汽车安全气囊的工作原理及故障检修

河南机电高等专科学校毕业设计目 录绪 论1第一章 汽车安全气囊的发展史21.1 国外汽车安全气囊的发展21.2 国内汽车安全气囊的发展3第二章 安全气囊系统的分类52.1 按结构形式52.2 按保护对象和方位5第三章 汽车安全气囊的工作原理及结构93.1 汽车安全气囊的组成及作用93.2 安全气囊的工作原理153.3 安全气囊的工作过程153.4 安全气囊的正确使用18第四章 安全气囊故障的检测与维修214.1 安全气囊系统故障诊断基本流程214.2 安全气囊系统故障分析与检测224.3 和悦安全气囊的检测与维修244.4 奇瑞A5安全气囊故障案例及检测27致 谢31参 考 文 献32绪 论在我国，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交通事故逐年上升。所以，汽车的安全性就变得尤为重要。汽车安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。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(简称SRS)等。由于很多事故是难以避免的，因此被动安全性也非常重要，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。现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊。今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。然而，从安全气囊的迅速发展过程中，我们可以看到，我国以及世界上在减少驾乘人员伤亡，保护驾乘人员的生命财产安全的过程中都是采取的治标不治本的方法。其实减少交通事故才是最为主要的事情。当然，在这之前安全气囊等安全措施的使用还是很重要的。第一章 汽车安全气囊的发展史1.1 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。目前，已在北美、欧洲、日本等发达国家和各地区流行，但只有在美国以立法的形式强制安装。1953年8月，John ·W·He·Trick首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”，并获得了题为“汽车缓冲安全装置”的美国专利。他在1952年的一次事故后，萌发了设计撞车安全装置的想法。在一次事故中，他为躲避一个障碍物而猛打方向盘，并进行制动，他和妻子都用手臂本能地保护坐在前座中间位置上的女儿。这次事故后他意识到必须有一个更好的装置来保护乘员，两周之后他绘好了设计图纸交给了代理人，这份图纸确定了今天安全气囊的雏型。但由于当时技术水平及人们观念的限制，未被广泛接受或认可，当时的美国人更倾向于安装安全带。而当意识到只有不到15的汽车驾驶员和乘员使用安全带时，60年代末，美国高速公路行车安全管理局开始考虑汽车厂商发展安全气囊。70年代，美国通用、福特，德国奔驰、日本丰田等汽车公司以及美国MONTON公司、TRW公司、德国TEMIC公司、ICT研究院、日本DAICEL公司、瑞典AUTOLIV公司等均开始投入大量资金和人力研究与发展安全气囊，其中1971年5月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量使安全气囊的研究与发展进入了一个全新的发展阶段。1973年美国通用汽车公司开始出售可供顾客选配的汽车气囊系统。1984年，安全管理局在著名的“联邦机动车安全标准”208条乘员碰撞保护中增加了安装气囊的要求，这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的法则及指导方向。1993前后，美国政府立法规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座均应装备安全气囊。另外，还要求，1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊。安全气囊在近几年得到飞速发展，价格大幅下降，装备安全气囊的轿车从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时有些轿车前排安装了乘客用安全气囊（即双气囊规格），乘客用安全气囊与驾驶员用安全气囊相似。只是气囊的体积要大一些，所需的气体也多一些而已。进入90年代以来，安全气囊的安全性已经被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。但是，对于驾驶员和乘员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的。1.2 国内汽车安全气囊的发展我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。上个世纪80年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。随着世界汽车进军我国，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机。1992年，我国自行研制的FS-01安全气囊通过撞车试验。我国的政策法规也对我国汽车工业的发展提供了良好的发展空间。在我国“九五”规划期间和“十五”规划中,国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三大重点发展项目(电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统)之一,尤其是在1999年10月18日,国家机械工业局发布关于正面碰撞乘员保护的设计规则(CMVDR294)。这个设计规则明确提出对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准。CMVDR294的发布间接地对汽车配置安全气囊提出了新的要求,这无疑是中国安全气囊发展史上的一个进步,同时也对安全气囊的研究与发展指明了正确的方向和注入了新的活力。在十多年的研究与发展过程中,国内许多大学与事业公司的研究与产品已初具基础,其中部分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,系统地研究了多种国产汽车中安全气囊的匹配技术对汽车安全气囊的点火控制模拟、汽车碰撞的过程模拟和实验验证以及有关软件在汽车安全气囊系统设计中的应用等方面作了大量工作,对国内的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。2000年以来，我国安全气囊市场需求平均每年都有超过200%的速度在增长，到2004年我国安全气囊市场总配套量接近400万套。目前，国内生产安全气囊企业有近20家，2004年产量超过200万套，安全气囊的国产化率超过50%。国内安全企业的生产和配套市场基本上分外资企业和国产企业两大阵营。外资企业主要Autoliv、Plast、Takawa、Mobis等为代表，国内80%以上的安全气囊由他们生产，外资企业占据着我国安全气囊的中高端配套市场。国产企业主要是以锦州锦恒、东方久乐、上海比亚迪等为代表，他们国内安全气囊的产量只占15%左右，主要在一些国产化的经济型乘用车有所配套。我国安全气囊在经历安全气囊的进口高峰后，进口安全气囊的高速增长是势头已经跌落，2005年上半年已经出现进口负增长。目前，进口安全气囊在国内配套市场所占比重不到一半。2004年底开始，跨国安全气囊企业相继在中国投资气囊组件的生产，加强了安全气囊上游零部件本地化供应配套的能力。到2007年，我国80%以上的安全气囊组件将实现本地化生产。目前，我国安全气囊零部件ECU、气体发生器、气袋、布料的国内采购率只有5%左右，气囊组件配套还有很大的发展空间。第二章 安全气囊系统的分类2.1 按结构形式从结构形式上，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。2.1.1 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，传至气体发生器，气体发生器引发点火、充气，气囊膨胀。电子式安全气囊可以分为很多种情况。2.1.2 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。当传感器受到设定（以上）的冲量后，传感器内的球体下移，导致拨杆下移并由转动，支块也随之移动，拨杆的另一端上移，压迫偏压弹簧。此时撞针脱位被弹出撞击气体发生器内的引爆装置。由于气体发生器内装有叠氮化钠或双基燃料或高压气体，爆发后，气体充斥表面涂膜的气囊，使之充气膨胀，形成一个凸状气垫，吸收人体的冲击力，使人体受伤害的程度减轻。此外，按照气体发生器的工作原理，还可分为燃烧式（叠氮化钠等固体燃料爆炸产生大量氮气充斥安全气囊）和储气式（高压瓶阀门打开，放出预先储好的高压氮气或惰性气体混合物）。2.2 按保护对象和方位2.2.1 驾驶员用安全气囊驾驶员用安全气囊，这是汽车上最早采用和采用得最广泛的一种安全气囊，属于汽车在正面碰撞时对驾驶员的防护气囊。驾驶员用安全气囊装置在转向盘的中部，为了减轻在装置安全气囊后转向盘总成的质量，并要求保证转向盘的刚度以减少转向盘的振动，转向盘的转轴采用金属压铸件来制造。驾驶员用安全气囊系统的气囊、雷管、气体发生器等，全部装在转向盘中央的安全气囊盒中，气囊衬垫采用网状尼龙织物制成，当安全气囊膨胀并冲出时，气囊衬垫必须迅速裂开，而且不能对乘员造成伤害。安全气囊按照一定的方式卷折放在气囊盒中，膨胀时沿挡风玻璃方向展开后再迅速胀大。在安全气囊后面的中部装置雷管和气体发生器等，一旦发生碰撞事故时，安全气囊就在驾驶员与转向盘之间形成缓冲气垫。2.2.2 防侧撞安全气囊各种碰撞事故统计资料表明，汽车发生的正面碰撞事故大约占41，尾追碰撞事故约占12，而各种各样的侧面碰撞事故大约占47。但从事故的伤亡比例来看，汽车的侧面碰撞事故的伤亡率，则远远高于汽车正面碰撞和尾追碰撞事故的伤亡率。分析结果说明，汽车的前部为发动机舱，后部为行李舱，在发生正面碰撞或尾追碰撞时，发动机舱或行李舱结构的变形和结构的损坏，能够吸收大量的碰撞能量。并且安全带和安全气囊能够有效地发挥作用，这就使得乘员的伤亡率大大地降低。但是，汽车车身侧面的结构件，无论是在强度或是刚度上，远远比不上汽车车身纵向结构件的强度和刚度。车门的两侧没有足够的空间布置“缓冲”结构件，来吸收碰撞时的能量。安全带对于侧面碰撞的防护能力也低得多。当车门、门柱等受到碰撞时，就有可能对乘员造成直接伤害，使得乘员的伤亡率大大提高。根据使用要求不同，防侧撞安全气囊可以装在车门上横梁中、车门内板中或座椅侧面。车门上横梁中防侧撞安全气囊用来保护乘员的头部。装在车门内板中防侧撞安全气囊和装在座椅侧面防侧撞安全气囊用来保护乘员的胸部、心脏、肺脏等重要器官。2.2.3 前排座乘员用安全气囊前排座是汽车主要的乘员坐席，前排座的乘员可以是身材高大的男人，也可以是婴儿，乘员的乘坐姿势也是各种各样的，并且是否佩带安全带有着重要影响。在发生碰撞事故时，前排座的乘员必然会与仪表板、前风窗玻璃、窗框及门框等发生碰撞，因此，要求前排座乘员用安全气囊能够在较大的范围内，对前排座的乘员提供安全保护。前排座乘员用安全气囊系统的气囊、雷管、气体发生器等，全部藏在仪表板中的安全气囊盒中，根据汽车仪表板的结构不同，其布置方法也有所不同。气囊衬垫采用嵌入薄铅板聚氨脂塑料制成，当安全气囊膨胀并冲出时，不会对前排座乘员造成伤害。前排座乘员用安全气囊的体积很大，安全气囊要按照一定的方式卷折放在气囊盒中的上支架中。在气囊盒的下支架上装置雷管和气体发生器等，在发生碰撞时，最初气囊盒引导安全气囊沿前风窗玻璃方向向上展开，然后沿安全气囊的折印，有序地迅速向前排座乘员方向扩大，适时地在前排座乘员和仪表板之间形成缓冲气垫。前排座安全气囊的体积可达170L，但从引爆到安全充气仅40-80ms的一瞬间，固体燃料燃烧的高温、高压气体迅速充满气囊，在膨胀时有很大的冲击力，有可能对前排座乘员造成伤害。通常在设计计算时，要对燃料燃烧的速度和气囊充气时的压力进行计算，使得在气囊充气的初期，能够控制燃料燃烧的速度，安全气囊膨胀的速度不会过快