汽车底盘电控技术第五章

DUTP大连理工大学出版社新世纪高职高专汽车运用与维修类课程规划教材汽车底盘电控技术第五章汽车安全气囊系统气囊系统的简介和原理1安全气囊系统的种类2安全气囊系统的结构3安全气囊系统的使用与检修4安全气囊系统的检修实例5有了汽车生活变得方便多啦！2000～2004年间每年中国因交通事故造成的损失约为国内生产总值的1%～3%，损失金额逾125亿美元。但是……生命和财产都存在严重威胁！5.1气囊系统的简介和原理作用：减少汽车发生正面碰撞时由巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害。安全气囊系统已经挽救了许多人的生命……驾驶员的死亡率大大下降:大型轿车降低30%中型轿车降低11%小型轿车降低14%5.1.1SRS气囊系统的简介SupplementaryRestraintSystem一次碰撞二次碰撞“三点式安全带+安全气囊”气囊系统设计宗旨:在汽车发生一次碰撞与二次碰撞之间的短暂时间（约120ms）内，在驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫，利用气囊本身的阻尼作用或气囊背面排气孔排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能，达到保护人体的目的。安全气囊的保护方式安全气囊系统的产生与发展1953年，美国工程师约翰·赫缀克发明1971年，本田汽车1973年，通用汽车1984年，奔驰汽车1997年，美国客车，瑞典沃尔沃汽车1997年，中国一汽……5.1.2SRS气囊系统的原理1.碰撞过程分析2.人体的损伤指标3.碰撞时气囊的工作过程4.汽车对安全气囊的要求5.防止误触发而采取的措施1.碰撞过程分析“一次碰撞”“二次碰撞”汽车及乘员的速度的变化过程二次碰撞（乘员与室内物体间）分析二次碰撞是乘员受伤的原因。由于乘员身体的不同部位与汽车室内的距离不同，身体的不同部位在汽车室内的位置相对移动和二次碰撞发生的时间也各不相同。二次碰撞的激烈程度不但与相对速度有关，而且还与室内物体及其包垫材料的缓冲性能有关。2.人体的损伤指标（1）（1）胸部减速度不超过60gm/s2;（2）每条大腿承受的压力不超过10kN;（3）头部伤害指标HIC1000。FMVSS标准第208款规定:我国规定乘员碰撞保护要求为:（1）头部伤害指标HIC1000;（2）当作用时间超过3ms时，胸部的合成减速度应不大于60gm/s2;（3）每条大腿承受的轴向合力应不大于10kN。2.人体的损伤指标（2）3.碰撞时气囊的工作过程德国博世公司在奥迪轿车上试验研究表明:当汽车以50km/h的车速与前面障碍物相撞时，安全气囊系统的动作时序图：碰撞后时间10ms40ms60ms110ms4.汽车对安全气囊的要求A.可靠性高:在汽车未发生碰撞事故的情况下，安全气囊的使用年限为7～15年。在碰撞事故中，安全气囊开启后，安全气囊系统要全套更换。B.安全可靠:安全气囊系统要能正确区分制动减速度和碰撞减速度。C.灵敏度高:当汽车发生碰撞时，安全气囊系统要在驾驶员或乘员与转向盘、仪表板或风挡玻璃碰撞前，正确快速打开气囊，并能正确泄气，起到缓冲作用。D.有防误爆功能:安全气囊系统一般采用二级门限控制，减速度的控制门限要合理。若过低，轻微碰撞时，安全气囊就会引爆;若过高，则发生碰撞时，安全气囊打开过晚，或者打不开。E.有自动诊断功能:安全气囊系统能及时发现故障，并以警示灯的形式报告驾驶员。5.防止误触发而采取的措施汽车减速度必须达到一定程度，SRS才能起作用。什么是误触发?汽车安全系统的误触发会出现什么后果？影响汽车正常驾驶，更危险！电子控制式SRS功能原理SRS气囊引爆逻辑避免误触发设计正面安全气囊系统在汽车从正前方或斜前方±30°范围内发生碰撞且其纵向减速度达到某减速度阈值时，才能引爆点火剂使充气剂受热分解给正面气囊充气。由设计人员根据安全气囊系统的性能设定，不同车型安全气囊系统的减速度阈值可能有所不同。安全气囊系统不会引爆点火剂情况①汽车遭受侧面碰撞超过斜前方±30°时;②汽车遭受横向碰撞时;③汽车遭受后方碰撞时;④汽车发生绕纵向轴线侧翻时;⑤汽车纵向减速度未达到减速度阈值时;⑥汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路上行驶时。可能导致误触发情况温度过高，引起充气装置中火药燃烧;过分撞击，引爆雷管;电磁波干扰，如大功率手提电话机等;修理时，操作不慎。注意5.2安全气囊系统的种类按总体结构分类按数量分类按功用分类按照保护对象的不同分类新型安全气囊5.2.1按总体结构分类机械式安全气囊系统电子式安全气囊系统机械式安全气囊系统不需使用电源，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来完成的。安全气囊系统是由气体发生器、气袋、安全气囊传感器构成，安装在转向盘内。气体发生器是对来自安全气囊传感器的信号由火销进行点火，产生氮气，并由发生气体的压力瞬时使安全气囊爆发展开。SRS-40机械式安全气囊系统机械式安全气囊的优点（1）结构简单，无电气故障（2）价格低于电子式安全气囊（3）对乘员保护性能与电子式安全气囊相同电子式安全气囊系统利用传感器检测碰撞信号并送往SRSECU，ECU根据传感器信号并利用内部预先设置的程序不断进行数学计算和逻辑判断。当判断结果为发生碰撞时，ECU立即发出点火指令引爆点火剂，点火剂引爆时产生大量热量使充气剂受热分解，并产生大量氮气向SRS气囊充气。原理目前主要应用方式5.2.2按数量分类单安全气囊系统双安全气囊系统多安全气囊系统只装备有驾驶员处气囊装备有驾驶员处和前排乘员处两个气囊装备有3个以上的气囊，如装备4个，8个，16个气囊等，用一个SRS电脑控制5.2.3按功用分类正面安全气囊系统侧面安全气囊系统由感应纵向加速度的碰撞传感器控制由感应横向加速度的碰撞传感器控制AUDIA6轿车安全气囊的安装位置气囊安装位置一般在驾驶员的转向盘内、前排乘员处的杂物箱处、座椅的侧面等地方。安装位置5.2.4按照保护对象的不同分类1.驾驶员防撞安全气囊2.前排乘员防撞安全气囊3.后排乘员防撞安全气囊4.侧面防撞安全气囊5.膝部防撞安全气囊气囊充气后状态5.2.5新型安全气囊窗帘（屏蔽）式安全气囊智能型安全气囊‘97东京国际车展头部保护胸、腰部保护……1.窗帘式安全气囊保护乘员的头部窗帘式安全气囊在车辆侧面碰撞时，与侧面安全气囊同时展开。‘97东京国际车展上沃尔沃公司展示出……点火系统一次性特点窗帘式安全气囊2.智能型安全气囊（1）简介（2）全方位保护乘员的安全气囊（3）采用双级气体发生器的安全气囊（4）线控安全技术（Safe-by-Wire）（1）简介智能型安全气囊具有以下6种功能:检测乘员是否系上座椅安全带;检测乘员乘坐位置;检测儿童座椅;调控安全气囊充气膨胀力;检测座椅上是否有乘员;检测气温。智能式安全气囊具有现场识别、决策和采取适当操作的功能。AUDIA6用的副驾驶员安全气囊用座椅坐人识别传感器连接线路，增设红外传感器，根据热量探测乘员是否存在和所处的位置等。控制单元根据乘员的身高、体重、所处位置和是否系安全带，以及汽车碰撞的速度和程度，及时调整气囊的膨胀时机、膨胀速率及膨胀程度，使安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护。实例分析座椅坐人识别传感器连接线路AUDIA6安全气囊电子装置主要功能①碰撞识别（前面、侧面、后面）;②在适当时机触发安全气囊和安全带以及切断蓄电池;③在适当时机触发前部第二个安全气囊;④分析所有的输入信息;⑤永久监控全部的安全气囊系统;⑥在一定时间（约150ms）内通过电容器独立地供电;⑦通过故障警示灯来指示故障;⑧存储故障以及碰撞方面的信息;⑨将碰撞信息通过CAN驱动数据总线或单独的信息输出方式（普通的电线）通知其他系统的部件;⑩触发安全带警示装置。安全气囊控制单元发送到CAN数据总线信息①接通指示灯;②激活安全带警示装置;③诊断数据;④碰撞信号;⑤用于执行元件检测的碰撞信息;⑥ESP数据;⑦关闭副驾驶员安全气囊（仅指美国车）。（2）全方位保护乘员的安全气囊“X安全气囊”在前面、侧面、后面碰撞及侧向倾翻或朝地翻车的所有方向的碰撞都能保护乘员减轻受伤程度的方案。它装有17个各种类型的安全气囊，每一个安全气囊有7个子系统组成。（3）采用双级气体发生器的安全气囊1998年在奔驰S级、CL级与2001年C级轿车装配第1压力室，第2压力室皇冠轿车05款支持双级控制，安全气囊总成包含2套起爆器和推进器AUDIA6C6轿车司机安全气囊使用的是双级气体发生器，安全气囊是呈辐射状弹开……AUDIA6C6轿车双级气体发生器工作过程副驾驶员安全气囊与驾驶员安全气囊一样，副驾驶员安全气囊也是双级气体发生器。与驾驶员安全气囊不同的是:气体发生器是按混合气体技术原理来工作的。该气体发生器由两个烟火式充气器和一个高压气瓶组成。安全气囊控制单元点燃充气器1，产生的压力会推动活塞打开高压气瓶，冲出的气体打开并充满安全气囊，充气器2点燃后产生的气体会给安全气囊再次充气。实例说明（4）线控安全技术（Safe-by-Wire）通过各种传感器和执行器实现安全控制2004年9月，制定了新一代安全气囊汽车LAN接口标准的“Safe-by-WirePlus”联盟，推出了标准ASR2.0。优势：专门面向汽车安全气囊系统的汽车LAN接口标准，嵌入多重保护功能，最大限度地保证只有真正发生碰撞时才引爆安全气囊。5.3安全气囊系统的结构电子式安全气囊系统的组成或部件分布在汽车不同位置。SRS气囊组件主要由SRS气囊、气体发生器和点火器等组成。电控部分机械部分分类5.3.1电控部分组成传感器、安全气囊警示灯与安全气囊电源、电气连接件和中央控制器（ECU）1.传感器（1）传感器的分类（2）碰撞传感器的安装位置（3）碰撞传感器的结构与原理（1）传感器的分类按功用可分为碰撞传感器（撞击传感器）防护碰撞传感器（安全传感器）或称保险传感器、触发传感器，其闭合的减速度稍小一些，起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成SRS气囊误打开。前碰撞传感器中心碰撞传感器安装位置总体结构机电结合式碰撞传感器电子式碰撞传感器水银开关式碰撞传感器（2）碰撞传感器的安装位置在安全气囊系统中，一般设有3～4只碰撞传感器，分别安装在车身前部和中部。如车身两侧的前翼子板内侧、两侧前照灯支架下面、发动机散热器（水箱）支架左、右两侧等。前碰撞传感器中央碰撞传感器防护碰撞传感器丰田佳美、科罗娜丰田丰田科罗娜、佳美、皇冠、尼桑无限、星球、本田雅阁（3）碰撞传感器的结构与原理机械式传感器：——扭力螺栓式传感器——杆式传感器电子式传感器：——滚球式传感器——水银式安全传感器——滚轴式传感器——电子式传感器——偏心锤式传感器——压电效应式传感器①扭力螺栓式传感器正常时，扭力螺栓的弹力限制了重块的移动，以防止安全气囊误爆。当两辆汽车发生碰撞，安全气囊爆发展开时，由碰撞而引起的作用于重块的减速度超过扭力螺栓的弹力时，重块开始移动。当保持在高减速度时，凸轮与发火销相互脱离，这时，发火销依靠扭力螺栓的弹性力而射出，使气体发生器内的点火销点火。重块在移动过程中减速度下降，并由扭力螺栓的弹力使重块回复到非工作状态。扭力螺栓式传感器工作过程扭力螺栓发火销凸轮重块②杆式传感器组成：滚珠、圆柱体、驱动轴、偏置销、偏置弹簧、发火销弹簧等构成的。分类：在传感器组件内设有2个传感器，当一个传感器失灵时，另一个传感器作为应急之用;只设有一个传感器，这两种传感器工作原理相同。杆式传感器的工作过程1—偏置弹簧;2—偏置销;3—驱动轴;4—驱动轴与发火销配合;5—滚珠;6—汽缸;7—发火销;8—配合;9—脱离配合;10—驱动轴与发火销不配合，发火销射出●滚球式碰撞传感器滚球式碰撞传感器结构滚球式传感器工作原理滚轴式传感器结构及原理止动销滚轴滚动触点固定触点底座片状弹簧偏心锤式碰撞传感器的结构偏心锤偏心锤偏心锤臂偏心锤臂转动触点臂转动触点臂固定触点引线端子壳体转动触点挡块固定触点传感器轴复位弹簧偏心锤式传感器接线图水银式安