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1、汽 车 电 子 控 制 技 术,沈阳大学 凌永成,获得帮助：汽车维修论坛 http:/ 电子控制安全气囊系统,8.1 概 述,安全气囊(Supplemental Restraint System，SRS)，也称辅助乘员保护系统。,它是一种当汽车遇到冲撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲垫，可以保护车内乘员不致撞到车厢内部，是一种被动安全装置，具有不受约束、使用方便和美观等优点。,近年来随着世界汽车市场的竞争愈演愈烈，以及安全气囊制造成本的降低，以往只在高档轿车作为选装件的安全气囊，现已逐步发展到,作为标准件安装到一些小型、紧凑型轿车上。,8.1.1 安全气囊的分类,1. 按碰撞类型分,根据碰撞类型的
2、不同，安全气囊可分为正面碰撞防护安全气囊系统、侧面碰撞防护安全气囊系统和顶部碰撞防护安全气囊系统。,正面碰撞防护安全气囊系统在欧美轿车的驾驶员和副驾驶员处有较高的安装率。,实际交通事故统计表明，安全气囊与三点式安全带配合使用，对正面碰撞事故中的乘员具有更好的保护效果。,侧面碰撞防护安全气囊系统和顶部碰撞防护安全气囊系统也将逐渐普及。,2. 按照安全气囊安装数目分,按照安全气囊安装数目可分为单气囊系统(只装在驾驶员侧)和双气囊系统(驾驶员侧和副驾驶员侧各有一个安全气囊)两种。,3. 按照安全气囊的触发机构分,按照安全气囊的触发机构可分为电子式和机电式两种。,电子式安全气囊只用一个减速仪，一般都安
3、装在朝着车厢的前方。,机电式安全气囊要求在车前方有多个传感器。,为最大限度地减少偶然触发充气的可能性，可同时共用两种机构，只有当两种机构的传感器都探知到1个冲击时，气囊才触发而充气膨胀。,8.1.2 安全气囊系统的基本组成,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,如图8.1所示。,8.1.3 安全气囊系统工作原理,当汽车遭受前方一定角度范围内的碰撞时，安装在汽车前部和SRS ECU内部的碰撞传感器都会检测到汽车突然减速的信号，并将信号输入SRS ECU，以便判断是否发生碰撞。,当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时，SRS ECU发出控制指令将气囊组件中的点火器
4、(电雷管)电路接通，电雷管引爆使点火剂(引药)受热爆炸(即电热处通电发热引爆炸药)。,点火剂引爆时，迅速产生大量热量，使充气剂(叠氮化钠固体药片)受热分解并释放出大量氦气充入气囊，气囊便冲开气囊组件上的装饰盖板鼓向驾驶员和乘员；,使驾驶员和乘员面部和胸部压靠在充满气体的气囊上，在人体与车内构件之间铺垫一个气垫，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞。,通过气囊产生变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的动能，从而达到保护人体之目的。,8.1.4 安全气囊系统的动作过程,图8.2所示为奥迪轿车车速为50km/h时与前面障碍物相撞时气囊的引爆过程。,图8.2(a)所示，撞车10ms后，达到引爆系统引爆极
5、限，点火器点燃气体发生器产生氮气，驾驶员仍然直坐着。,图8.2(b)所示，40ms后，气囊已完全充胀，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上并被拉长，部分冲击能量已被吸收,图8.2(c)所示，80ms后，驾驶员的头及身,体上部沉向气囊，气囊后面的排气孔将氮气在一定压力下匀速逸出。,图8.2(d)所示，110ms后，驾驶员向后移动回到座椅上，大部分气体从气囊中逸出，前方恢复清晰视野。,由此可见，在安全气囊系统动作过程中，气囊动作时间极短。,从开始充气到完全充满的时间约为30 ms；从汽车受碰撞开始，到安全气囊收缩为止，所用时间极为短暂，仅为120 ms左右，而人的眼皮眨一下所用时间约为300 m
6、s左右。,实验和实践证明，汽车装用安全气囊后，,汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。,有些汽车不仅装有前端安全气囊，还装有侧向安全气囊，在汽车发生侧向碰撞时，也能使侧向安全气囊充气，以减小侧向碰撞时的伤害。,8.1.5 安全气囊系统的有效范围,汽车安全气囊系统并非在所有碰撞情况下都能起作用。,正面安全气囊系统在汽车从正前方或斜前方30角(如图8.3所示)范围内发生碰撞且其纵向减速度达到某一值(通常称为减速度阈值),时，才能引爆点火剂使充气剂受热分解给正面安全气囊充气。,在下列条件之一的情况下，安全气囊系统不会引爆点火剂，也不会给安全气囊充气：,(1) 汽车遭受侧面碰撞超过斜前
7、方30角时；,(2) 汽车遭受横向碰撞时；,(3) 汽车遭受后方碰撞时；,(4) 汽车发生绕纵向轴线侧翻时；,(5) 纵向减速度未达到设定阈值时：,(6) 汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路上行驶时。,减速度阈值由设计人员根据安全气囊系统的性能设定，不同车型安全气囊系统的减速度阈值可能有所不同。,在美国，因为安全气囊系统是按驾驶员不配戴座椅安全带来设计的，气囊体积大、充气时间长；,所以，安全气囊系统应在较低的减速度阈值时引爆点火剂，即汽车在较低的车速(12km/h到22km/h)范围内行驶而发生碰撞时，安全气囊系统就应引爆点火剂，使充气剂(叠氮化钠)受热分解给气囊充气。,在日本和欧洲，由
8、于安全气囊系统是按驾驶员配戴座椅安全带来设计的，气囊体积小、,充气时间短，所以设定的减速度阈值较高，汽车在较高车速(19km/h到32km/h)范围内行驶而发生碰撞时，安全气囊系统才能引爆点火剂使充气剂受热分解给气囊充气。,侧面安全气囊系统只有在汽车遭受侧面碰撞且其横向加速度达到设定的阈值时，才能引爆点火剂使充气剂受热分解给侧面安全气囊充气而不会给正面安全气囊充气。,如果汽车以40km/h的车速撞到一辆停放的同样大小的汽车上，或以不低于20km/h的车速迎面撞到一个不可变形的固定障碍物上，碰撞传感器便会动作，接通搭铁回路。,否则，安全气囊系统不工作。,8.2 电子控制安全气囊系统结构组成,8.
9、2.1 碰撞传感器,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保险传感器两种，碰撞传感器负责检测碰撞的激烈程度。,如果汽车以40km/h的车速撞到一辆停放的同样大小的汽车上，或以不低于20km/h的车速迎面撞到一个不可变形的固定障碍物上，碰撞,传感器便会动作，接通搭铁回路；,保险传感器，也称触发传感器，其闭合的减速度要稍小一些，起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成误膨开。,传感器按其结构可分为机电式和电子式两种。,1. 传感器按其结构可分为机电式和电子式两种,(1) 机电式传感器,机电式传感器
10、有Breed式和Techner式两种，其结构如图8.4和图8.5所示。,当汽车以TBD以上的车速发生碰撞时，感应块便移向触点，如碰撞传感器与非碰撞传感,器同时闭合，则引发器接通点火电路，气囊膨开。,(2) 电子式传感器,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，如机电式保险传感器同时也闭合，则引发器接通，气囊膨开。,2. 传感器按其安装位置可分为前碰撞传感器、中央传感器和保险传感器,(1) 前碰撞传感器,前碰撞传感器安装在前翼子板内，主要由偏心转子、偏心重块、
11、固定触点和旋转触点等组成，如图8.6所示。,不发生碰撞时，偏心转子在螺旋弹簧弹力作用下处于图8.6(a)所示位置，固定触点和旋转触点不接触；,当发生正面碰撞，且作用在偏心重块上的减速度超过预定值时，偏心重块、偏心转子和旋转触点作为整体向左运动，使固定触点和旋转触点接触，碰撞传感器输出电信号。,(2) 中央碰撞传感器,中央碰撞传感器有应变电阻片的半导体式和机械式两种。,半导体式传感器由应变电阻片和集成电路组成，如图8.7所示。,传感器测量减速度并将其转换为电信号送至点火控制电路，用于判断安全气囊是否需要启动。,机械式传感器正面碰撞中受到超过预定值的减速度时，其触点接触并启动安全气囊。,(3) 保
12、险传感器,保险传感器有机械型和汞开关型等，如图8.8所示。,8.2.2 安全气囊组件,气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。,驾驶员侧气囊组件位于方向盘中心处，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装配。,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，如图8.9所示。,上盖有若干个充气孔，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
13、工艺压装成一体，壳体内装充气剂、滤网和点火器。,金属滤网安装在气体发生器的内表面，用来过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。,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的。,在点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，氮化钠受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。,(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，其分解图如图8.10所示。,点火剂包括引爆炸药和引药，引出导线与气囊连接器插头连接，连接器中没有短路片(铜质弹簧片)。,当连接器插头拔下或插头与连接器未完全结合时，短路片将两根引线短接，防止静电或导电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。,当SRS ECU发出点
14、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。,(3) 气囊,气囊按布置位置可分为驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、后排气囊、侧面气囊、顶部气囊等；,按大小可分为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。,护面气囊成本较低，但一定要和座椅安全带配合使用才有保护作用。,由于欧洲车普遍使用安全气囊，所以欧洲汽车多采用小型气囊。,美国汽车则针对未使用安全带设计，采用了大型气囊。,目前汽车上配置的气囊数量有增多的趋势，别克1995年推出的概念车XP2000配备有8个安全气囊。,驾驶员侧气囊多采用尼龙
15、布涂氯丁橡胶或有机硅制成。,橡胶涂层起密封和引燃作用；气囊背面有两个泄气孔；乘客侧气囊没有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。,(4) 饰盖,饰盖是气囊组件的盖板，上面模制有撕缝，以便气囊能冲破饰盖膨开。,(5) 底板,气囊和充气器装在底板上，底板装在方向盘或车身上，气囊膨开时，底板承受气囊的反力。,8.2.3 安全气囊计算机,安全气囊计算机主要由安全气囊(SRS)逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路等组成，保险传感器一般与SRS ECU一起被制作在SRS控制组件中。,福特汽车公司林肯城市轿车SRS控制组件的内部结构如图8.11所示。,(1) SRS逻辑模块,主要用于监测汽车纵向
16、减速度或惯性力是否达到设定值，控制气囊组件中的点火器引爆点火剂。,SRS逻辑模块由模/数转换器、数/模转换器、串行输入/输出接口、只读存储器ROM、随机存储器PAM、可擦除可编程只读存储器EEPROM和定时器等组成。,在汽车行驶过程中，SRS ECU不断接收前碰撞传感器和防护碰撞传感器传来的车速变化,信号，经过数学计算和逻辑判断后，确定是否发生碰撞。,当判断结果为发生碰撞时，立即运行控制点火的软件程序，并向点火电路发出点火指令引爆点火剂；,点火剂引爆时产生大量热量，使充气剂受热分解释放气体给SRS充气。,除此之外，SRS ECU还要对控制组件中关键部件的电路不断进行诊断测试，并通过SRS指示灯和存储在存储器中的故障代码来显示测试结果。,仪表板上的SRS提示灯可直接向驾驶员提供安全气囊系统的状态信息。,逻辑存储器中的状态信息和故障代码可用专用仪器或通过特定方式从串行通信接口调出，以供装配检查与设计参考。,(2) 信号处理电路,信号处理电路主要由放大器和滤波器组成，用于对传感器检测的信号进行整形、放大和滤波，以便SRS ECU能够接收、识别和处理。,
