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辅助防护安全气囊系统原理图解

2010年03月10日 17:22 www.obk20.com 作者:佚名 用户评论(0

辅助防护安全气囊系统原理图解

汽车发生碰撞时,汽车与障碍物与其他车辆发生的碰撞为一次碰撞,这种碰撞将直接带来车辆的硬件损坏,严重时会导致汽车着火或报废,因此应尽量避免一次碰撞的发生。

一次碰撞发生后,由于汽车碰撞急停时的加速度很大,因此作用在驾驶员和每个乘客身上的惯性力很大,这一惯性力使车内人员向惯性力的方向猛烈运动,导致人与车内物体(如壳体、方向盘、仪表盘等)发生碰撞,即所谓的二次碰撞。

由上可知,一次碰撞危害车辆,带来重大财产损失,为二次碰撞留下祸根,导致二次碰撞造成人员的伤残或死亡。

为了防护二次碰撞带来的人员伤害,SRS需要在碰撞过程中做到快速响应,因此设计SRS时必须非常清楚二次碰撞的动态过程,这可以通过interwetten与威廉的赔率体系 试验获得,二次碰撞的动态过程与汽车行驶速度和碰撞的障碍物有关,德国BOSCH公司利用奥迪车进行了实验研究,实验车速为50km/h,与固定障碍物碰撞,获得的结论是:1)一次碰撞开始到二次碰撞结束的时间约为120ms;2)二次碰撞开始的时间为一次碰撞后40ms。

碰撞发生后,SRS应立即起作用,如图5.1所示,其防护过程如下:

1)碰撞开始10ms后,SRS发出和处理碰撞信号

2)碰撞20ms后,SRS系统组件中的电雷管引爆,气囊点火;

image:bk081911l-1.jpg

3)碰撞55ms后,气囊完全充满,体积达到最大,驾驶员前冲,与气囊相接触;

4)碰撞60ms后,驾驶员身体和头部压向气囊,气囊上的排气孔在人体前冲和气压升高的作用下排气,排气的节流孔作用吸收人体与气囊弹性碰撞的能量,减轻人与气囊的碰撞力;

5)碰撞110ms后,大部分气体从排气孔溢出,驾驶员身体基本回到原位;

6)碰撞120ms后,碰撞结束,危险接触,车速为零。

1、SRS原理

安全气囊可分为主动安全气囊系统和被动安全气囊系统。主动安全气囊与安全带联合使用,作为安全带保护功能的扩充,被动安全气囊可在没有安全带条件下起保护作用。本书介绍的安全气囊是指被动安全气囊系统。

(1)SRS组成

SRS的组成及安装位置如图2所示,主要包括碰撞传感器、SRS控制单元、SRS指示灯和SRS气囊总成等。

image:bk081911l-2.jpg

1)传感器:一般来说,SRS系统配置有左前碰撞传感器(LFIS)、右前碰撞传感器(RFIS)、中央碰撞传感器(CIS)和防护碰撞传感器(SIS)。左前和右前碰撞传感器功能相同,防护碰撞传感器,也称为侦测传感器、安全传感器或保险传感器,与中央碰撞传感器,左前和右前碰撞传感器功能有重大区别,其实质功能是防止SRS误操作(即未发生真实碰撞时,左前、右前或中央碰撞传感器接通,导致SRS动作)。因此该传感器具有安全保险作用,防护碰撞传感器也需要碰撞惯性力作用才能接通,但所需惯性力小于前碰撞传感器接通所需的惯性力,也小于中央碰撞传感器接通所需的惯性力,因此,一旦发生碰撞,防护碰撞传感器优先接通。

安全气囊电子控制系统中,碰撞传感器是非常重要的环节,用来进行碰撞状态的判断,要求具有较高的可靠性。目前应用的碰撞传感器主要有以下几种:滚球式碰撞传感器、滚轴式碰撞传感器、偏心锤式碰撞传感器、水银开关式碰撞传感器、电阻应变计式碰撞传感器和压电效应式碰撞传感器。

除了碰撞传感器外,有些系统还需要检测汽车纵向和横向加速度,因此,在车身装有加速度传感器(G传感器)。该传感器基于差动变压器原理,正常时,差动变压器铁心置于变压器的中位,变压器无输出;当发生碰撞时,铁心发生移动,差动变压器输出信号。

2)SRS控制单元:由SRS微控制器ECU模块、信号处理电路、备用电源电路保护电路和稳压与升压电路等组成,SRS控制单元原理如图3所示。

image:bk081911l-3.jpg

SRS微控制器ECU模块是气囊ECU的核心部件,内置A/D转换器、串行通信接口定时器和存储器等功能电路,负责ECU的所有控制、监测工作,计算和确认碰撞强度,判断是否需要立即展开气囊,并保存碰撞时刻、碰撞方式、碰撞强度、以及气囊展开时警告灯的状态。

信号处理电路主要由滤波器放大器组成,用来调理来自碰撞传感器的信号,包括信号整形、滤波和放大,提供给SRS微控制器可接受的传感器信号。

备用电源包括一个直流稳压器和一个电容储能器。直流稳压器保证恒定,使系统能正常工作而不发生失控。电容储能器利用电容器储能原理储存一定量电能,当由于碰撞使电源中断时,电容储能器可作为备用电源向ECU供电120毫秒以上,使气囊系统在失去主电源后仍能正常工作,确保安全气囊的有效保护作用。图3中SRS控制单元中的备用电源模块包括ECU备用电源和点火备用电源,可以在6秒之内使SRS系统正常运行,因为碰撞过程约120毫秒,所以备用电源的6秒供电时间足够支持SRS完成使命。

保护电路和稳压与升压电路,汽车电路中,电感线圈和开关较多,负载变化也频繁,因此过电压的现象较严重,为了防止过电压使SRS电子器件击穿烧毁,配置保护电路,如采用二极管泄放电路。另外,为保证不受汽车电源电压变化的影响,设置了电源稳压电路。

3)SRS指示灯:带有安全气囊的汽车仪表盘上,一般带有一个“SRS”字样的指示灯。SRS指示灯的主要功能是指示SRS系统是否处于正常状态,当点火开关接通或处于巡航控制状态时,如SRS灯发亮或闪亮约6秒后自动熄灭,表示SRS工作正常。

4)气囊总成:有正面气囊总成和侧面气囊总成两类,即纵向SRS气囊总成和侧面SRS气囊总成。按安装位置可分为驾驶员席气囊总成、乘客席气囊总成、副驾驶员席气囊总成和侧面气囊总成四大类。如图4所示,气囊总成主要由气囊、气体发生器、点火器等构成,气囊用聚酰胺织物制成,内层涂聚氯丁二烯,以密闭气体。气体发生器,也称为充气器,主要功能是在一定条件下产生气体,使气体膨胀,气体发生器的充气剂是叠氯化钠药片,点火器包括引爆炸药、引药、电热丝等。

image:bk081911l-4.jpg

(2)SRS系统功能

SRS应在二次碰撞发生前启动工作,否则难以保护乘员免受碰撞伤害,SRS功能原理如图5所示,当汽车发生碰撞后,产生碰撞信号,即机械碰撞引起汽车急停,减速度较大,导致车上物体具有较大的惯性力,惯性力驱动前部碰撞传感器,中央碰撞传感器和防护传感器接通,使上述传感器输出相应的电压信号,SRS控制单元执行相应的程序使点火器通电,点火引药受热爆炸使充气剂分解,充气剂释放大量氮气冲入气囊,气囊冲开气囊总成盖板迎向驾驶员。在SRS电源和控制单元正常工作的情况下,防护传感器和中央传感器同时接通、防护传感器和左前碰撞传感器同时接通,或防护传感器和右前碰撞传感器同时接通,均可使点火器接通,引爆气囊,其控制逻辑如图6所示。

image:bk081911l-5.jpg

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(3)典型SRS电路原理

图7是GM公司SRS系统电路原理图,包括触发传感器(中央碰撞传感器)、前碰撞传感器、乘客座碰撞传感器、安全气囊总成和SRS控制单元等。

当发生碰撞时,触发传感器接通,前碰撞传感器接通,乘客座碰撞传感器接通,电路工作逻辑关系为:

SRS备用电源升压器与触发传感器的输入端B连接,当触发传感器由于碰撞接通时,输出端C输出电压信号,经限流电阻排进入SRS控制单元,并连接到安全气囊的输入端A。乘客座碰撞传感器的F端和前碰撞传感器的B端连接系统的地,当乘客座碰撞传感器和前碰撞传感器中的任何一个发生碰撞接通时,都会使安全气囊的输入端B接地,电控单元启动安全气囊点火。

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