılmasıyla ( örn: 0 Hz deki sinyal ) hesaplanır. (6) Ateşlemenin yerine getirilmesi için, kural, belirli bir zaman aralığı sonundan önce eş zamanlı olarak toplam ve kısmi enerjilerin kendi eşik değerlerini aşmak zorunda olmalarıdır. (7) İvme sinyalinin integralinin alınmasıyla elde edilen hız değişimi bazı taşıtlar için ölçme kriterinin bir parçası olarak eklenir. (8) Hız alt algoritmasında eşik değeri seviyesi sıradan mekanik emniyet sensörleri ile karşılaştırılabilir olmalıdır. Eşik değeri seviyesinin kullanılma amacı, taşıtın üzerinde kötü kullanımdan dolayı oluşan, hız değişimi düşük olduğunda – küçük bir hayvana vurma veya kötü yol koşullarında sürüş gibi – dış yüklerin enerjisinden kaynaklanan ateşlemeyi önlemeye yardımcı olmaktır. Bu buluşun daha detaylı tanımı için orijinal patente başvurulabilir. Bu algoritma, bir çarpışma olayında enerjinin dönüşümü perspektifinden geliştirilmiştir. Toplam enerjinin hesaplanması kısmi enerji kısmının dalgalanmaların izini sinyalde korurken taşıtın tümünün yavaşlaması hakkında bilgi verir. ∆V eşik değerinin bir emniyet sensörünün algılama seviyesine ayarlanmasıyla ∆V nin önemi azaltılır. 6.3.2 “Güç Oranı Yöntemi”, Allen [14] Bu algoritmada aşağıdakiler amaçlanmıştır: (1) Güç oranı yöntemi, gücün birinci türevine dayanmaktadır. Yöntemde ivme, hız ve sarsıntı ölçümlerinin kullanılarak çarpışmanın şiddeti belirlenir. (2) Güç oranının hesaplanmasında için kullanılan matematiksel denklemler Enerji Güç Güç oranı (3) Güç oranı denkleminde v(t)j(t) terimi, çarpışmanın başlangıcından 0–40 mili saniye zaman periyodu içinde baskın bir terimdir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
69
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (4) Güç oranı yöntemi, hız ve sarsıntının ikisini de dikkate alır. Bu sayede aşağıdaki avantajları sağlar: (a) Sarsıntı değerleri, düşük devirde olduğu gibi açılı ve direğe çarpma olaylarında hız ayrımının zayıf olduğu zaman aralığında kullanışlıdır. (b) Hızın ölçülmesi başlangıçtaki sarsıntı karakteristiklerinin tetiklenme ile sonuçlanmadığı kabul edildiğinde uzun zaman periyotları için kullanışlıdır. (c) Yüksek sarsıntı değerlerine sahip arazi yol verileri, hız değeri küçük olduğu sürece tetikleme yapmayacaktır. (5) Algoritmada, ivme pulsundan hesaplanan güç oranının yolcu tarafından hissedilen güç oranı ile orantılı olduğu kabul edilmektedir. (6) Filtrelenmiş ivme verisinin belirli bir aralıkta ortalaması alınır ve bu hareket sarsıntının belirlenmesi için kullanılır. Verinin ortalanması ile çarpışma pulsları yumuşatılır, kötü yol koşulları ve çarpışma paraziti değişkeni ile ilgili problemleri azaltır. (7) Algoritmanın adımları: (a) Filtrelenmiş ivme örnekleri hızın belirlenmesi için toplanır. (b) Ortalama ivme ve sarsıntı değerleri önceden belirlenen zaman aralığında hesaplanır. (c) Sarsıntı ( değer ) hızla çarpılır ve çarpım ortalama ivmenin karesine eklenir. (d) Sistemin çalışmasının gerekli olup olmadığının belirlenmesi için zamanla değişen eşik değerine karşılık güç oranı değeri karşılaştırılır. Güç oranı yöntemi, ∆V ve sarsıntıyı kullanan dolaylı enerji yaklaşımıdır. ∆V ve sarsıntı bir araya getirilerek tek bir değişken yapıldığında, güç oranı, değişkenlerin tek tek kullanılmasının olası sorunlarını ortadan kaldırmaktadır. Algoritma, çarpışma şiddetinin yolcunun hissettiği güç oranı ile ilgili olabileceğini önermektedir. Kullanılan hız, yolcunun devri veya taşıtın devrindeki değişimdir, taşıtın mutlak devri değildir. 6.3.3 “Bir Tahmi Edici Algoritma”, Gioutsos [5] Bu yaklaşım aşağıdaki şekilde özetlenebilir: (1) Algoritma tahmin edici bir teoriye dayanmaktadır. (2) Yaklaşım bir çarpışma olayını dalga formlarına çevirmektedir: c(t)=f{n(t),ah(t)} Burada; c(t): T zamanındaki çarpışma dalga formunun değeri n(t): T zamanındaki parazit a: Dalga formunun çıkış eğimi h(t): Gerçek çarpışma dalga formu (3) a ‘nın değeri, daha şiddetli çarpışmalar için daha büyüktür. Dalga formunun eğimi daha şiddetli çarpışmalarda daha büyüktür.
70 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (4) Tahmin etme yöntemi, kayan aralık, başlama zamanı veya zamana bağlı eşik değerini kullanmaz. Bu yüzden zamandan bağımsız bir yaklaşımdır. (5) Sarsıntı veya anlık eğim, tahmin edici algoritmanın temeli olarak kullanılır. Bu algoritma, ivme sırasının eğimini ( örn: sarsıntı ) temel almaktadır. Bu yaklaşımın en önemli özelliği zamandan bağımsız kritere sahip olmasıdır. Gerçek dalga formunun büyüklüğü, çarpışma olayının başlangıç noktası tanımlanmadan çarpışma şiddetiyle bağıntılıdır. 6.3.4 “Bir Hava Yastığının Tetiklenmesi İçin En Uygun Zamanlama”, Umezawa [16, 17, 18] Bu yaklaşım aşağıdaki şekilde özetlenebilir: (1) En uygun tetikleme zamanının belirlenmesi için kullanılan algoritma bunu yolcunun nasıl hareket edeceğini tahmin ederek yapar. (2) Algoritma aşağıdaki dört bloktan oluşur: (a) İvmenin yaklaşık olarak hesaplanması için Kalman filtresi ve ölçülen pulstan bunun türevinin ( sarsıntı ) kullanılması. (b) Yolcuların hızının ve yer değiştirme miktarının hesaplanması (c) Çarpışmadan sonra yolcuların hızının ve yer değiştirme miktarlarının tahmin edilmesi (d) Ölçülen ve tahmin edilen değerlerden tetiklemeye karar vermek (3) Kalman filtresi, sistemin durumunu yeniden oluşturmak için en küçük kareler hatası ile bir hesaplama yapan en uygun gözlemcidir. (4) Ölçülen ivme daha sonra yolcuların hareketinin hesaplanması ve tahmin edilmesi için kullanılırken sarsıntı çarpışmanın şiddetine karar vermede kullanılır. (5) Eğer aşağıdakiler oluşursa sistem tetiklenecektir: (a) Ölçülen sarsıntı veya ivme ve yolcunun tahmin edilen hızının karesi ( enerji ) daha önceden belirlenen eşik değerini aştığında ve (b) Yolcunun tahmin edilen yer değiştirme miktarı belirlenmiş bir mesafeye ulaştığı zaman (6) (b) koşulu algoritmada en önemli koşuldur. Çünkü bu tetikleme için en uygun zamanı belirler. Bu kavram, tetikleme zamanının daha iyi belirlenmesi için tahmin edilen yer değişimlerini kullanmaktadır. Bu kriterin önemi, diğer değişkenlerden çarpışmanın şiddeti bulunurken aynı zamanda yolcunun pozisyonunu da yaklaşık olarak hesaplamaktadır. Bununla ilgili yayımlarda [18], yazarlar ayrıca çarpışmanın algılanması için bir sinir ağının uygulanmasını da incelemişlerdir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
71
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 6.3.5 “Ayarlanabilir Hız Eşik Değeri”, Mattes ve diğerleri [19] Bu buluşun elemanları aşağıdaki gibi özetlenebilir: 1. Bir hız sinyalinin elde edilmesi için, bir ivme sinyalinin zamana göre integrali alınır. 2. Hız sinyali için bir serbest bırakma eşik değeri belirlenir. Eğer hız sinyali serbest bırakma eşik değerini aşarsa, yolcu koruma sistemi çalıştırılır. 3. Kazanın tipine ve taşıt üzerindeki diğer parametrelere dayanarak, serbest bırakma eşik değeri serbest bırakma duyarlılığının arttırılması için kontrol edilir. Mesela, serbest bırakma eşik değeri o anki değerle ve hız sinyalinin eğilimi ile ayarlanabilir. Eğer hız sinyali değer kaybederse, serbest bırakma eşik değeri daha duyarlı bir seviyeye düşürülür. Eşik değerinin ayarlanması zamanla doğrusal olabilir veya olmayabilir. Eşik değerlerinin ayarlanmasında teklif edilen diğer yöntemler ve bu buluş ile ilgili daha fazla bilgi için orijinal patente başvurulabilir. Esasen, bu kavram değişen ∆V eşik değerine dayanmaktadır. ∆V eşik değeri ivme veya hız sinyalinin değişimi gibi çarpışma pulslarının parametrelerine göre ayarlanır. Yaklaşım, eğik çarpışmalar ( oblique collsion ) için eşik değerini zamanın fonksiyonu olarak ayarlama avantajını sunmaktadır. 6.3.6 “Çoklu Ölçme ve Uzmanlık Algoritmaları”, Diller [20] Bu buluş aşağıdaki şekilde özetlenebilir: (1) Bu yaklaşım çekirdek ve bütünleyici algoritmalarını da içeren çoklu ölçme devrelerini kullanmaktadır. Mesela, yer değiştirme ve sarsıntı algoritmalarının bütünleyici olduğu çekirdek olarak hız kullanılır. (2) Her bir hesaplama devresi sinyalin değerlendirilmesini sağlar ve eğer durum güvenlik sisteminin etkinleştirilmesini gerektiriyorsa “ateşleme” sinyali için oy verir. (3) Diğer hesaplama uzmanlık devreleri, temel çarpışma hesaplama devreleri ile ilişkilendirilir. Uzmanlık devresi, yavaşlama ivmesi sinyali tarafından çarpışma koşullarının tipinin hesaplanmasını sağlayan uzman, uzmanlık devresi tarafından belirlendiği zaman devre “uzman” çıkış sinyali üretir. (4) “Ateşleme” oyu sinyali ve “uzman” çıkış sinyali birbirlerine eklenerek bir toplam sinyali elde edilir. Bu toplam sinyalin değeri daha önce belirlenen eşik değerini aştığı zaman güvenlik sistemi etkinleştirilir. (5) Algoritmaların performansının ayarlanması için ağırlığı olan birçok faktör “ateşleme” oyu verebilir ve “uzman” çıkışına yerleştirilebilir. Yaklaşım ile ilgili daha fazla detay için orijinal patente başvurulabilir. Bu buluş, hız, yer değiştirme ve sarsıntıyı içeren çoklu algoritmaların kullanımını önermektedir. Bir devre için ağırlığı faktörlerin değiştirilmesi yöntemi, sensör performansının ayarlanmasında esneklik sağlamaktadır.
72 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 6.3.7 “Çoklu Ölçme Devreleri ve Zaman Aralığı”, Eigler ve Weber [21] Bu buluş aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Bu yaklaşım çoklu ölçme devrelerini kullanmaktadır. (2) Her bir ölçme devresi, farklı kriter ile zamana bağlı olarak ivme sinyalini ölçmektedir. (3) Bir ayırt etme devresi, kafadan veya açılı çarpmalarda olduğu gibi en az farklı iki tipteki kaza arasındaki farklılıklar için sinyal karakteristiklerini kullanır. (4) Diğer ölçme devreleri, kazanın tipini ve bununla ilgili eşik değerini baz alarak bir çarpışmanın şiddetini belirler. (5) Bir mantıksal bağlantı, ölçme devrelerinden ateşleme devrelerine uygulanabilir ölçme çıkışlarını gönderir. (6) Bir diğer ölçme devresi, ateşleme eşik değerinin aşıldığı andan sonra meydana gelebilen en uygun ateşleme anını belirler. Yaklaşım ile ilgili daha fazla bilgi için orijinal patente başvurulabilir. Patente bir örneklemenin yapılması için beş paralel devre kullanılmaktadır: (1) Devre 1 çarpışma sinyalinin tanınması için kullanılır. Devre, aniden çıkan veya daha önceden belirlenen zaman için o anda geçerli olan negatif ivmeleri belirten ivme sinyalleri için kontrol yapar. (2) Devre 2 kafadan veya eğik çarpışma tipleri arasındaki farkı ayırt eder. Devre, bir bandgeçirme filtresi içermektedir, histerezis ile anahtarlanan eşik değerini tarafından takip edilir. (3) Devre 3, kafadan çarpışma için eşik değerinin aşılıp aşılmadığını belirler. Devre, bir integrator tarafından takip edilen bir eşik anahtarını içerir. (4) Devre 4, eğik çarpmalarda eşik değerinin aşılıp aşılmadığını belirler. Devre 3’ tekine benzer şekilde çalışır. (5) Devre 5, hesaplanan yer değiştirme değeri baz alınarak tetikleme için en uygun anın belirlenmesini sağlar. Devre, filtrelenmiş ivme sinyalini ve bunun iki kere integrali alınmış halini kullanır. (6) Bir “zaman aralığı” penceresi Devre 1, 3, 4 ve 5 ‘i takip ederek daha önceden belirlenmiş zaman periyodu için algılanmış olayda bir sinyal yakalar. Sinyal, aralığı sonunda serbest bırakılır. Bu yaklaşım, kaza tiplerinin ayrılması için bir ayırt etme devresinden yararlanmaktadır. Farklı çarpışmaların eşik değerlerinin ayrı devrelerde uygulanmasını sağlar. Bu ayrıca, güvenlik sisteminin çalıştırılması için “en uygun” zamanın belirlenmesinde yer değiştirmenin hesaplanmasını kullanır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
73
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 6.3.8 “Frekans Aralığında İvme Sinyalinin Güç Bandı”, Tohbaru [22], Blackburn ve diğerleri [23], Blackburn ve Gentry [24] İlk referans olan Tohbaru ‘nun yaklaşımı aşağıda özetlenmiştir: (1) İvme sinyali çıkışının, yolcunun atalet devrinin hesaplanması için integrali alınır. (2) Filtrelenmiş ivme sinyalinin gücü 100 ila 200 Hz frekans aralığında hesaplanır. (3) Ya yolcunun atalet devri ya da güç referans bir değeri aştığı zaman bir başlangıç sinyali güvenlik sisteminin çalıştırılmasını sağlar. (4) Bu yaklaşım, başlangıç sinyalinin eğik çarpmada gecikme olmaksızın uygun olarak üretilmesini sağlar. Bu buluş ile ilgili daha detaylı bilgi için orijinal patente başvurulabilir. İki ölçme devresi bulunmaktadır: Birisi devrin hesaplanması ve diğeri gücün hesaplanması içindir. Yolcunun atalet devrinin hesaplanması için kullanılan devre bir integral alma devresidir; bunun işlevi yolcunun atalet devrinin ∆V hesaplanması için ivme sinyalinin integralini almaktır. Gücün hesaplandığı devrede, ivme sinyali 100 Hz ‘in altı ve 200 Hz ‘in üstündeki frekans aralıklarını içeren bir band-geçirme filtresine gönderilir. 100 Hz ile 200 Hz arasındaki frekans aralığında sinyalin gücü hesaplanır. Devir veya güç hesabından en azından bir sinyal alındığında bir tetikleme sinyali oluşturulur. Patentin tanımlamasına göre düşük devir ve orta devirdeki kafadan çarpışmaların karşılaştırılması 0 Hz ‘deki gücü, P0 ‘ın çarpışma devri yükseldikçe ve geçen zaman uzadıkça daha büyük olacağını gösterecektir. Bu olay güvenlik sistemin çalıştırılıp çalıştırılmayacağının belirlenmesinde kullanılabilir. P0 ivme sinyalinin doğrudan akım bileşenine uyduğundan, bu yolcunun atalet devri ∆V ile eşdeğer olarak gösterilir. Yüksek devirli bir eğik çarpışma durumunda, biçimlendiricinin çarpışma hızının daha yüksek olduğu gerçeğine rağmen 30 mili saniye sonra P0 orta devirle kafadan çarpışmadakine göre daha azdır. P0 geçen zaman arttıkça daha da arttığından güvenlik sisteminin çalıştırılması için çok geç olabilir. Bu problemin üstesinde gelebilmek için gücün büyüklüğü S100–200 100 Hz ile 200 Hz aralığında ikinci bir parametre olarak kullanılır. Bu kavram, eğik bir çarpışmada ivmenin yüksek frekanslı bileşeninin orta devirde kafadan çarpmalara göre geniş olduğu gözlemine dayanmaktadır. Bir diğer tasarım yaklaşımı, Blackburn ve diğerleri tarafından önerilen [23], frekansa bağlı sinyal gücünün hesaplanmasını kullanan benzer bir kavramdan yararlanmaktadır. Bir analogdijital dönüştürücü, ivme pulslarını dijital sinyale dönüştürür. Birkaç zaman aralığı boyunca, bir hızlı Fourier dönüştürücü sayısallaştırılmış zamana bağlı sinyalleri frekansa bağlı sinyallere dönüştürür. Tüm frekans bandı boyunca genlik değerleri her bir zaman aralığı için bir integral değerin elde edilmesi için toplanır. Birkaç aralığa ait integral değerlerinin toplamı çarpışma şiddetinin belirlenmesi için daha önceden belirlenen eşik değeri ile karşılaştırılır. Bir diğer yaklaşım, Blackburn ve Gentry tarafından önerilen [24], ivme sinyalinin frekans bileşenlerine de bakmaktadır. Fakat Fourier dönüştürücü aygıtının kullanmamaktadır. İvme pulsu, çalışma koşullarının belirlenmesi için özel frekans bileşenlerini içeren bir sinyali bir band filtresinden geçirmektedir. Bir toplama devresi, bir integral alma devresi ( hız ) ve güçlendirme devresi ( frekans karşılaştırıcı )nden alınan çıkışları toplamak için kullanılır.
74 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Toplam, hava yastığının çalıştırılıp çalıştırılmayacağına karar verilmesi için daha önceden belirlenen bir eşik değeri ile karşılaştırılır. Burada bahsedilen üç yaklaşımın tümü de çarpışma şiddetinin belirlenmiş bir frekans aralığında sinyal bileşenlerinin veya enerjinin incelenmesi ile belirlendiği bir algılama kavramından yararlanmaktadır. 6.3.9 “Yolcunun Yer Değiştirmesi ve Çarpışma Şiddetini Baz Alan Çalıştırma Yöntemi”, Cashler ve Kelly [25] Bu buluş aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) İki basamaklı çalışma kontrolü, taşıtın içinde güvenliğin sağlanması için teklif edilmiştir. (2) Çalıştırmaya karar verme, “bekleme zamanı” adımını içermektedir. Bu adım sistemin “çalışıp çalışmayacağını” belirleyen kontrolde bir “şiddet” ve “çalışma anını” kontrol eder. (3) “Bekleme zamanı” adımı, çarpışma sonucunda yolcunun yer değiştirmesinin hesaplanmasına ve şiddet adımı çarpışmanın şiddetinin hesaplanmasına dayanır. (4) Kontrol yöntemi, ivme verisi yerel hale gelmiş darbeyi belirttiği zaman, açılı veya direğe çarpma gibi, sistemin daha erken çalışmasını sağlamak için modifiye edilir. Yaklaşımla ilgili ek bilgiler orijinal patentten elde edilebilir. Patentteki tanımlamaya göre, bu yaklaşım için hesaplama adımlar aşağıdaki gibidir: (1) “Bekleme zamanı” (TTW) adımında, ivme sinyalinin integrali alınır, ortalaması alınır ve yolcunun gelecek zaman diliminde ( 30 mili saniye ) yer değiştirmesinin tahmin edilmesinde daha önceden belirlenen bir zamanda kullanılır. Önceden belirlenen zaman, sistemin çalışması bir kere söz konusu oldu mu hava yastığının patlatılması için gereken zamandır. Tahmin edilen yer değiştirme eşik değerine ulaşılır ulaşılmaz, çarpışma olayında etkili hızın hesaplanması için şiddet fazı başlatılır. Eğer etkili hız daha önceden belirlenen eşik değerini aşıyorsa, çarpışmanın şiddeti sistemin çalışmasını garantileyecek kadar yüksek demektir. (2) Aşağıdaki iki sembol ( GBAR1, GBAR2 ) filtrelenmiş sinyalleri temsil etmesi amacıyla patentten alınmıştır. Eğer en çok örneklenen bu iki ivme değerinin ortalaması eşik ivme değerini aşarsa, TTW rutini onaylanır. TTW rutininde, anlık hız V(t) ve yer değiştirme D(t) ivme sinyalinden hesaplanır. Bir diğer ivme sinyali, GBAR1, ölçülen ivme değerinin eksponansiyel düşük geçiş filtresinden çıkarılmasıyla elde edilir. Yolcunun tahmin edilen yer değiştirme miktarı ( POD ) D(t), V(t) ve GBAR1 baz alınarak hesaplanır ve kabul edilen patlama zamanı 30 mili saniyedir. İvme sinyali, GBAR2, çarpışma sinyalinin biçimlendirilmesi için ayrı bir filtreden geçirilir ve ara bellekte sürekli olarak depolanır. 8 mili saniye ve 1 mili saniyelik aralıklarla GBAR2 ‘den hesaplanan sarsıntı değerleri bölgeselleşmiş darbelerde zamanlamanın iyileştirilmesi için V(t) hız teriminin ayarlanmasında kullanılır. Bundan başka, yolcunun yer değiştirme eşik değeri ( ODT ) eğer algılanan sarsıntı
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
75
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan değeri bir referans değerden daha büyük ise ayarlanabilir. Eğer, POD ODT ‘yi aşarsa şiddet rutini çalıştırılır. (3) Şiddetli adımda, çarpışma pulsunun ivme zarfı yarım sinüs dalga formu olarak yeniden biçimlendirilir ve hızdaki etkin değişim, Veff dalga formunun altındaki alandan hesaplanır. Veff hesaplanırken gerilim terimi eğer bölgeselleşmiş bir darbe algılanmışsa puls süresinin uzatılması için oluşturulur. Eğer Veff bir eşik değerini aşarsa bir çalışma komutu gönderilir. Bu yaklaşım sarsıntı, ivme, hız ve ölçülen yer değiştirme kullanılarak güvenlik sisteminin ne zaman çalıştırılıp çalıştırılmayacağını belirler. 6.3.10 “ Hızı Arttırılmış İvme Ölçümü Kullanılarak Bir Taşıtın Çarpışma Koşulunun Algılanması İçin Yöntem ve Aparatlar”, Mclver ve diğerleri [26] Bu buluş aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Bir çarpışma hızını belirleme devresi, ivmeölçerden bir çarpışmanın hız değerini belirler. (2) Çarpışmanın ölçümlerini belirleyen devreler, ivme ile bağıntılı olan çarpışma ölçüm değerlerini belirler. (3) Eşik değerini belirleme devreleri, belirlenmiş çarpışma hızı değeriyle bağıntılı olarak ilgili eşik değerlerini belirler. (4) Karşılaştırıcılar, ilgili eşik değerlerine karşı belirlenmiş çarpışma ölçüm değerlerini karşılaştırır. (5) Bir şekil izleme devresi, ivme sinyalinin şekli daha önceden belirlenen şekille eşleşip eşlemediğini belirler. (6) Eğer şekiller eşleşiyorsa, bir kontrol aygıtı güvenlik aygıtının çalıştırılması için sinyal üretilmesini sağlar. Bu buluşa göre filtrelenen ivme sinyalinde dört ölçüm yapılmaktadır. Yolcuyu koruyan aygıtın etkinleştirilmesini aşağıdakilerden herhangi birisi yapabilir: (1) Birinci çarpışma ölçümü bir ivme değerini, ivme sinyalini düşük geçiş filtresinden geçirerek band sınırlı sinyal elde edilir. Bu sayede sinyaldeki parazitler azaltılır. (2) İkinci ölçüm ivme sinyalinin karesine eş değer bir sinyal belirler. (3) Üçüncü ölçüm bir zaman periyodu boyunca kareleri alınan ivme değerlerinin toplamına eşdeğer bir değer belirler. (4) Dördüncü ölçüm şeklin belirlenmesi için kullanılır. Burada daha önceden belirlenmiş zaman periyodu boyunca çarpışma hızının şekli izlenir.
76 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Bu yaklaşım ivme, hız ve ivme sinyalinden türetilmiş diğer değerlerin kullanımını, güvenlik sisteminin ne zaman çalışıp çalışmayacağının belirlenmesi için bir araya getirir. 6.3.11 “Çarpışma Sensörü”, Sada ve Moriyama [27] Bu buluş aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Çarpışma sensörü bir ivmeölçer, bir hesaplama aygıtı, bir karşılaştırıcı, bir tetikleme devresi, bir fiziksel büyüklük hesaplama aygıtı ve bir ayarlama devresini içermektedir. (2) İvmeölçer bir ivme sinyali geliştirir ve hesaplama aygıtı birinci değeri ( hız ) hesaplar. (3) Fiziksel büyüklüğü hesaplayan aygıt, ivme, sarsıntı ve yer değiştirme gibi fiziksel değişkenlerin büyüklüğünü çarpışmanın başlangıcı boyunca çarpışma pulsuyla tanımlanan bir dalga da hesaplar. (4) Ayarlama aygıtı, birinci değeri ve/veya (3) ‘de türetilmiş olan fiziksel büyüklükleri temel alan bir karşılaştırıcı kullanarak ayarlar. (5) Karşılaştırıcı birinci değeri eşik değerleri ile karşılaştırır. Bu buluş ile ilgili daha fazla bilgi orijinal patentte bulunabilir. Bu yaklaşım sarsıntı, ivme, hız ve ivme sinyalinden türetilen yer değişimini bir arada kullanır. Tetikleme kararı, daha önce bahsedilen fiziksel değişkenlerin değeri, ayarlanan ∆V ve eşik değerlerinin hesaplanmasını temel alır. 6.3.12 “Önceden Yapılan Sensör Girişleri Kullanılarak Çarpışmanın Algılanması İçin Yöntem ve Aparatlar”, Kosiak [28] Entegre edilmiş bir taşıt güvenlik sisteminde, değişik sensörler sistemin performansının arttırılması için bir araya getirilebilir. Entegre edilmiş fonksiyonların daha ayrıntılı incelenmesi ve ilgili bileşenler Bölüm 9 ‘da verilmiştir. Önerilen yaklaşımlardan birisi de bir çarpışmanın meydana gelmesi söz konusu olduğunda fakat daha hiçbir etkinlik gösterilmediğinde algılama sisteminin “hazırlanması” veya “desteklenmesi” dir. Bu örnek çarpışmanın algılanmasında sensörlerin önceden kullanılmasını tanımlamaktadır. Bu buluş aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Önceden algılama yapan çarpışma sensörleri taşıtın ön tarafına veya yan tarafına konularak bir nesneye olan yaklaşma hızı algılanır. (2) Bir sinyal işleme algoritması devrin eşik değerine oranını belirler ve ivmeölçerin çıkışını bu oran ile çarpar. (3) Bu arttırılmış ivme sinyali tek noktadan çarpışma sensörü algoritması için giriş değeridir ve tetikleme sinyalinin oluşturulması için gereken zamanı azaltmaktadır.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
77
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (4) Önceden algılama sensörü, çok yakından algılama yapabilme kapasitesine sahiptir ve darbenin olduğu anda hesaplamaya izin verir ve son andaki manevra hesaba katıldığında darbe devrindeki olası oynamaları azaltır. (5) Taşıtın ön tarafına yerleştirilen iki sensör ile darbenin ön tarafın tamamında veya sadece bölgesel olup olmadığı ile ilgili bir belirleme yapar ve darbenin noktası ve açısı belirlenebilir. Daha fazla detay için orijinal patente başvurulabilir. Radar ve diğer teknolojileri kullanan sensörler şimdi çarpışma uyarısı ve çarpışmanın önlenmesi ve akıllı takip kontrolü sistemlerinde kullanılmaktadır. Güvenilir önceden algılama sensörleri, bir darbenin algılanması ve ayırt edilmesi için gerekli olan tipik integral alma zamanını ortadan kaldırabilir ve böylece hava yastıklarının veya ön gericilerin birinci temasta veya darbeden hemen önce etkinleştirilmesine izin verir. Önceden algılama sensörleri ideal olmadığından, çarpışmanın algılanması için halen algılama algoritmalarının onayına ihtiyaç duyulmaktadır. 6.4 Algılama Algoritmalarındaki Sinyaller ve Değişkenler Bir önceki bölümde, birçok algılama algoritması tanıtılmış ve yöntemlerin çarpışmayı algılamada birbirlerinden nasıl farklı yöntemler kullandıkları gösterilmiştir. Bu algoritmalar Tablo 6.1 ‘de özetlenmiş ve karşılaştırılmıştır. Algoritmaların çoğu yaygın olarak birkaç tane değişken kullanmaktadır. Bu değişkenler devir değişimi, ivme, sarsıntı, enerji ve yer değiştirmedir. Bu değişkenler aşağıda daha detaylı olarak analiz edilmiştir. (1) Devir Değişimi Devirdeki değişim, veya ∆V, ivme sinyalinin integralinin alınmasıyla bulunur. Bir elektronik sensörde devir değişimi için Kısım 6.3.5 ve Kısım 6.3.11 deki gösterildiği gibi eşik değeri ayarlanabilir olmalıdır. ∆V değeri, genellikle diğer değişkenlerle birlikte kullanılır ve neredeyse tüm algoritmalarda bulunur. Her ne kadar farklı biçimlerde görülse de devir değişimi değişkeni çarpışmanın algılanmasında temel eleman olarak kalacaktır. (2) İvme İvmeölçerden alınan ham çıkış genellikle hesaplamada kullanılmadan önce filtrelenir. İvmenin büyüklüğü genellikle bir çarpışma koşulu tanımlanmadan önce bir eşik değeri, Kısım 6.3.7 ve Kısım 6.3.9 ‘daki gibi, ile karşılaştırılır. Algoritmaların birçoğu düzenleme için ivme değerini kullanmaktadır. Fakat bu Kısım 6.3.10 ‘da olduğu gibi dolaylı yoldan olmaktadır. (3) Sarsıntı Sarsıntı değişkeni, bir ivme aralığının türevinin hesaplanmasıyla elde edilir. Genellikle diferansiyel hesaplamalarda ardışık ivme değerleri kullanılmadan önce bir filtre kullanılır. Ardından sarsıntı değeri, Kısım 6.3.3–6.3.4 veya 6.3.6 ‘daki gibi, çarpışma şiddetinin belirlenmesinde kullanılır. Kısım 6.3.2 de açıklanan güç oranı yöntemi gibi Doğrudan kullanımın önüne geçmek için diğer değişkenlerle birlikte kullanılır. Sarsıntı değişkeni ayrıca Kısım 6.3.9 ve 6.3.11 ‘deki gibi algoritmada diğer değişkenlerin hesabının modifiye edilmesinde de kullanılabilir. Uygulamanın bir diğer biçimi, sarsıntı değerinin Kısım 6.3.8 ‘de gösterildiği gibi frekansa bağlı olarak
78 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan hesaplanabilir, yüksek frekans aralığında güç bandında ayrıca ivmenin dalgalanmasını da temsil eder ve böylece sarsıntının yüksek değerlerini de içerir. (4) Enerji Enerji değişkeni, çarpışmanın şiddeti ile yakından ilgilidir. Enerji değişiminin fiziksel anlamı bir çarpışma süresince anlaşılır. Kısım 6.3.1 ve 6.3.4 ‘te enerji ile ilgili kavramların uygulanması incelenmiştir. Enerji değişkeni ayrıca diğer biçimlerde de, Kısım 6.3.2 ‘de açıklanan güç oranı yöntemi gibi, kullanılabilir. Alternatif olarak, enerji seviyesi, Kısım 6.3.8 ‘de açıklandığı gibi, her ne kadar bu zamana bağlı yapılan hesaplamalara göre daha karmaşık matematiksel işlem gerektirse de frekansa bağlı olarak hesaplanabilir. (5) Yer değiştirme Yolcunun yer değiştirmesinin doğrudan ölçümü çarpışma şiddetinin indeksi için sağlıklı değildir. Ancak, birkaç algoritmada yukarıda sunulan yolcunun yer değiştirme miktarı, bir tahmin edici olarak ivme sinyalinden türetilmiştir. Özel olarak, Kısım 6.3.4, 6.3.7 ve 6.3.9 ‘da tanımlandığı gibi, belirli bir zaman aralığında yolcunun tahmin edilen ileri doğru yer değiştirme miktarı güvenlik sisteminin çalıştırılması için uygun zamanlamanın belirlenmesinde kullanılır. Bu algoritmaların sağlıklı olması, yolcunun tahmin edilen yer değiştirme miktarındaki doğruluğa bağlıdır. Bir algılama algoritmasının inşa edilme işlemi genellikle birçok iterasyon gerektirmektedir. Birçok değişkenin algılama ölçütü olarak seçilmesinin ardından, bu değişkenler çarpışma kütüphanesindeki tüm çarpışmalar için hesaplanır. Gerekli performans özellikleri ile, ateşlenmeye olan zaman gibi, eşik değerlerinin bir başlangıç seti seçilen değerler için ayarlanabilir. Eğer bazı performans gereklilikleri bu noktada sağlanamıyorsa, ya eşik değerleri ayarlanmak zorundadır ya da değişkenlerin listesi ve tanımlamaları değiştirilmek zorundadır. İterasyon işlemi, performans gereksinimleri tatminkâr olana kadar devam eder. 6.5 Özet Bu bölümde, elektronik sensörlerin temel bileşenleri ve işlevleri gözden geçirilmiş ve birçok algılama algoritması, çarpışmanın algılanması yaklaşımında kullanılan değişik teknikler incelenmiştir. Örnekleyici algoritmalar temel alınarak, değişkenlerin seçilmiş bir listesi tanımlanabilir. Aşağıdaki gözlemler, elektronik sensörlerle ilgili kavramların ve uygulamalarının bir özetini oluşturmaktadır: (1) İvme transdüktörleri elektronik sensörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. İvme sinyali hesaplama devrelerinde işlenmeden önce yükseltilir, şartlandırılır ve filtrelenir. (2) Birçok algoritma bir saati veya zamanlayıcıyı başlatan bir tanıma rutinine sahiptir. Eğer algoritma bir zamanlayıcı veya saate bağlı ise genellikle zaman değişkenli veya zaman sınırlı eşik değeri sensörün tetiklenme ölçütü için kullanılır. Aksi halde, zamandan bağımsız ölçüt kullanılır. (3) İvme sinyalinden türetilmiş bilgi veya değişkenler çarpışmanın algılanması ve ayırt edilmesinde temel olarak kullanılır. Çarpışmanın tanımlanması için kullanılan
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
79
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan değişkenler sarsıntı, ivme, hız, yer değiştirme ve enerjiyi de içerebilir. Çoklu ölçme kriterinde farklı değişkenlerin kullanımı vardır. (4) Elektronik sensörlerin tasarımında, elektromanyetiğe karşı yerleşik koruma ara yüzü gereklidir. Bundan başka, hatasız veya hataları önleme koşulunu sağlamaya yardımcı olacak ek tasarımlar gerekebilir. (5) “Akıllı” güvenlik sistemlerinde, elektronik sensörler en uygun yolcu koruması için diğer algılama ve güvenlik aygıtları, yolcu sensörleri ve emniyet kemerleri gibi, ile irtibat kurabilir. Her ne kadar mekanik sensörler özel uygulamalarda, maliyet açısından avantaj sundukları yerlerde, kullanımları devam edecek olsa da elektronik sensörlerin gelecekte yolcuyu koruma sistemlerinde baskın olacağı beklenmektedir. Belirli koşullarda, elektronik sensörler veya mekanik sensörler tek başına algılama sistemi olarak yeterlidir ve etkilidir. Diğer durumlarda, elektronik ve mekanik sensörler birbirlerini tamamlayarak maliyet izin verdiği sürece sağlıklı bir sistem oluştururlar.
Referanslar 1. D.M. Merhar, “Piezoelectric Vehicle Impact Sensor”, U.S. Patent No.3,701,903 Oct. 31,1972 2. U. Brede ve diğerleri, “Electronik Sensor for Trigerring Safety Devices during the Crash of Vehicles”, U.S. Patent No.3,870,894 Mar. 11, 1975 3. A. Hartl ve diğerleri, “Application of an Electronic Accelerometer for a Single Point Sensing Airbag Electronic Kontrol Unit”, Sensor Expo Porceedings 1991, 204C-1 4. J. Fraden, Handbook of Modern Sensors, American Institute of Physcis, June 1993 5. L.P. Faraca, “Double-Integrating Silicon Acceleretion Sensing Device”, U.S. Patent No. 5,044,201 Sep. 3, 1991 6. S.J. Sherman ve diğerleri, “Monolithic Accelerometer”, U.S. Patent No.5,345,824 Sep. 13, 1994 7. S.J. Sherman ve diğerleri, "Monolithic Accelerometer," U.S. Patent No. 5,540,095, July 30, 1996 8. W. Yun ve R.T. Howe, "Silicon Microfabricated Accelerometers: A Perspective On Recent Developments," Sensors Expo Proceedings 1991, 204A-1 9. Dietrich E. Bergfried ve diğerleri, "Electronic Crash Sensors for Restraint Systems," SAE Paper No. 901136. 10. J.P. Kelley, "Sensing Considerations and Tradeoffs for Single Point Sensing," SAE Paper No. 932916. 11. R.B. Smith ve K.D. Kincaid, "Logic Level Arming Sensor for Supplemental Inflatable Restraint," U.S. Patent No. 5,845,729, Dec. 8, 1998. 12. R.W. Diller, "Method and Apparatus for Sensing a Vehicle Crash Using Energy and Velocity as Measures of Crash Violence," U.S. Patent No.5,216,607, Jun. 1, 1993. 13. R.W. Diller, "Electronic Sensing of Automobile Crashes for Airbag Deployment, " SAE Paper No. 910276. 14. J.L. Allen, "Power-Rate Crash Sensing Method for Safety Device Actuation," SAE Paper No. 920478. 15. T. Gioutsos, "A Predictive Based Algorithm for Actuation of An Airbag," SAE Paper No. 920479.
80 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 16. K. Watanabe ve Y. Umezawa, "Optimal Timing to Trigger an Airbag," SAE Paper No. 930242. 17. K. Watanabe ve Y. Umezawa, "Optimal Triggering of an Airbag," Proceedings of Intelligent Vehicle Symposium, 1993. 18. K. Watanabe ve Y. Umezawa, "Advanced Passive Safety System via Prediction and Sensor Fusion," Vehicle Navigation and Information System Conference, 1994. 19. B. Mattes ve diğerleri, "Method for Controlling the Release of Passenger Restraint Systems." U.S. Patent No. 5,014,810, May 14, 1991. 20. R.W. Diller, "Apparatus and Method Employing Multiple Crash Evaluation Algorithms and Evaluation Expertise for Actuating a Restraint System in a Passenger Vehicle," U.S. Patent No. 5,040,118, Aug. 13, 1991. 21. J. Eigler ve R. Weber, "Control Unit for a Passenger Restraint System and/or Passenger Protection System for Vehicles," U.S. Patent No. 5,229,943, Jun. 20, 1993. 22. S. Tohbaru, "Collision Determining Circuit Having a Starting Signal Generating Circuit," U.S. Patent No. 5,256,904, Oct. 26, 1993. 23. B.K. Blackburn ve diğerleri, "Method and Apparatus for Sensing a Vehicle Crash in Real Time Using a Frequency Domain Integration and Summation Algorithm," U.S. Patent No. 5,036,467, Jul. 30, 1991. 24. B.K. Blackburn ve S.B. Gentry, "Method and Apparatus for Sensing a Vehicle Crash in the Frequency Domain," U.S. Patent No. 5,109,341, Apr. 28, 1992. 25. R.J. Cashier ve J.P. Kelley, "SIR Deployment Method Based on Occupant Displacement and Crash Severity," U.S. Patent No. 5,430,649, Jul. 4, 1995. 26. G.W. Mclver ve diğerleri, "Method and Apparatus for Sensing a Vehicle Crash Condition Using Velocity Enhanced Acceleration Crash Metrics," U.S. Patent No. 5,587,906, Dec. 24, 1996. 27. H. Sada ve H. Moriyama, "Crash Sensor," U.S. Patent No. 5,777,225, July 7, 1998. 28. W.K. Kosiak, "Method and Apparatus for Crash Sensing using Anticipatory Sensor Inputs," U.S. Patent No. 5,835,007, Nov. 10, 1998. 29. 'Truck Airbag Control," SAE Automotive Engineering, pp. 71-73, July 1996.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
81
Not alma amacıyla boş bırakılmıştır
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 7 Çarpışma Sensörlerini Konumlandırma Stratejileri Bölüm 4, 5 ve 6 ‘da çarpışma sensörlerinin çalışma prensipleri anlatılmıştı. Bu bölümde tasarım sırasında bir diğer önemli konu olan, bir taşıtın dayanıklı ve etkin algılama sistemine sahip olması için kaç adet sensör kullanılacağı ve bunların taşıt üzerinde nerelere konulacağı açıklanmıştır. Sensörlerin konumlandırılmasında iki temel strateji bulunmaktadır. Bir tanesi çok noktadan veya dağınık algılama ve diğeri tek noktadan algılamadır. Bu stratejiler Kısım 7.1 ‘de kısaca anlatılmıştır. Kısım 7.2 ‘de ise tek noktadan algılama kavramı kullanılarak mekanik emniyet sistemleri açıklanmıştır. Tek noktadan algılama yapan sistemlerde elektronik çarpışma sensörlerinin kullanımı ve ilgili konular Kısım 7.3 ‘de incelenmiştir. Konumlandırma stratejisine ek olarak sensörlerin yerleştirilmesinde bazı önemli konular bulunmaktadır. Mesela, sensörün konumu normal ve engebeli yolda sürüş koşulları altında minimum titreşime maruz kalmalıdır. Bunun yanında, sensörlerin kurulumu diğer bileşenlerin çalışması veya bakımını etkilememelidir. Ezilme bölgesine yerleştirilen sensörler için, sensörlerin montaj dirseği sağlam bir yapıya tutturulmalıdır. Teorik olarak, ön uçta bulunan sensör konumları öyle seçilir ki bunlar eksantrik çarpışma, açılı çarpma veya kutup çarpmaları gibi çeşitli çarpmalarda etkinliklerini yitirmezler. Sensörlerin amaçlarına uygun olarak çalışmaları için yolcu kabinine konulan sensörler her ne kadar ezilme bölgesinden uzak olmasına rağmen taşıtın çerçevesine gelen impulsların verimli olarak alınabilmesi için şasi üzerine monte edilmek zorundadır. 7.1 Dağıtılmış Algılama ve Tek Noktadan Algılama Dağıtılmış algılama kavramı aynı anda sensörlerin birden fazla konumda tetiklenmesine bağlı olan bir emniyet sistemidir. Amerika pazarında hava yastıklarının kullanılmaya başlandığı ilk 10 yılda, çoğu otomobildeki çarpışma algılama sistemi bu stratejiyi kullanmaktaydı ve taşıtın çeşitli bölgelerine konulmuş çoklu sensörlerden yararlanmaktaydı. Diğer taraftan, geçen yıllarda sayısı gittikçe artan taşıt tipleri için tek noktadan algılama olarak adlandırılan, belirli bir noktada sadece bir sensörü bulunan, algılama sistemi kullanılmaya başlanmıştır. 7.1.1 Çoklu Noktadan ( Dağıtılmış ) Algılama Güvenilir ve komple bir algılama sistemi oluşturmak için geleneksel mekanik çarpışma sensörleri, Bölüm 5 ‘de açıklandığı gibi, taşıt üzerinde birden fazla noktaya yerleştirilirler. Şekil 7.1 ‘de bu tip yerleşime iki örnek verilmiştir. Bu dağıtılmış sistemler genellikle öne ve arkaya yerleştirilmiş sensörlere sahiptir. Öne yerleştirilmiş sensörler, kimi zaman ezilme bölgesi sensörleri olarak da adlandırılırlar, genellikle motor kabinine konulurken arkaya yerleştirilen sensörler yolcu kabinine konulmuştur. Dağıtılmış bir sistemde kullanılan bazı sensörler ayırt etme sensörleri olarak adlandırılırlar. Bunların görevi şiddetli çarpışmaları diğer çarpışmalardan ayırmaktır. Bunlar ya öndeki ezilme bölgesine, motor ve yolcu kabinleri arasına, ya da yolcu kabinine konulabilir. Bir diğer sensör tipi, güvenlik veya destek sensörü, yolcu kabinine konulmaktadır. Bunlar öndeki sensörlere darbe geldiğinde hatalı çalışmayı önlemek için kullanılmaktadır. Fakat darbelerin taşıtı önemli derecede yavaşlatacak seviyede olmaması gerekir. Dağıtılmış bir sistemde bir Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
83
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan hava yastığı sisteminin harekete geçirilmesi, en azından bir ayırt etme sensörü ve bir güvenlik sensörünün aynı anda tetiklenmesini veya kapalı olmasını gerektirir.
Şekil 7.1 Dağıtılmış algılama sisteminde sensörlerin yerleşimi
Mekanik sensörlerin temas tırnakları, rezistörlerle öyle bir şekilde bağlanır ki ateşleme ve algılama çevrimleri herhangi bir sensörün tırnakları kapanmadan izlenebilir. Çoklu sensörlerin hata teşhisini yapmak, izlemek ve tetikleme olaylarını kontrol etmek için dağıtılmış sisteme genellikle bir kontrol modülü eklenir. Bu kontrol birimleri elektronik devreler içerdiğinden genellikle elektronik kontrol birimi ( ECU ) olarak adlandırılırlar. Ezilme bölgesi sensörlerine ek olarak bazı dağıtılmış sistemlerde yolcu kabininde ayırt etme sensörleri bulunabilir. Bu stratejinin amacı güvenli bir yedek oluşturarak ayırt etme sensörlerinin mümkün olduğu kadar amaçlarına uygun olarak çalışmalarını sağlamaktır. Ezilme bölgesi sensörleri genellikle yolcu kabinindeki ayırt etme sensörlerinden daha önce tetiklenirler. Bunun amacı, bu sensörlerin daha fazla darbeye maruz kalmalarındandır. Bazı taşıt tiplerinde, yolcu kabinindeki ayırt etme sensörleri ezilme bölgesindeki sensörlerden daha erken tetiklenmesine rağmen çarpışmanın algılanması için tüm gereksinimleri yerine getirirler. Ezilme bölgesinde algılama yapılmadığında taşıtın yolcu kabininde bulunan sensör ile tek noktadan algılama sistemi gibi çalışır. Tek noktadan algılama sistemi, mekanik sensörlerle de yapılabilir. Fakat elektronik sensörler çoğu taşıt için daha iyidir. Çünkü bunların çarpışmayı algılama kapasitesi daha yüksektir. 7.1.2 Tek Noktadan Algılama Eğer bir noktadaki bir sensör birimi çarpışmayı algılama görevini yerine getirebiliyorsa sensör sisteminin maliyeti, ek sensör birimlerine ve kullanılan tellere gerek kalmamasından dolayı, azaltılabilir. Çoklu birimlerin kullanılmasından ve sensörler arasında telle yanlış bağlantı yapılmasından kaynaklanan sistem hasarları da bu sayede azaltılabilir. Ancak, güvenilir bir kullanımın sağlanması için tek noktadan algılama sensörleri tüm çarpışma koşullarında performans gerekliliklerini yerine getirmek zorundadır. Bölüm 5 ‘de değinildiği gibi, çoğu mekanik sensör bir çarpışmada taşıtın devir değişimini algılayarak çalışır. Diğer bir deyişle, elektronik sensörler çarpışmaları algılamak ve devir değişiminin ötesindeki diğer değişkenlere rağmen çarpışma olaylarını ayırmak amacıyla
84 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan tasarlanırlar. Bu sınırlama, elektronik sensörlerin tek noktadan algılama sistemlerinde kullanımını cazip kılmaktadır. Tek noktadan algılama sistemlerinin çoğunda bir elektronik sensör sıradan bir ECU ile birleştirilmiş ve taşıtın belirli bir noktasına konulmuştur. Güvenli, dayanıklı ve birbiri ile çakışmayan çevre birimleri oluşturmak için genellikle yolcu kabini kullanılır. Şekil 7.2 ‘de dağıtılmış algılama sistemi ile tek noktadan algılama sistemi karşılaştırılmaktadır.
Şekil 7.2 Dağıtılmış algılama sisteminden tek noktadan algılama sistemine geçiş
7.2 Tümü Mekanik Olan Hava Yastığı Sistemleri Tek noktadan algılama kavramı elektronik sensörlerle sınırlı değildir. 1980 sonrasında Toyota Celica ve Jaguar XJS, 1996 model Jeep Cherokee gibi tümü mekanik olan sistemlere sahip taşıtlarda tek noktadan algılama kavramından yaralanılmıştır. 1994 yılında Breed Teknoloji Şirketi farklı taşıt tipleri için seçilmiş pazarlarda sürücü tarafına sonradan hava yastığı takılabilen sistemlerini satışa sunmuştur. Tümü mekanik olan hava yastığı sistemleri elektrik gücü kullanılmadan harekete geçirilmektedir. Bunlar sürücü tarafı uygulamaları için genellikle direksiyon simidinin tam ortasına ve bir ihtimalde diğer koltuklara takılabilir. Tümü mekanik olan hava yastığı sistemleri kendisini de içerecek şekilde paketlenen bir modül halindedir. Modüldeki ateşleyicinin ateşlenmesi bir ateşleme piminin serbest bırakılmasıyla sağlanır. Tümü mekanik olan sistemlere Kısım 5.1.1 ‘de açıklanan ve Şekil 5.2 ‘de gösterilen boru içinde bilya bulunan sensör örnek olarak gösterilebilir [1]. Tümü mekanik olan böyle bir birimin içi Şekil 7.3 ‘de gösterilmektedir. Sensör ateşleyicinin tam ortasına yerleştirilmiştir. Şekil 7.4 ‘de sensörün bir darbe algıladığında nasıl çalıştığı gösterilmektedir. Bir direnç yayı basit bir mıknatısın ortasına konulmuştur. Direnç yayı ve hatta bilya-silindir arasındaki damperleme de bilyanın hareketini engellemektedir. Eğer darbe kaldıraç kolunu – tetikleme mili - döndürebilecek kadar güçlü ise ateşleme pimi serbest bırakılarak patlatıcı maddenin ateşlenmesi sağlanır. Tümü mekanik olan sistemlere bir diğer örnekte farklı tipteki çarpışma sensörlerinden yararlanan sistemdir [2]. Benzer olarak tamamıyla mekanik olan sistemler bir patlayıcı, yastık modülü ve bir çarpışma sensörünün sürücü tarafındaki uygulamalar için tek başına bir birim Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
85
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan olarak paketlenmiştir. Şekil 7.5 ve 7.6 ‘da bu sensör biriminin yapısı ve çalışması gösterilmektedir. Sensörün tasarımında bir dönel mekanizmaya sahip bir kütle-yay kavramından yararlanılmaktadır. Dengelenmemiş bir ağırlık bir burulma yayı tarafından tutulmaktadır ve bir ekzantrik mille desteklenmektedir. Şiddetli bir çarpışma meydana geldiğinde ateşleme pimi serbest bırakılarak patlayıcı ateşlenir.
Şekil 7.3 Tümü mekanik sistemlerden boru içinde bilya bulunan çarpışma sensörü [1]
Şekil 7.4 tümü mekanik sistemlerden boru içinde bilya bulunan sensörün serbest bırakma mekanizması [1]
Şekil 7.5 tümü mekanik sistemlerden dönel çarpışma sensörü [2]
7.3 Tek Noktadan Algılama Kavramı ve Elektronik Sensörler 1990 ların öncesinde Amerika pazarında elektronik sensörler için tek noktadan algılama kavramı kullanıldığında sistem geleneksel dağıtılmış sistemlerin yerini almıştır. Bazı şirketler, elektronik sensörlerin gerçek dünyadaki koşullarda test edilmediğinden dolayı güvenirlilikleri hakkında kuşku duymaktaydı. Bundan sonra elde edilen bilgilerle ürünler geliştirilerek birçok şüphe ortadan kalkmıştır. 86 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 7.6 Tümü mekanik çarpışma sensörler sistemlerinin serbest bırakma mekanizması [2]
7.3.1 Tek Noktadan Elektronik Algılamanın Avantajları ve Dezavantajları Tek noktadan algılama yapan sistemlerin dayanımları ile ilgili bazı konular Mahon ve Masiello tarafından incelenmiştir [3]. Tek noktadan algılamadaki problem direğe çarpmalar gibi bariyer tipi olmayan çarpışmalarda meydana gelmektedir. Başlangıçta, yolcu kabininin sinyali zayıftır. Fakat sinyal hızla kuvvetlenir ve sensöre ateşleme için gerekli zamanı tanımayabilir. Açısal bariyer çarpışmaları ise taşıtın bir tarafına odaklanan yapısal hasara benzer sorunlar oluşturur. Yolcu kabinindeki devir değişimi, gereken karar verme zamanından biraz daha az olduğundan tetikleme için devir değişimini algılamayı basitleştirmek gerekmektedir. Taşıt yapısında modifikasyonlar yapılarak tek noktadan algılama için uygun sinyallerin elde edilmesini sağlayabilir. Benzer sorunlarla Breed ‘de karşılaşmıştır [4]. Sensörlerin tasarımında kullanılan çarpışma kütüphanesi, gerçek dünyadaki çarpışmalardan farklılık göstermektedir. Gerçek dünyadaki çarpışmalar daha uzun sürmektedir ve karakteristiklerine göre de değişiklik göstermektedir. Bunun yanında ezilme bölgesinde kullanılan bir sensör daha etkindir ve çarpışmanın şiddetini daha iyi belirtir. Yolcu kabininde kullanılan bir sensör ise sensörün konumu ve ezilen kısım arasındaki transfer fonksiyonunu temel alır. Diğer güvenlik bileşenleri ile uyumluluğa ve birleştirilebilme özelliğine elektronik sensörler sahiptirler. Ancak, komple bir algılama sistemi için ezilme bölgesi sensörleri gerekli olabilir. Tek noktadan algılama sisteminin bazı dezavantajları Gioutsos ve Gillis tarafından belirtilmiştir [5]. Elektronik sensörler, verileri kaydetme fonksiyonu sağlayabilir ve en uygun performans için emniyet kemeri ve yolcu sensörü gibi diğer bileşenlerle birleştirilebilirler, uygun sinyal işleme ile tek noktadan algılama yapan bir elektronik sensör eşik veya uzun pulslarla karşılaştığında bile başarıyla çalışabilir. Bundan başka, elektronik sensörlerin performansı belirli modelleme ve test teknikleri ile sınıflandırılabilir. Bu kanıtlara dayanarak yetkililer elektronik sensörlere sahip tek noktadan algılama sisteminin dağıtılmış algılama sistemleri üzerindeki avantajlarından yararlanırlar. Tek noktadan algılama sisteminde bazı göz önüne alınması gereken konuları Kelly tarafından açıklanmıştır [6]. Elektronik sensörlerde, çarpışmanın ayırt edilmesi bir ivmeölçer ve bir mikroişlemcideki ilgili algoritmalar ile yapılır. Bu algılama algoritmaları anlaşılmış fiziksel davranışları temel almalıdır ki gerçek dünyadaki çarpışma olaylarının sonuçları daha önceden
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
87
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan tahmin edilebilsin. Bu gereklidir çünkü, gerçek dünyadaki çarpışma tipleri için her bir taşıta uygun ivme verisi mevcut değildir. Yolcu kabininde tek noktadan algılama yapmak bazı taşıt tiplerinde meydana gelen çarpışma olaylarında zorluk çıkartabilir. Bu tip durumlar için örnek Şekil 7.7–7.9 ‘da verilmiştir [6]. Yüksek hızda meydana gelen bir direğe çarpma olayında, ön tarafa konulmuş bir sensör Şekil 7.7 ‘de gösterildiği gibi şiddetli bir okuma algılayabilirken yolcu kabinine sinyal gelirken bastırıldığı için Şekil 7.8 ‘deki durum elde edilir. Karşılaştırma yapılması için düşük hızdaki bir bariyer çarpışmasında yolcu kabininde görülen sinyal Şekil 7.9 ‘da gösterilmiştir. Şekil 7.9 ‘daki hız eğrisi ilk 60 ms ‘de Şekil 7.8 ‘e göre daha güçlü olduğu görülmektedir. Tek noktadan algılama sensörü bu iki farklı durumu ayırmak zorundadır. Aksi halde, Şekil 7.8 ‘de gösterilen durumda tetikleme için çok geç olabilir. Bu algılama hissinin arttırılması için Şekil 7.7 ‘deki güçlü sinyale erkenden tepki gösterebilen bir ezilme bölgesi sensörü kullanılabilir.
Şekil 7.7 49,2 km/saat hızda taşıtın ezilme bölgesi – direk arasındaki etkileşimden alınan veriler [6]
Şekil 7.8 49,2 km/saat hızda taşıtın ezilme bölgesi-direk arasındaki etkileşimden alınan veriler [6]
88 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 7.9 14,5 km/saat hızda taşıt önden darbe aldığında yolcu kabininden alınan veriler [6]
7.3.2 Tek Noktadan Algılamanın Gerçekleştirilmesi İçin Tasarımda Gerekenler Kısım 7.3.1 ‘de belirtildiği üzere, tek noktadan algılama sisteminin en önemli problemlerinden birisi bariyer dışı çarpışmalarda ölçülen ivme sinyallerinin kafadan bariyere çarpmalara göre daha yumuşak olmasıdır. Yolcu kabinindeki sinyalin tanımlanma zorluluğunun bir göstergesi olarak Şekil 7.10 ‘daki iki çarpışmanın ivme pulsları ve hız eğrileri gösterilebilir. Birinci çarpışma hava yastığının açılmasının gerekmediği düşük hızdaki bir bariyer çarpması iken ikinci çarpışma hava yastığının açılması gerektiği orta hızla direğe çarpılması durumudur. Eğer sadece hız eğrileri karşılaştırılacak olursa çarpışmanın 60 ncı mili saniyesine kadar ikinci çarpışmanın birinci çarpışmadan daha düşük seviyede olduğu görülebilir. Bu, hıza bağlı bir sensörün ikinci çarpışmayı zamanında algılayamayacağını göstermektedir. Bu yüzden, bir tek noktadan algılama sensörü, ivme sinyallerinden diğer özellikleri çıkararak iki durumu birbirinden ayırt etmek zorundadır. Mesela, 30–40 mili saniyede ikinci çarpışmanın ivme sinyali yüksek derecede dalgalanma ve büyüklüğe sahiptir. Sinyalden ek bilgiler elde etmek için algoritmalar kullanan bir elektronik sensörün tek noktadan algılama yapabilmesi için sıradan hız sensörlerine göre durumu daha iyi kavramalıdır. Tek noktadan algılama ile bağıntılı tasarım konuları, orta sınıf kamyon uygulamalarında açıklandığı gibi belirli taşıt tiplerinin kendine özgü karakteristiklerinden kaynaklanmaktadır [7]. Kamyonların çarpışma sinyali ve kötüye kullanma verileri bir binek otomobili için elde edilen sonuçlardan çok farklıdır. Kamyonların yapıları daha katı ve sınır çalışma koşullarına uyum sağlayacak şekilde tasarlanırlar. Sonuç olarak, çarpışma pulsları düşük hızlı çarpışma olaylarında daha sert olabilir ve yüksek hızlı çarpışmalarda görece yumuşaktır. Bir karşılaştırma yapıldığında, sıradan bir binek otomobilinin cevabı düşük hızlı çarpışma olaylarında yumuşak ( düşük g seviyesi ) ve yüksek hızlı çarpışmalarda daha katıdır ( yüksek g ). Ayrıca, kamyonların yapısı ve kütlesi %40 değiştiğinde, benzer çarpışma hızları için çarpışma sinyallerinde önemli farklılıklar meydana gelmektedir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
89
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Şekil 7.10 Düşük devirle bariyere çarpma testi ve orta devirle direğe çarpma testinin karşılaştırılması
Binek otomobili için tasarlanmış bir algoritmayı kamyonların ihtiyaçları için düzenlemek her zaman mümkün değildir. Bir taşıt tipinde, taşıtın her bölgesi için eş yapıda olacak şekilde kalibre edilmiş bir kontrol aygıtının kullanılması çalışılmayan, düşük hız eşiği ve garantilenmiş yüksek hız eşiği arasında arzu edilmeyen geniş bir tolerans oluşturacaktır. Bu problemi çözmek için ezilme bölgesine mekanik bir sensör monte edilmiştir ( algılama desteği ve sinyallerin ayırt edilebilmesi için ) [7]. Dışarıdaki mekanik sensör, ayırt etme algoritması ile beraber kullanılmaktadır. Bu çalışma/çalışmama belirsizliğini önemli derecede azaltmaktadır. Buna ek olarak, dışarıdaki mekanik sensör daha düşük maliyete sahiptir. Çünkü çalışma akımını taşımaya daha fazla ihtiyaç duymaz veya çarpışmanın birincil algılamasını yapar ve ayırt etme kararını verir. Kamyonlar için çarpışmanın ayırt edilmesinin yanında bir ek zorlukta, arazi taşıtları ve kar küreme, itme tamponları veya vinçler gibi ek donanımlar ve kötü çevre koşullarıdır. Bir, tek noktadan algılama sensörü ile kötüye kullanma olayı ivme profilini yüksek hızlı bir olayın erken safhalarındakine benzer gösterebilir. Dışarıdaki bir mekanik sensör, kötü kullanım olaylarında yanlış tetiklemeyi önlerken yüksek darbe hızlarının algılanmasına yardımcı olur. Amaçlanan bu yerleşim daha iyi bir tasarım için farklı tipteki sensörlerin bir arada kullanılabileceğine en iyi örnektir. 7.4 Özet Bu bölümde, sensörlerin yerleştirilme stratejileri ve bunlarla ilgili tasarım sorunları açıklanmıştır. Genel olarak, taşıt üzerinde dağıtılmış algılama sisteminin kurulabilmesi için çeşitli bölgelerde çoklu sensörler kullanılmaktadır. Geçtiğimiz yıllarda otomotiv endüstrisi tek noktadan algılama için elektronik sensörleri kullanmaya başlamıştır. Belirli taşıt tipleri için algılama sisteminin güvenirliliğinin iyileştirilmesi için ezilme bölgesine yardımcı sensör birimleri ( yolcu kabinindeki elektronik sensörlerden destek alan ) yerleştirilmiştir
Referanslar 90 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 1. H. Shinto ve K. Ogata, “Development of the All-Mechanical Air Bag System”, SAE Paper No.910149 2. K. Ito ve diğerleri, “A Driver-Side Airbag System Using a Mechanical Firing Microminiature Sensor”, SAE Paper No.950346 3. G. Mahon ve M. Masiello, “Single Point Sensing and Structural Design of Vehicles”, SAE Paper No.920119 4. D. Breed ve diğerleri, “A Critique of Single Point Crash Sensing”, SAE Paper No.920124 5. T. Gioutsos ve E. Gillis, “Tradeoffs and Testing for Frontal Crash Sensing Systems”, SAE Paper No.932911 6. J.P. Kelley, “Sensing Considerations and tradeoffs for Single Point Sensing”, SAE Paper No. 932916 7. “Truck Airbag Control”, SAE Automotive Engineering, Sayfa 71-73, July 1996
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
91
Not alma amacıyla boş bırakılmıştır
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 8 Yanal Darbelerin Algılanması ve Hava Yastıkları Bu bölüme kadar, yolcuları sadece önden çarpışmalardan korumayan güvenlik donanımları ve sensörleri ele alındı. Bu bölümde yanal darbelerin algılanması için kullanılan çarpışma sensörleri incelenmektedir. Farklı yapı özellikleri ve çarpışma dinamiğinden dolayı, yanal darbelerin karakteristiği önden darbelere göre farklılık göstermektedir. Bu farklılıklar algılama kavramına ve yanal darbelerden korunmak için uygun çarpışma sensörlerinin tipine yansımaktadır. 8.1 Yanal Darbe Bölüm 1 ‘de açıklanan kaza istatistiklerine göre, yanal darbeler binek otomobilleri kazalarında ölümcül kazalara neden olan ikinci en büyük nedendir [1]. Bunun sonucu olarak, önde kullanılan hava yastıklarının standartlaştırıldıktan sonra otomobil endüstrisi yolcuları yanal darbelerden korumak için gelişmeleri takip etmeye başlamıştır. Volvo, 1995 yılı 850 model taşıtıyla yanal darbe hava yastığını otomobillerinde standart olarak kullanan ilk otomobil üreticisi olmuştur. BMW yolcuların kafasını yanal darbelerden hava yastıkları ile koruyan “kafa koruma sistemi” ( HPS ) ni geliştirmiş ve 1998 ‘de BMW 5 ve 7 serisi otomobilleri için standart donanım olarak kullanmaya başlamıştır [2, 3]. Mercedes ve Volvo, benzer sistemlerin – düşük hızlı ( düşük g seviyesi ) ve yüksek hızlı ( yüksek g seviyesi ) çarpışmalarda açılabilen yastıklar – 2000 yılına kadar kullanılacağını uman üreticiler arasındaydı. Şu anda ve gelecekte, daha fazla otomobil şirketinin yan hava yastığı sistemlerini kullanacağı beklenmektedir [4–7]. Yanal darbelerden meydana gelen kazaların kendilerine has karakteristikleri aşağıda özetlenmiştir: (1) Yanal darbelerin yolcular üzerinde meydana getirdiği en önemli yararlanmalar göğüs kafesi, leğen kemiği veya karın ve kafa alanlarındadır. (2) Özellikle leğen kemiği alanı için destekleme konulması bu bölgedeki ciddi yaralanmalara karşı etkili olabilir [8]. Ancak, yolcu kapısı ve yolcu arasındaki sadece sınırlı bir alan bulunmaktadır. (3) Yolcunun gövdesinin korunması için koltuğa ve kapı içine konulmuş hava yastıkları bulunmaktadır. Yolcunun kafasının korunması için B sütunu ve tavan-kapı arasına hava yastığı konulmaktadır [1–7]. (4) Yan hava yastıklarının çalışma sırası, önden çarpışmalardakine göre daha hızlıdır. Hedeflenen bir çarpışma koşulu için, 48 km/saat hızla iki otomobilin çarpışması gibi, sensörler çarpışmanın meydana gelmesinden 3–5 mili saniye sonra sistemin tetiklemesini yapmak zorundayken yan hava yastıkları sensörlerin tetiklenmesinden 7–15 mili saniye sonra açılacak şekilde tasarlanırlar. (5) Eğer yanal yapının tümü çarpışmada ezilmişse, yan hava yastıkları ve destek malzemesi çok az koruma sağlayabilir. Mesela, taşıt yan hava yastıklarına sahip olsa bile, bir kamyon bir binek otomobiline yandan çarptığında yolcuların üzerinde hala tahrip edici bir kuvvet oluşturacaktır. İki taşıt yandan çarpıştığında, yandan darbe alan taşıt “hedef” taşıt olarak adlandırılırken diğer taşıt ise “mermi” olarak adlandırılır. Tipik bir “arakesit” ve ”T şekilli” çarpışmada, bir Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
93
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan taşıtın yönelimi diğer taşıtınkine dik olduğunda, mermi taşıtının devri, hedef taşıtın yanal hızı çarpışma öncesinde sıfır olduğundan çarpışma hızı olarak alınır. Açısal veya eğik yanal çarpışma yanal devirde değişime neden olacağı gibi çizgisel devirde de değişime neden olur. Aksi belirtilmedikçe, bu bölümde yanal çarpışma olarak T-tipi çarpışmayla ilgili olaylar incelenecektir. ABD ve Avrupa ‘da yanal darbe testleri, hem duran otomobil ile hem de şekil değiştirebilen bir bariyer ile yapılmaktadır. Ancak, bariyer yüzeyine, mankene, mankenden alınan ölçüme, darbe devrine ve doğrultuya göre dikkat çekecek miktarda farklılıklar oluşmaktadır. Mesela, Avrupa düz bariyer yüzeyi ile darbe uyguladığı taşıtın dış panelini tamamen ezerken, NHTSA nın kullandığı bariyer kapının sadece alt kısmını önemli miktarda ezmektedir. Bu konu ile ilgili yapılan bir çalışmada [9], aynı yapıya sahip belirli bir taşıt tasarımı için testler, NHTSA test koşullarını geçmenin Avrupa Yönergeleri ‘nin test koşullarını geçmekten daha kolay olduğunu göstermiştir. Hobbs yan darbelerden korunma ile ilgili ilginç yanlış kanılara açıklık getirmiştir [10]. Hobbs, kapı alanında çökme miktarı ve çökme hızının düşürülmesinin yan darbe için yeterli koruma sağlamadığı, fakat kapının düşey çökme profilinin kontrol edilmesinin çok önemli olduğunu belirtmiştir. Çökme profilinin iyileştirilmesi B sütunun alt ve üst noktasındaki zayıf noktaların sağlamlaştırılması ile yapılır. Böyle bir tasarım, kapı yapısının ve kapının iç panelinin yolcuyla paralel olacak şekilde temas etmesini sağlar. Yolcuya çarpan kapı kısmının katılığı ve kütlesi mümkün olduğu kadar düşük tutulmalıdır. Sıçrama özelliğine sahip yüksek hızlı kapı yolcuya erkenden ivme kazandırabilir ve yolcunun tüm ivmesini düşürebilir. Otomobil yan tarafının mukavemetinin arttırılması sıçrama süresini uzatır. Bu ise taşıtın darbe yemesini ve ön tarafa doğru ezilmesini azaltır. 8.2 Yanal Darbenin Kinematik Analizi Önden çarpmalar için çarpışma analizi Bölüm 2 ‘de, tasarım kriteri ise Bölüm 3 ‘te incelenmişti. Bu iki bölümde tanımlanan birçok teknik yanal çarpışmalara benzer olarak uygulanabilir. Ancak, taşıt dinamiğindeki ve yolcu pozisyonundaki farklılıklar yandan gelen darbeler için tasarım ölçütünün belirlenmesinde önemlidir. Şekil 8.1 ‘de iki taşıtın yan çarpışmada darbe doğrultusundaki devirlerini göstermektedir. Hedef taşıtın, başlangıçta yanal devri sıfır, yanal devri zamanla artmaktadır. Mermi taşıtın devri ise çarpışmadan dolayı azalmaktadır. Hedef kapı, veya hedef taşıtın yan yapısı, doğrudan vurmanın hemen ardından şekil değiştirir ve hedef taşıtın ağırlık merkezinden daha hızlı olarak önemli miktarda hareket eder. Hedef taşıtın kapısının devri mermi taşıtın seviyesine eşdeğer bir seviyeye kadar hızlıca artar. Sonuç olarak, çarpışmanın son kısmında, iki taşıt yaklaşık olarak aynı devre sahip olur. Yan darbe koruma sistemlerinin tasarımında, yolcu ve kapının iç paneli arasındaki boşluğa özel ilgi gösterilmelidir. Şekil 8.2 ‘de çeşitli nesnelerin başlangıç pozisyonlarına göre yer değiştirmeleri gösterilmektedir. Şekil 8.1 ‘deki devir eğrilerine bakıldığında hedef taşıtın hedef kapıdan daha yavaş hareket ettiği görülmektedir. Bu iki yer değiştirme eğrisi arasındaki fark, Şekil 8.2 ‘deki kapı ezilme eğrisinde gösterildiği gibi hedef kapının şekil değiştirmesini temsil etmektedir. Ezilme veya şekil değiştirme belirli bir değeri aştığı zaman, yolcu ve kapının iç paneli arasında bir temas
94 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan veya ikinci bir darbe meydana gelir. Bu temas başladığında, grafikten görüldüğü gibi kapı paneli yolcuyu hedef otomobilden daha hızlı “iter”.
Şekil 8.1 Bir yan darbede iki taşıta ait devir eğrileri
Şekil 8.2 Bir yan darbede iki taşıta ait yer değiştirme eğrileri
Şekil 8.3 ‘te, bir yan çarpışmada meydana gelen birkaç olayın birbirlerine göre zamanları gösterilmiştir. İkinci çarpışmanın olduğu anda, yan hava yastığının açılması gereken nokta şekilde görüldüğü gibi zamanında geriye alınabilir. Burada hava yastığının ikinci temas meydana gelmeden önce açılmış olması gerektiğine dikkat ediniz. Hava yastığının tamamen açılma zamanı iki faktör tarafından belirlenir: 1) Yan panel ve yolcu arasındaki yaklaşma hızı, 2) Ezilme derinliği. Çarpışma hızının daha yüksek ve kaplamanın daha kalın olması, hava yastığının tamamen açılma zamanını azaltır. Bir kere hava yastığının tamamen açılma noktası bilindi mi, gerekli sensör tetikleme zamanı hava yastığının açılması için gerekli olan zamandan çıkarılması ile bulunur. Aşağıdaki örnek bir yan darbede sensör zamanının gözlemlenmesi için verilmiştir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
95
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Örnek 8.1: Mermi taşıtın 48 km/saat ( 13,4 m/s ) hızla seyir halinde iken hedef taşıta yan taraftan çarptığını kabul edelim. Hedef taşıtın kapısının kalınlığı yaklaşık olarak 20 cm, kapının iç paneli ile yolcu arasındaki boşluk miktarı ortalama olarak 15 cm. olsun. Darbenin meydana gelmesiyle yan kapının yapısı 10 cm çökerse kapı panelinin yolcuya vurması için geçen süre yaklaşık olarak ne kadardır?
Şekil 8.3 Bir yan darbede olayların zamana göre sıralanışı
Eğer aşağıdaki kabuller yapılırsa; (1) Mermi taşıt, çarpışmanın başlangıcında yan yapı tarafından tamamen yavaşlatılmamış olması ve (2) Yolcunun gerçek oturma konumundan ayrılmadığı Kapı paneli, 25 cm çöktüğünde yolcuya vuracaktır. Kapı paneli ve yolcu arasında temas olması için ölçülen süre 0,25 m nin 13,4 m/s ‘ye bölünmesiyle 19 mili saniye olarak bulunur. Eğer hava yastığı 10 cm kalınlığında ise çökme 15 cm olduğunda hava yastığı tamamen açılmış olmalıdır. Bu yüzden, hava yastığının 11 nci mili saniyede – 0,15 m nin 13,4 m/s ‘ye bölümü - tamamen açılmış olması gerekmektedir. Bundan başka, hava yastığının açılması için 6 – 8 mili saniyeye ihtiyacı olduğu kabul edilirse yan çarpışma sensörü 3–5 nci mili saniyede tetiklemeyi yapmış olması gerekmektedir. Gerçek dünyadaki koşullarda, yukarıda verilen seyir devirlerinde ve mesafelerde değişimler bulunmaktadır. Buna rağmen bu örnekte yan koruma sistemlerinde olayların meydana geliş sırası için zaman kareleri kullanılmaktadır. Sensörün, yan darbede tetikleme zamanına karar verme işlemi ön darbedekine benzer biçimde olmaktadır. Tüm durumlarda, hava yastığının açılma zamanını hesaba katılmak
96 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan zorunluluğunun yanında kılıf içinde izin verilen alan da hesaba katılmalıdır. Önden çarpışmalar için yapılan analizlerde, taşıtın iç tarafının ( direksiyon simidi ve gösterge paneli ) yolcunun ileri hareketine göre sabit olarak kaldığı kabul edilmişti. Yan darbeler için yapılan analizlerde, taşıtın içi ( kapının iç tarafı ) darbenin etkisi sonucu hareket etmektedir. Hareketlerdeki bu farklılık, yan yapıda sadece sınırlı bir alanın olduğu gerçeği de göz önüne alındığında, sensör tetikleme zamanının daha erkene alınmasını gerektirir. Yan darbelerin algılanmasında, şiddetli çarpışmaları diğer çarpışmalardan ayırma zorunluluğu vardır. Görece daha yüksek çarpışmalarda, daha çabuk şekil değişikliği meydana gelir ve kapının devir değişimi hızla artar, yapının katılaşmasıyla devir değişimi düşmeye başlar [11]. Diğer bir deyişle, devir değişimi son devre geri dönmeden önce daha yüksek bir değere çıkar. Marjinal bir çarpışma durumunda, kapının devrindeki artış fazla değildir ve yüksek bir değere çıkmaz. Bu yüzden, kapı yapısına monte edilmiş bir sensör, eğer sensör devir değişiminin algılanması yaklaşımına dayanıyorsa hatalı etkinleştirmeden sakınmak için çarpışma dinamiğinin bu doğrusal olmayan doğasını tanımlamak zorundadır [12]. 8.3 Algılama Kavramları ve Örnekler Yan darbenin algılanmasında birkaç tip sensör kullanılmaktadır. Sensörlerin dayandıkları kavramların bazısı önden çarpışmalar için kullanılan kavramlar ile benzerlik göstermektedir. Diğer kavramların ise kendine özgüdür. Bu kısımda, birkaç örnekle bu kavramlar açıklanmaya çalışılmıştır. 8.3.1 Mekanik Ezilme Anahtarı Kullanılan sensörlerin birinci tipi, taşıtın yan yapısında şekil değişikliği veya ezilme meydana geldiği zaman etkinleşen ezilme anahtarıdır. Prensipte, kavram Kısım 4.3 ‘te tanımlanan ezilmeye bağlı sensörler ile benzerlik göstermektedir. Esasen, taşıt üzerine uygun bir konuma yerleştirilen bir mekanizma çarpışmada oluşan şekil değişikliği tasarım eşik değerini aştığında tetiklenmekte veya açılıp-kapanmaktadır. Ezilme anahtarlarına örnek olarak bir tanesini Volvo ‘nun kullandığı SIPSBAG – Yan Darbeden Koruma Sistemi Hava Yastığı – sistemi verilebilir [13]. SIPSBAG birimi iki ana kısımdan oluşmaktadır: SIPSBAG modülü ve sensör birimi. Bu kısımlar birbirlerine piroteknik hatlarla bağlanarak ateşleme alevinin daha hızlı yayılmasına izin verilir. Kapı panelindeki bir blok veya sac yapı gelen çarpışma kuvvetini yolcu koltuğuna monte edilmiş bir mekanik sensöre iletmek için donatılmıştır. Şekil 8.4 ‘te ezilme sensörü kavramlarının konfigürasyonu gösterilmektedir. ( Parantez içindeki sayılar şekildeki numaralanmış bileşenleri göstermektedir.) Sensör, gövde (4) ve bir alüminyum kapak (5) tan oluşmaktadır. Ateşleme parçaları, bir disk yay (6), ateşleme pimi (7), sıkıştırma pulu (8) ve vurma elemanı (9) dır. Sensör üst tarafı kapı içine bakacak şekilde koltuğun içine monte edilmiştir. Ateşleme pimi (7) sıkıştırma pulunu (8) ittirdiği zaman sensör iki koşulu yerine getirerek tepki gösterir: darbe kuvvetinin belirli bir değeri aşması, 500 N ve 2 kN gibi, ve belirli bir eşik değerinin üzerindeki devir, 1 ile 3m/s gibi. Yan darbeler için kullanılan ezilme sensörlerinin bir diğer çeşidi ABD Patent No. 4.966.388 ‘de bulunabilir [16]. Bu sensör, dişli ve zincirlerin pozitif temas noktası sağlayacak şekilde bir
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
97
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan araya getirilmesiyle oluşmuş birbirine yakın şeritlerden meydana gelmektedir. Kapının dış tarafına bir nesne 2,5 cm ‘den daha fazla bir çukur oluşturduğunda şeritlerin tümü ezilerek elektriksel temas oluştururlar.
Şekil 8.4 Bir taklitçi yan darbe ezilme sensörü [13]
Bir diğer örnekte ABD Patent No. 5.454.590 ‘de verilmiştir [17]. Burada tanımlanan sensör, piroteknik malzeme içeren bir gövde ve bir saplama aygıtından oluşmaktadır. Çarpışmada, taşıtın dış derisinin hareket etmesi saplama aygıtının ve gövdenin birbirine girmesine neden olur. Eğer yaklaşım hızı, daha önceden belirlenen eşik değerini aşarsa piroteknik malzeme ateşlenir. ABD Patent No. 5.335.749 ‘da kapının şekil değiştirmesine dayanan bir çarpışma sensörü tanıtılmaktadır [18]. Sensörün kapı içindeki boşluğa konulmuş bir destekleme elemanı bulunmaktadır. Destekleme elemanı, kapının normal koşulları altında dayanımını sağlayacak yeterliliğe sahiptir. Bir çift elektrot, genellikle birbirinden ayrı olarak konulmuş, destekleme elemanlarının üzerinde bulunur. Daha önce belirlenen bir seviyede uygulanan bir şok genişletici iki elektrodun birbiri ile temas etmesine neden olur. Dolayısıyla, kapıdaki yanal darbe algılanır. ABD Patent No. 5.680.909 ‘da yan kapılara uzayıp gerilebilen bir tür ezilme sensörünün konulması önerilmiştir [19]. Bu durumda ezilme sensörü, kapı uzunluğunun %50 ‘si ile %80 ‘ini oluşturan kapakta bulunan aralarında belirli bir mesafe olan birbirine yakın iki elemandan oluşmaktadır. Normal olarak, elemanlar birbirinden elektriksel olarak izole edilmişlerdir. Fakat en azından birisi şekil değişikliğine uğradığında elektriksel olarak temas edecek şekilde birleşirler. Bu tasarımın taşıtın kapısı üzerine görece daha geniş bir ezilme alanında algılama yaptığı farz edilmektedir. Bu buluşun amacı, ezilme sensörünün bir emniyet sensörü ile birlikte kullanılabilmesini ve hatta ezilme sensörünün kendi başına bir emniyet sensörü gibi davranması amacıyla ortaya çıkmıştır. Erken tetikleme ile ilgili zor gereksinimleri karşılayabilmek için ezilme sensörü kavramı sadece birkaç santimetrelik sınırlı şekil değişimiyle uygulanmak zorundadır. Eğer ezilme anahtarı koltuğun iskeletine konulacak olursa gelen yükün veya şekil değişikliğinin sensör elemanına iletmek için bir mekanizmanın kullanılması kaçınılmaz olur. Bu durum Volvo örneğinde gösterilmiştir [13]. Eğer ezilme anahtarı kapının içine konulursa, önemli olmayan çarpışmalar gibi koşullarda yanlış çalışmayı önlemek amacıyla sensör koruma altına alınmalıdır.
98 Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Ezilme anahtarları ile ilgili bir endişe de meydana gelen çökmelerin veya şekil değişikliğinin algılama sisteminin duyarlılığını etkileyeceğidir. Bir diğer endişe ise yerleştirilme stratejisidir. Bir bölgeye konulan anahtarın diğer bölgelerdeki darbelerden etkilenme olasılığı, anahtar belirli bir mesafe uzaklıkta direğe çarpışma etkisinin görülmesi gibi, bulunmaktadır. Eğer anahtarlar yan yapının büyük bir kısmına dağıtılır ise çalışılmaması gereken durumlarda yanlış ateşlemeyi önlemek için ölçümler yapılmalıdır. Aşağıdaki örnek taşıta bir yan darbe geldiğinde ezilme mesafesi ve sensörün tetiklenme zamanı ile ilgili bilgi vermektedir. Örnek 8.2: Mermi taşıtın 48 km/saat ( 13.4 m/s ) hızla seyir halinde iken hedef taşıtın yan kapısına çarpmış olsun. Eğer gerekli sensör tetikleme zamanı 3–5 mili saniye ise bu anda meydana gelen ezilme veya şekil değişikliği miktarı ne olur? Mermi taşıtın devrinin çarpışmanın başlangıcında çok az değişeceği kabul edilirse, ezilme miktarı tetikleme zamanı ile mermi taşıtın devrinin çarpılmasıyla bulunabilir. Sonuç olarak 0,042 – 0,067 m ( 0,003 – 0,005 x 13,4 m/s ) elde edilir ki bu da 5–7 cm ‘den daha az bir miktardır. 8.3.2 Basınç Sensörü Yan darbenin algılanması için farklı bir kavramda, Hartl ve diğerleri tarafından açıklanan basınç sensörlerinin kullanılmasıdır [20]. Basınç sensörü kapının içyapısına yerleştirilmiştir. Kapı boşluğu kapalı bir oda görevini görmektedir ve darbe geldiği anda hacmi azalmakta ve basıncı artmaktadır. Basınçtaki bu artışın ölçülmesiyle, sensör şiddetli yan çarpışmaları kötü kullanım veya ufak çarpışmalardan ayırabilir. Basınç eşik değerini aştığı zaman bir ateşleme sinyali verilir. Kapı boşluğundaki basınç değişimi şu faktörlere bağlıdır: Boşluğun hacmi, hacmin çökme hızı, boşluğun basıncı, sıcaklık ve hava akımı kaçakları. Şiddetli bir çarpışmada, şekil değişikliği hızlıdır ve havanın dışarı çıkması için çok az zaman vardır. Bu durumda, basınç artışı orta seviyedeki çarpışmalara göre çok daha fazladır. Bir direğe çarpma olayında, ki bu bölgeselleşmiş şekil değiştirme meydana getirir, yan tarafın toplam ezilme miktarı ile karşılaştırıldığında hacim değişimi üzerine çok az etkisi bulunmaktadır. Hacmin hızlıca sıkışması basınç artışını yükselttiğinden ek olarak termodinamik etkisi de bulunmaktadır. Bir ekzantrik veya direğe çarpma sonucu kapı boşluğunda şekil değişikliği olduğu zaman, ki burada hacim değişimi taşıtın iç yapı ile sınırlandırılmıştır, ayrı bir tasarım problemi ortaya çıkar. Basınç sensörlerinin burada kullanılmasının zorluğu bu tip darbeler ve küçük/düşük devirde taşıt taşıta olan çarpışmalar arasındaki farkta yatmaktadır. Yukarıda listelenen faktörlerde farklılıklar bulunduğundan dolayı, uygun basınç eşik değeri sadece deneysel olarak belirlenebilmektedir. Mesela, [20] nolu yayımda belirtildiği gibi, sensörün tetiklenmesi için 34 mb lik ( atmosfer basıncının %3–4 ‘ü ) bir basınç değişimi eşik değeri verilmiştir. Atmosferik basınçtan kaynaklanan yanlış sinyalleri önlemek için basınç sensörü statik basınç artışını ölçmeyecek şekilde dinamik basınç değişimini ölçmek için tasarlanmıştır. Basınç sensörünün dinamik cevabı birkaç mili saniye içerisinde basınç artışına
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
99
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan tepki göstermek zorundadır. Basınç artışı gerçekte kapı boşluğunda hava kaçağı için bir açıklık olduğunda zamanla azalmaktadır. Şekil 8.5 ve 8.6 ‘da zamana göre basınç değişimi gösterilmiştir. Şekil 8.5 ‘de darbe sensörünün eşik değer olan 34 mb üzerindeki basınç artışını algılamasıyla tetiklendiği durum gösterilmektedir. Şekil 8.6 ‘da basıncın eşik değerini aşmadığı yani sistemin çalışmasaı gerekmediği durum gösterilmektedir. Aşağıdaki örnek bir dinamik durumda basınç değişimini incelemektedir.
Şekil 8.5 Sistemin çalıştığı koşullarda kapıdaki odada ölçülen basınç değişimi [20]
Örnek 8.3: Mermi taşıt hedef taşıtın sürücü tarafındaki kapısına yandan çarpmış olsun. Darbeden kaynaklanan şekil değişikliği kapının çökmesine neden olacaktır. Bu basınç değişiminden kaynaklanan hacimdeki azalma aşağıdaki gibi hesaplanabilir. Şekil değişimi çok kısa bir zaman içerisinde meydana geldiğinden dolayı, işlemin adyabatik olduğu, yani ısı transferi bakımından izole edilmiş bir odada meydana geldiği, kabul edilebilir. Termodinamik modellemenin basit yaklaşımı ile, basınç ve hacim aşağıdaki denklemden bulunur [21]: p0.V0n=pC.VCn Burada 0 indisi çarpışma öncesi basınç ve hacmi, C indisi çarpışma süresince olan basınç ve hacmi göstermektedir ve n gaz bileşimi ile ilgili bir sabittir. İzotermal ( sabit sıcaklık ) olaylar için n 1 değerini alırken adyabatik ( ısı transferinin olmadığı ) olaylar için 1,4 değerini almaktadır. Alternatif olarak, denklem aşağıdaki şekilde de ifade edilebilir:
100Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Tamamen izole edilmiş bir oda ve bir adyabatik işlem için hacim değişiminin farklı oranları kullanılırsa sonuç olarak aşağıdaki basınç artışları elde edilir: (1) (2) (3) (4)
VC/V0=0,975, p0/pC=0,965 veya %3,60 basınç artışı VC/V0=0,950, p0/pC=0,931 veya %7,44 basınç artışı VC/V0=0,925, p0/pC=0,897 veya %11,5 basınç artışı VC/V0=0,900, p0/pC=0,863 veya %15,9 basınç artışı
Tamamen izolasyon veya sıfır kaçak kabulleri yapılmasına rağmen bunlar geçerli olmayabilir. Bu örnekten hacmin görece çok az miktarda azalmasıyla basıncın yüzdesindeki çok küçük bir artışın meydana geldiği görülmektedir. Bu sonuç Örnek 8.2 ‘deki gözleme, sensörün tetiklenmesi gerektiği zaman sadece çok küçük şekil değişikliği meydana gelmesine, uymaktadır.
Şekil 8.6 Sistemin çalışmadığı koşullarda kapıdaki odada ölçülen basınç değişimi
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
101
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 8.3.3 İvme Sensörü İvmeölçer sensörlerin kullanılması kavramı, öndeki hava yastıkları için elektronik sensörlerin kullanılmasına benzerlik göstermektedir. İvme sinyalleri, taşıt üzerinde bir veya daha fazla noktadan ölçülen, algılama algoritmaları tarafından işlenir ve elektronik devrelerde uygulamaya konulur. Eğer sinyalin özellikleri algoritmalar tarafından belirlenen ölçütleri karşılıyorsa ateşleme sinyali verilir. İvme sensörlerinin kullanılması ile ilgili bir örnek ABD Patent No. 5.072.966 ‘da açıklanmıştır [22]. Görece düşük hassasiyetteki bir şok sensörü kapının içine ve görece daha yüksek hassasiyetteki sensör gövdede kapının altına rastlayan yere konulmuştur. Yan hava yastığı bu iki sensörde açık konumda iken çalıştırılmaktadır. İvmeölçerler sensörlerin bir diğer örneği ABD Patent No 5.484.166 ‘da açıklanmıştır [23]. Bu patentte, algılama yöntemi kapının üzerinde ve kapı üzerinde olmayan hesaplama adımlarını içermektedir. Sensörlerden alınan sinyallerle darbe koşulları algılandığında yolcuyu koruyan donanım için çalışma sinyali gönderilir. Kapı üzerinde olmayan sensörün konumu için darbelerin kapıya gelmediği L tipi çarpışmalarda – mermi taşıt hedef taşıtın tamponuna çarptığında – algılama yapabilecek bir yere konulur. Sinyalin değerlendirilmesi için teklif edilen üç yöntem bulunmaktadır: (1) hız veya integral alma algoritması, (2) Frekans veya zamana bağlı olarak titreşim özelliklerinin kontrol edilmesi veya (3) çarpışma enerjisinin hesaplanması. ABD Patent No. 5.566.974 ‘te kapının iç paneline konulmuş ivmeölçer ile ilgili bir diğer örnek verilmektedir [24]. Bir kontrolör yan tarafın hızını ivmeölçerin çıkış sinyalinden belirler ve eğer hız daha önceden belirlenmiş olan değeri belirlenmiş bir zaman süresinde aşarsa hava yastıkları açılır. Kapının içindeki güçlendirme elemanları yan taraftan alınan ivmeleri ivmeölçer konumuna verimli bir şekilde iletilmesine izin verir. ABD Patent No. 5.758.899 ‘da açıklanan sistemde taşıtın her iki yanına da ivmeölçerler konularak yan darbelerde birbirlerini desteklemeleri için kullanılmaktadır [25]. Sürücü tarafına konulan ivmeölçer sürücü tarafına gelen darbeler için sinyalleri ayırt ederken yolcu tarafına konulan sensör emniyet sensörü olarak çalışır. Eğer darbe yolcu tarafına gelirse bu iki sensörün rolleri değişir. ABD Patent No. 5.826.902 ‘de bu kavrama ek olarak taşıtın merkezine yakın bir yere üçüncü bir ivmeölçer konulmuştur. Yan darbenin meydana geldiği ya darbe tarafındaki ve merkezdeki emniyet sensöründen ya da diğer taraftaki ayırt etme sinyalinin onayı ile olur. Bu patentlerin tümü de, hareket eden altı noktanın ortalama ivmesinin sinyalin ayırt edilmesinde kullanılmasını ve hareket eden üç noktanın ortalama ivmesinin emniyet sinyali için kullanılmasını önermektedir. Yan hava yastıkları için sensörler 3–5 mili saniye gibi oldukça kısa bir zaman sürecinde işlevlerini göstermek zorundadır. Bu yüzden, integral alma işlemi sadece ∆V için bir yaklaşım sağlamaktadır. Hız değişkeni için ivmenin integre edilmiş değerinin alınmasının yerine bir zaman periyodu boyunca ortalama ivmenin alınması daha anlamlı olacaktır. Ayrıca ivmeölçerlerin yerleşimi ve bunların darbe noktasına göre konumu elde edilen ivme sinyallerini etkileyebilir. Bu olayın deneylerle dikkatli bir şekilde incelenmesi gerekmektedir. 8.3.4 Sensörlerin Yerleşimi ve Dağılımı
102Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Yan darbe algılama sisteminin güvenirliliğini artırmak için iki veya daha fazla algılama yöntemi çoklu sensörlerin kullanılmasıyla bir araya getirilebilir. Mesela, Kısım 8.3.1 ‘de açıklanan ezilme anahtarı bir ivmeölçer güvenlik sensörü ile kullanılabilir. Kısım 8.3.3 ‘deki kapı üzerine olan ve olmayan iki ivmeölçerin bir arada kullanılması belirli çarpışma koşulları için kompanse edilebilen belirli bir sensörün nasıl eksik kalacağını gösteren bir diğer örnektir. ABD Patent No. 5,338,062 ‘de teklif edilen bir kombinasyon stratejisi yan çarpışmayı algılama sisteminin yan yapıya monte edilmiş ezilme tipi sensörler ve taşıt gövdesinin seçilmiş parçalarına tutturulan ivme sensörlerinin bir arada kullanılmasını önermiştir [27]. Yan hava yastığı yan çarpışma sensörlerinden en az biri ve bir veya daha fazla ivme sensörü çarpışmayı algılarsa açılır. Bu kavramların gerçekleştirilmesi için yapılması gereken tasarım değişiklikleri aşağıda belirtilmiştir: (1) Taşıtın merkez hattındaki ivme sensörü, yan ezilme sensörü doğrudan darbe almadığı zaman yan çarpmayı ve doğrultusunu algılayabilir. (2) Öndeki ve arkadaki bir ivme sensörü ezilme sensörleri ile birleştirilerek taşıtın kendi etrafındaki dönme etkisini de hesaba katarak bir yan çarpışmayı algılayabilir. (3) Dört adet ivme sensörü taşıtın dört köşesine konularak sistemin çarpışmayı ve taşıtın kendi etrafında dönem hareketlerinin algılanması arttırılabilir. (4) Biri diğerinden daha duyarlı olan ve daha duyarlı olanı emniyet sensörü olarak rol oynayan iki ivmeölçer seri olarak bağlanabilir. Emniyet veya daha duyarlı olan ivme sensörü (2) ve (3) ‘te tanımlanan konfigürasyonlara da uygulanabilir. ABD Patent No. 5.758.899 ve No. 5.826.902 ‘de açıklandığı gibi, daha önceki kısımda bahsedilen patentler, birbirine zıt taraflarda veya taşıtın ortasında bulunan sensörler emniyet işlevi için kullanılabilir. Bir taraftaki ayırt etme sinyalinden ve diğer taraftaki/merkezdeki emniyet sinyalinden yan darbenin meydana geldiği onaylanır. Bir diğer sensör yerleşim stratejisi de taşıtın dış tarafına bir yakınlık sensörü koymaktır. Yakınlık sensörü, bir radar veya ultra sonik tipte, yaklaşan bir nesneyi algılayabilir ve darbe sensörü için bir ön izleme sinyali sağlar. Yakınlık sensörü sadece bir alarm sinyali sağladığından sistemin sağlıklı çalışması için diğer sensörlerin kullanılması da gereklidir. ABD Patent No. 5.172.790 ‘da birkaç güvenlik donanımı arasındaki çalışma ve zaman gecikmesinin belirlenmesi için birkaç sensörün bir arada kullanılması incelenmektedir [28]. Bu sistem, darbenin algılanması için yan kapıda şok sensörleri, yolcuların durumunu öğrenmek için koltuklarda ağırlık sensörleri ve emniyet kemerinin kullanıma durumunu öğrenmek için kemer kilit sensörlerini içermektedir. Bir kontrol birimi değişik sensörleri izleyerek hava yastığının açılıp açılmamasına karar vermek ve uygun zaman sırasını belirlemek için kullanılır. Ön ve yan koruma sistemlerinin daha fazla taşıtta kullanılmaya başlanmasıyla sensörlerin yerleşimi ve değişik sensörlerin işlevleri daha fazla dikkat gerektirmektedir. ABD Patent No. 5.746.444 ‘de, önden ve yandan gelen darbelerin tek noktadan algılanmasını tanımlayan patent, yan güvenlik donanımlarının eğer çarpışma önden meydana gelmişse çalıştırılmaması önerilmiştir [29]. Yukarıdaki iki örnekteki [28, 29] entegre edilmiş algılama sistemi zeka dağılımı ve karar vermesi yeni sensör tasarımı ve yerleştirme stratejileri gerektirecektir. 8.4 Özet
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
103
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Bu bölümde yan darbelerin karakteristikleri gözden geçirilmiş ve yan darbe sensörleri için ateşleme zamanının belirlenmesinde kullanılan temel prosedürler tanımlanmıştır. Yan yapının ve kullanılabilen alanın sınırlı olması yan çarpışmalar için algılama sisteminin gereksinimlerini önden çarpışmalara göre daha da zorlaştırmaktadır. Sonuç olarak, kapı ve kapıya yakın konulan şu anki sistemlerde ezilme veya basınç sensörleri gibi “doğrudan etkileşim” üzerine odaklanılmıştır. Yan çarpışma sinyallerinin daha fazla anlaşılması ve algılama algoritmasının sürekli olarak geliştirilmesi daha güvenilir elektronik sensörlerin kullanılmasına izin vermektedir. Yan hava yastıklarının ve ilgili sistemlerin geliştirilmesi daha yeni ve hızla büyüyen bir alandır. Lider algılama teknolojisi ve baskın olan yaklaşımlar birkaç yıl içinde daha anlaşılır hale gelecektir.
Referanslar 1. Status Report. Insurance Institute for Highway Safety, Vol. 32, No. 10, December 27, 1997. 2. G. Yaniv ve diğerleri, "ITS, A New Restraint System for Side Impact Protection," SAE Paper No. 961018. 3. G. Yaniv ve diğerleri, "Inflatable Tubular Torso Restraint System," U.S. Patent No. 5,839,753, Nov. 24, 1998. 4. K. Bohman ve diğerleri, "Reduction of Head Rotational Motions in Side Impacts Due to the Inflatable Curtain—A Way to Bring Down the Risk of Diffuse Brain Injury," 16th Experimental Safety Vehicles (ESV) Conference, Windsor, Canada, June 1998, Paper No. 98-S8-O-07. 5. K. Kompass ve diğerleri, "Benefits of the Inflatable Tubular Structure," 16th ESV Conference, Paper No. 98-S8-O-14. 6. T. Igarashi ve diğerleri, "'Development of Side Air Bag System for Head and Thorax Protection," 16th Experimental Safety Vehicles (ESV) Conference, Paper No. 98-S8O-05. 7. A. Ohlund ve diğerleri, "The Inflatable Curtain (IC)—A New Head Protection System in Side Impacts," 16th Experimental Safety Vehicles (ESV) Conference, Paper No. 98-S8-W-29. 8. "Side Impact," SAE Automotive Engineering, p. 51, January 1995. 9. N. Saha ve diğerleri, "Critical Comparisons of U.S. and European Dynamic Side Impacts," SAE Paper No. 970128. 10. C.A. Hobbs, "Dispelling the Misconceptions about Side Impact Protection," SAE Paper No. 950879. 11. V. Castelli ve D.S. Breed, "Trends in Sensing Side Impacts," SAE Paper No. 890603. 12. D.S. Breed ve diğerleri, "Side Impact Sensors," U.S. Patent No. 5,231,253, July 27, 1993. 13. B. Lundell ve diğerleri, "SIPSBAG—The Seat-Mounted Side Impact Airbag System," SAE Paper No. 950878. 14. Y. Haland ve S. Pilhall, "Air Bag System for Side Collision Protection," U.S. Patent, No. 5,348,342, Sep. 20, 1994. 15. D. Kruse ve Y. Haland, "Vehicle Impact Sensor Arrangement for Detecting a Side Impact," U.S. Patent No. 5,623,246, Apr. 22, 1997. 16. C.Y. Warner ve diğerleri, "Inflatable Structure for Side Impact Crash Protection," U.S. Patent No. 4,966,388, Oct. 30, 1990. 17. Y. Haland, "Vehicle Impact Sensor Arrangement," U.S. Patent No. 5,454,590, Oct. 3, 1995. 18. M.Taguchi ve diğerleri, "Crash Sensor," U.S. Patent No. 5,335,749, Aug. 9,1994. 104Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 19. J.D. Lofy, "Crush Sensor for Use in a Vehicle," U.S. Patent No. 5,680,909, Oct. 28, 1997. 20. A. Haiti ve diğerleri, "Physically Different Sensor Concepts for Reliable Detection of Side-Impact Collisions," SAE Paper No. 950348 21. Marks' Standard Handbook for Mechanical Engineers, edited by E.A. Avallone and T. Baumeister III, published by McGraw Hill. 22. H. Nishitake ve diğerleri, "Energy Absorbing Structure for Vehicle Body Side Portion," U.S. Patent No. 5,072,966, Dec. 17, 1991. 23. J.F. Mazur ve diğerleri, "Method and Apparatus for Providing a Deployment Signal for a Vehicle Occupant Restraint Device during a Side Impact," U.S. Patent No. 5,484,166, Jan. 16, 1996. 24. J.F. Mazur ve diğerleri, "Method and Apparatus for Restraining an Occupant during a Side Impact," U.S. Patent No. 5,566,974, Oct. 22, 1996. 25. C.P. Foo ve H.F. Yeh., "Method and Apparatus for Providing a Safing Function for Side Impact Crash Sensing," U.S. Patent No. 5,758,899, June 2, 1998. 26. C.P. Foo ve diğerleri, "Method and Apparatus for Sensing Side Impact Conditions with Safing Functions," U.S. Patent No. 5,826.902, Oct. 27, 1998. 27. T. Kiuchi ve diğerleri, "Side Collision Sensor System for Side Airbag Apparatus," U.S. Patent No. 5.338.062, Aug. 16, 1994. 28. T. Ishikawa ve diğerleri, "Body Side Mounted Air Bag Control System," U.S. Patent No. 5.172,790, Dec. 22, 1992. 29. C.P. Foo ve diğerleri, "Method and Apparatus for Single Point Sensing of Front and Side Impact Crash Conditions." U.S. Patent No. 5,746,444 May 5,1998.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
105
Not alma amacıyla boş bırakılmıştır
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan
Bölüm 9 Otomotiv Güvenlik Sistemlerindeki ve Çarpışmayı Algılama Teknolojilerindeki İlerlemeler ve Eğilimler Bu bölüme kadar daha çok çarpışmayı algılama ile ilgili kavramlar ve prensipler üzerine odaklanılmış ve çarpışmayı algılama teknolojilerinin gelişimine göz atılmıştır. Bu yüzden, bu bölüm teknolojinin gelecekte nerelere gelebileceğinin açıklanmasına ayrılmıştır. Hızla değişen bir ortamda, teknolojik ve sosyal bakış açılarından, çarpışmanın algılanması ve otomotiv güvenlik sistemlerinin gelişeceği görülmektedir. Çarpışmayı algılama teknolojileri bakımından son on yıldır aşağıdaki gelişmeler kaydedilmiştir [1]: (1) Çarpışmayı algılama teknolojilerinde ve kazaların sonuçlarını hafifletmek için kullanılan güvenlik sistemlerinde büyük ölçüde ilerleme olmuştur. (2) Elektronik sensörler, gittikçe daha fazla kullanılmaya başlanmış ve sıradan devre bağlı algılama sensörlerinin pazarında pastadan büyük bir dilim almıştır. Yolcuların korunması için kullanılan güvenlik donanımlarındaki yeni uygulamalar ve buluşlar ile çarpışmayı algılama sistemleri için yeni gelişmeler olmuştur. Gelecekteki gelişmeler en uygun performans seviyesine ulaşılması için değişik teknolojilerin bir arada kullanılmasını gerektirecektir. 9.1 Akıllı Hava Yastığı Sistemleri Geçtiğimiz yıllarda yapılan çarpışmalarda sadece hava yastığının açılmasından dolayı birçok insan hayatını kaybetmiş ve yaralanmıştır. Bu arzu edilmeyen yan etkilerin ortadan kaldırılması için birkaç tane yeni hava yastığı teknolojisi geliştirilmiştir. “Akıllı hava yastığı sistemleri” terimi emniyet sistemlerinin gelecek nesli için uygulanabilir. Bazen “ileri” ve “uyumlu” hava yastığı veya güvenlik terimleri de kullanılmaktadır. Ancak, daha fazla incelemeye geçmeden önce “akıllı hava yastığı” teriminin ne ifade ettiğini anlamak gerekir. 9.1.1 NHTSA ‘nın 1996 ‘da Çıkardığı Kural 27 Kasım 1996 ‘da NHTSA yeni nesil hava yastıklarının uyarı etiketlerinde FMVSS 208 ‘deki akıllı hava yastığı tanımlamasını içine alan bir kural yayımladı. Ajansın tanımlaması, yasa değişikliğinin Kısım 4.5.5 ‘inde yazılan, aşağıda paragraflar halinde verilmiştir: Bir akıllı hava yastığı: (1) Eğer önde sürücü koltuğunun yanındaki koltukta toplam kütle 30 kg veya daha az ise sistem çalışmamalıdır. (2) Pusetleri ters konulan arka koltuktaki bebeklerin ve emniyet kemeri takılmadığında veya uygun emniyet kemeri takılmamış çocuğun sistemin çalışmasından etkilenmemesi için sistemin çalışmasını önleyen sensörler içermelidir. (3) Pusetleri ters konulan arka koltuktaki bebeklerin veya emniyet kemeri takmayan/uygun kemer takmayan çocuklar söz konusu olduğunda yaralanma riskine karşı sistem çalışmalıdır.
106Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Bu tanımlamanın çocukların – özellikle çocuk koltuklarında veya öndeki yolcu koltuğunda oturan - güvenliği üzerine olduğu dikkat çekmektedir. Olaya daha geniş olarak bakıldığında, akıllı hava yastıkları sadece çocuklar için olan uygulamalar ile sınırlı kalmamalı ve tüm koşullarda tüm yolcular için uygulanabilir olmalıdır. İleri teknolojilerin seri üretimde yer almasıyla resmi düzenlemelerdeki bu tanımların yeniden yazılması gerekecektir. 9.1.2 1998 ‘de Önerilen Kural Koyuculuk 9 Temmuz 1998 ‘de 21 ‘nci yy. için Transportation Equity Act ( TEA–21 ) Başkan Clinton tarafından imzalanarak yürürlüğe konuldu. TEA–21, NHTSA ‘nın 1998 ‘deki Yeniden Yetkilendirme Hareketini de içeriyordu. Genel NHTSA poliçesine ek olarak, TEA-21 ileri hava yastığı sistemlerinin belirli bir kural koyucunun zorlamasıyla bir programa bağlanmasını öngörüyordu. 14 Eylül 1998 ‘de yayımlanan bir gazetede teklif edilen kuralın ayrıntıları verilmekteydi. NHTSA tarafından yapılan teklif, binek otomobillerin ve kamyonetlerin içinde uygun konumda oturan yetişkinler için maksimum korumanın sağlanması ve açılan hava yastıklarına çok yakın olan bebekler, çocuklar ve yetişkinler için riskin azaltılması amacıyla ek hava yastığı performans testlerinin yapılmasını öngörmektedir. Trafikteki tüm taşıtların hava yastığı ile donatıldığı zaman yılda 3,000 kişinin yaşamının kurtulacağı düşünüldüğünde yeni bilgiler ve daha iyi teknikler ile geliştirilmiş hava yastıklarının daha fazla yaşamı kurtaracağı çok açıktır. Teklif edilen çarpışma testleri, insanların toleranslarını daha iyi yansıtan iyileştirilmiş yararlanma ölçütüne sahip yeni çarpışma mankenleri gerektirmektedir. Bu mankenler 1, 3 ve 6 yaşındaki çocuk mankenler, bir ufak bayan ( %5 ) ve orta boyutlardaki bir bay ( %50 ) manken dir. Geliştirilmiş hava yastıkları bebekler, çocuklar ve konum dışında oturan yetişkinler için riskleri en aza indirmek için ek testler yapılmasını da öngörüyor. Teklifte ayrıca şu anda kullanılan hava yastığı sistemlerinin koruma seviyesini arttırmak için tam çarpışma testleri de bulunmaktadır. Şu anda sadece 48 km/saat hızla bariyere çarpma testi veya seçime bağlı olarak taşıta hasar vermeden yapılan kızak testi yapılmaktadır ve bu testlerde orta boyutlardaki bay manken kullanılmaktadır. Kural koruyucu, bu gerekliliklerin yerine getirilmesini bir programa bağlamayı teklif etmiştir. Bu teklifin altında, üreticiler 2003 yılı model taşıtlarını bu yeni standartları karşılayacak şekilde üretmeleri bulunmaktadır. Her otomobil üreticisinin ürünlerinin %25 ‘i 1 Kasım 2002 ‘den başlayarak bu yeni standartları karşılaması gerekmektedir. Bunun ardından 2004 model yılı için %40, 2005 model yılı için %70 ve 2006 model yılı için tüm binek otomobillerinin ve kamyonetlerin bu standardı karşılaması kararlaştırılmıştır. Bu öneri NHTSA Gündem No. 98–4405 ‘ de bulunmaktadır. Hava yastıkları ve bunlarla ilgili kurallar hakkındaki bilgilere NHTSA ‘nın resmi internet sitesi olan http://www.nhtsa.dot.gov ‘da “Laws & Regulations” menüsünden ulaşılabilir. 9.1.3 JPL ‘nin İleri Hava Yastığı Teknolojisi Hakındaki Değerlendirmesi
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
107
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan NHTSA ve NASA arasındaki anlaşma ile bir ileri hava yastığı teknolojisinin gerçekleştirmesi için JPL ( Jet Propulsion Laboratory ) seçilmiştir [2]. JPL, şu anki hava yastığı sistemlerinin tasarımından kaynaklanan yaralanmaların nedenini araştıracak ve çarpışma işlemlerinin değişimini yaparak hava yastıklarındaki iyileştirmeler ve yılların getirdiği gelişmeler ile daha güvenli ve koruma seviyesinin artmasını sağlayacaktı. Buna şunlar dâhildi: (1) Gücü azaltma, örn. patlama oranını ve basıncını azaltma, FMVSS 208 ‘in 1997 de izin verdi. 1998 model yılından itibaren kullanılacak, gücü azaltma akslar arası mesafesi kısa olan araçlarda, konum dışında oturan yolcular ve ön koltuktaki yolcular için riski azaltacaktır. (2) Gelecek vadeden iyileştirilmiş çarpışma sensörleri, emniyet kemeri kullanım sensörleri ve koltuk pozisyon sensörleri gibi 2001 model yılından itibaren seri üretimdeki taşıtlarda mümkün olabilecek. Diğer olası iyileştirmeler, emniyet kemeri makara sensörleri ve yolcunun konumunun belirlenmesini iyileştirmek için statik yakınlık sensörlerini içerecek. Patlamanın önlenmesi için otomatik önleme sistemini içeren iyileştirmeler, iki basamaklı patlatma, bölümlenmiş hava yastıkları, değişken havalandırma ve gelişmiş emniyet kemerlerini içermektedir. Bu iyileştirmeler ( yukarıdaki cümlede kastedilen ) daha özel durumlar - doğru konumunda bulunmayan sürücü gibi - içindir. (3) Yolcunun ağırlığını ölçen ve konumunu belirleyen sensörler, 2003 model yılında itibaren mümkün olacak, önceki geliştirmelerin cevap kapasitelerine sahip olacak ve aynı sensörleri kullanacaktır. Ayrıca JPL, orijinal donanım üreticileri ( OEM ) ve kaynak sağlayıcılar ile görüşecek ve yapacağı geniş çaplı anketlerle geliştirilmiş güvenlik sistemi teknolojisini inceleyecek ve karakterize edecekti. Bulunanlar yapabildikleri ve üretim için uygunluklarına göre raporlanacaktı. Rapor, NHTSA ve otomobil endüstrisinin onayları ile sonuçlanmıştı. 9.1.4 Gelişmiş Güvenlik Sistemleri Üzerine Genel Yorumlar Alternatif olarak, “akıllı hava yastığı” sistemi tanımı yazar tarafından aşağıdaki gibi verilmiştir: Çarpışma koşullarında sadece ihtiyaç olduğunda hava yastığını açacak, taşıtı ve yolcuları en az riske atacak ve donanımın yararlarını geliştirecek bir sistemdir. Bu tanımın genişletilmesiyle “akıllı güvenlik sistemi” için benzer olarak: Çarpışma koşullarında sadece ihtiyaç olduğunda güvenlik aygıtlarını çalıştıracak, taşıtı ve yolcuları en az riske atacak ve donanımın yararlarını geliştirecek bir sistemdir. Bundan sonraki tanımlama yolcu koruma aygıtlarının, emniyet kemerleri, ön gericiler, patlatılabilir aygıtlar ve kafa koruma aygıtları gibi, tüm tipini kapsayacak şekilde genişletilebilir. Bu yüzden, akıllı hava yastığı sisteminin tanımlamaları, sıradan bir sistemle karşılaştırıldığında, aşağıdaki gibi özetlenebilir: (1) Sıradan sistemlerde, güvenlik elemanları şiddetli çarpışmalarda yolcuların yaralanmalarını azaltmak için geliştirilmiştir. Akıllı sistemler bunun yanında ufak çarpışmalardaki riskleri de düşürmektedir.
108Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan (2) Sıradan sistemlerdeki algılama sistemleri, açılması gereken ve açılması gerekmeyen durumları fark edecek şekilde tasarlanırlar. Akıllı sistemler, çarpışma koşullarını tanıdığı gibi taşıtın iç koşullarını da tanır. (3) Sıradan sistemlerdeki sensörler, zamana bağlı olarak güvenlik aygıtlarını etkinleştirecek şekilde tasarlanırlar. Akıllı sistemlerde zamanlama, tip ve koruma genişliğinin kullanımı çarpışma koşuluna göre taşıtın ve yolcuların durumunun değişik sensörlerin yardımıyla kontrol edilmesiyle yapılır. 9.2 Akıllı Hava Yastıklarının Elemanları Akıllı hava yastıkları şu anda üretilen sistemlere göre iyileştirmeler içerdiğinden, şu anki sistemlerle ilgili problemlerin gözden geçirilmesi gerekmektedir. Bu problemler aşağıda sıralanmıştır: (1) Hava yastığının önceden açılması, sistemin çalışmaması gereken durumlarda yaralanmalara neden olabilmektedir. Bunun nedeni, algılama sisteminin kaza koşulunu uygun olarak ayırt edememesinden kaynaklanmaktadır. (2) Hava yastığının geç çalışması yaralanmalara ve ölümlere neden olmaktadır. Diğer bir deyişle, çalışma zamanlaması uygun değildir. (3) Çocuklar hava yastığının menzili içinde uygun olarak oturtulmadığında ölümler meydana gelmektedir. (4) Konumları dışında hava yastığı modülüne çok yakın oturan yolcular, hava yastığının açılmasından dolayı yaralanabilmektedir. (3) ve (4) teki durumlar kısmen algılama sisteminin taşıtın içindeki koşulları tanıyamamasından kaynaklanmaktadır. Bu problemlerin üstesinden gelmek için tüm bileşenlerin ve sistemin tasarımında iyileştirmeler yapılmalıdır. 9.2.1 Akıllı Hava Yastıklarının Teknik Gereksinimleri Hava yastığı sistemlerinin performansının iyileştirilmesindeki çözümler aşağıdaki tabloda listelenmiştir. Her çözüm şu anki hava yastığı sistemleri ile ilgili problemlerin karşısında bulunmaktadır. Problemin Kaynağı Çarpışma koşullarının ayırt edilmesi sağlıklı değil Zamanında açılmama Uygun olmayan emniyet elemanlarının kullanılması Taşıtın içinin tanınmasının mümkün olmaması
Çözüm Sensör performansının algoritmaların arttırılması veya sensör tiplerinin değiştirilmesi ile iyileştirilmesi Algılama stratejilerinin gözden geçirilmesi; sensörlerde zamanlama özelliğinin bulunması Emniyet aygıtlarının seçiminin esnek olması; emniyet elemanları için uygun seviyelerin belirlenmesi Yolcuyu algılama kapasitesinin eklenmesi
Hava yastığının erkenden açılması genellikle sensörler ezilme bölgesine konulduğunda çarpışma sensörlerinin tampon tampona çarpışmalarda tetiklenmesiyle ilgilidir. Sensörlerin yerini değiştirmek veya sensörleri diğer tip sensörlerle değiştirmek bu problemlerin bazısını çözebilir. Eğer elektronik sensörlerin çalışma seviyesi veya zamanlaması hatalı ise algılama algoritmaları diğer eksikliklerin giderilmesi için modifiye edilebilir. Elektronik sensörlerin performansının tüm gereksinimleri karşılayamadığı durumlarda diğer tip sensörler elektronik sensörler ile kullanılarak algılama sisteminin daha dayanıklı ve sağlıklı algılama yapması Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
109
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan sağlanabilir. Emniyet sisteminin derecesini esnek hale getirmek için algılama sistemi ayarlanabilir patlatıcılar, ön gericiler, yük sınırlayıcı emniyet kemerleri ve benzeri aygıtlarla birleştirilebilir. Son olarak sistem taşıtın iç koşullarını, seyir yönüne ters konulmuş çocuk koltukları veya konum dışında bulunan yolcular gibi, tanıma kapasitesine de sahip olmalıdır. Özetlersek, bir akıllı güvenlik sisteminde kullanılan elemanlar şunlardır: (1) Akıllı sensör Sensör farklı tipteki ve şiddetteki çarpışmaları ayırt edebilecek kadar zeki olmalıdır. (2) Yolcu sensörleri Algılama sistemi yolcuların ve taşıt içinin durumunu belirleme kapasitesine sahip olmak zorundadır. (3) Esnek emniyet elemanları Farklı seviyelerdeki emniyet elemanları farklı çalışma koşullarını, emniyet elemanının seçimini de içermek üzere – emniyet kemerleri veya hava yastıkları – ve çalışma derecesi – iki kademeli veya çok kademeli patlatıcılar gibi - karşılayabilmelidir. (4) Kontrol birimi Kontrol biriminin rolü, değişik sensörlerin performansının ayarlanması ve esnek emniyet elemanlarının kullanımını kontrol etmektir. (5) İletişim ağı Sistemin tüm elemanlarını bir iletişim ağı ile bağlama verimli ve sağlıklı iletişimi sağlamak zorundadır. 9.2.2 Yolcunun Algılanması Yolcunun algılanması akıllı hava yastığı sistemlerinde gerekli olan önemli teknolojilerden biridir. Gerçekte yolcunun algılanması için emniyet sistemlerinin performansını etkileyen taşıtın içindeki koşulları tanır. Yolcunun algılanması hava yastığının açıldığı durumlarda, ön yolcu koltuğunda seyir istikametine ters konulmuş çocuk koltukları ve konum dışındaki yolcuların olduğu veya boş koltuklarda çalışmanın engellenmesi gibi durum durumlarda, yardımcı olabilir. Bu koşullar tanımlandığı zaman bir algılama sistemi, performansının optimize edilmesine göre çalıştırılabilir. Yolcunun algılanması için birkaç tane teknoloji önerilmiştir [3].Yolcunun ağırlığı genel olarak bazen koltuğun şekil değiştirmesinin belirlenmesi ve yolcu ve hava yastığı arasındaki mesafenin tipik olarak ses üstü veya kızıl ötesi sensörlerle ölçülmesiyle algılanmaktadır [4]. ABD Patent No. 5.802.479 ‘da tavana monte edilmiş bir dizi sensörün kapasitesi bir yolcunun konumunu ve hareketini belirlemek için kullanılmaktadır [5]. Alternatif olarak, kızıl ötesi resimleme sistemleri ile, yolcularla ilgili ısı kaynaklarının konumu, yolcuların pozisyonunun belirlenmesi ve çocuk koltuklarının yöneliminin tanımlanmasında kullanılmaktadır. Yolcuların bulunduğu yerlerde elektrik alanın değişiminden yararlanılarak yolcular ile ilgili arzu edilen bilgiler elde edilebilir [6]. Temmuz 1994 ‘de, BMW ‘nin tüm taşıtlarında yolcu koltuklarına yolcuyu izleyen sistem ( SOMS ) konulmuştur [7]. Böyle bir sistem sensörlerle birleştirilmiş bir polimer sandviçten, direnç değeri uygulanan kuvvetle orantılı olarak değişen, oluşmaktadır. Eğer ölçülen direnç
110Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan sabitlenmiş eşik değerinin üzerinde ise koltuk “yolcu yok” durumu ile işaretlenir, eğer ölçülen direnç sabitlenmiş eşik değerinin altında ise koltuk “yolcu var” durumu ile işaretlenir. SOMS ‘un performansını etkileyen bazı ölçütler aşağıda verilmiştir: (1) Eğer yolcu koltuğun ön köşesinde ise yastığın açılma kuvveti düşürülmek zorundadır. (2) Seyir istikametine ters konulmuş yolcu koltukları hava yastığı tarafından gelen bir darbeye maruz bırakılmamalıdır. (3) Emniyet kemerlerini takmış olan yolcular için sadece daha yüksek çarpışma devirlerinde hava yastığının ek koruma sağlamasına ihtiyaç vardır. (4) Eğer koltukta yolcu yoksa hava yastığının çalışması gerekli değildir. Ayrıca Siemens çocuk koltuğu ve yolcunun olup olmadığını algılayan bir sistemi de üretmektedir [8]. Bu sistemde, kuvvete bağlı algılama yapan bir rezistör sarımı yolcunun olup olmadığının belirlenmesi için yolcu koltuğuna entegre edilmiştir. Çocuk koltuğunu algılayan sensörler, ayrıca yolcu koltuğuna da konulan, çocuk koltuğunun yönelimi hakkında bilgi veren çocuk koltuğunun tabanına takılmış iki adet rezanatöre cevap verir. Birçok durumda, birkaç tip sensör komple bir yolcu algılama sisteminin üretilmesi için bir araya getirilerek üretilmiştir. Mesela, teklif edilen bazı sistemlerde taşıt içerisinin belirlenmesi için ses üstü ve kızıl ötesi sensörler kullanılmaktadır. Diğer tekliflerde gösterge paneli üzerindeki kapasitans veya kızılötesi sensörlerin koltuk kılıflarında ağırlık sensörleri ile birlikte kullanılmıştır. Ses üstü, mikro dalga veya optik teknolojilere ek olarak yolcuyu algılama emniyet kemerinin boşalması ve koltuk konum sensörlerinin çarpışma sensörü kontolörüne giriş sağlayarak yapılmaktadır. 9.2.3 Emniyet Sisteminin Elektronik Elemanları Karmaşık algılama sistemlerinin kullanılmasının bir sonucu olarak ve kullanılan emniyet elemanlarının artmasıyla emniyet sistemini kontrol eden ağ ve ilgili elektronik devreler daha karmaşık hale gelmiştir. Bu yeni ortamda, elektronik kontrol birimi ( ECU ) aşağıdakilerle iletişim kurma ve cevaplama durumundadır [9]: GİRİŞ: Emniyet kemeri eğilme sensörü, koltukta yolcunun olması, ters konulmuş çocuk koltuğu, konum dışındaki durumlar, yolcunun ağırlığı, patlatıcının basıncı ve sıcaklığı, yan darbeyi algılama durumu, teşhis için aygıtlar ve çarpışma öncesi/çarpışmayı erkenden algılama aygıtları. ÇIKIŞ: Ön ve yan patlatıcılar, emniyet kemeri ön gericileri, diz koruyucu, ikaz lambası, yakıt kesme anahtarı, kapı kilidi, acil yardım iletişimi. ECU ‘nun bir konumda büyümesinin sınırlanması modüler tasarım ve dağıtılmış bir elektronik sistem gerektirmektedir. Standartlaştırmayla, bir modüler tasarım tüm sistemin geliştirme çevrimini ve maliyetini düşürmektedir. Bir dağıtılmış sistem uzaktan ateşleme devresi, bir iletişim bus komutuyla ve zeki noktalarla patlatılabilir emniyet elemanlarının etkinleştirilmesine izin veren uzaktan ateşleme devresini içermektedir ve bir iletişim kanalıyla alt sistemlerden bağımsız olarak bağlanmaktadır. Farklı zekâ seviyelerindeki modüle
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
111
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan tasarımın değişik birimlerinin dağılımı bir elektronik ağda seçilen konumlara konularak yapılır. Emniyet sisteminin karmaşıklığının artması ayrıca taşıttaki iş ağının gereksinimlerini de arttırır [10]. Güvenilir ve ucuz maliyetli bir iş ağının en büyük gereksinimleri aşağıdakileri içermektedir: (1) Güvenlik – hata toleransı, güvenilir ve yüksek hızlı iletişim (2) Ekonomi – gücün aktarılması için basit devre elemanları, korunmaya alınmamış kabloların kullanımına izin vermek için elektro manyetik uygunluk veya aynı kablolar üzerinde güç ve veri aktarımı. (3) Esneklik – serbest iş ağı topolojisi, geniş aralıktaki noktaların sayısı, gelecekteki sistemler için uyumluluk. 9.3 Entegre Edilmiş Algılama Sistemi Şu anki algılama sistemi teknolojisinin işlevselliği sıradan emniyet sistemlerinin ötesinde genişleme potansiyeline sahiptir. Algılama sisteminin amacı çalışırken sadece çarpışmanın algılanmasını ve ayırt edilmesini sağlamak olmadığı daha açık hale gelmektedir. Çünkü bu sıradan çarpışma sensörleri tarafından zaten gerçekleştirilmektedir. Çalışma sırasının değişik kademelerinde, sisteme entegre edilen parçalar daha üst seviyedeki güvenlik performansına erişmek için birlikte çalışırlar. Bir entegre edilmiş algılama sisteminin çalışması aşağıdaki dört işlevsel kısımdan oluşur [11]: (1) Tahmin etme Birinci kademe darbe öncesinde meydana gelecek çarpışma senaryolarının hesaplanmasını içermektedir. Mesela, radar veya bazı yakınlık sensörü tipleri sensörün tetiklenmesinin güncellemesini arttırabilir [12, 13, 14]. (2) Onaylama ve ayırt etme Bir çarpışma meydana geldiğinde, çarpışma sensörleri ölçülen sinyaller arasında onaylama ve ayırt etme işlemlerinde birleştirilirler. Geleneksel çarpışmayı algılama görevlerine ek olarak çarpışmaların tiplerinin ve derecelerinin tanımlanması için akıllı çarpışma sensörleri gerekebilir. Böylece bir sonraki kademe için uygun kontrol komutu üretilebilir. (3) Çalışma kontrolü Bu kademede algılama sisteminin işlevi iki katına çıkmaktadır. Diğer taraftan, kontrol birimi değişik sensörlerden çarpışmanın kendisi ve yolcunun konumu ile ilgili taşıtın içi ile ilgili detayların ölçülmesi için girişleri almak zorundadır. Diğer taraftan kontrol birimi emniyet tipinin, ön gericiler veya hava yastığı, çalışmanın derecesini -çok kademeli patlatma – kontrol etmek zorundadır. (4) Darbeden sonra yönlendirme Son kademe bir kazanın sonuçlarını hafifletmek için yapılan hareketleri içermektedir. Mesela, birincil cevaplayıcıların bir kazayı raporlamak için daha hızlı tepki göstermesi için birkaç üretici global pozisyonlama sistemine ( GPS ) ve kablosuz iletişime dayanan iletişim servislerini sağlamaya başlamışlardır.
112Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Benzer bir bakışla, daha geniş kapsamdaki teknolojilerin kullanılması, Japon İleri Güvenlik Taşıtları ( ASV ) Programı tarafından sunulmuştur [15]. ASV, güvenli taşıtların incelenmesi ve geliştirilmesi için ulusal bir plandır, Japon Ulaştırma Bakanlığı ‘ndan izin almıştır ve bir çalışma grubu tarafından değişik taşıt üreticilerinin de katılımı sağlanmıştır. “Taşıt-topluluğu” nda çeşitli problemlerin çözülmesi için ASV üç eleman üzerinde kapsamlı ve sistematik ölçümler yapmıştır. Bu elemanlar; “Kişiler”,”Taşıt” ve “Yol ortamı” dır. Bununla ilgili olan teknolojiler dört kategoriye ayrılmıştır: (1) Önleyici güvenlik, nesne sensörleri ve görüntü arttırma donanımları (2) Kaza önleme teknolojisi, otomatik veya sürücüye yardımcı direksiyon ve frenleme kapasiteleri (3) Hasarı azaltma teknolojisi, hava yastıkları gibi (4) Darbe sonrası etkileri azaltma ve önleme sistemleri, kablosuz ağ, ateş algılama sensörü ve kapı kilidini açma aygıtı gibi. ASV programında vurgulanan teknolojiler kara taşıtları için güvenlik ile ilgili geniş ölçümler sunmaktadır. Akıllı hava yastıkları veya emniyet sistemleri birkaç yıl içerisinde kullanılabilir hale gelecek, bunlar ileri güvenliğe sahip taşıtlara entegre bir parça halini alacaktır. Kara taşıtlarının gelecek nesillerinde çok daha fazla güvenlik özelliklerin ve alt sistemleri olacağı şu andan görülmektedir. 9.4 Komple Bir Emniyet Sisteminin Tasarlanmasına Bir Bakış Açısı Geçen yıllarda, hava yastıkları ve emniyet kemerlerinin verimliliği üzerine birçok çalışma yapılmıştır. Hava yastıklarının şu anda kullanılabiliyor olmasından dolayı emniyet kemerlerinin yolcular üzerine uyguladığı yük, yük sınırlama aygıtlarının kullanılmasıyla ayarlanabilir. Bir yük sınırlayıcı emniyet kemerinin kullanılması göğüs kafesi yaralanma riskinin dengelenmesini sağlayacaktır. Bu kemer yükünün ve göğüs kafesinin aşırı hareketinden dolayı kafanın yaralanma riskini azaltmasından kaynaklanmaktadır [16]. Emniyet kuvvetlerinin, emniyet kemerleri ve hava yastıklarının birleşimi ile iyileştirilme olasılığının araştırılması için birçok çalışma yapılmıştır. Emniyet kuvvetinin en uygun hale getirilmesinde, emniyet kuvveti ve yolcunun gezinmesi arasında bir denge olduğu görülmüştür. Hipotez, ideal bir sistemin yolcunun tüm hareketi boyunca sabit bir emniyet kuvveti sağlar, maksimum yer değiştirmesinde yolcuyu durdurur. Değişik yolcu boyutları ve pozisyonları için ideal cevap göğüs kafesinden geçen emniyet kemerinin yük sınırlama cevabının ayarlanmasıyla ve hava yastığının yolcunun ileriye hareketini en uygun şekilde engellemek için yastığın açılmasını kontrol etmesiyle sağlanır [17]. Çok kademeli patlatıcılar tek başlarına emniyet sistemini akıllı yapmazlar. İyileştirilmiş ve ayarlanmış kemer kuvvet sınırlayıcıları ve basınç kontrollü hava yastıkları, ayarlanabilir havalandırma kavramına dayanan, akıllı emniyet sistemleri için önerilmiştir [18]. Şiddet ve kaza tipinin tanımlanması, konum dışında bulunan yolcu durumuyla birlikte, çok iyi düşünülmüş çarpışma sensör sistemi ve bir ikinci otomobil içini algılama sistemi gerektirmektedir. Birbiri ardına çalışmaları, bu sistemlerin başlangıçtaki yolcu emniyet etkileşimi ayarlanabilir. Bu sistemler ayrıca maksimum yükler ve ileriye yer değiştirmeler için önemli azalmalara izin vermektedir.
Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
113
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan Diğer yaklaşımlar güvenlik elemanlarının sistem performansının iyileştirilmesi için önerilmiştir. Bir tasarım, örneğin, direksiyon simidine entegre edilen hava yastığının iyileştirilmesini teklif etmiştir. Böylece yolcunun konum dışı ( OOP ) risklerine karşı yolcuyu koruma en uygun hale getirilmiştir. OOP problemlerini aşılması için bir pasif geri çekilme modülü geliştirilmiştir ( PRM ). Kapağın açılması ve hava yastığının çalışması süresince, PRM modülü direksiyon sütununun ekseni doğrultusunda tepki kuvvetleri tarafından geri çekilir. Benzer olarak, bir aktif geri çekme modülü kapak açılmadan önce geri çekecek şekilde tasarlanabilir. Testlerde, PRM birkaç yaralanma ölçütünde iyileştirme gösterirken boyun çıkmalarında hafif bir artış göstermiştir [19]. Emniyet sistemi tasarımında bir diğer örnek bir hava yastığı modülünün uyumluluğu üzerine odaklanmıştır. Ayrı patlatıcılar, çoklu ısıtıcıya sahip bir tekil hibrit patlatıcı veya çift kademeli bir piroteknik patlatıcı bir hava yastığının patlama seviyesinin kontrolü için kullanılabilir. Ek olarak, piroteknik olarak etkinleştirilmiş havalandırma ( PAV ) hava yastığının patlama enerjisinin düzenlenmesi için önerilen yeni bir yöntemdir. PAV, bir miktar gazın daha hava yastığının içine girmeden modülün dışına gönderilmesine kontrollü olarak izin verir [20]. Bir diğer çalışma en alt uçta yaralanmaları azaltmak için koltuk kılıfına bir hava yastığının konulmasını önermektedir. Kılıf, koltuğun ön uç tarafında, ayaklar ve enstrüman paneli arasındaki etkileşimi alt göğüs kafesinin ileri hareketini sınırlayarak düşürmektedir. Koltuğun yapısı bir hava yastığı, bir mekanik aygıt ve bir piroteknik donanımı içermeye izin verir şekilde olmalıdır. Aygıt sadece koltuk kılıfının ön kısmında bacak ayağı hasar görme yolundan veya tepki yapısından uzaklaştırmakta ve alt göğüs kafesinin enstrüman paneline olan seyir miktarını en aza indirmektedir [21, 22]. BMW ‘nin şu anki modellerinde kullandığı boru tipli yan hava yastıkları entegre edilmiş emniyet sistemlerinde hava yastıklarının kullanımının genişletilmesine bir diğer örnektir [23, 24]. Bir darbe algılandığında ve boru şeklindeki hava yastığı açıldığında, hava yastığının çapı önemli miktarda artmakta ve uzunluğu ise önemli miktarda azalmaktadır. Bu şeritlerden oluşmuş borudaki ipliklerin yöneliminden kaynaklanmaktadır. Ters tepki gösteren boru hava yastığı emniyet kemerindeki boşluğu alarak emniyet kemerinin ön gerilmesini sağlar. Yolcu emniyet sistemleri ayrıca arka darbelerden koruma içinde geliştirilebilir. Örneğin, bir otomatik ayarlamalı kafa koruma sistemi ( AHRS ) teklif edilmiş ve arkadan darbe geldiğinde kafanın pasif olarak emniyetinin sağlanması amacıyla geliştirilmiştir [25]. 1999 model yılı Volvo S80 taşıtında bir kazada iki fazda çalışan bir omurga koruyucu sistemi konulmuştur [26]. Birinci faz koltuk arkasının yolcu ile birlikte geriye gitmesine izin vererek g kuvveti düşürülür. İkinci faz koltuk arkasının en fazla 15 derece açıda olmasıyla koltuk arkasını geriye çeker. Yukarıda bahsedilen çalışmalardan yolcuyu koruma sistemleri için yapılan araştırma ve geliştirme çabalarının bir birleşmiş veya “komple” sistem tasarımına yönelmiş olduğunu göstermektedir. Komple bir sistemin tasarımı sadece gerekli bileşenleri göz önüne almakla kalmaz aynı zamanda her bir bileşenin avantajlarından tamamıyla yararlanılmasını ve emniyet kemerleri ve hava yastıklarının aynı anda kullanılmasını sağlar. Örneğin, bu elemanların tümünün tek güvenlik sisteminde birleştirilmesi en iyi korumayı sağlayacaktır. Bir ileri veya akıllı sistemde, emniyet kemerleri ve hava yastıkları birbirlerini tamamlama ve en uygun performansa erişebilmek için belirgin karakteristiklere sahip olmasını zorunlu kılar. Yolcuyu koruma için yapılan tasarım bir “enerji yönetimi” konusu olarak görülebilir [27, 28]. Bir çarpışma süresince, emniyet sistemi yolcunun kinetik enerjisini yönetmekle sorumludur. Burada amaç enerjinin mümkün olduğunca yumuşak olarak emilmesini ve yolcuların
114Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan yaralanmasını önlemek veya azaltmaktır. Yolcu üzerindeki kuvvetler düşük tutulmalıdır ve yolcunun yer değiştirme miktarı sınırlandırılmalıdır. Kötü tasarlanmış bir emniyet sistemi yolcunun büyük kuvvetlere maruz kalmasına veya yolcunun çok fazla yer değiştirmesine neden olur. Enerji yönetimi kavramı ayrıca taşıtın dışına da uygulanabilir. Tasarımla, bir enerji emebilen veya ezilme bölgesi olarak adlandırılan yapı taşıtın üzerindeki kinetik enerjiyi yaymaya çalışarak çarpışmanın mümkün olduğu kadar yumuşak ve düşük g seviyesinde olması sağlanır. Diğer taraftan kötü tasarlanmış bir yapıda çarpışma pulsları yumuşatılamaz. Bu yüzden yolcular üzerinde görece daha büyük kuvvetler oluşur. Enerji yönetimi bileşen seviyesine de indirgenebilir. Patlatıcıların tasarımı buna en güzel örnektir. Patlatıcıların güçlü ve hızlı olması gerekmektedir. Çünkü bunların çalışması gereken zaman aralığı dar bir aralıkla sınırlıdır. Sonuç olarak patlatıcıların çalışma hızı ve serbest bıraktıkları enerji miktarı yüksek olur. Yolcunun yaralanmasını önlemek için enerji içeriği ve bunun serbest bırakılma işlemi uygun olarak yönetilmelidir. Bu yüzden, bir ayarlanabilir patlatıcı esnek ve akıllı güvenlik sisteminin bir parçasıdır. 9.5 Özet Bu son bölümde akıllı hava yastıkları kavramına kısaca değinilmiştir. İlerleyen kısımlarda ise entegre algılama sistemi ve komple emniyet sistemi tanıtılmıştır. Yolcunun güvenliğinin arttırılması için sürekli olarak daha iyi yollar aranmaktadır ve yeni bileşenlerin geliştirilmesine devam edilmektedir. Algılama teknolojileri ve akıllı güvenlik sistemleri yıllarca popülerliğini koruyacak ve zorlukların aşılmasına yardımcı olacaktır.
Referanslar 1. C. Chan ve F. Shokoohi, "Sensing Problems in Occupant Restraint Systems," Proceedings of Intelligent Vehicles 1995 Symposium, Detroit, September 1995. 2. R.L. Phen ve diğerleri, "Advanced Air Bag Technology Assessment," prepared for National Highway Traffic Safety Administration and National Aeronautics and Space Administration by Jet Propulsion Laboratory, April 1998. 3. S. Andrews, "Occupant Sensing in Smart Restraint Systems," Proceedings of 39th Annual Conference, Association for the Advancements of Automotive Medicine, Chicago, October 1995. 4. D.S. Breed ve diğerleri, "Vehicle Occupant Position and Velocity Sensor," U.S. Patent No. 5,848,802, Dec. 15, 1998. 5. P.W. Kithill ve diğerleri, "Motor Vehicle Occupant Sensing Systems," U.S. Patent No. 5,802,479, Sept. 1, 1998. 6. J. Kazunori ve diğerleri. "Occupant Sensing Utilizing Perturbation of Electric Fields," SAE Paper No. 971051. 7. K. Kompab and M. Witte, "The BMW Seat Occupancy Monitoring System: A Step Towards Situation Appropriate Airbag Deployment," SAE Paper No. 960226. 8. "Child Scat Presence and Orientation Detection (COD) and Passenger Presence Detection (PPD) System," SAE Automotive Engineering, April 1996, p. 48. 9. R. Vogt, "Electronic System Design for Future Passenger Restraint Systems," SAE Technical Paper No. 960500. 10. P. Buehring, “Fault Tolerance Networking of Squibs and Sensors in Advanced Passenger Restraint Systems, " SAE Paper No. 980353. Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
115
Fundamentals of Crash Sensing in Automotive Air Bag Systems, ISBN 0–7680–0499–3 Ching-Yao Chan 11. C. Chan, "Integration of Sensing Technologies for Occupant Restraint Systems," Second World Congress on Intelligent Transportation Systems, Yokohama, Japan, November 1995. 12. W. R. Swihart ve A. F. Lawrence IV, ""Investigation of Sensor Requirements and Expected Benefits of Predictive Crash Sensing," SAE Paper No. 950347. 13. N. Kitada ve K. Watanabe, "Accurate Predictive Algorithm for Air Bag Expansion by Fusing the Conventional Predictive Algorithm and Proximity Sensor," SAE Paper No. 980907. 14. W.K. Kosiak, "Method and Apparatus for Crash Sensing Using Anticipatory Sensor Inputs," U.S. Patent No. 5,835,007, Nov. 10, 1998. 15. T. Miyazaki, "Plan for Promotion of the Development of Advanced Safety Vehicles (ASV)," Third World Congress on Intelligent Transportation Systems, Orlando, October 1996. 16. H.J. Mertz ve diğerleri, "The Effect of Limiting Shoulder Belt Load with Air Bag Restraint," SAE Paper No. 950886. 17. H.J. Miller ve V. Maripudi, "Restraint Force Optimization for a Smart Restraint System," SAE Paper No. 960662. 18. H-D. Admeit ve diğerleri, "Adaptive Airbag-Belt-Restraints—An Analysis of Biomechanical Benefits," SAE Paper No. 970776. 19. O. Spiess ve diğerleri, "Development Methodology of an Airbag Integrated Steering Wheel in Order to Optimize Occupant Protection Balanced Against Out-of-Position Risks," SAE Paper No. 970777. 20. S. Ryan, "An Innovative Approach to Adaptive Airbag Modules," SAE Paper No. 980646. 21. "Reducing Leg Injuries," Automotive Engineering, pp. 53-56,August 1996. 22. R. Brantman ve diğerleri, "Seat Cushion Restraint System," U.S. Patent No. 5,695,242, Dec. 9, 1997. 23. G. Yaniv ve diğerleri, "ITS, A New Restraint System for Side Impact Protection," SAE Paper No. 961018. 24. G. Yaniv ve diğerleri, "Inflatable Tubular Torso Restraint System "US Patent No. 5,839,753, Nov. 24, 1998. 25. A. Massara. "Ultrasonic Sensing of Head Position for Head Restraint Automatic Adjustment," SAE Paper No. 960508. 26. "Global Viewpoints," Automotive Engineering International November 1998, p. 38. 27. C. Chan, "Smart Air Bag Restraint Systems," American Bar Association, Proceedings of Emerging Issues in Motor Vehicle Product Liability Litigation, Phoenix. April 1998. 28. K.J. Bonello, "Occupant Energy Management Technique for Restraint System Analysis and Design. Understanding the Physics of the System," Worldwide Passenger Car Conference and Exposition. Dearborn, Mich., 1992.
116Çeviri: Ataman KES,
[email protected]
Yazar Hakkında
Dr. Ching-Yao Chan Berkeley ‘de Kaliforniya Üniversitesi ‘nde Ulaştırma Çalışmaları Enstitüsü ‘ne bağlı olan Kaliforniya PATH ( Partners for Advanced Transit and Highways ) Programında yüksek lisansını ve doktorasını 1985 yılında tamamlamış ve halen araştırmacı olarak aynı enstitüde çalışmaktadır. Araştırmaları güvenliğin sağlanması ve akıllı ulaşım sistemleri için teknolojiler üretmek üzerine odaklanmıştır. Dr. Chan Taiwan ‘da doğmuş ve lisans derecesini 1981 yılında Ulusal Tayvan Üniversitesi ‘nden almıştır. Daha önce otomobiller yolcu koruma sistemleri, çarpışma analizi ve taşıta bağlı kazaların rekonstrüksiyonu üzerine çalışmalar yapmıştır. Değişik dergiler ve konferanslarda fazla sayıda makalesi olmuş ve birçok sempozyum ve dernekte ders vermesi amacıyla davet edilmiştir. Dr. Chan SAE, Amerikan Makine Mühendisleri Odası ( ASME ) ve Elektrik-Elektronik Mühendisleri Odasına ( IEEE ) üyedir. Ayrıca Kaliforniya da Profesör ünvanını almıştır. SAE için çarpışmanın algılanması teknolojileri üzerine profesyonel kursları yönetmiş ve aynı konuda SAE ile bir video çalışması yapmıştır.
117
