安全气囊的构成与工作原理,安全气囊的结构与工作原理

('题目：《安全气囊的发展与运用》院系：汽车与电气工程系专业：汽车检测与维修姓名：杨旭东学号：0902020330指导教师：许和进2011年6月12日论安全气囊的发展与运用第一章：概述随着公路条件的大幅度改善，现代汽车的行驶速度日益提高，“安全”已成为汽车发展进程中一个十分突出的问题。作为汽车被动安全性重要措施之一的乘员辅助保护系统（SRS），近年来在车辆上得到了迅速普及。1.1安全气囊系统的功能：当汽车遭受碰撞导致车速急剧变化时，气囊（图1-1）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，使驾驶员、乘员头部与胸部压在充满气体的气囊上，利用气囊的阻尼作用和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。现代汽车在驾驶员前端方向盘中央普遍装有安全气囊系统，有些汽车在驾驶员副座前的工具箱上端也装有安全气囊系统。图1-1安全气囊1.2安全气囊系统的分类：（1）按照气囊的数量包可分为单气囊系统（只装在驾驶员一侧）、双气囊系统（正、副驾驶员侧各有一个安全气囊）和多气囊系统（前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊）。图1-2多方位安全气囊（2）按大小可分为保护全身的安全气囊、保护整个上身的大型气囊和保护面部的小型护面气囊。（3）按照保护对象不同可分为驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊与侧面防撞安全气囊几种。1、驾驶员防撞安全气囊驾驶员防撞安全气囊装在方向盘上，分美式和欧式两种。美式气囊是假定驾驶员没有佩戴座椅安全带设计的，其容积较大，为60L。欧式气囊是假定驾驶员佩戴座椅安全带而设计的，其窖较小，约40L。2、前排乘员防撞安全气囊由于副驾驶位置乘员在车内位置不固定且前方空间较大，因此为保护其撞车时免受伤害，设计的防撞安全气囊也较大。美式约160L左右，欧式约75L左右（后者考虑了乘员受座椅安全带的约束）。3、后排乘员防撞安全气囊装在前排座椅上，防止后排乘员在撞车时受到伤害。4、侧面防撞安全气囊装在车门上，防止驾驶员及乘员受侧面撞击。（4）按发气剂。安全气囊按其使用的发气剂不同，可分为叠氧化钠型和液态氢型，但前者应用较多。1.3安全气囊的发展方向：随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆力有多大并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄，但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。Safe-By-Wire是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。Safe-By-WirePlus总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN等总线相比，Safe-By-Wire的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏Safe-By-Wire中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。第二章：安全气囊系统的组成安全气囊系统主要包括碰撞传感器、气囊电脑、系统指示灯、气囊组件以及连接线路，气囊组件主要包括气囊、气体发生器以及点火器等。如图2-1所示。图2-1安全气囊的组成2.1碰撞传感器碰撞传感器对于各汽车制造厂生产的车辆，碰撞传感器的安装位置不尽相同，而且碰撞传感器的名称也不统一，例如有些碰撞传感器按照工作原理也称为加速度传感器。喷撞传感器的作用是检测车辆发生碰撞时的减速度或惯性力，并将信号送到安全气囊系统的电子控制单元。①按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的减速度或惯性，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。②按照结构的不同，碰撞传感器分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动（滚动或转动）来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式(图)和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式２种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。③对于早期的汽车，一般设有多个触发碰撞传感器，安装位置一般在车身的前部和中部，例如车身两侧的翼子板内侧、前照灯支架下面以及发动机散热器支架两侧等部位。随着碰撞传感器制造技术的发展，有些汽车将触发碰撞传感器安装在气囊电脑内。防护碰撞传感器一般都与气囊电脑(2-3)组装在一起，多数安装在驾驶舱内中央控制台下面。图2-3带有碰撞传感器的气囊电脑2.2气囊电脑它是气囊系统的核心部件，大多安装在驾驶舱内中央控制台下面(图2)。气囊爆炸后，在气囊电脑中会存储碰撞数据和故障码，这些故障码用普通仪器无法清除。为了保证气囊工作的可靠性，很多汽车生产图2-2滚球式碰撞传感器结构厂家建议气囊电脑一次性使用。但是气囊电脑的价格很高，因此很多具有气囊电脑数据修复功能的仪器被开发出来，通过读取并修复碰撞数据，可以实现气囊电脑的再次使用。需要注意的是，配件市场上存在将修复电脑作为新配件销售的情况，购买配件时应注意。图2-4帕萨特B5气囊电脑气囊系统有2个电源，即汽车电源(蓄电池和发电机)和备用电源，备用电源电路由电源控制电路和若干电容器组成。当汽车发生碰撞导致蓄电池和发电机与气囊系统断开时，备用电源在一定时间内(一般为6s)可以维持气囊系统供电。在维修气囊系统时应注意备用电源的作用，在断开蓄电池电源后仍需要等待一段时间以使备用电源放电，具体等待时间请参阅相关维修手册。2.3中央传感器中央传感器大多采用电子式，电子式碰撞传感器有电阻式和压电式。电子式传感器对汽车碰撞时的减速度进行间接测量，并将结果输送给微处理器，微处理器内有一套复杂碰撞信号处理程序，能够判定气囊是否需要打开。如需要，微处理器便会接通点火电路，如果其防护碰撞传感器闭合，则点火器接通，气囊打开。当汽车发生碰撞时，半导体应变电阻在悬臂梁减速惯性力的作用下发生弯曲应变，受压后的电阻发生变化。汽车的速度越大，碰撞后产生的加速度的力越大，则输出的电压也越大，由于半导体压力传感器输出特性受温度影响较大，故应用晶体管的基极——发射极间的电压来消除传感器输出特性的变化。图2-5压电效应式中央安全传感器结构2.4气囊指示灯气囊指示灯安装在仪表板上，用于指示气囊系统功能是否处于正常状态。正常情况下，打开点火开关后，气囊指示灯应点亮几秒钟后熄灭。如果气囊指示灯不亮、一直亮或在行驶途中突然点亮，表示气囊系统有故障，应及时检修。2.5气体发生器气体发生器功能是在点火器引爆点火剂时，产生气体向气囊充气，使气囊爆开。气囊发生器使用专用螺栓固定在气囊支架上，只有使用专用工具才能进行装配。气体发生器自安装之日起，应１０年更换１次。①为了便于安装，驾驶员气囊气体发生器一般都做成圆形。目前，大多数气体发生器都是利用热效应产生氮气充入气囊。②前排乘客气囊的气体发生器为长筒形，其工作原理与驾驶员侧气体发生器相同2.6点火器安装在气体发生器的中央位置，作用是在触发碰撞传感器和防护碰撞传感器将气囊电路接通时，引爆点火剂，产生热量使充气剂分解。2.7气囊系统线束连接器及保险机构为了便于将气囊系统线束与其他电气系统线束区别开，目前大多数汽车的气囊系统线束采用黄色连接器（图６），也有采用深蓝色或橘红色连接器。连接器采用了导电性能和耐久性能良好的镀金端子，并设计有防止气囊误爆机构，以保证气囊系统可靠工作。图2-6气体发生器结构①从气囊电脑到点火器之间的连接器采用了防止气囊误爆的短路片机构（铜质弹簧片，又称为短路弹簧片）。当连接器拔开时（插头拔下或插头与插座未完全结合），短路片自动将靠近气囊点火器一侧插头或插座的２个引线端子短接，防止静电或误通电造成气囊误爆。②为了保证转向盘具有足够的转动角度而又不致于损伤气囊组件的连接线束，在转向盘和转向柱之间采用了螺旋线束，即将线束安装在螺旋形弹簧内。在不同汽车制造厂提供的维修手册中，螺旋线束的名称各有不同，例如也称为螺旋弹簧、游丝或游丝弹簧。螺旋弹簧在转向盘和转向柱之间安装时，需要注意安装位置和方向（图2-7），当拆卸和安装转向盘时，应将转向柱固定在“直向前”的位置，以免损坏螺旋线束。2.8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。第三章：安全气囊系统的工作原理及过程当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力(减速度)超过设定值时，安全气囊电脑立即接通充气元件中的电爆管电路，点燃电爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03秒钟的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲破方向盘上装饰盖板鼓向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员的头部和胸部压在充满气体的气囊上，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78％的气体是氮气，十分安定且不含毒性，爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。工作过程如图3-1—3-4图3-1安全气囊的工作过程图2-7安装螺旋弹簧时应注意方向图3-2图3-3安装在方向盘中的安全气囊和充气系统图3-4充气系统使用固体推进剂和点火器安全气囊它是由折叠好的气囊(安装在方向盘上)、充气器、点火器、氮气固态粒子和相应的线束连接而成的，其中，检测碰撞强度的加速度传感器集成在安全气囊控制器内。工作过程：当碰撞发生时，控制器根据传感器发出的加速度信号，识别和判断碰撞的强度，当碰撞强度达到设计条件时，引爆气囊的传感器迅速触动点火器引爆氮气固态粒子，形成迅速膨胀的气袋，以缓冲前排乘客所遭受的冲击力度，主要保护其头部不受伤害。当然不必紧张，传感器会自动计算所受到碰撞的强烈程度，不会因驾驶员操作不当、汽车遇到小的障碍或较轻的碰撞而导致气囊错误起爆。打开原则：轻微的碰撞不会打开安全气囊。一般说来，只有在车辆正面一定角度范围内才是打开安全气囊的有效碰撞范围，后碰、侧碰、翻转都不会引发安全气囊打开。如：桑塔纳2000升级版在车身正面左右各30度以内受到重创时才会打开安全气囊。安全气囊打开的必要条件：A、车速一般在50公里／小时以上，但关键因素是碰撞发生时的加速度(在国家鉴定试验中，碰撞瞬时的加速度约为-40g；B、正面行驶；C、碰撞物体：刚性墙壁或障碍物；D、打开时间：在碰撞发生后的几十毫秒内。E、碰撞物体的刚性：车辆以50公里时速撞向墙壁和撞向沙堆的效果截然不同，因此50公里／小时只是相对速度，只有当实际碰撞满足条件时，安全气囊才会自动打开。需要强调的是，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。结论：汽车安全气囊作为一种设想提出来后到今天成为必需的安全装备在汽车上广泛应用已经过了整整半个世纪的历程。安全气囊有效地减小了在汽车碰撞事故中乘员的伤亡，它的保护效果在汽车安全研究领域得到广泛的认识和高度重视。随着汽车安全气囊的普遍推广应用，安全气囊系统的各关键技术环节均成为汽车安全研究领域的重点。当前安全气囊新技术的开发研究可以概括为向着气囊的智能化、小型化、多样化无污染的方向发展。（1）安全气囊的智能化传统的正面碰撞安全气囊系统是根据前座乘员的常规乘座位置和气囊的理想点火时刻为原则设计的。但是在实际的汽车碰撞事故中，影响气囊保护性能的因素很多，例如乘员的身高和体重、乘员相对于方向盘河南机电高等专科学校毕业论文7或仪表板的位置、碰撞的剧烈程度等等。不同的碰撞条件及乘员和乘员的位置的变化会导致乘员不是在最佳时刻与气囊接触，从而降低对乘员的保护效果。为了充分发挥安全气囊的保护效果，自适应式或称为智能型安全气囊的概念也就应运而生。近年来，智能型安全气囊的研究致力于开发一种能够最大限度地保护乘员的安全气囊系统。这种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。智能型气囊的关键技术之一是先进的传感系统和电子运算系统，它们在事故发生的短暂时刻内能够提供可靠的碰撞环境的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度，碰撞的方位，乘员的身材、体重、位置，乘员是否系有安全带。智能气囊系统根据原有探测的信息作出判决怎样调节和控制气囊的工作性能，使气囊能充分发挥其保护效果。(2)安全气囊的小型化缩小安全气囊总成的体积是当前发展的趋势之一。新型发生器工作时，压缩气体从气罐中喷出充满气袋。这种发生器气体产生率高，因而尺寸小，便于安装布置。(3)环境保护型安全气囊采用压缩气体的气体发生器对人体无毒害，且易于回收处理，没有环境污染的问题。(4)安全气囊的多样化驾驶员和前座乘员安全气囊已成为轿车生产中的标准设备，作为正碰撞事故中的安全措施。侧面碰撞气囊正在迅速发展。不同设计形式的侧碰撞气囊可分别安装在坐椅靠背外侧、车门中部、车身中立柱、车身顶部与车门交界部位。这些安装在不同部位的侧碰撞气囊可分别起到保护乘员头部、胸部和臀部的作用。正在研制的新型保护气囊还有以下5种：①安装在转向盘下方膝垫部位的安全气囊可保护下脚正碰撞中免受伤害。②安装在制动踏板下的安全气囊以保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害。③安装在前座椅靠背上的安全气囊以保护后座乘员。④安装在汽车发动机罩下的安全气囊，保护行人。⑤安装在前挡风玻璃边框的安全气囊以减少行人在汽车碰撞事故中头部的损伤。参考文献[1]赵长杰.汽车电器设备.北京:人民交通出版社,2001[2]王凤忠.汽车维护与故障诊断.北京：科学出版社，2009[3]陈国庆,林松.汽车车身电子控制系统维修技术.北京：北京理工大学出版社，2009.8[4]戴胡斌,程国元.丰田系列轿车维修一本通.南京:江苏科学技术出版社,2007',)