安全气囊的发展与应用 毕业论文.doc
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1、 毕 业 论 文论文题目 安全气囊的发展与应用 学 院 职业技术学院 专 业 汽车检测与维修 年 级 09级 学 号 姓 名 指导教师 职 称 (二 年 月) 摘要现在,随着汽车技术的进步和道路条件的改善,汽车行驶的速度越来越快,车流量也越来越大,安全隐患也越来越严重,交通事故率逐年增加。因此,确保汽车行驶的安全性,解决乘车人员的安全越来越受到人们的重视,而在汽车上装配安全气囊就是一种有效的解决方法。本文主要介绍安全气囊的作用、安全气囊的分类、安全气囊的发张、系统主要部件、气囊在车内的应用、气囊系统的工作原理、使用注意参项、安全气囊的维护等。目录0 前言11 汽车安全的概述21.1汽车安全21
2、.2安全带与安全气囊21.3安全气囊的分类32 安全气囊系统的结构及工作原理42.1 安全气囊系统的组成42.2安全气囊系统的基本工作原理52.3 安全气囊的工作过程53 安全气囊系统部件的结构与原理73.1 碰撞传感器73.1.1 机械型碰撞传感器83.1.2 汞开关型碰撞传感器103.1.3 半导体型碰撞传感器103.2 电子控制单元103.3 备用电源113.4 故障指示灯123.5 安全气囊组件124 安全气囊的应用134.1 安全气囊的正确使用134.2 安全气囊的检修,储存和运输144.3 安全气囊的缺陷155 安全气囊的检测185.1 SRS系统故障自诊断测试185.2 读取安全
3、气囊系统故障代码195.3 注意事项215.4 清楚安全气囊故障代码215.4.1清除41以外的故障代码215.4.2 清除代码41以外故障代码的注意事项215.4.3 清除代码4122结论23参考文献24 0 前言在我国,随着高速公路的发展和汽车性能的提高,汽车的行驶速度越来越快,特别是由于汽车拥有量的迅速增加,交通越来越拥挤.等诸多因素导致近年来汽车安全事故的损失逐年上升。所以,汽车的安全性就变得尤为重要。汽车的安全性分为主动安全和被动安全两种。主动安全是指汽车防止发生事故的能力,主要有防抱死系统,制动力分配系统等。被动安全是指在万一发生事故的情况下汽车上的配置保护乘员的能力。目前主要有安
4、全带、安全气垫 、防撞式车身和安全气囊防护系统( Airbag Restraint System)等。(以下简称为:安全气囊。)发生交通事故时,汽车不可避免的要发生碰撞。汽车发生碰撞全过程分为两个阶段:没有人参与的汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞作为碰撞的第一阶段。碰撞第一阶段必然导致汽车产生减速度,车内人员由于惯性就会以一定的加速度向撞击发生的方向运动,如果这个加速度足够大,将造成人员与车内构件相碰,把这个碰撞叫碰撞的第二阶段,即伤人阶段。安全气囊的作用即在碰撞的第一阶段和第二阶段之间,迅速在车内人员与汽车构件之间产生一个充满气体的气垫,在碰撞过程中通过气囊的阻尼排气等过程吸收乘员的动能,
5、使碰撞的第二阶段得以减缓,以减轻碰撞对人员的伤害程度。安全气囊属于汽车乘员“被动安全性保护装置”。其中安全带在被动保护过程中起主要作用,而安全气囊属于辅助约束系统(Supplemental Restraint System),即SRS。关键词:汽车 被动安全 辅助约束系统 安全气囊 1 汽车安全的概述1.1汽车安全汽车装备的安全装置分为主动安全装置和被动安全装置。主动安全装置的功用是避免发生事故,目前主要有制动系统,灯光与照明系统;被动安全装置的作用是减轻事故对驾驶员与乘员的伤害程度,目前采用的主要有座椅安全带,两节货三节式转向柱,安全气囊控制系统和座椅安全带系统。而安全气囊属于“辅助约束系统
6、”(Supplemental Restraint System),即SRS。它是装在汽车上的充气软囊。安全性是汽车最基本也是最重要的性能,特别是在人们注重安全性和舒适性的今天,安全气囊的性能和数量是衡量汽车技术指标的主要依据,目前我国已拥有安全气囊的自主知识产权。1.2安全带与安全气囊汽车被动性安全装置主要有安全带和安全气囊。实验表明安全带对乘员有良好的约束力,可以防止乘员被惯性力甩离座位,并且在汽车发生碰撞时能够吸收由惯性力所产生的大部分能量。但在汽车碰撞实验分析中,发现安全带对乘员,特别对驾驶员的头部、胸部以及膝部所能提供的保护是很薄弱的。而安全气囊则对驾驶员头部、胸部以及膝部的保护效果特
7、别明显,大大地减少了乘员的死亡率和减轻了乘员的损伤程度。值得指出的是,安全气囊只是辅助保护系统,需要佩带安全带才能起到预想的保护效果。交通事故统计数据表明,“三点式安全带+安全气囊”的防护效果最好,其有效保护率高达60;仅使用安全带的情况下,有效保护率为4349;而仅使用安全气囊,有效保护率急剧下降到18。引用上述统计数据有助于我们消除两个误区:第一安全气囊不是万能的;第二佩带安全带十分重要。现在人们的统一认识是:必须通过强制措施提高安全带的佩带率;在低速碰撞中,安全气囊的展开反而会增加意外伤害的可能性而降低保护效果;在中等或严重程度的碰撞事故中,安全气囊对乘员有明显的保护作用。一般说来,车内
8、乘员如果未系安全带的话,在速度为20km/h左右的固定壁障碰撞中就会受到严重伤害;而系了安全带的乘员,在30km/h的固定壁障碰撞中才会受到严重伤害。表-1为安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较。表-1安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较安全带系统安全气囊系统安全保护范围对乘员能够提供各种碰撞事故和滚翻事故的全方位保护在汽车发生严重的正面碰撞和侧面碰撞时,对乘员提供头部和胸部有效的保护装备的可靠性可以随时对系统的零部件故障进行检查依靠诊断装置进行一般故障检查,但无法进行系统零部件的无损检查装备的方便性需要佩带和解开安全带,即使采用自动安全带,对乘员的行动有很大的约束
9、,可以防止乘员从座位上甩出,乘员的碰撞范围较小对乘员无任何约束,但在汽车发生碰撞时,乘员可能会甩出座椅,在很大的范围内与车内装备发生碰撞维修的方便性安装、维修、更换都很方便维修较复杂,如零部件出现大的故障,则要更换全套安全气囊系统使用的普及性及成本普及容易,成本低廉,不需要提高汽车总造价正在普及驾驶员和前排座安全气囊,并作为汽车标准装备装车,但造价高。其他形式的安全气囊暂时为选装件发展方向电子控制安全带预收紧(与安全气囊电子控制系统统一控制)多方位、多个气囊的电子控制的安全气囊系统;智能安全气囊系统1.3安全气囊的分类1按其总体结构可分为机械式与电子式两大类。目前汽车上采用的安全气囊系统普遍都
10、是电子式。2按SRS气囊的数量可分为单安全气囊系统、双安全气囊系统和多安全气囊系统。单安全气囊系统只装备有驾驶席气囊。双安全气囊系统装备有驾驶席和前排乘员席两个安全气囊。多安全气囊系统装备有三个或三个以上的安全气囊。3按照保护对象分类(1)驾驶员防撞安全气囊。驾驶员防撞安全气囊装在转向盘上。(2)前排乘员防撞安全气囊。由于乘员在车内位置不固定,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。(3)后排乘员防撞安全气囊。装在前排座椅上。(4)侧面防撞安全气囊。装在车门上,防止乘员受侧面撞击。 2 安全气囊系统的结构及工作原理2.1 安全气囊系统的组成尽管各款汽车的安全气囊在控制不见的结构,
11、数量和安装位置不同,但其基本组成大致相同,主要有传感器,安全气囊组件,安全气囊系统指示灯和SRS ECU四部分组成。安全气囊系统的基本结构如图-2。图-2(1)传感器 用于检测汽车发生事故后的碰撞信号,并将信号输送给SRS ECU,并用以判断是否发生碰撞。传感器一般安装在车身的前部和中部。分为前碰撞传感器,中英碰撞传感器和防护传感器。(2)安全气囊组件 主要由气囊,气体发生器,点火器,地板和装饰盒等组成。(3)安全气囊指示灯 用于指示安全区囊的工作状态。当系统发生异常时,指示灯自动发亮报警。(4)SRS ECU 有备用电源电路,故障记忆电路,故障诊断与检测电路和点或引爆电路组成。2.2安全气囊
12、系统的基本工作原理由于汽车生产厂家不同和汽车型号、结构不同,安全气囊控制系统布置方式也有所不同。其中主要的布置方式有多点式安全气囊控制系统,单点式安全气囊控制系统,两点式安全气囊控制系统和防侧撞安全气囊控制系统。虽然布置方式不相同,但是控制原理是一样的。其控制原理如下如图-3图-3安全气囊系统工作原理当汽车遭受前方一定角度范围内的碰撞时,车体会受到强烈的撞击,车速急剧下降。安装在汽车前端的碰撞传感器和安装在SRS ECU 内部的中央传感器都会检测到汽车突然减速的信号,并将此信号输送给SRS ECU ,以判断是否发生碰撞。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时,SRS ECU发出控制指令由驱动电路将
13、气囊组件中的点火器电路接通,引爆雷管引燃点火剂,点火剂引爆时,迅速产生大量热量,使充气剂受热分解出大量气体并经过过滤后进入安全气囊,气囊便冲开气囊组件上的装饰盖迅速打开,在驾驶员和乘员面部和胸部前形成弹性气垫,即使泄露和收缩,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力,从而有效的保护人体。2.3 安全气囊的工作过程由于车辆型号和安全气囊的种类不同,安全气囊的工作过程受到多种外界因素的影响。但是其工作过程大体上是相同的。安全气囊的作用过程如下:碰撞碰撞传感器电子控制器(电脉冲)气体发生器气囊展开乘员保护。汽车发生正面碰撞时驾驶员的安全气囊展开过程如
14、图1所示(其中具体时间与多种因素有关,图示时间仅供参考):以图-4为例,从汽车开始碰撞计时:a010ms:在汽车特定的敏感部位处,装置碰撞传感器。碰撞传感器受到足够的碰撞冲量作用时,在10ms的瞬间内,将触发信号输送到中央电子控制器。b1020ms:在中央电子控制器中,主要有对安全气囊系统进行监测和控制的微处理器,能够对传感器输入的触发信号立即进行计算、比较和判断。如果碰撞冲量超过预先的设定值,中央电子控制器立即释放一个电脉冲火花,使气体发生器中的雷管急速爆炸。c2060ms:雷管的爆炸击穿装气体发生器的燃料盒,将固定燃料点燃并产生高温、高压气体(氮气),快速地经过滤器过滤冷却后冲入安全气囊。
15、气囊在2060ms内张开达到最大容积,在乘员与车内装备之间形成一个气垫。在同一瞬间,乘员因惯性力的作用,可能向前冲出150200mm,头部、脸部和胸部正好与迎面而来的气囊相接触。但高压气囊膨胀的能量,会把乘员“回弹”到座椅上,使得乘员身体受到一定损伤。d60100ms:与此同时,装在气囊后面的排气孔打开,气囊泄气并收缩。由气体的阻尼作用,吸收了碰撞的能量,缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力,使乘员陷入较柔软的气囊中。由于安全气囊将乘员与车内装备隔开,而使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出,气囊瘪下。图-4汽车正面碰撞时安全气囊发生作用的过程示意图整个碰撞安全气囊展开对乘员的安全保护过程,大
16、约60100ms。安全气囊展开进行保护的过程,是一种不可逆的过程,在完成保护过程后,必须重新安装安全气囊控制器和安全气囊总成。一般来说,车辆的轻微碰撞不会使气囊打开。只有在车辆正面一定角度范围内碰撞才能使气囊打开。安全气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲,只有车辆的正前方左右大约60之间位置撞击在固定的物体上,速度高于30KM/h,这时安全气囊才可能打开。这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速,而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度,实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。后碰,侧碰,翻转都不会引发气囊打开。 安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部,防止脆弱的乘客
17、肉体与车身产生直接碰撞,大大减少受伤的可能性。此外,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,对人体无害;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。安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算,若汽车以60km的时速行驶,突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下,而气囊则会以大约300km/h的速度弹出,而由此所产生的撞击力约有180公斤,这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此,如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错,就有可能酿出一场“悲剧”。需要强调的是:安全气囊只是起到辅助作用。在不系安全带的情况下安全
18、气囊不但不能对乘员起到防护作用,还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的,足以击断驾驶者的颈椎。因此,系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。3 安全气囊系统部件的结构与原理3.1 碰撞传感器我们可以把碰撞传感器作为一只开关来看待,其工作状态取决于汽车碰撞时所产生惯性力的大小。传感器用于检测、判断汽车发生碰撞时的撞击信号,以便及时点爆安全气囊。传感器按其功能可分为碰撞信号传感器和碰撞防护传感器两种。防护传感器和碰撞信号传感器的结构原理基本相同,其区别在于设定的减速度阀值有所不同。一般碰撞传感器即可用作碰撞信号传感器,也可作碰撞防护传感器,但是必须设定其减速度阀值。碰撞传感器负
19、责检测碰撞的激烈程度;设置防护传感器的目的是防止前传感器意外短路而造成防误膨开,因为在不设置碰撞防护传感器的情况下 ,当监测前碰撞传感器时,如果不恰将其信号输出端子端路使点火器嗲那电路接通,那么其囊就会引爆充气膨开。碰撞传感器按结构可分为机械型碰撞传感器,汞开关型碰撞传感器和半导体型碰撞传感器。3.1.1 机械型碰撞传感器机械型碰撞传感器利用机械运动开控制触点开关的闭合。分为偏心锤型,滚球型和滚轴形式三种。(1)偏心锤型碰撞传感器偏心锤型碰撞传感器主要由偏心转子,偏心重物,转动触点和固定触点组成。如图-5所示。不发生碰撞时,传感器处于静止状态,在复位弹簧弹力作用下,偏心转子与挡块保持接触处于图
20、-5a所示位置,转动触点与固定触点断开,传感器电路处于断开状态。当汽车发生碰撞且减速度达到设定值时,偏心重物,偏心转子和转动触点作为整体在惯性力拒作用下克服弹簧力矩沿逆时针方向转动一定角度,使转动触点与固定触点接触如图-5b所示图-5偏心锤型碰撞传感器(2)滚球型碰撞传感器滚球式碰撞传感器的工作原理如图-6所示。当传感器处在静止状态时,在永久磁铁的磁力作用下,导缸内的滚球被吸向磁铁,两个触点未被连通,如图-6(a)所示。当汽车遭受碰撞,使滚球的惯性力 触点大于永久磁铁的吸力时,惯性力与磁力的合力就会使滚球沿着导缸向左运动,将两个触点接通,如图-6(b)所示,从而接通SRS气囊的搭铁回路。 图-
21、6滚球型碰撞传感器(3)滚轴型碰撞传感器、汽车未碰撞时,传感器处于静止状态图-7(a)。此时滚轴在弹起的片簧作用下,靠向止动销一侧,滚动触点与固定触点形成的开关处于断开状态,传感器电路不接通,无碰撞信号输入SRS ECU。当汽车碰撞且减速度达到碰撞强度设定的阈值时图-7 (b),滚轴由于惯性产生的惯性力大于片簧的弹力,滚轴就会压下片簧克服片簧的弹力向右滚动,使滚轴上的滚动触点与片簧上的固定触点接触,将传感器电路接通,碰撞强度信号即输入SRSECU。如果该传感器作为防护传感器使用,则将安全气囊引爆管电源电路接通。图-7滚轴型碰撞传感器3.1.2 汞开关型碰撞传感器汞开关型碰撞传感器是利用汞的导电
22、良好的特性来控制气囊点火器电路接通或切断,一般用作防护传感器。当传感器处于静止状态时,水银在重力作用使传感器的两个接线端子处于断开状态。当汽车发生碰撞时且减速度达到设定值时,水银产生的惯性力在运动方向克服重力的分力而将水银抛向传感器电极,使两个电极接通。3.1.3 半导体型碰撞传感器半导体型碰撞传感器由电阻应变片和集成电路组成。半导体型碰撞传感器测量减速度,并将其转变为电信号输送给SRS ECU用于判断安全气囊是否需要工作。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时,传感器输入SRS ECU的信号电压就会达到设定值,SRS ECU立即发出控制指令,使点火器电路接通,从而引爆气囊充气,达到保护驾驶员和乘
23、员的目的。3.2 电子控制单元SRS ECU是安全气囊系统的核心部件,其内部如图-8所示,主要由中央处理单元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。专用CPU的主要功能是监测汽车碰撞时,汽车前进方向上的减速度即碰撞强度是否达到设定的阈值,从而控制安全气囊引爆管是否引爆。专用CPU由模数(AD)转换器、数膜(DA)转换器、串行输入输出接口、只读存储器(ROM)、随机存储器(RAM)、电可擦除可编程的只读存储器(EEPROM)和定时器等组成。汽车行驶过程中,专用CPU不断监测汽车上碰撞传感器,一旦获得传感器信号则判断汽车是否是减速行驶还是发生了碰撞。当判断
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