第六章汽车电子控制被动安全系统

第六章汽车电子控制被动安全系统第一节安全气囊系统组成与分类第二节安全气囊系统的控制过程第三节安全气囊系统的结构特点第四节安全气囊系统的保险装置第五节汽车座椅安全带收紧系统第一节安全气囊系统组成与分类一、汽车碰撞导致人体遭受伤害的原因当汽车发生碰撞时，汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后，汽车速度将急剧变化，驾驶员和乘员就会受到惯性力的作用而向前运动，并与车内的转向盘、挡风玻璃或仪表台等构件发生碰撞，这种碰撞称为二次碰撞。在车辆事故中，导致驾驶员和乘员遭受伤害的主要原因是二次碰撞。碰撞分为正面碰撞和侧面碰撞两种。当汽车发生正面碰撞时，在惯性力的作用下，驾驶员面部或胸部可能与转向盘和挡风玻璃发生二次碰撞，前排乘员可能与仪表台发生二次碰撞，后排乘员可能与前排座椅发生二次碰撞;当汽车遭受侧面碰撞时，驾驶员和乘员可能与车门、车门玻璃或车门立柱发生二次碰撞。车速越高，惯性力就越大，遭受伤害的程度也就越大。下一页返回第一节安全气囊系统组成与分类二、安全气囊系统的功用安全气囊系统SRS的功用是:当汽车遭受碰撞导致减速度急剧变化时，气囊迅速膨胀，在驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫，利用气囊排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能，从而减轻人体遭受伤害的程度。正面气囊的主要功用是保护驾驶员和乘员的面部与胸部，如图6一1所示，侧面气囊的主要功用是保护驾驶员和乘员的头部与腰部。下一页上一页返回第一节安全气囊系统组成与分类三、安全气囊系统的组成各型汽车安全气囊系统SRS采用控制部件的结构、数量和安装位置各有不同，但其基本组成大致相同，主要由左前碰撞传感器、右前碰撞传感器、安全气囊电控单元(SRSECU)、气囊组件和指示灯等组成，控制部件安装位置如图6-2所示，控制电路如图6-3所示，由备用电源电路、故障记忆电路、故障诊断与监测电路、点火引爆电路等组成下一页上一页返回第一节安全气囊系统组成与分类四、安全气囊系统的分类按总体结构不同，安全气囊系统可分为机械式SRS和电子式SRS两大类。目前，机械式SRS已经淘汰，汽车装备的均为电子控制式气囊系统。按电子式SRS功能不同，可分为正面SRS和侧面SRS两大类;按气囊数量不同可分为单SRS、双SRS和多SRS。单SRS只装备驾驶席气囊。20世纪90年代以前生产的汽车基本上都装备单SRS。双SRS装备有驾驶席和前排乘员席两个气囊,90年代后生产的大多数轿车都装备了双SRS。装备3个或3个以上气囊的SRS称为多SRS。上一页返回第二节安全气囊系统的控制过程一、安全气囊系统的控制原理当汽车遭受正面碰撞和侧面碰撞时，安全气囊系统的控制原理完全相同。下面以图6-4所示正面碰撞为例，说明安全气囊系统控制原理。当汽车遭受前方一定角度范围内的碰撞时，安装在汽车前部和SRSECU内部的碰撞传感器都会检测到汽车突然减速的信号，并将信号输入SRSECU，以便判断是否发生碰撞。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定闽值时，SRSECU发出控制指令将气囊组件中的点火器(电雷管)电路接通，电雷管引爆使点火剂(引药)受热爆炸(即电热丝通电发热引爆炸药)。点火剂引爆时，迅速产生大量热量，使充气剂(叠氮化钠固体药片)受热分解并释放出大量氮气充入气囊，气囊便冲开气囊组件上的装饰盖板鼓向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员面部和胸部压靠在充满气体的气囊上，在人体与车内构件之间铺垫一个气垫，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞，通过气囊产生变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的动能，从而达到保护人体之目的。下一页返回第二节安全气囊系统的控制过程二、安全气囊系统的控制过程根据德国博世公司在奥迪轿车上的试验研究表明:当汽车以车速50km/h与前面障碍物碰撞时，安全气囊的动作时序如图6一5所示三、安全气囊的有效范围汽车安全气囊系统SRS并非在所有碰撞情况下都能起作用。如图6一6所示，正面SRS只有在汽车正前方或斜前方±30。角范围内发生碰撞，纵向减速度达到设定闽值，且防护传感器和任意一只前碰撞传感器接通时，才能引爆气囊充气。在下列条件之一的情况下，正面气囊不会引爆充气。下一页上一页返回第二节安全气囊系统的控制过程(1)汽车遭受侧面碰撞超过斜前方±30°角时;(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)纵向减速度未达到设定阀值时;(6)所有前碰撞传感器都未接通或SRSECU内部的防护传感器未接通时;(7)汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路条件下行驶时。下一页上一页返回第二节安全气囊系统的控制过程四、减速定闭值的设定减速度闽值根据安全气囊系统的性能设定，不同车型SRS的减速度闽值有所不同。在美国，因为SRS是按驾驶员不配戴座椅安全带来设计，气囊体积大、充气时间长，所以SRS应在较低的减速度闽值时引爆气囊，即汽车以较低车速(20km/h左右)行驶而发生碰撞时，SRS就应引爆。在日本和欧洲，由于SRS是按驾驶员佩戴座椅安全带来设计，气囊体积小、充气时间短，所以设定的减速度阀值较高，汽车以较高车速(30km/h左右)行驶而发生碰撞时，SRS才能引爆气囊充气。侧面气囊只有在汽车遭受侧面碰撞且横向加速度达到设定阀值时，才能引爆气囊充气，且不会给正面气囊充气。上一页返回第三节安全气囊系统的结构特点一、碰撞传感器碰撞传感器实际上是一种减速度传感器，其功用是将碰撞信号输入安全气囊系统和座椅安全带收紧系统电控单元SRSECU，以便SRSECU确定是否引爆气囊点火器和安全带收紧点火器。1.碰撞传感器分类按传感器用途不同，碰撞传感器可分为碰撞信号传感器和碰撞防护传感器两种类型。碰撞信号传感器又称为碰撞烈度(激烈程度)传感器，安装在汽车左前与右前翼子板内侧，两侧前照灯支架下面，发动机散热器(水箱)支架左、右两侧，左右仪表台下面等。下一页返回第三节安全气囊系统的结构特点碰撞防护传感器又称为安全传感器或保险传感器，简称防护传感器，一般都安装在SRSECU内部。防护传感器和碰撞信号传感器的结构原理完全相同，其唯一区别在于设定的减速度阀值有所不同。按传感器结构不同，碰撞传感器可分为机电结合式、水银开关式和电子式三种类型。2.滚球式碰撞传感滚球式碰撞传感器又称为偏压磁铁式碰撞传感器，结构如图6-7所示，主要由铁质滚球、永久磁铁、导缸、固定触点和壳体等组成。下一页上一页返回第三节安全气囊系统的结构特点两个触点分别与传感器引线端子连接。滚球用来感测减速度大小，在导缸内可移动或滚动。壳体上印制有箭头标记，箭头方向与传感器结构有关，有的规定指向汽车前方(如丰田凌志LS400型轿车)，有的规定指向汽车后方。因此，在安装传感器时，箭头方向必须符合使用说明书规定。滚球式碰撞传感器工作原理如图6一8所示。当传感器处于静止状态时，在永久磁铁磁力作用下，导缸内的滚球被吸向磁铁，两个触点与滚球分离，传感器电路处于断开状态，如图6一8(a)所示3.偏心锤式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器又称为偏心转子式碰撞传感器。丰田、马自达汽车SRS采用了这种传感器，其结构如图6-9所示，主要由偏心锤1与8,偏心锤臂2与15、转动触点臂3与11、转动触点6与13、固定触点10与16、复位弹簧19,挡块9、壳体4与12等组成。下一页上一页返回第三节安全气囊系统的结构特点4.水银开关式碰撞传感器水银开关式碰撞传感器利用水银具有良好的导电特性而制成的，结构如图6一11(a)所示，主要由水银、壳体、电极和密封螺塞组成水银开关式碰撞传感器的工作原理如图6一11(b)所示，当传感器处于静止状态时，水银在其重力作用下处于图6一11(a)所示位置，传感器的两个接线端子处于断开状态当汽车发生碰撞且减速度达到设定闽值时，水银产生的惯性力在其运动方向的分力将克服其重力的分力而将水银抛向传感器电极，使两个电极接通。当传感器用作碰撞信号传感器时，两个电极接通则将碰撞信号输入SRSECU;当传感器用作碰撞防护传感器时，则将点火器电源电路接通。下一页上一页返回第三节安全气囊系统的结构特点二、安全气囊系统电控单元安全气囊系统电控单元简称SRSECU,是安全气囊系统的核心部件，其安装位置依车型而异。当防护传感器与SRSECU组装在一起时，SRSECU应当安装在汽车纵向轴线上。SRSECU的结构有简有繁，福特林肯·城市轿车SRSECU的内部结构如图6一12所示，主要由专用中央处理单元CPU,备用电源电路、稳压电路、信号处理电路、保护电路、点火电路和监测电路等组成。下一页上一页返回第三节安全气囊系统的结构特点三、气囊组件气囊组件按功用分为正面气囊组件和侧面气囊组件两大类。按安装位置分为驾驶席、前排乘员席(副驾驶席)、后排乘员席气囊组件和侧面气囊组件四种。气囊组件都是由气囊、点火器和气体发生器等组成。驾驶席与所有乘员席气囊组件一般都用同一个SRSECU控制，其组成部件和工作原理基本相同，但结构尺寸有所不同。驾驶席气囊组件安装在转向盘中央，前排乘员席气囊组件安装在副驾驶员座椅正前方的仪表台上。驾驶席SRS气囊组件的结构如图6一13所示，主要由气囊饰盖2、气囊3、气体发生器4和安装在气体发生器内部的点火器组成。下一页上一页返回第三节安全气囊系统的结构特点四、SRS指示灯SRS指示灯又称为SRS警告灯，安装在驾驶室仪表盘面膜下面，并在面膜表面相应位置制作有气囊动作图形或“SRS,AIRBAG,SRSAIRBAG等字母表示。SRS指示灯的功用是:指示安全气囊系统功能是否正常。当点火开关拨到“ON”或“ACC位置后，如果指示灯发亮或闪亮约6s后自动熄灭，表示SRS功能正常。如果指示灯不亮、一直发亮或在汽车行驶途中突然发亮或闪亮，说明自诊断测试系统发现SRS故障，应及时排除。自诊断系统在控制SRS指示灯发亮或闪亮的同时，还会将所发现的故障编成代码存储在存储器中。上一页返回第四节安全气囊系统的保险装置一、防止气囊误爆机构在图6一16所示的线束连接图中，从SRSECU至气囊点火器之间的连接器2,5,8均采用了防止气囊误爆机构。防止误爆机构为一块铜质弹簧片，称为短路片，其作用是:当连接器拨开(插头拔下或插头与插座未完全结合)时，短路片(弹簧片)自动将靠近气囊点火器一侧插座上的两个引线端子短接，如图6一17所示，防止静电或误通电将点火器电路接通而造成气囊误膨开。下一页返回第四节安全气囊系统的保险装置二、电路连接诊断机构电路连接诊断机构的作用是:监测连接器插头与插座是否可靠连接。前碰撞传感器连接器及其与SRSECU连接的连接器采用了电路连接诊断机构电路连接诊断机构的结构原理如图6一18所示。在连接器插头(或插座)上，设置有一个诊断销。在连接器插座上设置有两个诊断端子，端子上设有弹簧片，其中一个诊断端子与碰撞传感器的某一个触点相连，另一个诊断端子经过一个电阻后与碰撞传感器的另一个触点相连。下一页上一页返回第四节安全气囊系统的保险装置三、连接器双重锁定机构在安全气囊系统和座椅安全带控制系统中，线束重要连接部位的连接器采用了双重锁定机构。连接器双重锁定机构的作用是:锁定连接器插头与插座，防止连接器脱开。连接器双重锁定机构的结构原理如图6一19所示。在连接器插头上，设有主锁和两个凸台。在连接器插座上，设有锁柄能够转动的副锁。连接器双重锁定机构的工作原理是当主锁未锁定时，插头上的两个凸台就会阻止副锁锁定，如图6一19(a)所示;当主锁完全锁定时，副锁锁柄方能转动并锁定，如图6一19(b)所示;当主锁与副锁双重锁定后，连接器插头与插座的连接状态如图6一19(c)所示，插头与插座可靠连接，从而防止连接器脱开。下一页上一页返回第四节安全气囊系统的保险装置四、接线端子双重锁定机构在安全气囊系统的每一个连接器中，接线端子都设置有双重锁定机构，其作用是:防止接线端子产生滑动。接线端子双重锁定机构由连接器壳体上的锁柄与分隔片组成，如图6-20所示。其中，锁柄为一次锁定机构，防止端子沿导线轴线方向滑动;分隔片为二次锁定机构，防止端子沿导线径向移动。五、螺旋线束目前，安全气囊系统的所有线束都套装在黄色波纹管内，并与车颈线束总成连成一体，以