模塊目標

1.了解模糊洗衣機測控系統組成及控制原理；

2.了解晶振外殼缺陷在線抽檢系統組成及控制原理；

3.了解汽車安全氣囊的工作原理、基本結構、使用中的注意事項及檢修注意事項。重點：

1.掌握模糊洗衣機測控系統中衣物的多少、面料的軟硬等相關信息是如何獲取的；

2.掌握基于機器視覺的晶振外殼缺陷在線抽檢系統組成；

3.掌握汽車安全氣囊中傳感器采用形式及工作原理。難點：

1.模糊洗衣機測控系統中衣物的多少、面料的軟硬等相關信息獲取；

2.汽車安全氣囊中采用什么形式的傳感器，工作原理是什么。模塊2檢測技術模塊導學檢測技術是機電一體化產品的一個重要組成部分，是用于檢測相關外界環境及產品自身狀態，為控制環節提供判斷和處理依據的信息反饋環節。機電一體化系統中，檢測系統所測試的物理量一般包括：溫度、流量、功率、位移、速度、加速度、力等。本模塊將結合物理量測試的相關知識來介紹模糊洗衣機測控系統、晶振外殼缺陷在線抽檢系統、汽車安全氣囊的檢測，從而找出機電結合的方法，關鍵在于檢測技術的應用。項目2-1模糊洗衣機測控系統項目思考什么是模糊控制？模糊洗衣機測控系統模糊洗衣機中有哪些傳感器？在模糊洗衣機中需要對哪幾個方面進行模糊推理？模糊洗衣機的定義模糊洗衣機控制系統結構及原理模糊洗衣機物理量檢測方法模糊洗衣機水位設定模糊洗衣機水流強度控制項目知識項目實踐知識分布網絡未來洗衣機發展趨勢知識拓展模糊洗衣機洗衣時間設定模糊洗衣機實際洗滌時間的調整模糊洗衣機軟件設計模糊洗衣機模糊推理洗衣機的發展歷史2.1.1項目思考（思）

傳統的全自動洗衣機有兩種：一種是機械控制式，一種是程序控制式。在嚴格意義上這兩種洗衣機不能稱作全自動。因為它們都需要人進行衣質、衣量判斷，并確定洗衣時間。傳統洗衣機由于功能的需要和技術的局限，控制鍵越來越多，而洗衣的人一般是家庭婦女、老人、保姆等，這些人的文化程度相對來說比較低，很難掌握正確用法，造成功能上的浪費，不能真正實現“全自動”的功能。那么，有沒有控制簡單而且功能完善的洗衣機呢？隨著模糊控制技術的日趨成熟，人類的這種愿望就有了實現的機會。提出問題：什么是模糊控制？模糊洗衣機中有哪些傳感器？在模糊洗衣機中需要對哪幾個方面進行模糊推理？

2.1.2項目知識（學）知識點1：洗衣機的發展歷史

1874年，“手洗時代”受到了前所未有的挑戰，有人發明了木制手搖洗衣機。發明者是美國人比爾—布萊克斯。布萊克斯的洗衣機構造極為簡單，是在木筒里裝上6塊葉片，用手柄和齒輪傳動，使衣服在筒內翻轉，從而達到“凈衣”的目的。

1880年，美國又出現了蒸氣洗衣機，蒸氣動力開始取代人力。之后，水力洗衣機、內燃機洗衣機也相繼出現。

1911年，美國試制成功世界上第一臺電動洗衣機。電動洗衣機的問世，標志著人類家務勞動自動化的開端。知識點2：模糊洗衣機的定義

模糊控制技術實際上是模擬人的智能—根據實際情況隨機應變的一種技術。人是通過感覺器官，如眼睛、手等得到關于衣物的信息，由大腦作出判斷和決定。模糊洗衣機則是利用各種傳感器，如臟污程度傳感器、衣物傳感器、水位傳感器、溫度傳感器等代替人的眼睛和手，取得有關信息，然后傳遞給中心控制微處理器（CPU）。微處理器通過對傳感器送來信息進行處理，篩選出洗衣參數，達到類似于人工選擇的水平，從而實現洗衣機智能化控制。知識點3：模糊洗衣機控制系統結構及原理

圖2-1是模糊洗衣機控制系統框圖。模糊洗衣機主要由微處理器、檢測電路、驅動電路、控制面板和電源電路等組成。微處理器實現對檢測電路、驅動電路、鍵盤及顯示器陣列的控制；檢測電路是應用多種形式的傳感器,實現對各種信號的檢測；驅動電路由微處理器的并行口輸出經放大后的信號，控制洗衣機電機的速度和方向、水的溫度以及進水閥、排水閥的通斷；控制面板上設置了鍵盤、數碼管、發光二極管，用以反映洗衣過程的定時狀態及洗滌狀態等；電源電路用來提供各部分所需的電源。圖2-1模糊洗衣機控制系統框圖

知識點4：模糊洗衣機物理量檢測方法

洗衣機在洗衣過程中起到決定作用的物理量有水位、布質布量、渾濁度、水溫四種。這些物理量都需要采用一定的方法檢測出來，并且轉換成微處理器所能接收的信號，微處理器再進行處理和執行模糊推理。1.水位檢測水位檢測的精度直接影響洗凈度、水流強度、洗滌時間等參數。對于模糊控制的洗衣機，要求水位的檢測必須是連續的,故常采用諧振式水位傳感器。鑒頻式水位傳感器的結構圖（左）鑒頻式水位傳感器的等效電路圖（右）圖2-2水位測量電路水位測量電路如圖2-2水位傳感器測量電路所示,為便于與微處理器接口，水位傳感器采用數字振蕩電路,電感與電容組成的三點式振蕩電路經C2耦合接入數字式諧振放大器A1,隨著水位變化,諧振頻率作相應變化,經A2整形后輸出,便可將數字量傳送給微處理器。2.布質和布量檢測布質與布量檢測時，首先加入一定量的水,然后起動主電機,接著斷電讓主電機以慣性繼續旋轉；此時主電機處于發電機狀態,隨著布阻抗大小的不同，主電動機處于發電機狀態的時間長短也不同，只要檢測出主電動機處于發電機狀態的時間長短,就可以反過來推理出布阻抗的大小；當布阻抗得出之后，就可通過模糊推理得出相應的布質及布量。檢測電路如圖2-3所示。圖2-3布質布量檢測電路

3.渾濁度檢測渾濁度傳感器安裝于洗滌筒底部，靠近排水閥進水口的位置，如圖2-4所示。圖2-4渾濁度檢測原理及安裝位置

渾濁度傳感器是利用紅外發光二極管和光敏三極管獲取洗滌液對光的通透程度來判定衣物臟污程度的。發光二極管發出的光透過洗滌液照射到光敏三極管的基極，使光敏三極管基極電流、集電極電流發生變化，再將電流變化轉換成電壓變化，如圖2-5所示。圖2-5渾濁度傳感器電路

4.水溫檢測

水溫檢測是由溫度傳感器完成的。適當的洗衣溫度有利于污垢的活化，可以提高洗滌效果。水溫傳感器裝在洗滌桶的下部，以熱敏電阻為檢測元件。一般情況下水溫在4-40℃最佳，因為水溫太高對衣物有損壞。知識點5：模糊洗衣機模糊推理

圖2-6所示為模糊洗衣機的推理框圖。各傳感器的輸出端連接到微處理器上，微處理器根據各傳感器檢測到的布質、衣量、水溫和渾濁程度等信息，進行分析評估計算，使其模糊化，再根據模糊規則進行推理，最后從規則庫中查找對應規則進行模糊判決，從而確定最適當的水位、洗滌時間、水流、洗滌方式和脫水時間。圖2-6模糊洗衣機的推理框圖

模糊推理分為兩個部分：洗滌劑濃度推理、洗衣推理。（1）洗滌劑濃度推理規則。若水的渾濁度低，則洗滌劑放入量少；若水的渾濁度較高，則放入洗滌劑較多；若水的渾濁度高，則洗滌劑放入量大。（2）洗衣推理規則。若衣量少、化纖布質偏多、水溫比較高，則水流非常弱、洗滌時間非常短；若衣量多、棉布布質偏多、水溫較低，則水流應為特強、洗滌時間為特長。水溫、時間由衣量的模糊量分類，如圖2-7所示。圖2-7水溫、時間與衣量的模糊量分類2.1.3項目制作（做）項目要求

模糊洗衣機的控制器是一個多輸入、多輸出的控制系統。輸入變量有布質、布量、渾濁程度、溫度。輸出變量有水位、水流、洗滌時間、脫水時間、洗滌劑投放量、漂洗方式和次數6種結果。為了使控制效果好，而且控制簡單，采取矛盾分析方法，具體要求是：（1）根據布質、布量確定水位高低和水流強度；（2）根據布質、布量和溫度確定初始的洗衣時間；（3）根據洗滌過程中的渾濁度信息來修正實際的洗滌時間長短和漂洗次數的多少；（4）確定主程序框圖。項目實施1.模糊洗衣機水位設定（1）模糊量的定義：布質的模糊子集為{化纖，棉布}；布量的模糊子集為{少，中，多}；水位的模糊子集為{少，低，中，高}；根據經驗和實驗數據，各模糊子集的隸屬度函數采用梯形與三角形隸屬函數，模糊變量布質、布量、水位的隸屬度函數如圖2-8～圖2-10所示。含棉量（%）O1.0化纖棉布1.0O布量（kg）少中高（L）O1.0高中低少圖2-8布質的隸屬度函數

圖2-9布量的隸屬度函數

圖2-10水位的隸屬度函數

（2）根據實際操作經驗可總結出水位模糊控制規則表，見表2-1。水位布質化纖棉布布量少少低中低中多中高表2-1水位模糊控制規則表2.模糊洗衣機水流強度控制

（1）水流強度的模糊量可定義為{弱，中，強}，其隸屬度函數如圖2-11。（2）根據實際操作經驗可總結出水流強度模糊控制規則表，見表2-2。O1.0水流強度弱中強圖2-11水流強度的隸屬度函數

水流強度布質化纖棉布布量少弱中中中強多強高表2-2水流強度模糊控制規則表3.模糊洗衣機洗衣時間設定

（1）洗衣設定時間和溫度的模糊量定義如下：洗衣設定時間的模糊子集為{很短，短，較短，中，較長，長，很長}；其隸屬度函數如圖2-12所示。溫度的模糊子集為{低，中，高}。（2）根據實際操作經驗可總結出洗衣設定時間模糊控制規則表，見表2-3。01.0隸屬度洗衣時間（min）很短短較短中較長長很長圖2-12洗衣時間的隸屬度函數

布質化纖棉布溫度高中低高中低布量少很短短中短短中中較短較短較長較短中長多較長長很長長長很長表2-3洗衣設定時間模糊控制規則表

4.模糊洗衣機實際洗滌時間的調整

洗衣過程中必須根據實際洗滌衣物的臟污程度和臟污性質的不同，對洗滌時間做適當的修正，以保證洗凈度高，洗衣時間又不過長。洗衣修正時間模糊控制規則表見表2-4。修正時間臟污性質泥性中性油性臟污程度輕負多負少零中負少零正少重零正少正多表2-4洗衣修正時間模糊控制規則表

項目總結

本項目以模糊洗衣機模糊推理為例，訓練學生根據布質、布量確定水位高低和水流強度，根據布質、布量和溫度確定初始的洗衣時間等。在項目實施過程中，使學生對模糊推理概念和模糊洗衣機控制等方面有較為清晰的認識和了解。項目評價

在規定時間內完成任務，各組自我評價并進行展示，各組之間根據項目評價表進行檢查。評價表如表2-5所示。項目目標分值評分

得分水位設定的模糊控制能正確分析出水位模糊控制規則表15（1）水位與布質之間分析不符合規則，每處扣2分（2）水位與布量之間分析不符合規則，每處扣2分水流強度的模糊控制能正確分析出水流強度模糊控制規則表15（1）水流強度與布質之間分析不符合規則，每處扣2分（2）水流強度與布量之間分析不符合規則，每處扣2分洗衣設定時間的模糊控制能正確分析出洗衣設定時間模糊控制規則表15設定的時間與布質、布量、溫度之間不符合規則，每處扣2分實際洗滌時間的調整方法能正確分析出洗衣修正時間模糊控制規則表15實際修正時間與臟污程度、臟污性質之間不符合規則，每處扣2分軟件設計按照控制要求正確繪制出洗衣機主程序框圖40（1）主程序框圖簡潔易讀，不符合控制要求，每處扣5分（2）各模塊之間不符合控制要求，每處扣5分總分100表2-5項目評價表2.1.4知識拓展

未來洗衣機發展趨勢：1）今后的洗衣機將更加注重水和洗衣劑之間的比例。2）今后的洗衣機將在殺菌功能上繼續創新。3）未來，更多的洗衣機將加入自動烘干功能。

項目2-2晶振外殼缺陷在線抽檢系統

項目思考什么是機器視覺檢測技術？晶振外殼缺陷在線抽檢系統在線抽檢系統由哪幾部分組成？晶振外殼缺陷在線抽檢系統結構晶振外殼品質在線自動抽檢系統機械裝置原理圖晶振外殼品質在線自動抽檢系統的計算機控制系統原理圖項目知識項目實踐知識分布網絡機器視覺的發展歷史機器視覺應用實例知識拓展晶振的用途及分類晶振外殼缺陷檢測方法2.2.1項目思考

晶體振蕩器(CrystalOscillator，簡稱晶振)具有頻率穩定度高、體積小、精度高的優點，廣泛應用于各種模擬和數字電路中，作為基準時鐘源。晶振外殼的外形如圖2-14所示。晶振外殼采用沖床連續沖壓成形，沖壓過程自動上料，自動沖壓，可在無人管理情況下連續工作數十小時。晶振外殼的沖壓品質主要由沖壓模具來保證，若沖壓模具損壞，在無人監視的情況下沖床仍連續作業，則將造成大量廢品。為此，需要在沖壓生產線上配置晶振外殼品質在線自動抽檢系統，該系統通過抽檢外殼來間接判斷模具狀況，工作頻率不需很高，一般數分鐘抽檢一次即可。圖2-14晶振外殼外形圖

提出問題：1.什么是機器視覺檢測技術？2.在線抽檢系統由哪幾部分組成？2.2.2項目知識

知識點1：晶振的用途及分類：晶振即晶體振蕩器。石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩定度的振蕩器，被廣泛應用于彩電、計算機、遙控器等各類振蕩電路中，以及通信系統中用于頻率發生器、為數據處理設備產生時鐘信號和為特定系統提供基準信號。國際電工委員會（IEC）將石英晶體振蕩器分為4類：普通晶體振蕩（SPXO），電壓控制式晶體振蕩器（VCXO），溫度補償式晶體振蕩（TCXO），恒溫控制式晶體振蕩（OCXO）。目前發展中的還有數字補償式晶體損振蕩（DCXO）微機補償晶體振蕩器（MCXO）等等。知識點2：晶振外殼缺陷檢測方法：晶振質量的好壞直接影響到電路工作狀況，而晶振外殼是采用沖床連續沖壓成形，它的品質也是影響晶振性能的主要因素之一。目前生產廠家對晶振外殼沖壓品質的檢測方法主要有人肉眼檢測法和機器視覺檢測這兩種方法。機器視覺是一項綜合技術，其中包括數字圖像處理、機械工程、自動控制、電光源照明、光學成像、傳感器、模擬與數字視頻，計算機軟硬件，人機接口等。基于機器視覺的晶振外殼缺陷在線抽檢系統，是在晶振外殼生產流水線上的抽樣檢測系統。該抽檢系統的總體設計見圖2-15。PC機以及軟件系統圖像采集卡CCD攝像頭控制卡報警裝置執行機構機械裝置以及氣動元件安裝平臺圖2-15晶振外殼缺陷在線抽檢系統的結構

知識點3：晶振外殼缺陷在線抽檢系統結構：1.PC機以及軟件系統

PC機除了要控制采集設備進行圖像采集，與下位機控制設備通訊，傳送消息，調度系統資源等任務，還要完成圖像處理以及缺陷識別和檢測功能。2.圖像采集設備圖像采集設備主要負責采集晶振外殼的圖像，是與晶振外殼直接接觸的部分。相機是機器視覺系統中的關鍵環節，要開發一個高速度、高精度的機器視覺系統，必須嚴格選擇相機。而圖像采集卡則是機器視覺系統的重要組成部分，其主要功能是對相機所輸出的視頻數據進行實時的采集，并提供給PC的高速接口。

1）相機的分類（1）按顏色分為彩色和黑白相機。（2）按圖像傳感器分為CCD和CMOS相機。（3）按掃描方式分為線掃描和面掃描。2）根據成像速度選擇相機一般系統除了精度要求以外，對相機的成像速度也有一定要求。而系統速度的估算，要將整個系統的條件以及工作環境都一起考慮進去，由于本系統的采樣周期較長，系統有足夠的時間來采集、處理圖像，因此對相機成像速度沒有特殊要求。3）圖像采集卡類型（1）圖像采集卡：主要的功能就是將相機中輸出的模擬圖像信號，轉換成數字信號，最終傳至PC的內存中。（2）具有顯示功能的采集卡：在采集卡的基礎之上，另加入了圖像顯示功能。（3）自帶處理器的板卡：板卡本身就帶有處理器和進行圖像處理的固化程序，不必在PC中運行。4）圖像采集卡硬件性能分析圖像采集卡是CCD攝象機與計算機的接口。在機器視覺系統中圖像采集卡的選取通常需要綜合考慮以下因素：（1）圖像采集卡所支持的視頻制式，圖像采集卡支持的制式必須與CCD輸出的視頻信號標準一致。（2）輸入通道的路數、輸入阻抗、信噪比等。（3）圖像采集卡的空間分辨率。（4）數據傳輸機制以及總線的控制接口。（5）支持的軟件。3．光源和照明光源和照明是機器視覺系統輸入的重要因素，好的光源與照明方案往往是整個系統成敗的關鍵。1）光源類型選取光源主要是為圖像傳感器提供光路支持，它將光線照射到視覺對象上，對象反射光攜帶了對象的大部分表面特征，經物鏡成像在圖像傳感器的像面上，從而可以采集到對象的表面特征信息。

LED光源壽命更長，光源穩定工作壽命達到6000h-10000h。2）照明方式選取照明方式的選取也是該系統實現過程中極其重要的環節，因為只有根據系統所需要的圖像特點來選擇光源和照明方案，才能獲得高質量的采集圖像，為后期的一系列圖像處理工作做好準備，從而實現良好的檢測效果。主要照明方式如圖2-16。圖2-16不同照明方式原理圖

（1）直前光照明：光源直接照射物體，光主要集中在被照明區域中心，經物體反射后的光傳遞給攝像頭，可能產生照明不勻。如圖2-16a。（2）擴散光照明：散色光照射到物體正面，光線沒有方向性，可以利用不同的角度的擴散光使得到的圖像更平衡。如圖2-16b。（3）背景照明：光源位于物體背面，這種照明方法是將被測物放在光源和攝像頭之間，它的優點是能獲得比較清晰精確的邊緣。如圖2-16c。（4）暗場照明：低角度的光源（水平角度大約為10-15度）能夠影射出表面的輪廓。如圖2-16d。（5）軸線照明：可以得到均勻的，高亮度的光，比較適合檢測反射比較厲害的表面缺陷。如圖2-16e。4.控制器要求控制器是控制系繞的核心，控制各個元件能夠協調工作，并要不停接收主機的檢測結果，從而控制執行機構以及將目標對象的位置、狀態發送到主機。該系統對控制器的要求是：（1）能穩定可靠，抗干擾性強。（2）要求具有可編程性，能夠自由擴充各種模塊和接口而不需要更換控制器。（3）要求能夠具有與主機通訊的功能。2.2.3項目制作

項目要求

晶振外殼品質在線自動抽檢系統可以完成對連續沖壓成形的晶振外殼進行自動在線取樣、樣品六面攝像、圖像分析、判斷和廢品報警。當圖像分析結果發現連續若干個晶振外殼樣品外形出現異常時，將發出報警信號，請求更換沖壓模具，同時停止沖床沖壓工作。根據此要求設計出基于機器視覺的晶振外殼缺陷在線抽檢系統的機械裝置原理圖、計算機控制系統原理圖并加以說明。項目實施1.晶振外殼品質在線自動抽檢系統機械裝置原理圖該抽檢系統機械裝置的原理圖如圖2-17所示。

1－輸送槽；2－水平輸送帶；3－存儲箱；4－取樣槽；5－上電磁鐵；6－下電磁鐵；7－支撐架；8－彈簧；9－振動整理槽；10－凹槽；11－激振器；12－電磁鐵支座；13－氣動機械手；14－CCD顯微鏡a；15－電動轉臺；16－CCD顯微鏡b圖2-17晶振外殼品質在線自動抽檢系統機械裝置原理圖

工作過程是：來自沖床的已完成沖壓的晶振外殼全部經水平輸送帶2傳送到輸送槽1，下滑至取樣槽4，抽檢系統不取樣時，取樣槽4在電磁鐵控制下，左側抬起，晶振外殼不能進入取樣槽，直接滑入存儲箱3。抽檢系統取樣時，取樣槽4在電磁鐵控制下，左側放下，與輸送槽1對齊銜接，被取樣的晶振外殼滑入振動整理9，經過振動調理方向并緩慢前行到凹槽10，氣動機械手13將晶振外殼樣品夾至CCD顯微鏡a14處，氣動機械手可以上下翻轉晶振外殼，由CCD顯微鏡a14攝取晶振外殼樣品的上表面和下表面圖像，然后由氣動機械手將晶振外殼樣品放置到電動轉臺15上，電動轉臺可受控停止在0°、90°、180°和270°四個位置，使晶振外殼樣品的四個側表面依次對準CCD顯微鏡b16，以攝取晶振外殼的四個側表面圖像。2.晶振外殼品質在線自動抽檢系統的計算機控制系統原理圖晶振外殼品質在線自動抽檢系統的計算機控制系統原理圖如圖2-18所示。

工業控制計算機PCI總線SDK-2000PCI總線視屏采集卡

SDK-2000PCI總線視屏采集卡SVM-208CCD顯微鏡aSVM-208CCD顯微鏡bPCI-16P16R數據采集與控制卡PCLD-880端子板位置開關電磁閥氣動執行元件電磁鐵和電動轉臺報警器圖2-18晶振外殼品質在線自動抽檢系統的計算機控制系統原理圖

項目總結

本項目以晶振外殼缺陷在線抽檢系統的機械裝置原理圖、計算機控制系統原理圖為例，介紹該系統的機械結構及控制原理。在項目實施過程中，使學生對該系統的軟、硬件等方面有較為清晰的認識和了解，為以后從事系統設計打好基礎。項目評價

在規定時間內完成任務，各組自我評價并進行展示，各組之間根據項目評價表進行檢查。評價表如表2-6所示。

項目目標分值評分得分

機械裝置原理圖設計

設計出符合自動抽檢系統要求的機械裝置50（1）系統不能實現自動取樣扣5分（2）氣動機械手不能翻轉晶振扣10分（3）電動機轉臺不受控制每處扣5分計算機控制系統原理圖設計

控制系統、圖像采集、執行元件等應符合控制要求50（1）采集卡選擇錯誤扣10分（2）CCD顯微鏡選擇錯誤扣10分（3）照明光源方式選擇錯誤扣10分總分100表2-6項目評價表2.1.4知識拓展

1.機器視覺的發展歷史機器視覺技術是計算機學科的一個重要分支，自起步發展至今，機器視覺已經有20多年的歷史，其功能以及應用范圍隨著工業自動化的發展逐漸完善和推廣。20世紀50年代開始研究二維圖像的統計模式識別。60年代Roberts開始進行三維機器視覺的研究。現在，機器視覺仍然是一個非常活躍的研究領域，與之相關的學科涉及：圖像處理、計算機圖形學、模式識別、人工智能、人工神經元網絡等。

機器視覺在中國的發展歷史：

1990年以前，僅僅在大學和研究所中有一些研究圖像處理和模式識別的實驗室。

20世紀90年代初，一些來自這些研究機構的工程師成立了他們自己的視覺公司，開發了第一代圖像處理產品。

1990-1998年為初級階段。

1998-2002年定義為機器視覺概念引入期。從2002年至今，我們稱之為機器視覺發展期，中國機器視覺呈快速增長趨勢。2.機器視覺應用實例1）基于機器視覺的儀表板總成智能集成測試系統2）金屬板表面自動控傷系統3）汽車車身檢測系統4）紙幣印刷質量檢測系統5）智能交通管理系統6）金相分析7）醫療圖像分析8）瓶裝啤酒生產流水線檢測系統9）大型工件平行度、垂直度測量儀10）軸承實時監控11）金屬表面的裂紋測量項目2-3汽車安全氣囊的檢測

項目思考汽車安全氣囊的基本原理是什么？汽車安全氣囊的檢測汽車安全氣囊使用中要注意哪些事項？汽車安全氣囊的發展史汽車安全氣囊的分類汽車安全氣囊的基本原理安全氣囊系統使用與檢修中的正確操作項目知識項目實踐知識分布網絡汽車安全氣囊的發展的趨勢知識拓展汽車安全氣囊的基本結構汽車安全氣囊中采用什么形式的傳感器？2.3.1項目思考

隨著高速公路的發展和汽車性能的提高，汽車行駛速度越來越快，特別是由于汽車擁有量的迅速增加，交通越來越擁擠，使得事故更為頻繁，所以汽車的安全性就變得尤為重要。汽車的安全性分為主動安全和被動安全兩種，主動安全是指汽車防止發生事故的能力，主要有操縱穩定性、制動性能等，被動安全是指在萬一發生事故的情況下，汽車保護乘員的能力，目前主要有安全帶、安全氣墊、防撞式車身和安全氣囊防護系統等。由于現實的復雜性，有些事故是難以避免的，因此被動安全性也非常重要，安全氣囊作為被動安全性的研究成果，由于使用方便、效果顯著、造價不高，所以得到迅速發展和普及。那么汽車安全氣囊的工作原理、基本結構是怎樣的呢？我們在使用及檢修中要注意哪些事項呢？提出問題：

1.汽車安全氣囊的基本原理是什么？

2.汽車安全氣囊中采用什么形式的傳感器？

3.汽車安全氣囊使用中要注意哪些事項？2.3.2項目知識

知識點1：汽車安全氣囊的發展史：1.國外汽車安全氣囊的發展

1953年8月，John.W.He.Trick首次提出了“汽車用安全氣囊防護裝置”，并獲得了題為“汽車緩沖安全裝置”的美國專利。

60年代末，美國高速公路行車安全管理局（NHTSA）開始考慮汽車廠商發展安全氣囊。

70年代，世界各國的綜合力量使安全氣囊的研究與發展進入了一個全新的發展階段。

1984年，NHTSA在著名的“聯邦機動車安全標準”FMVSS（FederalMotorVehicleSafetyStandard）208條《乘員碰撞保護》中增加了安裝氣囊的要求，這為安全氣囊的發展和使用提供了一個明確的法則及指導方向。

1993前后，美國政府立法規定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座均應裝備安全氣囊。2.國內汽車安全氣囊的發展我國對汽車安全氣囊的研究起步較晚，上個世紀80年代末我國的一些汽車碰撞安全和軍工專家才開始關注汽車安全氣囊的研究和發展。

1992年，我國自行研制的FS-01安全氣囊通過撞車試驗。

我國的政策法規也對我國汽車工業的發展提供了良好的發展空間。在我國“九五”規劃期間和“十五”規劃中,國家經貿委和汽車行業將安全氣囊列為我國汽車零配件三大重點發展項目(電子噴油系統、防抱死制動系統和安全氣囊系統)之一,尤其是在1999年10月28日,國家機械工業局發布《關于正面碰撞乘員保護的設計規則》(CMVDR294)。

知識點2：汽車安全氣囊的分類：安全氣囊系統一般可按充氣裝置點火系統的形式、安全氣囊的數量和保護類型進行分類。1.按充氣裝置點火系統形式分類（1）機械控制式。（2）電子控制式。2.按安全氣囊數量分類（1）單安全系統。（2）雙安全氣囊系統。（3）多安全氣囊系統。3.按保護類型分類（1）駕駛員用安全氣囊。（2）前排成員安全氣囊。（3）防側撞安全氣囊。（4）后座成員用安全氣囊。知識點3：汽車安全氣囊的基本原理

汽車安全氣囊屬于被動安全性的技術范疇，其基本思想是：在發生一次碰撞后，二次碰撞前，電控氣囊系統作出快速反應，迅速在乘員和汽車內部結構之間打開一個充滿氣體的袋子，使乘員撲在袋子上，避免或減緩二次碰撞，從而達到保護乘員的目的。安全氣囊系統是SRS系統的一個組成部分。SRS是指輔助約束系統，它由兩大部分組成：一是安全氣囊，它通過氣囊的膨脹限制車輛發生碰撞時車內人員的頭部、胸部、腹部受到傷害；二是座椅安全帶。有的轎車的安全帶配有電動（或氣動）收緊裝置，當車輛發生強烈碰撞時，及時將車內人員收緊在座椅上，起定位保護作用。目前的安全氣囊大多安裝在車內人員的前方，并且在下列情況時會引爆前安全氣囊。

1.汽車遭受側面碰撞超過規定的角度時。

2.汽車遭受橫向碰撞時。

3.汽車遭受后面碰撞時。

4.汽車發生繞縱向軸線側翻時。

5.縱向減速度未達到頂定值時。

6.行駛中緊急制動或在臺階路面上行駛時。

安全氣囊碰撞的發生過程可詳細分為下列幾個階段：第一階段：汽車撞車達到氣囊系統引爆極限，碰撞傳感器從測出碰撞到接通電流需10ms，氣囊ECU中的引爆控制電路點燃氣囊的充氣元件，而此時駕駛員仍然處于直坐狀態。第二階段：充氣元件在30ms內將氣囊完全脹起，撞車40ms后，駕駛員身體開始向前移動，斜系在駕駛員身上的安全帶隨駕駛員的前移被拉長，撞車時產生的沖擊，一部分被安全帶吸收。第三階段：汽車撞車60ms之后，駕駛員的頭部和身體上部都壓向氣囊，氣囊后面的泄氣孔允許氣體在壓力作用下勻速地逸出。知識點4：汽車安全氣囊的基本結構

汽車安全氣囊由傳感器、電子控制器(ECU)、充氣組件、電氣連接件等四部分組成。1．傳感器傳感器常用的有電子式碰撞傳感器和機電式傳感器兩種。1）電子式碰撞傳感器常用的電子式碰撞傳感器有兩種。第一種是德國博世公司（BOSCH）研制生產的電阻應變計式碰撞傳感器。其結構如圖2-19(a)所示，主要由電子電路4、電阻應變計5、振動塊6、緩沖介質7和殼體3等組成，電子電路包括穩壓與溫度補償電路W、信號處理放大電路A。應變計的電阻R1、R2，R3、R4作在硅膜片8上，如圖2-19(b)所示。當膜片發生變形時，應變電阻的阻值就會發生變化。為了提高傳感器的檢測精度，應變電阻一般都連接成橋式電路，并設計有穩壓和溫度補償電路，如圖2-19(c)所示。

1－密封樹脂2－傳感器底板 3－殼體4－電子電路5－電阻應變計6－振動塊7－緩沖介質8－硅膜片圖2-19電阻應變式碰撞傳感器

第二種是壓電效應式碰撞傳感器，它是利用壓電效應制成的傳感器。壓電效應是指壓電晶體在壓力作用下，晶體外形發生變化而使其輸出電壓發生變化。壓電晶體通常用石英和陶瓷制成。2）機電式傳感器應用最多的機電式傳感器有3種。

第一種是泰克勒（Tcchncr）式傳感器，如圖2-20所示，薄壁滾筒彈簧內部有一卷簧，在加速度的作用下，卷簧將滾筒展開并向前推動，當滾筒的動觸點接觸到其前部靜觸點時，電路便閉合，這是一種加速度傳感器。圖2-20泰克勒（Tcchncr）式傳感器

第二種是布里德（Breed）式傳感器，如圖2-21所示，平時小鋼球被磁場力所約束，當碰撞時，在圓柱形鋼套內的小鋼球就向前運動，一旦接觸到前面的觸點，便將局部電路接通。圖2-21布里德（Breed）式傳感器

第三種是偏心轉動式傳感器，如圖2-22所示為具有偏心轉動質量的機電式加速度傳感器。傳感元件是由具有偏心轉動質量的轉動平板、旋轉觸點與固定觸點、螺旋彈簧構成，如圖2-22(a)、圖2-22(b)所示。

圖2-22(c)是偏心轉動式傳感器接線圖。圖2-22偏心轉動式傳感器2.電子控制器電子控制器（ECU）又稱為安全氣囊電腦組件，ECU是安全氣囊系統的核心部件，其安裝位置因車型而異。ECU主要由微處理器、信號處理電路、備用電源電路、保護電路和穩壓電路等組成。1）微處理器微處理器的主要功用是監測汽車縱向減速度或慣性力是否達到設計值的點火器引爆點。2）信號處理電路信號處理電路主要由放大器和濾波器組成。3）備用電源電路安全氣囊系統有兩個電源：一個是汽車電源（蓄電池和交流發電機），另一個是備用電源。4）保護電路和穩壓電路在汽車電氣系統，許多電氣部件帶有電感線圈，電氣開關琳瑯滿目。當線圈電流接通或切斷、開關接通或斷開、負載電流突然變化時，都會使電氣負載變化頻繁，產生瞬時脈沖電壓。圖2-23電子控制器ECU的工作原理圖

3.充氣組件充氣組件主要由充氣裝置、氣囊、飾蓋和底板等組成。駕駛員—側的充氣組件位于方向盤的中間，如圖2-24所示。前排乘客—側的充氣組件裝在前排乘客—側的工具箱的上方，如圖2-25所示。圖2-24駕駛員側的充氣氣囊組件安裝圖1－底板2－充氣裝置3－氣囊4－飾蓋圖2-25前排乘客側的充氣氣囊組件安裝圖1－飾蓋2－充氣裝置3－固定裝置4－氣囊5－撕裂紋1）充氣裝置充氣裝置主