汽车安全气囊系统简介

2023-08-19 理论教育版权反馈

【摘要】：对称装有侧向安全气囊系统的汽车,在左右侧也装有碰撞传感器。图7.43偏心锤式传感器图7.44偏心锤式传感器的结构图7.45偏心锤式传感器的工作原理②中央碰撞传感器:安装在车身前部中央位置,还有部分车型安装在安全气囊ECU内部。按通点火开关时,诊断单元对系统进行自检,若点亮6 s后熄灭,表示安全气囊系统正常;若6 s后SRS指示灯依然闪烁或一直不熄灭,表示安全气囊系统有故障,提示驾驶员应进行维修。

安全气囊系统(Supplemental Restraint System,SRS)也称为辅助成员保护系统,是一种当汽车遇到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲垫,可保护车内成员不撞到车厢内部。它是一种被动内圈装置,具有不受约束、使用方便和美观的优点。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和顶部碰撞防护安全气囊,如图7.41所示。

（1）安全气囊系统的组成

安全气囊系统主要由传感器、电控单元(ECU)、安全气囊警告灯、安全气囊组件等组成,如图7.42所示。

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图7.41　安全气囊的安装位置

1—膝部安全气囊;2—驾驶员侧安全气囊;3—乘客侧安全气囊;4—安全带收紧器;5—侧面窗帘式安全气囊;6—侧面安全气囊

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图7.42　安全气囊系统的组成

1)传感器

传感器的作用是检测车辆发生事故后的碰撞信号,输送给ECU,以便及时启动常规安全气囊。传感器按其功能分为前碰撞传感器、中央碰撞传感器和保险传感器。前碰撞传感器负责检测汽车前部碰撞的激烈程度;中央碰撞传感器负责检测汽车中央碰撞的激励程度;保险传感器也称为触发传感器,其闭合所需的减速度要稍小一些,起保险作用,防止因前碰撞传感器短路而造成常规安全气囊误膨胀开。

①前碰撞传感器:用来检测汽车遭受碰撞的激烈程度,大多设置2～4个,一般安装在车身前部翼子板内侧、前照灯支架下面及散热器支架侧等处。对称装有侧向安全气囊系统的汽车,在左右侧也装有碰撞传感器。

前碰撞传感器相当于一个控制开关,按结构可分为机械式和电子式两种,机械式又有滚球式、偏心锤式和滚轴式等类型。

图7.43为丰田轿车所采用的偏心锤式传感器,图7.44为其结构,主要由外壳、偏心转子、偏心重块、固定触点和旋转触点等组成。在传感器本体外侧有一个电阻R,其作用是对系统进行自检时,检测安全气囊ECU与碰撞传感器之间的线路是否有断路或短路。

偏心锤式传感器的工作原理,如图7.45所示。在正常情况下,偏心转子和偏心重块在螺旋弹簧力的作用下,紧靠在与外壳相连的止动器上。此时固定触点和旋转触点并未接合。当发生正面碰撞,如果碰撞的减速度超过预定值时,由于偏心重块惯性的作用,使偏心重块连同偏心转子和旋转触点作为整体一起转动,使固定触点和旋转触点接触,碰撞传感器输出电信号。

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图7.43　偏心锤式传感器

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图7.44　偏心锤式传感器的结构

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图7.45　偏心锤式传感器的工作原理

②中央碰撞传感器:安装在车身前部中央位置,还有部分车型安装在安全气囊ECU内部。

中央碰撞传感器有采用电阻应变的半导体型和机械型两种。半导体型传感器由电阻应变片和集成电路组成,测量减速度,并将其转换为电信号送至点火控制电路,用于判断安全气囊是否需要启动。机械型传感器在正面碰撞中受到超出预定值的减速力时,其触点接触并启动安全气囊。

③安全传感器:用来防止在非碰撞的情况下引起气囊的误动作,信号供给安全气囊电控单元以判断是否真发生碰撞。安全传感器一般安装在安全气囊ECU内部,通常有两个。

一般情况下,安全传感器动作所需要的惯性力或减速度要小些。在SRS中,只有当安全传感器与任意一个碰撞传感器同时接通时,SRS电路才接通,气囊才可能充气。

2)安全气囊组件

安全气囊组件主要包括气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底盘等。驾驶员安全气囊组件位于转向盘中心处,乘员安全气囊组件位于仪表板右侧手套盒的上方。

①气体发生器:在点火器引爆点火剂时,气体发生器产生气体,向安全气囊充气,使常规安全气囊膨胀开。气体发生器用专用螺栓和专用螺母固定在安全气囊支架上,只能用专用工具装配。气体发生器由上盖、下盖、充气剂(片状叠氮化钠)和金属滤网等组成,如图7.46所示。上盖上制有若干个充气孔,充气孔有长方孔和圆孔两种。下盖上制有安装孔,以便将气体发生器安装在安全气囊支架上。上盖与下盖用冷压工艺压装成一体,壳体内装有充气剂、金属滤网和点火器。金属滤网安装在气体发生器的内表面,用以过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。气体发生器利用化学反应的热效应产生氮气充入安全气囊。在点火器引爆点火剂的瞬间,点火剂会产生大量热量,叠氮化钠受热立即分解释放氮气,并从充气孔充入安全气囊。

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图7.46　气体发生器

1—上盖;2—充气孔;3—下盖;4—气体发生剂;5—点火器药筒;6—过滤器

②点火器:外包铝箔,安装在气体发生器内部中央位置,其结构如图7.47所示。点火剂包括引爆炸药和引药,引出导线与安全气囊连接器连接,连接器中设有短路片(铜质弹簧片)。当连接器拔下或连接器未完成接合时,短路片将两根引线短路,防止静电或误通电将电热丝电路接通造成安全气囊引爆。

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图7.47　点火器

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—绝缘套筒;9—绝缘垫片;10—电极;11—电热丝;12—药托

③气囊:安装在充气装置上部,用塑料盖板护住。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。气囊按布置位置可分为驾驶员侧气囊、乘员侧气囊、后排气囊、侧面气囊和顶部气囊等。驾驶员侧气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。橡胶涂层起密封和保护作用,气囊背面有2个泄气孔。乘客侧气囊没有涂层,靠尼龙布本身的孔隙泄气。

3)SRS指示灯

SRS指示灯位于仪表板上,如图7.48所示。按通点火开关时,诊断单元对系统进行自检,若点亮6 s后熄灭,表示安全气囊系统正常;若6 s后SRS指示灯依然闪烁或一直不熄灭,表示安全气囊系统有故障,提示驾驶员应进行维修。

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图7.48　SRS指示灯

4)ECU

安全气囊电控单元(SRS ECU)是SRS的控制中心,它由诊断电路、点火控制和驱动电路、备用电源、存储电路等组成,如图7.49所示。

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图7.49　SRS ECU

①诊断电路:此线路不断地诊断SRS系统是否有故障。当检测到故障时,SRS警告灯点亮或闪烁,对驾驶员进行警告。

②点火控制和驱动电路:对中央碰撞传感器传来的信号进行计算,如果计算值比预定值大,它就触发点火,使气囊充气。

③备用电源:由备用电容器和直流-直流变压器组成。在碰撞期间一旦电源系统发生故障,备用电容器放电并向系统提供电力。当蓄电池电压下降到一定值时,直流-直流变压器用于提高电压。

④存储电路:当诊断电路检测到故障时,故障被编成代码并储存在存储电路中。故障码可随时取出,以确定故障部位并进行快速的故障检修。按照车型的不同,存储电路可分为两种形式:一种是当电源中断时,存储内容即自动消失;另一种是即使供应电源中断,存储内容仍能保留。

5)安全气囊线束与保险机构

安全气囊系统工作可靠与否,直接关系到人身安全。为了便于检查排除故障隐患,设计制造的SRS线束和连接器与其他电气系统都有区别。安全气囊系统中的所有连接器大多为黄色,以便与其他系统的连接器相区别。为了保证气囊系统可靠工作,SRS连接器采用了导电性能和耐久性能良好的镀金端子,并设计有防止安全气囊误爆机构、端子双重锁定机构、连接器双重锁定机构和电路连接诊断机构,安全气囊采用的各种特殊连接器如图7.50所示。

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图7.50　安全气囊采用的各种特殊连接器

1、2、3—ECU连接器;4—SRS电源连接器;5—中间线束连接器;6—螺旋电缆;7—右碰撞传感器连接器;8—安全气囊组件连接器;9—左碰撞传感器连接器;10—点火器

①防止SRS误爆机构:从SRS ECU至SRS气囊点火器之间的连接器,均采用防止误爆机构。防止误爆机构为一块短路簧片,当连接器插头与插座接在一起时,插头的绝缘体将短路簧片顶起,如图7.51(a)所示,短路簧片与点火器的两个端子分开,点火器中的电热丝电路处于正常连接状态。当连接器拔开或插座未完全结合时,短路簧片自动将靠近点火器一侧插座上的两个引线端子短接,如图7.52(b)所示,防止静电或误通电将点火器电路接通而造成气囊误膨胀开。

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图7.51　安全气囊防误爆机构

②端子双重锁定机构:在安全气囊系统的任意一个连接器中,接线端子都设有双重锁定机构,用于防止接线端子产生滑动,如图7.52所示。连接器的插头和插座都是由壳体上的锁柄与分隔片两部分组成的,锁柄为一次性锁定机构,防止端子沿导线轴线方向滑动;分隔片为二次锁定机构,防止端子沿导线径向移动。

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图7.52　接线端子双重锁定机构

③连接器双重锁定机构:安全气囊系统在线束的重要连接部位,连接器采用了双重锁定机构,用于锁定连接器,防止连接器脱开。连接器双重锁定机构如图7.53所示。在连接器插头上,设有主锁和两个凸缘。在连接器插座上,设有锁柄能够转动的副锁。当主锁未锁定时,插头上的两个凸台就会阻止副锁锁定,如图7.53(a)所示;当主锁完全锁定时,副锁锁柄方能转动并锁定,如图7.53(b)所示;当主锁与副锁双重锁定后,连接器插头与插座的连接状态如图7.53(c)所示,从而防止连接器脱开。

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图7.53　连接器双重锁定机构

④电路连接诊断机构:用于检测连接器插头与插座是否可靠连接。前碰撞传感器连接器及其与SRS ECU连接的连接器采用了电路连接诊断机构,其结构如图7.54所示。连接器上有一个诊断销和两个诊断端子,前碰撞传感器触点为动合触点。

当传感器连接器处于半连接(未可靠连接)状态时,诊断端子与诊断销未接触,如图7.54(a)所示,此时电阻尚未与传感器触点构成并联电路,连接器引线“+”与“-”之间的电阻为无穷大。当SRS ECU监测到碰撞传感器的电阻无穷大时,即判定连接器连接不可靠,诊断检测电路就会控制SRS故障警告灯闪亮报警,同时将故障编成代码存储在存储器中。当传感器连接器可靠连接时,诊断端子与诊断销可靠接触,如图7.55(b)所示,此时电阻与碰撞传感器触点构成并联电路。因为碰撞传感器触点为动合触点,所以当SRS ECU检测到阻值为并联电阻的阻值时,即判定连接器可靠连接,传感器电路连接正常。

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图7.54　电路连接诊断机构

（2）安全气囊系统的工作原理

安全气囊系统的工作原理,如图7.55所示,当汽车前进受前方一定角度范围内的碰撞时,车体会受到强烈的撞击,车速急剧下降。安装在汽车前端的前碰撞传感器和安装在SRS ECU内部的中央碰撞传感器都会检测到汽车突然减速的信号,并将此信号输送给SRS ECU,以便判断是否发生碰撞。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定值时,SRS ECU发出控制指令由驱动电路将气囊组件中的点火器的电路接通,点火器内的点火物质点燃并引燃气体发生剂,气体发生剂受热后放出大量气体并经过滤后进入安全气囊,气囊便冲开气囊组件上的装饰盖迅速展开,在驾驶员和乘客面部和胸部前形成弹性气垫。然后及时泄漏和收缩,将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞,通过气囊产生变形和排气节流来吸收人体碰撞产生的动能,从而有效地保护人体。

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图7.55　安全气囊系统的工作原理

汽车安全气囊系统简介

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