电子式安全气囊的控制检测系统.doc
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1、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
2、(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
3、硬件。关键字 : 安全气囊; 传感器; 被动安全;控制检测IABSTRACTIn 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
4、 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 s
5、ystem, 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 occup
6、ant 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. Automobil
7、e 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 poss
8、ible 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 eff
9、ective 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21.1 安全气囊系统的作用和分类21.1.1 安全气囊的作用21.1.2 安全气囊系统的分类41
10、.2 国内外汽车安全气囊的发展41.3 安全气囊的正确使用51.4 安全气囊的发展趋势61.4.1安全气囊的智能化71.4.2 安全气囊的绿色环保化81.4.3 安全气囊的虚拟技术化81.4.4 安全气囊的小型化91.4.5 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102.1 安全气囊的组成102.2 安全气囊的传感器102.3 安全气囊的工作过程142.4 安全气囊的工作原理15第3章 系统的硬件设计183.1 系统接口硬件设计183.1.1 连接器193.1.2 电源输入203.2 内部硬件设计213.2.1 电源模块电路设计233.2.2 爆破电路设计233.2.3 电能积聚
11、功能电路设计243.3 关键元器件的功能介绍253.3.1 微处理器253.3.2 加速度感应器283.3.3 气囊爆破控制器件29第4章 系统的软件设计314.1 控制系统流程图314.2 气囊爆破系统算法逻辑设计324.2.1 乘客在座感应控制器334.2.2 安全乘客座势距离控制器344.2.3 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140附录24350前 言发生交通事故时,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
12、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。近几年来,汽车作为一种便捷的现代化交通工具,给人们带来了不少的方便,但是因为交通事故也给人们造成不少严重的损失。因此汽车的安全问题便一直伴随在我们身边。随着高科技的发展,新型的汽车安全部件诞生了,即汽车安全囊。安全气囊对乘员的保护效果是非常明显的,被称为驾驶员的“救命袋”,它可以
13、保护人在汽车发生事故所引发的安全问题,同时也给汽车工业带来了繁荣。第1章 概述1.1 安全气囊系统的作用和分类1.1.1 安全气囊的作用安全气囊系统俗称SRS直译为辅助防护系统。由于安全气囊是辅助防护系统的重要装置,所以人们用SRS表示为安全气囊系统。安全气囊的是最近发展起来的被动安全装置。它对驾驶员和乘员的头部,颈部安全有着十分明显的保护作用。特别是汽车正面碰撞和侧面碰撞时,其保护作用尤为明显。安全统计结果表明,汽车发生事故时,人体胸部以上受伤的机率高达75%以上,而座椅安全带对人体胸部以上的保护作用是十分有限,尤其是车速快时更是如此。在汽车发生冲撞时,安全气囊系统对保护驾乘人员的安全十分有
14、效。目前安全气囊系统一般为转向盘单气囊系统,或者双气囊系统。安装有双气囊和安全带预紧器系统的车辆在发生冲撞时,不管速度高低,气囊和安全带预紧器同时动作,因此造成低速冲撞时气囊的浪费,使维修费用增加很多。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;被动安全是指在万一发生事故的情况下,汽车保护乘员的能力。当汽车发生事故时,对乘员的伤害是在瞬间发生的。例如,以车速50公里/时进行正面撞车时,其发生时间只有十分之一秒左右。为了在这样短暂的时间中防止对乘员的伤害,必须设置安全装备,目前主要有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统。由于很多事故是难以避免的,因此被动安全性也非
15、常重要,安全气囊作为被动安全性的研究成果,由于使用方便,效果显著,造价不高,得到了迅速的发展和普及。安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。为了减小汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害,现代汽车在驾驶员前端方向盘中央普遍装有安全气囊系统,有些汽车在驾驶员副座前的工具箱上端也装有安全气囊系统。实验和实践证明,汽车装用安全气囊系统后,汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。有些汽车不仅装有前端安全气囊,还装有侧向安全气囊,在汽车发生侧向碰撞时,也能使侧向安全气囊充气,以减小侧向碰撞时的伤害。安装了安全气囊装置的轿车方向盘,在平常情况下与普通方向盘没有什么区
16、别。但一旦车前端发生了强烈的碰撞,安全气囊就会瞬时间从方向盘内“蹦”出来,垫在方向盘与驾驶者之间,防止驾驶者的头部和胸部撞击到方向盘或仪表板等硬物上。这种奇妙的装置自从面世以来,已经挽救了许多人的性命。 表1-1 安全气囊对驾驶员和乘员的安全防护作用的比较安全气囊系统安全保护范围在汽车发生严重的正面碰撞和侧面碰撞时,对乘员提供头部和胸部有效的保护装备的可靠性依靠诊断装置进行一般故障检查,但无法进行系统零部件的无损检查装备的方便性对乘员无任何约束,但在汽车发生碰撞时,乘员可能会甩出座椅,在很大的范围内与车内装备发生碰撞维修的方便性维修较复杂,如零部件出现大的故障,则要更换全套安全气囊系统使用的普
17、及性及成本正在普及驾驶员和前排座安全气囊,并作为汽车标准装备装车,但造价高。其他形式的安全气囊暂时为选装件发展方向多方位、多个气囊的电子控制的安全气囊系统;智能安全气囊系统1.1.2 安全气囊系统的分类(1)按安全气囊系统的触发机构分机械式SRS机械式SRS不需要电源,没有电子电路和电路配线,全部零件组装再转向盘装饰盖板下面。检测碰撞动作和引爆点火剂都是利用机械装置动作来完成的。最早采用机械式SRS的是日本本田汽车公司。电子式SRS电子式SRS是机械式SRS电子式技术发展的产物。它是利用传感器检测碰撞信号并送往SRS电脑,SRS ECU根据传感器信号并利用内部预先设置的程序不断进行数学计算和逻
18、辑判断。当判断结果为发生碰撞时,SRS ECU立即发出点火指令引爆点火剂,点火器引爆时产生大量热量使充气剂受热分解,并产生大量氮气向SRS气囊充气。(2)按SRS的数量可分为:单SRS、双SRS、多SRS。(3)按SRS的功能可分为:正面SRS、侧面SRS和顶部SRS。1.2 国内外汽车安全气囊的发展最早发展安全气囊系统的国家是美国,是美国机械工程师约翰赫缀克于1953年发明的,并获得了题为“汽车缓冲安全装置(Safety Cushion Assembly For Automotive Vehicles)”的美国专利US2649311。它的发展历史过程可以概括为:发明于50年代,开发于60年代
19、,应用于70年代,发展于80年代,推广于90年代。安全气囊发明十多年以后,经过许多科研人员的努力,现代汽车安全气囊基本已经具为雏形。随后把这种想法或专利传人世界各国,到了1980年,德国开始实现了这个想法,并在汽车上安装了安全气囊,从此在市场汽车上都出现了这样能保护乘员头部躯干和膝部作用的安全系统,即汽车安全气囊。到了90年代以后,安全气囊的安全性已经被大家普遍接受,并作为一种具有现代化和高档次的安全装置。1973年,美国通用汽车公司开始出售可供顾客使用的汽车安全气囊。在1981年,德国奔驰公司销售了3000辆配有安全气囊的汽车。随后出现一系列关于汽车安全气囊的法规和条例,这给安全气囊的发展和
20、使用树立了一个重要的里程碑,之后各国许多汽车公司开始纷纷销售配有安全气囊的汽车,例如日本丰田、本田,美国福特、克莱斯勒,德国宝马,瑞典富豪等,在汽车上也出现了多个安全气囊。在这几十年的发展历程中,安全气囊也曾遭受过十分不利的局面,例如因气囊设计不合理而停止使用,因安全气囊误引爆问题,还被召回等问题。我国在汽车被动全性方面的研究工作起步较晚,但发展还是比较快的。我国研究单位先后建成或引进了汽车碰撞试验台,进行了整车碰撞试验及零部件模拟碰撞试验。在汽车安全措施问题上,我国刚开始对小型客车驾驶员和前排乘员强制使用安全带,随后国产轿车也开始研究配装安全气囊。随着我国的政策法规的颁布,为我国汽车业的发展
21、提供了良好的发展前景。历经十多年的研究与发展过程, 我国许多大学与事业单位的研究与技术已接近国际水平。清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验中作了大量的研究工作,这对我国的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。南京理工大学关于安全气囊方面的研究也正日益受到国际安全气囊产业的关注,还曾受国外著名公司邀请到德国做过多次评估,且得到他们的认可。目前国内的一些汽车公司成功地开发了两次动作的双安全气囊系统,根据汽车的速度和减速度的大小自动地选择是工作方式,这样可以保证了在低速发生碰撞时不浪费气囊,在速度大于30mh发生碰撞时,便于保护司乘人员的安全。我国安全气囊市场需求每年不断地增长,但目前就我国安全气囊零部
22、件例如其ECU、气袋、气体发生器、布料的国内采购率还很低,气囊组件配套还有很大的发展空间。因此,我们还要继续关注汽车安全气囊系统技术研究与开发工作。1.3 安全气囊的正确使用安全气囊系统能够增加对车内乘客的安全保护,但前提是必须正确地认识和使用气囊系统。1安全气囊必须与安全带一起使用如果不系好安全带,即使有气囊,在碰撞时也可能造成严重伤害甚至死亡。在撞车事故中,安全带可以减小您撞击车内物体或被抛出车外的危险。气囊是用来与安全带协同工作而不是用来取代安全带的。只有在中度至重度正面碰撞时,气囊才可能膨开。而在翻滚和后端碰撞时,或在低速正面碰撞时,或在大多数侧面碰撞时都不会膨开。车内的所有乘客都应当
23、系好安全带,无论他的座位有没有设置安全气囊。2乘车时与气囊保持合适的距离气囊膨开时爆发力很大,而且比一眨眼的时间还短。如果离气囊太近,例如身体前倾,可能会受到严重伤害。在撞车前和撞车过程中,安全带可以保持住您的位置。因此,即使有气囊,也要系好安全带。而且驾驶员应当在保证能够操控车辆的前提下尽量靠后坐。3气囊不是为儿童设计的气囊加上三点式安全带能够为成年人提供最佳的保护,但是却不能保护儿童和婴儿的安全。汽车的安全带和气囊系统都不是为儿童和婴儿设计的,他们需要用儿童座椅进行保护。4气囊指示灯仪表板上有一个气囊形状的气囊就绪灯,该指示灯可显示气囊的电气系统是否有故障。在起动发动机时,它会短暂地亮一下
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