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1、汽车安全气囊测控系统学校：学院：专业：测控技术与仪器班级：姓名：学号：2013-3-20汽车安全气囊测控系统（机械与动力工程学院 测控技术与仪器 ）摘要：安全气囊是现代汽车必备的安全系统，安全气囊系统主要由传感器、气体发生器、点火器、气囊以及控制单元（ECU）等组成。其工作原理是在汽车发生碰撞后由传感器感应并传输到达安全气囊减轻驾驶员及乘员受伤害程度的目的，作为汽车车身被动安全性的辅助配置，日渐受到人们的重视。当汽车与障碍物碰撞后，称为一次碰撞，驾驶员及乘员与车内构件发生碰撞，称为二次碰撞，安全气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫，使乘员因惯性而晃动时“扑在气垫上”即而缓和乘
2、员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的受伤害程度。关键词：汽车、安全气囊、传感器、测控系统检索工具：河南理工大学图书馆清华镜像、万方镜像汽车安全气囊设计的基本思想是：在汽车发生一次碰撞后，汽车基本不动，车内驾驶员及乘员由于惯性还要向前运动与车内仪表盘、玻璃等构件发生二次碰撞，在乘员与汽车内部构件之间若迅速打开一个充满气体的气囊，使乘员“撞”在气囊上，可以减缓冲击并吸收碰撞能量，从而达到减轻乘员受伤害程度的目的。安全气囊的基本工作过程：当汽车高速行驶发生碰撞事故时，车上的碰撞传感器将接收到的碰撞信号传输给电子控制装置，电子控制装置将其与内部预设的值进行分析、比较，若达到或超过预设值时，便发出指令
3、引爆气体发生器，使气体发生器产生大量气体（一般为氮气），并经过过滤、冷却后快速充入一个坚韧的纤维编织气囊内，在30ms 内气囊迅速膨胀展开，在乘员与车内构件之间形成一个弹性气垫。气囊的侧面有排气孔，当乘员碰到高压膨胀的气囊时，囊内气体排出，气囊收缩，吸收乘员向前强大的惯性冲击能量，有效保护人体头部、胸部，减轻受伤害程度。安全气囊系统故障诊断测控系统：安全气囊系统主要由安全气囊、气体发生器、传感器和电子控制装置等组成。安全气囊系统本身设置有自诊断系统，若系统发生故障时，电子控制装置就会点灯仪表盘上的故障报警灯（SRS）报警，提示驾驶员安全气囊系统有故障，同时把故障以故障代码的形式储存起来。维修人
4、员可以调取故障码，通过查取故障码掌握故障内容，根据故障内容去检修安全气囊系统，直至排除故障。安全气囊最重要的指标是可靠性，如果不该点火而点火打开气囊称为误点火：如果应该点火而没有点火称之为漏点火，如果点火太晚则称之为迟点火，无论是误点火、漏点火、还是迟点火都是不能允许的。为了提高安全气囊系统的可靠性，防止电源线在碰撞中断线、电池遭到破坏，系统中备有储能电容或电池，以保证即使掉电也能够开气囊。为了监测传感器、电子电路、气体发生器；系统一般还有故障诊断模块、并设有信号灯于予以显示。汽车安全气囊系统系统一般有左右挡板传感器各一个，还有一个传感器放在含有诊断模块的控制器中，气囊有司机席(Driver
5、Side)正面碰撞气囊和乘客席(Pssseneer Side)正面碰撞气囊，另外还有警告灯。当发生前面碰撞时，两个挡板传感器中只要有一个闭合，诊断模块就会根据送来的信号进行处理和判断，认为有必要点火后时即发出点火信号使气囊充气。【参考文献：1陈越.汽车故障诊断与检测技术M.北京：科学出版社,2009.9.2丰田汽车公司.汽车维修基础M.北京：高等教育出版社,2006,10.3 汽车安全气囊检测.人民交通出版社, 2007.6】气囊所用的的传感器：传感器用于检测、判断汽车发生碰撞时的撞击信号, 以便及时点爆安全气囊。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
6、, 如果汽车以40km/h 的车速迎面撞到一个不可变形的固定障碍物上, 碰撞传感器便会自动接通搭铁回路。保险传感器, 其闭合的减度要稍慢一些, 防止因碰撞传感器短路而造成误开。传感器按其结构可分为机械式、机电式和电子式3种。下面以机械式传感器(偏心锤式碰撞传感器) 为例说明传感器的工作原理。机械式传感器一般安装在保险杠与挡泥板之间, 用来感知低速碰撞的信号。传感器安装在一个密封的防震保护盒内, 当传感器中的重锤的移动速度高于某一特定车速(称为TBD车速) 时, 重锤便将其机械能直接传给引发器使气囊膨开。具体的工作原理: 汽车正常行驶时, 扭力弹簧将触头定在上支点位置, 传感器没有触发信号给EC
7、U。当汽车碰撞时, 减速度所产生的惯性力克服弹簧的扭力而使重锤产生运动,带动触桥转动, 使动静触头结合。此时, 传感器向ECU发出接通信号,同时安全传感器也接通,ECU发出引爆指令汽车所需求的信息都是依靠传感器来获取的。车辆本身所需的信息包括检测车辆运动状态的信息、检测驾驶操纵状态所需的信息、车辆控制所需的信息、运动环境检测所需的信息、异常状态监控所需的信息等。碰撞传感器用来检测汽车碰撞强度，一般认为，若汽车以40km/h的车速与一辆正在停放的同样大小的汽车相碰撞，或者以不低于22km/h的车速迎面撞到一个不可变形的固定障碍物上时，其产生的碰撞强度足以危及驾驶员和乘务员的安全，应及时展开安全气
8、囊。一辆车辆常装有2-4个碰撞传感器，前左、右挡泥板各装一个，称为前安全气囊传感器，有的车在前面保险杠中间还装一个。【参考文献：现代，2008.3 第79期】安全气囊控制系统的要求：由于工作任务的特殊性，汽车安全气囊控制系统除了必须具备点火判断、发出点火信号的功能外，还应满足以下几点要求：1.抗干扰能力强气囊系统若发生误点爆，不仅会对乘员造成惊吓，甚至可能引发事故，因此必须有很高的抗干扰能力。如汽车受到粗糙路面干扰时会发生较大的减速度，系统要能识别出这种状况，不点燃气囊。2.高可靠性与工作稳定性由于汽车的工作环境复杂以及不允许出现点火失败的工作要求，气囊控制系统必须具有较高的可靠性与稳定性。另
9、外，碰撞后，电源可能首先被撞坏，因此要求系统能在掉电后继续工作数百毫秒。3.结构紧凑整个系统除了要满足上述要求外，还要尽量减小体积，少用元器件，以减小系统的复杂程度，提高可靠性。同时也可减少系统的耗电量，以尽量维持掉电后的工作。控制系统总体方案本控制系统有硬件和软件两部分组成。图l是控制系统的组成框图。【参考文献：1张金换.汽车安全气袋系统的研究J清华大学学报，1997.8.2邱卓丹现代汽车安全技术的研究发展J湖南工程学院学报，2002.3.3黄仁欣，马彪单片机原理与应用M北京：清华大学出版社，2008.(P100102)4鲁植雄汽车安全气囊故障诊断M南京：江苏科学技术出版社，2003：120
10、5戴焯汽车电子控制装置M北京：北京理工大学出版社，1999.(P200218)6董辉汽车用传感器M北京：北京理工大学出版社，2000.(P187216)】安全气囊传感器国际汽车零部件供应商大陆集团成功研发出一套撞击声响传感器系统（CISS），该系统可在车辆发生事故时，以最为精确的方式控制安全气囊的启动，为车辆内乘员提供最大程度的保护。当车辆与障碍物发生撞击时,CISS系统记录下车身发生扭曲时的行驶速度，以及此时产生的结构声波传播的速度和力度。一套复杂的信号评估系统使用特别开发的计算方法来分析和评定事故情况，并作出是否启动安全气囊及以何种力度启动的最终决策。此外，该技术可以同气囊控制单元整合，既
11、节约了成本又显著地改进了性能汽车安全气囊磁电式传感器。目前，在对汽车碰撞的安全装置的研究中，人们主要的注意力是集中在安全气囊上，而对安全气囊触发信号的发出者传感器的深入研究还很不够。已开展研究的传感器有触发开关式(如图1所示)、纯机械式、单点电子式忆、侧撞式(如图2所示)、应变式(如图3所示)、磁电式 (如图4所示)等，种类繁多，用途不同。如图5所示为欧洲电子工程学会试验滑车减加速度与时间曲线。另一方面，由于汽车种类繁多，传感器安装在汽车上的位置不同，造成对传感器的要求标准不同，正是在此情况下，提出了设计一种磁电传感器，如图6所示。此传感器可安装在汽车任何位置，通过调整某些参数，识别峰值为05
12、88 m/S和时间脉宽为020ms的碰击加速度信号，在加速度峰值和时间脉宽同时满足要求的条件下，为气囊输出一触发信号，打开空气发生器，使气囊充气对人进行保护，具体结构与电路论述如下。气囊系统：气囊的安全可靠是首要的，早期的气囊打开系统采用结构简单，但故障率小的机械开关作为加速度传感器，是一种并无电子装置触发的集散气囊系统，该系统在控制仪表里只使用了一个微控制器监测系统状态，且最佳触发时刻较难掌握，为此必须将传感器的开关阈值设置得很高，汽车只有在受到强烈碰撞时，才会将气囊系统打开，安全系数低。现代汽车较多采用具有自诊断功能的、可靠的半导体加速度传感器集中气囊系统，该系统在控制仪表中仍集成了一个机
13、械碰撞加速度传感器，但主要以电容式半导体加速度传感器为主工作传感器，提高了系统的安全可靠性。在事故过程中，集中气囊系统通过高性能微控器的计算，可实现最佳触发时刻控制, 对于一个具有性能良好的传感器和集中气囊系统的汽车，它的触发速度阈值是19.3km/h汽车安全气囊发展安全气囊是1953年由美国人约翰赫缀克发明的。1973年日本本田汽车公司引进安全气囊技术进行实车应用。经过30多年的漫长历程,直至1984年,汽车碰撞安全标准(FMVSS208)在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施, 其中规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊,同时还要求1998年以后的新轿车都装备驾
14、驶者和乘客用的安全气囊,自此才确认了安全气囊的作用。如今,这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品,种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车,大多数都装有安全气囊,有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高, 但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外,大部分车型还只是安装了正面气囊。【参考文献：1张永康.智能传感器与现代汽车电子J.今日电子,20042张颖. 汽车安全气囊技术及其发展趋势J.电子产品世界,2006 3秦玉伟等.汽车传感器的应用及发展趋势J.传感器世界,2008】结束语：目前,随着经济的发展各种车辆不断增加, 在驾驶与乘车这个问题上，如何更好的保护人们的生命安全已成为新一代汽车安全系统生产的主要研究课题, 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以及对新技术提出了更高的要求。今后, 在设法增加安全设备保护驾驶员及乘员的更多身体部位( 例如下肢和颈部等) , 减小气囊的体积和重量, 优化气囊的充气速度、折叠方式及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推向研制智能安全气囊保护系统的更高阶段,这也是智能化安全系统未来研究的主要方向。
