汽車安全氣囊測控系統(tǒng)設計

1、汽車安全氣囊測控系統(tǒng)學校：學院：專業(yè)：測控技術與儀器班級：姓名：學號：2013-3-20汽車安全氣囊測控系統(tǒng)（機械與動力工程學院 測控技術與儀器 ）摘要：安全氣囊是現(xiàn)代汽車必備的安全系統(tǒng)，安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、氣體發(fā)生器、點火器、氣囊以及控制單元（ecu）等組成。其工作原理是在汽車發(fā)生碰撞后由傳感器感應并傳輸?shù)竭_安全氣囊減輕駕駛員及乘員受傷害程度的目的，作為汽車車身被動安全性的輔助配置，日漸受到人們的重視。當汽車與障礙物碰撞后，稱為一次碰撞，駕駛員及乘員與車內構件發(fā)生碰撞，稱為二次碰撞，安全氣囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打開一個充滿氣體的氣墊，使乘員因慣性而晃動時“撲在氣墊上”即而緩和乘

2、員受到的沖擊并吸收碰撞能量，減輕乘員的受傷害程度。關鍵詞：汽車、安全氣囊、傳感器、測控系統(tǒng)檢索工具：河南理工大學圖書館清華鏡像、萬方鏡像汽車安全氣囊設計的基本思想是：在汽車發(fā)生一次碰撞后，汽車基本不動，車內駕駛員及乘員由于慣性還要向前運動與車內儀表盤、玻璃等構件發(fā)生二次碰撞，在乘員與汽車內部構件之間若迅速打開一個充滿氣體的氣囊，使乘員“撞”在氣囊上，可以減緩沖擊并吸收碰撞能量，從而達到減輕乘員受傷害程度的目的。安全氣囊的基本工作過程：當汽車高速行駛發(fā)生碰撞事故時，車上的碰撞傳感器將接收到的碰撞信號傳輸給電子控制裝置，電子控制裝置將其與內部預設的值進行分析、比較，若達到或超過預設值時，便發(fā)出指令

3、引爆氣體發(fā)生器，使氣體發(fā)生器產(chǎn)生大量氣體（一般為氮氣），并經(jīng)過過濾、冷卻后快速充入一個堅韌的纖維編織氣囊內，在30ms 內氣囊迅速膨脹展開，在乘員與車內構件之間形成一個彈性氣墊。氣囊的側面有排氣孔，當乘員碰到高壓膨脹的氣囊時，囊內氣體排出，氣囊收縮，吸收乘員向前強大的慣性沖擊能量，有效保護人體頭部、胸部，減輕受傷害程度。安全氣囊系統(tǒng)故障診斷測控系統(tǒng)：安全氣囊系統(tǒng)主要由安全氣囊、氣體發(fā)生器、傳感器和電子控制裝置等組成。安全氣囊系統(tǒng)本身設置有自診斷系統(tǒng)，若系統(tǒng)發(fā)生故障時，電子控制裝置就會點燈儀表盤上的故障報警燈（srs）報警，提示駕駛員安全氣囊系統(tǒng)有故障，同時把故障以故障代碼的形式儲存起來。維修人

4、員可以調取故障碼，通過查取故障碼掌握故障內容，根據(jù)故障內容去檢修安全氣囊系統(tǒng)，直至排除故障。安全氣囊最重要的指標是可靠性，如果不該點火而點火打開氣囊稱為誤點火：如果應該點火而沒有點火稱之為漏點火，如果點火太晚則稱之為遲點火，無論是誤點火、漏點火、還是遲點火都是不能允許的。為了提高安全氣囊系統(tǒng)的可靠性，防止電源線在碰撞中斷線、電池遭到破壞，系統(tǒng)中備有儲能電容或電池，以保證即使掉電也能夠開氣囊。為了監(jiān)測傳感器、電子電路、氣體發(fā)生器；系統(tǒng)一般還有故障診斷模塊、并設有信號燈于予以顯示。汽車安全氣囊系統(tǒng)系統(tǒng)一般有左右擋板傳感器各一個，還有一個傳感器放在含有診斷模塊的控制器中，氣囊有司機席(driver

5、side)正面碰撞氣囊和乘客席(pssseneer side)正面碰撞氣囊，另外還有警告燈。當發(fā)生前面碰撞時，兩個擋板傳感器中只要有一個閉合，診斷模塊就會根據(jù)送來的信號進行處理和判斷，認為有必要點火后時即發(fā)出點火信號使氣囊充氣。【參考文獻：1陳越.汽車故障診斷與檢測技術m.北京：科學出版社,2009.9.2豐田汽車公司.汽車維修基礎m.北京：高等教育出版社,2006,10.3 汽車安全氣囊檢測.人民交通出版社, 2007.6】氣囊所用的的傳感器：傳感器用于檢測、判斷汽車發(fā)生碰撞時的撞擊信號, 以便及時點爆安全氣囊。傳感器按其功能可分為碰撞傳感器和保險傳感器兩種。碰撞傳感器負責檢測碰撞的激烈程度

6、, 如果汽車以40km/h 的車速迎面撞到一個不可變形的固定障礙物上, 碰撞傳感器便會自動接通搭鐵回路。保險傳感器, 其閉合的減度要稍慢一些, 防止因碰撞傳感器短路而造成誤開。傳感器按其結構可分為機械式、機電式和電子式3種。下面以機械式傳感器(偏心錘式碰撞傳感器) 為例說明傳感器的工作原理。機械式傳感器一般安裝在保險杠與擋泥板之間, 用來感知低速碰撞的信號。傳感器安裝在一個密封的防震保護盒內, 當傳感器中的重錘的移動速度高于某一特定車速(稱為tbd車速) 時, 重錘便將其機械能直接傳給引發(fā)器使氣囊膨開。具體的工作原理: 汽車正常行駛時, 扭力彈簧將觸頭定在上支點位置, 傳感器沒有觸發(fā)信號給ec

7、u。當汽車碰撞時, 減速度所產(chǎn)生的慣性力克服彈簧的扭力而使重錘產(chǎn)生運動,帶動觸橋轉動, 使動靜觸頭結合。此時, 傳感器向ecu發(fā)出接通信號,同時安全傳感器也接通,ecu發(fā)出引爆指令汽車所需求的信息都是依靠傳感器來獲取的。車輛本身所需的信息包括檢測車輛運動狀態(tài)的信息、檢測駕駛操縱狀態(tài)所需的信息、車輛控制所需的信息、運動環(huán)境檢測所需的信息、異常狀態(tài)監(jiān)控所需的信息等。碰撞傳感器用來檢測汽車碰撞強度，一般認為，若汽車以40km/h的車速與一輛正在停放的同樣大小的汽車相碰撞，或者以不低于22km/h的車速迎面撞到一個不可變形的固定障礙物上時，其產(chǎn)生的碰撞強度足以危及駕駛員和乘務員的安全，應及時展開安全氣

8、囊。一輛車輛常裝有2-4個碰撞傳感器，前左、右擋泥板各裝一個，稱為前安全氣囊傳感器，有的車在前面保險杠中間還裝一個?！緟⒖嘉墨I：現(xiàn)代，2008.3 第79期】安全氣囊控制系統(tǒng)的要求：由于工作任務的特殊性，汽車安全氣囊控制系統(tǒng)除了必須具備點火判斷、發(fā)出點火信號的功能外，還應滿足以下幾點要求：1.抗干擾能力強氣囊系統(tǒng)若發(fā)生誤點爆，不僅會對乘員造成驚嚇，甚至可能引發(fā)事故，因此必須有很高的抗干擾能力。如汽車受到粗糙路面干擾時會發(fā)生較大的減速度，系統(tǒng)要能識別出這種狀況，不點燃氣囊。2.高可靠性與工作穩(wěn)定性由于汽車的工作環(huán)境復雜以及不允許出現(xiàn)點火失敗的工作要求，氣囊控制系統(tǒng)必須具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。另

9、外，碰撞后，電源可能首先被撞壞，因此要求系統(tǒng)能在掉電后繼續(xù)工作數(shù)百毫秒。3.結構緊湊整個系統(tǒng)除了要滿足上述要求外，還要盡量減小體積，少用元器件，以減小系統(tǒng)的復雜程度，提高可靠性。同時也可減少系統(tǒng)的耗電量，以盡量維持掉電后的工作?？刂葡到y(tǒng)總體方案本控制系統(tǒng)有硬件和軟件兩部分組成。圖l是控制系統(tǒng)的組成框圖?！緟⒖嘉墨I：1張金換.汽車安全氣袋系統(tǒng)的研究j清華大學學報，1997.8.2邱卓丹現(xiàn)代汽車安全技術的研究發(fā)展j湖南工程學院學報，2002.3.3黃仁欣，馬彪單片機原理與應用m北京：清華大學出版社，2008.(p100102)4魯植雄汽車安全氣囊故障診斷m南京：江蘇科學技術出版社，2003：120

10、5戴焯汽車電子控制裝置m北京：北京理工大學出版社，1999.(p200218)6董輝汽車用傳感器m北京：北京理工大學出版社，2000.(p187216)】安全氣囊傳感器國際汽車零部件供應商大陸集團成功研發(fā)出一套撞擊聲響傳感器系統(tǒng)（ciss），該系統(tǒng)可在車輛發(fā)生事故時，以最為精確的方式控制安全氣囊的啟動，為車輛內乘員提供最大程度的保護。當車輛與障礙物發(fā)生撞擊時,ciss系統(tǒng)記錄下車身發(fā)生扭曲時的行駛速度，以及此時產(chǎn)生的結構聲波傳播的速度和力度。一套復雜的信號評估系統(tǒng)使用特別開發(fā)的計算方法來分析和評定事故情況，并作出是否啟動安全氣囊及以何種力度啟動的最終決策。此外，該技術可以同氣囊控制單元整合，既

11、節(jié)約了成本又顯著地改進了性能汽車安全氣囊磁電式傳感器。目前，在對汽車碰撞的安全裝置的研究中，人們主要的注意力是集中在安全氣囊上，而對安全氣囊觸發(fā)信號的發(fā)出者傳感器的深入研究還很不夠。已開展研究的傳感器有觸發(fā)開關式(如圖1所示)、純機械式、單點電子式憶、側撞式(如圖2所示)、應變式(如圖3所示)、磁電式 (如圖4所示)等，種類繁多，用途不同。如圖5所示為歐洲電子工程學會試驗滑車減加速度與時間曲線。另一方面，由于汽車種類繁多，傳感器安裝在汽車上的位置不同，造成對傳感器的要求標準不同，正是在此情況下，提出了設計一種磁電傳感器，如圖6所示。此傳感器可安裝在汽車任何位置，通過調整某些參數(shù)，識別峰值為05

12、88 m/s和時間脈寬為020ms的碰擊加速度信號，在加速度峰值和時間脈寬同時滿足要求的條件下，為氣囊輸出一觸發(fā)信號，打開空氣發(fā)生器，使氣囊充氣對人進行保護，具體結構與電路論述如下。氣囊系統(tǒng)：氣囊的安全可靠是首要的，早期的氣囊打開系統(tǒng)采用結構簡單，但故障率小的機械開關作為加速度傳感器，是一種并無電子裝置觸發(fā)的集散氣囊系統(tǒng)，該系統(tǒng)在控制儀表里只使用了一個微控制器監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，且最佳觸發(fā)時刻較難掌握，為此必須將傳感器的開關閾值設置得很高，汽車只有在受到強烈碰撞時，才會將氣囊系統(tǒng)打開，安全系數(shù)低?，F(xiàn)代汽車較多采用具有自診斷功能的、可靠的半導體加速度傳感器集中氣囊系統(tǒng)，該系統(tǒng)在控制儀表中仍集成了一個機

13、械碰撞加速度傳感器，但主要以電容式半導體加速度傳感器為主工作傳感器，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。在事故過程中，集中氣囊系統(tǒng)通過高性能微控器的計算，可實現(xiàn)最佳觸發(fā)時刻控制, 對于一個具有性能良好的傳感器和集中氣囊系統(tǒng)的汽車，它的觸發(fā)速度閾值是19.3km/h汽車安全氣囊發(fā)展安全氣囊是1953年由美國人約翰赫綴克發(fā)明的。1973年日本本田汽車公司引進安全氣囊技術進行實車應用。經(jīng)過30多年的漫長歷程,直至1984年,汽車碰撞安全標準(fmvss208)在美國經(jīng)多次被廢除后又重新被認可并開始實施, 其中規(guī)定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應裝備安全氣囊,同時還要求1998年以后的新轎車都裝備駕

14、駛者和乘客用的安全氣囊,自此才確認了安全氣囊的作用。如今,這個在當年頗具創(chuàng)意性的發(fā)明已轉為千百萬個產(chǎn)品,種類也發(fā)展為正面氣囊、側面氣囊、安全氣簾等等。各國生產(chǎn)的中高級轎車,大多數(shù)都裝有安全氣囊,有些轎車已將安全氣囊列入必裝件。在國內消費者對汽車被動安全性能的要求也越來越高, 但目前除了極少數(shù)高級車裝備了側面氣囊之外,大部分車型還只是安裝了正面氣囊?！緟⒖嘉墨I：1張永康.智能傳感器與現(xiàn)代汽車電子j.今日電子,20042張穎. 汽車安全氣囊技術及其發(fā)展趨勢j.電子產(chǎn)品世界,2006 3秦玉偉等.汽車傳感器的應用及發(fā)展趨勢j.傳感器世界,2008】結束語：目前,隨著經(jīng)濟的發(fā)展各種車輛不斷增加, 在駕駛與乘車這個問題上，如何更好的保護人們的生命安全已成為新一代汽車安全系統(tǒng)生產(chǎn)的主要研究課題, 人們對汽車被動安全裝置特別是新型智能化安全氣囊