1、安全气囊与乘员保护系统课安全气囊与乘员保护系统课程程本章的主要内容 安全带和安全带收紧器 前安全气囊 侧安全气囊 安全气囊系统的组成部件 汽车翻滚保护系统 乘员分类和儿童座椅自动识别 乘员保护系统展望 汽车的安全性通过主动和被动安全系统来实现。主动安全系统主动安全系统通过措施和技术设备来避免事故的发生。被动安全系统被动安全系统指通过车内相关设施来减轻由于车祸对乘员和其他人员造成的不良后果。主动安全系统-ABS被动动安全系统-SRS汽车的安全性汽车的安全性乘员保护系统 乘员保护系统作为一种被动安全系统，其目的是使发生交通事故时作用在乘员上的加速度和力最小，并减小交通事故的后果汽车上主要的乘员保护
2、系统 安全带和安全带收紧器 安全气囊系统（一）安全带和安全带收紧器1、任务（1）安全带：当汽车撞在障碍物上时，安全带将车内乘员拉回到座椅上。（2）安全带收紧器：改善三点式自动安全带的拉回性能并提高防伤害能力安全带安全带安全带收紧器安全带收紧器2、肩式安全带的工作原理 在激活安全带收紧器时电子点燃烟火推进剂。烟火爆炸产生的高压气体作用在活塞上，并通过拉线带动安全带收紧器卷轴转动，使安全带紧贴在乘员身上。气缸气缸活塞活塞拉线拉线点火器点火器2、肩式安全带的工作原理气缸气缸活塞活塞拉线拉线点火器点火器3.安全带收紧器的作用 安全保护系统是尽可能地减小在汽车减速时乘员从座椅上向前移动的距离。（1）在汽
3、车碰撞时肩式安全带收紧器在收起和拉紧状态可消除安全带的松弛和“卷带”效应。（2）在汽车碰撞后很短时间内激活安全带收紧器，将乘员尽早拉回来，可尽可能减小乘员从座椅上向前移动的距离。4.其他形式的安全带拉紧器（1）锁式安全带收紧器。（2）肩式安全带收紧器和冲击式安全带收紧器相结合。（3）机械式安全带收紧器。（4）安全带拉力限制器（4）安全带拉力限制器 作用：避免安全带收紧器工作时因拉力过大导致年长乘员腿、脚损伤和肋骨骨折。力量限定力量限定 4,0 kN 加速度加速度 g有力量限制器有力量限制器没有力量限制器没有力量限制器 安全带拉力限制器举例扭杆（安全带卷轴）安全带拉紧器拉紧安全带拉紧器拉紧扭杆弹
4、簧变形扭杆弹簧变形 安全带拉力限制器举例扭杆（安全带卷轴）转轴转轴安全带绞盘安全带绞盘 安全带拉力限制器举例安全带上的接缝 单独的安全带收紧器在汽车严重碰撞时无法阻止驾驶员头部撞到转向盘上单独的安全带收紧器保护作用有限。（二）前安全气囊系统 安全气囊的作用 当汽车遭受冲撞导致车速急剧变化时，安全气囊迅速膨胀，承受并缓冲驾驶员或乘员头部与身体上部和膝盖部位的惯性力，减轻人体遭受伤害的程度。汽车碰撞的种类侧面碰撞车顶稳固性车车碰撞偏移碰撞 撞柱碰撞车车碰撞前部碰撞尾部碰撞研究表明：1、在汽车碰撞事故中，正面碰撞致死率是最高的；2、侧面碰撞的致死率仅次于正面碰撞，而致伤率位居第一位不同碰撞事故中的致
5、伤率 汽车上主要装备的气囊种类 前安全气囊 侧安全气囊前安全气囊前安全气囊侧安全气囊侧安全气囊1、前安全气囊的任务：当汽车以高达60km/h的速度碰撞到固定障碍物时，前安全气囊可防止驾驶员和副驾驶员（乘员）头部和胸部受伤2、安全气囊系统的工作原理图发生碰撞发生碰撞电控单元电控单元不启动安全气囊不启动安全气囊没有达到触发条件达到触发条件几乎同时产生电流气体发生器气体发生器产生气体化学反应启动安全气囊启动安全气囊挤压排气排气排气孔加速度传感器加速度传感器电子判断装置电子判断装置前安全气囊的动作过程安全气囊动作过程（1）碰撞后 SRS经历的 的动作 时间 状态 0 ms 遭受碰撞10ms 点火引爆
6、开始充气安全气囊动作过程（2）碰撞后 SRS经历的 的动作 时间 状态 40 ms 气囊充满 人体前移安全气囊动作过程（3）碰撞后 SRS经历的 的动作 时间 状态 60 ms 排气节流 吸收动能安全气囊动作过程（4）碰撞后 SRS经历的 的动作 时间 状态 110 ms 人体复位 恢复视野 120 ms 危害解除 车速为零安全气囊系统的主要功能 碰撞识别 气囊打开的时间控制 气囊充气控制辅助功能：备用电源供给 系统安全监控自诊断功能（3）前安全气囊系统的主要组成控制单元控制单元传感器传感器 减活开关减活开关 座椅使用识别座椅使用识别 安全带佩戴识别安全带佩戴识别其他控制单元其他控制单元驾驶员
7、前气囊点火器驾驶员前气囊点火器 副驾驶前气囊点火器副驾驶前气囊点火器副驾驶侧副驾驶侧气囊关闭报警灯气囊关闭报警灯系统监控报警灯系统监控报警灯 诊断接口诊断接口安全带张紧器安全带张紧器 3、碰撞识别（1）作用：对碰撞的强度和形式进行识别（2）实现元件：传感器 利用电子加速度传感器，测量汽车在碰撞时的减速度，由此可算出汽车速度的变化，以此识别汽车碰撞强度与形式。（3）为了避免由于不当的安全气囊开启引起的乘员伤害或死亡，作为对碰撞识别传感器的补充，增加了一下措施：减活开关 充气控制（控制充气的时间与充气量）4、智能安全气囊系统1、“前向”传感器，2、带集成翻滚感应的中央安全气囊ECU，3、带儿童约束
8、装置自动识别功能的乘员分类座垫，4、重量传感器，5、不在位传感器，6、侧面气囊传感器(加速)，7、侧面气囊传感器(压力)，8、行人碰撞传感器，9、总线结构（三）侧安全气囊 任务：侧安全气囊在汽车发生侧向碰撞时防止通过提供柔软的支撑防止乘员受伤侧安全气囊侧安全气囊（四）部件1、传感器（1）加速度传感器（2）压力传感器传感器名称传感器名称安装位置安装位置作用作用实物图实物图中央加速度传感器ECU内部检测纵向与横向加速度可信度传感器ECU内部检测纵向加速度低重力传感器ECU内部检测纵向与垂直加速度转动率传感器ECU内部检测绕纵轴的转动率外设的加速度传感器（PAS）车身检测纵向或者横向加速度双向加速度
9、传感器检测纵向与横向加速度外设压力传感器（PPS）车门总成内 检测由于车门变形引起的绝热压力变化内设的碰撞传感器（Internal Crash Sensors）中央加速度传感器中央加速度传感器 Central acceleration sensorThe central acceleration sensor is integrated in the airbag control unit and provides signals along the vehicles longitudinal and lateral axis in one device.These signals are r
10、equired to generate the airbag triggering decision and provide a plausibility signal.The sensor is manufactured using surface micro-mechanical technology.可信度传感器可信度传感器 Plausibility sensorThe plausibility sensor is a one-axis acceleration sensor and is integrated in the airbag control unit.The sensor
11、is used to generate a separate crash plausibility signal.By means of its signals the airbag control unit can verify the triggering decision.The sensor can be used in configurations without any upfront sensors.低重力传感器低重力传感器 Low-g sensorThe sensor is designed for the rollover sensing application.It mea
12、sures accelerations both in the vehicles longitudinal and vertical axis.Together with the angular rate signal the rollover sensing algorithm is able to detect a vehicle rollover event.Additional sensor signals about the vehicle dynamics help to improve this application even further.转动率传感器转动率传感器 Roll
13、 rate sensorThe roll rate sensor is integrated in the airbag control unit and measures the vehicles yaw rate along its longitudinal axis.Together with acceleration signals the rollover sensing algorithm is able to detect a vehicle rollover event.Additional sensor signals about the vehicle dynamics h
14、elp to improve this application even further.外围传感器（Peripheral Sensors）In order to provide early signals about a crash event,peripheral sensors are located in the vehicles side and front area.Optionally,it is possible to locate a sensor in the car rear end.All sensor data is processed by the central
15、airbag control unit.The triggering decision of the airbag control unit is based on information from the internal and the peripheral sensors.Acceleration sensors(PAS/UFS/PCS)Two-channel acceleration sensor Pressure sensor(PPS)Peripheral Sensor Interface(PSI5)外设的加速度传感器与外设的加速度传感器与前端碰撞传感器前端碰撞传感器Peripher
16、al Acceleration Sensor(PAS)and Upfront Sensor(UFS)In addition to the central acceleration sensors integrated in the airbag control unit,Bosch also makes use of Peripheral Acceleration Sensors(PAS)and Upfront Sensors(UFS)for side,front or rear installation.The sensors are secured with only one fasten
17、er.This makes them more compact and eases assembly for the vehicle manufacturer.双向传感器双向传感器Two-channel acceleration sensor(PAS enhanced)Alongside the Peripheral Acceleration Sensor(PAS)and the Upfront Sensor(UFS),the two-channel acceleration sensor(PAS enhanced)offers an additional variant.This senso
18、r is able to measure accelerations in two directions.The optional installation of this sensor can achieve improved performance of the system as additional acceleration data on the vehicles longitudinal axis is made available.Pedestrian Contact Sensor(PCS)行人碰撞传感器行人碰撞传感器 In order to protect pedestrian
19、s from the effects of frontal impact,Bosch has developed special acceleration sensors(Pedestrian Contact Sensor)for the installation in the front bumper.These sensors immediately detect a pedestrian impact and signal the ECU that the engine hood needs to be slightly lifted,in order to gain additiona
20、l,valuable deformation space between hood and engine block thus minimizing the risk of injury.The Pedestrian Contact Sensors can also contribute towards improved front crash sensing.外设的压力传感器外设的压力传感器 Peripheral Pressure Sensor(PPS)Depending on the vehicle application a combination of two or four PPS
21、combined with peripheral acceleration sensors is connected to the airbag control unit.A robust triggering decision is achieved by using two physical measuring principles.The Peripheral Pressure Sensors identify side crashes and are mounted in the door compartment.（3）硅表面微机械加速度传感器 作用：检测前方和侧向的加速度值奥迪车上的
22、安全气囊系统所用的前部碰撞传感器硅表面微机械加速度传感器1=壳体；2=传感器和信号处理芯片；3=外盖 硅表面微机械加速度传感器芯片照片:传感器结构的中间,电子处理区域的外部传感器固定放大图 结构和功能结构和功能 在加速度力的影响下(惯性使物体移动)中间电极的距离发生变化。因此电容片会向相对方向移动，其中一些会相互靠近。各自的电容也会相应减少或扩大。这种差值的形成正是加速度变化的侧算值。这种差动电容器由硅元素制成。其硅面微型结构采用了蚀刻技术。2、用于安全带收紧器、前和侧安全气囊以及防汽车翻滚的综合电控单元BOSCH AB plusBOSCH AB base and AB enhancedBOS
23、CH AB light中央电控单元所集成的功能：（1）利用加速度传感器和安全开关或者通过两个加速度传感器但没有安全开关识别汽车碰撞。（2）利用转动率加速度传感器、低g传感器识别汽车翻滚。（3）在汽车纵向发生不同形式的碰撞时，能准时控制前、侧安全气囊。（4）控制汽车翻滚乘员保护机构（5）为开启侧安全气囊，电控单元与中央的一个横向加速度传感器和2个或4个外设的加速度传感器一起工作。控制单元内的安全传感器对于乘客保护系统的释放来说，必须附加一个独立的物理设备（加速度接收机械开关-安全传感器），来对安全系统进行双倍保护。结构和功能：结构和功能：安全传感器由一个被环形永久磁铁和压力弹簧围绕的簧片接触器组
24、成。发生强烈碰撞时，带地线的永久磁铁逆弹簧力向左位移，并利用 其磁场闭合簧片接触器。此第二个释放信号在控制单元内激活气囊释放的最终安全传感器(安全气囊控制单元的安全开关)安全传感器安全传感器（6）电压转换器和能量存储器用于汽车蓄电池在碰撞时受损的情况。（7）选择性开启安全带收紧器的控制。（8）根据安全带使用状况和座椅占用状况，要为两级安全带收紧器和两级前安全气囊调整多个点火控制的时间阀值。（9）把关器（WD，Watchdog）（10）诊断电控单元内部、外部功能和系统部件。（11）用碰撞记录仪存储故障类型和故障持续时间。Gasgenerator FG2-NA气体发生器描述描述-TRW 系统公司
25、GmbH&Co.KG-单极烟火制造技术的驾驶员气体发生器-适用:前部碰撞,驾驶员侧-不含叠氮化物的烟火制造技术的气体发生器-气囊大小:42ltr.至 75ltr.-重量:430 g-Audi:A2,A3,A4-不同的引爆触发器I=1,75A 超过t=2ms 引爆次序,气体走向3、气体发生器 FG2-NA无烟气体发生器 TRW 安全气囊系统公司单极烟火制造技术的气体发生器 1234567891 盖盖(铝合金铝合金)2 电子引爆器电子引爆器3 混合引爆剂混合引爆剂4 燃烧舱燃烧舱(铝合金铝合金)5 燃烧舱滤网燃烧舱滤网(钢钢)6 推进剂储存罐推进剂储存罐(铜铜)7 推进剂推进剂8 滤清器组滤清器组
26、(不锈钢不锈钢)9 滤清器外壳滤清器外壳(钢钢)结构和功能结构和功能-气囊中运用的烟火制造技术源于火箭推进技术。-控制单元将用一个I=1,75A 超过t=2ms的电流点燃电子点火器(2)(引爆电阻丝)。点火器中的电阻丝加热点火器中的推进剂，进而又再点燃混合扩爆剂（硼和硝酸钾）(3)。-混合扩爆剂(3)点燃推进剂(7)，推进剂的特点是可在短时间内产生大量烟雾。-产生的气体通过内部滤清器（5）或外部滤清器（8）从燃烧舱（4）进入气囊。滤清器的作用是冷却气体，并尽可能滤除一部分气体。-出于环境保护的考虑，推进剂存放在铜制焊接储存罐（6）内。FG2-NA无烟气体发生器123456789第一级,1,75
27、A ber 2ms 第二级 5-100 ms后,1,75A ber 2 msFG2-Twin气体发生器(TRW-Systems公司)（五）汽车翻滚保护系统1、任务：（1）用于软篷敞篷车和没有固定弓架的双门轿车的乘员保护。（2）对一般轿车发生翻滚时的乘员保护。2、工作原理：ECU使用传感器对汽车翻滚状态进行识别，激活相应的乘员保护系统执行器，如安全带收紧器和头部安全气囊，在软篷顶敞篷车上使用可升起的防翻滚保护弓架或可伸高的头部保护套。（六）乘员分类和儿童座椅自动识别 主要元件是与压力有关的压阻元件。压阻元件电阻随压力增加而减小，通过测量电路可得到与压力有关的电信号。对所有敏感点的分析就可得到乘员
28、坐在座椅上的座椅面大小和座椅面轮廓的各局部重心分布。有OC电控单元的敏感气垫（七）乘员保护系统展望1、改进乘员保护系统执行机构2、改进碰撞识别3、主动与被动安全系统相结合行人保护系统电子设备对其进行分析评价，并控制传动装置传动装置(例如：可移动的铰链)可将发动机盖举起传感器信号光纤导体传感器（接触传感器），安装在前部塑料泡沫中（保险杠）Source:Witte Velbert,ETO Magnetic,FESTO奔驰c级（W204）安全气囊的位置Peripheral Sensor Interface(PSI5)PSI5 is a cost-efficient digital point-to-
29、point interface for the transmission of sensor data.The sensor data can be transmitted both synchronously and asynchronously via a dual-wire interface.Up to three peripheral sensors can be connected to one PSI5 interface.2、安全气囊系统的主要组成控制单元控制单元安全传感器安全传感器 碰撞传感器碰撞传感器 座椅使用识别座椅使用识别 安全带佩戴识别安全带佩戴识别其他控制单元其他控制单元驾驶员侧气囊点火器驾驶员侧气囊点火器 副驾驶侧气囊点火器副驾驶侧气囊点火器侧面气囊点火器侧面气囊点火器头部气帘点火器头部气帘点火器副驾驶侧副驾驶侧气囊关闭报警灯气囊关闭报警灯系统监控报警灯系统监控报警灯 诊断接口诊断接口安全带张紧器安全带张紧器
