日照职业技术学院现代汽车学院毕业论文
发和设计了多种多样的中央电子控制器，随着技术的不断进步，中央电子控制器也不断地改进和完善。安全气囊中央电子控制器一般由微处理器，信号输入输出系统，安全气囊系统电源，警告和诊断系统，辅助组件构成。下面介绍各组成部分的主要功能。
2-2 ECU的结构框图
1.微处理器
微处理器是中央电子控制器的核心，担负安全气囊的系统控制、信号处理和判断、发生引爆电脉冲等重要控制工作。在微处理器中有安全气囊的控制软件，还包括A/D转换器、串行接口、定时器、信息储存器、RAM、ROM、EEPROM等，它具有以下主要功能： （1）控制碰撞传感器、中央传感器和安全传感器输入的电信号，对减速信号进行处理、筛选和判定，防止因紧急制动、通过沟堑或低速碰撞等引起安全气囊的误爆。 （2）将碰撞传感器、中央传感器和安全传感器输入的电信号与微处理器控制软件中已储存的计算程序和数据进行对比和评估，判断是否需要引爆安全气囊，并确定引爆的时间。如果判断与确定无误，则适时地发出安全气囊引爆的电脉冲，同时起动安全带卷收器锁紧安全带，对乘员产生约束力。自动控制安全气囊引爆的限值，对没有佩带安全带的乘员，提供最佳保护。
（3）在安全气囊点火引爆电路接通后，立即将有关安全气囊的工作全过程、故障方式和故障持续时间的信息，储存到储存器中，记录当前的故障代码。
（4）通过信号系统和诊断器，对整个安全气囊控制系统内部和外部的功能进行检测和监控，并对安全气囊系统零部件进行诊断。 2.信号输入输出系统
信号系统负责输入传感器的信号、输出安全带锁紧信号、安全气囊引爆信号、灯光
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报警信号和音响报警信号等。信号系统分布在汽车的各个部位上，依靠导线和各种插接器来连接。
（1）输入信号装置有：碰撞传感器、中央传感器和安全传感器。按照碰撞传感器、中央传感器和安全传感器的逻辑控制原理，在汽车受到碰撞时产生碰撞信号，并立即输入到中央电子控制器中。
（2）输出信号装置有：驾驶员用安全气囊引爆电路、前排座乘员用安全气囊引爆电路以及其他安全气囊的引爆电路等。它们按照中央电子控制器的指令引爆安全气囊，倘若只装备驾驶员用安全气囊，则只需要一套安全气囊引爆电路。如果装备有多个安全气囊系统，则需要多个安全气囊引爆电路。在中央电子控制器的控制下，每条引爆电路都可以单独激发，也可以在中央电子控制器的控制下，按一定顺序进行激发，并在各个安全气囊引爆激发之间，设置预定的延迟响应时间。另外，还对安全带卷收器发出锁紧信号。
3.安全气囊系统电源
蓄电池是安全气囊系统的主要电源，只要汽车在碰撞时不损坏蓄电池，仍然由蓄电池供应所需电流。另外，在安全气囊系统中还必须设置辅助电源（应急电源），保证在汽车发生碰撞、蓄电池被损坏时，安全气囊系统仍然正常工作。辅助电源包括一个直流稳压器和一个电容储能器。
直流稳压器是起稳压和过压保护作用的集成稳压装置，它具有比较、放大和调节的功能。通常产生一个低压（5V）线性电源作为安全气囊系统的工作电源，当加在中央电子控制器上的电压过高时，稳压器便自行调节，保证提供系统稳定的电压，使系统能够正常工作，不会因电压过高而引起“误爆”。
电容储能器是利用电容来储能，一般在安全气囊系统接通电源后10ms时间内，电容器即充电。在轿车发生碰撞时，蓄电池被破坏失去主电源后，电容储能器还能保证在100ms的时间内为安全气囊系统提供电能。在安全气囊引爆后，电容储能器仅仅能够再提供10ms左右时间的电能。因此，必须是在蓄电池保持完好的条件下，中央电子控制器才能将有关安全气囊工作的全过程进行监控，并将安全气囊有关信息储存到储存器中，同时记录当前的故障代码。 4.警告和诊断系统
安全气囊系统的监控系统一般有警告灯和诊断器。 （1）警告灯
警告灯位于仪表板内，符号为“Air Bag”，其功用一是故障提示，二是显示故障代码。当点火开关置于ACC或ON位置时，警告灯闪亮6s，这段时间内，ECU中对系统进行自检，即向中央气囊传感器、微处理器以及点火电路输出模拟信号，以检查信号响应是否正确。若响应正确，则说明系统工作正常，警告灯闪亮6s后熄灭。若出现异常响应，则警告灯在6s过后仍然闪亮，提示人们应进行修理。 （2）诊断器（TDCL)
TDCL 是 Total Diagnostic Communication Link的缩写，它与ECU各引脚相连，
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ECU有几个引脚，TDCL也相应有几个插口，另外还增加A、B两个插口用于诊断置零。TDCL的作用是激活诊断系统，对安全气囊系统进行自检，（如图2-3）所示。 5.辅助组成
除了以上主要的组成部件外，还有一些辅助单元或模块，分别如下：
（1）比较器定时电路。负责监测微处理器，当微处理器失效，它会使警告灯以3Hz频率闪亮，提出警告。（2）串行通讯接口。供与外界装置双向通讯用。
（3）点火电压生成电路和点火储能电路。为气体发生器的激发提供电流。供气体发生器激发的点火电源有两个：一个是直接取自车上的蓄电池，另一个是由点火储能电路提供。若碰撞中未及点火之时，ECU至蓄电池的连接被切断，则只能靠点火储能电路供电。
（4）气囊点火电路。负责向引发器发出引发电流。气囊点火电路都有自己的储能单元，ECU点火输入端接通最低工作电压之后10s，点火电路便可完成储能。 （5）测试电路。负责检测气囊点火电路和气体发生器有关电路的故障状态。 （6）低压开关状态监测电路。应用于混合式气体发生器。
1.AB插口 2．Tc插口 3．E1插口 4．Tc与E1端子跨接导
线
2.2 控制系统的控制原理
由于汽车生产厂家不同和汽车型号、结构不同，安全气囊控制系统布置方式也有所不同。其中主要的布置方式有多点式安全气囊控制系统，单点式安全气囊控制系统，两点式安全气囊控制系统和防侧撞安全气囊控制系统。虽然布置方式不相同，但是控制原理是一样的。其控制原理如下：
安全气囊控制系统的动作信号是由碰撞传感器、中央传感器和安全传感器来产生，然后由中央电子控制器来判断各个传感器输入的信号。安全气囊的引爆过程是根据运动学的规律，用力学方法对碰撞加速度强度进行计算，确定碰撞加速度强度的平均值，储存在中央电子控制器的微处理器中。
中央电子控制器接收到碰撞传感器的信号，并经过与微处理器中储存的加速度平均值相比较和认定，如果达到或超过储存加速度平均值，中央电子控制器才能发出电脉冲来引爆安全气囊。避免了由于汽车紧急制动、通过不平路面以及通过沟堑时产生的强烈振动，发生“误爆”而引起不良的后果。
2.3安全气囊的工作原理
一．安全气囊组件
安全气囊组件有气体发生器和气囊。
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（1）气体发生器 气体发生器是气囊组件中非常重要而又复杂的一部分。该装置最突出的特点是燃爆品，在极短的时间内可使环境发生剧烈变化。是安全气囊控制系统的执行元件，它能否按照系统控制的要求及时引爆，是能否对驾驶员或乘员提供安全保护的关键。气体发生器可以分为燃料燃烧式和储气燃烧式两种。气体发生器主要由外壳、雷管（机械式和电子式）、增压剂、气体发生剂以及过滤器等部分组成。在气体发生器总成中，过滤装置起过滤和冷却作用，防止高温气体灼伤乘员，并防止燃烧中的微粒子弹出，造成对乘员的伤害。
(2)气囊 气囊是安全气囊系统的核心部件，气囊的用途不同时，气囊的形状、结构、容积、充气的速度、充气的压力等都有所不同。
为了实现安全气囊的可控制充气过程，设计了有阻尼作用的气囊。在气囊的内表面缝制阻尼带，引导安全气囊在展开时，加速向侧面膨胀，以避免安全气囊自由地展开。或采用其他方式对高压气体产生阻尼作用。
在气囊的背面设置排气孔和排气缝隙，或设置一些通气孔，来减少固体燃料爆炸时的压力，缓和对乘员的冲击力。气囊在充气后，在排气孔和排气缝隙，或通气孔不断地排出高压气体的过程中，吸收碰撞时的能量，直到气囊完全瘪塌为止。
在气体发生器总成中，过滤装置起过滤和冷却作用，防止高温气体灼伤乘员，并防止燃烧中的微粒子弹出，造成对乘员的侵害。 二．安全气囊的工作过程
安全气囊的作用过程如下：碰撞→碰撞传感器→电子控制器→（电脉冲）→气体发生器→气囊展开→乘员保护。汽车发生正面碰撞时驾驶员的安全气囊展开过程（如图2-3）所示（其中具体时间与多种因素有关，图示时间仅供参考）：
a．0～10ms：在汽车特定的敏感部位处，装置碰撞传感器。碰撞传感器受到足够的碰撞冲量作用时，在10ms的瞬间内，将触发信号输送到中央电子控制器。
b．10～20ms：在中央电子控制器中，主要有对安全气囊系统进行监测和控制的微处理器，能够对传感器输入的触发信号立即进行计算、比较和判断。如果碰撞冲量超过预先的设定值，中央电子控制器立即释放一个电脉冲火花，使气体发生器中的雷管急速爆炸。
c．20～60ms：雷管的爆炸击穿装气体发生器的燃料盒，将固定燃料点燃并产生高温、高压气体（氮气），快速地经过滤器过滤冷却后冲入安全气囊。气囊在20～60ms内张开达到最大容积，在乘员与车内装备之间形成一个气垫。在同一瞬间，乘员因惯性力的作用，可能向前冲出150～200mm，头部、脸部和胸部正好与迎面而来的气囊相接触。但高压气囊膨胀的能量，会把乘员“回弹”到座椅上，使得乘员身体受到一定损伤。 d．60～100ms：与此同时，装在气囊后面的排气孔打开，气囊泄气并收缩。由气体的阻尼作用，吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，使乘员陷入较柔软的气囊中。由于安全气囊将乘员与车内装备隔开，而使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。
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整个碰撞——安全气囊展开对乘员的安全保护过程，大约60～100ms。安全气囊展开进行保护的过程，是一种不可逆的过程，在完成保护过程后，必须重新安装安全气囊控制器和安全气囊总成。
一般来说，车辆的轻微碰撞不会使气囊打开。只有在车辆正面一定角度范围内碰撞才能使气囊打开。安全气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲，只有车辆的正前方左右大约60°之间位置撞击在固定的物体上，速度高于30KM/h，这时安全气囊才可能打开。这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速，而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度，实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。后碰，侧碰，翻转都不会引发气囊打开。
安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78％的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。
汽车正面碰撞时安全气囊发生作用的过程示意图
2.4安全气囊系统的分类
安全气囊系统按保护面的不同，可分为供正面碰撞保护用的安全气囊系统和供侧面保护用的侧安全气囊系统， 此外，安全气囊还可按充气装置点火系统的形式、气囊数量和气囊传感器数量等3种方式来分类。 1、按充气装置点火系统分 （1）电子式（E型）
（2）机械式（M型） 2、按气囊数量分
（1）1个：用于驾驶员（E型或M型）
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