第8章汽车安全气囊系统

汽车电子控制技术沈阳大学凌永成配套教材信息教材名称：汽车电子控制技术（第2版）教材主编：凌永成于京诺教材定价：40RMB出版社：北京大学出版社出版时间/版次：2011年7月第2版国际标准书号（ISBN）：978-7-301-19225-2教材所属系列：21世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材第8章汽车安全气囊系统教学提示：作为重要的被动安全措施，安全气囊在保护汽车乘员、减轻交通事故伤害程度方面，发挥着不可替代的作用。多功能、智能化是汽车安全气囊系统的发展趋势。教学要求：本章主要介绍汽车安全气囊系统。要求学生了解汽车安全气囊系统的应用概况和发展趋势，熟悉汽车安全气囊系统的基本组成和工作原理。8.1安全气囊系统概述8.1.1安全气囊的作用为了在车辆发生碰撞事故时最大限度地保护驾乘人员，尽量减小撞车对驾乘人员的伤害程度，现代汽车广泛装备了辅助约束系统（SupplementalRestraintSystem，SRS），也称辅助乘员保护系统。作为汽车重要的被动安全措施，SRS系统的安全气囊（Airbagsafety）与座椅安全带(Seatbelt)配合使用，可以为乘员提供十分有效的防撞保护。由于安全气囊是SRS系统的核心保护部件，故国内也习惯将辅助乘员保护系统称为安全气囊系统。安全气囊是一种当汽车遭到冲撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲垫，当汽车发生碰撞时，能迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，使乘员撞在气袋上，避免或减缓碰撞，从而达到保护乘员的目的。安全气囊安全气囊对乘员的保护作用8.1.2安全气囊的种类1.按照气囊的数量划分单气囊系统（只装在驾驶员侧）;双气囊系统（驾驶员侧和副驾驶员侧各有一个安全气囊）;多气囊系统（前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊）。2.按照气囊的大小划分保护全身的安全气囊;保护整个上身的大型气囊;主要保护面部的小型护面气囊。3.按充气装置点火系统划分电子式;机械式。4.按照保护对象的不同划分1）驾驶员防撞安全气囊驾驶员防撞安全气囊（Driverairbag，DAB）安装在方向盘上，分美式和欧式两种。美式气囊是考虑到驾驶员没有佩带座椅安全带而汽车相撞时起保护作用，约60L。欧式气囊是假定驾驶员佩带座椅安全带而设计的，其体积较小，约40L。日本的安全气囊也属于此类。近年来，由于安全气囊的生产成本下降，日本防撞安全气囊规格有所增加，如本田轿车的驾驶员防撞安全气囊的体积为60L。2）前排乘员防撞安全气囊前排乘员防撞安全气囊（Passengerairbag，PAB）也较大。美式的约160L，欧式的约75L。3）后排乘员防撞安全气囊后排乘员防撞安全气囊（Rearsideairbag，RSAB）安装在前排座椅上，防止后排乘员在撞车时受到伤害。4）侧面防撞安全气囊侧面防撞安全气囊（Sideimpactprotectionairbag）安装在车门上，防止驾驶员及乘员的肩、臂、腰、骻受侧面撞击。5）安全气帘安全气帘（Inflatablecurtain，IC）安装在汽车车顶与车门的交接处，用于汽车在遭受横向撞击或翻车时保护乘员的头部、肩部不受伤害。6）智能型安全气囊为了克服普通安全气囊系统的不足，一些高端汽车装备了新一代智能型安全气囊（SmartAirBag）。智能型SRS比一般SRS增加了以下几种功能。①检测乘员是否系上座椅安全带。此外，还有对乘员的膝盖进行保护的膝部安全气囊（Kneeairbag）和对车外行人进行保护的行人安全气囊（Pedestrianairbag）。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。膝部安全气囊福特公司的行人安全气囊行人安全气囊奔驰M级轿车安全气囊的布置8.2安全气囊系统的结构组成与工作原理8.2.1安全气囊系统的组成与工作过程1.安全气囊系统的组成机械式SRS主要由传感器、气囊组件、气体发生器等组成。安全气囊工作由传感器直接引爆点火。该SRS的优点是结构简单，成本低；缺点是可靠性差，容易误动作。机械式SRS工作原理电子式SRS主要由传感器、气囊组件、气体发生器、电控装置（ECU）等组成。电子式SRS的组成1-气囊报警灯；2-螺旋电缆（装于方向盘内）；3-前部碰撞传感器（右）；4-前排乘员安全气囊总成；5-中央气囊传感器总成及电控单元；6-方向盘（内装驾驶员安全气囊）；7-前部碰撞传感器（左）SRS工作原理安全气囊的前部碰撞有效范围及点火的判断条件2.安全气囊系统的工作过程安全气囊由点火起爆到完全彭开是需要一定时间、经历一个过程的，其充气速度和膨胀强度是可以控制的，且需与汽车的碰撞强度相适应。否则，将很难起到良好的乘员保护作用。安全气囊的膨胀过程SRS的整个工作过程大约需要110ms左右，可分为四个阶段。SRS动作时序8.2.2安全气囊系统的主要部件1.传感器传感器用于检测、判断汽车发生事故后的撞击信号，以便及时启动安全气囊，并提供足够的电能或机械能点燃气体发生器。传感器按其功能可分为碰撞传感器和安全传感器两种。安全传感器也称触发传感器，其闭合的减速度与碰撞传感器相比要稍小一些，起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成误爆开。传感器按其结构可分为机械式、机电式和电子式三种。1）机械式传感器当传感器中传感重块的减速度达到某一特定值时，传感重块便将其机械能直接传给引发器使气囊膨开。该传感器用于机械式安全气囊系统。图8-12机械式传感器1—感应块；2—撞针；3—偏置弹簧；4—D轴；5—顶盖2）机电式传感器机电式传感器主要有滚球式、偏心式、水银开关式等。①滚球式传感器。如图8-13所示，平时小钢球被磁场力所约束。当碰撞时，在圆柱形钢套内小钢球就向前运动。一旦接触到前面的触点，则将触发电路接通。这种传感器目前应用很广，可以检测各种撞击信号。图8-13滚球式传感器1—小钢球；2—磁铁；3—触点②偏心式传感器。偏心式传感器为具有偏心转动质量的机电式加速度传感器，由外壳、偏心转子、偏心重块、旋转触点与固定触点、螺旋弹簧等构成。图8-14偏心式传感器的结构1—自检电阻；2—传感器；3—固定触点；4—旋转触点；5—偏心转子；6—外壳；7—偏心重块；8—螺旋弹簧图8-15偏心式传感器的工作过程1—旋转触点；2—固定触点；3—止动器；4—偏心重块；5—螺旋弹簧力；6—偏心转子③水银开关式传感器。水银开关式传感器是安全传感器中常见的一种。安全传感器一般比碰撞传感器所需的惯性力或减速度小，以保证碰撞传感器的可靠工作。图8-16水银开关式传感器1-盖；2、3-电极；4-O形圈；5-水银撞上后位置；6-壳体；7-水银；Fl-水银运动分力；F2-撞击力3）电子式传感器（中央安全气囊传感器）电子式加速度计对汽车正向减速度进行连续测量，并将测量结果输送给ECU，ECU内有一套复杂的碰撞信号处理程序，能够确定气囊是否需要膨开。若需要气囊膨开，ECU便会接通点火电路，安全传感器同时也闭合，则引发器接通，气囊膨开。图8-17电子式传感器1—集成电路；2—惯性质量；3—变形针2.气囊组件气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。驾驶员侧气囊组件乘客侧气囊组件驾驶员侧气囊组件1）气体发生器气体发生器又称充气器，用于在点火器引爆点火剂时，产生气体向气囊充气，使气囊膨开。气体发生器用专用螺栓和专用螺母固定在气囊支架上，装配时只能用专用工具进行装配。图8-20气体发生器1-上盖；2-充气孔；3-下盖；4-充气剂；5-点火器药筒；6-金属滤网；7-电热丝；8-引爆炸药2）点火器点火器外包铝箔，安装在气体发生器内部中央位置。图8-21点火器结构1-引爆炸药；2-药筒；3-引药；4-电热丝；5-陶瓷片；6-永久磁铁；7-引出导线；8-绝缘套管；9-绝缘垫片；10-电极；11-电热头；12-药托3）气囊气囊按位置分为驾驶员气囊、乘员气囊、侧面气囊等；有用来保护上身的大型气囊，也有用来主要保护面部的小型气囊。驾驶员气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制造。橡胶涂层起密封和阻燃作用，气囊背面有两个泄气孔。乘员气囊没有涂层，靠尼龙布本身的间隙泄气。驾驶员安全气囊组件展开图4）衬垫衬垫是气囊组件中的一个重要的组成部分，由聚氨酯制成。在制造过程中使用了很薄的水基发泡剂，所以质量特别轻。5）饰盖和底板饰盖是气囊组件的盖板，上面模制有裂缝，以便气囊能冲破饰盖膨开。3.SRS警报灯SRS警报灯4.ECU图8-24福特林肯城市轿车SRS控制组件的内部结构1—能量储存装置（电容）；2—安全传感器总成；3—传感器触点；4—传感器平衡块；5—4端子插接器；6—逻辑模块；7—SRSECU插接器5.安全气囊系统保险机构与线束图8-25丰田科罗娜轿车SRS插接器1、2、3—ECU插接器；4—SRS电源插接器；5—中间线束插接器；6—螺旋线束；7—右碰撞传感器插接器；8—气囊组件插接器；9—左碰撞传感器插接器；10—点火器序号名称插接器代号1防止气囊误爆机构2、5、82电路连接诊断机构1、3、7、93插接器双重锁定机构5、84端子双重锁定机构1、2、3、4、5、7、8、9表8-1丰田科罗娜轿车SRS插接器保险机构1）防止SRS气囊误爆机构防止气囊误爆机构的结构与原理2）电路连接诊断机构（a）半连接（b）可靠连接图8-27电路连接诊断机构结构与原理3）插接器双重锁定机构图8-28插接器双重锁定机构4）端子双重锁定机构SRS的每一个插接器都设有端子双重锁定机构，用于防止引线端子滑动，主要由插接器壳体上的锁柄与分隔片组成。锁柄为一次锁定机构，可防止端子沿引线轴线方向滑动；分隔片为二次锁定机构，可防止端子沿引线径向移动。图8-29端子双重锁定机构5）SRS线束SRS的所有线束都套装在黄色波纹管内，为了保证方向盘具有足够的转动角度而又不致损伤驾驶员侧SRS气囊组件的连接线束，在方向盘与转向柱管之间采用了螺旋线束。图8-30螺旋弹簧与螺旋线束1、3—线束插头或插接器；2—螺旋弹簧；4—螺旋壳体；5—搭铁插头8.3智能安全气囊系统8.3.1智能安全气囊系统概述智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增加传感器，以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人，是否系好安全带以及乘员所处的位置、高度，通过采集这些数据，由电子计算机软件分析和处理控制安全气囊的起爆和膨胀，使其发挥最佳作用，避免安全气囊出现不必要的起爆，从而极大地提高其安全保护作用。智能安全气囊比普通安全气囊主要多了两个核心元件，即传感器及与之配套的计算机软件。目前使用的传感器主要有以下几种。①重量传感器，根据座椅上的重量感知是否有人，以及乘员是大人还是小孩；②电子区域传感器，能在驾驶室中产生一个低能量的电子区域，测量通过该区域的电流测定乘员的存在和位置；③红外线传感器，根据热量探测乘员的存在，以区别于其他无生命的物品；④光学传感器，如同一台照相机注视着座椅，并与存储的空座椅的图像进行比较，以判别人体的存在和位置；⑤超声波传感器，通过发射超声波，然后分析遇到的物体后的反射波探明乘员的存在和位置。设计开发智能安全气囊的另一个重要工作就是编制计算机软件。一般来说，计算机软件要能根据乘员的身材、体重、是否系好安全带、人在座椅上所处位置、车辆碰撞时的车速以及撞击程度等，在一刹那间就做出反应，调整安全气囊的起爆和膨胀时机、速度和强度，使安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护，特别是减少对儿童等身体矮小者的伤害。8.3.2智能安全气囊系统的特点与组成1.宝马BMW高级安全电子系统的特点BMW公司将自己的智能安全气囊系统称为高级安全电子系统ASE。高级安全电子系统ASE具有以下优点：快速获取并传输数据（10MBit/s）；准确识别碰撞；安全气囊控制系统联网；选择性触发；精确控制智能型安全气囊；触发安全性高；抗电磁干扰能力强；需要时可断开安全蓄电池接线柱，进行蓄电池线路诊断。高级安全电子系统ASE能够比多重乘员保护系统MRS更准确地识别出碰撞情况，能够根据碰撞情况及时地、有选择地触发执行器（气囊）。发生碰撞时，仅仅触发那些必要的执行器（气囊），以便对车内乘员提供最佳的