安全气囊故障诊断与排除

【学习目标】

1.能描述安全气囊系统的作用与类型

2.能准确描述安全气囊系统的工作过程与工作要求

3.能准确识别安全气囊系统各个部件并描述各部件的作用

4.能分析雪佛兰科鲁兹安全气囊系统电路图

5.能诊断与排除雪佛兰科鲁兹安全气囊系统故障

【工作任务】

一辆雪佛兰科鲁兹汽车在使用过程中因安全气囊故障指示灯常亮进厂维修，使用故障诊断仪初步检测后显示故障代码“B001201驾驶员方向盘安全气囊1级展开回路”。维修人员需要在充分分析雪佛兰科鲁兹汽车安全气囊系统工作原理的基础上，合理使用工具、仪器、设备，借助汽车维修手册等资料，诊断与排除该故障。本任务具体要求如下：

（1）了解安全气囊系统的作用与类型；

（2）掌握安全气囊系统的工作过程；

（3）识别安全气囊系统的部件；

（4）掌握安全气囊系统各部件的作用；

（5）牢记安全气囊系统检测注意事项；

（6）识图与分析雪佛兰科鲁兹安全气囊系统电路图；

（7）诊断与排除雪佛兰科鲁兹安全气囊系统故障。

【相关理论】

一、安全气囊系统的作用与类型

1.安全气囊系统的作用

安全气囊系统（Supplemental Restraint System，缩写为SRS），也称为辅助乘员保护系统，主要包括座椅安全带及其收紧机构和安全气囊两部分。安全带是汽车上最有效的被动安全保护装置，安全气囊是安全带的辅助装置。当汽车发生正面碰撞和侧前方碰撞时，两部分同时起作用，其保护作用十分明显。

汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。在一次碰撞后，车速将急剧下降，在惯性力的作用下，驾乘人员会继续向前运动，并与车内构件发生碰撞，这种碰撞称为二次碰撞。

安全气囊旨在一次碰撞和二次碰撞之间的短暂时间内，在驾乘人员与车内构件之间迅速形成一个气垫，使驾乘人员的头部与胸部压在充满气体的气囊上，利用自身的阻尼作用和背排气孔的排气节流作用来吸收人体惯性力产生的动能，达到保护人体的目的。安全统计结果表明，当汽车发生正面碰撞时，由于巨大的惯性力对驾驶员所造成的伤害中，胸部以上受伤的概率达75%以上。所以，安全气囊在设计时，主要是针对驾驶员的头部和颈部而设计的。

2.安全气囊的类型

（1）按照碰撞类型分类。

根据碰撞类型的不同，安全气囊可分为正面防护安全气囊、侧面防护安全气囊和顶部防护安全气囊。正面防护安全气囊是目前应用最广泛的一种，而侧面防护安全气囊和顶部防护安全气囊现已逐渐普及。

（2）按照安全气囊数目分类。

按照完全气囊数目的不同，安全气囊可分为单气囊系统（只安装在驾驶员侧）、双气囊系统（驾驶员侧和副驾驶员侧各有一个安全气囊）和多气囊系统。

（3）按照安全气囊控制类型分类。

按照完全气囊类型的不同，安全气囊可分为机械式安全气囊和电子控制式安全气囊，现代汽车大都采用了电子控制式安全气囊。

二、安全气囊的工作过程

1.安全气囊的控制原理

如图2-3-1所示，当汽车遭受前方一定角度的碰撞时，安装在汽车前部和安全气囊系统ECU内部的碰撞传感器检测到汽车突然减速的信号，并将信号输入安全气囊系统ECU，用于判断汽车是否发生碰撞。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时，安全气囊系统ECU发出控制指令，接通安全气囊组件中的点火器电路，使点火剂受热爆炸，迅速产生大量的热量，使充气剂受热分解并释放大量氮气充入安全气囊，安全气囊膨开，保护驾驶员和乘员。

图2-3-1　安全气囊系统的控制原理

2.安全气囊的控制过程

德国博世（Bosch）公司试验研究表明：当汽车以50km/h的速度与前方障碍物碰撞时，安全气囊的动作时序如图2-3-2所示。

1）碰撞10ms后，安全气囊系统达到引爆极限，点火器引爆点火剂并产生大量的热量，使充气剂受热分解，驾驶员尚未动作。

2）碰撞约40ms后，安全气囊完全充满气体，体积最大，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上并拉紧，部分冲击能量已被吸收。

3）碰撞约60ms后，驾驶员头部及身体上部压向安全气囊，安全气囊的排气孔在气体和人体压力作用下排气节流吸收人体与安全气囊之间弹性碰撞产生的动能。

4）碰撞约110ms后，大部分气体已从安全气囊逸出，驾驶员身体上部回到座椅靠背上，汽车前方恢复视野。

图2-3-2　安全气囊的动作时序　（a）10ms后；（b）40ms后；（c）60ms后；（d）110ms后

5）碰撞约120ms后，碰撞危害解除，车速降为零。

综上所述，从开始充气到完全充满约为30ms；从汽车遭受碰撞开始到安全气囊收缩为止，所用时间仅为120ms左右，而人眨一下眼皮所用时间约为200ms左右。因此，安全气囊在碰撞过程中动作时间极短，其动作状态和经历时间无法用肉眼确认。

3.安全气囊的有效范围

安全气囊并非在所有碰撞情况下都能发挥作用。如图2-3-3所示，正面防护安全气囊只有在汽车正前方或斜前方±30°范围内发生碰撞，纵向减速度达到设定阈值，且安全传感器和任意一只前碰撞传感器接通时，才能引爆安全气囊充气。在下列条件之一的情况下，正面安全气囊不会引爆充气。

图2-3-3　正面碰撞时安全气囊系统的有效范围

1）汽车遭受侧面碰撞超过斜前方30°时。

2）汽车遭受横向碰撞时。

3）汽车遭受后方碰撞时。

4）汽车发生绕纵向轴线侧翻时。

5）纵向减速度未达到设定阈值时。

6）所有前碰撞传感器都未接通或安全气囊系统ECU内部的安全传感器未接通时。

7）汽车正常行驶时、正常制动或在路面不平的道路条件下行驶时。

4.减速度阈值的设定

减速度阈值根据安全气囊的性能设定，不同车型安全气囊系统的减速度阈值也有所不同。在美国，因为安全气囊系统是按照驾驶员不配带座椅安全带进行设计，安全气囊体积大、充气时间长，汽车以较低车速（20km/h左右）行驶而发生碰撞时，安全气囊系统就应引爆。在日本和欧洲，由于安全气囊系统按驾驶员配戴座椅安全带设计，安全气囊体积小、充气时间短，汽车以较高车速（30km/h左右）行驶而发生碰撞时，安全气囊系统才能引爆。

三、安全气囊系统的组成

安全气囊系统主要由碰撞传感器、电子控制单元ECU、安全气囊系统故障指示灯、气囊组件、电器连接件等组成。

1.传感器

在安全气囊系统中，通常装有2～4只碰撞传感器，分别安装在车身前部和中部，也有的车型安装在安全气囊系统的ECU内。其作用是检测车辆碰撞时的减速度或惯性力，并将信号送至安全气囊系统的ECU。碰撞传感器或安全气囊系统ECU的外壳上都有朝向的安装标记，不可装错。

碰撞传感器按结构的不同可分为滚球式、卷簧式、水银开关式、电阻应变式和压电效应式，按功能的不同又可分为碰撞烈度传感器和安全防护传感器。

碰撞烈度传感器简称为碰撞传感器，主要负责检测碰撞的激烈程度，安全气囊系统的ECU根据此信号判断是否发生的碰撞以及是否需要引爆气囊。

安全防护传感器是安全气囊系统必不可少的部件之一，通常安装安全气囊ECU的内部，其作用是防止碰撞传感器短路而造成气囊误爆。安全气囊ECU根据安全传感器的信号判断是否发生了碰撞。通常安全传感器接通电路所需的减速度值比碰撞传感器的要小一些。只有当安全传感器电路接通时，才能给气囊点火器供电。也就是说，只有安全传感器与任意一只碰撞传感器同时导通，气囊才会引爆。

2.ECU

ECU是安全气囊系统的控制中枢，主要由电压保护和调节电路、备用电源电路、引爆控制电路、安全传感器电路和报警自诊断电路组成。安全气囊系统的ECU根据碰撞传感器和安全传感器发出的信号，经逻辑判断后，确定是否发生了碰撞。当判定发生了碰撞且达到一定程度时，立即输出点火指令，引爆气囊。此外，安全气囊系统ECU还具有监控、保护、报警和自诊断功能。

3.安全气囊系统故障指示灯

安全气囊系统故障指示灯位于仪表板上，接通点火开关时，诊断单元对系统进行自检，安全气囊系统故障指示灯点亮6s后熄灭表示系统正常；否则表示安全气囊系统出现故障，应进行检修。

4.气囊组件

气囊组件是一个不可分解、一次性使用的总成，主要包括气囊、点火器、气体发生器等组件。驾驶员侧的气囊组件通过螺栓固定在转向盘中央的底板上，可随转向盘一同转动。前排乘员气囊组件则安装在其座椅正前方的仪表台上。

（1）气囊。

气囊通常由尼龙布制成，内表面涂有树脂层，以加强密封。早期的气囊背面或顶部制有2～4个排气孔，在人体压向气囊时排气而起到缓冲作用。其排气持续时间通常小于1s。气囊的充电时间通常为30ms，充气压力可达160kPa。

（2）点火器。

点火器安装在气体发生器内部的中央位置，如图2-3-4所示。点火器主要由引爆剂、电热丝、药筒等组成。其主要作用是：当引爆控制电路向电热丝输出引爆电流时，电热丝迅速红热而点燃引爆剂，从而使药筒内的压力和温度急剧升高，于是气体发生器内的充气剂受热分解而释放出大量氮气（N2），并经滤网过滤和冷却后喷入气囊。

图2-3-4　点火器　1—引爆炸药；2—药筒；3—引药；4—电热丝；5—陶瓷片；6—永久磁铁；7—引出导线；8—绝缘套管；9—绝缘垫片；10—电极；11—电热头；12—药托

（3）气体发生器。

如图2-3-5所示，气体发生器主要由壳体、充气剂和过滤器组成，起充气、过滤和冷却作用。壳体一般为铝质，上面有若干个充气孔。过滤器为一个多层金属滤网，起冷却和过滤渣粒的使用。目前，充气剂多采用叠氮化钠片状合剂，通过改变其数量可调节气体发生器的充气压力。

图2-3-5　电子式气体发生器1—下盖；2—出气孔；3—上盖；4—引爆雷管；5—电热丝；6—过滤器；7—药筒；8—气体发生剂

5.电器连接件

安全气囊系统的电器连接件包括线束、插接器和螺旋电缆，多采用黄色，以区别于其他系统。插接器多采用导电性和耐久性良好的镀金端子，并设计有防止误爆机构、双重锁定机构和电路连接诊断机构。由于气囊组件随着转向盘一同转动，因此，为了保证点火器导线的可靠连接，普遍采用螺旋电缆的连接方式。螺旋电缆制成扁平带状绝缘线束，盘旋安装在电缆盒中，有10～15圈。其一端固定，另一端可随着转向盘转动。

四、汽车安全气囊系统维修注意事项

汽车安全气囊系统与其他电子控制系统不同，在检修过程中，如果不按正确的操作顺序进行，就有可能导致气囊意外胀开，不仅会造成经济损失，而且可能造成严重事故，其后果不堪设想。另外，在检修安全气囊系统时，如果操作有误，就有可能在需要保护时，气囊系统不起作用。因此，在进行检修过程中，要注意以下事项：

1）安全气囊系统强制执行故障验证确认，自诊断系统保留在存储器的故障代码是排除故障的重要依据。因此，在检查排除系统故障时，必须在拆下蓄电池负极电缆前读取并记录故障代码。

2）检查工作务必在点火开关置于“OFF”位置，并将蓄电池负极电缆拆下至少3s后才能开始，这是因为安全气囊系统有备用电源供电，如果检查工作在拆下蓄电池电缆3s内就进行，就有可能导致气囊意外引爆。

3）安全气囊系统零部件的工作可靠性要求极高，所有零部件均是一次性使用，决不要试图“修复”安全气囊系统的部件。一次性使用零部件，必须更换新件。

4）在拆卸安全气囊系统的任何零部件之前，必须先使气囊组件的导线连接器断开。

5）在检修汽车其他零部件时，如有可能对安全气囊系统的传感器产生冲击而导致意外，所以应在检修工作开始之前，先将气囊组件拆下，以防气囊被误引爆。

6）检修安全气囊线路或零部件时，必须使用高阻抗的数字万用表。

7）不可直接检测点火器的电阻，否则有可能导致气囊被引爆。

8）在前乘员侧气囊上面，严禁放置任何物品。

9）气囊组件内部没有任何可维修的零部件，因此不要分解气囊组件。

10）拆卸或安装气囊组件时，气囊装饰盖的面应当朝上。不得将气囊组件重叠堆放或在气囊组件上放置任何物品，以防万一气囊被误引爆造成事故。

11）气囊组件应当存放在稳定平整的平台上，并远离高温热源和磁场较强的地方。当用电焊修理汽车车身时，应在进行电焊作业之前，将气囊组件的导线侧连接器断开。

12）在拆卸、检查和更换气囊组件时，切勿将身体朝向安全气囊。

13）气囊控制模块应当存放在阴凉、干燥的地方。

【任务准备】

实施本任务的单个工位所使用的设备及工具材料可参考表2-3-1。

表2-3-1　实训设备及工具材料

【任务实施】

一、安装车辆防护装置

1）安装车轮挡块（或三角木）。注意：车轮挡块的安装位置可以是两个后轮，也可以是呈对角关系的前后轮。

2）安装尾气排放系统，并接通尾气排放系统的电源。

3）取车钥匙，解锁车辆，开车门，安装车内防护五件套（方向盘套、手制动杆套、换挡杆手柄套、座椅套、地板垫），同时检查驻车制动杆处于拉紧位置，换挡杆处于空挡（手动变速器）或P挡（自动变速器）位置。

4）打开发动机舱盖，安装车外防护三件套（左、右翼子板布和前格栅布）。

二、雪佛兰科鲁兹汽车安全气囊系统简介

雪佛兰科鲁兹汽车安全气囊称为辅助充气式约束系统，由充气式约束系统传感和诊断模块（简称传感和诊断模块SDM）、充气模块、安全带预紧器（固定装置和卷收器）和碰撞传感器组成。SDM根据位于车辆关键点的侧碰撞传感器来判断碰撞的严重程度。如果检测到冲击力足够大的碰撞时，则SDM将会展开安全气囊并收紧安全带预张紧器。如果碰撞力不足以使充气模块展开，传感和诊断模块仍可以收紧安全带预张紧器。SDM带有一个传感装置，可将车速的变化转换成电信号。SDM将此信号与存储器中的存储值进行比较。如果信号超过存储值，SDM根据冲击的严重程度，确定展开正面安全气囊和收紧安全带预张紧器，或者只展开预张紧器。SDM持续不断地监测展开回路是否有故障，一旦检测到故障，就点亮辅助充气式约束系统“AIRBAG（安全气囊）”指示灯。SDM对辅助充气式约束系统的电气部件进行连续诊断监测。当检测到电路故障时，SDM就设置一个故障诊断码，并点亮辅助充气式约束系统“AIR BAG（安全气囊）”指示灯，以通知驾驶员。同时，转向柱和膝垫均采用吸能式设计，在发生正面碰撞时可以收缩，从而限制了腿部的移动，减小对驾驶员和乘客造成伤害的机会。

1.安全气囊指示灯

安全气囊指示灯位于组合仪表上，用于向驾驶员通知安全气囊系统故障，确认安全气囊系统SDM是否与组合仪表通信。将点火开关置于“ON（打开）”位置后，SDM便有了点火正电压。组合仪表将瞬时点亮安全气囊系统指示灯。指示灯点亮时，SDM将安全气囊系统的所有部件和电路进行测试。如果未检测到故障，SDM将通过串行数据电路与组合仪表通信，指令辅助充气式约束系统熄灭“AIR BAG（安全气囊）”指示灯。SDM通过一系列的检查，持续监测安全气囊电路。如果检测到故障，SDM将存储故障诊断码（DTC），并通过串行数据指令组合仪表点亮“AIR BAG（安全气囊）”指示灯。如果气囊系统存在故障，则可能导致气囊无法展开，或在碰撞状况未达到设定的严重程度时展开。

2.安全气囊系统控制模块SDM

SDM是一个微处理器，它是安全气囊系统（SIR）的控制中心。SDM包含有内部传感器和外部传感器，安装在车辆的关键位置处。如果发生碰撞，SDM将来自内部和外部碰撞传感器的信号与存储器中的存储值进行比较。当产生的信号超过存储值时，SDM就向相应的气囊发生器供电，驱动安全气囊工作，同时SDM记录安全气囊工作时的安全气囊系统状态，并点亮位于组合仪表上的“AIR BAG（安全气囊）”指示灯。将点火开关置于“ON（打开）”位置时，SDM会对安全气囊系统的电气部件和电路进行连续诊断监测。SDM检测到故障时，就会存储一个故障诊断码，并请求组合仪表点亮“AIR BAG（安全气囊）”指示灯，以通知驾驶员有故障存在。如果在碰撞过程中失去了点火正极电压，SDM将使用23V的回路后备电源使安全气囊能够展开。在禁用安全气囊系统，以进行维修或营救工作时，应先将23V后备电源放电（该过程将持续达1分钟）。

3.安全气囊

雪佛兰科鲁兹汽车有6个安全气囊，分别位于驾驶员方向盘、乘客侧仪表板（乘客侧）、驾驶员座椅侧（B柱）、乘客座椅侧（B柱）、左侧车顶纵梁和右侧车顶纵梁中。安全气囊包括一个壳体、充气式安全气囊、两个点火引爆装置（如安装双充气装置）以及装有气体发生材料的容器，在某些情况下还有贮存的压缩气体。展开回路使用电流展开安全气囊。驾驶员方向盘和乘客侧仪表板安全气囊有两个展开级别，可根据碰撞的严重程度来选择对乘员的保护程度。在中等程度的正面碰撞时，安全气囊并不完全展开，只展开1级安全气囊。当车辆发生较严重的正面碰撞时，安全气囊将完全展开，整个过程由安全气囊的1级和2级展开回路共同完成。电流流过安全气囊，引爆气体发生罐中的材料，从而迅速产生大量气体，在某些情况下还会释放压缩气体。该反应生成的气体使气囊迅速充气膨胀。气囊一旦充入气体，就会通过气囊通气孔和/或气囊纤维快速放气。

4.座椅安全带预张紧器（卷收器）

座椅安全带卷收器（驾驶员和乘客）由一个外壳、座椅安全带卷收器（位于B柱），安全带、点火器和一个装有气体发生材料的容器组成。点火器属于座椅安全带预张紧器展开回路的一部分。当车辆发生冲击力足够大的碰撞时，SDM就会使电流通过安全带展开回路流至点火器。电流流过点火器，引爆气体发生罐中的材料，从而迅速产生大量的气体。该反应生成的气体使座椅安全带预张紧器展开，以消除安全带上的所有松弛。根据碰撞的严重程度，安全带预张紧器可能在正面充气模块不展开的情况下展开，或就在正面充气模块展开之前展开。

5.碰撞传感器

雪佛兰科鲁兹汽车有3个碰撞传感器，分别位于车辆前部，其中，2个位于B柱内（左侧和右侧）。侧碰撞传感器包括一个检测车辆加速度和速度变化的传感装置，以检测碰撞的严重程度是否需要展开安全气囊。碰撞传感器向SDM提供车辆碰撞信号。

三、雪佛兰科鲁兹汽车前安全气囊电路分析

如图2-3-6所示，驾驶员侧安全气囊F107通过线路3020、线路3021、方向盘气囊线圈与安全气囊系统模块K36连接。当车辆遭受到足够大冲击力的正面碰撞时，安全气囊模块（SDM）向安全气囊供电，以展开驾驶员方向盘气囊。同时，SDM对安全气囊展开回路执行连续诊断测试，以检查电路是否正常导通，以及是否对搭铁或电压短路。驾驶员方向盘安全气囊线圈连接器内有一根短接棒，当连接器断开时，短接棒将短接驾驶员方向盘安全气囊级高电平电路和低电平电路。这样有助于防止方向盘安全气囊在维修时意外展开。

四、雪佛兰科鲁兹汽车驾驶员侧安全气囊电路故障诊断

1）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，断开蓄电池负极电缆，2分钟后断开F107方向盘安全气囊线束连接器，测试确认线路3021（F107端）和线路3020（F107端）之间的电阻大于25Ω。

注意：如果电阻不大于25Ω，则断开K36的X1线束连接器，测试线路3021和线路3020电阻是否为无穷大。若电阻不为无穷大，则修理两线路之间的短路故障；若电阻为无穷大，则更换K36。

2）连接蓄电池负极电缆，将点火开关置于“ON（打开）”位置，测试确认线路3021（F107端）和线路3020（F107端）和搭铁之间的电压小于11V。

图2-3-6　雪佛兰科鲁兹前安全气囊电路图

如果电压不小于11V，则断开蓄电池负极电缆，2分钟后断开K36的X1线束连接器，重新连接蓄电池负极电缆并将点火开关置于“ON（打开）”位置，分别测试线路3021和线路3020对搭铁电压是否小于1V。若电压不小于1V，则修理线路对电压短路故障；若电压小于1V，则更换K36。

3）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，测试确认线路3021（F107端）和线路3020（F107端）和搭铁之间的电阻大于25Ω。

如果电阻不大于25Ω，则断开蓄电池负极电缆，2分钟后断开K36的X1线束连接器，重新连接蓄电池负极电缆，分别测试线路3021和线路3020对搭铁电阻是否为无穷大。若电阻不为无穷大，则修理线路对搭铁短路故障；若电阻为无穷大，则更换K36。

4）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，线路3020和线路3021之间安装一条带3A保险丝的跨接线，再将点火开关置于“ON（打开）”位置。将方向盘沿一个方向转动360度然后再沿另一个方向转回360度，同时确认故障诊断仪“展开回路电阻”参数总是小于2Ω。

如果电阻不小于2Ω，则断开蓄电池负极电缆，2分钟后断开K36的X1线束连接器，重新连接蓄电池负极电缆，分别测试线路3021和线路3020端对端电阻是否小于2 Ω。若电阻不小于2Ω，则更换线圈或维修电路开路/电阻过大故障；若电阻小于2Ω，则更换K36。

5）将点火开关置于“OFF（关闭）”位置，连接F107方向盘安全气囊的线束连接器，按下连接器定位器（如装备）直至听到和/或感觉到咔嗒声。

6）将点火开关置于“ON（打开）”位置，清除故障诊断码。在“运行故障诊断码的条件”下操作车辆，使用故障诊断仪确认未出现故障代码DTC B0012或B0013。

如果出现故障代码DTC B0012或B0013，则更换F107方向盘安全气囊。

【检查评议】

1.考核要求

1）能正确安装车辆防护装置。

2）能正确读取并记录故障码。

3）能准确分析安全气囊系统的故障原因。

4）能正确使用工具、量具。

5）排除安全气囊系统的故障过程合理。

2.配分与评分标准

配分与评分标准见表2-3-2。

表2-3-2　配分与评分标准

续　表