被动安全系统.ppt

随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，每年都有成千上万的人死于车祸，更有许多人因车祸受伤致残。车祸迫使人们更加关注汽车的安全性，同时也迫使汽车生产厂家在汽车上装备乘员安全保护装置。,乘员安全保护装置可分为主动保护装置和被动保护装置两种。主动保护装置能够依靠其本身的结构来保证汽车在行驶过程中的安全性，如ABS，能够在汽车制动时防止汽车侧滑甩尾，从而保证乘员的安全。（被动保护装置在汽车发生事故时，保护乘员或减轻乘员的伤害程度。安全带和安全气囊就属于被动保护装置。其中，安全带在被动保护过程中起主要作用，而安全气囊起辅助作用，它可以弥补佩带安全带后仍不能保护乘员头部、面部和胸部的缺陷。,事故前）,事故后）,第3章车身电控系统的新技术,第一节被动安全系统,汽车的安全性分为主动安全性和被动安全性。被动安全主要是指在发生危险的情况下，汽车保护驾驶员或者乘员的生命财产安全的能力或者性能，如汽车的碰撞安全性。目前的一些被动安全装置主要有：车身结构抗撞设计。前驱车主要有：多安全气囊、安全带、3H车身结构、前部逐渐吸能设计、边框型底架、预紧和载荷限制式安全带、主动式头枕、可溃式制动踏板、及可溃性转向柱等。后驱轿车先进的被动安全设备有：大型车架、加长车身吸能缓冲区、可溃式转向柱、预紧和载荷限制式安全带、多气囊、侧围全钢防撞杆等。,安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。为了减小汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员前端方向盘中央普遍装有安全气囊系统，有些汽车在驾驶员副座前的工具箱上端也装有安全气囊系统。,汽车安全气囊系统（SupplementalRestraintSystemSRS）是轿车上的一种辅助保护系统，也称空气袋（AIRBAG）。当汽车遭到正面或侧面严重冲撞时能很快膨胀的缓冲垫，与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供有效的防撞保护，可有效降低汽车乘员及驾驶员的伤亡率，是拯救乘员生命的重要装置。应该指出的是SRS系统实际上是安全带的辅助装置，只有在使用安全带的条件下，SRS系统才能充分发挥保护乘员的作用。,一、安全气囊,汽车发生碰撞事故时，在惯性的作用下，司机和乘客会高速撞向方向盘等车内部件，受到伤害。在汽车上安装安全带和安全气囊等保护系统，可以在撞车时把乘客约束在座椅上，限制乘客头部、胸部的移动距离，避免与车内部件发生剧烈碰撞，从而起到保护作用。所以也把这种保护系统叫做乘员约束系统（SRS）。,一、安全气囊的作用概念也成辅助乘员保护系统（SupplementalRestraintSystem，简称SRS）or（SafetyAirBagSystem）。SRS的作用在发生碰撞后迅速在乘员和车内部件之间打开一个充满气体的袋子，让乘员扑在气袋上。通过气袋的排气节流阻尼吸收乘员的动能，使猛烈的车内碰撞得以缓冲，以达到保护乘员的目的。,第一节概述,一、安全气囊,据美国官方公布的数字，1986年至1997年2月15日，安全气囊共挽救了1828人的生命(1639名司机，189名乘员)。安全气囊同时也有副作用。在上述时间段内，气囊造成38名儿童、21名司机、2个乘员死亡。这些主要发生在低速碰撞的情况。造成死亡的原因有如下几种：儿童及儿童座椅靠近气囊；碰撞前的制动使得儿童更加靠近气囊。气囊主要造成头和颈部伤害。另外矮个子司机受到的伤害也是类似原因,安全气囊的发展1958年发明并申请了专利美国通用汽车公司在1974-1976年间安装了大约一万套气囊系统，但是，由于技术上的原因又停止了生产从1970年到1990年的20年间，欧、美关于安全气囊方面的专利只有106项，而从1990年到1994年4月，有专利464项。在美国，到1995年，前排乘员的气囊安装率已超过60。法规规定在1997年9月1日后出厂的轿车中100安装司机侧和前排乘员侧气囊。在欧洲则是标准装备和选件并存，现在新车型基本都安装有安全气囊。,安全气囊的组成与工作原理,一、安全气囊组成、工作原理驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，当您看见方向盘上标有“SRS”或“Airbag”字样，就可知此车装有安全气囊。安全气囊系统主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等组成。,安全气囊的组成部分,传感器和微处理器用以判断装车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀；气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50至90升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤；气囊中所用的气体多是氮气或一氧化碳。,安全气囊（SRS）系统由碰撞传感器、控制单元、气囊、爆燃式安全带张紧器、螺旋导线单元等组成，,当汽车遭受前方一定角度碰撞时，安装在汽车前部角上的碰撞传感器根据撞车性质和强度，将检测到的汽车突然减速的情况变成电压信号，输送给SRS的控制单元，以便判断是否发生碰撞。气囊为终端引爆元件。控制单元接通气囊组件中的点火器（电雷管）电路，电雷管引爆使点火剂（炸药）受热爆炸（电热丝通电发热引爆炸药）。点火剂引爆时，迅速产生大量的热量，使充气剂（叠氮化纳固体药片）受热分解，释放出大量的氮气，使气囊完全打开，将人体和前方与车内部件之间的硬性碰撞变成弹性碰撞，通过气囊的产生变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的能量，从而达到保护人体的作用。,工作过程：,说明：气囊的打开与否与撞击角度和撞击速度有关，撞击力要来自正的方向，速度30KM/h左右。,图11-8安全气囊系统的动作时序图,二、安全气囊动作过程,碰撞后SRS经历的的动作时间状态0ms遭受碰撞10ms微处理器工作30ms点火装置起动50ms高压气体进入气囊80ms气囊向外膨胀,二、安全气囊动作过程,碰撞后SRS经历的的动作时间状态110ms气囊完全胀大人体前移,气囊上有小孔排气,其中控制单元为控制中枢，包括：或电子加速度传感器，CPU中央处理器、诊断数据存储器、蓄能器和碰撞数据记录器。具有自检、监控、故障存储、引爆指令及撞车记录等功能。安全气囊是座椅安全带的辅助装置，只有在正确使用安全带的基础上，该系统才能充分发挥保护驾驶员和乘员的作用。,当点火开关拨到ON位置并且车辆未启动时，安全气囊控制单元会对系统进行一次自检，此时在仪表板上的气囊指示灯应该是点亮的，如果系统没有故障，6S以后气囊指示灯便会自动熄灭，并且在以后的发动机启动以及正常行驶过程中，安全气囊指示灯都不会在点亮。如果打开点火开关之后，安全气囊指示灯一直点亮或闪亮，则说明安全气囊系统已经存在故障码。如果打开点火开关之后，安全气囊指示灯不亮，或在启动或行驶过程中安全气囊指示灯亮起，则说明安全气囊系统也存在故障，此时应读取安全气囊系统故障码并进行维修。,二、安全气囊的分类,目前常见的安全气囊有：正面气囊头部重点保护驾驶员和乘客的胸部和面部；侧气囊和侧安全气帘(左右各一个)安装在车辆侧面A柱与C柱之间，用于保护乘客头部和腰部的安全，减轻侧面撞击对头部的伤害；膝部气囊重点保护驾驶员和乘客的膝盖；头颈部保护系统最早是由沃尔沃汽车公司发明的，重点保护驾驶员和乘客的后头部和颈部，现在被其他汽车公司广泛使用；后向式儿童安全座椅可将对儿童头颈部的伤害减少一半。,气囊装在哪里,侧面安全气囊安装在前排座椅的侧面，侧气帘安装在B柱、C柱。侧面安全气囊使得前排乘员在侧面碰撞时不至于受到由于车厢变形而造成的严重伤害。侧气帘则对前后排乘员的头部和腰部。提供保护。侧面传感器分别在车身侧面60范围内实施监控。,前排双安全气囊，分别安装在转向盘下和仪表板的右部。安全气囊是整车被动安全型的重要组成部分，在车辆发生碰撞时气囊使驾驶员和副驾驶员可受到像气垫那样的缓冲减震。安全气囊传感器可在车身前部60范围内监控危险。正面防护安全气囊主要保护人员的面部与胸部。,注意：如果在乘员和气囊中间有什么物件，气囊就可能无法正常膨开，或者可能会将此物件打到乘员身上，导致严重伤害甚至死亡。因此，在气囊膨开的空间内不能有任何东西，千万不要在转向盘上或气囊罩盖附近放置任何东西。,图11-1安全气囊组成图,大多数气囊控制模块（ECU）都安装在车身中部靠近挡把的位置,饰盖裂纹,饰盖,气囊,气体发生器,点火信号线,上盖,充气孔,下盖,金属滤网,引爆炸药,电热丝,点火控制器药筒,充气剂,8.高压气瓶,5.通往气囊的气到,6.点火器2,7.充气器2,1.点火器1,2.充气器1,3.活塞,4.密封膜片,炸药,药筒,引药,电热丝,陶瓷片,永久磁铁,导线,绝缘套管,绝缘垫片,电极,电热头,药托,安全气囊并不是在任何碰撞中都会启动，只有满足碰撞角度（汽车受撞击方向与车辆的中心线夹角）小于30度（发生正面碰撞，且方向在汽车总轴线两侧30度）和碰撞强度足够大这两个条件时才启动。即正面冲击力同汽车轴线夹角必须小于30度，才能使气囊胀开。如果车速不超过20km/h是不会启动的。因为低于20km/h的车速发生碰撞，虽然能够损坏车头，但是车头的塑性变形区和安全带已经可以为乘员提供有效的保护。因此，此时安全气囊不需要启动。一般情况下，安全气囊会在超过30km/h左右以上的速度发生撞击才会启动。,在发生碰撞时会根据碰撞的严重程度分级展开。安全气囊组件中两个充气发生器单独触发。轻微碰撞触发小功率展开发生器；严重碰撞触发大功率展开发生器，从而为驾乘员提供更大程度的保护。,2.多级安全气囊,预紧式安全带（PRETENSIONERSEATBELT）也称预缩式安全带。它的特点是当汽车发生碰撞事故的一瞬间，乘员尚未向前移动时它会首先拉紧安全带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除了普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在0.1秒左右加强对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。,该系统由电子触发装置（与气囊共享）、安全带卷收器、能量储备装置等组成。由电子控制单元（ECU）检测到汽车加速度的不正常变化，经过ECU处理将信号发送至卷收器的控制装置，当超过给定的减速度界限值时，电子控制系统便发出点火指令，通过点燃触发器内的工作介质，形成高压推动活塞运动，活塞以较高的速度冲向相关的机械部件带动安全带卷筒转动，使安全带能够进一步勒紧乘员的身体。,在发生严重的正面碰撞事故时，传感器接收到碰撞的信号，火药燃爆，瞬间可产生回卷力把安全带向内收紧。从而牢固约束乘员，配合随后打开的安全气囊，发挥最大的保护作用。预锁紧式安全带只能起到锁止安全带拉出的效果，远不如燃爆式安全带。如果是正面的轻微碰撞、侧面碰撞或后面碰撞，燃爆式安全带(图)不会点火，仅启用预锁紧方式保护乘员。当车祸发生时，如果没有系安全带，而安全气囊引爆，由于安全气囊引爆时的力量很大，容易造成乘员的颈骨骨折，成为另一个导致乘员人身安全受损的因素。所以许多车不系安全带的情况下不会引爆安全气囊。只有车辆受到来自正前方强烈的撞击，危及乘员生命安全时，安全气囊才会展开，且必须在系好安全带的前提下才能发挥作用。,3.燃爆式安全带,爆燃安全带收紧器的工作原理是：当收紧器点火器接通电源时，电雷管引爆，充气剂受热分解，活塞在膨胀气体的作用下迅速移动，并推动收紧器的弹簧装置将安全带迅速收紧（8毫秒内，能将安全带收紧10厘米）驾驶员和乘员向前移动距离缩短，从而防止受伤,当汽车行驶速度较低（低于30Km/h）时，碰撞产生的减速度和惯性力较小，防护传感器和中心传感器将此信号送到SRS电脑，电脑判断为不必引爆SRS气囊，仅引爆座椅安全带收紧器的点火器；同时，向左，右收紧器发出点火指令使安全带收紧，防止驾驶员和乘员遭受伤害。当汽车行驶速度较高（超过30Km/h）时，碰撞产生的减速度和惯性力较大，防护传感器和中心传感器将此信号送到SRS电脑，电脑判断结果为需要SRS气囊和收紧器共同作用来保护乘员的安全。安全气囊爆出，安全带收紧器收紧从而达到保护的目的,汽车安全气囊系统的基本功能,名词：一次碰撞：汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞；二次碰撞：一次碰撞后，驾驶人和乘员由于惯性力运动与车内的方向盘、玻璃能构件发生的碰撞。为了减轻或避免二次碰撞带来的伤害，汽车上装备了座椅安全带和安全气囊系统等被动保护装置。,安全气囊的主要作用是在驾乘人员使用安全带的情况下，遇有意外碰撞时有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤。,要保证安全气囊真正起到安全的作用，驾乘人员一定要养成良好的驾乘习惯，保证胸部与方向盘保持一定距离。而最有效的措施就是系好安全带，安全气囊只是辅助安全系统，需与安全带配合使用才能发挥最大的安全保护效果。,汽车对安全气囊的要求,1可靠性高：使用期限为7-15年2安全可靠：能正确区分制动减速度和碰撞减速度的区别。3灵敏度高：当汽车发生碰撞时，在二次碰撞前打开；4有防误爆功能：减速度过低，轻微碰撞不能引爆；5有自动诊断功能6电控安全气囊有备用电源，当汽车发生碰撞电源损坏后还能引爆安全气囊。,安全气囊系统部件的结构与原理（一）安全气囊传感器安全气囊传感器在防撞安全气囊系统中用来测定碰撞强度，将其碰撞强度转换成电信号，输入电子控制装置。又叫碰撞传感器。它安装在车身前部（前碰撞传感器）和中部（中央碰撞传感器），一般设有3-4个。前碰撞传感器一般为2-3个，一般安装在车身两侧的前翼子板内侧或两侧前照灯支架下面或发动机散热器支架左右两侧等防护碰撞传感器又称为安全碰撞传感器或侦测碰撞传感器，一般与SRS电脑组装在一起，安装在驾驶室中部变速杆前，后的装饰板下面,（1）碰撞传感器,（1）碰撞传感器对于各汽车制造厂生产的车辆，碰撞传感器的安装位置不尽相同，而且碰撞传感器的名称也不统一，例如有些碰撞传感器按照工作原理也称为加速度传感器。按照用途的不同，碰撞传感器分为：触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的减速度或惯性，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。,滚球式碰撞传感器的工作原理如图所示。1.当传感器处于静止状态时，在永久磁铁的磁力作用下，导缸内的滚球被吸向磁铁，两个触点未被连通，如图(a)所示。2.当汽车遭受碰撞，滚球的惯性力大于永久磁铁的吸力时，惯性力使滚球克服磁铁的吸力沿着导缸向左运动，将两个触点接通，接通SRS气囊的搭铁回路。如图（b）所示，日产，马自达等汽车即采用此种传感器。,当汽车发生撞击时，振动块振动，缓冲介质随之振动，使电阻应变计的应变电阻发生变形，从而使其电阻值也发生变化，经信号处理与放大后，传感器S端输出的信号电压就会发生变化。SRS电脑根据电压信号强弱便可判断碰撞的程度。如果信号电压超过设定值，SRS电脑就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂，使充气剂受热分解产气体给气囊充气,电阻应变计式碰撞传感器,电子式碰撞传感器：电阻应变计式和压电效应式,水银开关式碰撞传感器水银开关式碰撞传感器一般用作防护传感器，其结构如图所示,它时利用水银导电的特性控制气囊电路的通断。当汽车发生碰撞时，减速度将使水银产生惯性力。惯性力使水银运动方向上的分力将水银抛向传感器电极，使两个电极接通，从而接通气囊点火器电源电路,安全传感器,座椅位置传感器,它附于驾驶人座椅的滑轨上，用于检测座椅位置的滑动位置。通过座椅传感器来检测、判断座椅位置。,传感器后移座椅位置后移，传感器前移，座椅位置前移。,丰田汽车SRS部件的安装位置,气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊及饰盖等组成，如图所示。,气囊组件,驾驶员侧气囊,智能化安全气囊,通过改进算法和传感器，能够评估碰撞能量和类型是否系安全带识别乘员位置和重量识别座椅和靠背的倾斜识别使用与乘员质量有关的安全带收紧器建立CAN网络共享其他系统数据，如速度、制动、车门关闭等,乘员保护系统研究方向,发展低能量气囊，减少气囊对离位乘员、儿童乘员的伤害。研究侧撞气囊、翻滚气囊等保护装置。研究智能保护系统。研究膝部、小腿、踝部的保护装置。,自动避让系统,自动避让系统通过雷达等探测装置随时监测路面状况。在汽车运行中探测汽车运动方向上的障碍物。可以根据距离周围车辆的远近而自行调整车速，使车辆间保持一个安全的距离，减小发生碰撞的可能。一旦发生紧急情况，碰撞事故在所难免，它可以发出警报并自行采取刹车等措施，而无需驾驶员的操作。从而大大减轻碰撞的程度甚至完全避免事故，为乘客提供了更有效的保护。,智能保护系统,智能保护系统是世界各气囊厂家和汽车生产商所致力研究的新型乘员保护系统。它将安全带、气囊、乘员感知系统、碰撞预测系统等集成在一起，成为完善的保护系统，能在各种情况下对乘员起到最佳保护作用。,乘员感知系统,乘员感知系统包括乘员存在探测和乘员位置传感两个方面乘员存在探测系统(OSS)的作用是当有儿童座椅时，气囊不点爆；当乘客座无人乘坐时，气囊不点爆。乘员存在探测可运用座椅承重传感器、电感变化原理、超声波测距、电容变化原理等乘员分类系统、儿童座椅自动识别,乘员位置传感系统当乘员离方向盘太近时，屏蔽气囊并发出报警；当乘员离方向盘较近，但仍在气囊膨胀区以外，提前触发气囊；乘员离方向盘较远，应延缓触发；如果使用多级触发气囊，选择气囊的点火级数；将乘员信号与碰撞强度信号综合构成智能安全约束系统(ISRS)，使安全带、正面气囊、侧面气囊等其余被动安全设施协调作用，达到最佳保护效果；进一步，乘员的信号也可用于调节车内温度、音响等，提高乘员的舒适性。,事故后呼救系,事故后呼救系统可以在碰撞后，立刻通过全球卫星系统把事故情况通知给交通管理中心和救护中心，并指引救护人员准确赶到事故地点，实施抢救。这样，可以保证救护的顺利进行，最大限度地挽救伤员的生命。,1.车身结构抗撞设计车身结构抗撞性研究包括车身结构特性、车身材料、能量管理、波形控制等。通过碰撞试验和CAN仿真分析，可以对车身结构的合理性和有效性进行验证，以提高车身结构抗撞设计，进而提高车辆被动安全性能。对于车身结构抗撞性研究主要包括车身结构特性，如发动机舱盖受撞击后变形后结构是否有缓冲作用（图3-3）。有些车壳感觉不够硬，但发生车祸时正是这不够硬车壳的缓冲作用明显降低损失。车身在不同部位采用不同材料，将超高强度钢、高强度钢、中等强度钢及压延铝合金组成多刚体车身，在乘客周围形成的碰撞吸能区。另外坚固的笼形车身设计，保险杠和车身底板的综合设计最大限度的减少和缓冲受撞击后的损失。提供更加好的碰撞稳定性,形成一个较为安全的车厢。,二、其他被动安全装置,b)坚固的笼形车身设计,a)车身在不同部位采用刚度不同的材料减少和缓冲受撞击后的损失,采用3H高刚度车身，并改进车身前部设计，以满足正面撞击时车身变形的需要，在发生偏向正面撞击时，也能确保车身刚度以防止乘员舱变形。同时还加强了A柱和车身主要部分的强度。为增加后座乘员的头部空间，抬升了车顶侧部曲线。,所谓的3H车身就是分别在两侧车门框架和车顶部位加置一层加强筋，形似三个字母“H”，所以称为3H高强度车身。,速锐是参考了最新版C-NCAP五星安全标准进行设计，采用了3H高刚性车身、整体式冲压侧围、四门加强型防侧撞钢梁等，拥有立体、封闭的高强度框架形成高刚性的乘员舱结构，高强度钢板使用率高达50%，从而达到全方位的安全防护。与此同时，速锐在A柱、B柱、顶盖横梁、地板横梁等关键部位采用超高强板。众所周知，高强度钢板的大量使用不仅可以降低钢板厚度，减轻重量同时还可以增加车体强度和刚性。速锐超高刚性车身，给驾乘者提供了同级车中最大限度的撞击保护。,此外，汽车保险杠是吸收和减缓外界冲击力、防护车身前后部的安全装置。据了解，速锐前后防撞梁、吸能盒、纵梁在用采用超高强度钢板的同时，多处设计有N型诱导槽，引导防撞梁、吸能盒、纵梁等在碰撞时更好的压溃和吸能，充分利用乘员舱外缓冲吸能空间，最大程度地减少在碰撞时的车身变形，从而保障客舱的生存空间。,制动踏板为防侵入式设计，可有效减少正面碰撞时驾驶员脚部受伤的风险。在正面碰撞或者严重结构变形时，制动踏板向驾驶员运动的范围减少50mm（图3-4），降低了碰撞时驾驶员脚部和制动踏板的接触力，减少碰撞对乘员的伤害。,2.防侵入式制动踏板,国外的权威结构曾经对交通事故所造成的伤害做过大规模的调研与分析，在这次调查中发现了一个很奇怪的现象，那就是在重大交通碰撞事故中，有相当比例的车辆驾驶员的右腿受到很严重的腿步创伤，很多驾驶员的脚部粉碎性骨折，严重的甚至造成肢体残疾，带来终身的遗憾。研究人员对这一奇怪的现象进行了仔细的分析，最后终于找出了其中的症结，原来在交通事故发生的瞬间，至少有超过90%的驾驶员是在做紧急刹车的动作，而紧急刹车这一动作又恰恰是用右脚猛力的踩刹车踏板。从交通事故的另一方面分析，车辆碰撞发生的瞬间，有一股很强的冲击力通过刹车踏板从反方向传递给驾驶员的右脚，这样一前一后驾驶员的右脚其实受到了双倍的冲击力，而这股冲