汽车的安全气囊系统

汽车的安全气囊12.1汽车的安全气囊在汽车行驶过程中，由于一些意外交通情况的出现和机械故障的发生，往往会导致交通事故。由于交通事故发生的意外性，发生瞬间极短，驾乘人员不可能有反应时间来主动保护自己，只有采用被动安全保护装置来减少事故对人体的伤害。目前主要的被动安全系统有安全气囊控制系统和座椅安全带控制系统。实验和实践证明，汽车装用安全气囊后，汽车发生碰撞事故对驾乘人员的伤害程度大大减小。什么是安全气囊在发生严重的正面碰撞，为了减少驾驶员或前座乘客或面部撞在方向盘或仪表板上的可能性，在方向盘和仪表上张开一气袋。参考：SRS（SUPPLEMENTAL辅助RESTRAINT束缚SYSTEM系统）全称为乘员辅助保护/约束系统，常简称安全气囊系统。第1页12.1.1安全气囊的发展安全气囊是美国机械工程师约翰·赫准克于1953年发明的，直到1971年才由日本本田汽车公司开始引进生产和试车使用。1973年，美国通用公司为1000辆非洲羚羊牌轿车安装了安全气囊系统；1974年作为所有高级轿车的选装件。1984年，美国联邦政府将汽车被动安全装置纳入法规，到1990年配置率要求达到100％。进入20世纪如年代，安全气囊得到飞速发展，1997年美国客车装车率达到I00％，令世界达到80％。进入21世纪，安全气囊系统将更为普及，并向着智能化方向发展。12.1.2汽车碰撞导致人体受伤害原因当汽车发生碰撞时，汽车与汽车或者汽车与障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后，汽车速度将急剧变化，驾驶员和乘员就会受到惯性力的作用而向前运动，并与车内的转向盘、挡风玻璃或仪表板等构件发生碰撞，这种碰撞称为二次碰撞。在车辆事故中，导致驾驶员和乘客遭受伤害的主要原因是二次碰撞。碰撞分为正面碰撞和侧面碰撞。12.1.3安全气囊系统的功用安全气囊系统的功用：当汽车遭受到碰撞导致减速度急剧变化时，气囊迅速膨胀，在驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫，利用气囊排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能，从而减轻人体遭受伤害的程度。正面气囊的主要功用是保护驾驶员和乘员的面部和胸部，侧面气囊的主要功用是保护驾驶员和乘员的头部和腰部。12.1.4安全气囊系统的分类1．按传感器类型分类(1)机械式安全气囊系统机械式安全气囊系统不需用电源，没有电子电路和电路配线，全部零件组装在转向盘装饰盖板下面，检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用机械动作来完成的。机械式安全气囊系统最初是由日本的丰田汽车公司采用。(2)电子式安全气囊电子式安全气囊系统有两种布置方式，早期的电子式传感器在汽车的前端部安装，气囊引爆装置安装在转向盘上，前端传感器需要引线连接。现在各制造商都在致力开发整体式安全气囊，它是把电子式传感器后移，和点火引爆装置作为一个整体安装在转向盘上，可以取消线束，消除了由于线路短路或断路导致气囊失效的故障。12.1.4安全气囊系统的分类2.按保护对象的不同分类(1)驾驶员防撞安全气囊驾驶员防撞安全气囊装在转向盘上，美式安全气褒体积较大，约60L，这是按没有座椅安全带设计的。欧式安全气囊按有驾驶员座椅安全带设计的，其体积较小，约40L。日本车一般配有安全带多采用欧式。(2)乘员防撞安全气囊由于乘员在车内位置不固定，因此为保护其撞车时免受伤害，设计的安全气囊体积也较大。美式的约160L左右，欧式的约75L左右。有些车上还配有后排乘员防撞安全气囊，装在前排座椅后面。(3)侧断防撞安全气囊装在车门上，当汽车遭受侧面碰撞时，防止乘员受到侧面撞击。安全气囊的分类按气囊数目：一个，二个，四个，八个，16个识别：“SRS”、黄色标签12.1.4安全气囊系统的分类3．窗帘式安全气囊与智能型安全气囊在发生侧向碰撞时，侧面安全气囊能在瞬间充气膨胀，以保护乘员头部的安全，安装在车门上的侧面安全气囊同时对胸及腰部也起到保护作用。但是，侧向安全气囊膨胀时，向上方延伸、对头部起到保护作用；但同时把乘员的手臂向上牵动，有可能造成肩膀脱臼。这就要求限制安全气囊的尺寸，这样一来，在车辆碰撞时．由于头部会在前后方向发生位移，不能保护头部，因此有些车系(如宝马)设计成管形安全气囊，充气后与侧窗成横斜方向展开，与乘员的身高相配合。12.1.4安全气囊系统的分类(1)窗帘式安全气囊由于管形安全气囊不能全部覆盖侧窗，所以，玻璃的碎片可能击入车内刺伤乘员。把以窗帘状展开的气囊称为窗帘式安全气囊。窗帘式安全气囊在车辆侧面碰撞时，与侧面安全气囊同时展开。其位于立柱与车顶纵梁的内衬中。窗帘式安全气囊还尚未在汽车上大批量使用。12.1.4安全气囊系统的分类(2)智能型安全气囊为了减轻安全气褒的副作用，丰田汽车公司对正面碰撞安全气囊作出改进，并在研制新一代安全气囊，即智能型安全气囊。具有如下功能：①检测乘员是否系上安全带②检测乘员乘坐位置；③检测儿童座椅；④调控安全气囊充气膨胀力⑤检测座椅上是否有乘员；⑥检测气温。12.1.5安全气囊系统的组成和工作原理(一)安全气囊系统的基本组成电子式安全气囊系统的组成部件分布在汽车的不同位置，各型汽车所采用部件的结构和数量有所不同，但其基本组成和工作原理都大致相同。系统的基本构成如图所示，气囊组件装置在转向盘中，气囊组件包括SRS气囊、气体发生器和点火器等；副驾驶座气囊装在杂物箱上侧，用一塑料盖板遮住。前碰撞传感器分别安装在驾驶室间隔板左、右侧及中部；中心的安全气囊传感器与电子控制装置(SRSECU)安装在一起；系统故障指示灯在仪表板上。安全气囊系统组件安装位置安全气囊系统的组成1．安全气囊组件安全气囊组件由充气装置、气囊、外壳等组成。(1)充气装置充气装置与气囊组合为一体安装在转向盘支架上，由气体发生剂、火药、雷管、过滤器和外壳等组成。碰撞发生后，雷管引燃火药，产生高温，使气体发生剂迅速生成大量气体，经过滤后充入气囊，使气囊瞬间展开。(2)气囊气囊安装在充气装置上部，用塑料盖板护住。气爱一般由尼龙制成，亡面有一些排气孔．充气结束后，排气孔立即排气使气囊变软，这样起到缓冲作用以减轻对驾乘人员的伤害。安全气囊系统的组成2．气囊传感器气囊传感器包括前碰撞传感器、中央传感器和安全传感器，用来检测碰撞减速力、碰撞强度，作为电子控制装置计算气囊是否动作的参数。3.电子控制装置(ECU)电子控制装置是SRS的控制中心，其功能是接受传感器输人的信号，判断是否启动安全气囊系统。并进行故障自诊断。电子控制装置由稳压电路、备用电源电路、系统侦测电路、点火控制和驱动电路、触发传感器、记忆电路和故障自诊断电路等部分组成。(二)安全气囊系统的工作过程当汽车行驶中遭受到正面碰撞或侧面碰撞时，安全气囊系统的工作原理基本相同。现如图所示的正面碰撞为例，说明安全气囊系统的工作原理。当物体受到作用时间极短的力时，会因此而改变其运动状态，这种现象在物理上叫做碰撞。(三)安全气囊系统的工作过程1．电子控制装置的工作过程安全气囊系统的全部工作过程完全是由SRSECU的程序控制的，按照人们事先设计的工作程序和步骤逐条执行的。其工作程序框图如图所示。安全气囊系统的工作过程气袋张开、吸收能量，保护乘员过程气袋刚张开气袋完全张开气袋泄气吸收能量气袋泄气碰撞结束①碰撞10ms后．安全气囊系统达到引爆极限，电雷管引爆点燃点火剂，产生大量的炽热体。此时，驾驶员由于惯性尚未动作。②20ms后驾驶员开始移动，但还没有到达气囊。③40ms后，气囊完全充满涨起，体积达到最大，安全带被拉长，人的部分冲击能量已被吸收，如图所示。④６0ms后，驾驶员的头部已经开始沉向气囊。⑤80ms后，驾驶员的头部及身体上部都沉向气囊。气囊背后的排气口打开，在气囊内部的气体压力和人体的压力作用下徘气，利用排气口的节流作用吸收能量，如图所示。⑥100ms后，车速已接近为０，这时对车内乘员来说，危险期已接近结束。⑦110ms后，驾驶员已经前移到最大距离，随后身体开始后移回到座椅靠背上。这时候，大部分气体己经从气经中逸出，汽车前方视野恢复，如图所示。⑧120ms后，碰撞危害全部解除：车速降至０。汽车以50km/h(v＝13.9m/s)的速度发生碰撞，碰撞作用的时间为1ms左右，其负加速度为a＝-13900m/s2；此时质量为1kg重的物体所受到的力约为1418kg，汽车碰撞后速度为零，但在这瞬间，车内乘员仍以13.9m/s的速度前进，最后撞在转向盘及车箱等物体上而停下来，致使乘员受到严重伤害。由上述可见，碰撞发生后，对乘员产生的冲击力之大，反映时间之短，要想减轻对乘员的伤害程度，只有依靠乘员辅助保护系统。安全气囊系统从开始充气到完全充满打开的时间约为30ms，在乘员前面形成一道秉性的安全屏障，使负加速度减小；作用力也随之减小；以较大的作用集中作用在乘员的头部及身体上部，防止作用力集中压在乘员头部凸出部分。因此，安全气囊能对乘员起到了较好的保护作用，但其动作状态和经历的时间是无法用肉眼来确认的。(四)安全气囊系统的有效范围安全气囊系统并非在所有碰撞情况下都能起作用。正面防撞安全气囊系统在汽车正前方或斜前方±30度角(如图所示)范围内发生碰撞且其纵向减速度达到某一值时，系统才能工作。安全气囊系统不动作情况在下列条件之一的情况下，安全气囊系统不会动作：①汽车遭受侧面碰撞超过斜前方±30度角时；②汽车遭受横向碰撞时；③汽车遭受后方碰撞时；④汽车发生绕纵向轴线侧翻时；⑤纵向减速度值未达到没定阈值；⑥汽车正常行驶、正常制动和在路面不平的道路上行驶时。传感器碰撞传感器：检测汽车碰撞强度的信号，并将信号输入给安全气囊ECU，安装于汽车前部的碰撞传感器叫前碰撞传感器；安装于安全气囊ECU内部的碰撞传感器叫中央传感器。安全传感器：安全传感器也叫做保险传感器，防止安全气囊系统在非碰撞的情况下发生误引爆。安全传感器安装在安全气囊ECU内部，通常有两个安全传感器。1、碰撞传感器（1）滚球式传感器结构及原理滚球式碰撞传感器工作原理滚轴式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器§16.4安全防护装置一、安全带1、作用通过高强度的织带约束乘员的运动，减轻或避免乘员与其它物体碰撞损伤。2、组成座椅的内侧和外侧地板各有一个固定点，还有一个为于座椅外侧车身支柱的上方。二、安全气囊1、作用当汽车以大于20km/h的速度发生碰撞时，安全气囊就会自动充气弹开，瞬时在驾驶员和方向盘之间充起一个很大的气囊，减轻驾驶员头部及胸部的伤害。2、组成气体发生器、防护盖、气囊、约束件、溢气孔等。