汽車安全氣囊電控

1、汽車安全氣囊電控課件第1頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣袋與安全帶電控一、安全氣袋汽車發(fā)生碰撞事故時，在慣性的作用下，司機和乘客會高速撞向方向盤等車內部件，受到傷害。在汽車上安裝安全帶和安全氣袋等保護系統(tǒng)，可以 在撞車時把乘客約束在座椅上，限制乘客頭部、胸部的移動距離，避免與車 內部件發(fā)生劇烈碰撞，從而起到保護作用。所以也把這種保護系統(tǒng)叫做乘員 約束系統(tǒng)。 第2頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣袋的基本保護思想是：在發(fā)生碰撞后迅速在乘員和車內部件之間打開一個充滿氣體的袋子，讓乘員撲在氣袋上。通過氣袋的排氣節(jié)流阻尼吸收乘員的動能，使猛烈的車內碰撞

2、得以緩沖，以達到保護乘員的目的。 第3頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四安全氣袋系統(tǒng)主要由傳感器、控制器、氣體發(fā)生器和氣袋等組成。第4頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第5頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四其工作原理為：傳感器感受汽車碰撞強度并將其傳給控制器，控制器進行判斷并在適當時機發(fā)出點火信號觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器點火后迅速產(chǎn)生大量氣體展開氣袋。從而達到保護乘員生命安全的目的。 第6頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四傳感器目前主要有機械式、機電式、電子式等幾種。其中電子集成式集成度高，其內部集成有加

3、速度傳感，低通濾波器，溫度補償?shù)饶K；接口簡單，可靠性高；具有自測試功能，可及時發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。是目前廣泛應用的一種。 第7頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第8頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四傳感方式 傳感方式有多點式和單點式。目前正在使用的多點傳感式安全氣袋系統(tǒng)的典型配置，共有三個傳感器：一個機電式左檔板傳感器，一個機電式右檔板傳感器和診斷模塊中的一個電子傳感器。司機側和乘客側各有一個氣袋。兩個檔板傳感器中只要有一個閉合，診斷模塊就對電子傳感器送來的信號進行處理和判斷，當認為有必要點火時，就發(fā)出點火信號使氣袋充氣。單點傳感式安全氣袋系統(tǒng)采用單個電

4、子式傳感器，并且傳感器和點火控制模塊以及診斷模塊都集成在一起。目前，由于點爆控制算法越來越完善，單點傳感式氣袋系統(tǒng)正在逐步取代多點傳感式氣袋系統(tǒng)。第9頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四多點式和單點式二者的比較 第10頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)是氣袋系統(tǒng)的核心部件，其控制機理是各生產(chǎn)廠家嚴格保密的核心技術。氣袋控制系統(tǒng)要能準確判斷出正撞、偏撞、斜撞、撞樹等各種復雜情況的碰撞強度，并準時點爆氣袋。 控制系統(tǒng)主要有機械式、模擬電子式、智能式幾種。機械式控制系統(tǒng)主要用于低成本的氣袋系統(tǒng)，應用正在減少。現(xiàn)在大部分都采用帶微處理器的智能控

5、制系統(tǒng)，對電子式傳感器測量得到的信號進行處理，輸出點爆信號。其原理框圖如圖所示。第11頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四 第12頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四安全傳感器是一機電式傳感器，它在不低于3g的加速度時閉合，主要是為了提高系統(tǒng)的抗干擾性第13頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣袋控制器一般具備如下特性： 1、在不影響系統(tǒng)可靠性的前提下，盡量采用集成元件，元器件的個數(shù)應盡量少。2、元件及電路應為可在線測試的。3、減少耗電，使系統(tǒng)在主電源掉電情況下可繼續(xù)工作。 4、儲存故障代號，以備事后診斷。 第14頁，共46頁，202

6、2年，5月20日，9點11分，星期四氣袋的形式有兩種 一種體積比較大，即使乘客不系安全帶也能起到良好的保護作用，主要在美國市場，因為美國法規(guī)對安全帶的佩戴沒有強制性； 一種體積較小，與安全帶配合使用，是將安全氣袋與三點式安全帶共同組成一個乘員保護系統(tǒng)使之達到最佳的乘員保護效果。這種氣袋主要在歐洲市場應用，因為歐洲對安全帶的佩戴有強制性要求。第15頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第16頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣體發(fā)生器 氣體發(fā)生器有壓縮氣體式(冷式)、燃燒式(熱式)、混合式三種。壓縮氣體式主要與機械式傳感器及控制器連用。由于其產(chǎn)氣量少、充氣

7、速度慢等缺點，應用較少。燃燒式通過燃燒劑燃燒產(chǎn)生大量氣體，產(chǎn)氣量大，容易控制，應用較多。燃燒劑有疊氮化鈉等種類。疊氮化鈉燃燒產(chǎn)生無害的 氮氣，但產(chǎn)生大量的熱量和固體顆粒，所以要采取降溫、過濾等相應措施。為防止火藥產(chǎn)生的熱量對乘員造成傷害，有些氣袋內部涂有隔熱涂層。疊氮化鈉融于水后有毒，對環(huán)保不利。各氣袋生產(chǎn)廠家都在發(fā)展新型的燃燒劑。第17頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四可燃氣體式是其中的一種，它將氫氣和氧氣按一定比例混合加壓儲存在儲氣瓶中。它燃燒后產(chǎn)生水，沒有固體顆粒，燃燒前也沒有害，是一種理想燃燒劑。 混合式是用少量的燃燒物質產(chǎn)生足夠的熱量，使得壓縮氣體迅速膨脹而充滿

8、氣第18頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第19頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四混合型氣體發(fā)生器性能上的優(yōu)勢 1、對溫度的敏感性較低，低溫條件下性能變化不大；2、通過調整，容易滿足客戶對峰值壓力、壓力上升曲線、溢出氣體的速度等性能的要求；3、 對環(huán)境有利。無毒性材料；優(yōu)異的抗老化性能；4、 氣體發(fā)生器表面溫度低。在氣體發(fā)生器作用后，其表面溫度至多上升75度，塑料件可與氣體 發(fā)生器接觸；5、 溢出的氣體無害。產(chǎn)生的少量非毒性顆粒，92的顆粒是KCl，產(chǎn)出的顆粒濃度比采用疊氮化 鈉等燃燒劑的熱式氣體發(fā)生器低；第20頁，共46頁，2022年，5月20日，

9、9點11分，星期四6、 優(yōu)異的燃燒劑抗老化性能。在車體中15年無變化，推進劑不會吸濕。 7、 氣體發(fā)生器有單級和兩級氣體發(fā)生器。單級氣體發(fā)生器有一個產(chǎn)氣部件，兩級氣體發(fā)生器有兩 個相互獨立的產(chǎn)氣部件，適當組合兩個部件的工作時間，即可獲得不同的充氣特性。適用與智 能乘員保護系統(tǒng)。第21頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣袋發(fā)展狀況 安全氣袋于1958年發(fā)明并申請了專利。它作為汽車被動安全性研究的成果，是隨著汽車被動安全性研究的深入而發(fā)展的。美國通用汽車公司在1974-1976年間安裝了大約一萬套氣袋系統(tǒng)，但是，由于技術上的原因又停止了生產(chǎn)。直到90年代后，由于以下原因才得到

10、推廣和普及：1、碰撞試驗技術的進步；2、公眾對于安全要求的提高；3、安全氣袋系統(tǒng)所需電子技術的提高；第22頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四安全氣袋對于人體的保護效果顯著。從1970年到1990年的20年間，歐美關于安全氣袋方面的專利只有106項，而從1990年到1994年4月，有專利464項。在美國，到1995年，前排乘員的氣袋安裝率已超過60。法規(guī)規(guī)定在1997年9月1 日后出廠的轎車中100安裝司機側和前排乘員側氣袋。在歐洲則是標準裝備和選件并存，現(xiàn)在新車型基本都安裝有安全氣袋。 第23頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四安全氣袋的保護作用是十分

11、顯著的。據(jù)美國官方公布的數(shù)字，1986年至1997年2月15日，安全氣袋共挽救了1828人的生命(1639名司機，189名乘員)。安全氣袋同時也有副作用。在上述時間段內，氣袋造成38名兒童、21名司機、2個乘員死亡。這些主要發(fā)生在低速碰撞的情況。造成死亡的原因有如下幾種：兒童及兒童座椅靠近氣袋；碰撞前的制動使得兒童更加靠近氣袋。氣袋主要造成頭和頸部傷害。另外矮個子司機受到的傷害也是類似原因。第24頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四目前歐美等發(fā)達國家對乘員保護系統(tǒng)的研究主要有下述幾個方面：1、發(fā)展低能量氣袋，減少氣袋對離位乘員、兒童乘員的傷害。2、研究側撞氣袋、翻滾氣袋等保

12、護裝置。3、研究智能保護系統(tǒng)。4、研究膝部、小腿、踝部的保護裝置。第25頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四碰撞判斷準確汽車的碰撞形式是各式各樣的，其碰撞強度、減速度波形、車體變形等都是不一樣的，但都要求氣袋系統(tǒng)能準確地判斷出強度如何，并能準確控制氣袋點爆。第26頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四目前氣袋系統(tǒng)有兩種形式，一種是與安全帶配合使用，當?shù)退倥鲎矔r，主要是安全帶對乘員起保護作用，當發(fā)生高速碰撞時，才啟動氣袋對人進行保護，此時氣袋主要保護人的面部，又稱之為“面袋”。第二種是單獨起保護作用，發(fā)生碰撞時，氣袋要保護人的頭部和胸部。第二種氣袋的體積較大

13、(對司機側氣袋為60升以上)，充氣時間長，充氣量大，啟動氣袋的碰撞車速較低，造價高。第一種氣袋的體積較小，(對司機側氣袋為40升左右)，充氣量小，充氣時間短，啟動氣袋的碰撞車速高，造價低。就我國情況看，第一種氣袋更適合我國國情。第27頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣袋的點爆車速與各個國家的事故形式有關。通常是根據(jù)大量的事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)，總結出在不同車速的碰撞事故對乘員造成的傷害程度，據(jù)此確定何種車速需啟動氣袋對乘員進行保護。目前國外的資料中可以得知，對使用安全帶的“面袋”來說，一般規(guī)定：20km/h以下正面撞墻時，氣袋不點爆；30km/h以上正面撞墻時，氣袋一定點爆；20

14、30km/h之間為點火的模糊區(qū)，氣袋可點爆也可不點爆。對不使用安全帶的氣袋，一般是12.8km/h(8mph)正面撞墻時氣袋不爆，20.9km/h(13mph)正面撞墻時氣袋要點爆。如果高速碰撞時氣袋沒有點爆(漏點火)，會造成乘員的嚴重傷害，是絕對不允許的。第28頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四氣袋的關鍵技術點火時刻準確以司機側氣袋為例。氣袋點爆后，氣體發(fā)生器的充氣時間約是30毫秒。對處于正常位置的50百分位假人，最佳情況下是發(fā)生碰撞時，氣袋剛剛充滿氣體后，人的頭部即與氣袋接觸，這樣保護作用最好。如果人頭部接觸到氣袋時，氣袋尚未充氣完畢(遲點火)，則氣袋不僅不能起到緩沖

15、吸能作用，巨大的爆炸力反而會將人打傷。如果氣袋充氣完畢后很長時間人的頭部才與氣袋接觸(早點火)，由于氣袋節(jié)流小孔的排氣作用，氣袋中沒有足夠的氣體壓力，同樣會影響對人的保護作用。 第29頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四如果乘員乘坐位置偏離了正常位置，如司機離方向盤過近或過遠，稱為離位乘員。氣袋對離位乘員具有較強的傷害作用。以司機側氣袋為例，根據(jù)美國有關機構的尸體試驗結果，如果氣袋點爆時尸體胸部靠在方向盤上，氣袋會將其肋骨打斷；如果胳膊靠在方向盤上，氣袋會使得胳膊骨折。氣袋對離位兒童乘員的傷害尤為嚴重。因此美國在推行低能量氣袋，即延長氣袋的充氣時間，減少氣袋爆出時的侵略性。

16、此時氣袋的充氣時間大于30ms，氣袋的點爆時間要提前。第30頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四抗粗糙路面干擾能力強氣袋系統(tǒng)是一次性使用的安全防護系統(tǒng)，若意外點爆，除了會造成經(jīng)濟損失，由于氣袋點爆時的巨大聲響和體積，會對乘員造成驚嚇，可能會引發(fā)不必要的事故。因此必須具有高的抗粗糙路面干擾能力。根據(jù)學院的總結，當汽車以2060km/h的速度通過下述路面時，氣袋不應點爆：上下110毫米高的臺階、鐵路鐵軌、270毫米深的坑及國標路面，計有扭曲路面、坑洼路面、石塊路面、搓板路面、卵石路面等。這些情況都會產(chǎn)生較大的汽車減速度，氣袋系統(tǒng)必須能識別出此種狀況，氣袋不能點爆。第31頁，共4

17、6頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四高可靠性與工作穩(wěn)定性由于汽車的工作環(huán)境比較復雜，氣袋必須有較高的工作可靠性和穩(wěn)定性。 1、 如汽車在雨中工作；2、 汽車在高溫氣候中行駛；3、 汽車在寒冷的地區(qū)使用；4、 汽車在高海拔的地區(qū)使用；5、 汽車在強電磁干擾環(huán)境中等。這些環(huán)境都不能引起氣袋系統(tǒng)的失效。另外，某些時候汽車上的電瓶電壓可能偏低；在發(fā)生碰撞時，可能在碰撞的最初時刻即將電瓶破壞，使氣袋系統(tǒng)失去電源。因此氣袋系統(tǒng)要有很寬的工作電源范圍，并且當電源失掉后，應能有數(shù)百毫秒的持續(xù)工作能力。第32頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第33頁，共46頁，2022年，5月

18、20日，9點11分，星期四預張緊式安全帶預緊式安全帶是近年來發(fā)展的一種安全帶。一般，為了乘員的舒適，安全帶的預緊力不能太大，安全帶與人體之間總有一定的間隙，當乘員衣服較厚時，此間隙會較大。在碰撞時，這個間隙將減小安全帶的有效作用范圍，降低安全帶的效能。安全帶使用預緊器后，可在碰撞達到一定強度時，啟動預緊器，帶動鎖扣回縮或卷收器回轉，使得安全帶縮短一定距離，有效消除間隙，可以提高安全帶的作用。預緊式安全帶是在普通安全帶上增加預緊器構成的。預緊器可以與鎖扣結合在一起(鎖扣預緊器)，也可以與卷收器結合在一起(卷收器預緊器)。第34頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第35頁，共4

19、6頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四鎖扣預緊器使用火藥作為動力。鎖扣上面與織帶相連，下面由鋼絲繩與預緊器內的活塞相連。 發(fā)生碰撞時，通過點火設備點爆安裝在預緊器上的火藥，火藥燃燒產(chǎn)生氣體充入氣室內?；钊跉怏w的壓力下向右移動，通過鋼絲繩將鎖扣向下拉回約80mm，消除安全帶與乘員間的間隙。在活塞中安裝有鋼球，使得活塞只能向右移動，防止在安全帶的拉力下活塞向左移動。第36頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第37頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四卷收器預緊器安裝在卷收器的側面，使用火藥作為動力。發(fā)生事故時，點燃火藥，推動齒條移動，從而帶動卷收器

20、回卷。第38頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四安全系統(tǒng)展望 隨著人們對汽車安全性的日益重視和科學技術的飛速發(fā)展，在汽車安全保護領域出現(xiàn)了大量的新技術。傳統(tǒng)的氣袋和安全帶已經(jīng)發(fā)展成為先進的智能保護系統(tǒng)，它可以在事故中更有效地保護乘客的生命。而自動避讓系統(tǒng)和自動呼救系統(tǒng)，又為乘客提供了更有效的保護和救護。它們的出現(xiàn)，使汽車可以為乘客提供從事故前、事故中直到事故后的三位一體的全方面保護。第39頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四事故前保護自動避讓系統(tǒng)通過雷達等探測裝置隨時監(jiān)測路面狀況。在汽車運行中探測汽車運動方向上的障礙物?？梢愿鶕?jù)距離周圍車輛的遠近而自行調

21、整車速，使車輛間保持一個安全的距離，減小發(fā)生碰撞的可能。一旦發(fā)生緊急情況，碰撞事故在所難免，它可以發(fā)出警報并自行采取剎車等措施，而無需駕駛員的操作。從而大大減輕碰撞的程度甚至完全避免事故，為乘客提供了更有效的保護。第40頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四第41頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四事故中保護在發(fā)生事故時，氣袋對保護乘員的生命安全有著顯著的作用，但同時也有負作用，會造成對乘員的傷害。氣袋是按正常乘坐位置的第50百分位的乘員設計的。對成人而言，造成傷害的主要原因是乘員離位，即在氣袋爆出時乘員過分靠近氣袋。對兒童和第5百分位的女性假人來講，除了乘員離位外，另一原因是按成人體重設計的氣袋能量太大。因此，如何發(fā)揮氣袋的保護作用，避免或減少氣袋的副作用，成為目前急待解決的問題。第42頁，共46頁，2022年，5月20日，9點11分，星期四智能保護系統(tǒng)是世界各氣袋廠家和汽車生產(chǎn)商所致力研究的新型乘員保護系統(tǒng)。它將安全帶、氣袋、乘員感知系統(tǒng)、碰撞預測系統(tǒng)等集成在一起，成為完善的保護系統(tǒng)，能在各種情況下對乘員起到最佳保護作用。第43頁，共46頁，2022年，5