第8章电子控制安全气囊系统.ppt

1、汽车电子控制技术，第8章电子控制安全气囊系统，8.1概要，安全气囊(Supplemental Restraint System，SRS )，也被称为辅助乘员保护系统。 是汽车碰撞急减速时能够立即膨胀的缓冲垫，是能够保护车内乘员不与车室内碰撞的被动安全装置，具有不受约束、使用方便、美观等优点。 近年来，世界汽车市场竞争激烈，随着安全气囊制造成本的降低，以往仅在高档车中作为选择使用的安全气囊，现在作为标准品被安装在小型、紧凑的轿车上。 8.1.1气囊分类，1 .根据碰撞类型，气囊可分为正面碰撞防护气囊系统、侧面碰撞防护气囊系统和顶部碰撞防护气囊系统。 正面碰撞防护气囊系统在欧美车辆驾驶员和副驾驶员

2、中具有较高的安装率。 根据实际交通事故统订，安全气囊与3点式安全带组合使用，对正面碰撞事故中的乘员有更好的保护效果。 侧面碰撞防护气囊系统和顶部碰撞防护气囊系统也逐渐普及。 2 .根据安全气囊安装数量，安全气囊安装数量可分为单气囊系统(仅安装在驾驶员侧)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 .根据气囊的触发机构，根据气囊的触发机构分为电子式和电气机械式两种。 电子式安全气囊只有一个减速修正，一般安装在车室的前方。 机电式气囊在车辆前方需要多个传感器。 为了将偶然引起膨胀的可能性降到最小，同时共用两机构，只有在两机构的传感器感知到一个冲击的情况下，气囊才会动作膨胀。8.

3、1.2安全气囊系统的基本构成、安全气囊系统主要由传感器、安全气囊组件、气体发生器、电子控制装置(ECU )等构成，如图8.1所示。 8.1.3安全气囊系统的工作原理，当汽车受到前方一定角度范围内的碰撞时，汽车前部和安装在SRS ECU内部的碰撞传感器将检测到汽车急减速的信号，并向SRS ECU输入信号以判断是否发生了碰撞。 当汽车相撞，减速度达到设定值时，SRS ECU发出接通气囊模块内的点火器(雷管)回路的控制指令，雷管起爆使点火剂(药剂)热爆炸(电热处理通电发热炸药)。 点火剂一旦爆炸，则迅速产生大量热量，充气机(叠氮化钠固体片剂)热分解，大量的氦气填充到气囊中，气囊将气囊模块的装饰盖滚筒

4、推开而朝向驾驶员和乘员，驾驶员和乘员的脸和胸部其目的是通过气囊的变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的动能，以保护人体。 8.1.4安全气囊系统的工作过程，图8.2表示音响轿车车速为50km/h时与前面障碍物相撞时安全气囊的起爆过程。如图8.2(a )所示，碰撞10ms后，达到起爆系统的起爆极限，点火器点燃气体发生器而产生氮气，驾驶员仍然坐着。 如图8.2(b )所示，40ms后，气囊完全膨胀，驾驶员向前方移动，安全带倾斜地挂在驾驶员上延伸，一部分冲击能量被吸收，如图8.2(c )所示，80ms后，驾驶员头部和身体、身体上部为气囊由此可知，在气囊系统工作中，气囊的工作时间极短。 从充气开始到完全充

5、满为止的时间是从约30 ms汽车碰撞到气囊收缩为止的所需时间是120 ms左右，极短，人的眼皮眨眼所需的时间是约300 ms左右。实验和实践证明，汽车安装安全气囊后，汽车正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减少。 部分汽车不仅搭载了前端安全气囊，还搭载了侧面安全气囊，汽车侧面碰撞时也能使侧面安全气囊膨胀，减少侧面碰撞时的伤害。 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正面或斜前方30(图8.3所示)范围内发生碰撞，其纵向减速度达到某一值(通常称为减速度阈值)时，引爆点火剂，将充气机热分解，使正面安全气囊膨胀。 在下列情况之一

6、下，安全气囊系统不会使点火剂爆炸或膨胀到安全气囊： (1)汽车受到超过斜前方30角的侧面碰撞；(2)汽车受到横向碰撞；(3)汽车受到后方碰撞；(4)汽车围绕纵轴横向翻转纵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坦的道路上行驶时。 减速度阈值由设定者根据安全气囊系统的性能进行设定，安全气囊系统的减速度阈值可能因车型而异。 在美国，由于安全气囊系统由驾驶员安装座椅的安全带进行设定，因此安全气囊的体积大，膨胀时间长，因此安全气囊系统应以低减速阈值引爆点火剂，即，汽车以低车速(12 k m/h22 k m/h ) 气囊系统应该引爆点火剂，使充气机(叠氮化钠)热分解，使其膨胀成

7、气囊。 在日本和欧洲，安全气囊系统是配合驾驶员安装座椅的安全带而设定的，由于安全气囊的体积小、膨胀时间短，所以设定的减速度阈值高，汽车在高车速(19km/h到32km/h )的范围内行驶发生碰撞时安全气囊系统使点火剂爆炸使安全气囊膨胀的侧安全气囊系统，仅在汽车受到侧面碰撞，其横向加速度达到设定的阈值时，引爆点火剂，使充气机热分解，使其膨胀到侧安全气囊，不膨胀到前安全气囊。 如果汽车撞到以40km/h的车速停车的同一大小的汽车，或者撞到以20km/h以上的车速无法变形的固定障碍物，撞击传感器就会启动，铁路就会打开。 否则，安全气囊系统就不能工作。8.2电控气囊系统的组成、8.2.1碰撞传感器、传

8、感器检测、判断汽车事故后的碰撞信号，立即启动气囊，提供足够的电能或机械能点燃气体发生器。 传感器根据其功能分为碰撞传感器和保险传感器2种，碰撞传感器检测碰撞的激烈程度。 如果汽车以40km/h的车速与停车的同一大小的汽车相撞，或者以20km/h以上的车速与无法相对变形的固定障碍物相撞，则会发生冲撞，传感器启动，也被称为连接铁路的保险传感器、触发传感器，称为闭合的减速度传感器根据其结构分为机电式和电子式两种。 1 .传感器根据其结构分为机电式和电子式2种，(1)机电式传感器、机电式传感器有Breed式和Techner式2种，其结构如图8.4和图8.5所示。 汽车以TBD以上的车速碰撞时，感应块向

9、接点移动，碰撞传感器和非碰撞传感器同时关闭时，启动器打开点火电路，气囊膨胀。 (2)电子式传感器、电子式加速度修正器连续地修正测量汽车的正方向加速度，并将修正测量结果发送给ECU。 ECU内有复杂的冲突信号处理程序，可以判断气囊是否需要膨胀。 如果气囊需要膨胀，ECU打开点火电路，机电式保险传感器也同时关闭，则启动器打开，气囊膨胀。2 .传感器根据其安装位置分为前碰撞传感器、中央传感器和安全传感器，(1)前碰撞传感器、前碰撞传感器安装在前叶片上，主要由偏心转子、偏心锤、固定接点和旋转接点等构成，如图8.6所示。 发生碰撞时，偏心转子因螺旋弹簧弹力而位于图8.6(a )所示的位置，固定接点与旋转

10、接点接触，发生正面碰撞，作用于偏心配重的减速度超过规定值时，偏心配重、偏心转子和旋转接点整体向左移动，使固定接点与旋转接点接触(2)中央碰撞传感器、中央碰撞传感器有应变阻力片的半导体式和机械式两种。 如图8.7所示，半导体式传感器由应变电阻片和集成电路构成。 传感器测定减速度，变换为电信号，送到点火控制电路，判断是否需要启动气囊。 在机械式传感器正面碰撞中受到超过规定值的减速度时，其接点与气囊接触而起动。 (3)保险传感器、保险传感器有机械型和水银开关型等，如图8.8所示。 8.2.2气囊组件、气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊、装饰罩和底板组成。 驾驶员侧气囊组件位于方向盘的中心，乘员侧

11、气囊组件位于仪表板右侧手套箱的上方。 (1)气体发生器、气体发生器也称为充气机，用于点火器引爆点火剂时，产生的气体向气囊膨胀，使气囊膨胀。 气体发生器用专用螺栓和专用螺母固定在气囊座上，组装时只能用专用工具组装。 如图8.9所示，气体发生器由上盖、下盖、充气机(片状叠氮化钠)及金属过滤器构成。 有几个进气孔，进气孔有长方孔和圆孔两种。 下盖上有安装孔，用于将气体发生器安装到气囊座上。 上盖和下盖通过冷压工艺一体压入，外壳内装有充气机、过滤器、点火器。 金属过滤器安装在燃气发生器的内表面，对充气机和点火剂燃烧后的矿渣颗粒进行过滤。 现在，很多气体发生器都充填在通过热效应反应产生氮气的气囊中。 点

12、火器使点火剂爆炸的瞬间，点火剂产生大量的热量，氮化钠受热后立即分解释放出氮气，从气体封入孔填充到气囊中。 (2)点火器、点火器外包铝箔，安装在气体发生器内部的中央位置，其分解图如图8.10所示。 点火剂使炸药和药物爆炸，引出导线与气囊连接器插头连接，连接器上没有短路片(铜质弹簧片)。 连接器插头脱落、插头与连接器未完全结合时，短路片会将两根导线短路，防止静电或导电接通热线电路，防止气囊意外膨胀。 SRS ECU发出点火指令后，电热线回路开启，电热线急速红热，使药物爆炸，使炸药爆炸，瞬间爆炸产生热量，药筒内的温度和压力急剧上升，刺破药筒，使膨胀剂热分解，释放氮气，填充气囊。 (3)根据配置位置的

13、不同，可以分为驾驶员侧安全气囊、乘员侧安全气囊、后部安全气囊、侧安全气囊、顶部安全气囊等，可以大致分为保护整个安全气囊上半身的大型安全气囊和主要保护脸部的小型保护安全气囊。 保护面气囊成本低，但如果不与安全带组合使用，则没有保护作用。 欧洲车普遍使用安全气囊，所以欧洲车多采用小型安全气囊。 美国汽车对于不使用安全带的修订，采用了大型安全气囊。 现在配置在汽车上的安全气囊数量有增加的倾向，贝克在1995年发售的概念车XP2000上搭载了8个安全气囊。 驾驶员侧气囊多用尼龙布涂上氯丁橡胶或有机硅。 橡胶涂层发挥密封和点火作用的气囊的背面有2个排气孔乘员侧气囊没有涂层，尼龙布自身的空隙泄气。 (4)

14、安全气囊组件的盖，是为了使安全气囊能够穿透装饰盖并膨胀而成形有狭缝的装饰盖。(5)地板面板、气囊及充气机安装在地板面板上，地板面板安装在方向盘或车身上，当气囊膨胀时，地板面板受到气囊的反作用力。 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，保险传感器与SRS ECU一起创建在SRS控制单元中。 福特汽车公司林肯城轿车SRS控制单元的内部结构如图8.11所示。 (1) SRS逻辑模块主要用于监视汽车的纵减速度和惯性力是否达到设定值，控制气囊模块内的点火器的点火剂。 SRS逻辑模块包括模拟/数字转换器、数字/模拟

15、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、计时器等。 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发送来的车速变化、信号，经过数学修正和逻辑判断，确定是否发生了碰撞。 在判定结果为发生了碰撞的情况下，立即执行控制点火的软件程序，向点火电路发出点火指令，使点火剂爆炸，点火剂爆炸，则产生大量的热量，充气机热分解而放出气体，在SRS中填充充充气机。 中的组合图层性质变更选项。 此外，SRS ECU还会持续对控制组件中主要组件的电路进行诊断测试，并使用srsled和内存中存储的故障代码显示测试结果。 此外，仪表板上的SR

16、S指示灯可以直接向驾驶员提供安全气囊系统的状态信息。 逻辑存储器内的状态信息和故障代码可以使用专用设备，或者以特定的方式从串行通信接口调用，作为组装检查和设定修正的参考。 (2)信号处理电路、信号处理电路主要由放大器和滤波器构成，对传感器检测出的信号进行整形、放大、滤波，使SRS ECU能够接收、识别、处理。 (3)安全气囊系统有两个电源。 一个是汽车电源，另一个是备用电源。 备用电源也称为备用电源或紧急备用电源，备用电源电路由电源控制电路和两个电容器构成。 单气囊系统的控制单元设有逻辑备用电源和点火备用电源。 双气囊系统的控制模块设有一个逻辑备用电源和两个点火备用电源，即两个点火电路各设有一

17、个备用电源。 点火开关接通10s后，如果汽车电源电压高于SRS ECU的最低工作电压，则逻辑备用电源和点火备用电源可以完成储存任务。 备用电源用于在汽车电源和SRS逻辑电路断开后，在一定时间内维持气囊系统的供电，并维持气囊系统的正常功能。 当汽车相撞引起电池和交流发电，机器和SRS ECU之间的电路被切断时，逻辑备用电源将在6s以内给ECU供电，保持ECU检测到相撞，发出点火指令等正常功能。 点火备用电源可以在6s以内向点火器供给足够的点火能量，引爆点火刑，使充气机热分解，使其膨胀成气囊。 时间超过6s时，备用电源的供电能力降低，ECU备用电源无法保证ECU检测到冲突并发出点火指令。 点火备用

18、电源不能提供最小点火能量，SRS不能无气膨胀。 (4)保护电路和稳压电路，在汽车的电气设备系统中，很多电气部件有电感线圈，电气设备的开关多，电气设备的负载变化频繁。线圈电流的开或关、开关的开或关、负载电流急剧变化时，会产生瞬时脉冲电压即过电压。 如果安全气囊系统的电路受到过电压，系统内的电子部件可能会因电压过高而损坏。 为了防止损坏安全气囊系统的部件，必须在SRS ECU上设置保护电路。 此外，为了在汽车的电源电压发生变化的情况下使安全气囊系统正常动作，需要设置稳定电路。 8.2.4气囊系统的线束和保险机构，为了便于区别电气系统的线束连接器，气囊系统的连接器与汽车其他电气系统的连接器不同。以前采用