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1、摘 要1绪 论2第一章 汽车安全气囊的发展史31.1 国外汽车安全气囊的发展31.2 国内汽车安全气囊的发展4第二章 安全系统的分类气囊62.1 按结构形式62.2 按保护对象和方位6第三章 汽车安全气囊的工作原理及结构103.1 汽车安全气囊的组成及作用103.2 安全气囊控制系统的组成及工作原理103.3 安全气囊的工作原理153.4 安全气囊的正确使用19第四章 安全气囊故障的检测与维修224.1 安全气囊系统故障诊断基本流程224.2 安全气囊系统故障分析与检测234.3 和悦安全气囊的检测与维修254.4 奇瑞A5安全气囊故障案例及检测28谢 辞32参 考 文 献33摘 要随着汽车行
2、业的发展以及人们生活水平的提高，汽车成为人们生活中最主要的交通工具。而汽车性能的改进使汽车的保有量大幅度增加，但国人的安全意识却很淡薄。交通事故逐年上升。由于汽车行驶过程中的速度很快，在碰撞事故发生后由于惯性，极易对前排的乘坐人员造成生命威胁。针对此问题，安全带、安全气囊等被动安全系统陆续被使用，是在事故发生后对驾乘人员起保护作用。这里，让我们一起来了解其中的安全气囊。解读安全气囊的工作原理，和驾乘人员怎样做才是真正意义上的的安全。并以和悦、A5安全气囊的检测与维修为例，简单分析介绍一下气囊的检修。关键词：安全气囊 安全气囊的工作原理 安全带 故障检测Along with the develo
3、pment of the automotive industry and the improvement of peoples living standard, the car becomes the people in the life most major traffic tools. And the cars performance improvement that the car has greatly increased, but the safety awareness of people is very weak. The traffic a ety systems are us
4、ed in succession, is after the accident to ride up protection personnel.ccident is rising year by year. Because in the process of vehicle driving speed, in the collision accident happens because of inertia, extremely easily to the front row in a personnel cause life threatening. To solve this proble
5、m, the safety belt, the airbags and passive safHere, lets understand the airbag. Reading the work principle of air bags, and rides personnel how to do is the real meaning of the security. And we, A5 airbag in inspection and maintenance, for example, a simple analysis of the overhaul introduce air. K
6、ey words: the airbag principle of work safety belt airbag failure detection.绪 论在我国，随着高速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，交通越来越拥挤等诸多因素导致近年来汽车交通事故逐年上升。所以，汽车的安全性就变得尤为重要。汽车安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，主要有防抱死系统，制动力分配系统等。被动安全是指在万一发生事故的情况下汽车上的配置保护乘员的能力。当汽车发生事故时，对乘员的伤害是在瞬间发生的。例如，以车速50公里/时进
7、行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。为了在这样短暂的时间中防止对乘员的伤害，必须设置安全装备。目前主要有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统(简称SRS)等。由于很多事故是难以避免的，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，得到了迅速的发展和普及。现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊。今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。然而，从安全气囊的迅速发展过程中，我们可以看到，我国以及世界上在减少驾乘人员伤亡，保护驾乘人员的生命财产安全的过程中都是采取的治标不治本
8、的方法。其实减少交通事故才是最为主要的事情。当然，在这之前安全气囊等安全措施的使用还是很重要的。第一章 汽车安全气囊的发展史1.1 国外汽车安全气囊的发展最早发展安全气囊系统的国家是美国。目前，已在北美、欧洲、日本等发达国家和各地区流行，但只有在美国以立法的形式强制安装。1953年8月，John WHeTrick首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”，并获得了题为“汽车缓冲安全装置”的美国专利。他在1952年的一次事故后，萌发了设计撞车安全装置的想法。在一次事故中，他为躲避一个障碍物而猛打方向盘，并进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须有一个更好的装
9、置来保护乘员，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型。但由于当时技术水平及人们观念的限制，未被广泛接受或认可，当时的美国人更倾向于安装安全带。而当意识到只有不到15的汽车驾驶员和乘员使用安全带时，60年代末，美国高速公路行车安全管理局开始考虑汽车厂商发展安全气囊。70年代，美国通用、福特，德国奔驰、日本丰田等汽车公司以及美国MONTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究院、日本DAICEL公司、瑞典AUTOLIV公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊，其中1971年5月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量
10、使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。1973年美国通用汽车公司开始出售可供顾客选配的汽车气囊系统。1984年，安全管理局在著名的“联邦机动车安全标准”208条乘员碰撞保护中增加了安装气囊的要求，这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。1993前后，美国政府立法规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座均应装备安全气囊。另外，还要求，1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊。安全气囊在近几年得到飞速发展，价格大幅下降，装备安全气囊的轿车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安全气囊（即双气囊规格），乘客用安全气囊与驾驶员用安全气
11、囊相似。只是气囊的体积要大一些，所需的气体也多一些而已。进入90年代以来，安全气囊的安全性已经被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。但是，对于驾驶员和乘员来说，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。1.2 国内汽车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，我国自行研制的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
12、,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18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。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
13、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。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
14、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
15、很大的发展空间。第二章 安全系统的分类气囊2.1 按结构形式从结构形式上，安全气囊可分为电子式和机械式两种。无论是电子式还是机械式，工作原理大体相同，所不同的是控制系统的工作方式不一样。2.1.1 电子式安全气囊由电子传感器、中央电子控制器、气体发生器、气囊等组成。传感器接到碰撞信号后，将信号传至中央电子控制器（ECU），信号经过判断、确认，传至气体发生器，气体发生器引发点火、充气，气囊膨胀。电子式安全气囊可以分为很多种情况。2.1.2 机械式安全气囊由机械式传感器、气体发生器、气囊组成。气囊装于方向盘衬垫内，气体发生器在气囊之下，传感器在气体发生器的下面。当传感器受到设定（以上）的冲量后，传
16、感器内的球体下移，导致拨杆下移并由转动，支块也随之移动，拨杆的另一端上移，压迫偏压弹簧。此时撞针脱位被弹出撞击气体发生器内的引爆装置。由于气体发生器内装有叠氮化钠或双基燃料或高压气体，爆发后，气体充斥表面涂膜的气囊，使之充气膨胀，形成一个凸状气垫，吸收人体的冲击力，使人体受伤害的程度减轻。此外，按照气体发生器的工作原理，还可分为燃烧式（叠氮化钠等固体燃料爆炸产生大量氮气充斥安全气囊）和储气式（高压瓶阀门打开，放出预先储好的高压氮气或惰性气体混合物）。2.2 按保护对象和方位2.2.1 驾驶员用安全气囊驾驶员用安全气囊，这是汽车上最早采用和采用得最广泛的一种安全气囊，属于汽车在正面碰撞时对驾驶员
17、的防护气囊。驾驶员用安全气囊装置在转向盘的中部，为了减轻在装置安全气囊后转向盘总成的质量，并要求保证转向盘的刚度以减少转向盘的振动，转向盘的转轴采用金属压铸件来制造。驾驶员用安全气囊系统的气囊、雷管、气体发生器等，全部装在转向盘中央的安全气囊盒中，气囊衬垫采用网状尼龙织物制成，当安全气囊膨胀并冲出时，气囊衬垫必须迅速裂开，而且不能对乘员造成伤害。安全气囊按照一定的方式卷折放在气囊盒中，膨胀时沿挡风玻璃方向展开后再迅速胀大。在安全气囊后面的中部装置雷管和气体发生器等，一旦发生碰撞事故时，安全气囊就在驾驶员与转向盘之间形成缓冲气垫。2.2.2 防侧撞安全气囊各种碰撞事故统计资料表明，汽车发生的正面
18、碰撞事故大约占41，尾追碰撞事故约占12，而各种各样的侧面碰撞事故大约占47。但从事故的伤亡比例来看，汽车的侧面碰撞事故的伤亡率，则远远高于汽车正面碰撞和尾追碰撞事故的伤亡率。分析结果说明，汽车的前部为发动机舱，后部为行李舱，在发生正面碰撞或尾追碰撞时，发动机舱或行李舱结构的变形和结构的损坏，能够吸收大量的碰撞能量。并且安全带和安全气囊能够有效地发挥作用，这就使得乘员的伤亡率大大地降低。但是，汽车车身侧面的结构件，无论是在强度或是刚度上，远远比不上汽车车身纵向结构件的强度和刚度。车门的两侧没有足够的空间布置“缓冲”结构件，来吸收碰撞时的能量。安全带对于侧面碰撞的防护能力也低得多。当车门、门柱等
19、受到碰撞时，就有可能对乘员造成直接伤害，使得乘员的伤亡率大大提高。根据使用要求不同，防侧撞安全气囊可以装在车门上横梁中、车门内板中或座椅侧面。车门上横梁中防侧撞安全气囊用来保护乘员的头部。装在车门内板中防侧撞安全气囊和装在座椅侧面防侧撞安全气囊用来保护乘员的胸部、心脏、肺脏等重要器官。2.2.3 前排座乘员用安全气囊前排座是汽车主要的乘员坐席，前排座的乘员可以是身材高大的男人，也可以是婴儿，乘员的乘坐姿势也是各种各样的，并且是否佩带安全带有着重要影响。在发生碰撞事故时，前排座的乘员必然会与仪表板、前风窗玻璃、窗框及门框等发生碰撞，因此，要求前排座乘员用安全气囊能够在较大的范围内，对前排座的乘员
20、提供安全保护。前排座乘员用安全气囊见图6。前排座乘员用安全气囊系统的气囊、雷管、气体发生器等，全部藏在仪表板中的安全气囊盒中，根据汽车仪表板的结构不同，其布置方法也有所不同。气囊衬垫采用嵌入薄铅板聚氨脂塑料制成，当安全气囊膨胀并冲出时，不会对前排座乘员造成伤害。前排座乘员用安全气囊的体积很大，安全气囊要按照一定的方式卷折放在气囊盒中的上支架中。在气囊盒的下支架上装置雷管和气体发生器等，在发生碰撞时，最初气囊盒引导安全气囊沿前风窗玻璃方向向上展开，然后沿安全气囊的折印，有序地迅速向前排座乘员方向扩大，适时地在前排座乘员和仪表板之间形成缓冲气垫。前排座安全气囊的体积可达170L，但从引爆到安全充气
21、仅4080ms的一瞬间，固体燃料燃烧的高温、高压气体迅速充满气囊，在膨胀时有很大的冲击力，有可能对前排座乘员造成伤害。通常在设计计算时，要对燃料燃烧的速度和气囊充气时的压力进行计算，使得在气囊充气的初期，能够控制燃料燃烧的速度，安全气囊膨胀的速度不会过快。当安全气囊开始与乘员接触的瞬间，燃料燃烧能够急速进行，输出大量气体，保证安全气囊有足够的压力，将乘员与仪表板等隔开。另外如何在前排座没有乘员的情况下，汽车发生碰撞时，前排座乘员用安全气囊不会引爆，或者不会发生“误爆”等事故，还需进一步解决和完善。有时在前排座椅上，固定安装儿童专用座椅。当儿童朝前坐时，前排座乘员用安全气囊应当正常引爆，但必须控
22、制其爆炸力，避免伤害儿童。如果儿童朝后坐，则座椅可以给儿童提供可靠的安全保护（达90以上），这是受宇航员反向乘坐座椅时，能够承受巨大惯性力的启发，来开发和设计的儿童座椅。因此，在汽车发生碰撞时，不必引爆前排座乘员用安全气囊，整个操作都是由智能安全气囊系统来控制。展开后的前排座乘员用安全气囊。2.2.4 后排座乘员用安全气囊通常后排座不设置安全保护装置，但近年来对后排座乘员的安全防护逐渐受到重视，已较普遍地在后排座上装置了安全带，并开发和装置了后排座乘员用安全气囊（包括后排座乘员用防侧撞安全气囊），一般后排座到前排座之间有较宽敞的空间，乘员有较大的乘坐空间和搁脚的位置，因此，后排座乘员用安全气囊
23、的容积，要比前排座乘员用安全气囊的容积大50以上，一般可达到100L，后排座乘员用安全气囊系统的结构与其它安全气囊系统基本相同，大多数安装在前排座椅靠背中，引爆后在后排座乘员与前排座座椅之间形成防护气垫。后排座安全气囊系统中，需要装置2个碰撞传感器，来探测汽车在发生前、后碰撞时的加速度。经过中央电子控制器计算和判定后，才能引爆后排座的安全气囊。后排座乘员用安全气囊的体积很大，引爆时会引起车内气压急剧的变化，产生强烈的振动和噪声，巨大的噪声使乘员难以忍受，严重的还会损伤乘员的耳膜。要求采取有效措施来防止。通常将车内各个安全气囊的引爆时间错开，避免振动和噪声的叠加。2.2.5 下肢用安全气囊发展美
24、国莫通国际公司（Moton International）开发了保护驾驶员下肢用安全气囊，它由一个13L的安全气囊气体发生器组成，是一种新开发的安全气囊。在汽车发生碰撞时，能够有效地防止驾驶员的下肢、小腿和膝部与各种踏板、操纵杠杆等发生碰撞，对驾驶员的下肢、小腿和膝部进行保护。当下肢用安全气囊打开时，可以使乘员脚前部向上翘起一定的角度，能够减少脚跟部的损伤。并防止驾驶员的躯体向前冲，使驾驶员身体保持在合适的位置上，同时吸收部分碰撞时的惯性力，使得驾驶员股骨所受的作用力减少近33，约降低到可承受的5kN左右，并且能够减轻驾驶员与驾驶员用安全气囊的冲撞作用力。下肢用安全气囊装置在仪表板下部的前围板上
25、，其结构与其他安全气囊系统的结构基本相似。第三章 汽车安全气囊的工作原理及结构3.1 汽车安全气囊的组成及作用安全气囊系统主要由传感器、微处理器（ECU）、气体发生器和气囊等主要部件组成。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。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50至90升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；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
26、气体，避免将乘客挤压受伤；气囊中所用的气体多是氮气。SRS中电控系统中的传感器，按其功能可分为碰撞强度传感器和防护碰撞传感器；而碰撞强度传感器按其安置位置又可分为包括左前碰撞传感器，右前碰撞传感器和中央碰撞传感器的前碰撞传感器和中心碰撞传感器两种。碰撞传感器和防护碰撞传感器串连在一起，其功能都是检测车辆发生碰撞时的惯性力或减速度值，并把信号传输给SRS的 ECU。所不同的是，碰撞强度传感器是用来检测车辆发生碰撞时所受碰撞的激烈程度，其信号是供系统的控制单元判断是否引爆点火剂 而使气体发生剂给气囊充气；而防护碰撞传感器则是防治碰撞强度传感器短路而导致安全气囊误膨开，其信号是供控制单元判断是否发生
27、碰撞。ECU为一独立安装的控制系统，它不与其他系统的控制单元合用，其功能是接受个传感器发来的信号并判断是否引爆使气囊膨开。3.2 安全气囊控制系统的组成及工作原理 3.2.1 控制系统的组成图3.2-1安全气囊的组成传感器电子控制器气体发生器气囊控制系统模块气囊组件模块其中比较常见的传感器有电子传感器，机电式传感器，机械式传感器，新型传感器，中央传感器和安全传感器六种类型。而电子控制器则包括微处理器，信号输入和输出系统，安全气囊系统电源，警告和诊断系统，辅助组成五大部分组成。下面从传感器开始介绍安全气囊控制系统的组成。一 传感器在安全气囊控制系统中，普遍采用了传感器来感知汽车在发生碰撞时的信号
28、，检测汽车在发生碰撞时的碰撞强度，一旦碰撞强度达到或超过设计所允许的强度后，各个传感器立即起作用，同时产生和输出一系列被碰撞的信号，这些碰撞信号传输给中央电子控制器，由中央电子控制器中的微处理器来进行处理和判断，决定是否引爆安全气囊。汽车安全气囊控制系统中所采用的传感器，主要类型为惯性加速度传感器，正常情况下，依靠弹性元件使传感器保持在断开状态，当汽车发生碰撞时，惯性元件克服弹性元件的阻力，使传感器立即被接通并产生碰撞信号。按照碰撞传感器的功能和使用情况不同，传感器可分为碰撞传感器、中央传感器和安全传感器等。碰撞传感器可以装在汽车的前部和侧面，通过直接感知碰撞作用力或从车身结构件的变形，来检测
29、汽车在发生碰撞时的碰撞强度。中央传感器是用来检验和判断由传感器输入的碰撞信号。安全传感器则起着保险作用，可以防止在汽车紧急制动、跨越凹坑或低于规定强度等条件时，因产生强烈振动而引起的“误判”。几乎所有的传感器对温度都非常敏感，必须保证传感器能够在相当大的温差范围内都能够正常稳定地工作，保证其可靠性。传感器应尽量地布置在温度变化较小的部位，或采取一定的隔热措施。二 电子控制器安全气囊的中央电子控制器（Electronic Control Unit）是以微处理器为核心的控制系统，主要组成部分见图3。不同的国家、不同的汽车生产厂家以及研究部门，在不同时期、不同的车型上，开发和设计了多种多样的中央电子
30、控制器，随着技术的不断进步，中央电子控制器也不断地改进和完善。安全气囊中央电子控制器一般由微处理器，信号输入输出系统，安全气囊系统电源，警告和诊断系统，辅助组件构成。下面介绍各组成部分的主要功能。图3.2-2 ECU的结构框图1. 微处理器微处理器是中央电子控制器的核心，担负安全气囊的系统控制、信号处理和判断、发生引爆电脉冲等重要控制工作。在微处理器中有安全气囊的控制软件，还包括A/D转换器、串行接口、定时器、信息储存器、RAM、ROM、EEPROM等，它具有以下主要功能：（1）控制碰撞传感器、中央传感器和安全传感器输入的电信号，对减速信号进行处理、筛选和判定，防止因紧急制动、通过沟堑或低速碰
31、撞等引起安全气囊的误爆。（2）将碰撞传感器、中央传感器和安全传感器输入的电信号与微处理器控制软件中已储存的计算程序和数据进行对比和评估，判断是否需要引爆安全气囊，并确定引爆的时间。如果判断与确定无误，则适时地发出安全气囊引爆的电脉冲，同时起动安全带卷收器锁紧安全带，对乘员产生约束力。自动控制安全气囊引爆的限值，对没有佩带安全带的乘员，提供最佳保护。（3）在安全气囊点火引爆电路接通后，立即将有关安全气囊的工作全过程、故障方式和故障持续时间的信息，储存到储存器中，记录当前的故障代码。（4）通过信号系统和诊断器，对整个安全气囊控制系统内部和外部的功能进行检测和监控，并对安全气囊系统零部件进行诊断。2
32、. 信号输入输出系统信号系统负责输入传感器的信号、输出安全带锁紧信号、安全气囊引爆信号、灯光报警信号和音响报警信号等。信号系统分布在汽车的各个部位上，依靠导线和各种插接器来连接。（1）输入信号装置有：碰撞传感器、中央传感器和安全传感器。按照碰撞传感器、中央传感器和安全传感器的逻辑控制原理，在汽车受到碰撞时产生碰撞信号，并立即输入到中央电子控制器中。（2）输出信号装置有：驾驶员用安全气囊引爆电路、前排座乘员用安全气囊引爆电路以及其他安全气囊的引爆电路等。它们按照中央电子控制器的指令引爆安全气囊，倘若只装备驾驶员用安全气囊，则只需要一套安全气囊引爆电路。如果装备有多个安全气囊系统，则需要多个安全气
33、囊引爆电路。在中央电子控制器的控制下，每条引爆电路都可以单独激发，也可以在中央电子控制器的控制下，按一定顺序进行激发，并在各个安全气囊引爆激发之间，设置预定的延迟响应时间。另外，还对安全带卷收器发出锁紧信号。3. 安全气囊系统电源蓄电池是安全气囊系统的主要电源，只要汽车在碰撞时不损坏蓄电池，仍然由蓄电池供应所需电流。另外，在安全气囊系统中还必须设置辅助电源（应急电源），保证在汽车发生碰撞、蓄电池被损坏时，安全气囊系统仍然正常工作。辅助电源包括一个直流稳压器和一个电容储能器。直流稳压器是起稳压和过压保护作用的集成稳压装置，它具有比较、放大和调节的功能。通常产生一个低压（5V）线性电源作为安全气囊
34、系统的工作电源，当加在中央电子控制器上的电压过高时，稳压器便自行调节，保证提供系统稳定的电压，使系统能够正常工作，不会因电压过高而引起“误爆”。电容储能器是利用电容来储能，一般在安全气囊系统接通电源后10ms时间内，电容器即充电。在轿车发生碰撞时，蓄电池被破坏失去主电源后，电容储能器还能保证在100ms的时间内为安全气囊系统提供电能。在安全气囊引爆后，电容储能器仅仅能够再提供10ms左右时间的电能。因此，必须是在蓄电池保持完好的条件下，中央电子控制器才能将有关安全气囊工作的全过程进行监控，并将安全气囊有关信息储存到储存器中，同时记录当前的故障代码。4. 警告和诊断系统安全气囊系统的监控系统一般
35、有警告灯和诊断器。（1）警告灯警告灯位于仪表板内，符号为“Air Bag”，其功用一是故障提示，二是显示故障代码。当点火开关置于ACC或ON位置时，警告灯闪亮6s，这段时间内，ECU中对系统进行自检，即向中央气囊传感器、微处理器以及点火电路输出模拟信号，以检查信号响应是否正确。若响应正确，则说明系统工作正常，警告灯闪亮6s后熄灭。若出现异常响应，则警告灯在6s过后仍然闪亮，提示人们应进行修理。（2）诊断器（TDCL)TDCL是Total Diagnostic Communication Link的缩写，它与ECU各引脚相连，ECU有几个引脚，TDCL也相应有几个插口，另外还增加A、B两个插口用
36、于诊断置零（即清除故障代码）。TDCL的作用是激活诊断系统，对安全气囊系统进行自检，见图4。图3.2-3诊断器插口1AB插口 2Tc插口 3E1插口 4Tc与E1端子跨接导线5.辅助组成除了以上主要的组成部件外，还有一些辅助单元或模块，分别如下：（1） 比较器定时电路。负责监测微处理器，当微处理器失效，它会使警告灯以3Hz频率闪亮，提出警告。（2）串行通讯接口。供与外界装置双向通讯用。（3）点火电压生成电路和点火储能电路。为气体发生器的激发提供电流。供气体发生器激发的点火电源有两个：一个是直接取自车上的蓄电池，另一个是由点火储能电路提供。若碰撞中未及点火之时，ECU至蓄电池的连接被切断，则只能
37、靠点火储能电路供电。（4）气囊点火电路。负责向引发器发出引发电流。气囊点火电路都有自己的储能单元，ECU点火输入端接通最低工作电压之后10s，点火电路便可完成储能。（5）测试电路。负责检测气囊点火电路和气体发生器有关电路的故障状态。（6）低压开关状态监测电路。应用于混合式气体发生器。 3.2.2 控制系统的控制原理由于汽车生产厂家不同和汽车型号、结构不同，安全气囊控制系统布置方式也有所不同。其中主要的布置方式有多点式安全气囊控制系统，单点式安全气囊控制系统，两点式安全气囊控制系统和防侧撞安全气囊控制系统。虽然布置方式不相同，但是控制原理是一样的。其控制原理如下：安全气囊控制系统的动作信号是由碰
38、撞传感器、中央传感器和安全传感器来产生，然后由中央电子控制器来判断各个传感器输入的信号。安全气囊的引爆过程是根据运动学的规律，用力学方法对碰撞加速度强度进行计算，确定碰撞加速度强度的平均值，储存在中央电子控制器的微处理器中。中央电子控制器接收到碰撞传感器的信号，并经过与微处理器中储存的加速度平均值相比较和认定，如果达到或超过储存加速度平均值，中央电子控制器才能发出电脉冲来引爆安全气囊。避免了由于汽车紧急制动、通过不平路面以及通过沟堑时产生的强烈振动，发生“误爆”而引起不良的后果。3.3 安全气囊的工作原理3.3.1 安全气囊组件 安全气囊组件有气体发生器和气囊。（1）气体发生器 气体发生器是气
39、囊组件中非常重要而又复杂的一部分。该装置最突出的特点是燃爆品，在极短的时间内可使环境发生剧烈变化。是安全气囊控制系统的执行元件，它能否按照系统控制的要求及时引爆，是能否对驾驶员或乘员提供安全保护的关键。气体发生器可以分为燃料燃烧式和储气燃烧式两种。气体发生器主要由外壳、雷管（机械式和电子式）、增压剂、气体发生剂以及过滤器等部分组成。在气体发生器总成中，过滤装置起过滤和冷却作用，防止高温气体灼伤乘员，并防止燃烧中的微粒子弹出，造成对乘员的伤害。 (2)气囊 气囊是安全气囊系统的核心部件，气囊的用途不同时，气囊的形状、结构、容积、充气的速度、充气的压力等都有所不同。为了实现安全气囊的可控制充气过程
40、，设计了有阻尼作用的气囊。在气囊的内表面缝制阻尼带，引导安全气囊在展开时，加速向侧面膨胀，以避免安全气囊自由地展开。或采用其他方式对高压气体产生阻尼作用。在气囊的背面设置排气孔和排气缝隙，或设置一些通气孔，来减少固体燃料爆炸时的压力，缓和对乘员的冲击力。气囊在充气后，在排气孔和排气缝隙，或通气孔不断地排出高压气体的过程中，吸收碰撞时的能量，直到气囊完全瘪塌为止。在气体发生器总成中，过滤装置起过滤和冷却作用，防止高温气体灼伤乘员，并防止燃烧中的微粒子弹出，造成对乘员的侵害。 3.3.2 安全气囊的工作过程由于车辆型号和安全气囊的种类不同，安全气囊的工作过程受到多种外界因素的影响。但是其工作过程大
41、体上是相同的。安全气囊的作用过程如下：碰撞碰撞传感器电子控制器（电脉冲）气体发生器气囊展开乘员保护。汽车发生正面碰撞时驾驶员的安全气囊展开过程如图1所示（其中具体时间与多种因素有关，图示时间仅供参考）：以图3.3-1为例，从汽车开始碰撞计时：a010ms：在汽车特定的敏感部位处，装置碰撞传感器。碰撞传感器受到足够的碰撞冲量作用时，在10ms的瞬间内，将触发信号输送到中央电子控制器。b1020ms：在中央电子控制器中，主要有对安全气囊系统进行监测和控制的微处理器，能够对传感器输入的触发信号立即进行计算、比较和判断。如果碰撞冲量超过预先的设定值，中央电子控制器立即释放一个电脉冲火花，使气体发生器中
42、的雷管急速爆炸。c2060ms：雷管的爆炸击穿装气体发生器的燃料盒，将固定燃料点燃并产生高温、高压气体（氮气），快速地经过滤器过滤冷却后冲入安全气囊。气囊在2060ms内张开达到最大容积，在乘员与车内装备之间形成一个气垫。在同一瞬间，乘员因惯性力的作用，可能向前冲出150200mm，头部、脸部和胸部正好与迎面而来的气囊相接触。但高压气囊膨胀的能量，会把乘员“回弹”到座椅上，使得乘员身体受到一定损伤。d60100ms：与此同时，装在气囊后面的排气孔打开，气囊泄气并收缩。由气体的阻尼作用，吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，使乘员陷入较柔软的气囊中。由于安全气囊将乘员与车内装备隔开
43、，而使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。图3.3-1汽车正面碰撞时安全气囊发生作用的过程示意图汽车碰撞事故发生时，安全气囊引爆管引爆点燃气体发生器的具体点火时间，是决定SRS系统性能优劣的十分重要的指标。如果碰撞事故发生时，引爆管引爆点火过早，则在乘员的头部和胸部向前冲的同时，气囊也迅速膨胀，则有可能导致乘员头部和胸部受到高速爆出的气囊的冲击，造成乘员伤亡或巨大的伤害。如果引爆管引爆点火过晚，则在乘员头部和胸部已经冲撞到转向盘或汽车其他汽车零部件上时，气囊尚未膨胀而起不到保护作用。引爆管引爆的最佳点火时间是当气囊充满气体膨胀时，乘员头部和胸部正好与膨胀的气袋接触。从引燃气体发
44、生剂安全气囊开始膨胀鼓起，到受到驾驶员或乘员反冲压迫迅速泄气变瘪的时间很短，仅有约0.1s。安全气囊从充满气体膨胀到泄气只有如此短暂的时间，因此必须具备极迅速地完成冲气和放气动作的功能，才能有效保护驾驶员和乘员的安全。一般来说，车辆的轻微碰撞不会使气囊打开。只有在车辆正面一定角度范围内碰撞才能使气囊打开。安全气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲，只有车辆的正前方左右大约60之间位置撞击在固定的物体上，速度高于30KM/h，这时安全气囊才可能打开。这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速，而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度，实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。后
45、碰，侧碰，翻转都不会引发气囊打开。 安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错
46、，就有可能酿出一场“悲剧”。需要强调的是：安全气囊只是起到辅助作用。在不系安全带的情况下安全气囊不但不能对乘员起到防护作用，还会对乘员有严重的杀伤力。安全气囊的爆发力是惊人的，足以击断驾驶者的颈椎。因此，系好安全带是安全气囊发挥保护作用的一个重要条件。3.4 安全气囊的正确使用汽车被动性安全装置主要有安全带和安全气囊。实验表明安全带对乘员有良好的约束力，可以防止乘员被惯性力甩离座位，并且在汽车发生碰撞时能够吸收由惯性力所产生的大部分能量。但在汽车碰撞实验分析中，发现安全带对乘员，特别对驾驶员的头部、胸部以及膝部所能提供的保护是很薄弱的。而安全气囊则对驾驶员头部、胸部以及膝部的保护效果特别明显，
47、大大地减少了乘员的死亡率和减轻了乘员的损伤程度。 依上来看是不是不使用安全带，仅依靠安全囊的话，对驾乘人员的保护就已经很好了呢？事实远非如此经过研究发现，在不使用安全带而仅依靠安全气囊的保护的车辆上，事故发生后气囊对车内成员的保护是被打了折扣的。其实安全气囊只是辅助保护系统，它要发挥到预想的保护效果是要配合安全带一起使用。交通事故统计数据表明，“三点式安全带+安全气囊”的防护效果最好，其有效保护率高达60；仅使用安全带的情况下，有效保护率为4349；而仅使用安全气囊，有效保护率急剧下降到18。引用上述统计数据有助于我们消除两个误区：第一安全气囊不是万能的；第二佩带安全带十分重要。现在人们的统一
48、认识是：必须通过强制措施提高安全带的佩带率；在低速碰撞中，安全气囊的展开反而会增加意外伤害的可能性而降低保护效果；在中等或严重程度的碰撞事故中，安全气囊对乘员有明显的保护作用。一般说来，车内乘员如果未系安全带的话，在速度为20km/h左右的固定壁障碰撞中就会受到严重伤害；而系了安全带的乘员，在30km/h的固定壁障碰撞中才会受到严重伤害。下图为安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较。图3.4-1安全带与安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较项 目安全带系统安全气囊系统安全保护范围对乘员能够提供各种碰撞事故和滚翻事故的全方位保护在汽车发生严重的正面碰撞和侧面碰撞时，对乘员提供头部和胸部有效的保护装备的可靠性可以随时对系统的零部件故障进行检查依靠诊断装置进行一般故障检查，但无法进行系统零部件的无损检查装备的方便性需要佩带和解开安全带，即使采用自动安全带，对乘员的行动有很大的约束，可以防止乘员从座位上甩出，乘员的碰撞范围较小对乘员无任何约束
