汽车安全气囊及其工作原理详解

汽车安全气囊系统组成及工作原理详解

随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶速度越来越快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得事故更为频繁，所以汽车的安全性就变得尤为重要。汽车的安全性分为主动安全和被动安全两种，主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵稳定性、制动性能、平顺性等，被动安全是指在万一发生事故的情况下，汽车保护乘员的能力，目前主要有安全带、安全气垫、防撞式车身和安全气囊防护系统(Airbag RestraintSystem，以下简称安全气囊)等。由于现实的复杂性，有些事故是难以避免的，因此被动安全性也非常重要，安全气囊作为被动安全性的研究成果，由于使用方便、效果显著、造价不高，所以得到迅速发展和普及。

为了说明安全气囊的基本原理，这里首先说明汽车发生事故时造成乘员伤亡的原因。当汽车发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞，一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降，速度从35km/h降到零的时间约150ms左右；乘员和汽车内部结构之间的碰撞称之为二次碰撞，由于惯性的作用，当汽车急剧降速时，乘员要保持原来的速度向前运动，于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、挡风玻璃等之间的碰撞，从而造成了乘员的伤亡.汽车安全气囊的基本思想是，在发生—次碰撞后，二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，使乘员扑在气袋上，避免或减缓二次碰撞，从而达到保护乘员的目的。由于乘员和气袋相碰时，因振荡造成乘员伤害，所以一般在气囊的背面开两个直径25mm 左右的圆孔。这样，当乘员和气整相碰时，借助圆孔的放气可减轻振荡，放气过程同时也是一个释放能量的过程，因此可以很快地吸收乘员的动能，有助于保护乘员。

安全气囊一般由传感器(sensor)、电控单元(ECU)、气体发生器(inflator)、气囊(bag)、续流器(clockspring)等组成，通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块(airbag module)。传感器感受汽车碰撞强度，并将感受到的信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火井产生大量气体给气囊充气。安全气囊系统的组成如图6，1．2所示。

安全气囊最重要的指标是可靠性，如果不该点火而点火打开气囊称毒为误点火：如果应该点火而没有点火称之为漏点火，如果点火太晚则称之为迟点火，无论是误点火、漏点火、还是迟点火都是不能允许的。为了提高安全气囊系统的可靠性，防止电源线在碰撞中断线、电池遭到破坏，系统中备有储能电容或电池，以保证即使掉电也能够开气囊。为了监测传感器、电子电路、气体发生器；系统一般还有故障诊断模块、并设有信号灯于予以显示.图6.1.3是本田汽车安全气囊系统的布置图，这个系统有左右挡板传感器各一个，还有一个传感器放在含有诊断模块的控制器中，气囊有司机席(Driver Side)正面碰撞气囊和乘客席(Pssseneer Side)正面碰撞气囊，另外还有警告灯。当发生前面碰撞时，两个挡板传感器中只要有一个闭合，诊断模块就会根据送来的信号进行处理和判断，认为有必要点火后时即发出点火信号使气囊充气。

图6.1.4是Ford公司Tempo／Topaz汽车安全气囊的组成与布置图，这个系统有五个传感器，分为两组，一组是碰撞传感器，由三个机械电子传感器构成，另一组是安全传感器，由两个机械电子传感器构成，三个碰撞传感器分别放在保险杆的两侧和散热器的顶上，两个

安全传感器中的一个放在散热器的顶上，另一个放在仪表板下，其电路如图6.1.5所示。

两个安全传感器并联，三个碰撞传感器并联，然后通过安全气囊进行串联。当三个碰撞传感器中的‘个和两个安全传感器中的一个闭合就让气囊点火充气。在这个系统中，控制器可以理解为传感器的连接关系。

图6.1.6是一单传感器安全气囊系统的示意图，其中1是传感诊断模块，2是乘客侧(passengerside)气囊；3是指示灯；4是司机侧(driver side)气囊。这个系统只有一个电子式传感器，控制器和传感器都做在一起。当发生碰撞事故时，控制器对来自传感器的信号进行分析和处理，如果认为有必要点火就分别打开司机侧气囊和乘客侧气囊，否则就继续分析和判断，传感诊断模块放在仪表板的下面。

安全气囊在车辆发生碰撞时能够起到缓冲作用，从而降低撞击对车内乘客造成的伤害。很多人将安全气囊等同于SRS，这是不准确的，其实安全气囊只是SRS的一种。SRS是英文SUPplemental Restraint System的缩写，中文含义是辅助防护系统，常见的辅助防护系统有安全气囊和安全带。在很多汽车的转向盘上和仪表板右侧杂物箱上方都标有SRS或AIR BAG，这表示有安全气囊安装在此处。

安全气囊系统的组成

安全气囊系统主要包括碰撞传感器、气囊电脑、系统指示灯、气囊组件以及连接线路，气囊组件主要包括气囊、气体发生器以及点火器等。

(1)碰撞传感器对于各汽车制造厂生产的车辆，碰撞传感器的安装位置不尽相同，而且碰撞传感器的名称也不统一，例如有些碰撞传感器按照工作原理也称为加速度传感器。

①按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的减速度或惯性，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，它与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊误爆。

②按照结构的不同，碰撞传感器分为机电式碰撞传感器、电子式碰撞传感器以及机械式碰撞传感器。防护碰撞传感器一般采用电子式结构，触发碰撞传感器一般采用机电结合式结构或机械式结构。

机电结合式碰撞传感器是利用机械的运动(滚动或转动)来控制电气触点动作，再由触点断开和闭合来控制气囊电路的接通和切断，常见的有滚球式和偏心锤式碰撞传感器。电子式碰撞传感器没有电气触点，目前常用的有电阻应变式和压电效应式2种。机械式碰撞传感器

常见的有水银开关式，它是利用水银导电的特性来控制气囊电路的接通和切断。

③对于早期的汽车，一般设有多个触发碰撞传感器，安装位置一般在车身的前部和中部，例如车身两侧的翼子板内侧、前照灯支架下面以及发动机散热器支架两侧等部位。随着碰撞传感器制造技术的发展，有些汽车将触发碰撞传感器安装在气囊电脑内。防护碰撞传感器一般都与气囊电脑组装在一起(图1)，多数安装在驾驶舱内中央控制台下面。

图1 带有碰撞传感器的气囊电脑

(2)气囊电脑它是气囊系统的核心部件，大多安装在驾驶舱内中央控制台下面(图2)。气囊爆炸后，在气囊电脑中会存储碰撞数据和故障码，这些故障码用普通仪器无法清除。为了保证气囊工作的可靠性，很多汽车生产厂家建议气囊电脑一次性使用。但是气囊电脑的价格很高，因此很多具有气囊电脑数据修复功能的仪器被开发出来，通过读取并修复碰撞数据，可以实现气囊电脑的再次使用。需要注意的是，配件市场上存在将修复电脑作为新配件销售的情况，购买配件时应注意。