10 乘员保护系统

10 大众汽车乘员保护系统学习目标知识目标(1)了解汽车安全气囊的功能和正确操作的方法；(2)熟悉汽车乘员保护的组成、各组成部分的结构和工作原理；(3)了解汽车乘员保护的工作原理；(4)了解汽车乘员保护常见故障分析方法。

能力目标(1) 掌握维修手册的使用方法；(2) 学会汽车安全气囊常见故障诊断和排除方法。

10.1概述1．汽车安全与乘员保护系统汽车的安全性分为两大类，一类叫做“主动安全性”，又称“积极安全性”。

主动就是防范于未然，重点是将车轮悬架、制动和转向的性能达到最好的程度，尽量提高汽车行驶的稳定性、舒服性和安全性，减少行车时所产生的偏差。

例如安装防抱死制动装置ABS的目的是防止制动时发生车轮抱死而发生的方向失控和甩尾现象；安装驱动防滑装置ASR则是防止汽车产生侧滑，而采用转向动力辅助装置则可以减轻驾驶者的疲劳程度等等。

另一类叫做“被动安全性”，又称“消极安全性”。

一旦事故发生时，被动安全装置用以保护内部乘员及外部人员的安全。

安全带和安全气囊属于汽车乘员“被动安全性保护装置”。

其中安全带在被动保护过程中起主要作用，而安全气囊起辅助作用，属于“辅助约束系统”（Supplemental Restraint System），即SRS。

安全气囊的作用是弥补佩带安全带不能彻底保护汽车乘员头部、脸部和胸部的不足。

乘员保护系统是汽车被动安全的一部分，它主要有安全气囊和安全带二者共同作用，当汽车遭受一定碰撞力后，系统会点燃引爆材料引发化学反应，隐藏在车内的安全气囊就在瞬间充气弹出，在乘员身体与车内零部件碰撞之前及时到位，在人体接触到安全气囊时，安全气囊通过气囊背面气孔排气，减轻身体所受冲击力，达到减轻乘员伤害的效果。

研究表明，驾驶室内未采用任何保护措施的汽车，在高速行使撞击障碍物时，对乘员（特别是驾驶人）的伤害巨大。

安装有安全气囊的汽车在撞击障碍物时，通过充气后展开的气囊，对驾驶人和乘员的头部、胸部及腰部起到保护作用，将大大地减轻驾驶人和乘员的受伤害程度。

美国一研究所分析了1985～1993年美国7000起汽车交通事故中发现，装有安全气囊的汽车遇到前部撞击时，驾驶人的死亡率中，大排量汽车降低了30％，中、小排量汽车降低了11％、14％。

2．安全气囊简史安全气囊的使用已有近30年的历史，它对减少撞车伤亡有不可替代的作用。

最早发展安全气囊系统的国家是美国。

1953年8月，John W.Hetrick首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”，并获得了题为“汽车缓冲安全装置（Safety Cushion Assembly For Automotive Vehicles）”的美国专利。

但由于当时技术水平及人们观念的限制，未被广泛接受或认可，当时的美国人更倾向于安装安全带。

与此同时，航空公司着眼于保证飞机和宇宙飞船等碰撞事故中乘员的安全，对SRS气囊系统较为重视，并进行了一些试验。

其中，在DC—7型客机上的试验结果十分令人振奋，当以接近260km／h的速度进行碰撞试验时，装备SRS气囊系统的模拟人都完好无损，而未装SRS气囊系统的模拟人都被毁坏。

随后，本田(HONDA)、福特(Ford)与通用(General)等汽车公司开始组织力量，改进研制和完善SRS气囊系统。

上世纪70年代，通用、福特，奔驰、丰田等汽车公司以及美国MONTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究院、日本DAICEL公司、瑞典AUTOLIV公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊。

这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。

1973年美国通用汽车公司开始出售可供顾客选配的汽车气囊系统。

1984年，NHTSA在著名的“联邦机动车安全标准”FMVSS（Federal Motor Vehicle Safety Standard） 208条《乘员碰撞保护》中增加了安装气囊的要求，这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。

1993年前后，美国政府立法规定从1995年9月1日以后制造的汽车前排座前均应装备安全气囊。

另外，还要求1998年以后的新汽车都装备驾驶人和乘客用的安全气囊。

表10-1给出了安全气囊发展史上的典型事件。

表10-110.2 乘员保护系统组成乘员保护系统由安全气囊控制单元J234、传感器（前部碰撞传感G283、侧面碰撞传感器G179\G180）、执行器（驾驶员侧安全气囊引爆器N95/N250、副驾驶员侧安全气囊引爆器N131/N132、前部侧面安全气囊引爆器N199/N200、前部安全带拉紧N153/N154、蓄电池切断引爆装置N253），驾驶员侧安全带开关E24和安全带警告指示灯K19等组成，如图10-1所示。

安装位置如图10-2所示。

图10-1 乘员保护系统组成图10-2 乘员保护系统组件安装位置1.安全气囊控制单元安全气囊控制单元J234 以及内置的电子系统用于识别汽车是否发生事故。

J234 固定于车身中央通道，如图10-2所示。

为了能同其他控制单元进行信息交流，安全气囊控制单元与驱动系统CAN 数据总线相连。

安全气囊控制单元J234 任务：1) 碰撞识别（正面、侧面、尾部）；2) 分析所有输入信号；3) 按设计要求触发安全带张紧器、安全气囊，并切断蓄电池；4) 持续监视整个安全气囊系统；5) 在规定时间段内（大约150ms）通过电容器单独供应电能，确保系统正常工作；6) 通过故障警告灯显示故障；7) 存储系统故障和碰撞信号；8) 通过驱动系统CAN 数据总线或独立的碰撞输出端（普通导线）将碰撞事件通知其他系统组件；9) 激活安全带警告。

2. 安全带警告与安全带扣开关大众汽车车型具有驾驶员安全带警告功能。

一旦打开点火开关，安全气囊控制单元对驾驶员侧安全带开关E24的信息进行检查。

根据阻值的变化来确定驾驶员是否系上安全带。

如果驾驶员未系安全带，集成在组合仪表内的安全带警告灯K19即亮起以示警告。

若行驶速度超过5km/h，除了视觉警告之外，还发出声音警告，如图10-3所示。

图10-3 安全带与安全带扣警示灯为实施“安全带警告”功能，安全气囊控制单元必须要知道驾驶员是否系上安全带的信息。

位于安全带锁扣内的安全带开关E24 是一种机械操作开关。

控制单元通过测量电阻即可识别安全带是否系上，如图10-4所示。

图10-4 安全带扣开关图10-5 安全带扣开关原理图3.碰撞传感器乘员保护系统的碰撞传感器包含控制单元内的碰撞传感器、前部碰撞传感器和侧面碰撞传感器。

1）控制单元内的碰撞传感器和前部碰撞传感器按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。

触发碰撞传感器称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给安全气囊控制单元，作为气囊控制单元的触发信号；防护碰撞传感器称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。

碰撞强度传感器为前部碰撞传感器G283，它一般安装在发动机舱内的防撞梁上，如图10-所示，它根据事故的严重程度的不同而传递不同的信号；防护碰撞传感器安装在安全气囊控制单元内，它用于可靠性的确认，如图10-6所示。

图10-6 前部碰撞传感器图10-7 控制单元内的碰撞传感器及工作原理图控制单元内的碰撞传感器和前部碰撞传感器结构相同，采用了新型的碰撞传感器，它取代了传统的机械式安全传感器。

该传感器也称为微型机械加速度传感器，它既能接收车辆纵轴（X 轴）的减速信号，又能接收车辆横轴（Y 轴）的减速信号。

微型机械加速度传感器原理与电容传感器相似。

如图10-7所示, 在加速度力的影响下( 惯性)，固定电容片固定不动，可动电容片由于惯性会向相对方向移动，中间电极的距离发生变化，各自的电容也会相应减少或扩大。

这种差值的形成正是加速度变化的测算值。

评价电子元件将信息转化成数字信号并向控制单元传递。

2）侧面碰撞传感器侧面碰撞传感器G179 和G180安装在两侧车门上，如图10-8所示。

侧面碰撞时由于变形会在车门内部短时间产生压力的增加。

这个高压被传感器感知，压力的变化转换成电流的变化，并被输送给控制单元。

图10-8 压力传感器4.执行器驾驶员和副驾驶员侧安装了两级释放的前部安全气囊。

安全气囊控制单元根据碰撞的激烈程度和类型确定两级引爆之前的时间间隔（大约5ms和30ms）。

通过延迟引爆推进剂，在发生事故时可以减少作用在驾驶员和副驾驶员身上的负载，最大限度保护驾乘人员，见图10-9。

图10-9 安全气囊引爆顺序1）驾驶员侧安全气囊引爆器Ⅰ N95/ 引爆器Ⅱ N250驾驶员侧安全气囊的气体发生器利用两个烟火式推进剂先后进行工作。

引爆器Ⅰ由安全气囊控制单元J234 电子点火触发。

引爆器火焰冲破容器外壳并点燃其中的引爆材料。

当在引爆材料燃烧时产生的压力达到一定程度时，火焰冲破容器，通过带孔的管道进入推进剂Ⅰ的燃烧室。

随后推进剂Ⅰ被引爆并燃烧，产生的气体摧毁密封薄膜，经过滤后从流出口充入气囊。

在规定的时间内，安全气囊控制器触发引爆器Ⅱ，该引爆器直接引爆推进剂Ⅱ。

产生的气体通过升起的盖子进入推进剂Ⅰ的燃烧室，然后经过滤器充入气囊，如图10-10所示。

图10-10 驾驶员侧安全气囊二级引爆器2）副驾驶员侧安全气囊引爆器Ⅰ N131/ 引爆器Ⅱ N132图10-11 副驾驶员安全气囊引爆装置副驾驶员侧安全气囊采用了混合型气体技术原理。

气体发生器包含两个爆炸式推进装置和一个压缩气瓶。

气囊控制单元点燃第一个爆炸式推进装置，产生的压力使活塞加速，打开压缩气瓶，逸出的气体瞬间充填气囊。

第二个爆炸式推进装置向气囊中提供额外的气体。

压缩气瓶内冷气体压力大约为25000kPa，是由98% 的氩和2%的氦组成的混合气体，如图10-11、图10-12所示。

图10-12 副驾驶员处二级气囊引爆过程3）侧面安全气囊引爆器N199、引爆器N200侧面碰撞传感器侧面安全气囊使用带气袋的安全气囊模块，它们即可保护身体，也可保护头部的安全，如图10-13所示。

图10-13 侧面安全气囊在侧面碰撞时，安全气囊控制单元J234 将电流送至侧面安全气囊的相应引爆器。

随后引爆器引爆材料，引爆材料再点燃推进剂。

产生的气体经金属过滤器过滤、冷却、膨胀并充填安全气囊，如图10-14所示。

图10-14 侧面安全气囊工作过程4）安全带拉紧引爆器N153/N154在正、副驾驶员处采用了安全带张紧器，该安全带张紧器被称为带状张紧器。

燃爆预紧式安全带是当今世界上技术最先进的安全带。

当汽车受到碰撞时，预紧装置受到激发后，使卷缩器的芯轴反向转动，将安全带迅速回卷一定位置，起到预紧的作用，防止乘客身体前倾与方向盘、仪表板和玻璃窗发生碰撞。

图10-15 安全带张紧器带状张紧器结构如图10-15所示，金属带绕卷在安全带轴上。