《汽车车身电气系统》第3章安全气囊与安全带控制系统

汽车车身电气系统2009年10月第3章安全气囊与安全带控制系统•教学目的和要求•1.熟悉安全气囊系统的作用、基本工作原理及类型•2.掌握安全气囊系统主要元件的结构及原理，熟悉安全气囊系统的控制原理，了解广州本田雅阁安全气囊系统控制过程•3.了解安全带的作用和结构，熟悉安全带收紧器的结构和工作原理•4.了解安全气囊系统的检修要点，了解安全气囊系统中主要元件检修的注意事项，了解安全气囊报废的处置方法•教学重点•1.安全气囊系统的作用、基本工作原理及类型•2.安全气囊系统主要元件的结构及原理•3.安全带收紧器的结构和工作原理•教学难点•1.安全气囊系统的控制原理•2.广州本田雅阁安全气囊系统控制过程•教学方法和使用教具：•讲授、现场教学、实践教学、课件、气囊部件实物•教学时数：•7学时•3.1安全气囊系统的组成与类型•3.2安全气囊系统的结构和工作原理•3.3安全带控制系统•3.4安全气囊与安全带控制系统的检修与使用3.1安全气囊系统的组成与类型•3.1.1概述•3.1.2安全气囊系统的基本组成•3.1.3安全气囊系统的分类3.1.1概述•SRS是英文(SupplementalRestraintSystem)的缩写，意思是辅助约束系统。它有两个部分：一是座椅安全带电动（气动）收紧机构；二是安全气囊。图3-1带安全气囊和安全带控制的乘员保护系统1-安全带收紧器；2-副驾驶员(乘员)的前安全气囊；3-驾驶员的前安全气囊；4-电控单元•1．安全气囊的作用•可以把汽车发生碰撞全过程分为两个阶段：没有人参与的汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞作为碰撞的第一阶段。碰撞第一阶段必然导致汽车产生减速度，车内人员由于惯性就会以一定的加速度向撞击发生的方向运动，如果这个加速度足够大，将造成人员与车内构件相碰，把这个碰撞叫碰撞的第二阶段，即伤人阶段。•安全气囊的作用即在碰撞的第一阶段和第二阶段之间，迅速在车内人员与汽车构件之间产生一个充满气体的气垫，在碰撞过程中通过气囊的阻尼排气等过程吸收乘员的动能，使碰撞的第二阶段得以减缓，以减轻碰撞对人员的伤害程度。•2．安全气囊系统的基本工作原理图3-2安全气囊工作程序a)发生碰撞→测出碰撞b)点燃引发器→产生氮气给气囊充气c)气囊膨开d)保护了乘员e)气囊放气•在汽车发生正面或侧面碰撞事故时，前碰撞传感器与防护碰撞传感器检测到汽车所受到的冲击力(减速度)强度，经过安全气囊系统控制核心ECU的判定，若强度超过预先规定的数值，则立刻接通充气元件中的引爆管电路，点燃引爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，迅速产生大量气体，在极短的时间(约30～40ms)内向气囊充气，使气囊急剧膨胀，从方向盘内弹出，从而在乘员与车身之间形成一道隔离屏障，随后，迅速气囊中的泄气孔开始泄气，借助气体溢出，气囊变软，可以起到缓冲作用。•有些车辆上的安全气囊系统还可在引爆打开安全气囊的同时，通过电子或机械式安全带预紧装置快速将安全带张紧，这样能有效地降低二次碰撞对乘员带来的伤害。•从汽车的碰撞开始到气囊收缩为止，整个过程时间为120ms，而人的眼睛眨一下所用的时间为200ms左右。3.1.2安全气囊系统的基本组成•安全气囊系统主要由碰撞传感器、辅助约束系统指示灯(SRS指示灯)、带防护碰撞传感器的SRSECU和SRS气囊组件4部分组成，如图3-3所示。图3-3安全气囊系统基本结构•1．碰撞传感器•电控全气囊系统的传感器按功用可分为碰撞烈度传感器和防护碰撞传感器。•碰撞烈度传感器按安装位置分为前碰撞传感器(包括左前碰撞传感器、右前碰撞传感器和中央碰撞传感器)和中心碰撞传感器。•碰撞烈度传感器和防护碰撞传感器串联在一起，作用都是检测车辆发生碰撞时的惯性力或减速度值，并将信号输送到SRS电脑。•碰撞烈度传感器用于检测汽车遭受碰撞的激烈程度，其信号是供电脑判断是否引爆点火剂而使气体发生剂给气囊充气。•防护碰撞传感器的作用是防止碰撞烈度传感器短路而造成气囊误爆开，其信号是供电脑确定是否发生碰撞。•2．SRSECU•SRSECU是独立安装的控制系统，不与其他系统的控制电脑合用，作用是接收碰撞传感器及其他各种传感器的输入信号，判断是否引爆，使气囊充气。•3．气囊组件•正面安全气囊(驾驶席、乘员席)的作用是保护驾驶员与乘员面部和胸部，防止转向盘、风窗玻璃、仪表板等伤害人体；侧面安全气囊的作用是保护驾驶员与乘员的头部和腰部，防止车门和车身伤害人体。•4．SRS指示灯•该灯是指示安全气囊系统功能是否处于正常状态。SRS指示灯位于仪表板上，当SRS系统有故障时，就将SRS指示灯点亮。在正常情况下，点火开关转到ON或ACC位置时，警告灯会亮大约6s，然后熄灭。3.1.3安全气囊系统的分类•1．按其总体结构可分为机械式与电子式两大类。目前汽车上采用的安全气囊系统普遍都是电子式。•2．按SRS气囊的数量可分为单安全气囊系统、双安全气囊系统和多安全气囊系统。单安全气囊系统只装备有驾驶席气囊。双安全气囊系统装备有驾驶席和前排乘员席两个安全气囊。多安全气囊系统装备有三个或三个以上的安全气囊。•3．按照保护对象分类•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。•2）前排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，设计的防撞安全气囊也较大。•3）后排乘员防撞安全气囊装在前排座椅上。•4）侧面防撞安全气囊•装在车门上，防止乘员受侧面撞击。3.2安全气囊系统的结构和工作原理•3.2.1安全气囊系统主要元件的结构与原理•3.2.2安全气囊系统的控制原理•3.2.3广州本田雅阁安全气囊系统控制过程3.2.1安全气囊系统主要元件的结构与原理•1．碰撞传感器碰撞传感器的功用是对汽车碰撞强度做出检验，并将其产生的与碰撞强度成比例的电信号传送给电控单元(ECU)。碰撞传感器分为安装于汽车左、右翼子板下或前保险杠内侧的安全气囊传感器(侧向安全气囊传感器安装在车门或门柱上)和装于气囊控制装置中的安全传感器两类，这里主要讲述前者。前碰撞传感器有两种形式，即粘性阻尼式碰撞传感器和惯性机械开关式碰撞传感器。•1）粘性阻尼式碰撞传感器在结构上由永久磁铁、滚筒、钢球和触点等组成。当汽车正常行驶时，钢球受到永久磁铁吸引，紧靠在滚筒的内端。当汽车受到一定强度的碰撞时，钢球在惯性的作用下可以克服永久磁铁的吸力和球体与滚筒之间空气的粘性阻力，迅速向滚筒外端移动，最终使传感器内的电路触点闭合，发出碰撞信号。图3-4粘性阻尼式碰撞传感器1-传感器壳；2-O形密封圈；3、10-钢球；4、7-永久磁铁；5-固定板；6-电气触点；8-触点；9-滚筒；•2）惯性机械开关式碰撞传感器•由传感器壳体、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点等构成，如图3-5所示。•在传感器外还设置了一个电阻R，用于对系统进行自检测，检测SRS的ECU与前传感器之间的联系是否正常。图3-5惯性机械开关式碰撞传感器1-固定触点；2-旋转触点；3-偏心重块；4-游丝；5-偏心转盘；6-壳体；7-传感器触点；8-活动触点•正常情况下，偏心转盘和偏心重块在螺旋复位弹簧弹力的作用下，顶靠在与外壳相连的限位块上，此时，旋转触点不与固定触点接触。•当汽车发生碰撞时，由于偏心重块的惯性作用，偏心转盘将克服复位弹簧力的作用产生旋转。足够大的碰撞强度产生的这种旋转将会使旋转触点与固定触点闭合，传感器向ECU送去开关信号。•2．安全气囊系统的ECUSRS的电子控制装置(ECU)是安全气囊系统的控制中心，它接收来自前传感器的输入信号，对引爆条件加以判断，控制充气装置点火电路的通断，同时还兼有对系统装置进行监测和对故障进行诊断的功能。控制装置一般由中央安全气囊传感器、点火控制驱动电路、安全传感器、备用电源、诊断电路、记忆电路和稳压电路等组成(见图3-6)。图3-6安全气囊的ECU及系统电路•1）中央安全气囊传感器中央安全气囊传感器为电阻式加速度传感器，如图3-7所示，用来检测车辆的负加速度。当车辆碰撞时，传感器的悬臂端受到减速惯性力的作用产生弯曲，阻抗电桥电路的输出发生改变，传感器将这种弯曲转变为电信号，经过前置放大、高通滤波和主放大器等环节对信号做出处理后，作为判定系统是否工作的信号，当信号值超过设定值时，点火(引爆)控制驱动电路被接通。图3-7中央安全气囊传感器•2）安全传感器安全传感器结构如图3-8所示，它通常处于断开状态。当车辆发生正面或前侧面碰撞，且所生产的负加速度大于预先设定的界限时，管中的水银在惯性力作用下会使系统电路中断开的触点闭合，利用水银的导电特性，使安全传感器电路导通，发出点火信号。图3-8安全传感器•各类安全气囊传感器连接电路的逻辑关系如图3-9所示。图3-9各类安全气囊传感器的逻辑连接电路•3）备用电源备用电源由大容量电容器和一个直流转换器组成，依靠直流转换器始终保持对电容器的充电，利用电容断电后的放电效应，避免因系统装置电压过低或车辆碰撞造成电源瞬时中断，而导致系统工作失效。•4）诊断电路诊断电路用来对系统中有可能造成无法引爆或意外引爆的隐患进行检查，当系统发生故障时，仪表板上的SRS报警灯点亮，同时，将所发生的故障以代码的形式存储到记忆电路中，并通过安全电路阻止引爆电路触发引爆气囊。维修时可以通过检查接口(诊断座)读取故障码。•通常情况下，诊断电路需要完成以下检查。•（1）系统初期检查。•（2）行进中的实时检查。•（3）停车后的检查。•3．安全气囊组件安全气囊组件由充气装置和气囊总成两部分构成(见图3-10)，该组件是一个不可分解的整体，只能整体更换。•气囊由高强度尼龙布制成，表面涂有氯丁橡胶敷层，经折叠后放置在气体发生器上方，气囊背面设有排气孔。各部位气囊的容积不等，一般驾驶员气囊容积为60～90L，副驾驶员气囊则有150～300L左右。•充气装置按气体产生方式可分为高压储气式和燃烧式两种。•前者是将氮气、氢气等惰性气体压缩储藏在压力容器内，以电子引爆管打开容器开关使气体迅速充入气囊。•后者(见图3-10)在结构上包括引爆管、点火药粉、气体发生物质和滤网等。图3-10安全气囊组件结构1-转向盘；2-气囊；3-气体发生物质；4-点火药粉；5-引爆器；6-滤网；7-转向盘衬盖；8-巡航控制开关；9-螺旋电缆•带有微量火药的电热线式引爆管设置在充气装置的中央，当车辆发生碰撞，且强度满足气囊触发条件时，控制电流被导向引爆管，通过引爆管点燃点火药粉，火焰迅速扩展传播，使其周围的气体发生物质产生大量氮气，氮气经过滤网过滤并冷却后，经由充气装置的喷口进入气囊，使气囊膨胀展开，冲破转向盘衬盖的气囊可以在驾驶员面前形成缓冲垫。充气完毕后，氮气经气囊背部的泄气口迅即排出，利用泄气过程吸收冲击能量，以避免气囊对乘员造成二次反弹伤害。1-转向盘；2-气囊3-气体发生物质；4-点火药粉；5-引爆管；6-滤网；7-转向盘衬盖；8-巡航控制开关；9-螺旋电缆•4．螺旋电缆•充气装置与气囊安装在转向盘上，随转向盘一起转动，引爆管与电子控制装置之间是以螺旋电缆的方式将引爆装置直接与控制器连接，其结构如图3-11所示。•螺旋电缆由壳体、旋转体、电缆和解除凸轮等组成，旋转体和解除凸轮之间有连接凸缘和凹槽，当转向盘转动时，它们相互接触，一起旋转。电缆总长约5m，呈螺旋状盘绕在壳体内，以保证旋转体随转向盘由中间位置向左右各转2.5圈不影响导线的连接。有时螺旋电缆还可成为巡航控制开关的连接通道。图3-11螺旋电缆结构•5．SRS指示灯与系统的连接•SRS指示灯安装在汽车的组合仪表板上，用于提示系统故障，通常其上标有“SRS”或“SIR”字样。正常情况下，当点火开关接通后，报警灯应点亮6s后熄灭，说明安全气囊系统正常。接通点火开关以后，报警灯不亮，或者在汽车行进过程中闪烁，则说明系统存在故障，应进行检查。在故障检测过程中，可利用报警灯的闪烁读出系统故障码。•为提高系统可靠性和便于与其他系统加以区分，安全气囊系统的各种线束接头和连接器都制成特殊颜色(如黄色)，元件接头采用不容易引起接触不良的镀金形式和双保险锁定机构。3.2.2安全气