【正文】 個傳感器立即起作用，同時產(chǎn)生和輸出一系列被碰撞的信號，這些碰撞信號傳輸給中央電子控制器，由中央電子控制器中的微處理器來進(jìn)行處理和判斷，決定是否引爆安全氣囊。汽車安全氣囊控制系統(tǒng)中所采用的傳感器，主要類型為慣性加速度傳感器，正常情況下，依靠彈性元件使傳感器保持在斷開狀態(tài)，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，慣性元件克服彈性元件的阻力，使傳感器立即被接通并產(chǎn)生碰撞信號。 按照碰撞傳感器的功能和使 用情況不同，傳感器可分為碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器等。碰撞傳感器可以裝在汽車的前部和側(cè)面，通過直接感知碰撞作用力或從車身結(jié)構(gòu)件的變形，來檢測汽車在發(fā)生碰撞時的碰撞強度。中央傳感器是用來檢驗和判斷由傳感器輸入的碰撞信號。安全傳感器則起著保險作用，可以防止在汽車緊急制動、跨越凹坑或低于規(guī)定強度等條件時，因產(chǎn)生強烈振動而引起的“誤判”。 幾乎所有的傳感器對溫度都非常敏感，必須保證傳感器能夠在相當(dāng)大的溫差范圍內(nèi)都能夠正常穩(wěn)定地工作，保證其可靠性。另外傳感器應(yīng)盡量地布置在溫度變化較小的部位，或采取一定的隔熱措 施。 二．電子控制器 安全氣囊的中央電子控制器（ Electronic Control Unit）是以微處理器為核心的控制系統(tǒng)，主要組成部分見圖 22。 不同的國家、不同的汽車生產(chǎn)廠家以及研究部門，在不同時期、不同的車型上，開發(fā)和設(shè)計了多種多樣的中央電子控制器，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，中央電子控制器也不斷地改進(jìn)和完善。安全氣囊中央電子控制器一般由微處理器，信號輸入輸出系統(tǒng)，安全氣囊系統(tǒng)電源，警告和診斷系統(tǒng)，輔助組件構(gòu)成。下面介紹各組成部分的主要功能。 傳感器 電子控制器 氣體發(fā)生器 氣囊 控制系統(tǒng)模塊 氣囊組件模塊 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 圖 23 ECU 的結(jié)構(gòu)框圖 微處理器 是中央電子控制器的核心，擔(dān)負(fù)安全氣囊的系統(tǒng)控制、信號處理和判斷、發(fā)生引爆電脈沖等重要控制工作。在微處理器中有安全氣囊的控制軟件，還包括 A/D 轉(zhuǎn)換器、串行接口、定時器、信息儲存器、 RAM、 ROM、 EEPROM 等，它具有以下主要功能： （ 1）控制碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器輸入的電信號，對減速信號進(jìn)行處理、篩選和判定，防止因緊急制動、通過溝塹或低速碰撞等引起安全氣囊的誤爆。 （ 2）將碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器輸入的電信號與微處理器控制軟件中已儲存的計算程序和數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和評估，判斷是否需要引爆安全 氣囊，并確定引爆的時間。如果判斷與確定無誤，則適時地發(fā)出安全氣囊引爆的電脈沖，同時起動安全帶卷收器鎖緊安全帶，對乘員產(chǎn)生約束力。自動控制安全氣囊引爆的限值，對沒有佩帶安全帶的乘員，提供最佳保護(hù)。 （ 3）在安全氣囊點火引爆電路接通后，立即將有關(guān)安全氣囊的工作全過程、故障方式和故障持續(xù)時間的信息，儲存到儲存器中，記錄當(dāng)前的故障代碼。 （ 4）通過信號系統(tǒng)和診斷器，對整個安全氣囊控制系統(tǒng)內(nèi)部和外部的功能進(jìn)行檢測和監(jiān)控，并對安全氣囊系統(tǒng)零部件進(jìn)行診斷。 2. 信號輸入輸出系統(tǒng) 信號系統(tǒng)負(fù)責(zé)輸入傳感器的信號、輸出安全帶 鎖緊信號、安全氣囊引爆信號、燈光報警信號和音響報警信號等。信號系統(tǒng)分布在汽車的各個部位上，依靠導(dǎo)線和各種插接器來連接。 （ 1）輸入信號裝置有：碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器。按照碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器的邏輯控制原理，在汽車受到碰撞時產(chǎn)生碰撞信號，并立即輸入到中央電子控制器中。 （ 2）輸出信號裝置有：駕駛員用安全氣囊引爆電路、前排座乘員用安全氣囊引爆電路以及其他安全氣囊的引爆電路等。它們按照中央電子控制器的指令引爆安全氣囊，倘若只裝備駕駛員用安全汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 5 氣囊，則只需要一套安全氣囊引爆電路。如果裝備有多 個安全氣囊系統(tǒng)，則需要多個安全氣囊引爆電路。在中央電子控制器的控制下，每條引爆電路都可以單獨激發(fā)，也可以在中央電子控制器的控制下，按一定順序進(jìn)行激發(fā)，并在各個安全氣囊引爆激發(fā)之間，設(shè)置預(yù)定的延遲響應(yīng)時間。另外，還對安全帶卷收器發(fā)出鎖緊信號。 蓄電池是安全氣囊系統(tǒng)的主要電源，只要汽車在碰撞時不損壞蓄電池，仍然由蓄電池供應(yīng)所需電流。另外，在安全氣囊系統(tǒng)中還必須設(shè)置輔助電源（應(yīng)急電源），保證在汽車發(fā)生碰撞、蓄電池被損壞時，安全氣囊系統(tǒng)仍然正常工作。輔助電源包括一個直流穩(wěn)壓器和一個電容儲能器。 直流穩(wěn)壓器是起穩(wěn)壓和過壓保護(hù)作用的集成穩(wěn)壓裝置，它具有比較、放大和調(diào)節(jié)的功能。通常產(chǎn)生一個低壓（ 5V）線性電源作為安全氣囊系統(tǒng)的工作電源，當(dāng)加在中央電子控制器上的電壓過高時，穩(wěn)壓器便自行調(diào)節(jié)，保證提供系統(tǒng)穩(wěn)定的電壓，使系統(tǒng)能夠正常工作，不會因電壓過高而引起“誤爆”。 電容儲能器是利用電容來儲能，一般在安全氣囊系統(tǒng)接通電源后 10ms 時間內(nèi)，電容器即充電。在轎車發(fā)生碰撞時，蓄電池被破壞失去主電源后，電容儲能器還能保證在 100ms 的時間內(nèi)為安全氣囊系統(tǒng)提供電能。在安全氣囊引爆后，電容儲能器僅僅能夠再提供 10ms 左右時間的電能。因此，必須是在蓄電池保持完好的條件下，中央電子控制器才能將有關(guān)安全氣囊工作的全過程進(jìn)行監(jiān)控，并將安全氣囊有關(guān)信息儲存到儲存器中，同時記錄當(dāng)前的故障代碼。 安全氣囊系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)一般有警告燈和診斷器。 （ 1）警告燈 警告燈位于儀表板內(nèi)，符號為“ Air Bag”，其功用一是故障提示，二是顯示故障代碼。當(dāng)點火開關(guān)置于 ACC 或 ON 位置時，警告燈閃亮 6s，這段時間內(nèi)， ECU 中對系統(tǒng)進(jìn)行自檢，即向中央氣囊傳感器、微處理器以及點火電路輸出模擬信號，以檢查信號響應(yīng)是否正確。若響應(yīng)正確，則 說明系統(tǒng)工作正常，警告燈閃亮 6s 后熄滅。若出現(xiàn)異常響應(yīng)，則警告燈在 6s 過后仍然閃亮，提示人們應(yīng)進(jìn)行修理。 （ 2）診斷器（ TDCL) TDCL 是 Total Diagnostic Communication Link 的縮寫，它與 ECU 各引腳相連， ECU 有幾個引腳， TDCL 也相應(yīng)有幾個插口，另外還增加 A、 B 兩個插口用于診斷置零（即清除故障代碼）。 TDCL的作用是激活診斷系統(tǒng)，對安全氣囊系統(tǒng)進(jìn)行自檢 除了以上主要的組成部件外，還有一些輔助單元或模塊，分別如下： （ 1）比較器定時電路。負(fù)責(zé)監(jiān)測微處理器 ，當(dāng)微處理器失效，它會使警告燈以 3Hz 頻率閃亮，提出警告。 （ 2）串行通訊接口。供與外界裝置雙向通訊用。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 （ 3）點火電壓生成電路和點火儲能電路。為氣體發(fā)生器的激發(fā)提供電流。供氣體發(fā)生器激發(fā)的點火電源有兩個：一個是直接取自車上的蓄電池，另一個是由點火儲能電路提供。若碰撞中未及點火之時， ECU 至蓄電池的連接被切斷，則只能靠點火儲能電路供電。 （ 4）氣囊點火電路。負(fù)責(zé)向引發(fā)器發(fā)出引發(fā)電流。氣囊點火電路都有自己的儲能單元， ECU點火輸入端接通最低工作電壓之后 10s，點火電路便可完成儲能。 （ 5）測試電路。負(fù)責(zé)檢測氣 囊點火電路和氣體發(fā)生器有關(guān)電路的故障狀態(tài)。 （ 6）低壓開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測電路。應(yīng)用于混合式氣體發(fā)生器。 控制系統(tǒng)的控制原理 由于汽車生產(chǎn)廠家不同和汽車型號、結(jié)構(gòu)不同，安全氣囊控制系統(tǒng)布置方式也有所不同。其中主要的布置方式有多點式安全氣囊控制系統(tǒng)，單點式安全氣囊控制系統(tǒng)，兩點式安全氣囊控制系統(tǒng)和防側(cè)撞安全氣囊控制系統(tǒng)。雖然布置方式不相同，但是控制原理是一樣的。其控制原理如下： 安全氣囊控制系統(tǒng)的動作信號是由碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器來產(chǎn)生，然后由中央電子控制器來判斷各個傳感器輸入的信號。安全氣囊的引爆 過程是根據(jù)運動學(xué)的規(guī)律，用力學(xué)方法對碰撞加速度強度進(jìn)行計算，確定碰撞加速度強度的平均值，儲存在中央電子控制器的微處理器中。 中央電子控制器接收到碰撞傳感器的信號，并經(jīng)過與微處理器中儲存的加速度平均值相比較和認(rèn)定，如果達(dá)到或超過儲存加速度平均值，中央電子控制器才能發(fā)出電脈沖來引爆安全氣囊。避免了由于汽車緊急制動、通過不平路面以及通過溝塹時產(chǎn)生的強烈振動，發(fā)生“誤爆”而引起不良的后果。 安全氣囊的工作原理 一 .安全氣囊組件 安全氣囊組件有氣體發(fā)生器和氣囊。 （ 1）氣體發(fā)生器 氣體發(fā)生器是氣囊組件中非常重 要而又復(fù)雜的一部分。該裝置最突出的特點是燃爆品，在極短的時間內(nèi)可使環(huán)境發(fā)生劇烈變化。是安全氣囊控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件，它能否按照系統(tǒng)控制的要求及時引爆，是能否對駕駛員或乘員提供安全保護(hù)的關(guān)鍵。氣體發(fā)生器可以分為燃料燃燒式和儲氣燃燒式兩種。氣體發(fā)生器主要由外殼、雷管（機械式和電子式）、增壓劑、氣體發(fā)生劑以及過濾器等部分組成。在氣體發(fā)生器總成中，過濾裝置起過濾和冷卻作用，防止高溫氣體灼傷乘員，并防止燃燒中的微粒子彈出，造成對乘員的傷害。 (2)氣囊 氣囊是安全氣囊系統(tǒng)的核心部件，氣囊的用途不同時，氣囊的形狀、結(jié) 構(gòu)、容積、充氣的速度、充氣的壓力等都有所不同。 為了實現(xiàn)安全氣囊的可控制充氣過程，設(shè)計了有阻尼作用的氣囊。在氣囊的內(nèi)表面縫制阻尼帶，引導(dǎo)安全氣囊在展開時，加速向側(cè)面膨脹，以避免安全氣囊自由地展開?；虿捎闷渌绞綄Ω邏簹怏w產(chǎn)生阻尼作用。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 7 在氣囊的背面設(shè)置排氣孔和排氣縫隙，或設(shè)置一些通氣孔，來減少固體燃料爆炸時的壓力，緩和對乘員的沖擊力。氣囊在充氣后，在排氣孔和排氣縫隙，或通氣孔不斷地排出高壓氣體的過程中，吸收碰撞時的能量，直到氣囊完全癟塌為止。 在氣體發(fā)生器總成中，過濾裝置起過濾和冷卻作用，防止高溫氣體灼傷乘 員，并防止燃燒中的微粒子彈出，造成對乘員的侵害。 二．安全氣囊的工作過程 由于車輛型號和安全氣囊的種類不同，安全氣囊的工作過程受到多種外界因素的影響。但是其工作過程大體上是相同的。 安全氣囊的作用過程如下：碰撞→碰撞傳感器→電子控制器→（電脈沖）→氣體發(fā)生器→氣囊展開→乘員保護(hù)。汽車發(fā)生正面碰撞時駕駛員的安全氣囊展開過程如圖 1 所示（其中具體時間與多種因素有關(guān)，圖示時間僅供參考）： 以圖 1 為例，從汽車開始碰撞計時： a． 0～ 10ms：在汽車特定的敏感部位處，裝置碰撞傳感器。碰撞傳感器受到足夠的碰撞沖量 作用時，在 10ms 的瞬間內(nèi)，將觸發(fā)信號輸送到中央電子控制器。 b． 10～ 20ms：在中央電子控制器中，主要有對安全氣囊系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制的微處理器，能夠?qū)鞲衅鬏斎氲挠|發(fā)信號立即進(jìn)行計算、比較和判斷。如果碰撞沖量超過預(yù)先的設(shè)定值，中央電子控制器立即釋放一個電脈沖火花，使氣體發(fā)生器中的雷管急速爆炸。 c． 20～ 60ms：雷管的爆炸擊穿裝氣體發(fā)生器的燃料盒，將固定燃料點燃并產(chǎn)生高溫、高壓氣體（氮氣），快速地經(jīng)過濾器過濾冷卻后沖入安全氣囊。氣囊在 20～ 60ms 內(nèi)張開達(dá)到最大容積，在乘員與車內(nèi)裝備之間形成一個氣墊。 在同一瞬間，乘員因慣性力的作用，可能向前沖出 150～ 200mm，頭部、臉部和胸部正好與迎面而來的氣囊相接觸。但高壓氣囊膨脹的能量，會把乘員“回彈”到座椅上，使得乘員身體受到一定損傷。 d． 60～ 100ms：與此同時，裝在氣囊后面的排氣孔打開，氣囊泄氣并收縮。由氣體的阻尼作用，吸收了碰撞的能量，緩解了氣囊對乘員頭部和臉部的壓力，使乘員陷入較柔軟的氣囊中。由于安全氣囊將乘員與車內(nèi)裝備隔開，而使得乘員得到保護(hù)。最后氣體全部從排氣孔排出，氣囊癟下。 圖 26 汽車正面碰撞時安全氣囊發(fā)生作用的過程示意圖 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 8 整個碰 撞 —— 安全氣囊展開對乘員的安全