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随着高速公路的发展和汽车性能的提高,汽车行驶速度越来越快,特别是由于汽车拥有量的迅速增加,交通越来越拥挤,使得事故更为频繁,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,主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等,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,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 RestraintSystem,以下简称安全气囊)等。由于现实的复杂性,有些事故是难以避免的,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,所以得到迅速发展和普及。 为了说明安全气囊的基本原理,这里首先说明汽车发生事故时造成乘员伤亡的原因。当汽车发生碰撞事故时,汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞,一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降,速度从35km/h降到零的时间约150ms左右;乘员和汽车内部结构之间的碰撞称之为二次碰撞,由于惯性的作用,当汽车急剧降速时,乘员要保持原来的速度向前运动,于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、挡风玻璃等之间的碰撞,从而造成了乘员的伤亡.汽车安全气囊的基本思想是,在发生—次碰撞后,二次碰撞前,迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子,使乘员扑在气袋上,避免或减缓二次碰撞,从而达到保护乘员的目的。由于乘员和气袋相碰时,因振荡造成乘员伤害,所以一般在气囊的背面开两个直径25mm左右的圆孔。这样,当乘员和气整相碰时,借助圆孔的放气可减轻振荡,放气过程同时也是一个释放能量的过程,因此可以很快地吸收乘员的动能,有助于保护乘员。
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安全气囊一般由传感器(sensor)、电控单元(ECU)、气体发生器(inflator)、气囊(bag)、续流器(clockspring)等组成,通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块(airbag module)。传感器感受汽车碰撞强度,并将感受到的信号传送到控制器,控制器接收传感器的信号并进行处理,当它判断有必要打开气囊时,立即发出点火信号以触发气体发生器,气体发生器接收到点火信号后,迅速点火井产生大量气体给气囊充气。安全气囊系统的组成如图6,1.2所示。
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安全气囊最重要的指标是可靠性,如果不该点火而点火打开气囊称毒为误点火:如果应该点火而没有点火称之为漏点火,如果点火太晚则称之为迟点火,无论是误点火、漏点火、还是迟点火都是不能允许的。为了提高安全气囊系统的可靠性,防止电源线在碰撞中断线、电池遭到破坏,系统中备有储能电容或电池,以保证即使掉电也能够开气囊。为了监测传感器、电子电路、气体发生器;系统一般还有故障诊断模块、并设有信号灯于予以显示.图6.1.3是本田汽车安全气囊系统的布置图,这个系统有左右挡板传感器各一个,还有一个传感器放在含有诊断模块的控制器中,气囊有司机席(Driver Side)正面碰撞气囊和乘客席(Pssseneer Side)正面碰撞气囊,另外还有警告灯。当发生前面碰撞时,两个挡板传感器中只要有一个闭合,诊断模块就会根据送来的信号进行处理和判断,认为有必要点火后时即发出点火信号使气囊充气。
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图6.1.4是Ford公司Tempo/Topaz汽车安全气囊的组成与布置图,这个系统有五个传感器,分为两组,一组是碰撞传感器,由三个机械电子传感器构成,另一组是安全传感器,由两个机械电子传感器构成,三个碰撞传感器分别放在保险杆的两侧和散热器的顶上,两个安全传感器中的一个放在散热器的顶上,另一个放在仪表板下,其电路如图6.1.5所示。 两个安全传感器并联,三个碰撞传感器并联,然后通过安全气囊进行串联。当三个碰撞传感器中的‘个和两个安全传感器中的一个闭合就让气囊点火充气。在这个系统中,控制器可以理解为传感器的连接关系。 图6.1.6是一单传感器安全气囊系统的示意图,其中1是传感诊断模块,2是乘客侧(passengerside)气囊;3是指示灯;4是司机侧(driver side)气囊。这个系统只有一个电子式传感器,控制器和传感器都做在一起。当发生碰撞事故时,控制器对来自传感器的信号进行分析和处理,如果认为有必要点火就分别打开司机侧气囊和乘客侧气囊,否则就继续分析和判断,传感诊断模块放在仪表板的下面。