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陈雄汽车安全气囊技术
摘要
随着高速公路的发展和汽车性能的提高,汽车行驶速度越来越快,特别是由于汽车拥有量的迅速增加,交通越来越拥挤,使得事故更为频繁,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,主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等,被动安全是指在万一发生事故的情况下,汽车保护乘员的能力,目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统(AirbagRestraintSystem,简称安全气囊)。
由于现实的复杂性,有些事故是难以避免的,因此被动安全性也非常重要,安全气囊作为被动安全性的研究成果,由于使用方便、效果显著、造价不高,所以得到迅速发展和普及。
故设计的主要工作是对气囊电路中的CPU、加速度传感器的选择、继电器的选择及与电路有关的器件,如为防止错点火而要设计一个点火电路、为防止信号干扰我们要加光隔离等一些措施。
所以我设计所做的主要工作就是对安全气囊的硬件电路实行操作并对其汽车碰撞时的工作原理进行分析,对其应用进行研究。
关键词:
安全气囊、保护、加速度传感器、汽车碰撞。
Abstract
Withthedevelopmentandcarexpressway,theimprovementoftheperformanceofvehicledrivingfaster,especiallybecauseofthecarownershipisincreasingrapidly,trafficmoreandmorecrowded,makingmorefrequentaccidents,socarssaferbecomesespeciallyimportant.Autosafetyisdividedintoactiveandpassivesafetytwokinds,activesafetyreferstotheabilityofcarpreventaccidents,mainlyhandlingstabilityandbrakeperformance,smooth,passivesafetymeanssuchasincasethecaseofanaccident,carprotecttheabilityofcrewsatpresent,themainhavesafetybeltandsafetycushions,impact-prooftypebodyandairbagsprotectionsystem(AirbagRestraintSystem),abbreviationairbags).Duetothecomplexityofthereality,someaccidentisunavoidable,sopassivesecurityisalsoveryimportant,airbagsaspassivesafetyresearchresults,becauseuseaconvenientandeffective,costisnothigh,sogetrapiddevelopmentandpopularization.
ThemainreasondesignworkistheCPUtoballooncircuit,accelerometerselection,relayselectionandrelateddeviceswithcircuit,suchastopreventwrongignitionandwanttodesignaignitioncircuit,topreventsignalinterferenceweshouldaddsomemeasuressuchaslightisolation.SoIdesignmainworkisthehardwarecircuitforairbagoperationanditsimplementtheworkingprincipleofvehicleisanalyzed,anditsapplicationinresearch.
Keywords:
Airbags,protection,accelerationsensor,automobilecollisions.
目录
摘要I
AbstractII
1汽车安全气囊的发展历史和国内外发展情况1
1.1汽车安全气囊发展历史1
2.2安全气囊国内外发展情况2
2汽车安全气囊的简介5
2.1安全气囊的作用与分类5
2.1.1安全气囊作用5
2.1.2安全气囊的分类6
2.2安全气囊系统主要部件以及介绍6
2.2.1前方传感器7
2.2.2中央传感器7
2.2.3安全传感器8
2.2.4电子控制系统8
2.3安全气囊的工作原理8
2.4安全气囊的工作过程11
3使用安全气囊注意事项12
3.1安全操作规范12
3.2爆后安全气囊的处理13
3.3安全气囊的拆装13
3.4安全气囊的安装14
4安全气囊的诊断和维修16
4.1丰田C-R型汽车安全气囊系统故障诊断16
4.1.1读取故障码16
4.1.2清除故障码17
4.1.3故障码诊断17
4.2安全气囊检修23
5汽车安全气囊发展趋势25
5.1智能化25
5.2小规模轻型化25
5.3方位掩护25
5.4环保型安全化25
致谢27
参考文献28
1汽车安全气囊的国内外发展情况
安全气囊是现代汽车安全技术中的高科技产品之一,它属于汽车被动安全技术中的一项内容。
相对于安全带,安全气囊只是一个辅助保护设备,它的作用是作为三点式安全带的补充,在车辆发生正面撞击的时候对成员起到附加的保护作用。
安全气囊一般由气体发生器、控制系统和气囊三部分组成。
安全气囊的控制系统主要由传感器、电子控制系统和触发装置三部分组成。
传感器用来监测汽车发生碰撞事故的严重程度,它将感应到的信号传输给电子控制系统,电控系统对信号进行计算分析以决定是否要启动安全气囊,如果汽车碰撞足够强烈,达到了启动安全气囊的条件,那么控制系统就给气囊触发装置启动信号,后者便点爆气体发生器,使气囊在极短的时间内突破衬垫迅速展开。
1.1汽车安全气囊发展历史
使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。
1952年美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。
几乎同时,这种系统的原理图也绘制了出来。
1953年,第一个气囊的专利就诞生了。
但是,由于当时技术水平的限制,还不能把这种想法或专利付诸实现。
到了1980年,德国默谢台斯公司开始实现这种设想,它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。
而从1985年起,在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。
随后,又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。
现在,世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊,其中最大的是德国的波许公司。
今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中(包括侧向碰撞)起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。
目前,世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。
例如在美国,相应的法规已从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。
而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是:
安全带和小尺寸气囊的配合使使用。
所以,欧洲的公司只生产小尺寸气囊。
现在,在汽车上,一个气囊安装在驾驶盘上,一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。
侧面气囊或者装在车门上,或者装在座椅靠背上,气囊用尼龙制成,材料厚度为0.45mm。
为了保证气囊的气密性,在其内表面涂复薄一层合成橡胶或硅橡胶。
在气囊的内表面固定有专门的带子,这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。
气囊侧面设有许多孔,这些孔用来快速从气囊中排出气体。
这点十分重要的,否则,人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。
为避免气囊因长期叠置而成硬块,在气囊内部覆盖一层特殊的材料,它可使气囊的有效使用期达到15年。
安全气囊系统采用了一种类似火箭固体燃料发动机的气体发生器,在这种气体发生器中,燃料燃烧产生的气体使气囊充气。
气体发生器的燃料通常使用叠氮化钠,但也有的使用硝化纤维,也有的系统使用压缩气体。
气囊系统中的传感器通常有三种类型:
机械式、机电一体式及电子式。
大多数气囊采用多个电子传感器分布在车身不同位置以便准确感知碰撞信号,并将信号传递到车上的控制系统中。
控制系统也查以控制气囊系统的点火,进行系统的故障诊断,判别定要保护的乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员。
若判定前排座位上为儿童座椅,那么,在发生碰撞时,儿童座椅前的气囊就不能点火。
总之,控制系统可以保证只有在必须使用气囊时才使气囊工作。
2.2安全气囊国内外发展情况
(1)国外施用安全气囊来掩护汽车乘员的想法最先产生于世界上最强大的国家,并在1952年一些国家在汽车的安全性提出了一些理论,同时论述了一种汽车安全系统的的重要性,这种系统的原理图也绘制了出来1953年,于是第一个气囊的专利就降生了,可是由于当时技能水平的限制,还没有及时把这种想法或专利付诸实现,直到了1980年,德国默谢台斯公司开始实现这种设想,它在出产的一部分汽车上安装了安全气囊,而从1985年起,在全部供应世界上最强大的国家市场的汽车上都有安装了这种安全系统之后,又出现了简易呼吸气囊,是一种保护驾驶员乘员头部的气囊装置,此刻,世上很多汽车制造厂及专业出产厂都在设计和出产安全气囊,其中最大的是德国的公司,而今天的气囊已发展到可以在肆意方向的碰撞中(包括侧向碰撞)起掩护乘员头部、躯干和膝部的作用。
今朝,世上很多国家都有要求在新车上必需安装气囊,例如在一些世界上最强大的国家,法规已实施,从1989年起实施该法规并要求是要安装大尺寸的气囊,而欧洲的一些专家则以为最佳的方案应该是:
安全带和小尺寸气囊的共同使施用,欧洲的公司只出产小尺寸安全气囊,并将气囊安装在驾驶盘上,另一个气囊安装在驾驶员旁前排乘员的前面侧面气囊或装在车门上,或装在场椅靠违上,气囊用尼龙制成,质料厚度为0.45mm为了包管气囊的气密性,在其内表面涂薄薄一层合成橡胶或硅橡胶在气囊的内表面固定有专门的带子,这些个带子在气囊充气时能使其连结肯定是外形气囊侧面设有很多孔,这些孔用来快速从气囊中排发泄体这点十分重要呼吸气囊的,否则,人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而负伤为制止气囊因长期叠置而成硬块,在气囊内部覆盖一层特殊的质料,它可使气囊的有效施用期到达15年安全气囊系统采用了一品类似火箭固体燃料策念头的气体发生器,在这种气体发生器中,燃料燃烧产生的气体使气囊充气气体发生器的燃料凡是使用叠氮化钠,但也有的使用硝化纤维,也有的系统使用压缩气体。
气囊系统中的传感器凡是有三品类型:
机械式、机电式及电子式大都气囊采用多个电子传感器分布在车身不同位置以便准确感知碰撞旌旗灯号,并将旌旗灯号传递到车上的控制系统中,但是控制系统也查以控制气囊系统的反应程度,并进行系统的故障诊断,判别定要掩护的乘员座位是不是有乘员若鉴定前排座位上为儿童座椅,那么,在发生碰撞时,儿童座椅前的气囊就不克不及焚烧总之,控制系统可以包管只有在必需施用气囊时才使气囊工作.安全气囊的最新大概的形状是目前世界上最强大的国家人发现的安全气垫1952年hetrick发现了气囊本身称为“汽车安全气垫”的装配,用来减缓急刹车或正面碰撞带来的严重伤害这是一种纯机械装配用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中,毗一连弹簧的质量块用来感到汽车的减速度当质量块产生位移时,能打开一个阀使压力空气从压力容器中冲出来,以使气囊膨胀气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表板上部和前排座椅的靠尾部,在70年代,那时一些世界上最强大的国家美国的通用、福特、德国奔跑,日本丰田等汽车公司和MORTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究院、日本DAICEL公司、瑞典不佣人力LIV公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊,其中1971年5月德国的一个研究小组乐成地将火箭推进技能应用于汽车安全气囊这些个综协力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段1984年,目前世界上最强大的国家高速公路交通安全委员会(NHTSA)在著名的“联邦汽车安全标准”中的208条目(乘员碰撞掩护法)(Federal摩托vehelloclSafety)Standard208,略称FMVSS208)中增长了安装气囊的要求,这为安全气囊的发展和施用供给了一个明确的法则及指导方向,FMVSS208条的目是汽车气囊安全的作用,使安全气囊发展史上的一个重要的里程碑此后,欧洲也颁布了ECER94法规,紧接着日本丰田、本田,目前世界上最强大的国家福特、克莱斯勒,德国宝马,瑞典富豪等汽车公司纷纷开始发卖配有安全气囊的汽车至今。
(2)我国对汽车安全气囊的研究开始发展得较晚,在上个世纪80年代末我国的一些汽车碰撞安全和专家才开始对汽车安全气囊的进行研究和发展,随着世界汽车进入我国,我国的汽车工业迎来了前所未有的发展变化,是在1992年,并且我国自行研制的安全气囊,经过撞车试验,同时我国的政策法规也对我国汽车工业的发展供给了很大的发展空间。
2汽车安全气囊的简介
2.1安全气囊的作用与分类
安全气囊,也称辅助乘员保护系统。
它是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲气囊,可以保护车内乘员不致撞到车厢内部,是一种被动安全装置。
为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害,现代汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊,有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。
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超过庙宇值时,安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的传爆管电路,点燃传爆管内的点火介质,火焰引燃点火药粉和气体发生剂,产生大量气体,在0.03s的时间内即将气囊充气,使气囊急剧膨胀,冲出方向盘盖罩,缓冲对驾驶员和乘员的冲击,随后又将气囊中的气体放出。
初中证明,汽车装用安全气囊后,汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。
在乘员使用安全带的情况下,气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。
当汽车发生前碰撞时,首先是汽车要停止运动,车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。
不系安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰,因而可能受到严重伤害;系安全带的乘员可以随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。
如果碰撞剧烈,乘员向前运动更快,即使系了安全带,在完全停止运动前,仍会与车内物相碰。
如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出,它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性,更均匀地分散头、胸的碰撞力,吸收乘员的运动能量,从而起到补充安全带效果的作用。
因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面,补充安全带提供保护作用。
实际事故统计表明,仅有l0%左右的事故能使气囊充气。
2.1.1安全气囊作用
在汽车发生冲撞时,安全气囊系统对保护驾乘人员的安全十分有效。
目前安全气囊系统一般为转向盘单气囊系统,或者双气囊系统。
安装有双气囊和安全带预紧器系统的车辆在发生冲撞时,不管速度高低,气囊和安全带预紧器同时工作,因此造成低速冲撞时气囊的浪费,使维修费用增加很多。
两次动作的双安全气囊系统,在汽车发生冲撞时,能根据汽车的速度和加速度的大小,自动地选择只使用安全带预紧器工作,还是安全带预紧器和双气囊同时工作。
这样,在低速发生冲撞时,系统只使用安全带即能足够保护驾乘人员安全,而不用浪费气囊。
如果在速度大于30km/h发生冲撞时,安全带和气囊同时动作,以便保护驾乘人员的安全。
为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害,现代汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊,有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。
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超过一定值时,安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的传爆管电路,点燃传爆管内的点火介质,火焰引燃点火药粉和气体发生剂,产生大量气体,在0.03s的时间内即将气囊充气,使气囊急剧膨胀,冲出方向盘盖罩,缓冲对驾驶员和乘员的冲击,随后又将气囊中的气体放出。
初中证明,汽车装用安全气囊后,汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。
有些汽车不仅装有前端的安全气囊,还装有侧面安全气囊,在汽车发生侧面碰撞时,也能使侧面安全气囊充气,以减小侧向碰撞时的伤害。
据统计,气囊在汽车相撞时,保使头部受伤率减少25%,面部受伤率减少80%左右。
2.1.2安全气囊的分类
(1)按照气囊的数量可分为单气囊系统(只装在驾驶员侧)、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)。
(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主要保护面部的小型护面气囊。
(3)按照保护对象有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。
2.2安全气囊系统主要部件以及介绍
汽车安全气囊系统是一种辅助保护系统,轿车上常见的转向盘内置安全气囊装置,主要由传感器、微处理器器、气体发生器和气囊等主要部件组成。
传感器和微处理器用以判断车辆碰撞程度,传递及发送信号;气体发生器根据信号指示产生点火动作,点燃固态燃料并产生气体向气囊充气,使气囊迅速膨胀、气囊装在转向盘毂内紧靠缓冲垫处,其容量约50~90L不等,做气囊的布料具有很高的抗拉强度,一般选用聚酰胺材料,为了防止气体泄漏,气囊内层涂有密封橡胶。
同时气囊设有安全阀,当充气过量或气囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体,避免将乘客挤压受伤。
安全气囊所用的气体多是氮气或一氧化碳。
2.2.1前方传感器
此传感器安装在保险杠后与挡泥板之间,用来测量低速冲撞的信号。
前方左右2个传感器结构相同,都是偏心锤式机械传感器。
传感器装在1个密封的防震保护盒内。
前方传感器的工作原理是:
汽车正常行驶时,钮力弹簧将锤、动触头定在止点位置,传感器没有触发信号给中央控制器。
当汽车冲撞时,惯性力克服弹簧的扭力而使其产生运动,带动触头转动,使动、静触头接合。
此时,传感器向中央控制器发生"接通"信号,同时安全传感器也接通,于是电子控制器发出引爆安全带预紧器电雷管的指令,使安全带拉紧而达到安全保护作用。
前方传感器有4个引脚,其中2个引脚接到电子控制器,另外2个为自诊断引脚。
金属电阻的作用是诊断本传感器和中央控制器之间是处于开路状态还是处于正常状态。
2.2.2中央传感器
中央传感器中央传感器装在中央控制器内,用来感测汽车发生高速冲撞的信息,并将其输送到电子控制器,用来引爆气囊电雷管,使气囊张开。
同时前方传感器也引爆了预紧器的电雷管,即安全带预紧和气囊张开同时起作用。
中央传感器是1个固体半导体压力传感器,它具有稳定性好、应变灵敏系数K值大(约100-150)及压敏电阻效应线性好等特点。
中央传感器的结构,其悬臂架压在半导体应变片的两端,当汽车发生冲撞时,半导体应变片在悬臂减速度力作用下发生弯曲变形,受压后的电阻发生变化,电阻的变化引起动态应变仪输出电压发生变化。
汽车的速度越大,冲撞后产生的减速度力越大,则输出的电压也越大。
由于半导体应变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电压Vibe的温度变化来消除传感器输出特性的变化,所以半导体传感器要求有稳定电源。
2.2.3安全传感器
本系统设立了2个安全传感器,用来防止系统在非冲撞时引起气囊的误动作。
它们装在中央控制器内,是1个水银常开开关。
当发生冲撞时,足够大的减速度力将水银抛上,接通电雷管电路。
2.2.4电子控制系统
电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等。
它们都集中装在中央控制器上。
实际上,引爆控制电路是1个晶体管开关电路。
当传感器传来的信号电压足够大时,晶体管的发射极和集电极就导通,将传来的信号与已经储存的信号(电阻、电压)相比较,确认是冲撞信号后则接通继电器,由驱动电路接通电源与电雷管的总开关电路,引爆气囊和安全带电雷管。
储存电路和诊断电路是合在一起的。
诊断电路不断地分析和诊断气囊系统的各种故障,将这些故障编码储入储存电路,以备将来检修时用。
与此同时、驱动电路使仪表盘上的SRS警告灯开始闪烁。
2.3安全气囊的工作原理
随着高速公路的发展和汽车性能的提高,汽车行驶速度越来越快,特别是由于汽车拥有量的迅速增加,交通越来越拥挤,使得事故更为频繁,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,主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等,被动安全是指在万一发生事故的情况下,汽车保护乘员的能力,目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统,简称安全气囊等。
由于现实的复杂性,有些事故是难以避免的,因此被动安全性也非常重要,安全气囊作为被动安全性的研究成果,由于使用方便、效果显著、造价不高,所以得到迅速发展和普及。
为了说明安全气囊的基本原理,这里首先说明汽车发生事故时造成乘员伤亡的原因。
当汽车发生碰撞事故时,汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞,一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降,速度从35km/h降到零的时间约150ms左右;乘员和汽车内部结构之间的碰撞称之为二次碰撞,由于惯性的作用,当汽车急剧降速时,乘员要保持原来的速度向前运动,于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、挡风玻璃等之间的碰撞,从而造成了乘员的伤亡.汽车安全气囊的基本思想是,在发生—次碰撞后,二次碰撞前,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,使乘员扑在气袋上,避免或减缓二次碰撞,从而达到保护乘员的目的。
由于乘员和气袋相碰时,因振荡造成乘员伤害,所以一般在气囊的背面开两个直径25mm左右的圆孔。
这样,当乘员和气整相碰时,借助圆孔的放气可减轻振荡,放气过程同时也是一个释放能量的过程,因此可以很快地吸收乘员的动能,有助于保护乘员。
安全气囊一般由传感器(sensor)、电控单元(ECU)、气体发生器(inflator)、气囊(bag)、续流器(clocksping)等组成,通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块(airbagmodule)。
传感器感受汽车碰撞强度,并将感受到的信号传送到控制器,控制器接收传感器的信号并进行处理,当它判断有必要打开气囊时,立即发出点火信号以触发气体发生器,气体发生器接收到点火信号后,迅速点火井产生大量气体给气囊充气。
安全气囊最重要的指标是可靠性,如果不该点火而点火打开气囊称为误点火,如果应该点火而没有点火称之为漏点火,如果点火太晚则称之为迟点火,无论是误点火、漏点火、还是迟点火都是不能允许的。
为了提高安全气囊系统的可靠性,防止电源线在碰撞中断线、电池遭到破坏,系统中备有储能电容或电池,以保证即使掉电也能够开气囊。
为了监测传感器、电子电路、气体发生器;系统一般还有故障诊断模块、并设有信号灯给予以显示是本田汽车安全气囊系统的布置图,这个系统有左右挡板传感器各一个,还有一个传感器放在含有诊断模块的控制器中,气囊有司机席(DriverSide)正面碰撞气囊和乘客席(Passenger)正面碰撞气囊,另外还有警告灯。
当发生前面碰撞时,两个挡板传感器中只要有一个闭合,诊断模块就会根据送来的信号进行处
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