汽车安全气囊系统结构原理经典课件

汽车安全气囊系统结构原理经典课件一、安全气囊系统的结构安全气囊系统的主要电子元器件有ECU、碰撞传感器（集中式系统安置于ECU 内部，分散式系统安置在ECU外部）、警示装置、安全气囊组件、乘员位置传感装置及接头和线束等。

二、安全气囊系统典型ECU结构对於单点碰撞传感器－集中式安全气囊ECU，采用了与放大和滤波电路相关联的电子加速度计（传感器），能稳定地保持对汽车加速度跟踪（即能按照汽车的加速度成比例地输出电压）。

与单片微机相关联的装置包括：电源供给装置，给所有的电路提供工作电压。

属於这部分的两个重要电气装置包括电荷泵和能量贮备（又称备用电源，在碰撞过程中，一旦蓄电池连接松脱，仍能提供足够的贮电容量触发引爆管使安全气囊张开）。

电荷泵具有提升能量贮备电压，使其高於汽车工作电压的能力。

当蓄电池、充电系统或发电机出现故障时，电荷泵能维持能量贮备装置的最低工作电压。

另外，在提升能量贮备电压的同时，能检测引爆电路电阻偏高等类似的故障；供单片微机监控用的监视计时器；供警示灯控制和故障诊断用的接口电路；触发司机或乘客侧充气组件的引爆电路。

引爆电路一般由ECU内部电路及ECU的外部元器件组成。

外部元器件有：接头、电缆、滑环/盘簧（仅司机路才有）引爆管，对於分散式安全气囊系统还有电子机械碰撞传感器等。

ECU监控的首要任务，是在碰撞过程中监测可能妨碍成功引爆安全气囊的所有故障；进一步的任务是监测使安全气囊发生致伤、甚至致死的不适时引爆；与ECU集成在一起的机－电安全传感器；选择输入电路。

“选择输入”是用来向安全气囊ECU提供乘客座位、司机和乘客安全带的状态信息，这些信息经ECU处理後，除了具有前面提到能改变安全气囊充气速率的功能外，还有安全抑制功能。

对于乘客安全气囊，只有在乘客座位被占用、乘客安全带扣上以及安全气囊在较高阀值的情况下，才会引爆充气。

将司机安全气囊与乘客安全气囊分开控制，可以减少安全气囊不必要的张开；方便接入外部诊断设备，帮助维修的串行数据线路。

三、安全气囊组件的结构及工作过程乘客侧与司机侧安全气囊的结构和工作过程很相似。

典型的司机侧安全气囊组件由安全气囊饰罩、带涂敷层或不带涂敷层的织物折囊垫、充气器（即气体发生器、含引爆剂、扩爆剂和主推进剂）和将安全气囊组件安装在方向盘的连接组件等组成。

组件的功用和工作过程如下：（1）将从碰撞传感器接收的电信号传给充气器的引爆剂；（2）引爆剂像根“电火柴”通电後着火，然後再点燃充气器组件内的扩爆剂，扩爆剂又称为引爆管。

（3）扩爆剂点燃後，点燃主装药－主推进剂。

传统的主推进剂由氮化钠+氧化剂组成，也有些使用压缩氮气或氩气，还有两种混合应用；（4）推进剂燃烧生成氮气流；（5）迅速膨胀的气体经过过滤进入折囊垫，形成安全气囊雏形；（6）充气器使充入安全气囊的气体压力增高，并开始推压安全气囊饰罩；（7）安全气囊饰罩上的压力不断上升，饰罩材料延伸变形和撕裂薄弱区的接缝；（8）随着裂缝的出现，饰罩门开启，为充气安全气囊的喷出提供最佳通路；（9）气体压力继续增长，安全气囊张开至织物绷紧；（10）乘员接触和压迫安全气囊，实现安全保护；（11）通过气体的粘性阻尼作用，乘员前移能量被吸收和耗散，安全气囊中过压气体经过安全气囊通气孔排出而不致伤害乘员。

四、元件的结构和工作原理1、前气囊传感器（只适用部分车型）前气囊传感器固定在两边的前翼子板内侧，传感器本身是一个机械式开关。

当传感器检测出前方撞击的力量大于设定值时，传感器内部的触点闭合，并将此信号送至中央气囊传感器总成（见图1-12）。

图1－12 前气囊传感器（1）结构前气囊传感器包括：外壳、偏心转子、偏心重块、固定触点和旋转触点等。

在传感器本体外侧有一个电阻，作自检之用，检测中央气囊传感器总成与前气囊传感器之间的线路是否有开路或短路（见图1-13）。

图1－13 前气囊传感器的结构（2）工作原理在正常情况下，偏心转子和偏心重块在螺旋弹簧弹力的作用下，紧靠在与外壳相连的止动块上。

此时固定触点和旋转触点并未接合。

当发生正面碰撞，如果碰撞的减速率大于设定值时，由于偏心重块惯性的作用，使偏心重块连同偏心转子和旋转触点一起转动，直到与固定触点闭合（如图1-14所示）而使前气囊传感器闭合。

图1－14 前气囊传感器的工作过程为确保安全气囊系统的高可靠性，前气囊传感器在气囊充气张开后绝不可再重复使用。

因为在气囊动作时会有大电流流过传感器触点，这可能会使触点表面烧蚀而造成电阻过大。

若重复使用，可能造成气囊充气张开的可靠性降低。

2、中央气囊传感器总成或气囊传感器总成当车辆设有前气囊传感器时，此传感器总成称为中央气囊传感器总成，里面所包含的传感器也称为中央气囊传感器；如果车辆未设置前气囊传感器，则称为气囊传感器总成，里面所包含的传感器称为气囊传感器。

如图1-15所示，中央气囊传感器总成安装在车内地板的中间位置上，它从气囊传感器（前气囊传感器和其内置的中央气囊传感器）接收信号，判断气囊是否应张开，并诊断系统的故障。

图1－15 中央气囊传感器总成如图1-16所示，中央气囊传感器总成由中央气囊传感器、安全传感器，点火控制与驱动电路和诊断电路组成。

一个可靠性极高的备用电源系统也组合在总成内，以防在碰撞时因汽车电源系统的损坏而导致气囊系统不工作。

图1－16中央气囊传感器总成电路（1）中央气囊传感器中央气囊传感器封装在中央气囊传感器总成内,它有电子式和机械式两种。

电子式可检测出减速率，然后点火控制和驱动电路再根据此信号判断是否让气囊充气。

机械式也可测出减速率，并直接驱动气囊充气。

1）电子式。

电子式中央气囊传感器是一种智能传感器，它将传感元件、信号适配器和滤波器等集成在一块IC 上，具有可靠性高、功能强等优点。

如图1-17所示，传感器有一悬臂梁，悬臂梁的质量就是惯性质量，当传感器承受冲击时，悬臂梁会发生弯曲。

这一弯曲变形可由其上的变形计测出，并转换成电信号，经集成电路整理放大后的输出信号随减速率线性变化。

2）机械式。

当机械式传感器检测到正面撞击的速度大于设定值时，其触点会闭合使气囊充气。

（2）安全传感器图1－17 电子式中央气囊传感器安全传感器有几种形式。

图1 -18是以配重动能为基础而闭合触点的机械式和以水银为导体的水银开关式。

安全传感器的作用主要是为了防止气囊误开。

此传感器触发的基准减速率比气囊作用的设定值小。

图1－18 安全传感器如果使用水银开关式以外的安全传感器时，在气囊已作用充气之后，中央气囊传感器总成绝不可重复使用。

因为在气囊动作时，会有大电流流过传感器触点，使触点表面产生烧蚀而令电阻过大，造成气囊可靠性降低。

1992年8月以后产的丰田汽车已不再采用水银开关式安全传感器。

1）点火控制和驱动电路（适用于电子式中央气囊传感器）。

点火控制与驱动电路对中央气囊传感器来的信号进行计算，如果计算值比预定值大，它就触发点火，使气囊充气。

2）备用电源：备用电源由备用电容器和直流—直流变压器组成。

在电源系统由于碰撞而失效的情况下，备用电容器将释放电能，以供应系统所需的电力。

当蓄电池电压下降到一定值时，直流变压器用于提高电压。

3）诊断电路。

诊断电路可诊断系统内的任何故障。

当故障被检测出来后，点亮组合仪表上的故障警告灯以告示驾驶员。

这一电路可监视下列各种情况：·造成点火失效的故障；·造成意外点火的故障；·诊断电路本身的故障，即造成不能检测点火失效和意外点火的故障。

4）记忆电路。

当诊断电路检测出故障时，这一故障被编成代码储存在记忆电路中。

此代码可随时取出，以分辨故障部位及进行快速诊断。

按照车型、年份的不同，记忆电路可分为两种形式，一种是当电源中断时，记忆内容即自动消失；另一种是即使供应电源中断，记忆内容仍能保留。

5）安全电路。

安全电路禁止点火。

当诊断电路检测到的故障可能会引起意外点火时，诊断电路向安全电路送出一个信号，用于禁止点火。

3、侧气囊传感器总成侧气囊传感器总成有两种类型，第一种是独立于正面安全气囊系统而自成体系的，它从封装于侧气囊传感器总成内的侧气囊传感器接收信号，判断侧气囊是否应打开，并诊断系统的故障。

这一类型的侧气囊传感器总成有自己的侧气囊故障警告灯。

这种侧气囊传感器总成由侧气囊传感器、安全传感器、点火控制与驱动电路、诊断电路等组成。

这些组成部分的作用和工作原理与中央气囊传感器总成相同。

另一种是侧气囊传感器总成由侧气囊传感器、安全传感器等组成的。

侧气囊传感器总成接收侧气囊传感器来的信号，并判断应是否打开侧气囊。

若需要打开侧气囊，则侧气囊传感器总成向中央气囊传感器总成（或气囊传感器总成）发出信号，最终由中央气囊传感器总成向侧气囊传爆管送出电流，使侧气囊张开充气。

上述两种类型的左、右两个侧气囊传感器总成分别安装在左、右侧车身的中间立柱上，两者是相互独立的，如图1-19所示。

图1－19 安装在中间立柱上的侧气囊传感器总成4、充气装置和气囊安全气囊系统对充气装置的要求主要有3个方面：1）能在约30ms内产生大量气体；2）所产生的气体应无毒性，温度不能过高；3）整个装置应具有很高的可靠性和很好的稳定性。

充气装置主要有压缩气体式、烟火式和混合式3种。

压缩气体式因充气较慢、受环境温度影响较大、系统的性能不稳定而在目前已较少使用。

丰田汽车的充气装置主要采用烟火式。

1998年开始，逐渐在前座乘员气囊和侧气囊上采用混合式充气装置。

（1）驾驶员充气装置和气囊驾驶员充气装置采用烟火式。

充气装置和气囊均装设于方向盘衬垫内，它们是不可分解的。

如图1-20所示，充气装置包括传爆管、点火药粉与气体发生剂等。

在车辆正面严重碰撞时，充气装置瞬间给气囊充气。

气囊由尼龙布制成，并在内表面涂有树脂。

图1－20 驾驶员充气装置如图1-21所示，当车辆正面严重碰撞时，减速力使气囊传感器导通，电流流入传爆管使其产生高热，从而点燃传爆管内的点火物质。

火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂。

气体发生剂于是产生大量氮气，这些氮气经过滤器降温后进入气囊内。

气囊被迅速充气并急剧膨胀，冲破方向盘衬垫，缓冲了乘员的二次碰撞冲击。

气囊在充气完成后，图1－21 点火装置截面图氮气由释放孔迅速排泄，这不但可减少乘员对气囊的冲击力量，而且可确保乘员有良好的视野。

（2）前乘员充气装置和气囊前乘员充气装置有烟火式和混合式两种。

这两种形式的充气装置和气囊均密封在一个外壳内，装在手套箱上方的仪表台上，如图1-22所示。

图1－22 前乘员充气装置和气囊1）烟火式前乘员充气装置图1-23。

这种形式的充气装置是一个金属盒，里面有传爆管、点火药粉和气体发生剂等。

气囊由尼龙布制作，由充气装置生成的氮气充气展开。

前乘员气囊的展开体积约为驾驶员气囊的2～4倍。

图1－23烟火式前乘员充气装置截面图烟火式前乘员充气装置的工作过程与驾驶员充气装置相同。