安全气囊的构成及工作原理

安全气囊的构成及工作原理

第一章概论

1.1功用

做为车身被动安全性的辅助配臵，日渐受到人们的重视。当汽车与障碍物碰撞后，称为一次碰撞，乘员与车内构件发生碰撞，称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量，减轻乘员的伤害程度。

1.2系统的类型

（1）按照气囊的数量分为单气囊系统（只装在驾驶员侧）、双气囊系统（正、副驾驶员侧各有一个安全气囊）和多气囊系统（前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊）。

（2）按大小可分为保护全身的安全气囊、保护整个上身的大型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。

（3）按照保护对象有不同可分为驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊与侧面防撞安全气囊几种。

1.3系统的发展方向

随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中安全气囊技术近年来也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。

新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆

力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位臵的气囊，形成对乘客的最佳保护。

网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄，但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。 Safe-By-Wire 是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。Safe-By-Wire Plus总线标准是由供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比，Safe-By-Wire的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏，Safe-By-Wire中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。

第二章安全气囊的构成

2.1 系统的构成

安全气囊系统（图1-1）主要由传感器、气体发生器、点火器、气囊以及控制单元（ECU）等组成。

图1-1 汽车安全气囊系统组成

2.2 系统主要构件的构成

1．传感器

传感器用天检测、判断汽车发生碰撞时的撞击信号，以便及时点爆安全气囊。传感器按其功能可分为碰撞传感器和保险传感器两种。碰撞传感器负责检测碰撞的激烈程度，如果汽车以40KM/H的车速迎面撞到一个不可变形的固定障碍物上，碰撞传感器便会动作，接通搭铁回路；保险传感器，其闭合的减速度要稍小一些，起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成误膨开。

传感器按其结构可分为机械式、机电式和电子式3种。下面以机械式传感器（偏心锤式碰撞传感器）为例说明传感器的工作原理。

机械式传感器一般安装在保险杠与挡泥板之间，用来感知低速碰撞的信号。传感器安装在一个密封的防震保护盒内，当传感器中的重锤的移动速度高于某一特定车速（称为TBD车速）时，重锤便将其机械能直接传给引发器使气囊膨开。

具体的工作原理：汽车正常行驶时，扭力弹簧2将重3、动触头6、12、14定在上止点位臵，传感器没有触发信号经给ECU。当汽车碰撞时，减速度所产生的惯性力克服弹簧的扭力而使重锤产生运动，带动触桥5转动，使动、静触头结合。此时，传感器向ECU发出接通辽信号，同时安全传感器也接通，ECU发出引爆指令。

2．气体发生器

气体发生器又称充气器，用于点火器引爆点火剂时，产生气体向气囊充气，使气囊膨开。气体发生器用专用螺栓螺母固定在气囊支架上，装配时只能用专用工具进行装配。气体发生器由上盖、下盖、充气剂和金属滤网组成。上盖上有若干个充气孔，充气尽职尽责有长方孔和圆孔两种。下盖上有安装孔，以便将气体发生器安装到气囊支架上。上盖与下盖用冷压工艺装成一体，壳体内装充气剂、滤网和点器。金属滤网安放在气体发生器的内表面，用以过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。

目前，大多数气体发生器都是利用热效反应产生氮气而充入气囊。在点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，叠氮化钠受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。

3．点火器

点火器外包铝箔，安装在气体发生器内部中央位臵。点火剂包括引爆炸药和引药，引出导线与气囊连接器插头连接，连接器中设有短路片。当连接器插头拔下或插头与连接器未完全结合时，短路片将两根引线短接，防止静电或误导电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。

当ECU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，使充气剂受热分解释放入气囊。

4．气囊

如前所述，气囊按布臵位臵可分为驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、后排气囊、侧面气囊和顶部气囊等；按大小可分为保护整个止身的天型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。护面气囊成本较低，但一定要和座椅安全带配合使用才有保护作用。由于欧洲车普遍使用安全带，所以欧洲汽车多采用小型气囊。美国汽车则针对未使用安全带设计，采用开型气囊。

早期使用的安全气囊是用尼龙织物涂以聚氯丁烯制造而成的。现在的气囊除了基底材料不变外，有两种基本的设计构思。一是传统的用涂层织物制成品的安全气囊，通过改变其气道的尺寸来控制其缓冲性大小；另一种是用具有一定透气性的不涂覆织物，来控制其缓冲性，但对其透气率有严格的要求。目前采用较多的是前一种，大多以防裂性能好的聚酰胺织物制成，里面涂有聚氯丁乙烯。

5．ECU

ECU主要由SRS逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路组成，保险传感器一般与SRS ECU一起被制作在SRS控制组件中。

（1）SRS逻辑模块。SRS逻辑模块主要用于监测汽车纵向减速度或惯性力是否达到庙宇值，控制气囊组件中的点器引爆点火剂。在汽车行驶过程中，ECU不断接收前碰撞传感器和防护碰撞传感器传来的车速变化信号，经过数学计算和逻