安全气囊的原理与功用doc

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1、目录 绪论安全气囊的概括121 安全气囊的概念2。2 安全气囊系统的功用13 安全气囊系统的组成及各部件的功能03. 安全气囊系统的组成03.2安全气囊系统各部件的功能13.2。1传感器13。.2安全气囊电脑13。23 SR指示灯2。.4气囊组件33。2。5螺旋电缆3.26安全气囊线束连接器4 安全气囊系统的工作原理541安全气囊工作原理5.安全气囊的动作过程54。3 气囊打开的条件6 SAS气囊系统的故障诊断及注意事项75。1 在维修该系统时需要注意下列一些事项。752 常见的故障判断与排除6 结论0参考文献致谢11 / 141 绪论随着汽车拥有量的迅猛增长和高速高等级公路的快速延伸而投入使

2、用 ，道路车流密度和行车速度骤增 ，预防交通事故,减轻驾乘人员意外伤害的防护措施非常重要。为了确保驾乘人员的生命安全 ,安全气囊的研究开发被广泛关注 ，在近代中高档轿车上均采用安全气囊装置.一旦汽车发生前方碰撞事故时 ,若减速度超过规定值 ，控制系统即引爆安全气囊,安全气囊迅速膨胀以阻挡司乘人员向前冲击的惯性力 ，对司乘人员的人身安全具有重要的保护作用。2 安全气囊的概括2.1 安全气囊的概念SAS是英文Supplment Restri System的缩写，直译为辅助防护系统或辅助束缚系统。气囊的英文名称为Air Bag,是辅助防护系统中能够起到缓冲作用的一种装置,因为气囊属于安全装备之一,所

3、以一般都成为“安全气囊”.在设计上，AS气囊系统是汽车安全带的辅助装置，称为辅助防护安全气囊（Supplmenta Rstrait Systm Safe r ag，S气囊），安全气囊系统称为辅助安全系统或者辅助防护安全系统（Supplemnta ResraintSystem Safe ir Bag Sytem，SAS气囊系统），只有在使用安全带的条件下,SAS气囊系统才能充分发挥保护驾驶员的作用。2.2 安全气囊系统的功用当汽车发生碰撞时,汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞后，汽车速度将急剧变化，驾驶员和乘员就会受到惯性力的作用而向前运动,并与车内的反方向盘、挡风玻璃或仪

4、表台等构件发生碰撞，这种碰撞称为二次碰撞。在车辆事故中，导致驾驶员和车内乘员遭受伤害的主要原因是二次伤害。当汽车发生正面碰撞时,在惯性力作用下，驾驶员面部或胸部与挡风玻璃或方向盘之间、前排乘员与仪表台之间、后排乘员与前排座椅之间可能发生二次碰撞；当汽车遭到侧面碰撞时，在惯性力的作用下,驾驶员和乘员可能与车门、车门玻璃或车门支柱发生二次碰撞。A气囊系统的作用是：在汽车发生一次碰撞与二次碰撞之间的短暂时间（1ms)内,在驾驶员、乘员与车内构件之间迅速铺垫一个气垫，是驾驶员、乘员头部与胸部压在充满气体的气垫上,利用气囊本身的阻尼作用或气囊摆布排气孔排气节流的阻尼作用来吸收人体惯性力产生的动能,达到保

5、护人体的目的.由此可见,SAS气囊系统的功用是：当汽车遭受冲击导致车速急剧变化时，AS气囊迅速膨胀，承受并缓冲驾驶员或乘员头部与身体上部产生的惯性力,从而减轻人体遭受伤害的程度。但是,正面SA气囊只能避免或减轻来自前方的伤害，即只有在汽车遭受正面碰撞时才能起到保护作用，对侧面碰撞无能为力。加强侧面碰撞的防护能力是不容忽视的重要问题。3 安全气囊系统的组成及各部件的功能3.1 安全气囊系统的组成安全气囊主要是由传感器、安全气囊系统（AS)指示灯、安全气囊电脑（EC)、线束连接器、螺旋电缆和气囊组件等组成。图3-1。2安全气囊系统各部件的功能。2。1传感器传感器用于检测、判断汽车发生碰撞时的撞击信

6、号,以便及时点爆安全气囊。传感器按其功能可分为碰撞信号传感器和碰撞防护传感器两种。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。防护传感器和碰撞信号传感器的结构原理基本相同,其区别在于设定的减速度阀值有所不同。一般碰撞传感器即可用作碰撞信号传感器，也可作碰撞防护传感器,但是必须设定其减速度阀值。碰撞传感器负责检测碰撞的激烈程度；设置防护传感器的目的是防止前传感器意外短路而造成防误膨开,因为在不设置碰撞防护传感器的情况下，当监测前碰撞传感器时，如果不恰将其信号输出端子短路使点火器电路接通,那么气囊就会引爆充气膨开。机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动来控制电气触

7、点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式、滚轴式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式两种。机械式碰撞传感器常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。3.。2安全气囊电脑安全气囊电脑是安全气囊系统的控制中心,其功用是接收碰撞传感器及其他各传感器输入的信号,判断是否点火引爆气囊充气，并对系统故障进行自诊断。 安全气囊电脑还要对控制组件中关键部件的电路不断进行诊断测试,并通过RS指示灯和存储在存储器中的故障代码来显示测试结果。仪表盘上的SRS指示灯可直接向驾驶员提供安全气囊系统的状态信息。电脑存

8、储器中的状态信息和故障代码可用专用仪器或通过特定方式从串行通讯接口调出,以供装配检查。 信号处理电路主要由放大器和滤波器组成。其功用是对传感器检测的信号进行整形、放大和滤波，以便R电脑能够接收、识别和处理。 安全气囊系统有两个电源:一个是汽车电源（蓄电池和交流发电机)；另一个是备用电源.备用电源又称为后备电源或紧急备用电源。备用电源电路由电源控制电路和若干个电容器组成.在单安全气囊系统的控制组件中，设有一个电脑备用电源和一个点火备用电源。在双安全气囊系统的控制模块中，设有一个电脑备用电源和两个点火备用电源，即两条点火电路各设一个备用电源。点火开关接通10之后,如果汽车电源电压高于S电脑的最低工

9、作电压，那么电脑备用电源和点火备用电源即可完成储能任务。 备用电源的功用是：当汽车电源与SRS电脑之间的电路切断后，在一定时间（一般为6）内，维持安全气囊系统供电,保持安全气囊系统的正常功能。当汽车遭受碰撞而导致蓄电池和交流发电机与SRS电脑之间的电路切断时,电脑备用电源能在6s之内向电脑供给电能，保持电脑测出碰撞、发出点火指令等正常功能；点火备用电源能在6s之内向点火器供给足够的点火能量引爆点火剂，使充气剂受热分解给气囊充气。时间超过之后，备用电源供电能力降低,电脑备用电源不能保证电脑测出碰撞和发出点火指令；点火备用电源不能供给最小点火能量,SRS气囊不能充气膨开。 在汽车电器系统中,许多电

10、器部件带有电感线圈,电器开关琳琅满目，电器负载变化频繁。当线圈电流接通或切断、开关接通或断开、负载电流突然变化时,都会产生瞬时脉冲电压即过电压，这些过电压如果加到安全气囊系统电路上，系统中的电子元件就可能因电压过高而导致损坏。为了防止安全气囊系统元件遭受损害,SRS控制模块中必须设置保护电路.同时,为了保证汽车电源电压变化时，安全气囊系统能够正常工作，还必须设置稳压电路。2.SRS指示灯 S指示灯是安全气囊系统指示灯的简称。SR指示灯又称为S警告灯或SRS警示灯。RS指示灯安装在驾驶室仪表盘面膜的下面,并在面膜表面的相应位置制做有图形或SRS、AIRAG等字样表示。 SR指示灯的功用是指示安全

11、气囊系统功能是否处于正常状态.当点火开关接通N或”C位置后,如果SS指示灯发亮或闪亮约6s闪6下后自动熄灭，表示安全气囊系统功能正常。如果RS指示灯不亮、一直发亮或在汽车行驶途中突然发亮或闪亮，表示自诊断系统发现安全气囊系统有故障,应及时排除。自诊断系统在控制SRS指示灯发亮或闪亮的同时,还会将所发现的故障编成代码存储在存储器中。检查或排除安全气囊系统故障时，首先应用专用检测仪器或通过特定方式从诊断插座或通讯接口调出故障代码（通常称为故障码)，以便快速查寻与排除故障。实践证明，在汽车遭受碰撞,气囊已经膨开后，故障码一般难以调出.如此设计的目的是要求在R气囊引爆后，必须更换SRS电脑.3。2.4

12、气囊组件气囊组件由充气元件和气囊组成，均安装在方向盘内或工具箱上端,不可分解。充气元件由电爆管、点火药粉及气体发生剂组成。充气元件的功用是给气囊充气.气囊由尼龙布制成,内表面敷有树脂。 车辆发生碰撞时,碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通，SS电脑接通引爆电路,使电流流过电爆管，使其发热将电爆管内的点火介质引燃，火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂，产生大量气体。气体经滤网冷却后进入气囊内,气囊急剧膨胀，冲破方向盘，缓冲对驾驶员和乘员的冲击。充气元件与气囊安装在方向盘上,与方向盘一起转动,电爆管与S电脑之间的导线联接是靠螺旋导线游丝来联接的。3。25螺旋电缆螺旋电缆是由壳体、旋转体、电缆和解除

13、凸轮等组成.螺旋电缆的作用是充气装置与气囊安装在转向盘上并随转向盘一起转动，引爆管与电子控制装置之间通常不采用接触可靠性较低的集成环连接，而通过螺旋电缆引爆装置直接与控制装置连接.螺旋电缆的旋转体和解除凸轮之间有链接凸缘和凹槽，当转向盘转动时，它们相互接触并一起转动.电缆总长约m,并呈螺旋状盘绕在壳体内，以保证旋转体随转向盘由中间位置向左、右各转2。5圈而不影响但显得连接。有时，螺旋电缆还可成为巡航控制开关的连接通道。图3.6安全气囊线束连接器安全气囊系统工作可靠与否，直接关系到人身安全。为了便于减少排除故障隐患，设计制造的SAS线束和连接器与其他电气系统都有区别。早期曾采用深蓝色，目前大多数

14、采用黄色。为了保证气囊系统可靠工作,S系统连接器采用了导电性能良好的镀金端子，并设计有防止气囊爆破机构、端子双重锁定机构、连接器双重锁机构和电子连接控制机构。(1）防止气囊爆破结构 气囊电脑到点火器之间的连接器采用了防止气囊误爆的短路片机构（铜质弹簧片，又称为短路弹簧片).当连接器拔开时(插头拔下或插头与插座未完全结合），短路片自动将靠近气囊点火器一侧插头或插座的2个引线端子短接，防止静电或误通电造成气囊误爆.()螺旋线束为了保证转向盘具有足够的转动角度而又不致于损伤气囊组件的连接线束，安装在转向盘和转向柱之间，即将线束安装在螺旋形弹簧内。在不同汽车制造厂提供的维修手册中，螺旋线束的名称各有不

15、同，例如也称为螺旋弹簧、游丝或游丝弹簧。螺旋弹簧在转向盘和转向柱之间安装时，需要注意安装位置和方向,当拆卸和安装转向盘时,应将转向柱固定在“直向前”的位置，以免损坏螺旋线束.（3)电路连接诊断机构 电路连接诊断机构的作用是监测连接器插头与插座是否可靠的连接。碰撞传感器连接器及其与SAECU连接的连接器采用了电路连接诊断机构。(4)端子双重锁定机构 在安全气囊系统的每一个连接器中,接线端子都设置有双重锁机构,其作用是:纺织界产生滑动.接线端子双重锁机构有连接器壳体上的锁柄与分割片组成,其中，锁柄为一次锁定机构，防止端子沿导线轴线方向滑动；分割片为二次锁定机构，防止防止端子沿导线径向移动。（5）连

16、接器双重锁机构 作用是锁定连接器插头与插座，防止连接器脱开。在安全气囊系统和座椅安全带控制系统中，线束重要连接部位的连接器采用了双重锁结构4 安全气囊系统的工作原理4.1 安全气囊工作原理当汽车遭受正面碰撞或侧面碰撞时，其AS气囊系统工作原理基本相同。现已图1为例，说明SAS气囊系统的工作原理。图-1当汽车受到前方一定角度范围内的高速碰撞时，安装在汽车前端的碰撞传感器和与SS电脑安装在一起的防护碰撞传感器就会检测到汽车突然减速的信号，传感器触点闭合,将减速信号传送到AS电脑。AS电脑中预先设置的程序经过数学计算和逻辑判断后，立即向SAS气囊组件内的电热点火器发出点火指令，引爆电雷管，点火剂受热

17、爆炸(即电热丝通过发热引爆炸药）。点火剂引爆时，迅速产生大量的热量，充气剂(叠氮化钠药片）受热分解释放大量氮气充入气囊，气囊便冲开气囊组件的装饰盖板鼓向驾驶员，使驾驶员头部和胸部压在充满气体的气囊上，在人体与车内构件之间铺垫一个气垫，将人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞，通过气囊产生变形来吸收人体碰撞产生的动能，达到保护人体的目的。4.2 安全气囊的动作过程（1）当汽车以车速0k/与前面障碍物相撞时，碰撞刚开始1ms后，气囊开始充气,驾驶员尚未动作。()碰撞0ms后，气囊完全充满,人体向前移动。安全带开始预收缩（吸收部分能量)。（）碰撞约0ms驾驶员头部及身体压向气囊。气囊内气体通过节流孔排

18、气,吸收人体与气囊之间的碰撞能量。()碰撞约10m大部分气囊内气体从节流孔排出，汽车前方视线恢复。注：人的眼皮一眨眼所用时间约为2ms，因此气囊爆炸这个过程是非常短暂的,用肉眼根本无法看清。图-14.3 气囊打开的条件1、碰撞方向与汽车中心线的夹角30角以内；2、纵向减速度达到某一值(通常称为减速度阀值)时图15 SAS气囊系统的故障诊断及注意事项5.1 在维修该系统时需要注意下列一些事项.（1)在进行检修前，应读取音响装置的防盗密码，并在维修工作结束后，按规定程序输入音响装置密码和调校时针。(2)在安装部件前，应对全部要安装的部件进行检查,决不允许安装有过跌落或有凹痕、裂痕、变形以及旧件和不

19、是同车型的部件。(3)必须在断开点火开关、拔下点火钥匙以及断开蓄电池负极接先后规定的时间后，才能进行维修操作,否则会引起气囊意外彭开。（4）不能把喇叭按钮总成、仪表板乘员安全气囊总成、中央安全气囊传感器总成及前安全气囊传感器直接暴露在热空气环境中。（5）当SAS的故障症状难以确定时，查询故障码是最重要的信息来源。因此,在进行S故障诊断时或断开蓄电池前，应查询故障存储。5.2 常见的故障判断与排除故障 一辆奥迪6轿车，做过车内美容后安全气囊灯长亮。用故障诊断仪VAS5051对安全气囊系统进行检测，故障代码为0217，故障含义是驾驶员侧侧面安全气囊触发器 N99 电阻值过大，故障特性为偶发故障。直

20、接清除故障码后，短距离试车，故障灯未亮,但第二天安全气囊灯又亮。重新用AS51对安全气囊系统进行检测，故障代码仍为07，故障特性仍为偶发故障.这次依据电路图检查其座椅下的插接件连接情况,发现其插头松动，未被固定在座椅上。正是这个原因造成座椅在移动过程中使插头松动。重新插接插头并固定在座椅上后,故障排除。故障2 一辆奥迪A6事故车，事故中转向盘上的安全气囊被触发，在一家修理厂修复后，更换了安全气囊控制单元和转向盘上的安全气囊后气囊灯仍长亮。用故障诊断仪V.AG51对安全气囊系统进行检测，故障代码为010,故障含义为控制单元编码错误，且故障码无法直接清除.笔者判定故障原因可能是控制单元的编码与此车

21、不匹配。于是依据该车安全气囊系统的实际配置，对照维修手册中的编码表重新对其编码，即把原来的编码00改为00,故障即被排除。故在这里提醒广大维修人员，在奥迪A6车型上,由于安全系统的配置不同，其控制单元的编码也不相同,所以在更换其控制单元时，必须重新对其进行编码.故障3 一辆才行驶了2 00 km的2。4L奥迪A轿车安全气囊灯长亮.用故障诊断仪VAS5051对安全气囊系统进行检测，故障代码为058，故障含义是前排乘客侧安全气囊触发器1电阻过大，且故障码无法直接清除.可能的故障原因：导线断路.前排乘客侧安全气囊损坏.安全气囊控制单元损坏.由于该车为新车，笔者主要怀疑线路中的插接件处可能松动.依据电

22、路图检查,各插接件连接正常，无松动和虚接之处；检测前排乘客侧安全气囊接头处的电压值正常。然而在折下前排乘客侧安全气囊进行检查时,居然发现该气囊是已被触发的旧气囊。更换新件后，故障被排除.后经询问车主得知,此车是非正规渠道购得。故障4一辆奥迪A轿车在正常使用过程中,安全气囊灯有时亮。用VAS501对安全气囊系统进行检测,故障代码为“00588”，故障含义是驾驶员侧安全气囊触发器 N95电阻过大或过小，故障特性为偶发故障.检查其插接件正常，清除故障码后故障灯熄灭,但车没使用几天,相同的故障再次出现.重新拆下安全气囊,检测触点单元(即螺旋弹簧线圈）的电阻值,测量其阻值为3左右,超过了其标准值。更换该

23、元件,故障排除。6 结论本文介绍了轿车安全气囊的功能、作用、结构,并通过以典型安全气囊为例,分析了轿车安全气囊的故障原因、解决办法,维修方式,以及如何正确使用、维护轿车安全气囊，尽量避免安全气囊的故障发生,延长使用寿命.参考文献1 余志生。汽车理论。北京：机械工业出版社，190.53632 边耀璋等汽车节能基础理论及其应用M.北京:人民交通出版社,190.101。3 钱耀义。汽车发动机排气污染与控制M。北京：人民交通出版社，1875882。4 金显贺。一种用于在线检测局部放电的数字滤波技术.清华大学学报,199,3（4）：62100。5 万斤所。中国大学学报论文文摘（198193）。英文版DB

24、/CD.北京:中国百科全书出版社，196.6 国产汽车安全气囊系统。机械工业出版者致谢本论文的研究工作是在刘国新老师的悉心指导下完成的。从课程学习、论文选题、课题研究到论文撰写无不凝聚着导师的心血和汗水。在跟随导师学习、科研、工作中，得到了导师的关怀、帮助和教诲,给我诸多启示，解答了许多难题，使本文得以顺利完成。刘国新老师学识渊博、经验丰富、思维开阔,尤其是导师严于律己、宽以待人的崇高品质以及严谨求实的治学态度使我受益匪浅，令我终生难忘。藉此论文完成之际,谨对刘国新老师致以最衷心的谢意!在课题的完成过程中,我还得到了宋泽彬、石健同学的热情帮助和鼓励,在此表示衷心的感谢!最后，感谢所有参加论文评审和答辩委员会的老师！感谢在学习和研究期间，给予我大力支持和帮助的所有老师和同学们！文中如有不足，请您指教！