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第二节汽车安然气囊安然系统道理与维修一、安然气囊系统的布局构成安然气囊系统的主要电子元器件有ECU、碰撞传感器〔集中式系统安设于ECU内部，分散式系统安设在ECU外部〕、警示装置、安然气囊组件、乘员位置传感装置及接头和线束等。
二、安然气囊系统典型ECU布局对於单点碰撞传感－集中式安然气囊ECU，采用了与放大和滤波电路相关联的电子加速度计〔传感器〕，能不变地保持对汽车加速度跟踪〔即能按照汽车的加速度成比例地输出电压〕。
与单片微机相关联的装置包罗：电源供应装置，给所有的电路提供工作电压。
属於这局部的两个重要电气装置包罗电荷泵和能量贮备〔又称备用电源，在碰撞过程中，一旦蓄电池连接松脱，仍能提供足够的贮电容量触发引爆管使安然气囊张开〕。
电荷泵具有提升能量贮备电压，使其高於汽车工作电压的能力。
当蓄电池、充电系统或发电机呈现故障时，电荷泵能维持能量贮备装置的最低工作电压。
别的，在提升能量贮备电压的同时，能检测引爆路电阻偏高等类似的故障；供单片微机监控用的监视计时器；供警示灯控制和故障诊断用的接口电路；触发司机或乘客侧充气组件的引爆电路。
引爆路一般由ECU内部电路及ECU的外部元器件组成。
外部元器件有：接头、电缆、滑环/盘簧〔仅司机路才有〕引爆管，对於分散式安然气囊系统还有电子机械碰撞传感器等。
ECU监控的首要任务，是在碰撞过程中监测可能阻碍成功引爆安然气囊的所有故障；进一步的任务是监测使安然气囊发生致伤、甚至致死的不当令引爆；与ECU 集成在一起的机－电安然传感器；选择输入电路。
“选择输入〞是用来向安然气囊ECU提供乘客座位、司机和乘客安然带的状态信息，这些信息经ECU处置後，除了具有前面提到能改变安然气囊充气速率的功能外，还有安然按捺功能。
对於乘客安然气囊，只有在乘客座位被占用、乘客安然带扣上以及安然气囊在较高阈值的情况下，才会引爆充气。
将司机安然气囊与乘客安然气囊分开控制，可以减少安然气囊不必要的张开；便利接入外部诊断设备，帮忙维修的串行数据线路。
摘要在我国，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安全事故的损失逐年上升。
所以，汽车的安全性就变得尤为重要。
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。
目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统( Airbag Restraint System)等。
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。
安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。
汽车安全气囊系统的包括传感器总成、充气、折叠气囊、点火器、固态氮、警告灯等。
当汽车受到前方一定角度内的高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器，就可以检测到车突然减速，并将这一信号在0.01秒之内速度传递给安全气囊系统的控制电脑。
因此，确保汽车行驶的安全性，解决乘车人员的安全越来越受到人们的重视。
而在汽车上装配安全气囊就是一种有效的解决方法。
本文主要介绍安全气囊的作用、安全气囊的类型、安全气囊的发展、电子式安全气囊的系统主要部件、电子式安全气囊控制系统的设计软硬件。
关键字：安全气囊；传感器；被动安全；控制检测ABSTRACTIn our country, with the development of highways and automotive performance enhancement, the automobile speed more and more quickly, especially because of the rapid increase of car ownership, increasing traffic congestion and other factors led in recent years to automobile safety accident loss is increasing year by year. Therefore, the safety car becomes particularly important. Automobile safety vehicle safety into active safety and passive safety two. Active security refers to the car to prevent the occurrence of accidents, mainly with anti-lock braking system, the braking force distribution system. Passive safety refers to in case of accident car configuration occupant protection ability. At present the main safety belt, safety, anti-collision vehicle and airbag restraint system ( Airbag Restraint System )and so on.SRS belongs to the vehicle occupant" passive safety protection device". The safety belt in passive protection plays an important role in the process, while the air bag belongs to the supplemental restraint system ( Supplemental Restraint System ), SRS. The airbag is modern cars attract sb.'s attention new technology device. Automobile safety airbag system includes a sensor assembly, inflatable, folded airbag, igniter, solid nitrogen, warning lights. When the automobile is in front of a certain angle high speed collision, mounted at the front end of the car crash sensor and motor mounted on the central safety sensors, it is possible to detect the vehicle deceleration, and the signal in 0.01 seconds speed transmission to the airbag system control computer. Therefore, to ensure the driving safety of the automobile, solve the passengers safety more and more get the attention of people. And in the car assembly airbag is an effective method to solve. This paper mainly introduces the airbag, airbag type role, airbag development, system components, automobile airbag automatic detection system design.Key words: airbags; sensor; passive safety; automatic detection目录前言 (1)第1章概述 (2)1.1安全气囊系统的作用和分类 (2)1.1.1 安全气囊的作用 (2)1.1.2 安全气囊系统的分类 (3)1.2国内外汽车安全气囊的发展 (4)1.3安全气囊的正确使用 (5)1.4安全气囊的发展趋势 (6)1.4.1安全气囊的智能化 (7)1.4.2 安全气囊的绿色环保化 (8)1.4.3 安全气囊的虚拟技术化 (8)1.4.4 安全气囊的小型化 (8)1.4.5 安全气囊的保护全方位化 (9)第2章气囊的结构与工作原理 (10)2.1安全气囊的组成 (10)2.2安全气囊的传感器 (10)2.3安全气囊的工作过程 (14)2.4安全气囊的工作原理 (15)第3章系统的硬件设计 (18)3.1系统接口硬件设计 (18)3.1.1 连接器 (19)3.1.2 电源输入 (20)3.2内部硬件设计 (21)3.2.1 电源模块电路设计 (23)3.2.2 爆破电路设计 (23)3.2.3 电能积聚功能电路设计 (24)3.3关键元器件的功能介绍 (25)3.3.1 微处理器 (25)3.3.2 加速度感应器 (28)3.3.3 气囊爆破控制器件 (29)第4章系统的软件设计 (31)4.1控制系统流程图 (31)4.2气囊爆破系统算法逻辑设计 (32)4.2.1 乘客在座感应控制器 (33)4.2.2 安全乘客座势距离控制器 (34)4.2.3 撞击参数分析和算法判定 (34)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)附录1 (40)附录2 (43)前言发生交通事故时，汽车不可避免的要发生碰撞。
综 述汽车电子式安全气囊西安公路交通大学 李令举 李三财 河南高级公路建设指挥部 齐邓林 [摘要] 详细介绍了汽车电子式安全气囊电控部分和机械部分结构及原理,阐述了电子式安全气囊的工作流程并实例说明工作时序。
关键词:安全气囊 安全带 传感器 控制器[Abstract ] T h is paper introduces the structure and p rinci p le of the electronic contro l part and m echanical part of the electronic safety air bag .It expounds the wo rk ing p rocess and illustrates its ti m e sequence w ith examp les .Keywords :Safety a ir bag Safety belt Sen sor Con troller 汽车电子式安全气囊分类较多,但其基本结构与原理都是大同小异的。
下面以较复杂的双动作双气囊和双安全带预紧器为例说明其结构原理。
1 电子式安全气囊结构与组成111 电控部分的结构该系统电控部分的硬件框图见图1,由各种传感器、微处理器(CPU )、双气囊和双安全带预紧器的引爆装置、报警装置、接口、RAM 、ROM 等组成。
图1 双动作双气囊系统电控部分的硬件框图11111 碰撞传感器碰撞传感器是安全气囊中用来检测碰撞强度的传感器。
其安装位置依厂家设计而定,一般安装在汽车前方左右两侧,以分别检测前方左右两侧纵向30°范围内的撞击。
碰撞传感器种类很多,有偏心锤式、应变片式、水银开关式、永磁式等。
a 1前方传感器此传感器安装在保险杆与挡泥板之间,用来感测低速碰撞的信号。
前方左右两个传感器结构相同,都是偏心锤式机械传感器。
传感器装在一个密封的防震保护盒内,其结构如图2所示。
第二节电子式安全气囊一、系统概述电子式安全气囊系统由传感器、电子控制装置（因其内包含有传感器，也称为气囊传感器总成或中央气囊传感器总成）、充气装置、气囊和螺旋电缆组成。
有些车型还在这一系统上增加电子式安全带收紧器。
通常充气装置和气囊做成一体。
因车型和生产年份的不同，整个系统的组成也各有差异。
这些差异主要表现在传感器和气囊的数量上。
下面以凌志（LEXUS）LS400车型为例，说明电子式安全气囊系统的组成及其变化过程。
丰田其他车型安全气囊的组成和变化也大同小异。
（1）1989~1992年7月配置的LS400 UCFl0车型安全气囊系统由左右两个前气囊传感器、中央气囊传感器总成、驾驶员充气装置和气囊以及螺旋电缆、警告灯等组成。
系统如图12所示。
图12 1989～1992年款凌志LS400 UCFl0车型安全气囊系统（2）1992年8月～1994年9月配置的UCFl0车型安全气囊系统则在以前车型的基础上增加了前乘员充气装置、气囊以及前排座椅安全带收紧器。
系统如图13所示。
图13 1992~1994年款凌志LS400 UCFl0车型安全气囊系统（3）1994年10月以后，凌志LS400车型安全气囊系统由UCFl0改型为UCF20。
1994年10月~1996年7月，凌志LS400的安全气囊系统取消了两个前气囊传感器，原来的中央气囊传感器总成则称为气囊传感器总成。
安全带收紧器也由原来的电子式改为机械式，不出现在这一电子式安全气囊系统内。
整个系统简化后如图14所示。
图14 1994~1996年款凌志LS400 UCF20车型安全气囊系统（4）1996年8月以后产的凌志LS400车型安全气囊系统增设了前排侧气囊。
1996年8月～1997年6月产的车型侧气囊系统由左、右侧气囊传感器总成和左、右侧气囊总成组成。
侧气囊系统独立于原来的安全气囊系统。
两个系统如图15所示。
图15 1996、1997年款凌志LS400安全气囊系统（5）1997年7月以后产的凌志LS400车型的前排座位安全带收紧器又改用电子式，并增设了安全带限力器；所有气囊（驾驶员和前乘员及左、右侧气囊）以及安全带收紧器均由一个气囊传感器总成控制。
系统如图16所示。
图16 1997年后产凌志LS400安全气囊系统1999年产的大部分丰田车型的安全气囊系统又重新采用3传感器式，即2个前气囊传感器和1个中央气囊传感器总成，电子式安全气囊系统各部件的功能列于表1。
表1 电子式安全气囊系统各部件的功能部件功能前气囊传感器检测车辆的减速率中央气囊传感器总成或气囊传感根据碰撞减速力的大小来决定是否使气囊充气张开；若系统内有任何电路故障时，它会切换至诊断器总成*1 状态，以提供自检功能侧气囊传感器总成根据侧面碰撞减速力的大小来决定是否使侧气囊充气张开充气装置瞬间产生气囊充气所需的氮气气囊接收充气装置瞬间产生的氮气，一旦充满，即从气囊后而的穿孔中释放出氮气。
它可吸收驾驶员和前乘员的撞击力螺旋电缆将点火所需电流由中央气囊传感器总成或气囊传感器总成传送至点火装置警告灯亮起以警告驾驶员系统有故障*1：若该车装备有电子式安全带收紧器，则中央气囊传感器总成或气囊传感器总成将同时控制气囊和安全带收紧器动作二、元件的结构和工作原理1、前气囊传感器（只适用部分车型）前气囊传感器固定在两边的前翼子板内侧，传感器本身是一个机械式开关。
当传感器检测出前方撞击的力量大于设定值时，传感器内部的触点闭合，并将此信号送至中央气囊传感器总成（见图17）。
图17 前气囊传感器（1）结构。
前气囊传感器包括：外壳、偏心转子、偏心重块、固定触点和旋转触点等。
在传感器本体外侧有一个电阻，作白检之用，检测中央气囊传感器总成与前气囊传感器之间的线路是否有开路或短路（见图18）。
图18 前气囊传感器的结构（2）工作原理。
在正常情况下，偏心转子和偏心重块在螺旋弹簧弹力的作用下，紧靠在与外壳相连的止动块上。
此时固定触点和旋转触点并未接合。
当发生正面碰撞，如果碰撞的减速率大于设定值时，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一起转动，直到与固定触点闭合（如图19所示）而使前气囊传感器闭合。
图19 前气囊传感器的工作过程★为确保安全气囊系统的高可靠性，前气囊传感器在气囊充气张开后绝不可再重复使用。
因为在气囊动作时会有大电流流过传感器触点，这可能会使触点表面烧蚀而造成电阻过大。
若重复使用，可能造成气囊充气张开的可靠性降低。
2、中央气囊传感器总成或气囊传感器总成当车辆设有前气囊传感器时，此传感器总成称为中央气囊传感器总成，里面所包含的传感器也称为中央气囊传感器；如果车辆未设置前气囊传感器，则称为气囊传感器总成，里面所包含的传感器称为气囊传感器。
如图20所示，中央气囊传感器总成安装在车内地板的中间位置上，它从气囊传感器（前气囊传感器和其内置的中央气囊传感器）接收信号，判断气囊应否张开，并诊断系统的故障。
图20 中央气囊传感器总成如图21所示，中央气囊传感器总成由中央气囊传感器、安全传感器，点火控制与驱动电路和诊断电路组成。
一个可靠性极高的备用电源系统也组合在总成内，以防在碰撞时因汽车电源系统的损坏而导致气囊系统不工作。
图21 中央气囊传感器总成电路（1）中央气囊传感器。
中央气囊传感器封装在中央气囊传感器总成内。
它有电子式和机械式两种。
电子式可检测出减速率，然后点火控制和驱动电路再根据此信号判断是否让气囊充气。
机械式也可测出减速率，并直接驱动气囊充气。
1）电子式。
电子式中央气囊传感器是一种智能传感器，它将传感元件、信号适配器和滤波器等集成在一块IC上，具有可靠性高、功能强等优点。
如图22所示，传感器有一悬臂梁，悬臂梁的质量就是惯性质量，当传感器承受冲击时，悬臂梁会发生弯曲。
这一弯曲变形可由其上的变形计测出，并转换成电信号，经集成电路整理放大后的输出信号随减速率线性变化。
图22 电子式中央气囊传感器2）机械式。
当机械式传感器检测到正面撞击的速度大于设定值时，其触点会闭合使气囊充气。
（2）安全传感器。
安全传感器有几种形式。
图23中是以配重动能为基础而闭合触点的机械式和以水银为导体的水银开关式。
安全传感器的作用主要是为了防止气囊误开。
此传感器触发的基准减速率比气囊作用的设定值小。
图23 安全传感器如果使用水银开关式以外的安全传感器时，在气囊已作用充气之后，中央气囊传感器总成绝不可重复使用。
因为在气囊动作时，会有大电流流过传感器触点，使触点表面产生烧蚀而令电阻过大，造成气囊可靠性降低。
1992年8月以后产的丰田汽车已不再采用水银开关式安全传感器。
1）点火控制和驱动电路（适用于电子式中央气囊传感器）。
点火控制与驱动电路对中央气囊传感器来的信号进行计算，如果计算值比预定值大，它就触发点火，使气囊充气。
2）备用电源，，备用电源由备用电容器和直流—直流变压器组成。
在电源系统由于碰撞而失效的情况下，备用电容器将释放电能，以供应系统所需的电力。
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。
3）诊断电路。
本诊断电路可诊断系统内的任何故障。
当故障被检测出来后，点亮组合仪表上的故障警告灯以告示驾驶员。
这一电路可监视下列各种情况：·造成点火失效的故障；·造成意外点火的故障；·诊断电路本身的故障，即造成不能检测点火失效和意外点火的故障。
4）记忆电路。
当诊断电路检测出故障时，这一故障被编成代码储存在记忆电路中。
此代码可随时取出，以分辨故障部位及进行快速诊断。
按照车型、年份的不同，记忆电路可分为两种形式，一种是当电源中断时，记忆内容即自动消失；另一种是即使供应电源中断，记忆内容仍能保留。
5）安全电路。
安全电路禁止点火。
当诊断电路检测到的故障可能会引起意外点火时，诊断电路向安全电路送出一个信号，用于禁止点火。
3、侧气囊传感器总成侧气囊传感器总成有两种类型，第一种是独立于正面安全气囊系统而自成体系的，它从封装于侧气囊传感器总成内的侧气囊传感器接收信号，判断侧气囊是否应打开，并诊断系统的故障。
这一类型的侧气囊传感器总成有自己的侧气囊故障警告灯。
这种侧气囊传感器总成由侧气囊传感器、安全传感器、点火控制与驱动电路、诊断电路等组成。
这些组成部分的作用和工作原理与中央气囊传感器总成相同。
另一种是侧气囊传感器总成由侧气囊传感器、安全传感器等组成的。
侧气囊传感器总成接收侧气囊传感器来的信号，并判断应否打开侧气囊。
若需要打开侧气囊，则侧气囊传感器总成向中央气囊传感器总成（或气囊传感器总成）发出信号，最终由中央气囊传感器总成向侧气囊传爆管送出电流，使侧气囊张开充气。
上述两种类型的左、右两个侧气囊传感器总成分别安装在左、右侧车身的中间立柱上，两者是相互独立的，如图24所示。
图24 安装在中间立柱上的侧气囊传感器总成4、充气装置和气囊安全气囊系统对充气装置的要求主要有3个方面：1）能在约30ms内产：生大量气体；2）所产生的气体应无毒性，温度电不能过高；3）整个装置应具有很高的可靠性和很好的稳定性。
充气装置主要有压缩气体式、烟火式和混合式3种。
压缩气体式因充气较慢、受环境温度影响较大、系统的性能不稳定而在目前已较少使用。
丰田汽车的充气装置主要采用烟火式。
1998年开始，逐渐在前座乘员气囊和侧气囊上采用混合式充气装置。
（1）驾驶员充气装置和气囊。
驾驶员充气装置采用烟火式。
充气装置和气囊均装设于方向盘衬垫内，它们是不可分解的。
如图25所示，充气装置包括传爆管、点火药粉与气体发生剂等。
在车辆正面严重碰撞时，充气装置瞬间给气囊充气。
气囊由尼龙布制成，并在内表面涂有树脂。
图25 驾驶员充气装置如图26所示，当车辆正面严重碰撞时，减速力使气囊传感器导通，电流流入传爆管使其产生高热，从而点燃传爆管内的点火物质。
火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂。
气体发生剂于是产生大量氮气，这些氮气经过滤器降温后进入气囊内。
气囊被迅速充气并急剧膨胀，冲破方向盘衬垫，缓冲了乘员的二次碰撞冲击。
气囊在充气完成后，氮气由释放孔迅速排泄，，这不但可减少乘员对气囊的冲击力量，而且可确保乘员有良好的视野。
图26 点火装置截面图（2）前乘员充气装置和气囊。
前乘员充气装置有烟火式和混合式两种。
这两种形式的充气装置和气囊均密封在一个外壳内，装在手套箱上方的仪表台上，如图27所示。
图27 前乘员充气装置和气囊1）烟火式前乘员充气装置（图28）。
这种形式的充气装置是一个金属盒，里面有传爆管、点火药粉和气体发生剂等。
气囊由尼龙布制作，由充气装置生成的氮气充气展开。
前乘员气囊的展开体积约为驾驶员气囊的2~4倍。
图28 烟火式前乘员充气装置截面图烟火式前乘员充气装置的工作过程与驾驶员充气装置相同。
如图29所示。
图29 烟火式前乘员充气装置的工作过程2）混合式前乘员充气装置。
