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安全气囊及预张紧安全带结构及原理一、概述1．概述气囊的英文名称为Airbag是辅助约束系统中起缓冲作用的一种装置。SRS是英文Sup-plementalRestraintSystem的缩写，直译为“辅助约束系统”。需要强调的是SRS系统设计为汽车安全带的辅助装置，只有在使用安全带的条件下SRS系统才能充分发挥保护驾驶员及乘客的作用。当汽车发生碰撞时，汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称为第一次碰撞。第一次碰撞导致了汽车速度的急剧变化。由于惯性的作用，车上的乘员向前运动，于是发生了车内乘员与车内结构件之间的第二次碰撞，事故中造成乘员伤害的主要原因就是第二次碰撞。为了减轻和避免驾驶员及乘员在第二次碰撞中受伤害，乘员保护系统的设计目标是在碰撞中利用约束系统(包括座椅、安全带、安全气囊等)避免或减缓乘员与车内结构件碰撞造成的伤害。汽车安全气囊的基本思想是：在发生第一次碰撞后，第二次碰撞前，先起爆预张紧装置，收紧安全带。同时起爆安全气囊，迅速在乘员和汽车内部构件之间插入一个充满气体的气囊，让乘员“扑”在气囊上，通过气囊上的排气节流阻力吸收乘员的动能，使猛烈的第二次碰撞得以减缓，以达到保护乘员的目的。2．系统的工作过程(图10-1-1)图10-1-1系统工作过程当汽车遭受正面碰撞时，安装在车身上的中央传感及控制器检测到汽车突然减速的信号，该控制器根据预先设置的程序进行计算和逻辑判断。当判断结果为发生碰撞时，立即向气囊组件内的电热点火器(电雷管)发出点火指令，引爆电雷管，点火剂(引药)受热爆炸，点火剂引爆时，迅速产生大量热量，充气剂(叠氮化钠固体药片)受热分解产生大量氮气充人气囊，气囊便从预设的裂缝处冲开装饰盖板，鼓向乘员，使前排乘员头部和胸部压在充满气体的气囊上，在人体和车内构件之间铺垫一个气垫，将人体与车内构件的碰撞变为软性碰撞，通过气囊产生变形吸收人体碰撞的动能，达到保护人体的目的。当中央传感及控制器判断为发生碰撞时，不仅给安全气囊发出点火指令，同时也给安全带预张紧装置发出点火指令，使安全带锁扣拉索紧缩，收紧安全带，保证人体靠在座椅上。当安全气囊展开后，人体再扑到气囊上，使安全气囊的保护作用发挥得更有效。3．安全气囊及安全带预张紧装置的起动条件汽车SRS系统并非在所有碰撞情况下都起作用，正面SRS安全气囊系统在汽车从正前方或斜度在正前方的正负30°角范围内发生碰撞，且其纵向减速度达到某一值(通常成为减速阀值)才能引爆气体发生器给正面气囊充气。减速阀值根据SRS系统的性能设定，不同车型SRS气囊系统的减速阀值可能不同。4．在下列任何一种情况下，气囊系统可能不起爆(图10-1-2)。图10-1-2气囊不起爆的情况(1)汽车前部发生严重撞击，但是，撞击能量被障碍物和车身变形所吸收；(2)汽车缓慢地撞入前车的下部，撞击能量被前舱上部的变形所吸收；(3)汽车的撞击能量被车辆双方或障碍物的位移所吸收；(4)汽车与障碍物发生非垂直性碰撞，碰撞不在传感器的轴心上，撞击能量因车辆的位移而被吸收或反弹。5．爱丽舍轿车气囊的特点爱丽舍轿车采用的是全电子式的安全气囊系统，两个前气囊和两个前安全带预张紧装置都由一个中央传感及控制单元来控制，它可以根据撞击的强度和角度起动安全带预张紧装置和安全气囊。仪表盘上设有指示灯，可以指示安全气囊的运行情况，系统具备自诊断功能。整套系统结构简单，性能可靠。前乘客安全气囊的开启功能可以控制为打开或关闭，单人驾驶或在前排座椅上安置儿童安全座椅时，关闭乘客安全气囊，会更安全，也更经济。每次打开点火开关时，仪表板上的安全气囊指示灯应亮6s，然后熄灭，这是安全气囊的自检过程，如果指示灯不亮，或一直不熄灭，说明系统有问题，应该进行检修。二、系统的构成(一)组成元件爱丽舍轿车的安全气囊(图10-1-3)及预张紧安全带(图10-1-4)主要由以下部件组成：(1)驾驶员前安全气囊：安装在转向盘的中部，与转向盘的装饰罩盖固定在一起；(2)乘客前安全气囊：安装在乘客前的仪表板内；(3)中央传感及控制器(中央控制单元ECU)：安装在变速杆下部的车身地板上；(4)前座椅安全带预张紧装置：左右各一个，各自安装在前安全带的锁扣下部的连接拉索上；(5)旋转连接器：安装在转向盘下部；(6)报警信号灯：在仪表盘上；(7)乘客气囊起动功能控制开关：在仪表板右端。图10-1-3驾驶员及乘客前安全气囊1-乘客前安全气囊控制开关；2-乘客前安全气囊；3-中央传感及控制器；4-驾驶员安全气囊；5-转向盘：6-旋转连接器图10-1-4预张紧安全带1-安全带；2-预张紧安全带锁扣；3-中央传感及控制器；4-预张紧装置点火线；5-安全带高度调节钮；6-安全带高度调节支架(二)线路的连接与布置1．元件的布置(图10-1-5)2．线路的连接(图10-1-6)10-1-5元件布置1-驾驶员安全气囊模块；2-旋转连接器；3-乘客安全气囊模块；4-仪表盘上的报警信号灯；5-带有预张紧装置的安全带；6-电子控制盒；7-16通道诊断插头3．点火器线路连接类型(图10-1-7)点火器的插接器为短路型，旨在避免当连接器断开时，由于偶然出现的电流引起的意外点火。当插接器断开时，连接器开关接通，点火器电热丝处于短路状态。当插接器接通时，连接器开关断开，点火器电热丝承受电压，电流在内部环流，可实现点火。10-1-6线路的连接1-电子控制盒；2-驾驶员气囊模块；3-16通道诊断插头；4-旋转连接器；5-报警信号灯；6-乘客气囊模块；7-安全带预张紧装置图10-1-7点火器插接器连接类型三、中央传感及控制器(AC4-1型，图10-1-8)1．作用(1)储存能量，在电源中断的情况下，车辆受到撞击时，保证安全气囊点火器的能量供应；(2)探测和确认碰撞；(3)控制安全气囊及安全带预张紧装置点火器的点火；(4)随时检测安全气囊点火系统是否有效；(5)在有严重故障时，关闭系统，使其不进行意外起爆：(6)储存故障；(7)控制报警灯提醒驾驶员关于安全气囊的故障信息；(8)提供有关制造和售后维修的服务信息。图10-1-8中央传感及控制器1-18通道插座；2-表明车辆前方箭头2．控制原理简介中央控制盒控制原理示意图，见图10-1-9。图10-1-9中央控制盒控制原理示意图·变压：提供22．5v点火电压；·加速度传感器向微处理器提供通道方向上的加速度信息；·能量存储器：当发生碰撞、主电源被切断时，保证微处理器和点火器的供电；通过释放电容储存的电量，保证火花填料迅速点火；·高能晶体管为点火器提供正电位；·安全传感器向微处理器确认碰撞的发生，以避免意外点火，在这种情况下，微处理器允许“电子接长器”控制低能晶体管，低能晶体管负责为点火器提供负电位；·电子接长器负责维持安全传感器发出的电子信号，以使微处理器有时间来进行各项检查工作。3．安全传感器当碰撞发生时，磁块在管道内移动，压紧回动弹簧。当磁块到达簧片触点附近时，由于磁化作用，造成开关闭合，如图10-1-10所示。4．加速度传感器在加速度的作用，一个极薄的压电陶瓷片发生变形，产生电荷，然后形成电流。集成电路负责处理信息，并向变形的敏感元件，发出成正比例的电压，如图10-1-11所示。图10-1-10安全传感器图10-1-11加速度传感器5．探测和诊断(1)目的：诊断是指对控制盒内部模块和主要外部元件的工作状态进行周期性的监控。目的有四个：①为控制盒加载最终的线路联接信息(气囊系统配置情况)；②在线路终检，或售后操作中，自动核实系统工作状态是否良好；③通过读取诊断信息，对故障明显的元件进行检修；④在使用中对系统进行有效地跟踪。(2)故障记录：自动诊断装置会将系统连续出现的故障和暂时性故障全部记录下来。一旦被记录，即使停车，故障信息也会被永久存储起来，只有维修人员通过专用的诊断仪器进行专门的操作，信息才会被删除，这样就可以保证故障信息至少被维修人员查看到一次。故障被按照发生的时间顺序以故障代码的形式存储起来。所有故障可以同时被记忆下来(最多10个)。(3)故障的分级：如果所有故障都为同一类，且都被系统视为“重要”故障，点亮报警信号灯。但是，当系统探测到一个异常严重的故障时，控制盒会进入降级工作模式。在这种工作状态下气囊系统无法进行点火，自诊断也随之停止。(4)故障的删除：借助专用诊断仪，通过诊断线路删除存储的故障。①控制盒处于非降级工作模式状态。在这种情况下，故障代码删除后，指示灯熄灭。控制盒继续进行诊断。如果故障发生原因没有排除，一段时间后，控制盒会再次探测到故障。②控制盒处于降级工作模式状态。在这种情况下，故障代码删除后，指示灯继续发亮。控制盒不再进行诊断。如果故障发生原因没有排除，需要切断点火开关才能重新探测到故障。临时性故障：临时性故障如果经过40次起动／停止循环后不再重现，将被自动删除。每一个故障都被与之相联的起动／停止计数器记录下来。提示故障的方法(1)对驾驶员：驾驶员可以借助安装在仪表盘上的报警信号灯得知故障的发生，报警信号灯的工作方式如下：·接通点火开关后，指示灯亮6s，然后熄灭，表明系统正常；如果有故障则一直亮着；·若运行中出现故障，指示灯以1Hz的频率闪烁5min，然后保持常亮；·恢复乘客前气囊起动功能时，指示灯亮6s后熄灭；·关闭乘客前气囊时，指示灯持续亮着；·若故障导致乘客前气囊关闭时，指示灯持续亮着。注意：如中央传感及控制器没有进行初始化时，指示灯闪烁后常亮；若指示灯在接通点火开关后常亮也可能是蓄电池电压过低。(2)对维修人员：维修人员可以用专门的诊断仪，通过诊断线束与控制盒之间进行信息交流：·系统识别；·读取故障；·删除故障；·电子控制盒的初始化(适配编码)；·检测报警信号灯。四、气囊模块气囊的起爆过程(图10-1-12)电子控制盒感应车辆在中央通道的减速度，从这一数据开始，就会产生足够能量的电流，促使气囊模块中的点火器点火。图10-1-12气囊的起爆过程从点火脉冲开始：·4ms，盖板打开；·15~20ms，气囊打开；·30ms，气囊到位并稳定下来；·60ms，气囊放气。有关数据：·点火时刻：根据事故条件，碰撞发生后30～40ms;·充气时间：大约40ms；·高速碰撞历时：大约120ms；·模块寿命：10年以上。这个过程同样适用于乘客气囊，乘客气囊的点火时刻稍晚于驾驶员气囊的点火时刻。驶员气囊模块包括：一个气体生成器、一个气囊、一个盖板、一个气囊室壳体、—个气囊固定板，见图10-1-13。乘客气囊模块包括：一个特有的单元气体生成器、一个气囊、一个顶盖、一个气囊室壳体、一个气囊固定板，见图10-1-14。由于乘客气囊的容量比驾驶员气囊的容量大，因此其火花系统更大，以使气囊能够迅速地膨胀起来。气体发生器，见图10-1-15。图10-1-13驾驶员气囊模块图10-1-14乘客气囊模块图10-1-15驾驶员气囊模块气体发生器五、预张紧装置预张紧装置(图10-1-16)是安全带的补充装置，当前方发生强烈的冲撞时，预张紧装置迅速起动，通过缩短乘客与安全带的间隙，达到将乘客缚紧在车辆上，延缓驾驶员或乘客向前冲的时间，使安全气囊的作用更有效，从而避免驾驶员和乘客的头部与转向盘或仪表盘发生碰撞。预张紧装置的原理，见图10-1-17。电子控制盒记录车辆在中央通道方向上的减速度，从这一数据开始，生成足够能量的电流，控制与气缸相连的点火器点火。图10-1-16预张紧装置1-火花药筒；2-点火器；3-拉索；4-锁扣图10-1-17预张紧原理A-预张紧装置开始工作；B-起爆后的预张紧装置1-安全带锁扣；2-拉索；3-滑轮；4-点火器+气体生成器；5-带有防逆装置的活塞；6-预张紧装置的气缸有关数据：·点火时刻：碰撞发生后约10~15ms；·预张紧时间：5ms；·最大冲程：80mm；·最大预张紧应力：350N；·燃烧生成的压力：约30MPa；·寿命：10年以上。预张紧装置的结构，见图10-1-18。图10-1-18预张紧装置的结构1-侧板；2-加固板；3-滑轮；4-滑轮铆钉；5-管道；6-固定螺拴；7-气体生成器；8-固定螺栓；9-滚珠Φ3．5；10-标签；11-密