第8章安全气囊系统与

第八章安全气囊系统与新型安全带第八章安全气囊系统与新型安全带第一节安全气囊系统第二节新型安全带练习与思考题第八章安全气囊系统与新型安全带第一节安全气囊系统一、安全气囊的作用与类型1.安全气囊的作用安全气囊系统(SupplementalRestraintSystem，SRS)也称辅助乘员保护系统。它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，通常它与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供十分有效的防撞保护。如图8.1所示，当汽车发生碰撞时，将在乘员和汽车内部结构之间迅速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。第八章安全气囊系统与新型安全带图8.1安全气囊对乘员的保护作用第八章安全气囊系统与新型安全带2.安全气囊的类型(1)按照气囊的数量分为：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)和多气囊系统(前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊)。(2)按照气囊的大小分为：保护全身的安全气囊、保护整个上身的大型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。(3)按照充气装置点火系统的不同分为：电子式气囊与机械式气囊。(4)按照保护对象的不同分为：驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊和侧面防撞安全气囊。第八章安全气囊系统与新型安全带(5)智能型安全气囊。为了克服普通安全气囊系统的不足，人们正在研制新一代安全气囊系统，即智能型安全气囊(SmartAirBag)。智能型安全气囊系统比一般安全气囊系统增加了以下几种功能：①检测乘员是否系上座椅安全带；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。第八章安全气囊系统与新型安全带二、安全气囊的组成与工作原理机械式安全气囊系统主要由传感器、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，见图8.2。该安全气囊系统的优点是结构简单，成本低；缺点是可靠性差，容易误动作。第八章安全气囊系统与新型安全带图8.2机械式安全气囊系统的工作原理第八章安全气囊系统与新型安全带下面重点介绍电子式安全气囊系统的工作过程。电子式安全气囊系统主要由传感器、气囊组件、气体发生器、电控装置(ECU)等组成，见图8.3。第八章安全气囊系统与新型安全带1—中央气囊传感器总成；2—前部碰撞传感器(左)；3—气囊与充气装置；4—螺旋电缆；5—气囊报警灯；6—前部碰撞传感器(右)图8.3安全气囊系统的组成第八章安全气囊系统与新型安全带汽车上装有车前与车内两种碰撞传感器，位于车前两侧的车前传感器可保证在正面上30°范围内有效地工作。当汽车发生碰撞时，由传感器对碰撞程度进行识别，对于中等程度以上的碰撞，传感器发出信号给ECU，经ECU判别后发出点火信号使点火器工作，气体发生装置在极短的时间内产生大量气体通过滤清器充入卷收在一起的气囊，使其膨胀，见图8.4。第八章安全气囊系统与新型安全带图8.4安全气囊系统的工作原理第八章安全气囊系统与新型安全带安全气囊系统所用的碰撞传感器，一般根据所承担的任务不同分为车前传感器、中央传感器与安全传感器。车前传感器用来检测汽车正面低速碰撞所受到的冲击信号，中央传感器用来检测汽车发生高速碰撞的信息，安全传感器用来防止系统在非碰撞状况引起安全气囊误动作。安全气囊点火及点火的判断条件如图8.5(a)、(b)所示。第八章安全气囊系统与新型安全带图8.5安全气囊点火的判断条件第八章安全气囊系统与新型安全带安全气囊系统的整个工作过程大约需要100ms左右，可分为四个阶段，见图8.6。第一阶段(见图8.6(a))：汽车撞车，达到气囊系统引爆极限，传感器从测出碰撞到接通电流需10ms，引爆器点燃气囊的气体发生器，而此时驾驶员仍然处于直坐状态。第八章安全气囊系统与新型安全带图8.6安全气囊系统的动作时序(a) 10ms时；(b) 40ms时；(c) 60ms时；(d) 110ms时第八章安全气囊系统与新型安全带第二阶段(见图8.6(b))：气体发生器在30ms内将气囊完全胀起，撞车(50km/h的速度)40ms后驾驶员身体开始向前移动。因为安全带斜系在驾驶员身上，随驾驶员的前移，安全带被拉长，一部分撞车时产生的冲击能量由安全带吸收。第三阶段(见图8.6(c))：汽车撞车60ms之后，驾驶员的头部及身体上部都压向气囊，气囊后面的排气口允许气压在压力作用下匀速地逸出。第四阶段(见图8.6(d))：汽车撞车110ms之后，驾驶员向后移回到座椅上，大部分气体已从气囊中逸出，前方又恢复了清晰的视野。第八章安全气囊系统与新型安全带三、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，以便及时起动安全气囊，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。第八章安全气囊系统与新型安全带传感器按其结构可分为机械式、机电式和电子式三种。1)机械式传感器全机械式传感器的结构如图8.7所示。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。第八章安全气囊系统与新型安全带1—感应块；2—撞针；3—偏置弹簧；4—D轴；5—顶盖图8.7全机械式传感器第八章安全气囊系统与新型安全带2)机电式传感器机电式传感器主要有滚球式、偏心式、水银开关式等形式。(1)滚球式传感器。如图8.8所示，平时小钢球被磁场力所约束。当碰撞时，小钢球就在圆柱形钢套内向前运动。一旦接触到前面的触点，则将局部电路接通。这种传感器目前应用很广，可以检测各种撞击信号。第八章安全气囊系统与新型安全带1—小钢球；2—磁铁；3—触点图8.8滚球式传感器第八章安全气囊系统与新型安全带(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，它是由外壳、偏心转子、偏心重块、旋转触点与固定触点、螺旋弹簧等构成的，如图8.9所示。偏心式传感器的外侧装有一个电阻，作自检之用，即检测传感器总成与其之间的线路是否有开路或短路。第八章安全气囊系统与新型安全带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8.9偏心式传感器的结构第八章安全气囊系统与新型安全带当汽车正常行驶时，偏心转子和偏心重块被螺旋弹簧拉回，处于平衡状态，此时转子上安装的旋转触点与固定触点不接触。当车辆受到正面碰撞且速度达到设定值时，由于偏心重块惯性的作用，使偏心重块连同偏心转子和旋转触点一起转动，旋转触点与固定触点发生接触(见图8.10)，从而向ECU发出闭合电路信号。第八章安全气囊系统与新型安全带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—偏心转子图8.10偏心式传感器的工作过程第八章安全气囊系统与新型安全带(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。如图8.11所示，当汽车碰撞时，水银产生惯性力，抛向电极2和电极3，使两极接通，并使点火器接通。安全传感器一般比碰撞传感器所需的惯性力或减速度小，以保证碰撞传感器可靠工作。第八章安全气囊系统与新型安全带1—盖；2、3—电极；4—O形圈；5—水银撞上后的位置；6—壳体；7—水银；F1—水银运动分力；F2—撞击力图8.11水银开关式传感器第八章安全气囊系统与新型安全带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加速度进行连续测量，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，如机电式安全传感器同时也闭合，则引发器接通，气囊膨开。电子式传感器通常是一个半导体压力传感器，其结构如图8.12所示。汽车的速度越大，碰撞后产生减速度的力就越大，则输出的电压也越大。由于半导体压力传感器输出特性受温度的影响较大，故应用晶体管的基极—发射极间的电压的温度变化来消除传感器输出特性的变化。所以半导体压力传感器要求有稳定的电源。注意：如果使用水银开关式以外的安全传感器，在气囊引爆膨胀后，中央气囊传感器总成绝不可重复使用。因为在气囊动作时，会有大电流流过传感器的触点，使触点表面产生烧蚀而令电阻过大，造成气囊可靠性降低。第八章安全气囊系统与新型安全带1—集成电路；2—惯性质量；3—变形针图8.12电子式传感器第八章安全气囊系统与新型安全带2.气囊组件气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊、衬垫、饰盖和底板组成。驾驶员侧气囊组件位于转向盘中心处，乘客侧气囊组件位于仪表板右侧手套盒的上方。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。气体发生器由上盖、下盖、充气剂(片状叠氮化钠)和金属滤网组成，见图8.13。上盖上有若干个充气孔，充气孔有长方孔和圆孔两种。下盖上有安装孔，以便将气体发生器安装到气囊支架上。上盖与下盖用冷压工艺压装成一体，壳体内装充气剂、滤网和点火器。金属滤网安放在气体发生器的内表面，用以过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。第八章安全气囊系统与新型安全带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—引爆炸药图8.13气体发生器第八章安全气囊系统与新型安全带目前，大多数气体发生器都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的瞬间，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。第八章安全气囊系统与新型安全带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，其结构见图8.14。点火剂包括引爆炸药和引药，引出导线与气囊插接器插头连接，插接器中设有短路片(铜质弹簧片)。当插接器插头拔下或插头与插接器未完全结合时，短路片将两根引线短接，防止静电或误导电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。第八章安全气囊系统与新型安全带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—药托图8.14点火器的结构第八章安全气囊系统与新型安全带当SRS的ECU发出点火指令时，电热丝电路接通，电热丝迅速红热引爆引药，引爆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，使充气剂受热分解释放氮气充入气囊。在检修安全气囊的过程中，切勿测量点火器的电阻，见图8.15。该操作可能造成气囊膨开，非常危险。第八章安全气囊系统与新型安全带图8.15切勿测量点火器的电阻第八章安全气囊系统与新型安全带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。气囊背面有两个直径约25mm左右的泄气孔，当乘员和气囊相碰时，借助圆孔的放气可减轻振荡。放气过程同时也是一个释放能量的过程，因此可以很快地吸收乘员的动能，有助于保护乘员。乘员气囊没有涂层，靠尼龙布本身的间隙泄气。第八章安全气囊系统与新型安全带4)衬垫衬垫是气囊组件中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，所以其质量特别轻。平时它作为转向盘的上表面，把气囊与外界隔离开，既起到了维护作用，也起到了修饰作用。气囊膨开时，它在气囊爆发力的作用下快速、及时地断裂开，并且对安全气囊展开过程毫无阻碍。在拆卸转向盘衬垫或处理新的转向盘衬垫时，应将衬垫正面朝上放置，见图8.16。另外，不要将转向盘衬垫存放在另一个衬垫上面。将转向盘衬垫的金属面朝上存放时，如果转向盘衬垫因为某种原因充气，可能导致严重的事故。在报废汽车整车或报废SRS组件时，应在报废之前先用专用维修工具SST将气囊引爆。引爆SRS气囊时，应按制造厂家规定的方法进行。第八章安全气囊系统与