第8章 汽车安全气囊系统ppt课件.ppt

汽车电子控制技术,沈阳大学 凌永成,配 套 教 材 信 息,教材名称：汽车电子控制技术（第2版）教材主编：凌永成 于京诺教材定价：40RMB出版社：北京大学出版社出版时间/版次：2011年7月第2版国际标准书号（ISBN ）： 978-7-301-19225-2教材所属系列： 21世纪全国高等院校汽车类创新型应用人才培养规划教材,第8章 汽车安全气囊系统,教学提示：作为重要的被动安全措施，安全气囊在保护汽车乘员、减轻交通事故伤害程度方面，发挥着不可替代的作用。多功能、智能化是汽车安全气囊系统的发展趋势。,教学要求：本章主要介绍汽车安全气囊系统。要求学生了解汽车安全气囊系统的应用概况和发展趋势，熟悉汽车安全气囊系统的基本组成和工作原理。,8.1 安全气囊系统概述,8.1.1安全气囊的作用,为了在车辆发生碰撞事故时最大限度地保护驾乘人员，尽量减小撞车对驾乘人员的伤害程度，现代汽车广泛装备了辅助约束系统（Supplemental Restraint System，SRS），也称辅助乘员保护系统。,作为汽车重要的被动安全措施，SRS系统的安全气囊（Airbag safety）与座椅安全带(Seat belt)配合使用，可以为乘员提供十分有效的防撞保护。由于安全气囊是SRS系统的核心保护部件，故国内也习惯将辅助乘员保护系统称为安全气囊系统。,安全气囊是一种当汽车遭到冲撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲垫，当汽车发生碰撞时，能迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，使乘员撞在气袋上，避免或减缓碰撞，从而达到保护乘员的目的。,安全气囊,安全气囊对乘员的保护作用,8.1.2安全气囊的种类,1.按照气囊的数量划分,单气囊系统（只装在驾驶员侧）;双气囊系统（驾驶员侧和副驾驶员侧各有一个安全气囊）;多气囊系统（前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊）。,2.按照气囊的大小划分,保护全身的安全气囊;保护整个上身的大型气囊;主要保护面部的小型护面气囊。,3.按充气装置点火系统划分,电子式;机械式。,4.按照保护对象的不同划分,1）驾驶员防撞安全气囊,驾驶员防撞安全气囊（Driver airbag，DAB）安装在方向盘上，分美式和欧式两种。,美式气囊是考虑到驾驶员没有佩带座椅安全带而汽车相撞时起保护作用，约60L。,欧式气囊是假定驾驶员佩带座椅安全带而设计的，其体积较小，约40L。日本的安全气囊也属于此类。,近年来，由于安全气囊的生产成本下降，日本防撞安全气囊规格有所增加，如本田轿车的驾驶员防撞安全气囊的体积为60L。,2）前排乘员防撞安全气囊,前排乘员防撞安全气囊（Passenger airbag，PAB）也较大。美式的约160L，欧式的约75L。,3）后排乘员防撞安全气囊,后排乘员防撞安全气囊（Rear side airbag，RSAB）安装在前排座椅上，防止后排乘员在撞车时受到伤害。,4）侧面防撞安全气囊,侧面防撞安全气囊（Side impact protection airbag）安装在车门上，防止驾驶员及乘员的肩、臂、腰、骻受侧面撞击。,5）安全气帘,安全气帘（Inflatable curtain，IC）安装在汽车车顶与车门的交接处，用于汽车在遭受横向撞击或翻车时保护乘员的头部、肩部不受伤害。,6）智能型安全气囊,为了克服普通安全气囊系统的不足，一些高端汽车装备,了新一代智能型安全气囊（Smart Air Bag）。智能型SRS比一般SRS增加了以下几种功能。,检测乘员是否系上座椅安全带。,此外，还有对乘员的膝盖进行保护的膝部安全气囊（Knee airbag）和对车外行人进行保护的行人安全气囊（Pedestrian airbag）。,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。,膝部安全气囊,福特公司的行人安全气囊,行人安全气囊,奔驰M级轿车安全气囊的布置,8.2 安全气囊系统的结构组成与工作原理,8.2.1安全气囊系统的组成与工作过程,1.安全气囊系统的组成,机械式SRS主要由传感器、气囊组件、气体发生器等组成。安全气囊工作由传感器直接引爆点火。该SRS的优点是结构简单，成本低；缺点是可靠性差，容易误动作。,机械式SRS工作原理,电子式SRS主要由传感器、气囊组件、气体发生器、电控装置（ECU）等组成。,电子式SRS的组成1-气囊报警灯；2-螺旋电缆（装于方向盘内）；3-前部碰撞传感器（右）；4-前排乘员安全气囊总成；5-中央气囊传感器总成及电控单元；6-方向盘（内装驾驶员安全气囊）；7-前部碰撞传感器（左）,SRS工作原理,安全气囊的前部碰撞有效范围及点火的判断条件,2.安全气囊系统的工作过程,安全气囊由点火起爆到完全彭开是需要一定时间、经历一个过程的，其充气速度和膨胀强度是可以控制的，且需与汽车的碰撞强度相适应。否则，将很难起到良好的乘员保护作用。,安全气囊的膨胀过程,SRS的整个工作过程大约需要110 ms左右，可分为四个阶段。,SRS动作时序,8.2.2安全气囊系统的主要部件,1.传感器,传感器用于检测、判断汽车发生事故后的撞击信号，以便及时启动安全气囊，并提供足够的电能或机械能点燃气体发生器。,传感器按其功能可分为碰撞传感器和安全传感器两种。安全传感器也称触发传感器，其闭合的减速度与碰撞传感器相比要稍小一些，起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成误爆开。,传感器按其结构可分为机械式、机电式和电子式三种。,1）机械式传感器,当传感器中传感重块的减速度达到某一特定值时，传感重块便将其机械能直接传给引发器使气囊膨开。该传感器用于机械式安全气囊系统。,图8-12 机械式传感器1感应块；2撞针；3偏置弹簧；4D轴；5顶盖,2）机电式传感器,机电式传感器主要有滚球式、偏心式、水银开关式等。,滚球式传感器。,如图8-13所示，平时小钢球被磁场力所约束。当碰撞时，在圆柱形钢套内小钢球就向前运动。一旦接触到前面的触点，则将触发电路接通。这种传感器目前应用很广，可以检测各种撞击信号。,图8-13 滚球式传感器1小钢球；2磁铁；3触点,偏心式传感器。,偏心式传感器为具有偏心转动质量的机电式加速度传感器，由外壳、偏心转子、偏心重块、旋转触点与固定触点、螺旋弹簧等构成。,图8-14 偏心式传感器的结构1自检电阻；2传感器；3固定触点；4旋转触点；5偏心转子；6外壳；7偏心重块；8螺旋弹簧,图8-15 偏心式传感器的工作过程1旋转触点；2固定触点；3止动器；4偏心重块；5螺旋弹簧力；6偏心转子,水银开关式传感器。,水银开关式传感器是安全传感器中常见的一种。安全传感器一般比碰撞传感器所需的惯性力或减速度小，以保证碰撞传感器的可靠工作。,图8-16 水银开关式传感器 1-盖；2、3-电极；4-O形圈；5-水银撞上后位置；6-壳体；7-水银；Fl-水银运动分力；F2-撞击力,3）电子式传感器（中央安全气囊传感器）,电子式加速度计对汽车正向减速度进行连续测量，并将测量结果输送给ECU，ECU内有一套复杂的碰撞信号处理程序，能够确定气囊是否需要膨开。若需要气囊膨开，ECU便会接通点火电路，安全传感器同时也闭合，则引发器接通，气囊膨开。,图8-17 电子式传感器 1集成电路； 2惯性质量； 3变形针,2.气囊组件,气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。,驾驶员侧气囊组件,乘客侧气囊组件,驾驶员侧气囊组件,1）气体发生器,气体发生器又称充气器，用于在点火器引爆点火剂时，产生气体向气囊充气，使气囊膨开。气体发生器用专用螺栓和专用螺母固定在气囊支架上，装配时只能用专用工具进行装配。,图8-20 气体发生器1-上盖；2-充气孔；3-下盖 ；4-充气剂；5-点火器药筒；6-金属滤网；7-电热丝；8-引爆炸药,2）点火器,点火器外包铝箔，安装在气体发生器内部中央位置。,图8-21 点火器结构1-引爆炸药；2-药筒；3-引药；4-电热丝；5-陶瓷片；6-永久磁铁；7-引出导线；8-绝缘套管；9-绝缘垫片；10-电极；11-电热头；12-药托,3）气囊,气囊按位置分为驾驶员气囊、乘员气囊、侧面气囊等；有用来保护上身的大型气囊，也有用来主要保护面部的小型气囊。驾驶员气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制造。橡胶涂层起密封和阻燃作用，气囊背面有两个泄气孔。乘员气囊没有涂层，靠尼龙布本身的间隙泄气。,驾驶员安全气囊组件展开图,4）衬垫,衬垫是气囊组件中的一个重要的组成部分，由聚氨酯制成。在制造过程中使用了很薄的水基发泡剂，所以质量特别轻。,5）饰盖和底板,饰盖是气囊组件的盖板，上面模制有裂缝，以便气囊能冲破饰盖膨开。,3.SRS警报灯,SRS警报灯,4.ECU,图8-24 福特林肯城市轿车SRS控制组件的内部结构1能量储存装置（电容）；2安全传感器总成；3传感器触点；4传感器平衡块；54端子插接器；6逻辑模块；7SRS ECU插接器,5.安全气囊系统保险机构与线束,图8-25 丰田科罗娜轿车SRS插接器1、2、3ECU插接器；4SRS电源插接器；5中间线束插接器；6螺旋线束；7右碰撞传感器插接器；8气囊组件插接器；9左碰撞传感器插接器；10点火器,表8-1 丰田科罗娜轿车SRS插接器保险机构,1）防止SRS气囊误爆机构,防止气囊误爆机构的结构与原理,2）电路连接诊断机构,（a）半连接 （b）可靠连接图8-27 电路连接诊断机构结构与原理,3）插接器双重锁定机构,图8-28 插接器双重锁定机构,4）端子双重锁定机构,SRS的每一个插接器都设有端子双重锁定机构，用于防止引线端子滑动，主要由插接器壳体上的锁柄与分隔片组成。,锁柄为一次锁定机构，可防止端子沿引线轴线方向滑动；分隔片为二次锁定机构，可防止端子沿引线径向移动。,图8-29 端子双重锁定机构,5）SRS线束,SRS的所有线束都套装在黄色波纹管内，为了保证方向盘具有足够的转动角度而又不致损伤驾驶员侧SRS气囊组件的连接线束，在方向盘与转向柱管之间采用了螺旋线束。,图8-30 螺旋弹簧与螺旋线束1、3线束插头或插接器；2螺旋弹簧；4螺旋壳体；5搭铁插头,8.3 智能安全气囊系统,8.3.1智能安全气囊系统概述,智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增加传感器，以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人，是否系好安全带以及乘员所处的位置、高度，通过采集这些数据，由电子计算机软件分析和处理控制安全气囊的起爆和膨胀，使其发挥最佳作用，避免安全气囊出现不必要的起爆，从而极大地提高其安全保护作用。,智能安全气囊比普通安全气囊主要多了两个核心元件，即传感器及与之配套的计算机软件。,目前使用的传感器主要有以下几种。,重量传感器，根据座椅上的重量感知是否有人，以及乘员是大人还是小孩；,电子区域传感器，能在驾驶室中产生一个低能量的电子区域，测量通过该区域的电流测定乘员的存在和位置；,红外线传感器，根据热量探测乘员的存在，以区别于其他无生命的物品；,光学传感器，如同一台照相机注视着座椅，并与存储的空座椅的图像进行比较，以判别人体的存在和位置；,超声波传感器，通过发射超声波，然后分析遇到的物体后的反射波探明乘员的存在和位置。,设计开发智能安全气囊的另一个重要工作就是编制计算机软件。一般来说，计算机软件要能根据乘员的身材、体重、是否系好安全带、人在座椅上所处位置、车辆碰撞时的车速以及撞击程度等，在一刹那间就做出反应，调整安全气囊的起爆和膨胀时机、速度和强度，使安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护，特别是减少对儿童等身体矮小者的伤害。,8.3.2智能安全气囊系统的特点与组成,1.宝马BMW高级安全电子系统的特点,BMW公司将自己的智能安全气囊系统称为高级安全电子系统ASE。,高级安全电子系统ASE具有以下优点：快速获取并传输数据（10MBit/s）； 准确识别碰撞；安全气囊控制系统联网；选择性触发；精确控制智能型安全气囊；触发安全性高；抗电磁干扰能力强；需要时可断开安全蓄电池接线柱，进行蓄电池线路诊断。,高级安全电子系统ASE能够比多重乘员保护系统 MRS 更准确地识别出碰撞情况，能够根据碰撞情况及时地、有选择地触发执行器（气囊）。发生碰撞时，仅仅触发那些必要的执行器（气囊），以便对车内乘员提供最佳的保护，并降低维修费用。,2.宝马BMW高级安全电子系统的组成,系统组成1-安全和网关模块；2-伺服转向助力系统阀（SA）；3- ECO 阀（仅针对 AFS）；4-数字式发动机控制单元；5-车身标准模块；6-灯光模块；7-多音频系统控制器；8-电子信息系统控制单元；9-紧急呼叫按钮；10-右侧头部安全气囊 AITS II ；11-前乘客前部安全气囊；12-前乘客侧车门模块；13-前乘客侧面安全气囊；14-后座右侧侧面安全气囊（SA）；15-行李箱内监控屏蔽接头；16-右侧 B 柱卫星式控制单元；17-车辆中央卫星式控制单元；18-前乘客安全带锁扣开关及拉紧装置；19-座位占用识别装置；20-后座右侧安全带锁扣开关及拉紧装置（SA）；21-安全蓄电池接线柱；22-后座左侧安全带锁扣开关及拉紧装置（SA）；23-主动式前乘客头枕；24-主动式驾驶员头枕；25-驾驶员安全带锁扣开关及拉紧装置；26-左侧 B 柱卫星式控制单元；27-发动机室内监控屏蔽接头；28-后座左侧侧面安全气囊（SA）；29-驾驶员侧面安全气囊；30-驾驶员侧车门模块；31-左侧头部安全气囊 AITS II ；32-转向柱开关中心；33-驾驶员前部安全气囊；34-诊断接口,8.3.3智能安全气囊的工作原理,1.触发规则,1）碰撞严重程度,通过大量的在极端条件下的碰撞和行驶试验，确定所有可能的事故类型的BMW触发阈值。,2）触发阈值,触发阈值的确定主要取决于碰撞严重程度以及对其他因素的考虑，如撞击方向、碰撞时接触面积和车内乘员是否系好安全带。由此得出控制各个乘员保护系统的不同阈值。由于触发阈值的不同，前部安全气囊第2级的引爆根据碰撞的严重程度而变化。,触发阈值取决于碰撞严重程度，碰撞严重程度分为四组，即CS0，不必触发乘员保护系统；CS1，轻度碰撞；CS2，中度碰撞；CS3，重度碰撞。,如果安全带锁扣识别错误，系统会由此推断出乘员未系安全带。此时触发阈值降低，尽管是识别错误，还是会试图激活安全带拉紧装置。,如果座椅占用识别出现错误，系统将确认座椅被占用（即座椅上有乘员）。此时，乘员保护系统会被激活（相应的安全气囊会引爆）。,2.碰撞时的触发,1）正面碰撞,发生正面碰撞时，可将碰撞严重程度分为轻度至中度碰撞（CS1/CS2）和严重碰撞（CS3）三级。,碰撞严重程度CS1。碰撞严重程度CS1（轻度碰撞）会触发安全带拉紧装置。在识别到车内乘员系好安全带时，不会触发驾驶员 / 前乘客安全气囊。,碰撞严重程度CS2。从碰撞严重程度CS2（中度碰撞）起，驾驶员 / 前乘客安全气囊和安全带拉紧装置都会触发。,安全蓄电池接线柱开始工作，关闭电动燃油泵，如车内装有具备报警功能的电话，还将进行紧急呼叫。,碰撞严重程度CS3。碰撞严重程度CS3（严重碰撞）时，驾驶员 / 前乘客安全气囊和安全带拉紧装置都会触发，但时间延迟不同。,车辆发生正面碰撞时安全气囊的触发过程,车辆发生正面碰撞时安全气囊的触发过程,2）侧面碰撞,发生侧面碰撞时，碰撞严重程度区分为轻度和中度碰撞。,从碰撞严重程度CS1（轻度碰撞）起，受撞击侧的头部保护系统AITS II和侧面安全气囊即会被触发。从碰撞严重程度CS2（中度碰撞）起，气囊触发的同时，还会激活安全蓄电池接线柱，关闭电动燃油泵。如车内装有具备报警功能的电话，还将进行紧急呼救。,3）尾部碰撞,从碰撞严重程度CS1（轻度碰撞）起，触发主动式头枕和安全带拉紧装置。,如碰撞严重程度为CS2（中度碰撞），还将激活安全蓄电池接线柱，关闭电动燃油泵。如果车内装有具备报警功能的电话，还将进行紧急呼救。,2.紧急呼叫（欧规车）,如果装有车载电话，BMW高级安全电子系统可向客户提供两种紧急呼叫功能，即手动和自动紧急呼叫功能。如果车内还装有导航系统，发出紧急呼叫的同时还可发出车辆所在位置的数据。,图8-32 紧急呼叫按钮1-左侧免提话筒；2-活动天窗按钮；3-紧急呼叫按钮；4-右侧免提话筒,1)手动紧急呼叫（不带导航）2)手动紧急呼叫（带导航）3)自动紧急呼叫（不带导航）4)自动紧急呼叫（带导航）,8.4 座椅安全带,8.4.1安全带的作用,汽车安全带是一种安全保护装置，它能在汽车发生碰撞或者急转弯时约束乘员的身体，使其尽可能保持在座椅原来位置上而不移动和转动，避免乘员与车内坚硬部件发生碰撞而造成伤害。,安全带与安全气囊一样都是现代汽车上的安全装置，共同构成乘员约束系统（SRS），但是安全带历史悠久，应用更普遍。,车辆碰撞时，车与车（或固定物体）的碰撞称为一次碰撞，乘员撞在车内结构物上称为二次碰撞。乘员的伤害程度取决于二次碰撞的程度，车速越高，二次碰撞的减速度越大，伤害越严重。,8.4.2安全带的种类,图8-33 安全带的种类a）两点式；b）斜挂式；c）三点式；d）四点式,8.4.3安全带的结构,安全带基本结构一般包括软带、带扣、长度调整机构、卷带装置和固定部分。,8.4.4预紧式安全带,1.功能与特点,预紧式安全带（Pre-tensional Seat Belt）的特点是，当汽车发生碰撞事故的一瞬间（0.1s左右），乘员尚未向前移动时它就会拉紧织带，立即将乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止织带以防止乘员身体前倾，有效保护乘员的安全。,预紧式安全带,图8-35 预紧式安全带对乘员的约束过程 （a）预紧（刚刚发生碰撞，但气囊尚未弹出）； （b）保持拉紧，约束乘员（气囊已经弹出）； （c）解除拉紧状态（气囊处于泄放过程中）,预紧式安全带中起主要作用的卷收器与普通安全带不同，除有普通卷收器的收放织带功能外，还具有当车速发生急剧变化时，能够在0.1s左右加强对乘员的约束力，因此它还有控制装置和预拉紧装置。,2.安全带收紧器,图8-36 座椅安全带收紧器结构,座椅安全带收紧器,1）收紧机构,收紧机构的结构,2）气体发生器（E型）,气体发生器由传爆管（发热丝和点火药粉）和装在金属容器内的气体发生剂（无烟火药）组成。,当气囊传感器接通时，电流流到传爆管的发热丝而点燃点火药，火焰随即在极短的时间内传到气体发生剂，产生高压气体。,气体发生器,需特别注意，即使微弱的电流也可能点燃传爆管。因此，维修时绝不可使用万用表测量其电阻。,复习思考题,1.安全气囊充气组件由哪几部分组成？有什么功能？,2.智能安全气囊系统有何特点？,3.简述宝马BMW智能安全气囊系统的工作原理。,4.简述预紧式安全带对乘员的约束过程。,GAME OVER,