汽车安全气囊故障分析及日常维护

1、 湖南交通职业技术学院汽车工程系 学生毕业论文设计 (论文 题目:汽车安全气囊故障分析及日常作 者:专 业:汽车运用技术班 级:汽运 0905班实习单位:湖南中汽南方汽车销售有限公司 校内指导老师:校外指导老师:马云贵2012年 3月 15 日汽车安全气囊故障分析及日常维护 邓海龙 汽车工程学院汽运 0905班 410004【摘要】 :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

2、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。【关键词】 :安全气囊 碰撞 起爆1、导论1.1问题的提出随着高速公路的发展和汽车性能的提高,汽车行驶的速度越来越快。又由于汽车 保有量的迅速增加,道路交通越来越拥挤。这就使得汽车事故频繁发生,所以汽车的 安全性就变得尤为重要,成为当今汽车设计和生产的一个重要课题。汽车安全气囊的初步想法产生于美国。 1953

3、年 8月, 赫特里克首次提出了“汽车 用安全气囊防护装置”,并在美国获得了 “汽车缓冲安全装置”专利。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。 1966年,梅塞德斯 -奔驰 公司开始研发安全气囊装置,梅塞 德斯的工程师们首先发明了碰撞传感器以及气体 发生装置,让安全气囊能够在 30毫秒内膨胀展开,他们还研制出了抗撕裂的气囊织 物材料, 改善了气囊的膨胀特 性, 最终, 把整个装置设计安装在汽车的方向盘中。 在 大约 250次真车撞击试验, 2 500次的台架实验, 以及超过 700万 km 的车辆路试之后, 在 1980年 12月,同预张紧安全带一起,安全气囊被安装在了

4、当时最新的奔驰 S 级轿 车上。 而从 1985年起, 奔驰在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。 1984年, 汽车碰撞安全标准 (FMVSS208 在美国经多次被废除后又重新被认可开始实 施,其中规定从 1995年 9月 1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊,同时 还要求 1998年以后的轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊,自此才确认了安全气囊的作用。如今,这个在当年颇具创意性的发明已转化为千百万个产品,种类也发展 为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。在 20世纪 80年代末,我国一批从事汽车碰 撞安全和军工研究的专家与学者开始关注汽车安全气囊的研究与发展。 1992年

5、9月, 我国自行设计与研制的 FS-01型安全气囊通过了撞车实验与设计定型。在“九五”规 划和“十五”规划中,国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三个重 大发明之一(电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统 。1.2 沃尔沃汽车安全气囊的发展安全气囊是现代轿车上引人注目的高科技装置。沃尔沃(Volvo 汽车公司第一 辆装备安全气囊的车型于 1987年下线。在过去的 20年中,沃尔沃汽车公司一直致力 于开发并完善气囊技术,从而在正面和侧面碰撞中,为乘客提供更好的保护。安装在 座椅上的侧气囊和充气帘(IC 都是沃尔沃汽车全球首创的技术,这些安全方面的领 先创新在各种真实的交通事故中挽

6、救了无数人的生命。全球首个气囊早在 20世纪 50年代就出现了。 不过, 当时的气囊技术还远未成熟。 1955年注册的一项气囊专利描述了与今天的气囊类似的系统, 但是, 其中一个很重要 的区别就是驾驶员必须通过按钮来引爆气囊。早期的争论还集中在气囊引爆时的点火装置上。 人们担心在生产过程中工厂对于 引爆燃料的处理,以及气囊安装到车上后,这种燃料可能带来的危险。美国在 1984年公布的一项颇有争议的法案加速了气囊技术的开发。该法案强调 了安全带的重要性, 同时规定所有新车必须装备能够自动激发而不需要乘客自己触发 的保护性安全装置。驾驶沃尔沃汽车的安全性建立在对道路安全的多年研究与开发和对安全概念

7、广泛覆盖的基础上。 驾驶安全性意味着对车辆有绝对的信心, 即使在最意外的情况下。 车辆必须服从驾驶员最基本的指令 快速、有效且安全。 沃尔沃车辆必须显示稳定的可控性、始终灵敏和可预见的反应,并且它们必须容 易驾驶。 车身和底盘中所有的动态系统是在绞尽脑汁后设计出,从而提供了安全和 愉悦的驾驶体验。 为实现这一目的,车辆车身的抗扭强度高,而且乘客舱采用了真 正的人性化设计。沃尔沃汽车成功地证明, 把气囊作为整个安全系统的一部分, 同安全的车身构造, 以及安全带协同作用,才能确保在碰撞事故中为乘员提供最好的保护。1994年, 沃尔沃汽车公司研制出了安装在座椅靠背中的侧气囊, 可以在侧面碰撞 中保护

8、乘客的胸部。侧气囊作为沃尔沃拥有专利的侧撞保护系统的一部分,与车身是一体的。这项技术要比其 他汽车厂商要超前几年的时间。同时,沃尔沃还开发出了另一个全球首创技术充气帘(IC 。充气帘可以在侧面碰撞中保护前、后排乘客的头部。装在车顶的充气帘最早于 1998年安装在沃尔沃 S80上,目前已经成为除 C70(敞篷跑车以外的所有沃尔沃车 型的标准配置。为了使乘坐在敞篷车中的乘客在侧面撞击中得到良好的保护, 沃尔沃汽车开发出 安装在敞篷车车门内的充气帘。在碰撞时,气帘向上打开,并保持充气状态。这样, 在车辆发生翻滚时,充气帘仍可以为乘员提供保护。这项世界领先的安全装备被率先 安装在全新的沃尔沃 C70敞

9、篷跑车内。与 20年前相比, 气囊技术有了很 大发展沃尔沃一直是气囊技术研发的主力。气囊的保护效果得到了显著增强。今天的技术更能够适应碰撞过程以及乘员在碰撞中的身体移动。沃尔沃汽车的目标是生产出全球最安全的车型,而气囊技术是实现这一目标的关键。2、本论2.1汽车安全气囊发生故障的原因汽车安全气囊系统主要由传感器、 点火控制器、 控制器、气体发生器和气囊等组成,其中气体发生器和气囊一起组成气囊模块。汽车上的安全气囊控制总成还应包括安气囊的方向盘、仪表板部分以及用于传导的导线系统等。安全气囊系统组成安全气囊的工作过程是:当汽车发生碰撞时,传感器感受汽车碰撞强度,电子系统接受并处理传感器信号。当经过

10、计算机判断有必要打开时, 立即由触发装置发出点火信号触发气体发生器, 气体发生器收到信号后迅速产生大量 的气体并充满气袋,使得乘员扑在气垫上,以缓和冲击并吸收碰撞能量,达到减轻乘 员伤害的目的。当人体与气袋接触时,通过气袋的排气孔节流阻尼来吸收碰撞能量, 从而达到尽量减少伤害、保护乘的目的。不管是司机座安全气囊还是乘客座安全气囊, 正面气囊和侧面气囊都是单独控制 的,一般同时动作,只有在 受到的纵向和横向冲击烈度都超过基准值时, 正面安全气囊和侧面安全气才同时动作。 正面安全气囊和侧面安全气囊的工作原理都是一样的。它们都是由检测感器检测碰撞信号,传感器一旦 检测到碰撞信号立即输送给判断电路,

11、判断电路再通过驱动电路点燃安全气囊使其工 作。冲撞传感器的核心部件是一个对压力敏感的半导体器件,安装在远离发动机的轿 车横梁上一个安全的位置。虽然它远离碰撞点,碰撞力经过汽车的结构元件严重衰减 才能传到它这里,但因为它灵敏度极高,对微小的力的变化也能有很大输出,所以不 会漏检。另一个重要部件是判断电路中的微处理器。它能根据输人信号的幅度和时间 对是否发生碰撞进行判断。判断过程是这样的,它把输人信号与人们事先存储的基准进行比较,当信号大于基准值时,判断电路就认定发生了碰撞。一旦判断电路认定本 车正在发生碰撞,就发出点火命令,命令经驱动电路放大实施点火,安全气囊就膨胀 展开。在下列情况下超出中等程

12、度的碰撞会导致安全气囊膨胀见图 3-1以超过 48km/h的车速正面撞击坚硬的墙壁,在前面 30 °以内与车辆的正面碰撞图 3-1气囊激活条件安全气囊激活的局限取决于冲击的强度,在下列情况下安全气囊可能不膨胀 : (1撞击道牙石 , 人行道台阶或者坚硬的物体见图 3-2 。图 3-2气囊激活局限(2驶入一个大洞中或是撞到洞的远边见图 3-3 。图 3-3气囊激活局限(3由于撞到树木或者杆子而导致盖面的严重损害但是还不足以激活安全气囊见图 3-4。 图 3-4气囊激活局限以下事件中安全气囊不会展开:(1追尾或车辆的侧翻一般不会导致安全气囊起爆见图 3-7 。图 3-7气囊不激活情况(2

13、侧面撞击不会导致安全气囊的起爆见图 3-86,7。 图 3-8气囊不激活情况2.2安全气囊气爆条件分析目前的气囊不起爆中最常见的有两类:一是轿车与后下部没有护栏的货车相撞; 二是轿车与道路两边的护栏相撞。并非所有的严重碰撞都能打开安全气囊。轿车的刚 度分布是不均匀的,抵抗碰撞的主要构件是保险杠高度平面内的车身前纵梁。当发生 钻入碰撞时,最典型的是轿车与没有后下部防护装置的大型载货车发生的追尾碰撞, 车身上部发生碰撞, 这部分的刚度很小, 造成很大的变形侵入驾驶舱, 威胁乘员生存。 由于冲击减速度很小,又不足以达到气囊起爆的门槛值。轻微的碰撞、急刹、后碰、 侧碰、 翻转都不会引爆气囊, 这是因为

14、在侧碰 (或碰撞时辆车轴线角度超出范围 时, 车体正面感受的加速度变化只是一个分量。 只有在车辆正面一定角度范围内才是打开大量试验表明,在碰撞中,方向盘对人的伤害最大,而且这种伤害是头、胸部的 伤害,重伤的几率很高。安全气囊的设计主要是为了保护驾驶员。在轻度碰撞的时候驾驶员不会受伤,因 为有安全带在,从气囊设计来讲没有必要打开。很多驾驶员撞了车之后说为什么气囊 没有打开,绝大多数情况驾驶员或者车里的乘员没有受很严重的伤害,没有受到伤害 的时候就没有必要打开气囊。没有受到伤害就不需要保护,气囊是汽车出现严重事故 时保护驾驶员的最后一道防线。从安全气囊的工作原理来看,安全气囊并不完全安全,它燃爆时

15、的冲击力不亚于 一次轻微的交通事故。如果不佩带安全带,驾乘者就会由于巨大的惯性而过早地冲向 未充满的安全气囊,这时就会发生意外中的意外,安全气囊反而起了负面作用。安全 气囊的瞬间爆发力是惊人的,足以击断驾乘者的颈椎! 据计算,若汽车以 60km 的时速行驶,突然的撞击会令车辆在 0.2s 之内停下,而 气 囊 则 会 以 大 约 300km/h的 速 度 弹 出,这个弹出产生的 撞击力约有 180kg 。 头部、颈部等人体较脆弱的部位很难承受这么大的冲击力。当安全气囊爆开时,还会于 0.1s 内产生相当 于 150170dB 的噪音,可能会对听力造成损害。业内人士形象地将其解释为,以较 小损伤

16、抵消较大伤害,所以安全气囊并非越敏感越好,动不动就燃爆的安全气囊不仅 起不到保护作用,还将耗费大量资金用于更换新气囊。由于气囊的点爆和展开是针对 78kg 男性假人采取正确坐姿,佩带安全带在汽车 碰撞时的惯性运动状况设计的。一般气囊系统不会识别乘员的尺寸、重量、是否离气 囊装饰板盖太近而确定强充气、弱充气或不点爆充气。遇到身材矮小的妇女和儿童或驾驶员距离转向盘、仪表板、前挡风玻璃过近时,气囊 仍然正常点爆,就会弹伤甚至弹死这些乘员。此外,安全气囊若要真正起到安全的作用,弹出的角度、力度都要经过精确计算,稍有差错就可能酿出一场悲剧。2.3安全气囊系统的诊断每次车辆启动后, SRS-ECU 将 执

17、行一系列诊断测试来检查气囊 系统的功能是否准备就绪。 这个检 验会防止约束系统误起爆, 同时确 保碰撞中必要的起爆。 如果发现故 障 ,SRS-ECU 将存储一个适当的故 障代码和打开警告灯来指示一个 故障状态 11。 气囊自诊断系统的测 试过程:(1循环诊断测试对于每 400ms 被完成的诊断检验项目存在一个优先等级。如果 SRS-ECU 发现一个 高级优先权检验项目的关键故障 , 次要优先权项目的诊断检验将不被正常执行。 因此 , 低级别检验项目的诊断试验将被跳过 12。 表 5-1描述高级别试验项目影响低级别诊断 试验。如果 SRS-ECU 察觉到涉及加速度计或微控制器相关的确定故障,为

18、了防止不必 要的点火 ,SRS-ECU 将阻止任何约束系统部件点火 , 在除了与加速度计和微控制器有关 的故障之外的任何类型故障的条件下点火将不被抑制 13。微型控制器将监测电池输入电压 Vbatt, 来检查是否在依照表 5-2的正常操作范 围内。(2微控制器不仅在启动检测而且在循环诊断检测中可以检测下面的条款a 点火电路触发晶体管:高端晶体管不仅在启动检测中而且在循环诊断检测 中被检测。 但是由于低端晶体管在短路接电源的故障的情况下打开, 所以低 端晶体管只能在启动检测中被检测以避免误起爆。b 点火电压由增压转换器提供。c 加速度传感器在启动检测时进行自检。d 在循环诊断中加速度传感器允许偏

19、移的范围。e 微控制器包括 (AD转换器 ,ROM,RAM, 等 。 f 安全传感器状态 (1故障记录(故障代码存储当 气 囊 系 统 有 故 障 被 确 定 后 , SRS-ECU 会在 EEPROM 中存储相应的代 码、 首次的判断时间、 最后的判断时间 和发生的次数。(2故障状态显示 (警告灯起爆 灯泡检查:当工作电压提供给电池 输入 ,SRS-ECU 为了检查灯泡而点亮警 告灯。 在初始化阶段灯将以 1hz 闪亮 6s 然后关掉。 无论如何, 为了通知驾驶员, 如果一些起爆故障存在, 警告灯将在工 作电压提供后一直亮。 如果历史上的故 障数少于 5,警告灯再通电后将被关闭 6s 。一有

20、故障,警告灯就指示出来。如果外部故障是历史的,指示将被取消。当历史 故障的发生次数超过或等于 5时,即使故障没有显示 , 指示灯将一直亮。一个起爆的 或历史的故障仅能被系统管理人员重新设置,一个 SRS-ECU 的内部故障或故障“碰撞 记录”不能被重新设置,因此,通过诊断仪可以读出相应的故障代码。 (3微控器 -独立的警告灯点亮 1、故障码的读取方法:只能用专 用诊断仪来读取故障内容。（6）驾驶员不要随便改装气囊的相关部件，因为在不懂的情况下很容易引爆气囊。 要真正拆卸或维护安全气囊时，必须先切断电源秒以上，才能对系统进行拆卸。 如果拆卸了气囊，气囊一定要平放，不能倒置，否则容易造成危险。另外

21、，传感器也 不能随便磕碰或者振动。 事实表明只有正确地使用和保养，安全气囊才能发挥其应有的作用。 3、结论 通过本文以上对安全气囊的结构的介绍和安全气囊的工作原理的讲述具体的了 解了安全气囊，并在此基础对安全气囊的故障进行了分析找出了安全气囊不能正常工 作的原因。同时对在安全气囊中增加事故数据存储器。记录碰撞事故数据进行了研究 和有效验证。 当发生碰撞事故后， 通过碰撞数据读取器读出数据 （这些数据包括车速、 否系了安全带以及碰撞前安全气囊报警灯是否亮了等参数）来分析安全气囊的故障， 从而保证更高的可信度。根据安全气囊的故障代码对安全气囊进行检测来提前发现问 题解决问题，使安全气囊能在事故中保护人类的安全从而更好的为人类服务。 安全气囊，顾名思义在危险发生时可以保护驾驶员生命安全。据沃尔沃安全研究