第6章 安全气囊系统(汽车电子控制技术)

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图6-1安全气 囊系统在车上 的布置 1-右前碰撞 传感器;2-左 前碰撞传感器; 3-SRS指示灯; 4-安全气囊组 件;5-安全气 囊ECU
2.安全气囊系统工作原理
图6-2 安全气囊系统工作原理
6.2.2 传感器
1.传感器的分类 安全气囊系统传感器按照不同分类方式,可以分为不同类 型。 (1)按照传感器的作用分类 按照传感器的作用分类可分 为碰撞传感器和保险传感器两类。碰撞传感器根据安装位臵的 内。 (2)按照传感器的结构分类 按照传感器的结构分类可分 为机电式、电子式和水银开关式三类。 常见的机电式传感器有偏心式、滚轮式和滚球式,常用 作前碰撞传感器。常见的电子式传感器的有应变电阻式和压电 效应式两种,一般用作中央碰撞传感器。水银开关式碰撞传感 器一般用作保险传感器。
6.2.4安全气囊ECU
SRS ECU的内部结构如图6-8所示,主要由逻辑模块、信 号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路等组成。
图6-8 SRS控制 组件的内 部结构
1.逻辑模块 逻辑模块的主要功用是监测汽车纵向减速度或惯性力是 否达到设定的值,控制气囊组件中的点火器引爆点火剂。逻 辑模块由模/数(A/D)转换器、数/模(D/A)转换器、串行输入/ 输出(I/O)接口、只读存储器ROM、随机存储器RAM、电可擦除 可编程只读存储器EEPROM和定时器等组成。 2.信号处理电路 信号处理电路主要由放大器和滤波器组成。其功用是对 传感器检测的信号进行整形、放大和滤波,以便SRS ECU能够 接收、识别和处理。 3.备用电源电路 安全气囊系统有两个电源:一个是汽车电源(蓄电池和交 流发电机);另一个是备用电源,备用电源又称为后备电源或 紧急备用电源。 4.保护电路和稳压电路 为了防止安全气囊系统元件遭受损害,SRS控制模块中必 须设臵保护电路。同时,为了保证汽车电源电压变化时,安 全气囊系统能够正常工作,还必须设臵稳压电路。
按照安全气囊的触发机构可分为机械式和电子式两种。 机械触发式安全气囊系统已被淘汰,目前应用的都是电子式 安全气囊系统。
6.2 安全气囊系统的结构与工作原理
6.2.1 安全气囊系统的组成与工作原理
1.安全气囊系统的组成 安全气囊系统在车上的布臵如图6-1所示,主要由传感器、 安全气囊ECU、气囊组件和线束等组成,其中的气囊组件主要由 气囊、气体发生器和点火器等组成。
6.3.1概述
智能安全气囊是在普通安全气囊的基础上增加传感器, 以探测出座椅上的乘员是儿童还是成年人,是否系好安全带 以及乘员所处的位臵、高度,通过采集这些数据,由电子计 算机软件计算和处理控制安全气囊的起爆和膨胀,使其发挥 最佳作用,避免安全气囊出现不必要的起爆,从而极大的提 高其安全保护作用。 智能安全气囊比普通安全气囊主要多了两个核心元件,即 相关的传感器以及与之配套的计算机软件。 目前使用的传感器主要有以下几种。 (1)重量传感器 根据座椅上的重量感知是否有人以及 乘员是大人还是小孩。 (2)电子区域传感器 能在驾驶室中产生一个低能量的 电子区域,测量通过该区域的电流测定乘员的存在和位臵。
2.传感器的结构与工作原理
(1)偏心式碰撞传感器 不发生碰撞时,偏心转子在螺旋弹簧弹力作用下处于图63 a)所示位臵,固定触点和旋转触点不接触;当发生正面碰撞, 且作用在偏心重块上的减速度超过阈值时,偏心重块在惯性力 的作用下带动偏心转子和旋转触点一起转动,使固定触点和旋 转触点接触,碰撞传感器输出电信号。
图6-3 偏心式碰撞传感器 a) 不工作状态 b) 工作状态
(2)应变电阻式碰撞传感器 应变电阻式碰撞传感器由应变 电阻片和集成电路等组成,如图6-4所示。汽车发生碰撞时, 传感器重块变形引起应变电阻阻值变化,通过集成电路将电 阻变化转变成反映减速度大小的电信号送给ECU。
图6-4 应变电阻式传感器
图6-10 防止气 囊误爆机构结 构与原理 a)插接器正常 连接时,短路 片与端子脱开; b)插接器拔开 时,短路片将 端子短接
2.电路连接诊断机构 电路连接诊断机构的作用是:监测插接器的插头与插座是 否可靠连接。在插接器插头(或插座)上,设臵有一个诊断销。 在插接器插座(或插头)上,设制有两个诊断端子,端子上有弹 簧片,其中一个诊断端子与碰撞传感器触点的一端相连,另一 个诊断端子经过一个电阻与碰撞传感器触点的一端相连。 当传感器插头与插座半连接(未可靠连接)时,诊断端子与 诊断销未接触,如图6-11a,此时电阻未与传感器触点构成并 联电路,插接器引线“十”与“一”之间的电阻为无穷大。因 为“+”、“一”引线与SRS ECU插接器1或3(参见图6-9)的插头 连接,所以,当ECU监测到碰撞传感器的电阻为无穷大时,即 诊断为插接器连接不可靠,自诊断电路便控制SRS指示灯闪亮 报警,同时将故障编成代码储存在存储器中。 当传感器插头与插座可靠连接时,诊断端子与诊断销可靠 接触,如图6-11b所示,此时电阻与碰撞传感器触点并联。因 为传感器触点为常开触点,所以,当SRS ECU检测到的阻值为 该并联电阻的阻值(丰田车系为755~885Ω)时,即诊断为插接 器连接可靠。
图6-9 安全气囊系统插接器 1、2、3-ECU插接器;4-SRS电源插接器;5-中间线束插接器;6-螺旋线束;7-右碰 撞传感器插接器;8-气囊组件插接器;9-左碰撞传感器插接器;10-点火器
1.防止SRS气囊误爆机构 当插接器拨开时,短路片(弹簧片)自动将靠近SRS气囊点火 器一侧插头或插座的两个引线端子短接,如图6-10所示,防止 静电或误通电将电热丝电路接通而造成气囊误膨胀。
(3)水银开关式保险传感器 水银开关式传感器如图6-5所 示,当汽车发生碰撞时,如果减速度足够大,水银将在惯性 力的作用下向上运动,接通电路。
图6-5 水银开关式保险传感器
【工作过程演示】
6.2.3 安全气囊组件
全气囊组件主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和 底板组成。驾驶员侧气囊组件位于转向盘中心处,乘客侧气 囊组件位于仪表板右侧手套箱上方。 (1)气体发生器 气体发生器又称为充气器,结构如图 6-6所示。在点火器引爆点火剂时,产生气体向气囊充气。
图6-6 气体发生器
(2)点火器 点火器内有电热丝、引药和引爆炸药,当SRS ECU发出点火指令时,电热丝电路接通,电热丝迅速红热引 燃引药,继而引爆炸药,瞬间产生大量热量,药筒内温度和 压力急剧升高并冲破药筒,使充气剂受热分解释放氮气充入 气囊。
图6-7 点火器分解图
1—引爆炸药;2—药筒;3—引药;4—电热丝;5—陶瓷片;6—永久磁铁;7—引 出导线;8—绝缘套管;9—绝缘垫片;10—电极;11—电热头;12—药托
(3)气囊 气囊由聚酰胺织物(如尼龙)制成,内层涂 有聚氯丁二烯,用以密闭气体。气囊在静止状态时,像降 落伞未打开时一样折叠成包,安放在气体发生器上部与气 囊饰盖之间。在汽车遭受碰撞时,气囊约在碰撞后10ms内 开始充气。整个充气时间约为30ms。驾驶席气囊膨胀时, 沿转向柱偏挡风玻璃方向膨胀,防止驾驶员面部与挡风玻 璃、胸部与转向盘发生碰撞 (4)饰盖 饰盖是气囊组件的盖板,上面模制有撕缝, 以便气囊能冲破饰盖膨开。 (5)底扳 气囊和充气器装在底板上,底板装在转向 盘或车身上,气囊膨开时,底板承受气囊的反力。
2. 宝马BMW高级安全电子系统的组成(8个气囊)
系统组成 1-安全和网关模块;2-伺服转向助力系统 阀(SA);3- ECO 阀(仅针对 AFS); 4-数字式发动机控制单元;5-车身标准模 块;6-灯光模块;7-多音频系统控制器; 8-电子信息系统控制单元;9-紧急呼叫按 钮;10-右侧头部安全气囊 AITS II ;11前乘客前部安全气囊;12-前乘客侧车门 模块;13-前乘客侧面安全气囊;14-后 座右侧侧面安全气囊(SA);15-行李 箱内监控屏蔽接头;16-右侧 B 柱卫星式 控制单元;17-车辆中央卫星式控制单元; 18-前乘客安全带锁扣开关及拉紧装置; 19-座位占用识别装置;20-后座右侧安 全带锁扣开关及拉紧装置(SA);21安全蓄电池接线柱;22-后座左侧安全带 锁扣开关及拉紧装置(SA);23-主动 式前乘客头枕;24-主动式驾驶员头枕; 25-驾驶员安全带锁扣开关及拉紧装置; 26-左侧 B 柱卫星式控制单元;27-发动 机室内监控屏蔽接头;28-后座左侧侧面 安全气囊(SA);29-驾驶员侧面安全 气囊;30-驾驶员侧车门模块;31-左侧 头部安全气囊 AITS II ;32-转向柱开关 中心;33-驾驶员前部安全气囊;34-诊 断接口
第6章
安全气囊系统
6.1 概述
安全气囊系统(Supplemental Restraint System, 缩写为 SRS),也称为辅助乘员保护系统。它是一种当汽车遇到冲撞而 急剧减速时能很快膨胀的缓冲垫,可以避免车内乘员直接碰撞 到车内构件造成的伤害,是一种被动安全装臵,具有不受约束、 使用方便等优点。近年来随着人们对汽车安全性要求的提高, 以及安全气囊制造成本的降低,以往只在高档轿车作为选装件 的安全气囊,现已发展到作为普通轿车的标准配臵。
1.按碰撞类型分类
根据碰撞类型的不同,安全气囊可分为正面碰撞防护安 全气囊、侧面碰撞防护安全气囊、膝部碰撞防护安全气囊和 顶部碰撞防护安全气囊。
2.按照安全气囊安装数目分类
按照安全气囊安装数目可分为单气囊系统(只装在驾驶员 侧)、双气囊系统(驾驶员侧和前排乘客侧各有一个安全气囊) 和多气囊系统。
3.按照安全气来自百度文库的触发机构分类
a)
图6-11电路连接诊断机构结构与原理 a)半连接 b)可靠连接
b)
3.安全气囊系统线束 为了保证转向盘具有足够地转动角度而又不致损伤驾驶 席SRS组件的连接线束,在转向盘与转向柱管之间采用了螺 旋电缆。
图6-12 螺旋电缆 1、3—线束插接器;2—螺旋弹簧;4—弹簧壳体;5—搭铁插接器
6.3 智能型安全气囊
汽车电子控制技术
汽车类专业应用型本科示范教材
机械工业出版社出版
主编 于京诺
第6章
• 学习目标
• • • • •
安全气囊系统
· 了解安全气囊的作用和分类。 · 掌握安全气囊系统的结构与工作原理。 · 了解智能安全气囊系统的特点与组成。 · 掌握智能安全气囊的工作原理 · 掌握安全带预紧器的结构与工作原理。
(3)红外线传感器 根据热量探测乘员的存在,以区 别其他无生命的物品。 (4)光学传感器 如同一台照相机注视着座椅,并与 存储的空座椅的图像进行比较,以判别人体的存在和位臵。 (5)超声波传感器 通过发射超声波,然后分析遇到 物体后的反射波探明乘员的存在和位臵。 设计开发智能安全气囊的另一个重要工作就是编制计 算机软件。一般来说,计算机软件要能根据乘员的身材、 体重、是否系好安全带、人在座椅上所处的位臵、车辆碰 撞时的车速以及撞击程度,在一刹那间就作出反应,调整 安全气囊的起爆和膨胀时机、速度和强度,使安全气囊为 乘客提供最合理和最有效的保护,特别是减少对儿童等身 体矮小者的伤害。
6.2.5 安全气囊系统线束与保险机构
为了便于区别电器系统线束插接器,安全气囊系统的插接 器与汽车其它电器系统的插接器有所不同。目前安全气囊系统 采用的线束插接器绝大多数都为黄色插接器。安全气囊系统的 插接器采用导电性能和耐久性能良好的镀金端子,并设计有防 止气囊误爆机构、电路连接诊断机构、插接器双重锁定机构和 端子双重锁定机构等保险机构,用以保证气囊系统可靠工作。
6.1.1 安全气囊的作用
当汽车遭受碰撞导致车速急剧变化时,气囊迅速膨胀,在 驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫,使驾驶员、 乘员头部与胸部压在充满气体的气囊上,利用气囊自身的阻尼 作用和气囊排气节流时的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动 能,从而减轻人体遭受伤害的程度。
6.1.2 安全气囊的分类
6.3.2 智能安全气囊系统的特点与组成
1. 宝马BMW高级安全电子系统的特点
BMW公司将自己的智能安全气囊系统称为高级安全电子系统 ASE。 高级安全电子系统ASE由一个主控制单元、安全和网关模块 SGM和多个卫星式控制单元组成。这些卫星式控制单元及其传感 器散布于车辆上的各个重要位臵,并与SGM交换信息。 高级安全电子系统ASE具有以下优点:快速获取并传输数据 (10Mb/s);准确识别碰撞;安全气囊控制系统联网;选择性 触发;精确控制智能型安全气囊;触发安全性高;抗电磁干扰 能力强;需要时可断开安全蓄电池接线柱,进行蓄电池线路诊 断。 通过分布于车辆重要位臵的多个加速传感器,能够比多重 乘员保护系统MRS更准确地识别出碰撞情况。由车内加速传感器 探测到的车辆减速信息都被传送至安全和网关模块SGM。SGM与 所有卫星式控制单元交换减速数据,据此描绘出准确的碰撞情 况,然后根据碰撞情况及时、有选择地触发执行器(气囊)。 发生碰撞时,仅仅触发那些必要的执行器(气囊),以便对车 内乘员提供最佳的保护,并减低维修费用。
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