自動檢測技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設(shè)、交通運輸、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境保護、科學(xué)研究和人們的日常生活中,并起到越來越重要的作用,成為國民經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的一項必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。本文闡述了汽車用傳感器的檢測對象和檢測原理,并詳細介紹了汽車防抱死制動系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)中相關(guān)傳感器的具體應(yīng)用。
1 自動檢測技術(shù)在汽車安全系統(tǒng)中的應(yīng)用
1.1 汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)
隨著新交法實施,交通安全越來越受到各方的重視,同時國家也開始頒布一系列強制實行的法規(guī)與國家標準對汽車安全性能進行嚴格的限制。汽車安全裝備最基本的主動安全裝置——ABS防止車輪抱死機械裝置,已經(jīng)開始強制安裝在規(guī)定的汽車上。世界上第一臺防抱死制動系統(tǒng)ABS(the Anti-lock Brake System)于1950年問世,首先被應(yīng)用在航空領(lǐng)域的飛機上。從1968年才開始研究在汽車上應(yīng)用,這是自20世紀80年代后期以來汽車技術(shù)的最大成就之一。
ABS是一種具有防滑、防鎖死等優(yōu)點的汽車安全控制系統(tǒng),既有普通制動系統(tǒng)的制動功能,又能防止車輪鎖死,使汽車在制動狀態(tài)下仍能轉(zhuǎn)向,保證汽車的制動方向穩(wěn)定性,防止產(chǎn)生側(cè)滑和跑偏,是目前汽車領(lǐng)域最先進、制動效果最佳的制動裝置。
ABS由傳感器、制動壓力調(diào)節(jié)器和電子控制器三大部分組成。電子控制器又叫電控單元(ElectronicControl Unit,ECU)。測試車輪轉(zhuǎn)數(shù)的傳感器以及調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)數(shù)的控制儀是實現(xiàn)控制目標必不可少的元件,這是車用ABS系統(tǒng)研制的重要理論依據(jù)。汽車防抱死制動系統(tǒng)的工作原理如圖1所示。
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傳感器主要是安裝在車輪上的轉(zhuǎn)速傳感器,其作用是對車輪的運動狀態(tài)進行檢測,獲取車輪轉(zhuǎn)速(速度)信號,發(fā)出車輪將被抱死的信號;ECU的主要作用是接受車輪轉(zhuǎn)速傳感器送來的脈沖信號,計算出輪速、參考車速、車輪減速度、滑移率等,并進行判斷、輸出控制指令送給執(zhí)行器;制動壓力調(diào)節(jié)器是執(zhí)行器,在接受了電控單元ECU的指令后,驅(qū)動調(diào)節(jié)器中的電磁閥動作,調(diào)節(jié)制動器的壓力,使之增大、保持或減小,實現(xiàn)制動壓力的控制功能,使各車輪的制動力滿足少量滑動但接近抱死的制動狀態(tài),以使車輛在緊急剎車時不致失去方向性和穩(wěn)定性。通過控制指令調(diào)節(jié)器降低該車輪制動缸的油壓,減小制動力矩,經(jīng)一定時間后,再恢復(fù)原有的油壓,不斷的這樣循環(huán)(可達5~10次/s),始終使車輪處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)而又有最大的制動力矩。
1.2 安全氣囊系統(tǒng)
安全氣囊由美國人約翰?赫特里特(John Hotrich)發(fā)明。1952年,在遭遇一次事故后,他萌發(fā)了設(shè)計撞車安全裝置的想法。安全氣囊主要由碰撞傳感器、安全氣囊控制組件(SRS ECU)、安全氣囊組件、安全氣囊系統(tǒng)指示燈等主要部件組成。
碰撞傳感器 安全氣囊的關(guān)鍵部分是碰撞傳感器,傳感器的作用是檢測出車輛發(fā)生碰撞時的沖擊或減速度值,再把信號傳遞給電子控制系統(tǒng),判斷是否需要打開安全氣囊。
ECU 其作用是接收碰撞傳感器及其他各傳感器輸入的信號,判斷是否點火引爆氣囊,并對系統(tǒng)故障進行自診斷。
安全氣囊組件 主要由氣囊、螺旋彈簧、氣體發(fā)生器、點火器等組成。氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點火動作,點燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣,使氣囊迅速膨脹。
SRS指示燈 用于指示安全氣囊的工作狀態(tài),當(dāng)發(fā)生異常時,指示燈自動發(fā)亮、報警。
安全氣囊的基本原理是當(dāng)碰撞發(fā)生時,控制器根據(jù)碰撞沖擊速度(減速度)信號,識別和判斷碰撞的強度,當(dāng)碰撞強度達到設(shè)定條件時,引爆氣囊的傳感器迅速觸動點火器引爆氮氣固態(tài)粒子,形成迅速膨脹的氣袋,以緩沖駕駛員所遭受的沖擊力度。
汽車安全氣囊有機械式和電子式兩大類型。全機械式安全氣囊系統(tǒng)的氣囊、充氣泵、傳感器等部件集中裝在轉(zhuǎn)向盤內(nèi),安全氣囊的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在電子式安全氣囊系統(tǒng)中,當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時,根據(jù)傳感器感應(yīng)碰撞的程度,并將感應(yīng)信號送至電控單元ECU,由ECU對碰撞信號進行識別。若是輕度碰撞,氣囊不動作;若屬于中度至嚴重程度的碰撞時,ECU則會發(fā)出點火器點火的信號,使氣囊在極短時間內(nèi)充氣,以保護駕乘人員。電子式安全氣囊系統(tǒng)具體工作過程如圖3所示。
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在電子式安全氣囊系統(tǒng)中,采用雙動作雙氣囊和雙安全帶預(yù)緊器的控制程序框圖如圖4所示。
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其工作過程的步驟是:首先汽車點火起動,氣囊開始工作,CPU等電子電路復(fù)位,做好工作準備,然后自檢。在碰撞發(fā)生后,經(jīng)CPU判斷碰撞速度的大小,并發(fā)出不同的控制指令。當(dāng)碰撞發(fā)生時,控制器根據(jù)傳感器發(fā)出的加速度信號,識別和判斷碰撞的強度,當(dāng)碰撞強度達到設(shè)計條件的要求時,引爆氣囊的傳感器迅速觸動點火器引爆氮氣固態(tài)粒子,形成迅速膨脹的氣袋,以緩沖前排乘客所遭受的沖擊力度,主要保護其頭部不受傷害。當(dāng)然不必緊張,傳感器會自動計算所受到碰撞的強烈程度,不會因駕駛員操作不當(dāng)或汽車遇到小的障礙及較輕的碰撞而導(dǎo)致氣囊錯誤起爆。
2 結(jié) 語
隨著轎車的迅速發(fā)展,汽車防抱死制動系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用,有更多的廠家研制和生產(chǎn)汽車防抱死制動系統(tǒng)和安全氣囊系統(tǒng),其技術(shù)越來越先進。需要指出的是,ABS只是制動的輔助系統(tǒng),可以在制動時幫助駕駛者控制車輛狀態(tài),防止車輛在制動中失去轉(zhuǎn)向能力,其中主要操控仍是駕駛者,所以超速駕駛?cè)詴l(fā)事故,而且需要強調(diào)的是,系好安全帶是安全氣囊發(fā)揮保護作用的一個重要條件。