安全气囊的发展与应用课件

➢ 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➢ 1.4.1按引爆方式分类
➢ 1984年，NHTSA在著名的“联邦机动车安全标 准”FMVSS（Federal Motor Vehicle Safety Standard） 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。
➢ 传感器结构如图1-4所示，它由外壳（非
磁性材料）、磁性材料、惯性体（非磁性 材料）、连接在惯性体上的软铁、支持和 调节位移幅值的弹簧、安装在与外壳连接 的凸柱内的永久磁铁和绕制在软铁上的线 圈及引线组成。当传感器受到碰撞加速度 时，惯性体产生反向加速度，导致通过线 圈的磁通量发生变化，在线圈引线两端产 生钟形脉冲信号，当调整弹簧刚度时，可 改变加速度信号的宽度。
➢ 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。
1.3.2安全气囊系统的工作原理
1.3.3传感器的工作原理
➢ 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，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。
项目
安全带系统
安全气囊系统
安全保护范围 设备的可靠性
设备的方便性
使用的普及性 及成本 维修的方便性
发展方向
给乘员提供各种碰撞事故和翻滚 汽车发生严重的正面碰撞和侧面碰撞时，
事故的全方位的保护
对乘员提供头部和胸部有效的保护
设备的可靠性
靠诊断装置进行一般故障检查，但无法
可以随时对系统的零部件故障进 进行系统零部件的无损检查
➢ b．10～20ms：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 的雷管急速爆炸。
➢ c．20～60ms：雷管的爆炸击穿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20～ 60ms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150～200mm，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。
➢ （2）控制系统的控制原理
➢ 其控制原理如下：安全气囊控制系统的动作信号是由碰撞传感器、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。
➢ 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。
1.1.2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，
➢ d．60～100ms：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，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。
1.3.5控制系统的组成与原理
➢为何要使用安全气囊？
➢ 每年我国都有几十万人因交通事故而受伤或死亡，而许多的乘客 在事故中没有任何安全措施来保障自己的人身安全，为了减少事故 过程中对乘员的伤害，必须设置安全装备，虽然目前有安全带，但 仅使用安全带的情况下，有效保护率为43～49％，如果把安全带和 安全气囊一起使用其有效保护率高达60％ 。因此，安全气囊已经成 为保护乘客不可或缺的一种辅助设备，所以，为了乘员的人身安全， 我国正在大力倡导使用安全气囊，而安全气囊的大面积的使用也是 未来的一种趋势。
1.5安全气囊的控制算法
➢ 根据目前国内外汽车安全气囊控制的一些主要算法，解释了该算 法中的核心内容和研究特点。在结合传统方法的同时，提出了两种 新的算法——数据融合控制算法和模式识别控制方法。汽车安全气 囊的应用拯救了许多乘员的生命。但随着汽车的应用越来越多，气 囊错误弹出的情况也时有发生，这样反而会威胁到乘员的安全，所 以必须提高安全气囊的控制性能。因此，我们也需要进一步研究气 囊控制算法。
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
1.5.1安全气囊点火控制的几种算法
➢ 1)加速度法 该算法是通过测量汽车碰撞时的加速度（减速度），当
加速度超过预先设定的阈值就弹出安全气囊。
➢ 2)速度变量法 该算法是通过对汽车加速度进行积分从而得到加速度
变化量，当加速度变化量超过预先设定的阈值时就弹出安全气囊。
➢ 3)加速度坡度法 该方法是对加速度进行求导得到加速度的变化量作
普及容易，成本低廉，不需要提 在普及驾驶员和前排座安全气囊，并作
高汽车总价
为汽车标准安装，但造价高。其他形式
的安全气囊暂时为选装件
电子控制安全带预收紧（与安全 全方位、多个气囊的电子控制的安全控 气囊电子控制系统统一控制） 制系统，智能安全控制系统
1.3汽车安全气囊的工作原理及结构
1.3.1汽车安全气囊系统的组成及作用
1、汽车安全气囊概述
➢ 发生交通事故时，汽车不可避免的要发生碰撞。汽车发生碰撞全过程分 为两个阶段：没有人参与的汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞作为碰 撞的第一阶段。碰撞第一阶段必然导致汽车产生减速度，车内人员由于惯 性就会以一定的加速度向撞击发生的方向运动，如果这个加速度足够大， 将造成人员与车内构件相碰，把这个碰撞叫碰撞的第二阶段，即伤人阶段。 安全气囊的作用即在碰撞的第一阶段和第二阶段之间，迅速在车内人员与 汽车构件之间产生一个充满气体的气垫，在碰撞过程中通过气囊的阻尼排 气等过程吸收乘员的动能，使碰撞的第二阶段得以减缓，以减轻碰撞对人 员的伤害程度。安全气囊属于汽车乘员“被动安全性保护装置”。其中安 全带在被动保护过程中起主要作用，而安全气囊属于辅助约束系统 （Supplemental Restraint System），即SRS。
➢ 按引爆方式分类，安全气囊系统可分为机械控制式和电子控制式两类。
➢ 1.4.2按安全气囊数量分类
➢ 按安全气囊数量分类可分为单安全系统，双安全气囊系统和多安全气 囊系统。
➢ 1.4.3按保护类型分类按保护类型分类
➢ 安全气囊系统可分为驾驶员用安全气囊，前排成员安全气囊，防侧撞 安全气囊和后座成员用安全气囊。
1.1汽车安全气囊发展史
1.1.1国外汽车安全气囊的发展
➢ 1953年8月，John.W.He.Trick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。
➢ 60年代末，美国高速公路行车安全管理局（NHTSA）开始顾虑汽车厂 商发展安全气囊。
➢ 70年代，世界各国的综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个 全新的发展阶段。
1.3.4安全气囊的工作过程
➢ 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所示
➢ a．0～10ms：在汽车特定的敏感部位处，安装碰撞传感器。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。
➢ 由上面的叙述中我们可以知道，移动窗积分算法对于气囊弹出与否进 行判断主要是根据积分量S，现在我们对积分量进行一些改造，可以克服 上述缺点。具体做法如下，加入以下几个观察量：
➢ （1）汽车碰撞时的水平方向速度v，v可以反映汽车碰撞时乘客的受伤 害程度。v越大，乘客的动能就越大，碰撞时受到的伤害就越大。v是判 断气囊是否应该打开的最直接的指标。
➢ 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，大大地减少了乘员的死亡 率和减轻了乘员的损伤程度。
➢ （1）控制系统的组成 ➢ 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。 ➢ 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