智能安全气囊及气囊式安全带教程.ppt

先进汽车安全技术,1102030209 王佩琴 1102030219李孟宇 1102030229党鱼跃,目录,1、轮胎压力监控预警系统 2、安全预警系统 3、智能安全气囊 4、气囊式安全带 5、乘员头颈保护系统,先进的汽车安全技术,基本工作原理： 结构与类型： 实际的应用： 存在的不足之处： 未来的发展趋势：,轮胎压力监控预警系统,在轮胎的轮毂或气嘴上安装一个传感器，传感器中包括感应气压的电桥式电子气压感应装置，它将气压信号转换为电信号，通过无线发射装置将信号发射出来。传感器发射出来的气压信息由接收机接收处理后，在安装在驾驶台上的显示器中显示出来，在行驶过程中实时地进行监视。驾驶者从监视器上就可以清楚的知道每个轮胎的气压值以及温度值；当轮胎的气压及温度有异于设定的标准值时，监视器将自动报警。驾驶者从而可以及时地对轮胎的异常情况进行处理，有效避免事故发生。,tpms(汽车胎压监视系统）的基本原理,tpms工作原理流程图,打开主驾驶室车门,控制单元初始化指令,控制单元轮胎压力监控发射器g431g434和天线r96个分配一个lin地址,天线,传感器,一种为间接式（wheel-speed based tpms，简称wsb），这种系统是通过汽车abs 系统的轮速传感器来比较轮胎之间的转速差别，以达到监测胎压的目的。abs通过轮速传感器来确定车轮是否抱死，从而决定是否启动防抱死系统。当轮胎压力降低时，车辆的重量会使轮胎直径变小，这就会导致车速发生变化，这种变化即可用于触发警报系统来向司机发出警告。,轮胎压力监控系统的主要类型,另一种是直接式（pressure-sensor based tpms，简称psb），这种系统是利用安装在每一个轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，利用无线发射器将压力信息从轮胎内部发送到中央接收器模块上的系统，然后对各轮胎气压数据进行显示。当轮胎气压太低或漏气时，系统会自动报警。,上图为直接式胎压监测系统,还有一种复合式tpms，它兼有上述两个系统的优点，它在两个互相成对角的轮胎内装备直接传感器，并装备一个4轮间接系统。与全部使用直接系统相比，这种复合式系统可以降低成本，克服间接系统不能检测出多个轮胎同时出现气压过低的缺点。但是，它仍然不能像直接系统那样提供所有4个轮胎内实际压力的实时数据。,轮胎压力监控系统的结构,轮胎压力传感器,轮胎土压力控制单元,轮胎压力监控天线,轮胎压力监控发射器,压力传感器是由4部分组成即：发射天线、压力/温度传感器、测量与控制电子装置、锂亚电池 轮胎压力传感器的逻辑结构图：,锂亚电池,rf射频发射芯片,信号处理mcu,智能传感器soc,天线,唤醒电路,轮胎压力传感器的组成和结构,轮胎压力监控预警系统的展望,tpms将是未来智能汽车技术不可缺少的功能要素之一，目前的技术还是属于初级阶段的，随着不断地发展和不断地研究，此技术的发展趋势可概括一下几方面： tpms向着功耗低、配重低、成本低方向发展。功耗和电池的使用寿命有着绝对的关系，而配重又涉及到tpms的发射模块的安装。因此，我们用内建mems电源，至于配重和成本则是要整合压力传感器与mcu，再将rf发射曳包括在内，最后也将mems也涉及进来。这样就不但可以节省成本还可以增加市场竞争性。 tpms的多功能化。随着体积的减小、集成度高、功能多的新型传感器系统的出现，tpms还能反馈轮胎载荷、滑动摩擦因素、台面磨损、道路表面质量等参数，进而更好的提高安全服务。 tpms与其他汽车电子系统的融合。这种融合可以提升整车的性能，降低成本。比如与esp的结合可以改善汽车在任何情况下的稳定性。与abs的结合，例如吉利轿车专利（tpmbs）,可以在驾驶员无法反应的情况下自动实施制动，避免保胎的危险。 tpms的无源化。使得系统不依赖电池而工作，这是tpms的重要发展方向。可以使tpms避免很多电池出现的问题。在目前的技术下，已经有了压电发电、磁场电场耦合、声表面波等tpms无源化设计方案的出现。,安全预警技术,自适应巡航控制系统的基本原理与结构：,自适应巡航系统是将自动巡航控制系统（ccs)与车辆向前撞击报警系统(fcws)有机的相结合在一起，既有自动巡航的功能又有防止向前撞击的功能,自适应巡航结构,总的来讲，自适应巡航系统由传感器、数字信号处理器以及控制模块三大部分组成。如果用人类做比喻，传感器就类似于眼睛、耳朵、鼻子等器官，它负责感知前车以及本车确切位置，目前市场上常见的传感器有雷达传感器、红外光束以及视频摄像头等几种。信号处理器负责将传感器接收到的信息进行数字处理，最后由控制模块处理收集到的信息进行控制。系统判断需要减速时，最终由abs系统对车轮实施制动或者变速箱采用降挡的办法，将车速降低。,自巡航系统的工作过程,开启自适应巡航系统是一件非常简单的事，首先打开定速巡航系统，并设置好所需时速。第二步按下自适应巡航按钮，并选择跟车距离。第三步就是用余光快速检查下仪表盘，看看有无标志提示。确定没有问题后，就可以享受它带来的便利了。 自适应巡航系统会通过传感器扫面前方路面情况，在前方无车情况下，到达您预设时速。前方出现车辆，则按照您预设跟车距离行驶。如果前车速度比您预设速度低，则自适应巡航系统只会按照您预设距离行驶，如果前方车辆比您预设时速高，自适应巡航系统也不会“盲目跟进”，超过您的预设时速。总之，这套系统就是在保证距离的情况下，按照您设定的时速前进。 相比开启，自适应巡航的关闭则简单的多，只要您踩下制动踏板，自适应巡航系统就会自动解除，当然您也可以使用按键手动关闭。如果想要再次激活，您只需按下调节车速按键。,开启自巡航系统时车内的标示,acc系统工作示意图,目标车辆,前方车辆,间隙,acc的4种典型操作,目标车,目标车,匀速80,匀速控制（100km/h）,减速控制（80km/h）,跟随控制（80km/h）,加速控制（100km/h）,预防碰撞安全系统工作流程图,汽车预防安全避撞系统不断对车辆行驶安全程度计算,当系统判断当前状态是危险状态,系统首先关闭油门，若驾驶员没有采取相应的措施，系统自动进行车辆的制动和转向，并调用其他相关的系统（abs、esp等）,系统对车辆控制自动解除,成功避让,无法避让,将根据危险程度的高低和障碍物的类型选择最优的被动安全措施,成功避让,无法避让,预防碰撞安全系统的元件图,侧面与倒车碰撞预防系统,工作原理： 根据安装在汽车后侧方和后部的传感器来检测邻道车辆和汽车周围的障碍物然后以图像和声音的形式发出来，提醒驾驶员避让，从而达到安全驾驶的目的。 辅助系统：这两项技术与汽车车道偏离警示系统（ldp)以及车距控制辅助系统相配合，从整体上为汽车形成了一个“安全盾”的概念，保证了行驶的车辆与周围车辆的和李安全距离，帮助驾驶员防止多方面的碰撞危险，为汽车和驾驶员提供多角度的保护。,安全预警技术的展望,安全预警技术是集计算机、现代传感器、信息融合、通信、人工智能及自动控制等术于一体的集成系统。是今后汽车技术的主流发展方向。随着更加先进的传感器、快速响应的执行器、高性能ecu、先进的控制策略、计算机网络、通信技术以及雷达技术、在汽车上的广泛应用，安全预警技术更明显的向着集成化、智能化、网络化3个主要方向发展。这项技术在事故的预防上有着显著的效果，已经成为世界各国终点研究的汽车主动安全技术之一。 行驶车辆自适应巡航控制系统、车道保持辅助系统与车辆底盘一体化控制技术协调控制，将车辆行驶性能控制到最佳水平，形成一体化的主动安全控制系统。先进的汽车主动安全控制技术将会整合和优化各项杜丽丽的主动安全装置和措施，最终将会形成“人车路”三者协同的主动安全技术使得汽车的安全性能达到一个更加高的水平，给安全驾驶带来更多的方便。,安全气囊,一、安全气囊的作用,安全气囊系统（srs）也被称为辅助乘员保护系统。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。从而达到保护乘客的目的。,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、多气囊系统。 按控制方式分类 电子式与机械式,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、智能安全气囊系统的组成,组成： 有传感器、气囊组件、警告灯及安全气囊ecu等组成。,五、安全气囊系统工作原理,安全气囊工作过程,何为智能安全气囊,智能安全气囊就是在普通型的基础上增加传感器，以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人，他们系好的安全带以及所处的位置是怎样的高度，通过采集这些数据，由电子计算机软件分析和处理控制安全气囊的膨胀，使其发挥最佳作用，避免安全气囊出现无必要的膨胀，从而极大地提高其安全作用。智能安全气囊比普通型主要多了两个核心元件，即传感器及其与之配套的计算机软件。,智能安全气囊工作原理,用单片机对电子式加速传感器测得的信号进行计算，认为发生了碰撞并且达到一定强度时输出点火脉冲引爆气体发生器迅速产生大量气体充满气袋。 分级点爆装置：即气体发生器分两级点爆，第一级产生约40%的气体容积，远低于最大压力，对人头部移动产生缓冲作用，第二级点爆产生剩余气体，并且达到最大压力。总的来说，两级点爆的最大压力小于单级点爆。这种形式，压力逐步增加。,智能安全气囊常见传感器,目前使用的传感器主要有： 1、重量传感器，根据座椅上的重量感知是否有人，是大人还是小孩； 2、电子区域传感器，能在驾驶室中产生一个低能量的电子区域，测量通过该区域的电流测定乘员的存在和位置； 3、红外线传感器，根据热量探测人的存在，以区别于无生命的东西； 4、光学传感器，如同一台照相机注视着座椅，并与存储的空座椅的图像进行比较，以判别人体的存在和位置； 5、超声波传感器，通过发射超声波，然后分析遇到的物体后的反射波探明乘员的存在和位置。,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 机电式传感器采用机电结合的方式，将机械信号转化为电子信号，再利用 电子信号点爆安全气囊。即具有机械式的优点，又能克服机械式传感器本 身存在的缺陷，安装在车身上任何位置，以便得到较好的减速信号.,1、常见传感器,(2) 电子式传感器 电子式传感器利用半导体的压阻效应检测加速度，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。 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 前碰撞传感器 2-4个，安装在汽车前端。,(a) 不工作状态 (b) 工作状态 前碰撞传感器,(2) 中央碰撞传感器 中央碰撞传感器半导体式应变电阻片。,中央碰撞传感器,(3) 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。 保险传感器有机械型和汞开关型。 前碰撞传感器、中央碰撞传感器、保险传感器之间的关系： 各个前碰撞传感器与中央碰撞传感器之间的关系为“或”；前碰撞传感器、中央碰撞传感器与保险传感器之间的关系为“与”。,机械型,(b)汞开关型,保险传感器,2、安全气囊组件 组成：主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。 气体发生器 组成：由上盖、下盖、充气剂(片状叠氮化钠)和金属滤网组成。,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 当srs 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。,点火器分解图 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,(3) 气囊 分类：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。 制成和结构：驾驶员侧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。,3、ecu模块 组成：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。,(1) srs逻辑模块 检测碰撞传感器的信号，判断气囊是否应该张开，引爆安全气囊。 故障自诊断功能。 (2) 信号处理电路 对传感器检测的信号进行整形、放大和滤波。 (3) 备用电源电路 由电源控制电路和2个电容器组成，点火开关接通10s后可供电；断电后能在6s引爆气囊。 (4) 保护电路和稳压电路,4、安全气囊系统线束与保险机构 措施：线束都套装在黄色波纹管内、黄色连接器、镀金端子、防止气囊误爆机构、l端子双重锁定机构、连接器双重锁定机构和电路连接诊断机构等。 丰田科罗娜轿车安全气囊系统srs ecu至srs点火器之间的连接器2、5、8均采用了防止气囊误爆的短路片机构。,丰田科罗娜轿车安全气囊系统连接器 1、2、3ecu连接器；4srs电源连接器；5中间线束连接器；6螺旋线束；7右碰撞传感器连接器；8气囊组件连接器；9左碰撞传感器连接器；10点火器,防止srs误爆机构 作用：当连接器拔下时，短路片自动将靠srs点火器一侧插头或连接器两个引线端子短接，防止srs误爆机构可以防止静电或误通电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。,(2) 电路连接诊断机构 作用：电路连接诊断机构用于监测连接器的插头与连接器是否连接可靠。 前碰撞传感器连接器及其与srs ecu连接的连接器采用了电路连接诊断机构。,(3) 连接器双重锁定机构 作用：锁定连接器插头与连接器，防止连接器脱开。,(a) (b) (c) a、主锁未锁定时，插头上的两个凸台阻止副锁锁定； b、当主锁完全锁定时，副锁锁柄方能转动并锁定； c、主锁与副锁双重锁定。,(4） 为了保证转向盘具有足够的转动角度而又不致损伤驾驶席srs组件的连接线束，在转向盘与转向柱管之间采用了螺旋线束。 安装螺旋弹簧时，应注意其安装位置和方向否则将会导致方向盘转动角度不足或转向沉重。,螺旋弹簧与螺旋线束 1、3线束连接器；2螺旋弹簧； 4弹簧壳体；5搭铁连接器,小结： 1、概 述 安全气囊的作用 安全气囊分类 安全气囊系统要求 安全气囊系统的组成 安全气囊系统的工作原理 2、电子控制安全气囊系统结构组成 碰撞传感器 安全气囊组件 ecu 安全气囊系统线束与保险机构,安全气囊真的安全吗？,当前，气囊是公认的汽车乘员被动性安全保护上品。新款汽车上所用气囊数量之多也令人咋舌。有用于正面冲撞时防护前座乘员的前置式气囊，有用于车辆侧撞或滚翻时的侧面气囊，更有用于保护驾驶员膝部的小型气囊。但是随着应用的逐渐增多，它的缺点也逐渐地暴露出来。 首先是时有发生的提早爆发事故，即车辆只是轻微地撞车就使气囊爆发，而且爆发力过大，使位于驾驶员旁的乘员(常常是儿童)猝不及防，受到伤害甚至窒息死亡。为此，气囊变得更加复杂，有所谓二级爆发式，即第一级在冲撞力不大时不是全力爆发；有能根据乘员在座椅上的位置或重量(判断是否儿童)来决定爆发时间及力度的智能式气囊等等。 其次，由于装备了气囊，养成了人们不愿系安全带的心理。而气囊设计的初衷却是让它和安全带配合使用的，是第二道保护作用。还有，气囊爆发时因挡住了驾驶员视线使汽车失控会造成本来可以避免的翻车事故，以及后座乘员至今还无法设置正面撞车气囊等等。,下面请看视频,关于气囊式安全带,针对这些缺点，一些国外公司正在研究气囊式安全带，即在安全带的主要长度上(从下部的搭扣直到肩部以上与车身固定点附近这段长度)，将安全带做成可充气膨胀的气囊。其工作原理与目前所用的普通气囊一样。它会在爆发时，同时使安全带的宽度由目前通常为5厘米增加到15厘米，使与人体接触面加大而减少伤害。,工作原理,利用置于座椅下之低温瓦斯罐，达到充气效果的气囊式安全带，可以在40毫秒内完成安全带内管状囊的气体塞填，充气膨胀后的安全带与乘客驱体的间隙缩小，在车身发生侧撞与前撞的情况下，形成紧密之包覆与固定,气囊式安全带优点：,这个装置有一些优点，首先是价廉，至少每个比普通气囊便宜50美元，因而更易于推广。其次是简单，不像气囊为了安装需改动仪表板或方向盘或车门框等等。但最大的好处是在某种程度上更安全，因为这就强迫你一定系上安全带而没有了气囊依赖心理，而安全带的保护作用往往是十分有效的。,展望,随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。 新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。,追尾是城市交通事故中最常见的，它所导致的“甩鞭效应”也往往会因其对颈部、脊椎造成的巨大伤害而给驾乘者带来难以估量的灾难：当车辆遭受后方猛烈撞击时，驾乘者的颈部往往无法获得有效的支撑，头部会突然后仰撞击头枕，然后再向前甩出，如此来回几次的高速甩动将导致对颈椎的严重伤害，而这个现象也因此被形象地称为“甩鞭效应”。数据表明，在追尾事故中有近70%的伤害部位为颈椎。 沃尔沃从80年代中期开始已关注这个领域，并与医生合作进行了一系列研发，通过对座椅和头枕的设计将“甩鞭效应”引起的颈部损伤风险降低了约50%，并将成果应用于沃尔沃全系车型中,前言,专门针对“甩鞭效应”搭载的头颈部保护系统（whips），能够将短期、长期受伤风险分别降低33%和54%。 而对于女性乘员来说，whips的功效更加明显：短期受伤风险降低50%，长期受伤风险降低高达75%。因此，whips被称为世界上最有效的保护系统之一，其独有的安全头枕就曾被英国独立汽车安全测试与研究机构撒卡曼公司（thatcham）评为“最佳等级”。,头颈保护系统 whiplash protection system,当车辆发生碰撞时，身体和头部由于有座椅和头枕的支撑，会得到保护。但是这时候颈部是没有支撑的，从而就会承受很大的压力，对颈部造成伤害。,whips 工作原理,头颈部保护系统会在发生碰撞时，头枕会适当向后溃缩，同时座椅适当后倾，这样来减少碰撞对颈部带来的冲击。 头颈部保护系统最早是由沃尔沃汽车公司发明的，后来被其他汽车公司广泛使用。,whips一般设置于前排座椅。 当轿车受到后部的撞击时，头颈保护系统会迅速充气膨胀起来，其整个靠背都会随乘坐者一起后倾，乘坐者的整个背部和靠背安稳地贴近在一起，,简单原理,靠背则会后倾以最大限度地降低头部向前甩的力量，座椅的椅背和头枕会向后水平移动，使身体的上部和头部得到轻柔、均衡地支撑与保护，以减轻脊椎以及颈部所承受的冲击力，并防止头部向后甩所带来的伤害。,go,座椅处于正常状态,座椅向后水平移动50mm,座椅向后倾斜15,工作过程,追尾事故发生时，人的背部会陷入椅背，当弹簧拉长到一定长度后，逆时针转动，椅背和头枕会向后水平移动50mm，接着弹簧被压缩，椅背和头枕向后倾斜15，在此过程中，身体的上部和头部得到轻柔、均衡的支撑和保护，与未配备whips的座椅相比，可将颈部所受到的冲击力削减40%50%，防止人体最脆弱的颈部受到终身或致命的伤害。这一装置可以大大降低相对时速30km/h以下的追尾事故对人的伤害，而这正是大多数追尾事故发生的时速范围,为了更好提供更完善的乘员颈椎保护，各国厂商纷纷开发了多种技术。技术主要围绕两方面展开的： 一是头枕和座椅本身的智能形态和结构设计技术，如果这些已经能提供足够和理想的保护，相对昂贵的激活头枕系统就会被淘汰； 二是头部和头枕之间的距离调节控制技术。正常驾驶条件下，我们总希望头部和头枕间具有相对大的距离，这样头部才有一定的运动自由度和最大的舒适性，但是在发生碰撞时，我们总希望这个距离是最小值，因为该距离对颈椎区损伤防范至关重要。根据这两大技术研发诉求与座椅、头枕侧重点的不同组合，当前主流头颈保护措施大致可以分成rhr、pahr、ras、pas等四大类。,引申拓展,（一）rhr（reactive head restraint），即感应式头枕，是指：在碰撞事故中，通过乘客的重量作用在座位上启动防护装置，头枕自动向前、向上移动。 （二）pahr（pro-active head res