Cảm biến túi khí phân loại người ngồi xe
Việc túi khí trở thành trang bị tiêu chuẩn bắt buộc phải có trên ôtô kể từ đầu những năm 90 đã đánh dấu một bước tiến dài của công nghệ an toàn trên xe. Trước đó, lái xe và hành khách chỉ biết trong chờ vào đai an toàn để giúp hạn chế chấn thương và bảo vệ tính mạng trong các vụ va chạm.
Theo số liệu thống kê của Viện bảo hiểm an toàn trên đường cao tốc (IIHS) của Mỹ, các túi khí đã giúp giảm thiểu 29% số lượng thương tật cho lái xe và 32% cho hành khách, qua đó giúp cứu sống khoảng hơn 27.000 người trong các vụ tai nạn xe hơi. Tuy nhiên, các túi khí cũng có những nhược điểm. Theo số liệu của Cơ quan quản lý an toàn giao thông cao tốc quốc gia của Mỹ (NHTSA): kể từ năm 1990, gần 300 người thiệt mạng do tác động của túi khí, trong đó phần lớn trường hợp xảy ra với túi khí kiểu cũ, độ nhạy quá lớn và đối tượng thương vong là trẻ nhỏ.
Thực tế là đối với trẻ em và những người lớn có ngoại hình nhỏ bé, tác động của túi khí bung với tốc độ trên 320 km/h có thể gây ra tử vong hoặc thương tổn vĩnh viễn vùng đầu và cột sống. Đây cũng chính là lý do tại sao các lái xe được khuyến cáo nên để trẻ em ngồi ở hàng ghế sau. Nhưng giải pháp nào cho những chiếc xe chỉ có hai chỗ ngồi hoặc trong một vài tình huống bất khả kháng nào đó?
Vì lý do trên, hiện nay các nhà sản xuất ô tô đã được yêu cầu cần phải trang bị trên xe hệ thống phân loại người ngồi (Occupant Classification System – OCS) bao gồm các cảm biến giúp xác định rõ đối tượng nào đang ngồi trên ghế hành khách. OCS sẽ quyết định việc có cần thiết kích nổ túi khí hay không trong phần lớn các tình huống va chạm bằng cách xác định xem người lớn hay trẻ em đang ngồi trên chiếc ghế đó rồi điều khiển thông qua một hệ thống máy tính phức tạp.
Các cảm biến
Về nguyên lý hoạt động chung: khi có tình huống va chạm xảy ra, một cảm biến sẽ kích hoạt bung một túi khí chế tạo bằng chất nylon được gấp giấu trong vô-lăng, cửa hay tap-lô và rất nhanh chóng bơm đầy túi nylon đó bằng khí ni-tơ. Mục đích của quá trình này là tạo tấm đệm cho người ngồi trên xe giảm chấn thương do va chạm mạnh.
Hãy cùng tìm hiểu về một OCS điển hình thông qua hệ thống của hãng Delphi, có tên gọi là Passive Occupant Detection System – PODS. Phía bên dưới tấm đệm ghế sẽ có một cảm biến áp suất, một túi bơm đầy silicone và một ECU (Electronic Control Unit). Khi có ai đó ngồi trên ghế, cảm biến áp suất sẽ thông báo cho ECU trọng lượng người ngồi, ECU sẽ gửi tín hiệu tới bộ điều khiển túi khí. Khi đó, máy tính trên xe sẽ xử lý dữ liệu và quyết định bật hay tắt chức năng kích hoạt túi khí.
OCS không chỉ đơn thuần đo trọng lượng mà còn xác định được vị trí người ngồi cũng như phát hiện xem người đó có sử dụng đai an toàn hay không. Vì vậy, OCS còn có một cảm biến đo lực căng của dây đai, từ đó xác định được giá trị áp suất khi một đứa trẻ ngồi trên ghế. Nói cách khác, hệ thống được thiết kế để có thể phân biệt rõ một đứa trẻ đang ngồi trên ghế hay chỉ là một vật có trọng lượng tương đương, từ đó quyết định chế độ túi khí phù hợp. Trên bảng công-tơ mét sẽ có đèn báo hiệu cho lái xe biết túi khí ghế hành khách tắt hay bật.
Khi máy tính đã xác định được đúng kích thước và khối lượng người ngồi, các túi khí hai chế độ (bật mở) mới phát huy vai trò. Tùy thuộc vào các thông số trên, túi khí sẽ được điều khiển bung với tốc độ tối đa, vừa phải hay không bật mở. Khi túi khí bung với tốc độ tối đa có thể gây chấn thương nặng, thậm chí đe dọa tính mạng của đứa trẻ hay người trưởng thành có ngoại hình khiêm tốn. Bên cạnh đó, loại túi khí hai chế độ này cũng có thể bung với tốc độ thấp hơn trong những tình huống va chạm nhẹ.
Các cảm biến đo trọng lượng hiện đang được sử dụng phổ biến để xác định có người ngồi trên ghế. Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô hiện đang thử nghiệm các phương pháp mới và hiệu quả hơn. Một trong số đó là giải pháp sử dụng các hình ảnh quang học về người ngồi trên ghế, từ đó có được thông tin để điều khiển túi khí phù hợp tương ứng. Một số hãng xe còn đi xa hơn khi thu thập các thông số sinh lý như nhịp thở và nhịp tim. Có một thực tế là túi khí chưa bao giờ được coi là trang bị an toàn hàng đầu và không thể thay thế được công dụng của đai an toàn. Đây chỉ là một trang bị mang tính hỗ trợ và trẻ em chỉ an toàn nhất trên xe khi được ngồi ở hàng ghế sau.
Những ưu – nhược điểm
Hiển nhiên, OCS có rất nhiều ưu điểm, trong đó có lẽ ý nghĩa nhất là có thể đưa vào sử dụng và điều khiển túi khí hai chế độ trên xe. Nguy cơ chấn thương có thể xảy ra đối với trẻ em và cả đối với người trưởng thành có ngoại hình khiêm tốn trong các vụ va chạm được giảm thiểu. Lái xe khách cũng sẽ yên tâm hơn khi bố trí chỗ ngồi cho mọi người trên xe.
Tuy nhiên, OCS cũng gặp vấn đề, chủ yếu đối với hệ thống thuộc những thế hệ đầu tiên. OCS có lúc đã không nhận dạng đúng đối tượng hành khách trên ghế, dẫn đến việc điều khiển túi khí bị ngắt hoặc bật trái ý muốn. Ngoài ra, một vài hành khách nữ có ngoại hình nhỏ bé còn phàn nàn rằng điều khiển túi khí thay đổi trạng thái hoạt động khi họ thay đổi tư thế ngồi trên ghế. Có vẻ như khi đó hệ thống không thể phân biệt được người lớn hay trẻ em đang ngồi trên chiếc ghế đó.
Cũng không ít trường hợp, OCS tỏ ra quá nhạy khi chỉ cần ném một tờ báo xuống ghế là túi khí bị kích hoạt. Các lỗi trên đã từng xảy ra với rất nhiều nhà sản xuất, từ Huyndai, Jaguar, Jeep đến Lexus, Nissan hay cả Toyota và đều đã được ghi nhận bởi NHTSA. Theo thời gian, các lỗi trên dần dần đều đã được khắc phục. Công nghệ túi khí hiện nay được đánh giá đã thực sự đạt tới đỉnh cao và tất nhiên là an toàn hơn bao giờ hết.
Việc túi khí trở thành trang bị tiêu chuẩn bắt buộc phải có trên ôtô kể từ đầu những năm 90 đã đánh dấu một bước tiến dài của công nghệ an toàn trên xe. Trước đó, lái xe và hành khách chỉ biết trong chờ vào đai an toàn để giúp hạn chế chấn thương và bảo vệ tính mạng trong các vụ va chạm.
Theo số liệu thống kê của Viện bảo hiểm an toàn trên đường cao tốc (IIHS) của Mỹ, các túi khí đã giúp giảm thiểu 29% số lượng thương tật cho lái xe và 32% cho hành khách, qua đó giúp cứu sống khoảng hơn 27.000 người trong các vụ tai nạn xe hơi. Tuy nhiên, các túi khí cũng có những nhược điểm. Theo số liệu của Cơ quan quản lý an toàn giao thông cao tốc quốc gia của Mỹ (NHTSA): kể từ năm 1990, gần 300 người thiệt mạng do tác động của túi khí, trong đó phần lớn trường hợp xảy ra với túi khí kiểu cũ, độ nhạy quá lớn và đối tượng thương vong là trẻ nhỏ.
Thực tế là đối với trẻ em và những người lớn có ngoại hình nhỏ bé, tác động của túi khí bung với tốc độ trên 320 km/h có thể gây ra tử vong hoặc thương tổn vĩnh viễn vùng đầu và cột sống. Đây cũng chính là lý do tại sao các lái xe được khuyến cáo nên để trẻ em ngồi ở hàng ghế sau. Nhưng giải pháp nào cho những chiếc xe chỉ có hai chỗ ngồi hoặc trong một vài tình huống bất khả kháng nào đó?
Vì lý do trên, hiện nay các nhà sản xuất ô tô đã được yêu cầu cần phải trang bị trên xe hệ thống phân loại người ngồi (Occupant Classification System – OCS) bao gồm các cảm biến giúp xác định rõ đối tượng nào đang ngồi trên ghế hành khách. OCS sẽ quyết định việc có cần thiết kích nổ túi khí hay không trong phần lớn các tình huống va chạm bằng cách xác định xem người lớn hay trẻ em đang ngồi trên chiếc ghế đó rồi điều khiển thông qua một hệ thống máy tính phức tạp.
Các cảm biến
Về nguyên lý hoạt động chung: khi có tình huống va chạm xảy ra, một cảm biến sẽ kích hoạt bung một túi khí chế tạo bằng chất nylon được gấp giấu trong vô-lăng, cửa hay tap-lô và rất nhanh chóng bơm đầy túi nylon đó bằng khí ni-tơ. Mục đích của quá trình này là tạo tấm đệm cho người ngồi trên xe giảm chấn thương do va chạm mạnh.
Hãy cùng tìm hiểu về một OCS điển hình thông qua hệ thống của hãng Delphi, có tên gọi là Passive Occupant Detection System – PODS. Phía bên dưới tấm đệm ghế sẽ có một cảm biến áp suất, một túi bơm đầy silicone và một ECU (Electronic Control Unit). Khi có ai đó ngồi trên ghế, cảm biến áp suất sẽ thông báo cho ECU trọng lượng người ngồi, ECU sẽ gửi tín hiệu tới bộ điều khiển túi khí. Khi đó, máy tính trên xe sẽ xử lý dữ liệu và quyết định bật hay tắt chức năng kích hoạt túi khí.
OCS không chỉ đơn thuần đo trọng lượng mà còn xác định được vị trí người ngồi cũng như phát hiện xem người đó có sử dụng đai an toàn hay không. Vì vậy, OCS còn có một cảm biến đo lực căng của dây đai, từ đó xác định được giá trị áp suất khi một đứa trẻ ngồi trên ghế. Nói cách khác, hệ thống được thiết kế để có thể phân biệt rõ một đứa trẻ đang ngồi trên ghế hay chỉ là một vật có trọng lượng tương đương, từ đó quyết định chế độ túi khí phù hợp. Trên bảng công-tơ mét sẽ có đèn báo hiệu cho lái xe biết túi khí ghế hành khách tắt hay bật.
Khi máy tính đã xác định được đúng kích thước và khối lượng người ngồi, các túi khí hai chế độ (bật mở) mới phát huy vai trò. Tùy thuộc vào các thông số trên, túi khí sẽ được điều khiển bung với tốc độ tối đa, vừa phải hay không bật mở. Khi túi khí bung với tốc độ tối đa có thể gây chấn thương nặng, thậm chí đe dọa tính mạng của đứa trẻ hay người trưởng thành có ngoại hình khiêm tốn. Bên cạnh đó, loại túi khí hai chế độ này cũng có thể bung với tốc độ thấp hơn trong những tình huống va chạm nhẹ.
Các cảm biến đo trọng lượng hiện đang được sử dụng phổ biến để xác định có người ngồi trên ghế. Tuy nhiên, các nhà sản xuất ô tô hiện đang thử nghiệm các phương pháp mới và hiệu quả hơn. Một trong số đó là giải pháp sử dụng các hình ảnh quang học về người ngồi trên ghế, từ đó có được thông tin để điều khiển túi khí phù hợp tương ứng. Một số hãng xe còn đi xa hơn khi thu thập các thông số sinh lý như nhịp thở và nhịp tim. Có một thực tế là túi khí chưa bao giờ được coi là trang bị an toàn hàng đầu và không thể thay thế được công dụng của đai an toàn. Đây chỉ là một trang bị mang tính hỗ trợ và trẻ em chỉ an toàn nhất trên xe khi được ngồi ở hàng ghế sau.
Những ưu – nhược điểm
Hiển nhiên, OCS có rất nhiều ưu điểm, trong đó có lẽ ý nghĩa nhất là có thể đưa vào sử dụng và điều khiển túi khí hai chế độ trên xe. Nguy cơ chấn thương có thể xảy ra đối với trẻ em và cả đối với người trưởng thành có ngoại hình khiêm tốn trong các vụ va chạm được giảm thiểu. Lái xe khách cũng sẽ yên tâm hơn khi bố trí chỗ ngồi cho mọi người trên xe.
Tuy nhiên, OCS cũng gặp vấn đề, chủ yếu đối với hệ thống thuộc những thế hệ đầu tiên. OCS có lúc đã không nhận dạng đúng đối tượng hành khách trên ghế, dẫn đến việc điều khiển túi khí bị ngắt hoặc bật trái ý muốn. Ngoài ra, một vài hành khách nữ có ngoại hình nhỏ bé còn phàn nàn rằng điều khiển túi khí thay đổi trạng thái hoạt động khi họ thay đổi tư thế ngồi trên ghế. Có vẻ như khi đó hệ thống không thể phân biệt được người lớn hay trẻ em đang ngồi trên chiếc ghế đó.
Cũng không ít trường hợp, OCS tỏ ra quá nhạy khi chỉ cần ném một tờ báo xuống ghế là túi khí bị kích hoạt. Các lỗi trên đã từng xảy ra với rất nhiều nhà sản xuất, từ Huyndai, Jaguar, Jeep đến Lexus, Nissan hay cả Toyota và đều đã được ghi nhận bởi NHTSA. Theo thời gian, các lỗi trên dần dần đều đã được khắc phục. Công nghệ túi khí hiện nay được đánh giá đã thực sự đạt tới đỉnh cao và tất nhiên là an toàn hơn bao giờ hết.
