汽车安全气囊系统及其碰撞传感器系统的研究报告

汽车安全气囊系统及其碰撞传感器系统

1. 概述：随着计算机、传感器、网络和控制等技术的发展，汽车的电子化、智能化、网络化已成为现代汽车发展的重要标志。随着消费者对汽车功能和性能要求的日益提高，汽车正逐渐由机械系统向电子系统转换，同时对于安全性的要求也越来越高，传统机械控制系统在实时性、稳定性方面都达不到汽车对于高安全性的要求。电子控制模块在汽车上的广泛应用，现代的汽车在安全性和实时性方面都得到了极大地提高，

比如 Airbag （安全气囊系统）、 ABS （防抱死系统）、EPS （电子助力转向）、BCM （车身电子控制模块）等。目前全球汽车电子产业正在高速发展和成长。在国外，电子系统已占到一辆普通轿车总成本的 30% ，在高档轿车中比例更高。汽车电子技术已经经过两个阶段的发展，现正处在第三个发展阶段。第一阶段的汽车电子设备主要采用分立电子元件组成电子控制单元，并包括由分立电子元件

产品向集成电路产品过渡的阶段；第二阶段则主要采用集成电路和8 位微控制单元开发汽

车专用的独立控制系统；第三阶段开始于 20 世纪 90 年代，汽车电子设备广泛采用 16 位或 32 位微控制单元进行控制，控制技术向智能化、网络化发展。在该阶段出现了很多新的技术研究领域和研究热点。

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，特别是汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得交通事故更为频繁。研究表明，在配有安全气囊系统的汽车发生碰撞时，安全气囊能有效地保护驾驶员和乘员的安全，降低人员的伤亡。

2 发展历史：安全气囊的雏形是美国人 JohnW.Hetrick 发明的安全气垫。 1952 年 Hetrick 发明了他自己称之为“汽车安全气垫”的装置，用来减轻急刹车或正面碰撞带来的严重伤害。这是一种纯机械装置，用于使气囊膨胀的压缩空气贮存在一个压力容器中，连接着弹簧的质量块用来感应汽车的减速度。当质量块发生足够的位移时，能打开一个阀门使压缩空气从压力容器中冲出，使气囊膨胀。安全气囊可装在方向盘、手套箱门、仪表板以及前排座椅上。

早期的安全气囊主要用于防止飞机着陆时与地面的碰撞。 1960 年，安全气囊技术开始转为民用。 60 年代末，美国高速公路交通安全委员会（NHTSA）建议制定一个可选择的安全气囊法规，鼓励汽车厂商去发展安全气囊。 70 年代，美国通用、福特，德国奔驰，日本丰田等汽车公司，以及美国的 MORTON 、TRW 、德国 TEMIC 、ICT 研究院、日本 DAICEL 、瑞典 AUTOLIV 等汽车零部件公司开始投入大量资金和人力进行安全气囊技术的研究。 1971 年 5 月德国的一个研究小组成功地将火箭推进技术应用于汽车安全气囊。这些综合力量推动安全气囊的研究与发展进入到一个全新的发展阶段。 1984 年，美国高速公路交通安全委员会（NHTSA）在“联邦汽车安全标准”中的 208 条款《乘员碰撞保护》（Federal Motor Vehicle Safety Standard208 ，简称 FMVSS208）中增加了安装安全气囊的要求，

这为安全气囊的发展和使用提供了一个明确的要求及指导方向。 FMVSS208 中的条款是汽车安全气囊发展史上一个重要的里程碑。

20 世纪 90 年代后期，美国、欧共体、日本已正式立法在汽车上配置安全气囊，双安全气囊已成为绝大多数主流轿车的标准配置。另外，美国 NHTSA 在 1991 年发布关于安全气囊具有潜在危险的公告，特别提到对 12 周岁以下儿童乘员加强保护。之后美国陆续制定了安全法规，要求儿童和婴幼儿必须乘坐在车辆后排，以避免前排气囊展开时对他们造成伤害。

我国对汽车安全气囊的研究起步较晚。上个世纪 80 年代末我国的一些汽车碰撞安全和军工专家才开始关注汽车安全气囊的研究和发展。随着汽车市场的迅速发展，我国的汽车工业迎来了前所未有的发展契机。 1992 年，我国自行研制的 FS-01 安全气囊通过撞车试验。我国的政策法规对我国汽车工业的提供了良好的发展空间。在我国“九五”规划期间和

“十五”规划中，国家经贸委和汽车行业将安全气囊列为我国汽车零配件三大重点发展项目

（电子喷油系统、防抱死制动系统和安全气囊系统），尤其是在1999年10月28日，国

家机械工业局发布《关于正面碰撞乘员保护的设计规则》（CMVDR294）。这个设计规则明

确提出对汽车乘员在发生汽车碰撞时的安全标准，间接地对汽车配置安全气囊提出了新的要

求，这无疑是中国安全气囊发展史上的一个里程碑，同时也对安全气囊的研究与发展指明了

正确的方向。并且随着中国近几年汽车碰撞标准的不断完善，以及中国的新车评价规程

（C-NCAP ）的推出，也为中国汽车安全气囊的发展提出了更高的要求。

3汽车安全气囊系统组成：安全气囊系统一般由碰撞传感器系统（外围碰撞传感器，气囊控制单元）、系统指示灯、气囊组件和连接线路等组成。

3.1系统指示灯：SRS指示灯又叫故障提示警告灯，。当打开点火开关时，SRS ECU 点亮SRS指示灯，系统进入自检，自检时间内（约 7s），对撞车信息进行分析及发出点火指令只有自检完成后系统才开始正常工作，SRS指示灯熄灭。当系统自检出故障时，SRS

系统将停止工作，SRS指示灯闪烁警告。见图 11-7所示。

3.2气囊组件：SRS气囊组件按功能分为正面 SRS气囊组件和侧面 SRS气囊组件两类。正面SRS 气囊组件的功用是保护驾驶员和乘员的面部和胸部，防止转向盘，挡风玻

璃，仪表台和前排座椅伤害人体。侧面的SRS气囊组件的功能是防止车门或车身伤害人

体。

汽车安全气囊目前普遍装备驾驶席和前排乘员席。驾驶席气囊组件安装在转向盘的中

央，前排乘员席安全气囊组件安装在乘员席正前方，两个气囊组件一般共用一个SRS电源。

3.3点火器：点火器外包铝箱，安装在气体发生器内部中央位置。其功用是在前碰撞传感器和防护传感器将气囊电路接通时，引爆点火剂，产生热量使充气剂分解。它的所有部件

均装在药筒内。点火剂包括引爆炸药1和引药3。引出导线与气囊连接器插头连接，连接器（一般为黄色）中设有短路片。当连接器插头拔下或插头与插座未完全结合时，短路片将两

根引线短接，防止静电或误通电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。当SRS电脑发出点

火指令时，电热丝电路接通，电热丝迅速红热引爆引药，引爆炸药瞬间爆炸产生热量，药筒

内温度和压力急剧升高并冲破药筒，使充气剂（叠氮化钠）受热分解释放氮气充入SRS