【正文】 子式兩大類。 按 SRS 氣囊的數(shù)量可分為單安全氣囊系統(tǒng)、雙安全氣囊系統(tǒng)和多安全氣囊系統(tǒng)。雙安全氣囊系統(tǒng)裝備有駕駛席和前排乘員席兩個(gè)安全氣囊。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 2 按照保護(hù)對(duì)象分類 （ 1）駕駛員防撞安全氣囊。 （ 2）前排乘員防撞安全氣囊。 （ 3）后排乘員防撞安全氣囊。 （ 4）側(cè)面防撞 安全氣囊。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 3 第二章 安全氣囊控制系統(tǒng)的組成及工作原理 控制系統(tǒng)的組成 圖 21 汽車安全氣囊控制系統(tǒng)是由傳感器和電子控制器所組成 其中比較常見的傳感器有電子傳感器，機(jī)電式傳感器，機(jī)械式傳感器，新型傳感器，中央傳感器和安全傳感器六種類型。下面從傳感器開始介紹安全氣囊控制系統(tǒng)的組成。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(shí)，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(hào)。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(cè)汽車在發(fā)生碰撞時(shí)的碰撞強(qiáng)度。安全傳感器則起著保險(xiǎn)作用，可以防止在汽車緊急制動(dòng)、跨越凹坑或低于規(guī)定強(qiáng)度等條件時(shí)，因產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)而引起的“誤判”。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。 不同的國(guó)家、不同的汽車生產(chǎn)廠家以及研究部門，在不同時(shí)期、不同的車型上，開發(fā)和設(shè)計(jì)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。下面介紹各組成部分的主要功能。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(shí)器、信息儲(chǔ)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(hào)，對(duì)減速信號(hào)進(jìn)行處理、篩選和判定，防止因緊急制動(dòng)、通過溝塹或低速碰撞等引起安全氣囊的誤爆。如果判斷與確定無誤，則適時(shí)地發(fā)出安全氣囊引爆的電脈沖，同時(shí)起動(dòng)安全帶卷收器鎖緊安全帶，對(duì)乘員產(chǎn)生約束力。 （ 3）在安全氣囊點(diǎn)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(shí)間的信息，儲(chǔ)存到儲(chǔ)存器中，記錄當(dāng)前的故障代碼。 2. 信號(hào)輸入輸出系統(tǒng) 信號(hào)系統(tǒng)負(fù)責(zé)輸入傳感器的信號(hào)、輸出安全帶 鎖緊信號(hào)、安全氣囊引爆信號(hào)、燈光報(bào)警信號(hào)和音響報(bào)警信號(hào)等。 （ 1）輸入信號(hào)裝置有：碰撞傳感器、中央傳感器和安全傳感器。 （ 2）輸出信號(hào)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。如果裝備有多 個(gè)安全氣囊系統(tǒng)，則需要多個(gè)安全氣囊引爆電路。另外，還對(duì)安全帶卷收器發(fā)出鎖緊信號(hào)。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(shí)，安全氣囊系統(tǒng)仍然正常工作。 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。 電容儲(chǔ)能器是利用電容來儲(chǔ)能，一般在安全氣囊系統(tǒng)接通電源后 10ms 時(shí)間內(nèi)，電容器即充電。在安全氣囊引爆后，電容儲(chǔ)能器僅僅能夠再提供 10ms 左右時(shí)間的電能。 安全氣囊系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)一般有警告燈和診斷器。當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)置于 ACC 或 ON 位置時(shí)，警告燈閃亮 6s，這段時(shí)間內(nèi)， ECU 中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢，即向中央氣囊傳感器、微處理器以及點(diǎn)火電路輸出模擬信號(hào)，以檢查信號(hào)響應(yīng)是否正確。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。 TDCL的作用是激活診斷系統(tǒng)，對(duì)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(shí)電路。 （ 2）串行通訊接口。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 6 （ 3）點(diǎn)火電壓生成電路和點(diǎn)火儲(chǔ)能電路。供氣體發(fā)生器激發(fā)的點(diǎn)火電源有兩個(gè)：一個(gè)是直接取自車上的蓄電池，另一個(gè)是由點(diǎn)火儲(chǔ)能電路提供。 （ 4）氣囊點(diǎn)火電路。氣囊點(diǎn)火電路都有自己的儲(chǔ)能單元， ECU點(diǎn)火輸入端接通最低工作電壓之后 10s，點(diǎn)火電路便可完成儲(chǔ)能。負(fù)責(zé)檢測(cè)氣 囊點(diǎn)火電路和氣體發(fā)生器有關(guān)電路的故障狀態(tài)。應(yīng)用于混合式氣體發(fā)生器。其中主要的布置方式有多點(diǎn)式安全氣囊控制系統(tǒng)，單點(diǎn)式安全氣囊控制系統(tǒng)，兩點(diǎn)式安全氣囊控制系統(tǒng)和防側(cè)撞安全氣囊控制系統(tǒng)。其控制原理如下： 安全氣囊控制系統(tǒng)的動(dòng)作信號(hào)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(gè)傳感器輸入的信號(hào)。 中央電子控制器接收到碰撞傳感器的信號(hào)，并經(jīng)過與微處理器中儲(chǔ)存的加速度平均值相比較和認(rèn)定，如果達(dá)到或超過儲(chǔ)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。 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。該裝置最突出的特點(diǎn)是燃爆品，在極短的時(shí)間內(nèi)可使環(huán)境發(fā)生劇烈變化。氣體發(fā)生器可以分為燃料燃燒式和儲(chǔ)氣燃燒式兩種。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(duì)乘員的傷害。 為了實(shí)現(xiàn)安全氣囊的可控制充氣過程，設(shè)計(jì)了有阻尼作用的氣囊?；虿捎闷渌绞綄?duì)高壓氣體產(chǎn)生阻尼作用。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(shí)的能量，直到氣囊完全癟塌為止。 二．安全氣囊的工作過程 由于車輛型號(hào)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。 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)。碰撞傳感器受到足夠的碰撞沖量 作用時(shí)，在 10ms 的瞬間內(nèi)，將觸發(fā)信號(hào)輸送到中央電子控制器。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(gè)電脈沖火花，使氣體發(fā)生器中的雷管急速爆炸。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(gè)氣墊。但高壓氣囊膨脹的能量，會(huì)把乘員“回彈”到座椅上，使得乘員身體受到一定損傷。由氣體的阻尼作用，吸收了碰撞的能量，緩解了氣囊對(duì)乘員頭部和臉部的壓力，使乘員陷入較柔軟的氣囊中。最后氣體全部從排氣孔排出，氣囊癟下。安全氣囊展開進(jìn)行保護(hù)的過程，是一種不可逆的過程，在完成保護(hù)過程后，必須重新安裝安全氣囊控制器和安全氣囊總成。只有在車輛正面一定角度范圍內(nèi)碰撞才能使氣囊打開。從理論上講，只有車輛的正前方左右大約 60176。這里所說的速度不是我們通常意義上所理解的車速，而是在試驗(yàn)室中車輛相對(duì)剛性固定障礙物碰撞的速度，實(shí)際 碰撞中汽車的速度高于試驗(yàn)速度氣囊才能打開。 安全氣囊可將撞擊力均勻地分布在頭部和胸部，防止脆弱的乘客肉體與車身產(chǎn)生直接碰撞，大大減少受傷的可能性。 安全氣囊同樣也有它不安全的一面。因此，如果安全氣囊彈出的角度、力度稍有差錯(cuò)，就有可能釀出一場(chǎng)“悲劇”。在不系安全帶的情況下安全氣囊不但不能對(duì)乘員起到防護(hù)作用，還會(huì)對(duì)乘員有嚴(yán)重的殺傷力。因此，系好安全帶是安全氣囊發(fā)揮保護(hù)作用的一個(gè)重要條件。 美國(guó)“高速公路安全保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)”的報(bào)告指出，裝有安全氣囊的汽車在撞車時(shí)，死亡人數(shù)減少了 23％?？梢?，安全氣囊能夠在交通事故中起到很大的保護(hù)作用。目前，已在北美、歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家和各地區(qū)流行，但只有在美國(guó)以立法的形式強(qiáng)制安裝。他在1952 年的一次事故后，萌發(fā)了設(shè)計(jì)撞車安全裝置的想法。這次事故后他意識(shí)到必須有一個(gè)更好的裝置來保護(hù)乘員，兩周之后他繪好了設(shè)計(jì)圖紙交給了代理人，這份圖紙確定了今天安全氣囊的雛型。而當(dāng)意識(shí)到只有不到 15％的汽車駕駛員和乘員使用安全帶時(shí)， 60 年代末，美國(guó)高速公路行車安全管理局（ NHTSA）開始顧慮汽車廠商發(fā)展安全氣囊。這些綜合力量使安全氣囊的研究與發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段。 1984 年， NHTSA 在著名的“聯(lián)邦機(jī)動(dòng)車安全標(biāo)準(zhǔn)” FMVSS（ Federal Motor Vehicle Safety Standard） 208 條《乘員碰撞保護(hù)》中增加了安裝氣囊的要求，這為安全氣囊的發(fā)展和使用提供了一個(gè)明確的法則及指導(dǎo)方向。另外，還要求， 1998 年以后的新轎車都裝備駕駛者和乘客用的安全氣囊。同時(shí)有些轎車前排安裝了乘客用安全氣囊（即雙氣囊規(guī)格），乘客用安全氣囊與駕駛員用安全氣囊相似。進(jìn)入 90 年代以來，安全氣囊的安全性已經(jīng)被人們普遍接受，并被視為一種現(xiàn)代化和高檔次的安全裝置。 我 國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作由“全國(guó)汽車標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)”承擔(dān)，關(guān)于安全氣囊的標(biāo)準(zhǔn)由“車身分標(biāo)委”負(fù)責(zé)。工作組 2020 年起開始著手參照 ISO 12097 標(biāo)準(zhǔn)起草我國(guó)的推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 （ 1）參照歐洲 ECE 版本， 1999 年 10 月 28 日，國(guó)家機(jī)械工業(yè)局發(fā)布《關(guān)于正面碰撞乘員保護(hù)的設(shè)計(jì)規(guī) 則》 CMVDR 294，已于 2020 年 1 月 1 日實(shí)施。 （ 2）國(guó)家機(jī)械局 567 號(hào)文件要求新車型于 2020 年 1 月 1 日前，所有車型于 2020 年 7 月 1 日前達(dá)到 CMVDR 294 中所述的安全要求。 1992 年底，美國(guó)已有 1000 多萬(wàn)輛汽車裝配了安全氣囊系統(tǒng)。隨著汽車產(chǎn)量的增加， 2020 年安全氣囊的絕對(duì)數(shù)量達(dá)到 2020 萬(wàn)套。通用（ GM）汽車公司 1990 年售出的轎車 15％裝配了安全氣 囊。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 11 歐洲在安全氣囊方面起步較美國(guó)晚一些。以后逐年上升，到 2020 年達(dá)到 60％、 40％和 2500 萬(wàn)套，即裝備率 達(dá)到 100％。 1994 年生產(chǎn)的客車對(duì)安全氣囊的相應(yīng)裝備率分別為 20％、 9％和 500 萬(wàn)套； 1995 年為 25％、 10％和 700 萬(wàn)套； 2020 年達(dá)到 55％、 16％和 3400 萬(wàn)套。 豐田（ Toyota）汽車公司正逐步把安全氣囊作為其生產(chǎn)的各種車型的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 以上這些國(guó)家在汽車安全氣囊系統(tǒng)這一領(lǐng)域內(nèi)的發(fā)展起步較早，技術(shù)水平和普及率比較高，較具代表性。 二 .美歐安全氣囊的比較 美國(guó)和歐洲一些國(guó)家是最早開發(fā)和使用安全氣囊的國(guó)家和地區(qū)。從下面的比較中可以看出這兩種安全氣囊的優(yōu)劣及其發(fā)展前景。很明顯，對(duì)于未佩帶安全帶的乘員來說，即使在轎車較低速時(shí)發(fā)生碰撞，就有可能對(duì)乘員造成傷害。超過此碰撞速度，安全氣囊就能點(diǎn)火起爆。在一些汽 車上，由于傳感器和中央電子控制器對(duì)汽車在劇烈緊急制動(dòng)或在速度為 15km/h 以下的輕微碰撞，產(chǎn)生“判斷失誤”。 因此，這種安全氣囊對(duì)傳感器和中央電子控制器有很高的要求。因此，這種安全氣囊系統(tǒng)需要更大的氣囊，在更大范圍內(nèi)將乘員與車內(nèi)的裝備隔開。 （ 2）在歐洲，按照法規(guī)規(guī)定：汽車必須裝配安全帶，并強(qiáng)制所有乘員必須佩帶安全帶。但試驗(yàn)結(jié)果表明，在汽車碰撞速度超過 30km/h 時(shí)，安全帶不能對(duì)駕駛員和乘員的頭部、面部提供有效的保護(hù)。 汽車安全氣囊的發(fā)展與應(yīng)用 煙臺(tái)汽車工程職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 12 在汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，主要由安全帶來約束乘員并承受主要的慣性力的作用，安全氣囊只是用于保護(hù)乘員 的頭部和面部。在這種安全氣囊系統(tǒng)中，可采用單點(diǎn)式傳感器等裝置來控制，因而使得其控制系統(tǒng)也更加簡(jiǎn)單一些。 由以上對(duì)比可知，美國(guó)和歐洲在安全氣囊系統(tǒng)的開發(fā)上，指導(dǎo)思想是不同的，有著明顯的差異。但在歐洲生產(chǎn)的一些大型豪華汽車上，為了滿足出口與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的要求，在這些汽車上也裝備了美國(guó)式被動(dòng)安全氣囊系統(tǒng)。在安全帶和安全氣囊發(fā)展過程中，圍繞對(duì)安全帶和安全氣囊在保護(hù)乘員的主、從的作用的關(guān)系上，美國(guó)和歐洲一些國(guó)家之間形成了對(duì)開發(fā)安全氣囊的兩種不同的思想，并且形成了兩種不同的安全氣囊系統(tǒng) ——