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第十章安全气囊 提问 数据引出 1 回顾学过的那些安全系统2 1 在美国的交通事故当中 安全气囊已保护了约14200人的生命 2 在德国 自1990年以来 安全气囊阻止了2500例发生重大伤害的交通事故 3 在法国 每年大约有650人因安全气囊保护避免死亡 当然在我国挽救的人数更多 4 安全气囊在严重的碰撞事故当中能够保护约三分之一的人员生还 5 六分之一的驾驶员或前排乘客能够在碰撞中得到安全气囊的保护而被拯救 6 据统计全球每年都有约120万人死于交通事故 安全气囊可以使驾驶死亡率减少了30 并且可以减少80 左右的头部及颈部的伤害 对于胸部的伤害也可以降低二到三成 本课学习内容 一 什么是安全气囊 二 安全气囊的作用三 安全气囊的组成四 安全气囊系统传感器的工作原理五 安全气囊的有效范围 一 什么是安全气囊 在发生严重的正面碰撞 为了减少驾驶员或前座乘客或面部撞在方向盘或仪表板上的可能性 在方向盘和仪表上张开一气袋 一般安装在车内前方 正副驾驶位 侧方 车内前排和后排 和车顶三个方向 在装有安全气囊系统的容器外部都印有SupplementalInflatableRestraintSystem 简称SRS 的字样 直译成中文 应为 辅助可充气约束系统 旨在减轻汽车碰撞后 乘员因惯性发生二次碰撞时的伤害程度 二 安全气囊的作用 当汽车发生碰撞事故时 汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞 乘员和汽车内部结构之间的碰撞称之为二次碰撞 由于惯性的作用 当汽车急剧降速时 乘员要保持原来的速度向前运动 于是就发生了乘员和方向盘 仪表板 挡风玻璃等之间的碰撞 从而造成了乘员的伤亡 汽车安全气囊的基本思想是 在发生 次碰撞后 二次碰撞前 迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子 使乘员扑在气袋上 避免或减缓二次碰撞 从而达到保护乘员的目的 三 安全气囊的组成 安全气囊系统由碰撞传感器 电控单元 系统指示灯和气囊组件等组成 车前传感器 感测正面低速受到的冲击信号碰撞传感器中央传感器 感测发生高速碰撞的信息安全传感器 防止系统在飞碰撞情况下引起气囊误动作电控单元 接收碰撞传感器及其他各传感器输入的信号 判断是否点火引爆气囊充气 并对系统故障进行自诊断 安全气囊的组成 系统指示灯 指示安全气囊系统功能是否处于正常状态 1 当启动汽车 如果SRS指示灯发亮或闪烁约6s后自动熄灭 表示安全气囊正常 2 若6s后SRS指示灯依旧闪烁或不熄灭 表示安全气囊有故障 3 如果汽车点火开关接通后SRS指示灯不亮 或在汽车行驶当中发亮或闪烁 说明有故障 安全气囊的组成 安全气囊 用聚酰胺织物制成 内层涂有聚氯丁二烯 用以封闭气体 聚酰胺组织物 尼龙聚氯丁二烯 橡胶气囊 从开始充气到充满的时间为0 5s从受到碰撞到气囊收缩2s左右一眨眼的时间肉眼很难识别 安全气囊的组成 气囊组件 气体发生器 有点火器引爆点火剂时 产生气体并向安全气囊充气 使气囊膨开 安全气囊的组成 点火器 引爆点火剂 产生热量使充气剂分解 四 安全气囊系统传感器的工作原理 碰撞传感器 碰撞传感器相当于一个控制开关 碰撞传感器是安全气囊系统中的控制信号输入装置 其作用是在汽车发生碰撞时 由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号 并将信号输入安全气囊电脑 安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气 碰撞传感器种类 碰撞传感器多数采用惯性式机械开关结构 相当一只控制开关 其工作状态取决于汽车碰撞时加速度的大小 按结构可分为机械式 水银 电子式两种 机电式有滚球式 滚轴式 偏心锤式 安全气囊系统传感器的工作原理 机电式碰撞传感器的分类 滚球式 滚轴式 偏心锤式 机电式 安全气囊系统传感器的工作原理 滚球式碰撞传感器 尼桑和马自达轿车上均有使用 安全气囊系统传感器的工作原理 滚柱式碰撞传感器 丰田 本田 三菱轿车上均有使用 止动销 滚轴 滚动触头 固定触头 安全气囊系统传感器的工作原理 偏心锤式 丰田 马自达轿车上均有使用 偏心锤式碰撞传感器的工作原理 安全气囊系统传感器的工作原理 水银式碰撞传感器 安全气囊系统组件工作过程 当汽车发生碰撞时 碰撞传感器将检测到的碰撞强度信号传递给安全气囊电控单元 安全气囊电控单元根据存储器内存储的数据与检测到的信号进行比较 如果确认达到了设定的强度范围 就会发送指令给气囊组件内的点火器 使其点燃可燃气体 引爆气囊 从而保护驾驶员和乘员不受伤害 当安全气囊系统电路系统发生故障时 安全气囊电控单元将点亮SRS指示灯 以提醒驾驶员安全气囊系统需进行检修 五 安全气囊的有效范围 安全气囊系统并非在所有碰撞情况下都能起作用 正面防撞安全气囊系统在汽车正前方或斜前方 30 角范围内发生碰撞 且其纵向减速度达到某一值时 系统才能工作 在下列条件之一的情况下 安全气囊系统不会动作 汽车遭受侧面碰撞超过斜前方 30 角时 汽车遭受横向碰撞时 汽车遭受后方碰撞时 汽车发生绕纵向轴线侧翻时 纵向减速值未达到设定阙值 汽车正常行使 正常制动和在路面不平的道路上行使时 注 侧面安全气囊系统只有在遭受到侧面碰撞且横向加速度达到设定阙值时 才能引爆使气囊展开 而不会引起正面防撞安全气囊动作 安全气囊的有效范围 安全气囊的有效范围 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 六 安全气囊的分类 按保护对象和方位分类1 驾驶座安全气囊驾驶座安全气囊都安装在方向盘上 早期在安全气囊刚刚普及时 一般只有驾驶员才配备有安全气囊 而随着安全气囊的重要性日益凸显 大多数车型都配备了主副驾驶安全气囊 2 侧气囊侧气囊是安装在座椅外侧的 目的是减缓侧面撞击造成的伤害 现在很多厂家的车型都会标配前排两个座椅的侧气囊 而装配后排侧气囊的车型则很少3 膝部安全气囊用来降低乘员在二次碰撞中车内饰对乘员膝部的伤害 汽车对安全气囊的要求 4 头部气囊头部气囊主要针对侧撞时乘车人的头部进行保护 B柱侧 窗玻璃 甚至安全带侧面支撑扣都有可能成为车祸中的杀手 那么头部气囊就会把成员和这些东西隔开 5 行人安全气囊行人安全气囊是由丰田公司最先发明 但沃尔沃却是第一个把这项技术应用到量产车上的品牌 沃尔沃对外发布将把 行人安全气囊 这项安全技术配备在即将推出的V40之中 这项技术的应用可以使行人与车辆发生碰撞时进一步减轻行人受到的伤害 行人安全气囊图 七 安全气囊的分类 按气囊数量分类1 单气囊目前在国内生产的中低档轿车中标配的气囊个数是1 2个 一般都是在车辆的驾驶和副驾驶位置各一个 用来保护前排成员在车辆发生猛烈撞击时对胸部和脑部的有效保护 2 四气囊在一些中档的B级车中 一般都会装有四个气囊除了位于驾驶 副驾驶位的两个 在它的侧面车门内也装有两个 3 多气囊在一些高档车中像以安全性著称的 瑞典的沃尔沃轿车车型中全车配备了6个气囊和18个气帘 分别位于车内前排正副驾驶位 前后车门两侧各两个 18个气帘分布在前后挡风玻璃处 侧面视窗处 对来自各个方向的撞击提供最有效的保护 四 安全气囊的分类 按总体结构分机械式安全气囊机械式安全气囊系统不需要电源 没有电子电路和电路配线 全部零件组装在转向盘装饰盖板下面 检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用机械装置动作来完成的 电子式安全气囊目前汽车上广泛采用的是电子式安全气囊 全课总结 布置作业 总结 通过这节课的学习 你对安全气囊有了多少了解 安全气囊的分类 按点火系统分 电子式 机械式按气囊数目 一个 二个 四个 八个 16个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 识别 SRS 黄色标签 第2页 基本的安全气囊系统组成 安全气囊碰撞传感器安全传感器控制器线束螺旋弹簧 第3页 图1 图2 图3 图4 气囊系统的工作过程 安全传感器 碰撞传感器 电脑 驾驶侧气袋 乘客侧气袋 碰撞程度 气袋张开 电控工作过程 第4页 安全气囊系统的组成及工作原理 碰撞传感器 检测汽车碰撞强度的信号 并将信号输入给安全气囊ECU 安装于汽车前部的碰撞传感器叫前碰撞传感器 安装于安全气囊ECU内部的碰撞传感器叫中央传感器 安全传感器 安全传感器也叫做保险传感器 防止安全气囊系统在非碰撞的情况下发生误引爆 安全传感器安装在安全气囊ECU内部 通常有两个安全传感器 气袋张开 吸收能量 保护乘员过程 气袋刚张开 气袋完全张开 气袋泄气吸收能量 气袋泄气碰撞结束 第5页 工作范围 第6页 安全气囊 安全气囊的组成发火极 引发药柱 气体发生剂 气囊 第7页 气袋或气囊 安全气囊张开的工作原理 安全气囊控制器给发火极 电炉丝 通电 发火极发热 引爆引发药柱 炸药 会产生高温 它爆炸所产生的高温使气体发生剂分解 产生N2 安全气囊引爆的残留物 滑石粉 碱 NaOH 碳酸钠等 第8页 安全气囊的放置 第9页 控制器 控制器分类按碰撞后是否可以使用可以 有些丰田车 三次 宝马 不可以 大众车 奔驰等还要编程 第22页 碰撞传感器 碰撞传感器的类型半导体和机械式碰撞传感器安装位置与识别龙门架 叶子板 控制器内部 第16页 传感器的结构与原理工作原理 偏心锤式传感器的结构与原理 外型如图 安全传感器 气囊组件 由气体发生器 点火器 气囊 饰盖和底板等组成 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杂货箱上方 气体发生器 作用是在有效的时间内产生气体 使气囊张开 气体发生器由上盖 下盖 充气剂 叠氮化钠固体药片 和金属滤网组成 金属滤网安装在气体发生器的内表面 用以过滤充气剂和点火剂燃烧产生的渣粒 气体发生器是利用热效反应产生氮气而充入气囊 在点火器引爆点火剂瞬间 点火剂会产生大量热量 叠氮化钠药片受热立即分解 产生氮气并从充气孔充入气囊 虽然氮气是无毒气体 但是叠化氮钠的副产品有少量的氢氧化钠和碳酸氢钠 白色粉末 这些物质是有害的 因此在清洁膨胀后的气囊时 应保持良好的通风并采取防护措施 气体发生器的结构 点火器 气囊 驾驶员侧的气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成 橡胶涂层起密封和保护作用 气囊背面有2个泄气孔 乘客侧气囊没有涂层 靠尼龙布本身的孔隙泄气 安全气囊SRS指示灯 SRS指示灯位于仪表板上 按通点火开关时 诊断单元对系统进行自检 若点亮6s后熄灭 表示安全气囊系统正常 若6s后SRS指示灯依然闪烁或一直不熄灭 表示安全气囊系统有故障 提示驾驶员应进行维修 安全气囊ECU 安全气囊ECU由中央处理器CPU 只读存储器ROM 随机存储器RAM I O接口 驱动器等电子电路组成 同时 安全气囊ECU内部还有安全传感器 备用电源 稳压电路和故障自诊断电路等等 安全气囊ECU结构 自己想去 ECU电控系统的原理 乘员伤害指标 HIC定义 乘员头部伤害指标HIC 胸部位移ThPC 腿部伤害受力FPC 我国法规规定 碰撞后乘员头部伤害指标HIC 1000 胸部位移ThPC 75mm 腿部伤害受力FPC 10kN 安全气囊目标点火时刻 安全气囊系统目标点火控制策略要求 准确的点火 防止误点 漏点和迟点 目前 国际汽车界普遍采用的是5in 30ms的准则作为点火控制准则 其含义是汽车碰撞过程中 乘员向前移动5in时刻的前30ms时刻是气囊目标点火时刻 安全气囊点火控制算法 加速度法 这种算法是通过测量汽车上的加速度信号来实现的 当加速度信号超过预先设定的阈值就发出气囊点火信号 使气囊充气 速度变量法 通过对测得的加速度信号计分即可得到速度变化量 当速度变化量超过预先设定的阈值时就发出点火信号 加速度坡度法 在对加速度求导之前 先对测量得到的信号进行低通滤波 在对滤波过的信号进行求导得到加速度的坡度 当这指标超过预