汽车电子与电气设备--汽车安全气囊

安全气囊一、安全气囊系统概况1、交通事故现状中国每年因交通事故死亡的人数约为10万人，其中大部分是碰撞造成的。2、如何减轻碰撞伤害最佳措施就是用气垫缓冲，比如：消防队在救火或防止有人跳楼时所作的。但在汽车上不能放置已充好气的气垫一、安全气囊系统概况3、安全气囊的作用当汽车遭受冲撞导致车速急剧变化时，安全气囊迅速膨胀，承受并缓冲驾驶员或乘员头部与身体上部和膝盖部位的惯性力，减轻人体遭受伤害的程度。4、名词解释SRS—SupplementalRestraintSystem主动、被动安全系统；一、二次碰撞。二、安全气囊系统分类•按碰撞类型正面防护安全气囊、侧面防护安全气囊和顶部碰撞防护安全气囊。•按气囊数目单气囊系统、双气囊系统等。三、汽车对安全气囊的要求•可靠性高安全气囊的使用年限为7-15年•安全可靠能正确区分制动减速度和碰撞减速度的区别•灵敏度高当汽车发生碰撞时，在二次碰撞前打开•有防误爆功能减速度过过低，轻微碰撞不能引爆有自动诊断功能•电控安全气囊要有备用电源四、安全气囊动作过程碰撞后SRS经历的的动作时间状态0ms遭受碰撞10ms点火引爆开始充气四、安全气囊动作过程碰撞后SRS经历的的动作时间状态40ms气囊充满人体前移四、安全气囊动作过程碰撞后SRS经历的的动作时间状态60ms排气节流吸收动能四、安全气囊动作过程碰撞后SRS经历的的动作时间状态110ms人体复位恢复视野120ms危害解除车速为零五安全气囊系统的组成及工作原理组成：有传感器、气囊组件及安全气囊ECU等组成。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。传感器滚球式传感器结构及原理传感器偏心锤式传感器的结构与原理传感器传感器•水银开关式碰撞传感器气囊组件由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板等组成。驾驶员侧气囊组件位于方向盘中心处，乘客侧气囊组件位于仪表板右侧杂货箱上方气囊组件•1、气体发生器•作用是在有效的时间内产生气体，使气囊张开。•气体发生器是利用热效反应产生氮气而充入气囊。在点火器引爆点火剂瞬间，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠药片受热立即分解，产生氮气并从充气孔充入气囊。虽然氮气是无毒气体，但是叠化氮钠的副产品有少量的氢氧化钠和碳酸氢钠（白色粉末）。这些物质是有害的，因此在清洁膨胀后的气囊时，应保持良好的通风并采取防护措施。气囊组件2、点火器电阻丰田为：200别克为：3~4气囊组件3、气囊驾驶员侧的气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。橡胶涂层起密封和保护作用，气囊背面有2个泄气孔。乘客侧气囊没有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。4、安全气囊SRS指示灯SRS指示灯位于仪表板上，按通点火开关时，诊断单元对系统进行自检，若点亮6s后熄灭，表示安全气囊系统正常；若6s后SRS指示灯依然闪烁或一直不熄灭，表示安全气囊系统有故障，提示驾驶员应进行维修。气囊组件5、安全气囊ECU由中央处理器CPU只读存储器ROM随机存储器RAMI/O接口驱动器等电子电路组成。安全气囊ECU内部还有安全传感器、备用电源、稳压电路和故障自诊断电路等等。气囊组件6、保险机构•安全气囊线束为了区别其他线束，不但将线束做成黄色，而且线束连接器采用导电性能和耐久性能良好的镀金端子，并设计有防止气囊误爆机构、端子双重锁定机构、连接器双重锁定构和电路连接检查机构气囊组件•a、防止安全气囊误引爆机构短路片气囊组件b、电路连接诊断机构用来监测连接器是否连接可靠，常用于前碰撞传感器。有一个诊断销，和两个诊断端子，连接器正常连接时，诊断销与前碰撞传感器中的常开触点并联。气囊组件c、连接器双重锁定机构线束的重要连接部位，其连接器都采用。用于锁定连接器的插头与插座，防止连接器脱开。当主锁未锁定时，插头上的两个凸台阻止副锁锁定；当主锁完全锁定时，副锁锁柄方能转动并锁定；当主锁与副锁双重锁定时，防止连接器插头与插座分开。气囊工作原理气囊工作原理•点火器引爆气囊的条件是前碰撞传感器与安全气囊ECU内的安全传感器必须同时接通。•当汽车车速低于30km/h发生碰撞时，碰撞产生的减速度和惯性力较小，安全传感器和中央传感器将此信号送到安全气囊ECU，安全气囊ECU判断结果为不引爆安全气囊，只引爆安全带收紧器的点火器。与此同时，向左、右安全带点火器发出点火指令使安全带收紧，防止驾驶员和乘客受伤。•当汽车车速高于30km/h发生碰撞时，碰撞产生的减速度和惯性力较大，安全传感器和中央传感器将此信号送到安全气囊ECU，安全气囊ECU判断结果为需要引爆安全气囊和安全带收紧器共同保护驾驶员和乘客。与此同时，向左、右安全带点火器和安全气囊点火器发出点火指令，在安全带收紧的同时，驾驶员侧气囊和乘客侧气囊同时打开，达到保护驾驶员和乘客目的。基本内容•1、安全气囊系统的功用•2、安全气囊系统的分类和组成•3、安全气囊系统控制部件的结构原理•4、安全气囊系统的工作原理•5、安全气囊的发展和研究一、安全气囊系统的功用•1.1当汽车发生碰撞时，汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞成为一次碰撞。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向前运动，并与车内的转向盘、挡风玻璃或仪表台发生碰撞，这种碰撞成为二次碰撞。•1.2安装气囊系统SRS的功用：当汽车遭受碰撞导致减速度急剧变化时，气囊迅速膨胀，在驾驶员或乘员与车内构件之间铺垫一个气垫，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。•1.3安全气囊在汽车发生碰撞事故时，对人体的保护如图：1.3.1无安全气囊，驾驶员未系安全带时的碰撞情形当汽车以48km/h速度发生正面碰撞，90ms时，人体在转向盘接触处受力约90000N，下肢多处骨折，头部和巡捕的手上程度大大超过容许程度，一般来说，死亡在所难免。1.3.2无安全气囊，前乘员未系安全带时的碰撞情形但汽车以48km/h速度发生正面碰撞时，千册患处造成下肢骨折外，面部受严重损害，胸部损伤相对小些，但头部的损伤导致成员的死亡。1.3.3无安全气囊，驾驶员系上安全带时的碰撞情形当汽车以48km/h速度发生正面碰撞时，驾驶员头部受伤较重，胸部由于被安全带约束，可产生近10000N的力，造成胸骨和肋骨的骨折。1.3.4有安全气囊，驾驶员未系安全带时的碰撞情形但汽车以48km/h速度发生正面碰撞时，向前快速运动的人体充分与安全气囊作用，释放能量。作用在安全气囊上的力约为10000N，转向轴所受的分力约为9000N,切向分力约为6000N。安全气囊将人体头部和胸部同驾驶室前部结构（如风挡、转向盘）隔开。避免了头部和胸部的原种损伤。二、安全气囊系统的分类和组成2.1安全气囊系统的分类•按控制方式分类：可分为机械式和电子控制式；•按碰撞传感器的形式分类：可分为机械式，机械电子式，电子控制式；•按传感器的数量分类，可分为多传感器和单传感器；•按安全气囊分类，可分为压缩气体式，烟火式和混合式。2.2安全气囊系统的组成三、安全气囊系统控制部件的结构原理•3.1碰撞传感器•3.2安全气囊系统电控单元•3.3气囊组件•3.4SRS指示灯（指示SRS功能是否正常）•3.5防止误爆与线路连接诊断机构3.1碰撞传感器碰撞传感器（按结构分类）机电结合式水银开关式电子式滚球式滚轴式偏心锤式压阻效应式压电效应式3.1.1滚球式碰撞传感器3.1.2滚轴式碰撞传感器3.1.3偏心锤式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器工作原理3.1.4水银开关式碰撞传感器3.2安全气囊系统电控单元•安全气囊的电控单元是安全气囊系统的核心部件，其安装位置依车型而异。•例如：LincolnCity轿车SRSECU内部结构如图。主要有：专用中央处理单元ECU、备用电源电路、稳压电路、信号处理电路、保护电路、点火电路和检测电路等组成。专用CPU监测汽车纵向减速度是否达到设定阈值。信号处理电路对传感器检测的信号进行整形和滤波处理。备用电源稳压保护电路保护SRS系统中的电子元件因电压过高而烧坏3.3安全气囊组件•3.3.1气囊•气囊用聚酰胺组织（如尼龙）制成，内涂有聚氯丁二烯，用以密闭气体。•未打开时，像降落伞一样折叠成包。•气囊后有两个或四个孔，用于排气。1.气体发生器又成为充气器，用专用螺栓与螺母固定在转向盘的气囊支架上。2.充气剂普遍采用叠氮化钠片状合剂。3.3.2气体发生器3.3.3点火器气囊点火器外包铝箔，安装在气体发生器内部中央位置，结构如图。点火器的功用是：当SRSECU发出点火指令使电热丝电路接通时，电热丝迅速红热引爆引药，炸药瞬间爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并冲破药筒，使充气剂（叠氮化钠）受热分解释放氮气冲入气囊。点火器示意图四、安全气囊系统的工作原理•4.1安全气囊系统控制原理•4.2安全气囊动作过程•4.3安全气囊的有效范围•4.4减速度阈值的设定4.1安全气囊系统控制原理4.2安全气囊动作过程碰撞经历时间0104060110120气囊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单位：ms在40ms内，安全气囊打开的过程，人体还没有前移安全气囊动作过程4.3安全气囊的有效范围•在下列情况下，正面气囊不会引爆充气•汽车遭受侧面碰撞超过斜前方±30º角时；•汽车遭受横向碰撞；•汽车遭受后方碰撞；•汽车发生绕纵向轴线侧翻；•纵向减速度未达到设定阈值；•所有传感器都未接通或SRSECU内部的防护传感器未接通；•汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路条件下行使。4.4减速度阈值的设定•减速度阈值根据安全气囊系统的性能设定，不同车型SRS的减速度与之不尽相同。•在美国，因为不佩带座椅安全带，气囊体积大、充气时间长，所以SRS应在较低的减速度阈值时引爆。20Km/h•在日本和欧洲，佩戴座椅安全带，气囊体积小，充气时间短，所以设定的减速度阈值较高。30Km/h五、安全气囊的发展•价廉、无毒的气体发生器并降低对环境的污染；•智能化的感应系统以及电子控制系统；•通用性以及对环境的适应性；•避免气囊带来的附加伤害；•先进的数字模拟与设计技术。•安全气囊的智能化。•它通过增加传感器，探测乘员是儿童还是成人，以及坐姿及安全带状况，然后经计算机分析，合理控制安全气囊展开的时间和强度，以减少安全气囊对人员的意外伤害。这种智能安全气囊已在GM、丰田和福特、日产等的研究计划中。dddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddddd•vvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvvdddddddddddddddddddddddddddddsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssshhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhhh