汽车安全气囊毕业论文

汽车安全气囊毕业论文The final revision was on November 23, 2020

安徽现代信息工程职业学院

毕业论文

题目：安全气囊的应用与发展

姓名：赵开洋

院系: 机电工程系

专业：汽车检测与维修技术

届别: 2013届

学号：

指导教师：张坤

目录

汽车安全气囊的发展与应用

学生：赵开洋

指导老师：张坤

安信院机电系汽检1001班

[摘要]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、系统主要部件、气囊在车内的应用、气囊系统的工作原理、使用注意参项、安全气囊的维护等。

[关键词] 安全气囊；传感器；安全；发展；应用

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，而汽车安全气囊它在当今时代又如何的去发展和应用呢

一、汽车安全气囊的发展

（一）、国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(John w．Hertrick)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，应用于70年代，发展于80年代，推广与于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。从此在美国的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。

（二）、国内汽车安全气囊的发展

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研究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，还曾受国外着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30m／h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。

二、汽车安全气囊的结构与工作原理

（一）、安全气囊的组成

图安全气囊系统组成

1、传感器

此传感器安装在保险杠后与挡泥板之间，用来感侧低速冲撞的信号。前方左右2个传感器结构相同，都是偏心锤式机械传感器。传感器装在1个密封的防振保护盒内。

前方传感器的工作原理是：汽车正常行驶时，钮力弹簧将锤、动触头定在止点位置，传感器没有触发信号给中央控制器。当汽车冲撞时，惯性力克服弹簧的扭力而使其产生运动，带动触头转动，使动、静触头接合。此时，传感器向中央控制器发生"接通"信号，同时安全传感器也接通，于是电子控制器发出引爆安全带预紧器电雷管的指令，使安全带拉紧而达到安全保护作用。

2、中央传感器

中央传感器装在中央控制器内，用来感测汽车发生高速冲撞的信息，并将其输送到电子控制器，用来引爆气囊电雷管，使气囊张开。中央传感器是1个固体半导体压力传感器，它具有稳定性好、应变灵敏系数K值大(约100-150)及压敏电阻效应线性好等特点。其悬臂架压在半导体应变片的两端，当汽车发生冲撞时，半导体应变片在悬臂减速度力作用下发生弯曲变形，受压后的电阻发生变化，电阻的变化引起动态应变仪输出电压发生变化。汽车的速度越大，冲撞后产生的减速度力越大，则输出的电压也越大。由于半导体应变传感器输出特性受温度影响较大，故应用晶体管的基极发射极间电压Vbe 的温度变化来消除传感器输出特性的变化，所以半导体传感器要求有稳定电源。

3、安全传感器

本系统设立了2个安全传感器，用来防止系统在非冲撞时引起气囊的误动作。它们装在中央控制器内，是1个水银常开开关。当发生冲撞时，足够大的减速度力将水银抛上，接通电雷管电路。

4、电子控制器

电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等。它们都集中装在中央控制器上。实际上，引爆控制电路是1个晶体管开关电路。当传感器传来的信号电压足够大时，晶体管的发射极和集电极就导通，将传来的信号与已经储存的信号(电阻、电压)相比较，确认是冲撞信号后则接通继电器，由驱动电路接通电源与电雷管的总开关电路，引爆气囊和安全带电雷管。储存电路和诊断电路是合在一起的。诊断电路不断地分析和诊断气囊系统的各种故障，将这些故障编码储入储存电路，以备将来检修时用。与此同时、驱动电路使仪表盘上的SRS警告灯开始闪烁。

诊断储存电路监控如下故障：

①气囊误引爆和不引爆。

②传感器的失灵。

③系统各接头和线路的短路或开路。

（二）、安全气囊的工作过程及作用

其工作过程为：在发生碰撞事故时，传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀，使得乘员与一个较柔软的吸能缓冲物件相接触，而不是与汽车的

内饰件猛烈碰撞。当人体与气囊接触时，通过气囊的排气孔节流阻尼来吸收碰撞的能量，从而达到尽量减少伤害保护乘员的目的。

气囊是在碰撞发生时通过充气形成一柔软的气垫来起到缓冲吸能作用，从而减少对乘员的伤害。气体发生器主要用于汽车发生碰撞时，迅速产生大量气体，并给气囊充足气。控制装置是安全气囊系统的核心，它可以控制气囊系统的点火，进行系统的故障诊断，同时还可判定要保护的乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员等。控制装置中的传感器主要有三种类型：机械式、电子式及机电一体式。电控系统中的传感器的作用是检测汽车本身和乘员在发生碰撞时的减速度或惯性力，并将信息的计算和分析来决定是否要启动安全气囊，如果汽车碰撞足够强烈，达到了启动条件，电控系统就给触发装置发出点火信号使安全气囊点火。按其功能可分为碰撞强度传感器和防护碰撞传感器；碰撞强度传感器用来检测汽车碰撞的激烈程度，其信号用于电脑判断是否引爆点火剂，使安全气囊充气；防护碰撞传感器是起到保险作用，防止碰撞传感器短路造成气囊误引爆，其信号用于电脑确定是否发生了碰撞。

（三）、安全气囊的种类

1、按系统的控制形式分

按控制类型不同，安全气囊可分为电子式和机械式两种。无论是电子式还是机械式，工作原理大体相同，所不同的是控制系统的工作方式不一样。

（1）电子式安全气囊

由电子传感器、中央电子控制器、气体发生器、气囊等组成。传感器接到碰撞信号后，将信号传至中央电子控制器（ECU），信号经过判断、确认，当需要时，立即向引

爆装置发出引爆指令，使气囊迅速充气。电子式安全气囊已经在现代汽车上被广泛使

用。

（2）机械式安全气囊

由机械式传感器、气体发生器、气囊组成。气囊装于方向盘衬垫内，气体发生器在

气囊之下，传感器在气体发生器的下面。

这种气囊系统通过机械式传感器监测碰撞惯性力大小，并以机械式触发气囊充气。

机械式安全气囊在现代汽车上已经很少使用。

2、按系统的功用划分

安全气囊系统可分为正面SRS气囊系统、侧面SRS气囊系统。

正面SRS气囊系统安全气囊以汽车前方碰撞保护为前提而设计的，叫前方电子控制

式安全气囊系统。

侧面SRS气囊系统为了解决侧面碰撞的安全气囊，称为侧面安全气囊一般安装在车

门上。

3、按安全气囊数量分类

可分为单安全气囊系统，双安全气囊系统和多安全气囊系统。

（1）单安全气囊系统

单安全气囊系统只有一个安全气囊，该气囊安装在驾驶员侧的转向盘中。

（2）双安全气囊系统

双安全气囊系统除了安装在驾驶员侧外，在前座乘员侧也安装了一个安全气囊。由于前座乘员在汽车发生碰撞时的危险性比驾驶员的要大，所以前座乘员侧的安全气囊的尺寸通常

比较大，并与驾驶员侧的安全气囊同时起作用。一些车型将前座乘员侧安全气囊作为选装配置。

（3）多安全气囊系统

多安全气囊系统是指在车上安装了3个或3个以上的安全气囊。例如，瑞典沃尔沃850,960，通用的别克，上海大众帕萨特轿车等。

（四）、安全气囊的工作原理

当车辆发生碰撞时，安全气囊中的传感器感受汽车碰撞强度并将碰撞强度信号传递

给中央控制器，中央控制器接受、处理传感器传来的信号并进行判断，若碰撞强度达到

了安全气囊控制系统设计的展开安全气囊的条件时，中央控制器立即通过点火控制电路

向气体发生器传送安全气囊的点火信号触发气体发生器，气体发生器点火后使迅速产生

大量的气体，经过过滤后充入气袋，在乘员和汽车内部结构之问展开一个充满气体的气袋，使得在发生碰撞事故时，乘员能够与比较柔软的气袋相接触，而不是与坚硬的汽车

结构猛烈碰撞，从而达到减少伤窖、保护乘员生命的作用。

安全气囊作用过程为：碰撞发生后0～20ms内传感器将信号输送到中央电子控制器（ECU），ECU判断后确认是严重碰撞则引发气体发生器，在20～60ms内高温、高压气体（氮气）经过滤冷却进入气袋，气袋张开形成气垫，将乘员与车内装备隔开，60～

100ms后气袋排气孔打开，气囊泄气并收缩。气体的阻尼作用吸收了碰撞的能量，缓解

了气囊对乘员头部和脸部的压力，乘员陷入较柔软的气囊中，使得乘员得到保护。最后

气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。图2-4是安全气囊的工作原理图：

图2-4 汽车正面碰撞时安全气囊发生作用的过程示意图

三、安全气囊系统的使用与检修

（一）、安全气囊系统检修注意事项

1)安装与维修工作必须由专业人员来完成。

2)为了防止气囊的意外引爆，在对气囊系统进行任何操作时，均应摘下蓄电池的负极

导线，等30s后方可进行操作。

3)不要是安全气囊系统部件受到85℃以上的高温。

4)安全气囊主件及控制单元应避免受到磕碰和震动。

5)检测时不可使用检测灯、电压表和电阻表，以免造成气囊误爆。特别是在检修安全

气囊的过程中，切勿测量点火器的电阻，该操作可能造成气囊膨胀开，非常危险。

6)若在事故中气囊被引爆，为安全起见，所有元件都需要更新。

7)安全气囊置有更换日期，即使不撞车，到期后也需要更换。

（二）、安全气囊的检修方法

安全气囊系统主要由安全气囊、气体发生器、传感器和电子控制装置等组成。安全气囊系统自身就设有自诊断功能，系统有故障时，仪表盘上的故障报警灯报就会点灯，提示驾驶员安全气囊系统有故障，同时把故障以故障代码的形式储存起来。维修人员可根据读取故障码的形式排除故障。按操作方式分一般分为手工调码和解码器调码两种。（1）安全气囊系统的检测与故障排除，如图3-2所示：

图3-2系统检测与故障排除

（2）SRS警告灯不灭的检修。

打开点火开关至ACC或0N档时，安全气囊提示灯点亮6s后熄灭，表示系统正常，若灯不熄灭或在汽车行驶中灯点亮，则表明SRS—ECU已存储故障码。可能有三种情况：

1）曾经发生过碰撞事，SRS—ECU自诊断系统存储有故障码，修复后没有清除故障码；

2）曾经拆过SRS的电路，装复后没有清除故障码；

3）SRS中确实存在故障，如传感器故障或线路故障或SRS—ECU故障。

前两种情况(即记忆故障码)可以通过清除故障码来排除；第三种情况(即当前故障码)较多的是由螺旋电缆断开、电源和搭铁不良、连接器接触不良等原因所引起，SRS—ECU一般来说很少损坏。

（3）读取故障代码。

1）使用检查用导线：

①当前的故障代码，将点火开关旋至“0N”位置，等待约20S。使用SST(检查用导线，09843～18040)连接DLC3插头上的Tc和CG瑞子；

②过去的故障代码。用ssT连接DLC3插头的Tc和cG端子，将点火开关旋至“ON”位置，等待20s。要特别注意端子连接位置，以避免发生故障。

③读出故障代码

2）使用手持式检试仪,连接手持测试仪，根据屏幕上的提示读取故障码。

（4）清除故障代码。

1）不使用检查用导线点火开关关闭，则故障代码便清除；

2）使用检查用导线：

①将检查用导线连接在DLC3插头的Tc和A／B端子上；

②将点火开关旋至“ON”位置，等待6s左右。

③从Tc端子开始，在Is内交替将Tc和A／B端子接地，确保接地可靠；

④清除故障代码几秒后，SRS警告灯以50ms的间隔闪烁，表示故障代码已经清除。3）使用手持式检测仪将手持式检测仪连接在DLC3插头上，接照屏幕提示清除故障代码。

当SRS有故障，而读取故障代码为正常时，应根据故障症状表(如表1-1所示)所示排除故障。

表1-1故障症状表

四、汽车安全气囊的发展趋势

汽车安全系统是汽车电子领域增长最快的一部分。汽车的安全设计在整车设计中所占的比例也越来越大。汽车安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全系统旨在提高车辆行驶的稳定性，防范事故于未然。被动安全系统是事故发生后开始起作用，以减缓事故严重程度。汽车安全气囊属于被动安全系统。我国2000年实施了CMVDR 294《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》，该法规等效于欧洲ECER94 法规。最近，我国的侧面碰撞法规已经开始实施，这将对我国车辆的碰撞安全性能和驾乘人员保护系统提出更高的要求。汽车安全法规体系的不断完善，将带动中国汽车电子市场的发展。

随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快。智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。

新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1 级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便引爆车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。

汽车安全气囊作为一种设想提出来后到今天成为必需的安全装备在汽车上广泛应用已经过了整整半个世纪的历程。安全气囊有效地减小了在汽车碰撞事故中乘员的伤亡，它的保护效果在汽车安全研究领域得到广泛的认识和高度重视。随着汽车安全气囊的普遍推广应用，安全气囊系统的各关键技术环节均成为汽车安全研究领域的重点。

当前安全气囊新技术的开发研究可以概括为向着气囊的智能化、绿色环保化、虚拟技术化等方向发展。

(一)、安全气囊的智能化

随着电子信息技术的飞速发展，形形色色的智能技术在汽车上得到推广应用，智能化安全气囊就是其中之一。它是在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相配套的计算机软件而制成。其重量传感器能根据重量感知乘客是大人还是儿童，其红外线传感器能根据热量探测座椅上是人还是物，其超声波传感器能探明乘员的存在和位置等。计算机软件则能根据乘客的身体、体重、所处位置和是否系安全带以及汽车碰撞速度及撞

击程度等，及时调整气囊的膨胀时机、速度和程度，使安全气囊对乘客提供最合理有效的保护。

这种气囊系统能够在汽车碰撞的一瞬间，根据碰撞条件和乘员状况来调节气囊的工作性能。它解决了安全气囊膨胀过快而对乘客造成的挤压伤害问题。杰戈娃汽车公司生产的轿车座椅上还装有一种德尔福传感器公司开发的乘客体重传感器和一个皮带扣夹张紧传感器，可以指示乘客的体重和身材。

这种传感器还可以指示出乘客是否使用了安全带。整个传感器系统将由神经网络控制。为保证精确地确定乘客的位置，采用了4个超声波传感器：来自这些传感器的信息输送给神经网络，然后计算出乘客的体重和位置、衣服穿戴的类型等。还能确定他们的精确位置，身体向后仰还是向前倾。控制系统和传统的进行数字信号处理的微处理器结合使用。该系统提供两种膨胀的速度，采用了TRW公司开发的2级安全气囊充气装置，由控制系统决定是否起动安全气囊。例如，如果乘客的身驱支靠着仪表板，则不启动安全气囊。如果需要展开安全气囊，一级和二级充气装置都将启动。这种新安全气囊的其中一个优点，是比普通气囊展开的次数少。

(二)、安全气囊的绿色环保化

目前汽车安全气囊中普遍使用了迭叠化钠。从环保和人体健康角度讲，迭氮化钠是一种有毒物质，其毒性是砷的近30倍。此外，从安全角度讲，迭氮化钠在被激活后释放的气体冲起气囊的同时，还会生成固态的钠，钠的化学性质非常活泼，特别是在与水接触时可以直接燃烧。因而，避免使用有潜在危险和有毒性的含钠物质，采用新型气体发生技术，使之符合环境保护的要求，是汽车安全气囊发展的一个方向。如TRW公司采用非叠氮化合物的推进剂作动力，替代了原来安全气囊所用的固体氮化合物；有采用

空气和氢的混合物的安全气囊，氢燃烧后产生的热气体，能以很快的速度充满安全气囊；也有其他采用氦气其膨胀的新型安全气囊系统。

另外，最近法国地区发展规划和环境部建议，抓紧对汽车安全气囊进行技术改造，今后，车辆安全气囊中的迭氮化钠将由推进剂代替，避免使用存在潜在危险和有毒性的含钠物质。而推进剂是火箭所使用的燃料，在特定条件下，它可以释放出强大的能量。

（三）、安全气囊的虚拟技术化

采用计算机模拟的“虚拟技术”方式替代轿车实物碰撞。它由一台超级计算机进行“虚拟试验”，从而一方面减少人力、物力、财力的消耗；另一方面也加快了产品的开发周期。超级计算机位于一间配有精密气候调控系统的机房中，进行模拟碰撞试验时，一方面测算轿车的设计对减少驾驶员和乘客受伤的风险能起多少作用，另一方面研究轿车受撞变形的方式，以及安全带和安全气囊之类防护系统应如何设计，才能达到最佳的防护效果。而各种运算都是以现实交通中发生的同类事故为依据进行的。

（四）、安全气囊的小型、轻型化

安全气囊总成将采用体积小的新型气体发生器，它采用压缩气体的混合式气体发生器及采用有机气体的纯气体式气体发生器。另外，安全气囊作为一个高度集成化的系统和模块，德尔福传感器公司将推出了世界上最小的安全气囊模块，使方向盘既美观简洁，又有足够的空间来集成更多的控制系统。德尔福的技术可以提供高度紧凑型的乘员正面保护安全气囊，而且气囊系统的盖板与方向盘的接缝非常细小，几乎看不出来；安装的位置也比较独特，且方向盘看上去更漂亮。

（五）、安全气囊的保护全方位化

安全气囊不再仅局限于保护驾驶员与前座乘员。现代汽车还将采用了窗帘一般的侧气囊，这样即使是侧面被撞，车内乘员的安全也能得到充分的保证。

如：侧翼气囊，它是置于车门两侧及车顶的气囊装置。来自侧翼撞击的力量必须足够大时才能触发气囊充气，仅是踢踹或撞击产生的能量还不足以造成气囊装置的触发。当侧面撞击发生时，撞击力虽被分散，但还有一部分由车门传至装有传感器的座椅上，就在门与传感器接触的刹那，火焰推动两个气体发生器，以高达每秒2000米的速度，差不多是七倍的音速为气囊充满氮气。它还可以在撞击发生的关键瞬间，自始至终地保护着人体的上身。

（六）、正在研制的此型保护气囊还有以下5种：

(1)安装在转向盘下方膝垫部位的安全气囊可保护下脚正碰撞中免受伤害。

(2)安装在制动踏板下的安全气囊以保护脚和踝关节在正碰撞中免受伤害。

(3)安装在前座椅靠背上的安全气囊以保护后座乘员。

(4)安装在汽车发动机罩下的安全气囊，保护行人。

(5)安装在前挡风玻璃边框的安全气囊以减少行人在汽车碰撞事故中头部的损伤。

参考文献

[１] 范迪彬，《汽车构造》.安徽: 科学技术出版社

[２] 代汝泉,《汽车运行性能》.北京: 国防工业出版社

[３] 邓楚南,《轿车构造下册》.北京: 人民交通出版社

[４]李春明,《汽车电气设备与维修》高等教育出版社

[５] 李炳泉,《桑塔纳2000型轿车构造》.北京: 机械工业出版社

[６]陈志恒，《汽车电控技术》.北京:高等教育出版社

致谢语

三年的学习生涯马上就要画上句号了，毕业前所有努力与付出都凝聚在这篇论文里面。相信它虽然算不上上乘之作，但却是我用心血浇灌的答卷。而且更有论文指导老师您的耐心点拨和诚恳建议。

感谢指导老师以及各位任课老师，他们丰厚的知识积累和敬业精神，给予了我很多的教益。同时也感谢我的同学们，正是和他们三年的朝夕相处，一起上课一起讨论问题，让我逐渐有了对问题的思考意识，从而更好地规划自己的学业。三年的求学时光给我留下了美好的回忆，它将成为我今后人生旅途中新的起点。