现代汽车电子技术概论第四讲(安全气囊)

现代汽车电子技术概论——安全气囊系统(SRS)安全气囊系统以车速50公里/时进行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。为了在这样短暂的时间中防止对乘员的伤害，必须设置安全装备，目前主要有安全带、防撞式车身和安全气囊系统(SupplementalInflatableRestraintSystem，简称SRS)等。安全气囊系统作用在汽车发生冲撞时，安全气囊系统对保护驾乘人员的安全十分有效。目前安全气囊系统一般为转向盘单气囊系统，或者双气囊系统。安装有双气囊和安全带预紧器系统的车辆在发生冲撞时，不管速度高低，气囊和安全带预紧器同时动作，因此造成低速冲撞时气囊的浪费，使维修费用增加很多。两次动作的双安全气囊系统，在汽车发生冲撞时，能根据汽车的速度和加速度的大小，自动地选择只使用安全带预紧器动作，还是安全带预紧器和双气囊同时工作。这样，在低速发生冲撞时，系统只使用安全带即能足够保护驾乘人员安全，而不用浪费气囊。如果在速度大于30km/h发生冲撞时，安全带和气囊同时动作，以便保护驾乘人员的安全。安全气囊系统工作基本原理当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力(减速度)超过设定值时，安全气囊电脑立即接通充气元件中的电爆管电路，点燃电爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03秒钟的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲破方向盘上装饰盖板鼓向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员的头部和胸部压在充满气体的气囊上，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。安全气囊系统基本组成碰撞传感器、电控单元ECU，SRS指示灯和气囊组件（气囊、气体发生器、点火器）。安全气囊的充气原理汽车的安全气囊内有叠氮酸钠（NaN3）或硝酸铵（NH4NO3）等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会迅速发生分解反应，产生大量气体，充满气囊。[叠氮化钠分解产生氮气和固态钠；硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮（N2O）气体和水蒸气H2O化学方程式：NaN3+NH4NO3-------N2+Na+N2O+H2O(g)注：这只是最基本的化学反应原理方程式，实际的反应是非常复杂的。充气原理安全气囊不安全的一面安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错，就有可能酿出一场“悲剧”。安全气囊系统组成驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，方向盘上标有“SRS”或“Airbag”字样，此车装有安全气囊。安全气囊系统主要由碰撞传感器、电控单元ECU、SRS指示灯和气囊组件四部分组成。3、安全气囊电脑SRS指示灯SRS指示灯是安全气囊系统指示灯的简称。SRS指示灯又称为SRS警告灯或SRS警示灯。SRS指示灯安装在驾驶室仪表盘面膜的下面，并在面膜表面的相应位置制做有图形或SRS、AIRBAG等字样表示。4、气囊组件气囊组件由充气元件和气囊组成，均安装在方向盘内或工具箱上端，不可分解。充气元件由电爆管、点火药粉及气体发生剂组成。充气元件的功用是给气囊充气。气囊由尼龙布制成，内表面敷有树脂。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，SRS电脑接通引爆电路，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，冲破方向盘，缓冲对驾驶员和乘员的冲击。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SRS电脑之间的导线联接是靠螺旋导线〈游丝〉来联接的。安全气囊系统的动作过程当以50km/h的车速与前面障碍物碰撞时碰撞约10ms后，SRS达到引爆极限，SRS组件中的电雷管引爆点火剂产生大量热量，使充气剂受热分解，驾驶员尚未动作。安全气囊系统的动作过程碰撞约40ms，气囊完全充满，体积最大，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上并收紧，部分冲击能量已被吸收。安全气囊系统的动作过程碰撞约60ms，驾驶员头部及身体上部压向气囊，气囊背面的排气孔在气体和人体压力作用下排气，利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。安全气囊系统的动作过程碰撞约110ms后，大部分气体已从气囊逸出，驾驶员身体上部会到座椅靠背上，汽车前方恢复视野。安全气囊系统的动作过程碰撞约120ms后，碰撞危害解除，车速降至零。碰撞传感器碰撞传感器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，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑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还装有一个，有的车内还装有一个。碰撞传感器现大多数采用惯性式机械开关结构。碰撞传感器由壳体、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点等部分组成。在传感器外还固定有一个电阻R，电阻R的功用是对系统进行自检时，检测安全气囊电脑与前气囊碰撞传感器之间的联接导线是否断路或短路。碰撞传感器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，顶靠在与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“OFF”。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弹力产生偏转。当碰撞强度达到设定值时，偏心转子偏转角度将使旋转触点与固定触点接触而闭合，此时碰撞传感器向安全气囊电脑输入一个“ON”信号。安全气囊电脑只有收到碰撞传感器输入的“ON”信号时，才会去引爆充气元件。在有些汽车中还装有侧向安全气囊，当汽车发生侧向碰撞时，安全气囊也会充气，因此装有侧向安全气囊的系统，在汽车的左右侧还装有碰撞传感器。滚球式碰撞传感器滚轴式碰撞传感器黏性阻尼式碰撞传感器水银开关式碰撞传感器阻尼弹簧式碰撞传感器通用汽车安全气囊布置图1．驾驶员前安全气囊；2．前排乘客前安全气囊；3．驾驶员侧安全气囊；4．前排乘客侧安全气囊；5．驾驶员侧胸腔防撞安全气囊；6．前排乘客侧胸腔防撞安全气囊3、安全气囊技术的新发展随着车辆的不断增加，如何更好的保护人类生命安全已成为新一代安全系统的研究课题，人们对汽车被动安全装置特别是新型智能化安全气囊的开发对新技术提出了更高的要求。今后，在设法增加乘员的保护部位(例如下肢和颈部等)，减小气囊的体积和重量，优化气囊的充气速率、折叠方式和最佳触发时刻的同时，更应努力解决好转向柱、座椅、头枕、内饰件、车身结构、吸能塑性保险杠、风窗玻璃、安全带和安全气囊等各部件防碰撞特性的协调与互补问题，才能进一步将安全气囊智能化程度的研究工作逐步推向研制智能乘员保护系统的新阶段，这也是智能化安全系统未来研究的主要方向。安全气囊智能保护系统智能保护系统智能保护系统是世界各气囊厂家和汽车生产厂家所致力研究的新型乘员保护系统。它将安全带、气囊、乘员感知系统、碰撞预测系统等集成在一起，能在各种情况下对乘员起到最佳保护作用。其中，乘员感知系统包括乘员存在探测和乘员位置传感两方面。智能保护系统理想的安全气囊是可以针对各种不同的特殊情况对汽车的使用者进行保护。安全气囊应尽可能多地收集和利用有关乘员形体位置信息及撞车类型和撞车速度的数据，建立数据库，对碰撞中乘员和车的有关信息进行识别判断，调整安全约束系统参数，使人体获得最佳保护。乘员存在探测系统（OSS）乘员存在探测可运用座椅承重传感器、电感变化原理、超声波测距、电容变化等原理来实现。目前使用的气囊ECU属于开环系统。如果使用乘员位置感应系统，就有可能根据乘员的位置变化而进行反馈控制。驾驶员侧气囊的充气过程大约是30ms。一般而言，轿车乘员与转向盘之间的距离为12in(英吋)所以，乘员头部前移5in，这一时刻的前30ms为最佳点火时刻。乘员位置传感系统1.当乘员离转向盘太近时，屏蔽气囊并发出报警；2.当乘员离转向盘较近，但仍在气囊膨胀区以外，提前触发气囊；3.当乘员离转向盘较远，应延缓触发；4.如果使用多级触发气囊，选择气囊的点火级数；5.将乘员信号与碰撞强度信号综合构成智能安全约束系统（ISRS），使安全带、正面气囊、侧面气囊等其余被动设施协调作用，达到最佳保护效果；6.进一步，乘员的信号也可用于调节车内温度、音响等，提高乘员的舒适性。主要技术：红外线、超声波、激光式、雷达式。