气囊-现代汽车典型电控系统结构原理与故障诊断

第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断7.1电控安全气囊系统7.1.1系统组成安全气囊系统一般有两种类型，即机械式安全气囊系统和电子式安全气囊系统。主要由碰撞传感器、安全气囊ECU和充气元件与气囊三部分组成。安全气囊主要部件位置如图7-1所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-1安全气囊主要部件位置第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断1.碰撞传感器碰撞传感器(ImpactSensor)又称为撞击传感器(DashSensor)，是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置，其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入ECU，ECU再根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。安全气囊系统一般装有2～4个碰撞传感器，前左、右挡泥板各装一个，有的前面保险杠中间也装有一个，有的车内还装一个。现在大多数车型的碰撞传感器采用惯性式机械开关结构。图7-2为丰田车系采用的惯性开关式碰撞传感器的外形，其内部结构及电路如图7-3所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-2丰田车系惯性开关式碰撞传感器外形第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-3丰田车系惯性开关式碰撞传感器结构第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断碰撞传感器的工作原理如图7-4所示。在正常情况下，偏心转子和偏心重块在螺旋弹簧弹力的作用下，顶靠在外壳相连的止动块上，此时，旋转触点与固定触点不接触，开关处于“OFF”，如图7-4(a)所示。当汽车发生碰撞时，偏心重块由于惯性力将带动偏心转子克服弹簧力产生偏转，当碰撞强度达到设定值时，偏心转子偏转到一定角度将使旋转触点与固定触点接触而闭合，此时碰撞传感器向ECU输入一个“ON”信号，ECU只有收到碰撞传感器输入的“ON”信号时，电路接通，才会去引爆充气元件。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-4碰撞传感器工作原理(a)旋转触点与固定触点不接触时；(b)旋转触点与固定触点接触时第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断2.安全气囊电脑(ECU)安全气囊ECU是安全气囊系统的控制中心，其功用是接收碰撞传感器及其他各传感器输入的信号，判断是否点火引爆气囊充气，并对系统故障进行自诊断。图7-5为安全气囊ECU内部结构，主要由安全气囊逻辑模块、能量储存装置(电容)、插接器等组成。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-5安全气囊ECU内部结构第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断如图7-6所示为安全气囊ECU及系统电路图，安全气囊ECU由稳压电路、备用电源电路、SRS侦测电路、点火引爆电路触发传感器、故障自诊断电路等组成。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-6安全气囊ECU及系统电路图第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断为了保证安全气囊系统工作的可靠性，防止误引爆，只有当SRS侦测电路、触发传感器和碰撞传感器同时接通时，气囊才能被引爆充气。气囊引爆条件如图7-7所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-7气囊引爆条件第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断3.充气元件与气囊安全气囊主要由气体发生器、点火器和气囊等组成。其中驾驶员侧气囊组件位于转向盘中心处；前排乘员侧气囊组件位于仪表板右侧、杂物箱的上方；侧面气囊组件位于前排座椅的靠背里。充气元件与气囊组成如图7-8所示。气体发生器由电爆管点火药粉和气体发生剂组成，气体发生器的功用是给气囊充气，气囊由尼龙布制成，内表面有树脂层。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断点火器外包铝箔，安装在气体发生器内部中央位置。其功用是在前碰撞传感器和安全传感器电路接通时，引爆炸药，产生热量使气体发生剂分解。车辆发生碰撞时，碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通，ECU接通引爆电路，使电流流过电爆管，使其发热将电爆管内的点火介质引燃，火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，气体经滤网冷却后进入气囊内，气囊急剧膨胀从而冲破方向盘，以缓冲驾驶员和乘员受到的冲击。充气元件与气囊安装在方向盘上，与方向盘一起转动，电爆管与ECU之间的导线是靠螺旋电缆来连接的。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-8充气元件与气囊组成第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断螺旋电缆(如图7-9所示)由转子、壳体、电缆和解除凸轮组成。转子与解除凸轮之间有连接凸缘，与凹槽转动方向盘时，两者互相接触，形成一个整体一起随方向盘旋转，电缆的长度约为5m左右，以螺旋状缠绕在壳体内，因此，当转子由中间位置向正反两个方向各转2.5圈时，也不会影响电缆的连接。如果点火开关转到ACC或ON位置时，螺旋电缆线盘断开，安全气囊ECU将判断为故障，并记入故障码。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-9螺旋电缆第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断4.安全气囊系统元件布置1)丰田车系安全气囊系统元件布置丰田车系安全气囊系统控制元件布置如图7-10(a)、(b)所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-10丰田车系安全气囊系统元件布置图第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断2)本田车系安全气囊系统元件布置本田车系安全气囊系统元件布置如图7-11所示，它的特点是：①两个碰撞传感器分别装于驾驶室内前下部的左右两边，触发传感器装于ECU内部；②其诊断系统只能进行故障警示，但无故障码显示，诊断时，只能通过(SRS)ECU左侧配置的16针测试座测量电压进行。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断3)奔驰车系安全气囊系统奔驰车系安全气囊系统与其他车系安全气囊系统的最大区别是：气囊的引爆控制信号不是在车前面的碰撞传感，而在驾驶座及乘客座安全带扣开关。这两个安全带扣开关的功用相当于前碰撞传感器的功用，碰撞时只有在驾驶员和右前乘员系好安全带的情况下，当安全带收紧并在带的拉力达到规定值时，安全带扣开关触点才闭合，气囊才可能被引爆充气，如果驾驶员和右前乘客不系好安全带，气囊不可能被引爆。奔驰车系SRS元件布置如图7-12所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-11本田车系SRS元件布置图第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断通过以上几种车系安全气囊系统电路的介绍可以看出，安全气囊系统控制电路有以下几个特点：(1)气囊引爆必须至少同时满足两个以上的条件，即前碰撞传感器触点和车内触发传感器触点必须同时接通，ECU内的侦测电路也必须同时接通。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-12奔驰车系SRS元件布置图第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断(2)车内触发传感器和碰撞传感器触点两端都有电阻，车内触发传感器一般控制电爆管的电源电路，碰撞传感器控制电爆管的搭铁电路。虽然在非引爆的条件下，电爆管的两端也有电压，但由于触发传感器和碰撞传感器的触点处于打开状态，与触点并联的电阻串入电爆电路，因此，流过的电流是极小的，电爆管不会被引爆。防止更换和检修时产生误引爆，在连接气囊的接线头上，先用一个小灯泡两端跨接到接头两端，如果灯泡发亮，说明电路处于引爆状态，千万不要将气囊插头接上，否则将引爆气囊；若灯泡不亮，表示电路正常，再将气囊插头接上，就不会误引爆气囊。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断7.1.2工作原理1.安全气囊系统基本工作原理当汽车遭受正面碰撞或侧面碰撞时，其安全气囊系统基本工作原理如图7-13所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-13安全气囊系统基本工作原理第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断当汽车受到前方一定角度范围内的高速碰撞时，安装在汽车前端的碰撞传感器和与SRS电脑安装在一起的防护碰撞传感器就会检测到汽车突然减速的信号，并将信号传送到SRS电脑；SRS电脑中预先设置的程序经过数学计算和逻辑判断后，立即向SRS气囊组件内的电热点火器(电雷管)发出点火指令，引爆电雷管，点火剂(引药)受热爆炸(即电热丝通电发热引爆引药)。点火剂线爆时，迅速产生大量热量，充气剂(叠氮化钠固体药片)受热分解释放大量氮气充入气囊，气囊便冲开气囊组件的装饰盖板鼓向驾驶员，使驾驶员头部和胸部压在充满气体的气囊上，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞，通过气囊产生变形来吸收人体碰撞产生的动能，达到保护人体的目的。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断2.安全气囊系统动作过程根据德国罗伯特博世公司在奥迪(Audi)轿车上试验研究表明：当汽车以车速50km/h与前面障碍物相撞时，安全气囊系统的动作时序如图7-14所示。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断图7-14安全气囊系统动作时序(a)10ms时；(b)40ms时；(c)60ms时；(d)110ms时第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断乘员席气囊与驾驶席气囊的动作过程基本相同。安全气囊系统的动作过程与经历时间之间的关系如表7-1所示。表7-1安全检查气囊系统动作过程与经历时间之间的关系碰撞之后经历时间/ms0104060110120SRS动作状态遭受碰撞点火引爆开始充气气囊充满人体前移排气节流吸收动能人体复位恢复视野危害解除车速为零第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断7.1.3故障诊断与检修1.注意事项1)安全气囊系统使用注意事项(1)安全气囊须和安全带配合使用。安全气囊系统属于辅助性安全装置，应配合安全带使用，同时在方向盘和乘客侧气囊部位不可粘贴任何饰物或胶条。(2)安全气囊系统不得带“病”运行。否则会造成误触发或不工作，对乘员造成意外伤害。(3)按规范保管好安全气囊系统元器件。在运输安全气囊组件时，不得与其它危险品一起运输。保存要严格按规定执行，切忌使组件受到磕碰或振动。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断2)安全气囊系统检测注意事项(1)首先记录下音响系统的设置内容和密码，以便在维修结束后重新设置。气囊系统安装完成后，切忌用万用表测量引发器的电阻，以防气囊误爆。(2)对安全气囊系统的任何作业均将点火开关转至“LOCK”位置，并在拆下蓄电池负极电缆30s以上，等待ECU中的电容完全放电后再进行，以免造成气囊误爆。(3)在拆卸安全气囊时，应将缓冲垫软面朝上，上面不可叠置物品，气囊存放的环境温度不可高于93℃，湿度也不可过高。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断(4)不允许敲击、跌落、振动ECU控制模块，不允许酸、碱、油、水的侵蚀，如发现有凹陷、裂纹、变形或生锈，要更换新件，控制模块在安装时一定要注意安装方向与模块上标定的方向一致。(5)决不允许使用其它型号车辆的安全气囊零件进行更换，决不允许重新使用分解、修理过的安全气囊及方向盘衬垫。(6)对于在组合开关内的螺旋电缆，要使之处于中间位置，否则会引起电缆脱落或其它故障。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断(7)在汽车修理作业时如对安全气囊传感器有冲击，应将它拆下，待修理完毕后再按规定装复；对安全气囊进行的所有维修作业都必须在断开蓄电池电源线3min后再进行，以免发生意外，使气囊展开。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断2.故障诊断方法安全气囊系统的故障难以确诊，一般有警告灯诊断(自诊断)、参数测量和仪器诊断三种方法。(1)警告灯诊断法：对自诊断接口进行相应的操作，通过仪表板上的安全气囊警告灯读取故障码。(2)参数测量法：利用诊断测试接口，测出各接口之间的电压并与标准值比较，从而找出故障原因。(3)仪器诊断法：利用诊断仪器提取故障代码，根据故障代码提示进行相应的故障排除。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断3.安全气囊系统诊断后的电器检查程序用一只12V的小灯泡代替气囊接入电路，在接通点火开关、启动发动机、车速超过80km/h紧急制动等任何情况下，小灯泡均不闪亮为正常。第七章汽车安全电控系统结构原理与故障诊断4.安全气囊间歇性故障的诊断间歇性故障大多是接触不良，或振动、受热、受潮等原因所致，可采取以下方法进行诊断。1)振动法(1)如图7-15所示，将连接器轻轻左右、上下晃动，同时观察警示灯是否变化，如果突然发生变化，则表明故障点就在晃动处。应检查连线与其相应部件的连接是否可靠，连接器