电控安全带系统

5．2　电控安全带系统

对乘员最有效的被动保护方法之一就是人体约束装置，它包括安全带约束系统和安全气囊约束系统，安全带与安全气囊统称为辅助约束系统(SRS)，属于被动安全保护装置。

早时的安全带结构非常简单，仅有织带、带扣和固定件系统。20世纪60年代出现了安全带收紧器，20世纪70年代出现了自锁式收紧器和紧急锁止式收紧器。到了20世纪80年代以后，出现了智能性安全带、自动脱戴式安全带和安全气囊式安全带等。

5．2．1　丰田LS400汽车收紧式电控安全带系统

图5－24为丰田LS400汽车的电控安全带系统，该系统采用了安全带收紧器。当汽车发生碰撞时，安全气囊传感器受到冲击，若前后方向的冲击力大于规定值，座位安全带收紧器就会动作，使安全带收紧一定的长度，减小驾驶员或乘员上身的前倾位移，有效地保护了车内乘员在汽车发生碰撞时不与车辆前方方向盘或仪表板产生二次碰撞。

1．安全带收紧器的主要组成

收紧器主要由点火器、气体发生器、收紧装置等组成。

(1)点火器:由安全气囊ECU内的安全传感器控制其电源侧电路的接通状态，再由安全气囊ECU根据各传感器信号判断碰撞程度后，向点火器的驱动电路发出点火指令控制其接地端电路的状态。

1－安全气囊　2－座位安全带收紧器

图5－24　收紧式电控安全带

(2)气体发生器:结构原理与安全气囊系统的气体发生器基本相同，只是体积较小，充气剂用量很少。

(3)常见收紧装置的有棘轮棘爪式、齿条齿轮式和球链棘轮式等。

①棘轮棘爪式如图5－25(a)(b)所示，收紧器的活塞安装在气缸内，尾部焊接有一钢丝绳，钢丝绳的另一端固定在棘轮机构的一个棘爪上。

1－气缸　2－活塞　3－充气剂　4－引药　5－电热丝　6－线束插座　7、9－通气孔　8－气体发生器　10－钢丝绳　11－气体

图2－25　齿轮齿条式安全带收紧器

如图5－25(c)所示，棘轮机构设置在安全带伸缩卷筒的一端，由三个棘爪、一个外齿圈和弹簧组成。外齿圈固定在安全带伸缩卷筒的转轴上，可与转轴一起转动。当钢丝绳不动时，棘爪在弹簧的作用下处于松弛状态，外齿圈可随安全带卷筒转动;当拉动钢丝绳时，拉力克服弹簧的弹力使棘爪卡在外齿圈的齿上，并带动安全带伸缩卷筒转动一定角度，使安全带收紧。

②齿轮齿条式(如图5－26)。齿轮齿条式收紧器的气缸内有一活塞，活塞的上端接一齿条，安全带卷轴的两端固定有齿轮。当点火器点火使气体发生器产生的气体推动气缸内的活塞时，活塞带动齿条向上运动而与齿轮啮合，从而在齿条继续上行的过程中带动齿轮转动，安全带卷轴转动使安全带收紧。

图5－26　齿轮齿条式安全带收紧器

③球链棘轮式(如图5－27所示)。在安全带收紧器的管道内有一串球链，而安全带卷轴的两端安装有棘轮。当点火器点火使气体发生器引爆，爆炸产生的气体在管道内迅速膨胀，压向球链，使球链在管内往前窜，球链上的钢球与棘轮上的棘爪啮合，从而带动棘爪盘转动。由于棘爪盘跟转轴连为一体，安全带就实现了收紧功能。

图5－27　球链棘轮式收紧器

2．安全带收紧器的工作过程

安全气囊ECU根据前碰撞传感器、安全传感器和中央传感器的信号判断汽车发生碰撞的程度，从而决定是否要引爆安全带;若ECU判定为要引爆安全带，则ECU控制安全带的点火器电路接通，使气体发生器受热产生大量气体，再推动对应的收紧装置，使安全带收紧起作用。

5．2．2　电控可调肩带系紧程度系统

丰田LS400汽车电控安全带系统除具有安全带收紧的功能外，驾驶员还可以根据自己的意愿，通过操纵对应的开关按钮控制调节肩带的系紧程度。该系统由肩带调节开关、可调高度系紧电动机、可调高度系紧传感器、肩带系紧继电器和安全气囊ECU等组成。它是通过电动机驱动肩带的一端在中立柱上的一段导轨上实现上、下滑动，从而调节肩带的系紧程度。

LS400汽车电控安全带系紧系统的电路如图5－28所示:

图5－28　电动安全带系紧系统的电路

驾驶员或乘员通过操纵肩带调节开关(升或降)向ECU输入控制信号，ECU根据输入信号判断驾驶员或乘员的意图，通过控制肩带继电器的通断状态，来实现对可调高度系紧电动机通电电流方向的控制，电动机在通电电流相反时其转向也相反，从而使得肩带可在导轨里上、下滑动，以达到调节肩带系紧程度。

系统中的可调高度系紧传感器安装于导轨的极限位置，用于检测在电动机驱动下的肩带是否到达了上、下极限。当可调高度系紧传感器检测到肩带已到达上或下极限位置时，会将此信号输入至ECU，ECU随机控制电动机断电，以防止电动机在受限制不能转动时还继续通电而发热烧坏。

5．2．3　自动脱戴式电控安全带系统

1．特点

美国福特汽车电控安全带系统能自动地将肩部安全带和腰部安全带跨到驾驶员和乘客的身上。电控安全带系统由直流电动机控制，借助导轨(在前立柱和中立柱之间)上的运载装置移动安全带，如图5－29所示。安全带的一端固定到运载装置，另一端接至惯性锁住收缩器。

1－导轨装置和电动机总成　2－导轨　3－锁止装置　4－软管　5－电动机　6、9－紧急锁住式收缩器(手动操作的腰部安全带)　7－紧急锁住式收缩器　8－带子导向器　10－带子夹持器　11－内带总成(手操作的腰部安全带)　12－外带总成(手操作的腰部安全带)　13－警告标签　14、18－膝枕

图5－29　福特汽车电控安全带系统的结构

2．惯性锁住式收缩器

利用摆动机构在急加速瞬间锁紧安全带，如图5－30。当汽车突然停止时，惯性会导致摆锤向前摆动，摆锤另一端的棘爪会抓住固定在卷轴上的一个带齿棘轮;由于棘爪卡住了其中一个轮齿，因而齿轮便无法逆时针旋转，从而使与之相连的卷轴也无法旋转。当撞击后松开安全带时，齿轮会顺时针旋转，并与棘轮分开。

图5－30　福特汽车安全带的惯性锁住式收缩器

图5－31　当车门打开时，肩部安全带外端朝前移动至前立柱

3．工作过程

当车门打开时，肩部安全带外端朝前部移动至前立柱，使驾驶员和乘客可方便地进入或离开座椅，如图5－31。当车门关闭且点火开关打到RUN(运行)档时，电动机便移动安全带的外端至中立柱的锁止位置。

电控安全带系统的电路如图5－32所示，控制模块接收来自“车门半锁连动开关”、“限位开关”和“紧急脱扣开关”等信号。

图5－32　电控安全带系统电路图

(1)“车门半锁连动开关”的作用是向控制模块发出车门位置信号:当车门全锁时，车门半锁开关是张开的。控制模块收到此信号时，便接通电动机，电动机便将肩部安全带移动到驾驶员和乘客肩后中立柱的锁止位置。如果控制模块收到车门是打开的信号，不管点火开关打到哪个档位，控制模块便接通电动机，电动机便将肩部安全带移动到前立柱的位置。

(2)“限位开关”的作用是向控制模块发出肩部安全带的位置信号

当肩部安全带被电动机移到前立柱的位置时，前立柱上的限位开关A断开。当肩部安全带被电动机移到中立柱的锁止位置时，中立柱上的限位开关B断开，控制模块切断电动机电源。打开车门时，控制模块给电动机反向电流直到限位开关A断开为止。

(3)“紧急脱扣机构”是在系统发生故障时起作用

当揿脱扣钮的时候，常闭的紧急脱扣开关同时张开。控制模块便接通仪表板上的警告灯，并发出警告驾驶员的声响。紧急脱扣开关张开，还起到了阻止肩部安全带收缩器开锁的作用。

(4)惯性开关。福特汽车在电控安全带系统中采用了“惯性开关”，当控制模块接收到惯性开关张开的信号时，即使打开车门，控制模块也能阻止肩部安全带移到前立柱的位置。惯性开关的结构同燃油泵惯性开关的结构相同。如图5－33所示，惯性开关是一种常闭式开关，当汽车遭遇车速超过8km/h的碰撞或翻车事故时，惯性开关便立刻打开，给控制模块一个打开信号。若惯性开关已被触发，要手动复原。

1－冲击板　2－钢球　3－磁头　4－开关的端子　5－电触头　6－复原按钮(开关打开时的位置)　7－复原按钮(开关闭合时的位置)

图5－33　福特电控安全带系统中“惯性开关”的结构