大学设计设计汽车安全气囊.docx

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大学设计设计汽车安全气囊

汽车气囊压力控制器系统设计

摘要：

气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。

汽车安全气囊系统的包括传感器总成、充气、折叠气囊、点火器、固态氮、警告灯等。

当汽车受到前方一定角度内的高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装汽车中部的安全传感器，就可以检测到车突然减速，并将这一信号在0.01秒之内速度传递给安全气囊系统的控制电脑。

电脑在经过分析确认之后，立即引爆气囊包内的电热点火器（即电雷管），使其发生爆炸，这一过程一般只需0.05秒左右。

点火器引爆之后，固态氮粒迅速气化，大量氮气化，大量氮气立即吹涨气囊，并在强大的冲击力之下，气囊冲开方向盘上的盖而安全展开。

主要研究内容和章节有：

安全气囊的作用、安全气囊的类型、两次动作的双气囊系统工作原理、系统主要部件、中央传感器、安全传感器、电子控制器、安全气襄的功能、气囊在车内的标识、气囊系统的工作原理、使用注意参项、安全气囊的维护等。

前言：

随着告诉公路的发展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，是的事故更为频繁，所以汽车的安全性就变得尤为重要。

安全气囊，也称辅助乘员保护系统。

它是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲气囊，可以保护车内乘员不致撞到车厢内部，是一种被动安全装置。

为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊，有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。

当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力超过庙宇值时，安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的传爆管电路，点燃传爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03s的时间内将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲出方向盘盖罩，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。

在乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。

当汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。

不系安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰，因而可能受到严重伤害；系安全带的乘员可以随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。

如果碰撞剧烈，乘员向前运动更快，即使系了安全带，在完全停止运动前，仍会与车内物相碰。

如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出，它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性，更均匀地分散头、胸的碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。

因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面，补充安全带提供保护作用。

实际事故统计表明，仅有l0％左右的事故能使气囊充气。

1概述

1.1安全气囊的作用

在汽车发生冲撞时，安全气囊系统对保护驾乘人员的安全十分有效。

目前安全气囊系统一般为转向盘单气囊系统，或者双气囊系统。

安装有双气囊和安全带预紧器系统的车辆在发生冲撞时，不管速度高低，气囊和安全带预紧器同时动作，因此造成低速冲撞时气囊的浪费，使维修费用增加很多。

两次动作的双安全气囊系统，在汽车发生冲撞时，能根据汽车的速度和加速度的大小，自动地选择只使用安全带预紧器动作，还是安全带预紧器和双气囊同时工作。

这样，在低速发生冲撞时，系统只使用安全带即能足够保护驾乘人员安全，而不用浪费气囊。

如果在速度大于30krn/h发生冲撞时，安全

带和气囊同时动作，以便保护驾乘人员的安全。

为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊，有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。

当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力超过庙宇值时，安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的传爆管电路，点燃传爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂

，产生大量气体，在0.03s的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲出方向盘盖罩，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。

初中证明，汽车装用安全气囊后，汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。

有些汽车不仅装有前端的安全气囊，还装有侧面安全气囊，在汽车发生侧面碰撞时，也能使侧面安全气囊充气，以减小侧向碰撞时的伤害。

据统计，气囊在汽车相撞时，保使头部受伤率减少25%，面部受伤率减少80%左右。

1.2安全气囊的类型

1.2.1按照气囊的数量保分为单气囊系统（只装在驾驶员侧）、双气囊系统（正、副驾驶员侧各有一个安全气囊）和多气囊系统（前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊）。

1.2.2按大小可分为保护全身的安全气囊、保护整个上身的大型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。

1.2.3按照保护对象有不同可分为驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊与侧面防撞安全气囊几种。

a--驾驶员防撞安全气囊驾驶员防撞安全气囊装在方向盘上，分美式和欧式两种。

美式气囊地考虑到驾驶员没有佩戴座椅安全带而汽车相撞时起保护作用，其容积较大。

为60L。

欧式气囊是假定驾驶员佩戴座椅安全带而设计的，其容积较小，约40L。

日本的安全气囊也属于欧式气囊类，近年来，由于安全气囊的生产成本下降，日本安全气囊规格有所增加，如本田轿车的驾驶员防撞安全气囊容积为60L。

b--前排乘员防撞安全气囊由于副驾驶位置乘员在车内位置不固定且前方空间较大，因此为保护其撞

车时免受伤害，设计的防撞安全气囊也较大。

美式的约160L左右，欧式的约75L左右（后者考虑了乘员受座椅安全带的约束）。

c--后排乘员防

撞安全气囊装在前排座椅上，防止后排乘员在撞车时受到伤害。

d--侧面防撞安全气囊装在车门上，防止驾驶员及

乘员受侧面撞击。

2安全气襄的功能在乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。

当汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。

不系安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰，因而可能受到严重伤害；系安全带的乘员可以随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。

如果碰撞剧烈，乘员向前运动更快，即使系了安全带，在完全停止运动前，仍会与车内物相碰。

如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出，它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性，更均匀地分散头、胸的碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。

因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面，补充安全带提供保护作用。

实

际事故统计表明

，仅有

l0％左右的事故能使气

囊充

气

。

3

系

统

主

要

部

件

3.1

、八

前

方

传

感

器

此传感器安装在保险杠后与挡泥板之间，用来感侧低速冲撞的信号。

前方左右2个传感器结构相同，都是偏心锤式机械传感器。

传感器装在1个密封的防振保护盒内。

前方传感器的工作原理是：

汽车正常行驶时，钮力弹簧将锤、动触头定在止点位置，传感器没有触发信号给中央控制器。

当汽车冲撞时，惯性力克服弹簧的扭力而使其产生运动，带动触头转动，使动、静触头接合。

此时，传感器向中央控制器发生"接通"信号，同时安全传感器也接通，于是电子控制器发出引爆安全带预紧器电雷管的指令，使安全带拉紧而达到安全保护作用。

前方传感器有4个引脚，其中2个引脚接到电子控制器，另外2个为自诊断引脚。

金属电阻的作用是诊断本传感器和中央控制器之间是处于开路状态还是处于正常状态。

3.2中央传感器中央传感器装在中央控制器内，用来感测汽车发生高速冲撞的信息，并将其输送到电子控制器，用来引爆气

囊电雷管，使气囊张开。

同时前方传感器也引爆了预紧器的电雷管，即安全带预紧和气囊张开同时起作用。

中央传感器是1个固体半导体压力传感器，它具有稳定性好、应变灵敏系数K值大（约100-150）及压敏电阻效应线性好等特点。

中央传感器的结构，其悬臂架压在半导体应变片的两端，当汽车发生冲撞时，半导体应变片在悬臂减速度力作用下发生弯曲变形，受压后的电阻发生变化，电阻的变化引起动态应变仪输出电压发生变化。

汽车的速度越大，冲撞后产生的减速度力越大，则输出的电压也越大。

由于半导体应变传感器输出特性受温度影响较大，故应用晶体管的基极发射极间电压Vbe的温度变化来消除传感器输出特性的变化，所以半导体传感器要求有稳定电源。

3.3安全传感器本系统设立了2个安全传感器，用来防止系统在非冲撞时引起气囊的误动作。

它们装在中央控制器内，是1个水银常开开关。

当发生冲撞时，足够大的减速度力将水银抛上，接通电雷管电路。

3.4电子控制器电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等。

它们都集中装在中央控制器上。

实际上，引爆控制电路是1个晶体管开关电路。

当传感器传来的信号电压足够大时，晶体管的发射极和集电极就导通，将传来的信号与已经储存的信号（电阻、电压）相比较，确认是冲撞信号后则接通继电器，由驱动电路接通电源与电雷管的总开关电路，引爆气囊和安全带电雷管。

储存电路和诊断电路是合在一起的。

诊断电路不断地分析和诊断气囊系统的各种故障，将这些故障编码储入储存电路，以备将来检修时用。

与此同时、驱动电路使仪表盘上的SRS警告灯开始闪烁。

诊断储存电路监控如下故障：

1气囊误引爆和不引爆。

2传感器的失灵。

3系统各接头和线路的短路或开路。

3.4.1辅助电源包括1个直流稳压器和1个电容储能器。

直流稳压器能保证供给系统电压的恒定性，使系统能正常工作而不发生失效引爆事故。

它是一种带比较、放大和调节动能的集成稳压装置。

电容储能器是利用电容储存电能，在冲撞中发生电源中断时，担负起气囊系统的电源作用，避免失效引爆事故。

3.4.2用物理学原理说明，使用气囊与不用气囊相比较，为什么前者比较安

全？

若某次事故中汽车原行驶速度是35m/s，乘员冲向气囊后经0.2s停止运动，人体冲向气囊的质量约为52kg，头部和胸部作用在气囊上的面积约为

700cm。

估算，人的头部和胸部受到的平均压强为多大？

安全气囊是现代轿车上引人注目的高技术装置。

安装了安全气囊装置的轿车方向盘，平常与普通方向盘没有什么区别，但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬间从方向盘内"蹦"出来，垫在方向盘与驾驶者之间，防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。

安全气囊面世以来，已经挽救了许多人的性命。

研究表明，有气囊装置的轿车发生正面撞车，驾驶者的死亡率，大轿车降低了30%，中型轿车降低11%，小型轿车降低14%。

安全气囊主要由传感器、微处理器、气体发生器和气囊等部件组成。

传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀，气囊容量约在（50-

90）L。

同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤。

安全气囊所用的气体多是氮气或一氧化碳。

除了驾驶员侧有安全气囊外，有些轿车前排也安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的与驾车者用的相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。

另外，有些轿车还在座位侧面靠门一侧安装了侧面安全气囊。

随着汽车工业的发展，近些年来安全气囊几乎成了各个汽车厂商轿车的标准配备了，然而对于这个事关生命的小部件，车主们对它的关注似乎少了一些。

安全气囊顾名思义，就是在危险发生时可以保护驾驶员生命安全的气囊袋，一般是由一个折叠好的气囊袋、充气器、点火器以及氮气固态粒子组成，通过安装在车头的几组传感器感应车辆与外物的撞击度，以确定是否需要引爆气囊。

当车辆遭受正面强烈的撞击时，它会在瞬间充气膨胀以保护前座乘员的安全。

据有关机构统计，在所有可能致命的车祸中，如果使用安全带，可挽救约的生命；如果同时使用安全气囊，这一比例将上升到60%。

对于这样一个关键的部件我们该如何维护它呢？

一般来说安全气囊都可保持8-10年的有效期，在日常驾驶时只要仪表盘上的Airbag（安全气囊）指示灯或故障灯未亮，就证明气囊处于正常的工作状态。

但并不代表这就可以了，在使用过程中我们还应注意以下几点：

首先，无论何时我们都不应去敲打或撞击安全气囊所在的部位。

更不应该用水去直接冲洗气囊位置，因为受潮的安全气囊在关键时刻无法保护你的生命。

然后是坐姿。

一般来说司机在驾车时不宜前倾，坐姿要紧贴座位，背椅应调到能够舒适地控制汽车为好，这样会有足够的空间在发生意外后气囊充分地发挥其保护作用。

对于副驾驶位置也有安全气囊的车辆，绝不能让儿童坐在前排或在此位置安置儿童座椅，除非可以手动关闭此位置的安全气囊，否则气囊引爆时会给儿童造成巨大的伤害。

最后，要提醒大家的是，在不系安全带的状况下，安全气囊不但不能对乘员起到保护作用，还会对乘员有严重的杀伤力，安全气囊的爆发力是惊人的，足以给驾驶者以重创。

（什么是汽车安全气囊技术？

有什么作用？

该如何使用？

作为现代汽车普遍采用的新技术，汽车安全气囊技术能为乘员提供碰撞后自动保护。

在国外，随着越来越多的汽车装备了安全气囊，使得交通事故死亡率有所下降，尽管如此，气囊并不能取代安全带，所以有些车主认为安全性能好的汽车可以不系安全带是完全错误的4两次动作的双气囊系统工作原理两次动作的双气囊系统在轿车上的布置是由传感器、中央控制器、双气囊、双安全带预紧器和接头等组成。

中央控制器由中央传感器、电子控制器、安全传感器和辅助电源组成。

气囊中除了气囊外，还有电雷管、气体发生器；安全带预紧器中也有电雷管。

本系统的电气联接特点是：

①左右两个前方传感器并联，并联后与左右安全带预紧器电

雷管、安全传感器串联。

②中央传感器和前方传感器并联，它们串联后的电路也并联

在汽车行驶中，

3个传感器不断将车速变化的信息输入到电子控制器，经

电子控制器不断地计算、分析、比较和判断，并随时准备发出指令。

当车速小

于30km／h冲撞时，前方传感器和其串联的安全传感器同时向电子控制器输入

撞车信号，并发出引爆安全带预紧器电雷管的指令，而中央传感器发出的信号

（减速度较小）冲

不能使电子控制器发出引爆气囊电雷管的指令。

所以，在低速

撞时，只要预紧器向后拉紧安全带，就足以保护驾乘人员不撞向前方。

在咼速

（减速度较大）冲撞时，前方传感器和中央传感器同时向电子控制器输入冲撞信

号，电子控制器在迅速判断后发出指令，同时引爆左右预紧器和双气囊的电雷

管。

安全带向后拉紧的同时，2个气囊同时张开，吸收驾乘人员因减速度大而产生的冲撞能量。

有效地保护他们的安全。

当汽车和前面的固定物冲撞时，汽

车行驶的速度越快，减速度就越大，传感器接受到的力就越大。

若将前方传感器和中央传感器预设定的力分为上、下限，即前方传感器的预定冲撞速度在小于30km^h的下限值，并且相应的安全传感器预设值也是下限值，则汽车发生低速冲撞时，电子控制器只使安全带预紧器引爆。

中央传感器预设值为上限，则汽车高速冲撞时，前方传感器，中央传感器和安全传感器同时向电子控制器输出冲撞信号，电子控制器使所有的电雷管引爆，则安全带拉紧，气囊张开。

从发生冲撞、传感器发出信号到控制器判断引爆电雷管，大约需要10ms时间。

引爆后，气体发生器产生大量氮气，迅速吹胀气囊。

从发生冲撞到气囊形成，进而到安全带拉紧，全过程所需时间为30〜35ms所以气囊系统的保护效果是非常好的。

当气囊引爆后，由于产生的气体大量涌进气囊，使气囊的压力增高，不利吸收冲撞能量，所以，在气囊的后面有2个排泄压力的气体排放孔，有利于保护驾乘人员的安全。

5气囊在车内的标识驾驶员气囊放在转向盘毂内，有一个完整光洁的装饰外罩；乘客气囊则藏

在仪表板内，以发生前碰撞或近似前碰撞事故时，固装在组件内的气囊以规定方式冲破外罩充气膨胀。

在转向盘外壳和仪表板上刻有"AirBag"或缩写"SRS"（辅助乘员保护系统）

或"SIR"（辅助充气保护系统），表明该车装有气囊。

装有驾驶员用气囊的轿车仪表板上有一个指示灯，向驾驶员表明气囊系统状态，汽车用户手册上说明了该指示灯的功能。

尽管汽车厂规定了维护或检查要求，但大多数气囊系统不需要常规维护就能经常处于可使用状态。

5.1气囊系统的工作原理典型的气囊系统包括二个组成部分：

探测碰撞点火装置（或称传

感器），气体发生器的气囊（或称气袋）。

在发生足够严重的前碰撞或近似前碰撞

事故时（相当于以＞l6km/h的速度与一刚性壁正面碰撞），车上的探测碰撞点火装置主动将突然减速信号，传递给气体发生器的引爆装置，使相关物质（生成氮

气，在乘员前方气囊充气，充满气囊所用时间不到0.05秒。

气囊充气前折叠在转向盘毂内和仪表板内，充气时先将保护外罩自动充开。

气囊的侧面有排气孔，当乘员碰压膨胀的气囊时，气囊内氮气排出，原来较热的气体在排出后快

速冷却，吸收乘

员向

、八

前

运动

的能量。

5.2使

用

注

、、八

意

事

项

5.2.1

烟

和

粉

末

气囊充气时不会燃烧或破裂，只是由于化学反应而产生烟和粉末状残渣，其成分大部分是演粉或滑石粉与钠的化合物，皮肤或眼睛如与沉淀物接触，可能有短时间刺激感，但不会对健康产生危害

5.2.2意外充气放出

触发气囊充气的传感器仅能被严重的前碰撞或近似前碰撞所激发。

即使猛烈关门、坐在转向盘毂上、用手摇动保险杠或在高低不平路面上行驶，气囊都决不可能意外充气，传感器能准确鉴别汽车紧急制动与严重前碰撞或近似前碰

撞的差别。

5.2.3气囊充气后驾驶汽车气囊充气后，人体碰压使其很快泄气，只要汽车仍然能行驶，驾驶员就能继续操纵带有瘪气囊的转向盘。

不过这时很危险，只能应急，应尽快把车送到修理厂去。

5.2.4气囊充气对眼镜的损坏

由于乘员与充气气囊相碰，可能使眼镜架折弯、损坏甚至断开，造成面部

轻伤，但眼镜片不会破碎或伤及眼睛。

5.2.5气囊充气的声音气囊充气时的声音很响，但持续时间极短，以致大多数乘员都没注意到，同时实际碰撞的声音几乎完全淹没了气囊充气的噪音。

5.2.6在装有气囊的车室内放置物在气囊的前方、上方或近处放置的任何物品都有可能妨碍气囊充气或被抛射出去，在车室内安装收音机、CD机等附件时，要遵照汽车厂的规定，否则会影响气囊工作。

5.2.7碰撞损坏汽车上的气囊如果在由于碰撞而严重损坏的汽车上有未引爆充气的气囊，那么可能该气囊的电路系统出现故障，以致没有电信号传给气体发生器，此时应首先断开电源线。

考虑到气囊系统有能量延迟特点，在发生碰撞事故后不久，不要靠近或放置物品在未充气气囊旁边。

当装有气囊的汽车着火时，气囊组件往往在温度达到150C左右时会自行充气。

已充过气的气囊组件没有任何危险性，拆除

后可按一般废物处理。

5.2.8气囊系统的更换在碰撞后可修复的汽车上，必须更换己充过气的气囊系统。

任何气囊系统

都是与某一特定车型的碰撞特性及乘员舱尺寸相匹配的，因此，只能更换专门为该车型设计的气囊系统。

5.2.9气囊与儿童约束

坐车的儿童应使用合适的儿童保护装置，在装有气囊的汽车上尤应如此。

由于气囊充气可能对前排儿童产生意外危险，所以最好把儿童安排在后座椅

上

5.3安全气囊的维护

5.3.1不要在气囊袋盖上或周围放置物体，或者企图将它打开

5.3.2不要修改属于安全气囊系统的零件及线路，或者自行更改前保险杠

及车辆前部车身结构

结论通过对安全气囊综合分析，我们可以清楚地看到安全气囊在整个汽车的各系统中的重要作用，安全气囊的研究还在继续创新，安全气囊的工作好坏直接影响驾乘的安全。

希望能引起专家的重视。

安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。

汽车安全气囊系统的包括传感器总成、充气、折叠气囊、点火器、固态氮、警告灯等。

当汽车受到前方一定角度内的高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装汽车中部的安全传感器，就可以检测到车突然减速，并将这一信号在0.01秒之内速度传递给安全气囊系统的控制电脑。

电脑在经过分析确认之后，立即引爆气囊包内的电热点火器（即电雷管），使其发生爆炸，这一过程一般只需0.05秒左右。

点火器引爆之后，固态氮粒迅速气化，大量氮气化，大量氮气立即吹涨气囊，并在强大的冲击力之下，气囊冲开方向盘上的盖而安全展开。

据有关机构统计，在所有可能致命的车祸中，如果使用安全带，可挽救约45%的生命；如果同时使用安全气囊，这一比例将上升到60%。

在不系安全带的状况下，安全气囊不但不能对乘员起到保护作用，还会对乘员有严重的杀伤力，安全气囊的爆发力是惊人的，足以给驾驶者以重创。

安全气囊的新技术还在不断被开发、革新它性能的好坏是评价汽车安全性的重要指标。

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、毕业作业（论文）指导