汽車安全氣囊測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、汽車安全氣囊測(cè)控系統(tǒng)學(xué)校：學(xué)院：專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：2013-3-20汽車安全氣囊測(cè)控系統(tǒng)（機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 測(cè)控技術(shù)與儀器 ）摘要：安全氣囊是現(xiàn)代汽車必備的安全系統(tǒng)，安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、氣體發(fā)生器、點(diǎn)火器、氣囊以及控制單元（ecu）等組成。其工作原理是在汽車發(fā)生碰撞后由傳感器感應(yīng)并傳輸?shù)竭_(dá)安全氣囊減輕駕駛員及乘員受傷害程度的目的，作為汽車車身被動(dòng)安全性的輔助配置，日漸受到人們的重視。當(dāng)汽車與障礙物碰撞后，稱為一次碰撞，駕駛員及乘員與車內(nèi)構(gòu)件發(fā)生碰撞，稱為二次碰撞，安全氣囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打開(kāi)一個(gè)充滿氣體的氣墊，使乘員因慣性而晃動(dòng)時(shí)“撲在氣墊上”即而緩和乘

2、員受到的沖擊并吸收碰撞能量，減輕乘員的受傷害程度。關(guān)鍵詞：汽車、安全氣囊、傳感器、測(cè)控系統(tǒng)檢索工具：河南理工大學(xué)圖書(shū)館清華鏡像、萬(wàn)方鏡像汽車安全氣囊設(shè)計(jì)的基本思想是：在汽車發(fā)生一次碰撞后，汽車基本不動(dòng)，車內(nèi)駕駛員及乘員由于慣性還要向前運(yùn)動(dòng)與車內(nèi)儀表盤、玻璃等構(gòu)件發(fā)生二次碰撞，在乘員與汽車內(nèi)部構(gòu)件之間若迅速打開(kāi)一個(gè)充滿氣體的氣囊，使乘員“撞”在氣囊上，可以減緩沖擊并吸收碰撞能量，從而達(dá)到減輕乘員受傷害程度的目的。安全氣囊的基本工作過(guò)程：當(dāng)汽車高速行駛發(fā)生碰撞事故時(shí)，車上的碰撞傳感器將接收到的碰撞信號(hào)傳輸給電子控制裝置，電子控制裝置將其與內(nèi)部預(yù)設(shè)的值進(jìn)行分析、比較，若達(dá)到或超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)，便發(fā)出指令

3、引爆氣體發(fā)生器，使氣體發(fā)生器產(chǎn)生大量氣體（一般為氮?dú)猓?，并?jīng)過(guò)過(guò)濾、冷卻后快速充入一個(gè)堅(jiān)韌的纖維編織氣囊內(nèi)，在30ms 內(nèi)氣囊迅速膨脹展開(kāi)，在乘員與車內(nèi)構(gòu)件之間形成一個(gè)彈性氣墊。氣囊的側(cè)面有排氣孔，當(dāng)乘員碰到高壓膨脹的氣囊時(shí)，囊內(nèi)氣體排出，氣囊收縮，吸收乘員向前強(qiáng)大的慣性沖擊能量，有效保護(hù)人體頭部、胸部，減輕受傷害程度。安全氣囊系統(tǒng)故障診斷測(cè)控系統(tǒng)：安全氣囊系統(tǒng)主要由安全氣囊、氣體發(fā)生器、傳感器和電子控制裝置等組成。安全氣囊系統(tǒng)本身設(shè)置有自診斷系統(tǒng)，若系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，電子控制裝置就會(huì)點(diǎn)燈儀表盤上的故障報(bào)警燈（srs）報(bào)警，提示駕駛員安全氣囊系統(tǒng)有故障，同時(shí)把故障以故障代碼的形式儲(chǔ)存起來(lái)。維修人

4、員可以調(diào)取故障碼，通過(guò)查取故障碼掌握故障內(nèi)容，根據(jù)故障內(nèi)容去檢修安全氣囊系統(tǒng)，直至排除故障。安全氣囊最重要的指標(biāo)是可靠性，如果不該點(diǎn)火而點(diǎn)火打開(kāi)氣囊稱為誤點(diǎn)火：如果應(yīng)該點(diǎn)火而沒(méi)有點(diǎn)火稱之為漏點(diǎn)火，如果點(diǎn)火太晚則稱之為遲點(diǎn)火，無(wú)論是誤點(diǎn)火、漏點(diǎn)火、還是遲點(diǎn)火都是不能允許的。為了提高安全氣囊系統(tǒng)的可靠性，防止電源線在碰撞中斷線、電池遭到破壞，系統(tǒng)中備有儲(chǔ)能電容或電池，以保證即使掉電也能夠開(kāi)氣囊。為了監(jiān)測(cè)傳感器、電子電路、氣體發(fā)生器；系統(tǒng)一般還有故障診斷模塊、并設(shè)有信號(hào)燈于予以顯示。汽車安全氣囊系統(tǒng)系統(tǒng)一般有左右擋板傳感器各一個(gè)，還有一個(gè)傳感器放在含有診斷模塊的控制器中，氣囊有司機(jī)席(driver

5、side)正面碰撞氣囊和乘客席(pssseneer side)正面碰撞氣囊，另外還有警告燈。當(dāng)發(fā)生前面碰撞時(shí)，兩個(gè)擋板傳感器中只要有一個(gè)閉合，診斷模塊就會(huì)根據(jù)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，認(rèn)為有必要點(diǎn)火后時(shí)即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)使氣囊充氣?！緟⒖嘉墨I(xiàn)：1陳越.汽車故障診斷與檢測(cè)技術(shù)m.北京：科學(xué)出版社,2009.9.2豐田汽車公司.汽車維修基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社,2006,10.3 汽車安全氣囊檢測(cè).人民交通出版社, 2007.6】氣囊所用的的傳感器：傳感器用于檢測(cè)、判斷汽車發(fā)生碰撞時(shí)的撞擊信號(hào), 以便及時(shí)點(diǎn)爆安全氣囊。傳感器按其功能可分為碰撞傳感器和保險(xiǎn)傳感器兩種。碰撞傳感器負(fù)責(zé)檢測(cè)碰撞的激烈程度

6、, 如果汽車以40km/h 的車速迎面撞到一個(gè)不可變形的固定障礙物上, 碰撞傳感器便會(huì)自動(dòng)接通搭鐵回路。保險(xiǎn)傳感器, 其閉合的減度要稍慢一些, 防止因碰撞傳感器短路而造成誤開(kāi)。傳感器按其結(jié)構(gòu)可分為機(jī)械式、機(jī)電式和電子式3種。下面以機(jī)械式傳感器(偏心錘式碰撞傳感器) 為例說(shuō)明傳感器的工作原理。機(jī)械式傳感器一般安裝在保險(xiǎn)杠與擋泥板之間, 用來(lái)感知低速碰撞的信號(hào)。傳感器安裝在一個(gè)密封的防震保護(hù)盒內(nèi), 當(dāng)傳感器中的重錘的移動(dòng)速度高于某一特定車速(稱為tbd車速) 時(shí), 重錘便將其機(jī)械能直接傳給引發(fā)器使氣囊膨開(kāi)。具體的工作原理: 汽車正常行駛時(shí), 扭力彈簧將觸頭定在上支點(diǎn)位置, 傳感器沒(méi)有觸發(fā)信號(hào)給ec

7、u。當(dāng)汽車碰撞時(shí), 減速度所產(chǎn)生的慣性力克服彈簧的扭力而使重錘產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)觸橋轉(zhuǎn)動(dòng), 使動(dòng)靜觸頭結(jié)合。此時(shí), 傳感器向ecu發(fā)出接通信號(hào),同時(shí)安全傳感器也接通,ecu發(fā)出引爆指令汽車所需求的信息都是依靠傳感器來(lái)獲取的。車輛本身所需的信息包括檢測(cè)車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息、檢測(cè)駕駛操縱狀態(tài)所需的信息、車輛控制所需的信息、運(yùn)動(dòng)環(huán)境檢測(cè)所需的信息、異常狀態(tài)監(jiān)控所需的信息等。碰撞傳感器用來(lái)檢測(cè)汽車碰撞強(qiáng)度，一般認(rèn)為，若汽車以40km/h的車速與一輛正在停放的同樣大小的汽車相碰撞，或者以不低于22km/h的車速迎面撞到一個(gè)不可變形的固定障礙物上時(shí)，其產(chǎn)生的碰撞強(qiáng)度足以危及駕駛員和乘務(wù)員的安全，應(yīng)及時(shí)展開(kāi)安全氣

8、囊。一輛車輛常裝有2-4個(gè)碰撞傳感器，前左、右擋泥板各裝一個(gè)，稱為前安全氣囊傳感器，有的車在前面保險(xiǎn)杠中間還裝一個(gè)?！緟⒖嘉墨I(xiàn)：現(xiàn)代，2008.3 第79期】安全氣囊控制系統(tǒng)的要求：由于工作任務(wù)的特殊性，汽車安全氣囊控制系統(tǒng)除了必須具備點(diǎn)火判斷、發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)的功能外，還應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：1.抗干擾能力強(qiáng)氣囊系統(tǒng)若發(fā)生誤點(diǎn)爆，不僅會(huì)對(duì)乘員造成驚嚇，甚至可能引發(fā)事故，因此必須有很高的抗干擾能力。如汽車受到粗糙路面干擾時(shí)會(huì)發(fā)生較大的減速度，系統(tǒng)要能識(shí)別出這種狀況，不點(diǎn)燃?xì)饽摇?.高可靠性與工作穩(wěn)定性由于汽車的工作環(huán)境復(fù)雜以及不允許出現(xiàn)點(diǎn)火失敗的工作要求，氣囊控制系統(tǒng)必須具有較高的可靠性與穩(wěn)定性。另

9、外，碰撞后，電源可能首先被撞壞，因此要求系統(tǒng)能在掉電后繼續(xù)工作數(shù)百毫秒。3.結(jié)構(gòu)緊湊整個(gè)系統(tǒng)除了要滿足上述要求外，還要盡量減小體積，少用元器件，以減小系統(tǒng)的復(fù)雜程度，提高可靠性。同時(shí)也可減少系統(tǒng)的耗電量，以盡量維持掉電后的工作?？刂葡到y(tǒng)總體方案本控制系統(tǒng)有硬件和軟件兩部分組成。圖l是控制系統(tǒng)的組成框圖?！緟⒖嘉墨I(xiàn)：1張金換.汽車安全氣袋系統(tǒng)的研究j清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1997.8.2邱卓丹現(xiàn)代汽車安全技術(shù)的研究發(fā)展j湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002.3.3黃仁欣，馬彪單片機(jī)原理與應(yīng)用m北京：清華大學(xué)出版社，2008.(p100102)4魯植雄汽車安全氣囊故障診斷m南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2003：120

10、5戴焯汽車電子控制裝置m北京：北京理工大學(xué)出版社，1999.(p200218)6董輝汽車用傳感器m北京：北京理工大學(xué)出版社，2000.(p187216)】安全氣囊傳感器國(guó)際汽車零部件供應(yīng)商大陸集團(tuán)成功研發(fā)出一套撞擊聲響傳感器系統(tǒng)（ciss），該系統(tǒng)可在車輛發(fā)生事故時(shí)，以最為精確的方式控制安全氣囊的啟動(dòng)，為車輛內(nèi)乘員提供最大程度的保護(hù)。當(dāng)車輛與障礙物發(fā)生撞擊時(shí),ciss系統(tǒng)記錄下車身發(fā)生扭曲時(shí)的行駛速度，以及此時(shí)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)聲波傳播的速度和力度。一套復(fù)雜的信號(hào)評(píng)估系統(tǒng)使用特別開(kāi)發(fā)的計(jì)算方法來(lái)分析和評(píng)定事故情況，并作出是否啟動(dòng)安全氣囊及以何種力度啟動(dòng)的最終決策。此外，該技術(shù)可以同氣囊控制單元整合，既

11、節(jié)約了成本又顯著地改進(jìn)了性能汽車安全氣囊磁電式傳感器。目前，在對(duì)汽車碰撞的安全裝置的研究中，人們主要的注意力是集中在安全氣囊上，而對(duì)安全氣囊觸發(fā)信號(hào)的發(fā)出者傳感器的深入研究還很不夠。已開(kāi)展研究的傳感器有觸發(fā)開(kāi)關(guān)式(如圖1所示)、純機(jī)械式、單點(diǎn)電子式憶、側(cè)撞式(如圖2所示)、應(yīng)變式(如圖3所示)、磁電式 (如圖4所示)等，種類繁多，用途不同。如圖5所示為歐洲電子工程學(xué)會(huì)試驗(yàn)滑車減加速度與時(shí)間曲線。另一方面，由于汽車種類繁多，傳感器安裝在汽車上的位置不同，造成對(duì)傳感器的要求標(biāo)準(zhǔn)不同，正是在此情況下，提出了設(shè)計(jì)一種磁電傳感器，如圖6所示。此傳感器可安裝在汽車任何位置，通過(guò)調(diào)整某些參數(shù)，識(shí)別峰值為05

12、88 m/s和時(shí)間脈寬為020ms的碰擊加速度信號(hào)，在加速度峰值和時(shí)間脈寬同時(shí)滿足要求的條件下，為氣囊輸出一觸發(fā)信號(hào)，打開(kāi)空氣發(fā)生器，使氣囊充氣對(duì)人進(jìn)行保護(hù)，具體結(jié)構(gòu)與電路論述如下。氣囊系統(tǒng)：氣囊的安全可靠是首要的，早期的氣囊打開(kāi)系統(tǒng)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但故障率小的機(jī)械開(kāi)關(guān)作為加速度傳感器，是一種并無(wú)電子裝置觸發(fā)的集散氣囊系統(tǒng)，該系統(tǒng)在控制儀表里只使用了一個(gè)微控制器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)，且最佳觸發(fā)時(shí)刻較難掌握，為此必須將傳感器的開(kāi)關(guān)閾值設(shè)置得很高，汽車只有在受到強(qiáng)烈碰撞時(shí)，才會(huì)將氣囊系統(tǒng)打開(kāi)，安全系數(shù)低?，F(xiàn)代汽車較多采用具有自診斷功能的、可靠的半導(dǎo)體加速度傳感器集中氣囊系統(tǒng)，該系統(tǒng)在控制儀表中仍集成了一個(gè)機(jī)

13、械碰撞加速度傳感器，但主要以電容式半導(dǎo)體加速度傳感器為主工作傳感器，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。在事故過(guò)程中，集中氣囊系統(tǒng)通過(guò)高性能微控器的計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)最佳觸發(fā)時(shí)刻控制, 對(duì)于一個(gè)具有性能良好的傳感器和集中氣囊系統(tǒng)的汽車，它的觸發(fā)速度閾值是19.3km/h汽車安全氣囊發(fā)展安全氣囊是1953年由美國(guó)人約翰赫綴克發(fā)明的。1973年日本本田汽車公司引進(jìn)安全氣囊技術(shù)進(jìn)行實(shí)車應(yīng)用。經(jīng)過(guò)30多年的漫長(zhǎng)歷程,直至1984年,汽車碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)(fmvss208)在美國(guó)經(jīng)多次被廢除后又重新被認(rèn)可并開(kāi)始實(shí)施, 其中規(guī)定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應(yīng)裝備安全氣囊,同時(shí)還要求1998年以后的新轎車都裝備駕

14、駛者和乘客用的安全氣囊,自此才確認(rèn)了安全氣囊的作用。如今,這個(gè)在當(dāng)年頗具創(chuàng)意性的發(fā)明已轉(zhuǎn)為千百萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品,種類也發(fā)展為正面氣囊、側(cè)面氣囊、安全氣簾等等。各國(guó)生產(chǎn)的中高級(jí)轎車,大多數(shù)都裝有安全氣囊,有些轎車已將安全氣囊列入必裝件。在國(guó)內(nèi)消費(fèi)者對(duì)汽車被動(dòng)安全性能的要求也越來(lái)越高, 但目前除了極少數(shù)高級(jí)車裝備了側(cè)面氣囊之外,大部分車型還只是安裝了正面氣囊?！緟⒖嘉墨I(xiàn)：1張永康.智能傳感器與現(xiàn)代汽車電子j.今日電子,20042張穎. 汽車安全氣囊技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)j.電子產(chǎn)品世界,2006 3秦玉偉等.汽車傳感器的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)j.傳感器世界,2008】結(jié)束語(yǔ)：目前,隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展各種車輛不斷增加, 在駕駛與乘車這個(gè)問(wèn)題上，如何更好的保護(hù)人們的生命安全已成為新一代汽車安全系統(tǒng)生產(chǎn)的主要研究課題, 人們對(duì)汽車被動(dòng)安全裝置特別是新型智能化安全氣囊