电子控制安全气囊系统.docx

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电子控制安全气囊系统

电子控制安全气囊系统

摘要

汽车安全气囊作为一种辅助的乘员约束条件，在汽车发生碰撞时保护乘员的效用已越来越得到肯定，当今社会对安全气囊的要求也越来越高，尤其是对智能安全气囊的需求也越来越广泛。

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。

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。

关键字：

安全气囊安全传感器汽车碰撞

Electroniccontrolsecurityaerocystsystem

Pangmeijiao

InformationscienceandEngineeringcollege

class07-23071818225

Abstract

Theautosafetyaerocysttookonekindofauxiliarycrewmemberrestrainsthecondition，Hasthecollisionwhentheautomobileprotectscrewmember'seffectivenessmoreandmoretoobtaintheaffirmation,Nowthesocietyalsomoreandmoreishightothesecurityaerocystrequest,Alsomoreandmoreisinparticularwidespreadtotheintelligentsecurityaerocystdemand.Thesafeairsacisamoderncartoascendthenewtechniqueineye-catcherequips.Thesafeairsacincarsystemincludestospreadtofeelthemachineistotal,thespiritofair,foldtheairsacandorderfirearms,solidnitrogen,warningsignal...etc..Whenthecarsuffersthecertainangleinfrontinsidesuper-speedtohit,packingthecollisionincarheadspreadstofeelthemachinespreadstofeelwiththesafetythatpackthecarcentralpartmachine,canexaminethecartodeceleratesuddenly,combinethissignalin0.01controlforinsidespeeddeliveringtosafeairsacsystemscomputer.Thecomputersetoffimmediatelyafterconfirmingthroughanalysistheairsacelectricityinthepackheatlightthefirearms（giveorgetanelectricshocknamelythundertube）,makingitsoccurrenceexploded,thegeneralinthisprocessneeds0.05orso.Afterlightingthefirearmssetoff,thesolidnitrogengrainisquicktogasify,thenitrogenoflargequantitygasifies,thelargequantitynitrogenspiritblowstorisetheairsacimmediately,andinthemightyimpactdintunder,theairsachurtlestoopenthecoveronthesteerdevicebutthesafetylaunches.

Keywords:

Safeairsacsecuritysensorautomobilecollision

目录

一电子控制安全气囊的概述

1.1安全气囊的作用

1.2安全气囊的类型

二电子控制安全气囊的发展

2.1国外安全气囊的发展

2.2国内安全气囊的发展

2.3未来安全气囊的发展

三电子控制安全气囊的组件

3.1前方传感器

3.2中央传感器

3.3安全传感器

3.4电子控制器

四安全气囊工作原理

五安全气囊的正确使用

六结束语

一电子控制安全气囊的概述

1.1前言

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

汽车的安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等，被动安全是指在万一发生事故的情况下，汽车保护乘员的能力，目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统（AirbagRestraintSystem，以下简称安全气囊）等。

由于现实的复杂性，有些事故是难以避免的，因此被动安全性也非常重要，安全气囊作为被动安全性的研究成果，由于使用方便、效果显著、造价不高，所以得到迅速发展和普及。

汽车发生碰撞事故时，若主要冲撞力是作用在汽车的前部，并在汽车中心轴线30度范围以内上十，可称为前碰撞事故。

全世界的交通事故分析研究表明，前碰撞事故发生最频繁，损伤最惨重的交通事故。

例如，在导致严重损伤和死亡事故中，前碰撞分别占了70%和50%，事故数目中前碰撞占55——60%，各交通发达国家对前碰撞事故的研究和防护都高度重视我国也发布了MI类乘用车前碰撞试验技术法规。

前碰撞被动安全性的研究主要集中在两大方面，一方面是改进汽车的结构设计，使其更具有耐撞性，如采用各种新型材料和结构，合理地在汽车前部设计挤压吸能区，主要目的是用车身的结构吸收和分散碰撞产生的能量，减少车内乘员受到的冲击，同时控制车身变形，保护乘员的安全空间。

另一方面是采用被动安全设备对乘员进行防护，其主要原理是发生在碰撞时，约束乘员因惯性而发生的与车体的相对运动，减少和防止乘员与车内发生碰撞（称为“二次碰撞），从而达到保护乘员、减少碰撞损伤的目的。

用来约束乘员运动的装置称为乘员约束系统，常用的乘员约束系统有安全带、安全气囊和安全垫等。

安全气囊的防护效果与众多的因素有关，一方面是事故发生的客观条件，如碰撞强度、碰撞类型，乘员的身高、体重、乘员乘做的位置，车辆的类型和大小等。

另一方面是车辆上安装的防护系统及其使用情况，例如是否使用了安全带，安全带的类型和参数。

因而，要对安全气囊的防护有效性做出客观准确的评价，找到影响其防护效果的主要因素，是汽车被动安全性领域难度很大的科技问题，它涉及到工程学、交通事故损伤流行病学等多个学科，是一个综合性很强的研究领域。

汽车安全气囊依据其作用的不同分为防止前碰撞损伤的驾驶员安全气囊、前排座乘员安全气囊和侧面碰撞防护安全气囊等。

本文主要讨论前碰撞安全气囊，汽车发生碰撞事故时，安全气囊是一种重要的防护装置，但是安全气囊在防止重大损伤和减少事故死亡的同时，也可能出现它的快速展开而引发新的损伤，本文将此种损伤称为“气囊引发损伤”。

如何保证安全气囊对各类汽车乘员在各种碰撞条件下提供最有效防护的同时，减少甚至避免气囊损伤，是目前汽车乘员约束系统研究的主要问题之一。

1.2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30km／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。

1.3安全气囊的类型

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）。

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。

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。

二电子控制安全气囊的发展

2.1国外安全气囊的发展

使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。

1952年美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。

几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。

1953年，第一个气囊的专利就诞生了。

但是，由于当时技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实现。

到了1980年，德国默谢台斯公司开始实现这种设想，它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。

而从1985年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。

随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。

安全气囊的雏形是美国人JHON.W.HETRICH发明的安全气囊。

1952年Hetrick发明了他自己称为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。

这是一种纯机械的装置，用于使气囊膨胀的压缩空气存储在一个压力容器中、连接着弹簧质量块用来感应汽车的减速度。

当质量块产生位移时、能打开一个阀使压力空气从压力容器中冲出来，以使气囊膨胀。

气囊可装在方向盘中、手套箱门上、仪表版上部以及前排座椅的背靠。

早起的安全气囊主要用于其它安全装置一起防止飞机着陆时与地面的碰撞，1960年安全气囊技术开始在原有的基础上研制并转为民用。

60年代末，美国高速公路交通安全委员会（NHTSA）开始建议制定一个可选择的安全气囊法则激励汽车厂商去发展安全气囊。

70年代美国通用、福特、德国奔驰、日本丰田等汽车公司及美国MORTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究、瑞典AUTOLIV公司等均开始投入大量的资金和人力研究与发展安全气囊。

其中1975年5月德国的一个研究小猪成功将火箭推进技术应用与汽车安全气囊，这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入一个全新的发展阶段。

1984年美国高速公路交通安全委员会（HHTSA）在著名“联邦汽车安全标准”中的208条款（乘员碰撞保护）（FederalMotorvehiclSsfetysandard208.简称FMVSS208）中增加了安全气囊的要求，这为安全气囊的发展和实用提供了一个明确的法则及指导方向。

FMVSS208条款是汽车安全气囊发展史上的一个重要的里程碑。

此后。

欧洲也颁布了ECER94法则，紧接着日本丰田、本田、美国的福特、克莱斯勒、德国宝马、瑞典富豪等汽车公司纷纷开始营销配有安全气囊的汽车。

20世纪90年代后期。

美国、日本已正式立法在汽车上配置安全气囊，双气囊以成为绝大数主流轿车的标准。

安全气囊由美国人约翰·赫特里特（John·hotrich）发明。

他是一位自学成才的阿宾夕法尼亚州工程师，1952年，在遭遇一次事故后。

他萌发的了设计撞车安全装置的想法。

在这次事故中，约翰为躲避一个障碍物而猛打方向盘进行制动。

他和妻子都用双臂本能的保护坐在前座中间位置的女儿。

这次事故后他意识到必须要有一个良好的方法来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人。

这份图纸确定了今天安全气囊的雏形。

1953年8月18日，他获得了“汽车缓冲安全装置”的美国专利。

安全气囊从1952年就取得了专利，但在应用推广中经历了几上几下的波折。

足足走过了30多年的漫长路途，直至1984年，汽车碰撞安全标准（FMVSS208）在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施。

其中规定从1995年9月1号以后制造的敲侧前排座位均应装备安全气囊，同时要要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，此刻才确定了安全气囊的作用。

如今，这个在当年颇具创意的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。

各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。

在国内，随着CMVDR294碰撞安全法规开始实施，国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外。

大部分车型还只是安装了正面气囊。

安全气囊在近几年得到飞速的发展，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。

同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾驶者用的安全气囊相似。

只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。

进入90年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置，了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护自己有很重要的作用。

但对于驾驶员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的。

2.2国内安全气囊的发展

我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。

上个世纪80年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。

　　随着世界汽车进军我国，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机。

1992年，我过自行研制的FS-01安全气囊通过撞车试验。

我国的政策法规也对我国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。

　　在我国“九五”规划期间和“十五”规划中,国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三大重点发展项目（电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统）之一,尤其是在1999年10月28日,国家机械工业局发布《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》（CMVDR294）。

这个设计规则明确提出对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准。

所述的安全要求。

CMVDR294的发布间接地对汽车配置安全气囊提出了新的要求,这无疑是中国安全气囊发展史上的一个进步,同时也对安全气囊的研究与发展指明了正确的方向和注入了新的活力。

　在十多年的研究与发展过程中,国内许多大学与事业公司的研究与产品已初具基础,其中部分研究与技术已接近国际水平。

清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验研究中,系统地研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面作了大量工作,对国内的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。

　坐落在锦州经济技术开发区的锦恒公司是国内唯一一家具有自主知识产权的汽车安全气囊生产企业，其生产能力和所占市场份额在国内最大。

锦恒公司建有国内一流的研发中心，实验室通过了国家CNAL认证，具有正面碰撞、角度碰撞、柱撞、侧面撞等实车碰撞试验能力和台车试验能力。

公司的主要碰撞、检测设备和组装生产线均由国外引进，技术装备水平国内领先。

他们通过引进美国公司的安全气囊生产技术，开发出填补国内空白的机械式安全气囊产品；与一汽汽研所共同承担了国家“九五”汽车电子产品攻关计划，开发出具有独立知识产权的电子式安全气囊产品。

目前，该公司共为国内20多个汽车生产厂家的30多个车型研发、配套安全气囊，已形成单班年产20万套安全气囊总成、120万只气囊、15万只饰盖的生产能力，是国内同行业中首家实现为整车配套的企业。

今年，他们还与国际著名的安全气囊供应商签订加工安全气囊零部件的协议，产品将走向欧洲、北美等国家。

　　2000年以来，我国安全气囊市场需求平均每年都有超过200%的速度在增长，到2004年我国安全气囊市场总配套量接近400万套。

目前，国内生产安全气囊企业有近20家，2004年产量超过200万套，安全气囊的国产化率超过50%。

国内安全企业的生产和配套市场基本上分外资企业和国产企业两大阵营。

外资企业主要以Autoliv、Plast、Takawa、Mobis等为代表，国内80%以上的安全气囊由他们生产，外资企业占据着我国安全气囊的中高端配套市场。

国产企业主要是以锦州锦恒、东方久乐、上海比亚迪等为代表，他们国内安全气囊的产量只占15%左右，主要在一些国产化的经济型乘用车有所配套。

我国安全气囊在经历安全气囊的进口高峰后，进口安全气囊的高速增长是势头已经跌落，2005年上半年已经出现进口负增长。

目前，进口安全气囊在国内配套市场所占比重不到一半。

2004年底开始，跨国安全气囊企业相继在中国投资气囊组件的生产，加强了安全气囊上游零部件本地化供应配套的能力。

到2007年，我国80%以上的安全气囊组件将实现本地化生产。

目前，我国安全气囊零部件ECU、气体发生器、气袋、布料的国内采购率只有5%左右，气囊组件配套还有很大的发展空间。

2.3未来安全气囊的发展

旨在维护和改善安全气囊救生功能的计划正如火如荼地全面展开。

NHTSA发起了新一轮的测试活动，根据相关领域的最新知识和研究成果，采用改进型假人的伤害标准来进行试验。

直到最近，汽车安全领域的大多数重大改进都是针对汽车前部和后部撞击来进行的，但所有汽车事故中有30%是侧面撞击引起的，并且汽车事故导致的所有严重伤亡中有40%是来自侧面撞击。

许多汽车制造商已经针对这些统计数据（以及由此产生的新标准）做出回应，纷纷加固车门、车门框架、底板和车顶等部分。

但当前，提供侧气囊的汽车则代表了乘员保护方面的新潮流。

工程人员表示，有效侧气囊的设计工作远比前部气囊的困难得多。

这是因为正面撞击产生的一部分能量可以被保险杠、发动机盖和发动机吸收，撞击能量大约需要30-40毫秒才能传递到车内乘员身上。

而在侧面撞击中，把乘员和另一辆车隔开的只有相对较薄的车门和几厘米的空隙。

这意味着车门气囊必须能够在短短的五六毫秒内做出反应！

沃尔沃的工程师对几种不同安装方式的侧气囊进行了试验，最终选择了椅背安装方式。

这是因为无论座椅位置如何，这种安装方式对各种身高的乘员皆有保护作用。

这样，他们可以在驾驶员和前排乘客的坐垫侧面安放机械触发传感器，从而防止汽车未受损害的一侧的安全气囊发生充气膨胀。

在椅背上安装整套安全气囊系统还可防止由于与行人或自行车相撞而导致不必要的气囊引爆行为。

因为侧气囊在大约19公里/小时的撞击条件下才会打开。

宝马的工程师则选择了车门气囊。

因为车门的空间更大，可以容纳更大的气囊，从而提供更大的保护面。

宝马所有的1999年款车型（敞篷跑车除外）中都配备了头部气囊或管状充气结构头部气囊（ITS）。

与其他气囊不同，头部气囊看上去有点像大香肠，可以保持膨胀状态5秒钟，以提供针对二度撞击或三度撞击的防护功能。

ITS的设计宗旨是与侧气囊结合使用，以便在某些侧面撞击中提供更佳的保护作用。

所有这些无不清晰地昭示出安全气囊技术仍处在日新月异的飞速发展之中。

随着设计人员不断从实际的撞击资料中总结经验并积极推陈出新，此领域必将涌现出众多的技术革新。

三电子控制安全气囊的部件

3.1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