碰撞传感器在家庭轿车中的应用

碰撞传感器在家庭轿车中的应用

发表时间：2018-06-25T16:30:54.550Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：董雪丰

[导读] 摘要：随着汽车安全性能的提升，安全气囊技术得到了飞快的发展。

（北京市海淀区北京林业大学12号楼 100083）

摘要：随着汽车安全性能的提升，安全气囊技术得到了飞快的发展。文章主要介绍了安全气囊技术的重要组成部分——碰撞传感器。文章先简要概述了碰撞传感器的工作流程与特点，之后介绍了各种类型的碰撞传感器，最后简述碰撞传感器发展前景。

关键词：碰撞传感器；碰撞；安全气囊

一、前言

随着汽车数量的日益增长，人们对于汽车的安全性能要求也越来越高，这时汽车安全装置的发展变得尤为重要。安全气囊就是解决汽车安全技术的有效方法，汽车安全气囊是辅助安全带保护驾驶员的一种被动安全装置。其作用是当汽车受到剧烈冲击时，气囊迅速膨胀，承受并缓冲作用在驾驶员身上的巨大冲击力，从而减轻人体受到的伤害。作为安全气囊的重要组成部分，碰撞传感器也相应有着越来越高的发展。

二、碰撞传感器概述

1.作用

碰撞传感器是安全气囊系统中的控制信号输入装置。其作用是在汽车发生碰撞时，碰撞传感器检测汽车碰撞的强弱程度信号，并将信号输给电子控制单元（ECU），电子控制单元综合其他碰撞传感器的信号来决定是否触动触发器，进而引爆气体发生器，以打开安全气囊保护车上的人。[1]

2.要求

碰撞传感器性能对于汽车安全气囊非常重要，一般需要满足下面三个方面的要求[2]：

（1）要保证实时性，汽车工业标准要求安全气囊在正确的时间点要做出正确的反应，传感器实时检测到碰撞信息是控制系统做出正确反应的前提。

（2）数据准确性，要保证传感器能够真实的反应碰撞的情况。

（3）错误信息的及时反馈，需要传感器支持自检功能。

3.分类

碰撞传感器按不同角度可以分为不同类型。从功能上看，碰撞传感器分为碰撞烈度传感器与碰撞防护传感器。碰撞烈度传感器用于检测汽车受碰撞程度并将检测信号输给ECU。该传感器按安装位置分为左前碰撞传感器、右前碰撞传感器和中央碰撞传感器。碰撞防护传感器用于防止安全气囊产生误胀开，又称为安全碰撞传感器或侦测碰撞传感器。

从结构上看，碰撞传感器分为机电结合式、电子式和水银开关式。机电结合式利用机械运动来控制电器触电的通断，进而控制安全气囊电路的通断。其结构有滚球式、滚轴式和偏心锤式。电子式利用碰撞时应变电阻的变形使其电阻值变化或压电晶体受力使输出电压变化来控制安全气囊电路，当电压值大于设定值时触动触发器，引爆气体发生器从而打开安全气囊。水银开关式利用水银的导电特性控制安全气囊电路的通断。

三、滚球式碰撞传感器

1.结构

滚球式碰撞传感器又称为偏压磁铁式碰撞传感器。他由滚球、永久磁铁、导缸、触点和壳体组成。两个触点固定于壳体并互不接触，分别与传感器引线段子相连。永久磁铁固定于另一端，滚球置于壳体中的导缸中。

2.工作过程

由于永久磁铁吸引作用，滚球停留在导缸右端，传感器处于断开状态，滚球通过感测冲击力或加速度的大小，可在导缸内滚动。当汽车受到碰撞时，滚球在冲击的作用下，克服摩擦以及永久磁铁的吸引力，向左运动，当冲击力足够大时，加速度达到阈值，滚球滚到导缸最左端并连同两触点，从而使该传感器受到触发，触发信号传入ECU当中。

四、滚轴式碰撞传感器

1.结构

滚轴式碰撞传感器原理与滚球式碰撞传感器类似，滚球式碰撞传感器由永久磁铁对滚球进行限位控制，磁铁吸引力的大小决定阈值，而滚轴式碰撞传感器由片状弹簧对滚轴进行限位控制，弹力的大小决定阈值。滚轴式碰撞传感器主要由止动销、滚轴、滚动触点、固定触点、底座、片状弹簧组成。片状弹簧一端固定在底座上，一端缠绕在滚轴上，滚动触点固定于滚轴之上，并与引线端子相接。固定触点固定在底座上与另一引线端子相接。

2.工作过程

当传感器静止时，滚轴因为受到片状弹簧弹力的作用与止动销接触，滚动触点与固定触点相互分离，传感器断开；当汽车受到冲击时，由于冲击力的作用，滚轴克服片状弹簧弹力向固定触点方向运动。当冲击足够大，达到设定阈值时，滚轴滚到固定触点位置，滚动触点与固定触点相互接触，传感器受到触发，触发信号传入ECU当中。

五、偏心锤式碰撞传感器

1.结构

偏心锤式碰撞传感器。他由偏心锤、锤臂、转动触点臂、壳体、固定触点引线端子、转动触点、挡块、固定触点、传感器轴、复位弹簧组成。转子总成由偏心锤、转动触点臂及转动触点组成，安装在传感器轴上。偏心锤偏置安装在偏心锤臂上，转动触点臂两端固定有随之一起转动的转动触点。两个固定触点绝缘固定在壳体上，传感器接线端子由导线相连。

2.工作过程

当传感器静止时，偏心锤因为复位弹簧的作用与挡块接触在一起，转子总成保持静止，因而转动触点与固定触点保持断开状态。当汽车受到冲击时，偏心锤脱离挡块，转动触点臂转动，转动触点向固定触点接近。当冲击足够大，达到设定阈值时，转动触点与固定触点相

接处，传感器受到触发，触发信号传入ECU当中。

六、电阻应变式碰撞传感器

1.结构

应变电阻式碰撞传感器是电子式碰撞传感器的一种，他由电阻应变计、振动块、缓冲介质、电子电路和壳体组成。振动块浸于缓冲介质当中，电阻应变计与振动块相连接，电阻应变片的硅膜片上布置四个电阻搭成的电桥，当因为振动使膜片变形时，电阻发生形变因而阻值发生改变，进而产生不同的电信号。

2.工作过程

当传感器静止时，振动块不发生振动，硅膜片不发生形变，电阻阻值不变，电信号输出稳定，传感器处于断开状态。当汽车受到冲击时，膜片形状发生改变，电阻产生形变，因而阻值发生改变，电桥输出发生改变。但因为电桥输出电压过小，因此需要将信号进行处理，电信号经放大电路处理后，输出端输出电压信号。输出电压信号经电脑系统判断是否达到设定阈值，如果达到设定阈值，传感器启动，触发信号传入ECU当中。

七、压电效应式碰撞传感器

1.原理

压电效应式碰撞传感器是利用压电效应制成的。压电效应指某些各向异性的晶体（如石英、压电陶瓷等），在机械力的作用下产生形变时，会在相对的两个表面上出现等量异性的束缚电荷，电荷的面密度与施加的作用力的大小成正比，当外力撤掉后，晶体恢复到不带电状态。[3]此传感器就是利用压电效应产生的电信号变化来控制传感器的输出。

2.工作过程

当传感器静止时不发生压电效应，传感器输出稳定，处于断开状态。当汽车受到冲击时，传感器受到压力发生压电效应，因此输出电压发生改变。输出电压信号经过电脑系统判断大小，如果没有达到设定阈值，传感器保持断开；如果输出电压达到设定阈值，传感器启动，触发信号传入ECU当中。

八、水银开关式碰撞传感器

水银拥有良好的导电性，水银碰撞式碰撞传感器就是利用此特性，当汽车受到冲击时，水银会向传感器触点方向抛出，当汽车受到冲击足够大时，水银与触点相接触，导通传感器，发出触发信号。

九、碰撞传感器未来发展

汽车行驶过程中会受到发动机、传动轴、路况等多方面的干扰，这些干扰信号频率从低到高覆盖范围广，因此，碰撞传感器由发生共振的可能，当传感器发生共振，传感器可能会发生错误信号导致安全气囊误爆反而危害人身安全。因此越来越多的厂商已经对如何避免安全气囊误爆，如何更好控制传感器的共振程度进行深入研究。

参考文献：

[1]谢帮权.汽车典型安全气囊碰撞传感器分析[J].大众科技，2014，16（11）：82-85.

[2]董福强.汽车碰撞传感器模拟系统的设计与实现[D].苏州大学，2012.

[3]丁美娜.压电效应变压原理及实验装置[J].大学物理实验，1995（04）：30-32.