汽车底盘电控技术五章

1、汽车底盘电控技术第五章 汽车安全气囊系统 气囊系统的简介和原理 1安全气囊系统的种类2安全气囊系统的结构3安全气囊系统的使用与检修4安全气囊系统的检修实例5有了汽车生活变得方便多啦！20002004年间每年中国因交通事故造成的损失约为国内生产总值的1%3%，损失金额逾125亿美元。 但是 生命和财产都存在严重威胁！5.1 气囊系统的简介和原理 作用：减少汽车发生正面碰撞时由巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害。 安全气囊系统已经挽救了许多人的生命 驾驶员的死亡率大大下降:大型轿车降低 30%中型轿车降低 11%小型轿车降低 14% 5.1.1 SRS气囊系统的简介 Supplementar

2、y Restraint System 一次碰撞 二次碰撞 “三点式安全带+安全气囊” 气囊系统设计宗旨: 在汽车发生一次碰撞与二次碰撞之间的短暂时间（约120 ms）内，在驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫，利用气囊本身的阻尼作用或气囊背面排气孔排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能，达到保护人体的目的。 安全气囊的保护方式安全气囊系统的产生与发展1953年，美国工程师约翰赫缀克发明1971年，本田汽车1973年，通用汽车1984年，奔驰汽车1997年，美国客车，瑞典沃尔沃汽车1997年，中国一汽 5.1.2 SRS气囊系统的原理 1.碰撞过程分析 2.人体的损伤指标 3.碰撞时

3、气囊的工作过程 4.汽车对安全气囊的要求 5.防止误触发而采取的措施 1.碰撞过程分析 “一次碰撞” “二次碰撞” 汽车及乘员的速度的变化过程 二次碰撞（乘员与室内物体间）分析二次碰撞是乘员受伤的原因。由于乘员身体的不同部位与汽车室内的距离不同，身体的不同部位在汽车室内的位置相对移动和二次碰撞发生的时间也各不相同。二次碰撞的激烈程度不但与相对速度有关，而且还与室内物体及其包垫材料的缓冲性能有关。 2.人体的损伤指标（1） （1）胸部减速度不超过60g m/s 2; （2）每条大腿承受的压力不超过10 kN; （3）头部伤害指标HIC1 000。 FMVSS标准第208款规定:我国规定乘员碰撞保

4、护要求为:（1）头部伤害指标HIC1 000; （2）当作用时间超过3 ms时，胸部的合成减速度应不大于60g m/s2; （3）每条大腿承受的轴向合力应不大于10 kN。2.人体的损伤指标（2） 3.碰撞时气囊的工作过程 德国博世公司在奥迪轿车上试验研究表明:当汽车以50 km/h的车速与前面障碍物相撞时，安全气囊系统的动作时序图： 碰撞后时间10 ms40 ms 60 ms 110 ms 4.汽车对安全气囊的要求 可靠性高: 在汽车未发生碰撞事故的情况下，安全气囊的使用年限为715年。在碰撞事故中，安全气囊开启后，安全气囊系统要全套更换。 安全可靠: 安全气囊系统要能正确区分制动减速度和碰

5、撞减速度。 灵敏度高: 当汽车发生碰撞时，安全气囊系统要在驾驶员或乘员与转向盘、仪表板 或风挡玻璃碰撞前，正确快速打开气囊，并能正确泄气，起到缓冲作用。 有防误爆功能: 安全气囊系统一般采用二级门限控制，减速度的控制门限要合理。若过低，轻微碰撞时，安全气囊就会引爆;若过高，则发生碰撞时，安全气囊打开过晚，或者打不开。 有自动诊断功能: 安全气囊系统能及时发现故障，并以警示灯的形式报告驾驶员。 5.防止误触发而采取的措施 汽车减速度必须达到一定程度，SRS才能起作用 。 什么是误触发?汽车安全系统的误触发会出现什么后果？影响汽车正常驾驶，更危险！电子控制式SRS功能原理SRS气囊引爆逻辑避免误触

6、发设计 正面安全气囊系统在汽车从正前方或斜前方30范围内发生碰撞且其纵向减速度达到某减速度阈值时，才能引爆点火剂使充气剂受热分解给正面气囊充气。由设计人员根据安全气囊系统的性能设定，不同车型安全气囊系统的减速度阈值可能有所不同。安全气囊系统不会引爆点火剂情况 汽车遭受侧面碰撞超过斜前方30时; 汽车遭受横向碰撞时; 汽车遭受后方碰撞时; 汽车发生绕纵向轴线侧翻时; 汽车纵向减速度未达到减速度阈值时; 汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路上行驶时。 可能导致误触发情况 温度过高，引起充气装置中火药燃烧; 过分撞击，引爆雷管; 电磁波干扰，如大功率手提电话机等; 修理时，操作不慎。 注 意5.

7、2 安全气囊系统的种类 按总体结构分类 按数量分类 按功用分类 按照保护对象的不同分类 新型安全气囊5.2.1 按总体结构分类机械式安全气囊系统 电子式安全气囊系统 机械式安全气囊系统 不需使用电源，没有电子电路和电路配线，全部零件组装在转向盘装饰盖板下面。检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用机械装置来完成的。安全气囊系统是由气体发生器、气袋、安全气囊传感器构成，安装在转向盘内。气体发生器是对来自安全气囊传感器的信号由火销进 行点火，产生氮气，并由发生气体的压力瞬时使安全气囊爆发展开。 SRS-40机械式安全气囊系统 机械式安全气囊的优点（1）结构简单，无电气故障（2）价格低于电子式安全气囊（3）

8、对乘员保护性能与电子式安全气囊相同电子式安全气囊系统 利用传感器检测碰撞信号并送往SRS ECU，ECU根据传感器信号并利用内部预先设置的程序不断进行数学计算和逻辑判断。当判断结果为发生碰撞时，ECU立即发出点火指令引爆点火剂，点火剂引爆时产生大量热量使充气剂受热分解，并产生大量氮气向SRS气囊充气。原 理目前主要应用方式5.2.2 按数量分类 单安全气囊系统双安全气囊系统多安全气囊系统 只装备有驾驶员处气囊 装备有驾驶员处和前排乘员处两个气囊 装备有3个以上的气囊，如装备4个，8个，16个气囊等，用一个SRS电脑控制5.2.3 按功用分类 正面安全气囊系统侧面安全气囊系统 由感应纵向加速度的

9、碰撞传感器控制 由感应横向加速度的碰撞传感器控制 AUDI A6轿车安全气囊的安装位置气囊安装位置一般在驾驶员的转向盘内、前排乘员处的杂物箱处、座椅的侧面等地方。 安装位置5.2.4 按照保护对象的不同分类 1.驾驶员防撞安全气囊 2.前排乘员防撞安全气囊 3.后排乘员防撞安全气囊 4.侧面防撞安全气囊 5.膝部防撞安全气囊 气囊充气后状态 5.2.5 新型安全气囊 窗帘（屏蔽）式安全气囊智能型安全气囊 头部保护胸、腰部保护1. 窗帘式安全气囊保护乘员的头部 窗帘式安全气囊在车辆侧面碰撞时，与侧面安全气囊同时展开。 97东京国际车展上沃尔沃公司展示出点火系统一次性特点窗帘式安全气囊 2.智能型

10、安全气囊 （1）简介 （2）全方位保护乘员的安全气囊 （3）采用双级气体发生器的安全气囊 （4）线控安全技术（Safe-by-Wire） （1）简介智能型安全气囊具有以下6种功能:检测乘员是否系上座椅安全带;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。 智能式安全气囊具有现场识别、决策和采取适当操作的功能。AUDI A6用的副驾驶员安全气囊用座椅坐人识别传感器连接线路，增设红外传感器，根据热量探测乘员是否存在和所处的位置等。控制单元根据乘员的身高、体重、所处位置和 是否系安全带，以及汽车碰撞的速度和程度，及时调整气囊的膨胀时机、膨胀速率及膨胀 程度，

11、使安全气囊对乘客提供最合理和最有效的保护。 实例分析座椅坐人识别传感器连接线路 AUDI A6安全气囊电子装置主要功能 碰撞识别（前面、侧面、后面）; 在适当时机触发安全气囊和安全带以及切断蓄电池; 在适当时机触发前部第二个安全气囊; 分析所有的输入信息; 永久监控全部的安全气囊系统; 在一定时间（约150 ms）内通过电容器独立地供电; 通过故障警示灯来指示故障; 存储故障以及碰撞方面的信息; 将碰撞信息通过CAN驱动数据总线或单独的信息输出方式（普通的电线）通知其 他系统的部件; 触发安全带警示装置。 安全气囊控制单元发送到CAN数据总线信息接通指示灯; 激活安全带警示装置; 诊断数据;

12、碰撞信号; 用于执行元件检测的碰撞信息; ESP数据; 关闭副驾驶员安全气囊（仅指美国车）。 （2）全方位保护乘员的安全气囊 “X安全气囊” 在前面、侧面、后面碰撞及侧向倾翻或朝地翻车的所有方向的碰撞都能保护乘员减轻受伤程度的方案。它装有17个各种类型的安全气囊，每一个安全气囊有7个子系统组成。 （3）采用双级气体发生器的安全气囊 1998年在奔驰S级、CL级与2001年C级轿车装配第1压力室，第2压力室 皇冠轿车05款支持双级控制，安全气囊总成包含2套起爆器和推进器AUDI A6 C6轿车司机安全气囊使用的是双级气体发生器，安全气囊是呈辐射状弹开 AUDI A6 C6轿车双级气体发生器工作过

13、程副驾驶员安全气囊与驾驶员安全气囊一样，副驾驶员安全气囊也是双级气体发生器。与驾驶员安全气囊不同的是:气体发生器是按混合气体技术原理来工作的。该气体发生器由两个烟火式充气器和一个高压气瓶组成。安全气囊控制单元点燃充气器1，产生的压力会推动活塞打开高压气瓶，冲出的气体打开并充满安全气囊，充气器2点燃后产生的气体会给安全气囊再次充气。 实例说明（4）线控安全技术（Safe-by-Wire） 通过各种传感器和执行器实现安全控制 2004年9月，制定了新一代安全气囊汽车LAN接口标准的“Safe-by-Wire Plus”联盟，推出了标准ASR 2.0。 优势：专门面向汽车安全气囊系统的汽车LAN接口

14、标准，嵌入多重保护功能，最大限度地保证只有真正发生碰撞时才引爆安全气囊。 5.3 安全气囊系统的结构 电子式安全气囊系统的组成或部件分布在汽车不同位置。 SRS气囊组件主要由SRS气囊、气体发生器和点火器等组成。电控部分机械部分分类 5.3.1 电控部分 组成 传感器、安全气囊警示灯与安全气囊电源、电气连接件和中央控制器（ECU） 1.传感器 （1）传感器的分类（2）碰撞传感器的安装位置 （3）碰撞传感器的结构与原理 （1）传感器的分类按功用可分为碰撞传感器（撞击传感器）防护碰撞传感器（安全传感器）或称保险传感器、触发传感器，其闭合的减速度稍小一些，起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成SRS

15、气囊误打开。 前碰撞传感器中心碰撞传感器安装位置总体结构 机电结合式碰撞传感器电子式碰撞传感器水银开关式碰撞传感器（2）碰撞传感器的安装位置在安全气囊系统中，一般设有34只碰撞传感器，分别安装在车身前部和中部。如 车身两侧的前翼子板内侧、两侧前照灯支架下面、发动机散热器（水箱）支架左、右两侧等。 前碰撞传感器 中央碰撞传感器 防护碰撞传感器 丰田佳美、科罗娜 丰田 丰田科罗娜、佳美、皇冠、尼桑无限、星球、本田雅阁 （3）碰撞传感器的结构与原理 机械式传感器： 扭力螺栓式传感器 杆式传感器 电子式传感器： 滚球式传感器 水银式安全传感器 滚轴式传感器 电子式传感器 偏心锤式传感器 压电效应式传感

16、器 扭力螺栓式传感器 正常时，扭力螺栓的弹力限制了重块的移动，以防止安全气囊误爆。当两辆汽车发生碰撞，安全气囊爆发展开时，由碰撞而引起的作用于重块的减速度超过扭力螺栓的弹力时，重块开始移动。当保持在高减速度时，凸轮与发火销相互脱离，这时，发火销依靠扭力螺栓的弹性力而射出，使气体发生器内的点火销点火。重块在移动过程中减速度下降，并由扭力螺栓的弹力使重块回复到非工作状态。 扭力螺栓式传感器工作过程扭力螺栓发火销凸轮重块杆式传感器 组成：滚珠、圆柱体、驱动轴、偏置销、偏置弹簧、发火销弹簧等构成的。分类：在传感器组件内设有2个传感器，当一个传感器失灵时，另一个传感器作为应急之用;只设有一个传感器，这两

17、种传感器工作原理相同。 杆式传感器的工作过程1偏置弹簧; 2偏置销; 3驱动轴; 4驱动轴与发火销配合; 5滚珠; 6汽缸; 7发火销; 8配合; 9脱离配合; 10驱动轴与发火销不配合，发火销射出 滚球式碰撞传感器 滚球式碰撞传感器结构 滚球式传感器工作原理滚轴式传感器结构及原理止动销滚轴滚动触点固定触点底座片状弹簧偏心锤式碰撞传感器的结构偏心锤偏心锤偏心锤臂偏心锤臂转动触点臂转动触点臂固定触点引线端子壳体转动触点挡块固定触点传感器轴复位弹簧 偏心锤式传感器接线图水银式安全传感器水银壳体触点该传感器用来防止系统在非碰撞状态引起气囊的误动作，一般装在中央控制器内。当发生碰撞时，足够大的惯性力将

18、水银上抛，接通传爆管电路。 水银式安全传感器电子式传感器对汽车碰撞时的减速度进行连续测量，并将结果输送给微处理器判定气囊是否需要打开。 R/R0 = K UOUT = k ma / t 2 压电效应式碰撞传感器 压电效应式碰撞传感器是利用压电效应制成的传感器。在压力作用下，压电晶体的外形和输出电压就会发生变化。 当汽车发生碰撞时，传感器内的压电晶体在碰撞产生的压力作用下，输出电压就会变化。SRS电脑根据电压信号强弱便可判断碰撞的烈度。压电效应是指压电晶体在压力作用下，晶体外形发生变化而使其输出电压发生变化的效应。2.安全气囊指示灯与安全气囊电源 SRS气囊指示灯位置 闪亮（或持续亮）68 s后

19、熄灭，安全气囊系统正常；安全气囊指示灯不亮，或不停地闪耀或常亮，安全气囊系统有故障。 （2）安全气囊电源 汽车电源（蓄电池和交流发电机）备用电源（BACK-UP POWER） 当汽车电源与SRS电脑之间的电路切断后，启用备用电源。电脑备用电源能在6 s之内向电脑供给电能，保持电脑测出碰撞、发出点火指令等正常功能;点火备用电源能在6 s之内向点火器供给足够的点火能量引爆点火剂，使充气剂受热分解给气囊充气。时间超过6 s之后，备用电源供电能力降低，电脑备用电源不能保证电脑测出碰撞和发出点火指令;点火备用电源不能供给最小点火能量，SRS气囊不能充气膨开。 3.电气连接件 螺旋电缆线盘连接器 * 插接

20、器和线束气囊系统电气连接件螺旋电缆线盘螺旋电缆线盘用于转向盘上的电气开关到转向柱及车身侧的电气连接。它由旋转接线、螺旋电缆线盘壳、螺旋电缆、点火器连接器等组成。 （2）连接器和线束 气囊系统的连接器特别强调可靠性，采取了双保险锁定和分断自动短接等措施。连接器分断后，点火器的电源端和地线端会自动短接，防止因误通电或静电造成点火器误触发。连接中央控制器的连接器还多了一个自检机构，如接合不良会给安全气囊的保养警示灯发出信号使它常亮。 4.中央控制器（ECU） CPURAMROM接口驱动器 诊断电路ECU5.3.2 机械部分 气体发生器点火器气囊饰盖底板 气囊机械系统 气囊系统构造图1.气体发生器 气

21、体发生器又称充气泵或充气器，其作用是在有效的时间内产生气体，使气囊膨开。 AUDI A6 LIMOUSINE车上的副驾驶员前部安全气囊采用了新式双级气体发生器 经典举例AUDI A6 AVANT双级气体发生器破裂片破裂片金属过滤器金属过滤器金属过滤器金属过滤器气体出口气体出口隔板点火介质1工作介质1补偿介质工作介质2壳体点火器2点火介质2点火器1AUDI A6 C6双级气体发生器点火器1充气器1活塞密封膜片通往气囊的气道高压气体充气器2点火器2点火器磁头放静电盘电热头电热丝引药药筒底药药托玻璃封电极隔板连接器引线点火器系统封装在一个用铝箔封起的带孔的圆筒中，它接到点火器的输出后将气体发生剂点燃

22、。点火器是安全气囊的一部分，它安装在充气泵中，可以接收安全气囊电脑的低电平信号，发热点燃充气泵中的叠氮化钠。 3.气囊 气囊按布置位置可分为：驾驶员侧气囊乘员侧气囊后排气囊侧面气囊气囊按大小分为：保护整个上身的大型气囊主要保护面部的小型护面气囊安全气囊的设计构思安全气囊的性能要求 4.衬垫 质量轻特点。平时它作为转向盘的上表面，把气囊与外 界隔离开，既起到了维护作用，也起到了装饰作用。气囊展开时，它在气囊爆发力的作用下快速及时断开，并且对安全气囊展开过程毫无阻碍。 5.3.3 中央控制器的自诊断原理 电子加速度计或微处理器故障，禁止气囊打开；其他故障条件下，中央控制器仍会容许在需要时打开，对故

23、障不予理会，省去一些测试，以减少气囊误爆的可能性。 记录故障显示历程计数器 灯循环计数器 灯接通计数器 安全气囊中央控制器记录的系统故障分类 现行故障：现在正在发生的故障 历史故障：上次清零之后测出的已消失的故障 5.4 安全气囊系统的使用与检修 5.4.1 安全气囊系统的正确使用 5.4.2 安全注意事项 5.4.3 安全气囊系统解除与复原 5.4.4 安全气囊系统的检修 5.4.5 安全气囊系统的处置 5.4.1 安全气囊系统的正确使用（1）安全气囊系统应配合安全带使用。（2）安全气囊系统不得带故障运行。 （3）对安全气囊传感器不能进行人为冲击试验。（4）安全气囊系统的气囊保存要严格按规定

24、执行。 5.4.2 安全注意事项 （1）安全气囊组件要采用原厂包装，不得与其他危险品一起运输。 （2）安全气囊组件的检查与拆装需有专业人员承担。 （3）对安全气囊系统的任何作业均应首先拆下蓄电池电缆。等30 s以上电容完全放电后再进行，以免造成气囊误爆。 （4）不要使安全气囊系统的部件受到85以上的高温。 （5）安全气囊组件和中央控制器要避免受到磕碰和振动。 （6）对安全气囊系统的电气测试要待系统安装好后，才可进行点火器的电阻测量，以 免造成气囊误爆。 （7）不得擅自改动安全气囊系统的线路和元件。 （8）在转向盘和乘员侧气囊部位不可粘贴任何饰物或胶条。5.4.2 安全注意事项（续） 5.4.3

25、 安全气囊系统解除与复原 （1）摘下蓄电池负极电缆。 （2）卸下气囊组件与转向盘的紧固螺母。 （3）摘下驾驶员侧气囊连接器。 （4）短接螺旋电缆线盘（时钟弹簧）接气囊组件的线端，使系统仍保留有自诊断功能。（5）重新接上蓄电池负极电缆。 解除驾驶员侧气囊步骤：（1）摘下蓄电池负极电缆。 （2）打开手套盒并完全翻下来。 （3）摘下乘员侧气囊连接器。 （4）短接线束侧的气囊线端。 （5）重新接上蓄电池负极电缆。 解除乘员侧气囊步骤：5.4.3 安全气囊系统解除与复原 完成检查与修理后，按如下程序进行系统复原（1）摘下蓄电池负极电缆。 （2）除去螺旋电缆线盘（时钟弹簧）的跨接线，接上驾驶员侧气囊连接器

26、。 （3）按保养手册的说明将驾驶员侧气囊安装到转向盘上，调准位置并加以固定。 （4）除去连接器上的跨接线。 （5）接上乘员侧气囊连接器，合上手套盒。 （6）接上蓄电池负极电缆。 （7）查验保养指示灯工作是否正常。 5.4.4 安全气囊系统的检修 在拆下蓄电池负极电缆之前，读出故障代码。 检查工作务必在关闭点火开关、并将蓄电池负极电缆拆下90 s或更长一段时间后进行。检查安全气囊系统时，即使只发生了轻微碰撞而安全气囊并未膨开，也应对前碰撞传感器、驾驶员处SRS组件、乘员处SRS组件、座椅安全带收紧器等进行检查。 当安全气囊系统的检查工作完成之后，必须用 SRS指示灯进行验证。当点火开关转到接通或

27、辅助位置时，根据SRS指示灯的工作情况，判断安全气囊系 统是否正常。在维修之前，必须注意十点事项： （5）拆卸或搬运SRS组件时，转向盘衬垫上表面 应当朝上， 也不得将SRS组件重叠堆放。 （6）在报废汽车整车或报废SRS组件之前，先用专用维修工具SST将气囊引爆，远离电磁干扰的地方进行。 （7）汽车已发生过碰撞、气囊一旦引爆后，SRS ECU就不能继续使用。 （8）当连接或拆下SRS ECU上的连接器插头时，应在ECU组件安装在其固定位置之后，再进行连接或拆卸。 （9）安装转向盘时，其安装位置必须正确。（10）正确的操作方法，正确的顺序。 SRS气囊的放置5.4.5 安全气囊系统的处置 1.安全气囊的膨开 （1）车内引爆 1.安全气囊的膨开 （2）车外引爆 5.4.5 安全气囊系统的处置 2.安全气囊膨开注意事项（1）安全气囊膨开时，会产生极大的响声，因此，安全气囊的膨开应在室外并且不会对 居民造成危害的地方进行。 （2）膨开安全气囊时，应始终使用规定的专用维修工具，应在无电磁干扰的地方进行。 （3）膨开安全气囊时，应在距离前乘员安全气囊总成至少10 m的地方进行操作。 （4