毕业论文-汽车电控安全气囊系统的故障诊断与维修34647.doc
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1、莱芜职业技术学院2012届毕业生毕业论文 题 目 汽车电控安全气囊 作 者 孙迎庆 系 别 机械与汽车工程系 专 业 汽车检测与维修 年 纪 09级 学 号 200903130137 指导老师 尚翠霞 完成日期 2012年2月25 目录摘要1前言11安全气囊系统的概述21.1安全气囊SRS的概念21.2安全气囊SRS的功用22安全气囊的分类32.1按照碰撞类型分32.2按照安全气囊数目分32.3按照安全气囊控制类型分33安全气囊系统传感器的结构原理33.1碰撞传感器43.2滚球式碰撞传感器43.3滚轴式碰撞传感器63.4偏心垂饰碰撞传感器63.5水银开关式碰撞传感器73.6电阻应变式碰撞传感器
2、73.7压电效应式碰撞传感器94安全气囊电控单元与气囊组件的结构原理94.1安全气囊系统电控单元的结构特点94.2气囊组件的结构特点与工作原理104.3安全气囊指示灯134.4安全气囊系统线束与保险机构145安全气囊系统工作原理165.1安全气囊控制原理165.2安全气囊动作过程165.3安全气囊的有效范围176 SRS气囊系统的故障诊断186.1奥迪A 6常见的故障判断与排除196.2丰田车系安全气囊系统的故障诊断207 SRS安全气囊的检修237.1安全气囊系统的随车检查237.2安全气囊系统故障检查258总结27致谢28参考文献273汽车电控安全气囊系统的故障诊断与维修摘 要安全气囊是现
3、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秒内速度传递给安全气囊系统的控制电脑。电脑在经过分析确认后,立即引爆气囊包内的电热点火器(即电雷管),使其发生爆炸。点火器引爆后,固态氮粒迅速气化,大量氮气化,大量氮气立即吹涨气囊,并在强大的冲击力下,气囊冲开方向盘上的盖而安全展开。在安全气囊装置的检查、安装和维护工作中只允许由受过培训的人员进行。关键词:安全气囊; 故障诊断; 维修作业前 言 汽车是当今社
4、会最重要的交通工具之一,是国民紧急的支柱产业。随着新兴技术的不断发展,尤其是计算机技术、电子技术、人工智能及网络通信技术在汽车上的广泛应用,为汽车向电子化发展创造了必要的条件。电子技术在汽车上的广泛应用,是当今汽车工业发展的重要标志之一。 纵观近几年汽车电子控制技术的发展,可以看出发生最大的是车身电器部分。车身电器不仅在数量上大量的增加,而且大部分车身电器都已经采用了计算机控制系统。而人们关心的最多的还是汽车的安全性,如今汽车大都装有电控安全气囊系统。安全气囊是辅助安全系统,简称SRS。安全气囊属于被动安全保护装置,对驾驶员的头部和颈部安全起着明显的保护作用,特别是汽车正面碰撞和侧面碰撞时,其
5、保护作用十分明显。近年来,随着汽车技术的发展与普及,人们对汽车安全性能要求越来越高,这样现代汽车大部分都配置了安全气囊系统,而且有一些国家已经将在交通法规中明确规定轿车必须配置安全气囊装置,随着世界汽车市场的激烈竞争及安全气囊制造成本的降低,安全气囊将作为标准配置装配到所有家庭用的经济型轿车上。 汽车电控安全气囊系统的故障诊断与维修一、安全气囊系统的概述1.1安全气囊SRS的概念 SRSSupplemental Restraint System,从英文直译为辅助防护系统或辅助束缚系统;气囊为Air Bag,因此,Supplemental Restraint Safe Air Bag Syste
6、m 就称为辅助防护安全气囊系统SRS安全气囊系统。 汽车安全气囊系统是辅助安全系统,它通常是作为安全带的辅助安全装置出现。安全带与安全气囊是配套使用的,没有安全带,安全气囊的安全效果将要大打折扣。据调查,单独使用安全气囊可使事故死亡率降低18%左右,单独使用安全带可使事故死亡率下降42%左右,当安全气囊与安全带配合使用时可使事故死亡率降低47%左右。由此可见,只有两者相互配合才能最大可能的降低事故的死亡率,安全气囊必然作为安全带的辅助系统出现;安全气囊是用橡胶衬里的特种织物尼龙制成,工作时用无害的氦气填充。此系统由一个传感器激活,该传感器用于监视碰撞中汽车速度减小的程度。在碰撞发生的早期,安全
7、气囊开始充气,安全充气大约需要0.03s。由于安全气囊弹开充气的速度可高达320km/h,碰撞时如果人的乘坐姿势不正确,将给人带来严重的伤害。1.2安全气囊SRS的功用 对于通常车辆碰撞过程,其形式有两种:一次碰撞和二次碰撞。 一次碰撞是指汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞;二次碰撞是指一次碰撞后,驾驶员和乘员受惯性力作用与车内的方向盘、挡风玻璃或仪表台发生碰撞。根据大量的车祸统计数据分析可知,乘员遭受伤害的主要原因是二次碰撞。安全气囊的采用正是为了减小二次碰撞过程中,乘员受到的伤害。1.2.1安全气囊的功能:当汽车发生前碰撞时,首先是汽车要停止运动,车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前
8、运动。不系安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相撞,因而可能受到严重伤害;系安全带的乘员可以随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。如果碰撞剧烈,乘员向前运动更快,即使系了安全带,在完全停止运动前,仍会与车内物相撞。如果此时装在转向盘或仪表板的气囊充气弹出,它就可以保护乘员减少其与车内物相碰撞的可能性,更均匀地分散头、胸的碰撞力,吸收乘员的运动能量,从而起到补充安全带效果的作用。因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面,补充安全带提供保护作用。1.2.2安全气囊的作用:在汽车发生冲撞时,安全气囊系统对保护驾驶人员的安全十分有效。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
9、气囊和安全带预紧器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。 两次动作的双安全气囊系统,在汽车发生冲撞时,能根据汽车的速度和双气囊同时工作。这样,在低速发生冲撞时,系统只使用安全带既能足够保护驾乘人员安全,而不用浪费气囊。如果在速度大于30km/h发生冲撞时,安全带和气囊同时动作,以便保护驾乘人员的安全。 为了减少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成员的伤害,现代汽车安全气囊系统的传感器要求有稳定的电源。二、安全气囊的分类自从机械式安全气囊发明至今,几乎所有车辆上安装的安全气囊都已经是电子控制的了,电子式安
10、全气囊分为多种。2.1按照碰撞类型分 正面SRS气囊系统保护头部、胸部。 侧面SRS气囊系统保护颈部、腰部。顶面SRS气囊系统保护头部。正面安全气囊系统是目前应用最广泛的一种,而侧面和顶面的安全气囊系统现已逐渐普及。2.2按照安全气囊数目分类 单SRS气囊系统驾驶席气囊。 双SRS气囊系统驾驶席和前排乘员席两个气囊。2.3按照安全气囊的控制类型分 机械式安全气囊。 电子式安全气囊。现代汽车大部分采用电子控制式安全气囊。三、安全气囊系统传感器的结构原理3.1碰撞传感器碰撞传感器是安全气囊系统和座椅安全带收紧系统必不可少的传感器,其工作状态取决于汽车碰撞时的减速度大小。因此碰撞传感器实际上是一种减
11、速度传感器,其公用是收紧电控单元(ECU),以便ECU确定是否引爆气囊点火器和安全带收紧点火器。3.1.1碰撞传感器的分类碰撞传感器种类繁多、形式各异,常用的碰撞传感器可按用途与结构进行分类。按碰撞传感器的用途分类按传感器用途不同,碰撞传感器可分为碰撞信号传感器和碰撞防护传感器两种类型。碰撞信号传感器又称为碰撞烈度(激烈程度)传感器,安装在汽车左前与右前翼子板内侧,两侧前照灯支架下面,发动机散热器支架左、右两侧,左右仪表台下面等。碰撞防护传感器又称为安全传感器或保险传感器,简称防护传感器,一般都安装在SRS ECU内部。防护传感器和碰撞信号传感器的结构原理完全相同。换句话说,一只碰撞传感器即可
12、用作碰撞信号传感器,也可用作碰撞防护传感器,但是必须重新设定其减速度阈值。设定减速度阈值的原则是碰撞防护传感器的减速度阈值比碰撞信号传感器的减速度阈值稍小。当汽车以40km/h左右的速度撞到一辆静止或同样大小的汽车上或以20km/h左右的速度迎面撞到一个不可变形的障碍物上时,减速度就会达到碰撞信号传感器设定的阈值,传感器就会动作。按碰撞传感器的结构类型分按传感器结构不同,碰撞传感器可分为机电结合式、水银开关式和电子式三种类型。机电结合式是一种利用机械机构运动(滚动或转动)来控制电器触电运动,再由触电断开与闭合来控制气囊点火器电路接通与切断的传感元件。目前常用的有滚球式碰撞传感器、滚轴式碰撞传感
13、器和偏心锤式碰撞传感器。水银开关式碰撞传感器是利用水银导电良好的特性来控制气囊点火器电路接通与切断,一般用作防护传感器。电子式碰撞传感器没有电器触点,常用的有压阻效应式和压电效应式两种,一般用作防护传感器。3.2滚球式碰撞传感器滚球式碰撞传感器又称为偏压磁铁式碰撞传感器,结构如图1所示,主要由铁质滚球1、永久磁铁2、导缸3、固定触点4和壳体5组成 图1 滚球式碰撞传感器的结构1.滚球 2.磁铁 3.导缸 4.触点 5.壳体 图2 滚球式碰撞传感器的工作原理静止状态 工作状态 两个触电分别与传感器引线端子连接。滚球用来感测减速度大小,在导缸内可以移动或滚动。壳体5上印制有箭头标记,方向与传感器结
14、构有关,有的规定指向汽车前方(如丰田凌志LS400型轿车),有的规定指向汽车后方,因此在安装传感器时,箭头方向必须符合使用说明书规定。 滚球式碰撞传感器工作原理如图2所示。当传感器处于静止状态时,在永久磁铁作用下,导缸内的滚球被吸向磁铁,两个触点与滚球分离,传感器电路处于断开状态,如图2所示。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时,滚球产生的惯性力将大于永久磁铁的电磁吸力。滚球在惯性力作用下就会克服磁力沿导缸向两个固定触点运动并将固定触点接通,如图2所示。当传感器用作碰撞传感器信号时,固定触点接通则将碰撞信号输入SRS ECU;当传感器用作碰撞防护传感器时,则将点火器电源接通。3.3滚轴式碰撞传
15、感器滚轴式碰撞传感器的结构如图3所示。 图3 滚轴式碰撞传感器的结构原理静止状态 工作状态1. 止动销 2.滚轴 3.滚动触点 4.固定触点 5.底座 6.片状弹簧片状弹簧6一端固定在底座5上,并与传感器的一个引线端子连接,另一端绕在滚轴2上,滚动触点3固定在滚轴部分的片状弹簧上,并可随滚轴一起转动。固定在触点4与片状弹簧6绝缘固定在底座5上,并与传感器的另一个引线端子连接。当传感器处于静止状态时,滚轴在片状弹簧的弹力作用下滚向止动销一端,滚动触点与固定触点处于断开状态,如图3所示,传感器电路断开。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时,滚轴产生的惯性力将大于片状弹簧的弹力。滚轴在惯性力作用下就
16、会克服弹簧弹力向右滚动,滚动触点与固定触点接触,如图3所示。当传感器用作碰撞信号传感器时,滚动触点与固定触点接触则将碰撞信号输入SRS ECU;当传感器用作碰撞防护传感器时,则将点火器电源电路接通。3.4偏心锤式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器又称为偏心转子式碰撞传感器。丰田、马自达汽车SRS采用了这种传感器,其结构如图4所示。图4 偏心锤式碰撞传感器的结构1、8.偏心锤 2、15.锤臂 3、11.转动触点臂 4、12.壳体 5、7、14、17.固定触点引线端子6、13.转动触点 9.挡块 10、16.固定触点 18.传感器轴 19.复位弹簧 转子总成由偏心锤1、转动触点臂3及转动触点6与13组成
17、,安装在传感器轴18上。偏心锤偏心安装在偏心锤臂上。转动触点臂3与11两端固定有触点6与13,触点随触点臂一起转动。两个固定触点10与16绝缘固定在传感器壳体上,并用导线分别与传感器接线端子7、14连接。偏心锤式传感器的工作原理如图5所示。当传感器处于静止状态时,在复位弹簧作用下,偏心锤与挡块保持接触,转子总成处于静止状态,转动触点与固定触点断开,如图5所示,传感器电路处于断开。 图5 偏心式碰撞传感器工作原理静止状态 工作状态当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时,偏心锤产生的惯性力矩将大于复位弹簧的弹力力矩,转子总成在惯性力矩作用下克服弹簧力矩沿逆时针方向转动一定角度,同时带动转动触点臂转动
18、,并使转动触点与固定触点接触,如图5所示。当传感器用作碰撞信号传感器时,转动触点与固定触点接触则将碰撞信号输入SRS ECU;当传感器用作碰撞防护传感器时,则将点火器电源电路接通。3.5水银开关式碰撞传感器 水银开关式碰撞传感器是利用水银具有良好的导电特性而制成的,结果如图6所示,主要由水银、壳体、电极和密封螺塞组成。图6 水银开关式传感器结构1.水银(静态位置) 2.壳体 3.水银(动态位置)4.密封圈 5.电极(接点火器)6.电极(接电源) 7.密封螺塞当汽车发生碰撞时,减速度将使水银产生惯性力。惯性力在水银运动方向上的分力会将水银抛向传感器电极,使两个电极接通,从而接通气囊点火器电路的电
19、源。3.6电阻应变计式碰撞传感器德国博世公司研制生产的电阻应变计式碰撞传感器的结构如图7所示,主要由电子电路4、电阻应变计5、震动块6、缓冲介质7、和壳体3等组成。电子电路包括稳压与温度补偿电路W、信号处理与放大电路A。应变计的电阻R、R、R、R制做在硅膜片8上,如图7所示。当膜片产生变形时,应变电阻的阻值就会发生变化。为了提高传感器的检测精度,应变电阻一般都连接成桥式电路,并设计有稳压和温度补偿电路,如图7所示。图7 电阻应变计式碰撞传感器1.密封树脂 2.传感器底板 3.壳体 4.电子电路 5.电阻应变计 6.震动块 7.缓冲介质 8.硅膜片当汽车遭受碰撞时,震动块震动,缓冲介质随之震动,
20、应变计的应变电阻产生变形,阻值随之发生变化,经过信号处理与放大后,传感器S端输出的信号电压就会发生变化。SRS电脑根据电压信号强弱便可判断碰撞的劣度(激烈程度)。如果电压超过设定值,SRS电脑就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂,使充气剂受热分解产生气体给气囊充气。3.7压电效应式碰撞传感器压电效应式碰撞传感器是利用压电效应制成的传感器。压电效应是指压电晶体在压力作用下,晶体外形发生变化而使其输出电压发生变化的效应。压电晶体通常用石英或陶瓷制成。在压力作用下,压电晶体的外形和输出电压就会发生变化。当汽车遭受碰撞时,传感器内的压电晶体在碰撞产生的压力作用下,输出电压就会变化。SRS电脑根据电压
21、信号强弱便可判断碰撞的烈度。如果电压信号超过设定值,SRS电脑就会立即向点火器发出点火指令,引爆点火剂使气体发生器给气囊充气,SRS气囊膨开,达到保护驾驶员和乘员之目的。四、安全气囊电控单元与气囊组件的结构原理安全气囊系统电控单元(SRS ECU)是安全气囊系统的核心部件,气囊组件是安全气囊系统的执行部件。因为安全气囊是一种被动安全装置,所以对SRS ECU的结构和安装位置都有特殊的要求。4.1安全气囊系统电控单元的结构特点SRS ECU的安装位置依车型而异。一般都安装在不易受到碰撞的仪表台下面或座椅下面等隐蔽部位,当防护传感器与SRS ECU组装在一起时,SRS ECU必须安装在汽车纵向轴线
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