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安全气囊SRS系统论文

浅谈安全气囊的原理与检修

摘要

安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。

汽车安全气囊系统的包括传感器总成、充气、折叠气囊、点火器、固态氮、警告灯等。

当汽车受到前方一定角度内的高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装汽车中部的安全传感器，就可以检测到车突然减速，并将这一信号在0.01秒之内速度传递给安全气囊系统的控制电脑。

电脑在经过分析确认之后，立即引爆气囊包内的电热点火器（即电雷管），使其发生爆炸，这一过程一般只需0.05秒左右。

点火器引爆之后，固态氮粒迅速气化，大量氮气立即吹涨气囊，并在强大的冲击力之下，气囊冲开方向盘上的盖而安全展开。

主要研究内容有：

安全气囊的作用、安全气囊的类型、两次动作的双气囊系统工作原理、系统主要部件中央传感器、安全传感器、电子控制器、安全气襄的功能、气囊在车内的标识、气囊系统的工作原理、使用注意参项、安全气囊的维护等。

关键词：

 安全气囊      传感器       安全

目      录

绪论............................................................ 4 

1. 概述..........................................................5 

1.1安全气囊的作用...............................................5

1.2安全气囊的类型........................................... ...5

2. 安全气襄的功能................................................6

3.系统主要部件...................................................7

3.1前方传感器...................................................7

3.2中央传感器...................................................7

3.3安全传感器...................................................8

3.4电子控制器...................................................8

3.5辅助电源.....................................................8

3.6SRS指示灯....................................................9

3.7气囊总成......................................................9

3.8安全气囊工作原理.............................................11

4.两次动作的双气囊系统工作原理 ..................................12

5.使用注意事项...................................................13

6.维修案例.......................................................15

6.1帕萨特B5气囊故障灯报警......................................15

6.2雪铁龙爱丽舍轿车气囊警示灯长亮................................16

6.3雅阁轿车安全气囊系统SRS故障灯亮..............................16

结 论............................................................17

参考文献.........................................................19

绪论

　　安全气囊，也称辅助乘员保护系统。

它是一种当汽车遭到碰撞而急剧减速时能很快膨胀的缓冲气囊，可以保护车内乘员不致撞到车厢内部，是一种被动安全装置。

　　为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊，有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。

　　当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力超过庙宇值时，安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的传爆管电路，点燃传爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03s的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲出方向盘盖罩，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。

初中证明，汽车装用安全气囊后，汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。

　　在乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。

当汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。

不系安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰，因而可能受到严重伤害；系安全带的乘员可以随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。

如果碰撞剧烈，乘员向前运动更快，即使系了安全带，在完全停止运动前，仍会与车内物相碰。

如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出，它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性，更均匀地分散头、胸的碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。

因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面，补充安全带提供保护作用。

实际事故统计表明，仅有l0％左右的事故能使气囊充气。

1 . 概述                    

1.1安全气囊的作用

　　  在汽车发生冲撞时，安全气囊系统对保护驾乘人员的安全十分有效。

目前安全气囊系统一般为转向盘单气囊系统，或者双气囊系统。

安装有双气囊和安全带预紧器系统的车辆在发生冲撞时，不管速度高低，气囊和安全带预紧器同时动作，因此造成低速冲撞时气囊的浪费，使维修费用增加。

　　两次动作的双安全气囊系统，在汽车发生冲撞时，能根据汽车的速度和加速度的大小，自动地选择只使用安全带预紧器动作，还是安全带预紧器和双气囊同时工作。

这样，在低速发生冲撞时，系统只使用安全带即能足够保护驾乘人员安全，而不用浪费气囊。

如果在速度大于30km／h发生冲撞时，安全带和气囊同时动作，以便保护驾乘人员的安全。

　　为了减少汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代 汽车在驾驶员方向盘中央普遍装有安全气囊，有些汽车在副驾驶座前的手套箱上端和乘员座位上也装有安全气囊。

当汽车发生正面碰撞事故时，安全气囊控制系统检测到冲击力超过设定值时，安全气囊电子控制装置立即接通充气元件中的引爆管电路，点燃传爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03s的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲出方向盘盖罩，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。

由此证明，汽车装用安全气囊后，汽车发生正面碰撞事故对驾驶员和乘员的伤害程度大大减小。

据统计，气囊在汽车相撞时，保使头部受伤率减少25%，面部受伤率减少80%左右。

1.2 安全气囊的类型      

1.2.1按照安全气囊数目分

 按照气囊的数目分为单气囊系统（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）。

1.2.2按大小可分

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。

1.2.3按照保护对象分

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。

　2.安全气襄的功能

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ＳｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｌＲｅｓｔｒａｉｎｔＳｙｓｔｅｍ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ＡＩＲＢＡＧ，这表示有安全气囊安装在此处。

2.1驾驶员防撞安全气囊       

　　驾驶员防撞安全气囊装在方向盘上，分美式和欧式两种。

美式气囊地考虑到驾驶员没有佩戴座椅安全带而汽车相撞时起保护作用，其容积较大。

为60L。

欧式气囊是假定驾驶员佩戴座椅安全带而设计的，其容积较小，约40L。

日本的安全气囊也属于欧式气囊类，近年来，由于安全气囊的生产成本下降，日本安全气囊规格有所增加，如本田轿车的驾驶员防撞安全气囊容积为60L。

2.2前排乘员防撞安全气囊       

     由于副驾驶位置乘员在车内位置不固定且前方空间较大，因此为保护其撞车时免受伤害，设计的防撞安全气囊也较大。

美式的约160L左右，欧式的约75L左右（后者考虑了乘员受座椅安全带的约束）。

2.3后排乘员防撞安全气囊   

     装在前排座椅上，防止后排乘员在撞车时受到伤害。

2.4侧面防撞安全气囊   

     装在车门上，防止驾驶员及乘员受侧面撞击。

2.5安全气襄的功能

　　在乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。

　　当汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，在车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动。

不系安全带的乘员将会与转向盘、前挡风玻璃相碰，因而可能受到严重伤害；系安全带的乘员可以随着汽车停止运动而逐渐停止向前运动。

如果碰撞剧烈，乘员向前运动更快，即使系了安全带，在完全停止运动前，仍会与车内物相碰。

如果此时装在转向盘或仪表板内的气囊充气弹出，它就可以保护乘员减少其与车内物相碰的可能性， 更均匀地分散头、胸的碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。

 因此气囊主要在缓冲前碰撞补充安全带提供保护作用。

3.系统主要部件

3.1前方传感器

　　此传感器安装在保险杠后与挡泥板之间，用来检测低速冲撞的信号。

前方左右2个传感器结构相同，都是偏心锤式机械传感器。

传感器装在1个密封的防振保护盒内。

　　前方传感器的工作原理是：

汽车正常行驶时，钮力弹簧将锤、动触头定在止点位置，传感器没有触发信号给中央控制器。

当汽车冲撞时，惯性力克服弹簧的扭力而使其产生运动，带动触头转动，使动、静触头接合。

此时，传感器向中央控制器发生"接通"信号，同时安全传感器也接通，于是电子控制器发出引爆安全带预紧器电雷管的指令，使安全带拉紧而达到安全保护作用。

前方传感有4个引脚，其中2个引脚接到电子控制器，另外2个为自诊断引

脚。

金属电阻的作用是诊断本传感器和中央控制器之间是处于开路状态还是处于正常状态。

3.2中央传感器

中央传感器装在中央控制器内，用来检测汽车发生高速冲撞的信息，并将其

输送到电子控制器，用来引爆气囊电雷管，使气囊张开。

同时前方传感器也引爆了预紧器的电雷管，即安全带预紧和气囊张开同时起作用。

　　中央传感器是1个固体半导体压力传感器，它具有稳定性好、应变灵敏系数K值大（约100-150）及压敏电阻效应线性好等特点。

　　中央传感器的结构，其悬臂架压在半导体应变片的两端，当汽车发生冲撞时，半导体应变片在悬臂减速度力作用下发生弯曲变形，受压后的电阻发生变化，电阻的变化引起动态应变仪输出电压发生变化。

汽车的速度越大，冲撞后产生的减速度力越大，则输出的电压也越大。

　　由于半导体应变传感器输出特性受温度影响较大，故应用晶体管的基极发射极间电压的温度变化来消除传感器输出特性的变化，所以半导体传感器要求有稳定电源。

3.3安全传感器    

　　本系统设立了2个安全传感器，用来防止系统在非冲撞时引起气囊的误动作。

它们装在中央控制器内，是1个水银常开开关。

当发生冲撞时，足够大的减速度力将水银抛上，接通电雷管电路。

3.4电子控制器    

　　电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等。

它们都集中装在中央控制器上。

实际上，引爆控制电路是1个晶体管开关电路。

当传感器传来的信号电压足够大时，晶体管的发射极和集电极就导通，将传来的信号与已经储存的信号（电阻、电压）相比较，确认是冲撞信号后则接通继电器，由驱动电路接通电源与电雷管的总开关电路，引爆气囊和安全带电雷管。

储存电路和诊断电路是合在一起的。

诊断电路不断地分析和诊断气囊系统的各种故障，将这些故障编码储入储存电路，以备将来检修时用。

与此同时、驱动电路使仪表盘上的SRS警告灯开始闪烁。

　诊断储存电路监控如下故障：

（1）气囊误引爆和不引爆。

（2）传感器的失灵。

　（3）系统各接头和线路的短路或开路。

3.5辅助电源

　　辅助电源包括1个直流稳压器和1个电容储能器。

直流稳压器能保证供给系统电压的恒定性，使系统能正常工作而不发生失效引爆事故。

它是一种带比较、放大和调节动能的集成稳压装置。

电容储能器是利用电容储存电能，在冲撞中发生电源中断时，担负起气囊系统的电源作用，避免失效引爆事故。

3.6SRS指示灯

带有安全气囊的汽车仪表盘上，一般带有一个“SRS”字样的指示灯。

SRS指示灯的主要功能是指示SRS系统是否处于正常状态，当点火开关接通或处于巡航控制状态时，如SRS灯发亮或闪亮约6秒后自动熄灭，表示SRS工作正常。

3.7气囊总成

有正面气囊总成和侧面气囊总成两类，即纵向SRS气囊总成和侧面SRS气囊总成。

按安装位置可分为驾驶员席气囊总成、乘客席气囊总成、副驾驶员席气囊总成和侧面气囊总成四大类。

如下图所示，气囊总成主要由气囊、气体发生器、点火器等构成，气囊用聚酰胺织物制成，内层涂聚氯丁二烯，以密闭气体。

气体发生器，也称为充气器，主要功能是在一定条件下产生气体，使气体膨胀，气体发生器的充气剂是叠氯化钠药片，点火器包括引爆炸药、引药、电热丝等。

3.7.1气体发生器

　功能是在点火器引爆点火剂时，产生气体向气囊充气，使气囊爆开。

气囊发生器使用专用螺栓固定在气囊支架上，只有使用专用工具才能进行装配。

气体发生器自安装之日起，应１０年更换１次。

（1）为了便于安装，驾驶员气囊气体发生器一般都做成圆形。

目前，大多数气体发生器都是利用热效应产生氮气充入气囊。

（2）前排乘客气囊的气体发生器为长筒形，其工作原理与驾驶员侧气体发生器相同。

3.7.2点火器　

安装在气体发生器的中央位置，作用是在触发碰撞传感器和防护碰撞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。

3.7.3气囊系统线束连接器及保险机构　

为了便于将气囊系统线束与其他电气系统线束区别开，目前大多数汽车的气囊系统线束采用黄色连接器（如下图所示），也有采用深蓝色或橘红色连接器。

连接器采用了导电性能和耐久性能良好的镀金端子，并设计有防止气囊误爆机构，以保证气囊系统可靠工作。

（1）从气囊电脑到点火器之间的连接器采用了防止气囊误爆的短路片机构（铜质弹簧片，又称为短路弹簧片）。

当连接器拔开时（插头拔下或插头与插座未完全结合），短路片自动将靠近气囊点火器一侧插头或插座的２个引线端子短接，防止静电或误通电造成气囊误爆。

（2）为了保证转向盘具有足够的转动角度而又不致于损伤气囊组件的连接线束，在转向盘和转向柱之间采用了螺旋线束，即将线束安装在螺旋形弹簧内。

在不同汽车制造厂提供的维修手册中，螺旋线束的名称各有不同，例如也称为螺旋弹簧、游丝或游丝弹簧。

螺旋弹簧在转向盘和转向柱之间安装时，需要注意安装位置和方向，当拆卸和安装转向盘时，应将转向柱固定在“直向前”的位置，以免损坏螺旋线束。

3.8安全气囊工作原理

当汽车遭受正面碰撞或侧面碰撞时，其安全气囊系统工作原理基本相同。

当汽车受到前方一定角度范围内的高速碰撞时，安装在汽车前端的碰撞传感器和与SRS电脑安装在一起的防护碰撞传感器就会检测到汽车突然减速的信号，并将信号传送到SRS电脑；SRS电脑中预先设置的程序经过数学计算和逻辑判断后，立即向SRS气囊组件内的电热点火器（电雷管）发出点火指令，引爆电雷管，点火剂（引药）受热爆炸（即电热丝通电发热引爆引药）。

点火剂引爆时，迅速产生大量热量，充气剂（叠氮化钠固体药片）受热分解释放大量氮气充入气囊，气囊便冲开气囊组件的装饰盖板鼓向驾驶员，使驾驶员头部和胸部压在充满气体的气囊上，在人体与车内构件之间铺垫一个气垫，将人体与车内构件之间的碰撞变弹性碰撞，通过气囊产生变形来吸收人体碰撞产生动能，达到保护人体的目的。

3.8.1安全气囊系统动作过程

（1）碰撞约10ms后，安全气囊系统达到引爆极限，气囊组件中的电雷管引爆点火剂并产生大量热量使充气剂（叠氮化钠药片）受热分解，驾驶员尚未动作。

（2）碰撞约40ms后，气囊完全充满，体积最大，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上蒋收紧，部分冲击能量已被吸收。

（3）碰撞约60ms后，驾驶员头部及身体上部压向气囊，气囊背面的排气孔在气体和人体压力作用下排气，利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。

（4）碰撞约110ms后，大部分气体已从气囊逸出，驾驶员身体上部回到座椅靠背上，汽车前方恢复视野。

（5）碰撞约120ms后，碰撞危害解除，车速降低至零。

3.8.2安全气囊系统的有效范围

汽车安全气囊系统并非在所有碰撞情况下都能起作用。

正面安全气囊系统在汽车从正前方或斜前方±30°范围内发生碰撞且纵向减速度达到某一值（通常称为减速度阈值）时，才能引爆点火剂使充气剂受热泪盈眶分解给正面SRS气囊。

在下列条件之一的情况下，安全气囊系统不会引爆点火剂，也不会给SRS气囊充气：

（1）汽车遭受侧面碰撞超过斜前方±30°；

（2）汽车遭受横向碰撞时；汽车遭受后方碰撞时；汽车发生绕纵向轴线侧翻时；

纵向减速度未达到认定阈值时；

（3）汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路上行驶时。

4.两次动作的双气囊系统工作原理 

　　两次动作的双气囊系统在轿车上的布置是由传感器、中央控制器、双气囊、双安全带预紧器和接头等组成。

中央控制器由中央传感器、电子控制器、安全传感器和辅助电源组成。

气囊中除了气囊外，还有电雷管、气体发生器；安全带预紧器中也有电雷管。

本系统的电气联接特点是：

①左右两个前方传感器并联，并联后与左右安全带预紧器电雷管、安全传感器串联。

②中央传感器和前方传感器并联，它们串联后的电路也并联。

4.1系统的工作原理

　　在汽车行驶中，3个传感器不断将车速变化的信息输入到电子控制器，经电子控制器不断地计算、分析、比较和判断，并随时准备发出指令。

当车速小于30km／h冲撞时，前方传感器和其串联的安全传感器同时向电子控制器输入撞车信号，并发出引爆安全带预紧器电雷管的指令，而中央传感器发出的信号不能使电子控制器发出引爆气囊电雷管的指令。

所以，在低速（减速度较小）冲撞时，只要预紧器向后拉紧安全带，就足以保护驾乘人员不撞向前方。

在高速（减速度较大）冲撞时，前方传感器和中央传感器同时向电子控制器输入冲撞信号，电子控制器在迅速判断后发出指令，同时引爆左右预紧器和双气囊的电雷管。

安全带向后拉紧的同时，2个气囊同时张开，吸收驾乘人员因减速度大而产生的冲撞能量。

有效地保护他们的安全。

当汽车和前面的固定物冲撞时，汽车行驶的速度越快，减速度就越大，传感器接受到的力就越大。

若将前方传感器和中央传感器预设定的力分为上、下限，即前方传感器的预定冲撞速度在小于30km／h的下限值，并且相应的安全传感器预设值也是下限值，则汽车发生低速冲撞时，电子控制器只使安全带预紧器引爆。

中央传感器预设值为上限，则汽车高速冲撞时，前方传感器，中央传感器和安全传感器同时向电子控制器输出冲撞信号，电子控制器使所有的电雷管引爆，则安全带拉紧，气囊张开。

从发生冲撞、传感器发出信号到控制器判断引爆电雷管，大约需要10ms时间。

引爆后，气体发生器产生大量氮气，迅速吹胀气囊。

从发生冲撞到气囊形成，进而到安全带拉紧，全过程所需时间为30～35ms，所以气囊系统的保护效果是非常好的。

当气囊引爆后，由于产生的气体大量涌进气囊，使气囊的压力增高，不利吸收冲撞能量，所以，在气囊的后面有2个排泄压力的气体排放孔，有利于保护驾乘人员的安全。

5.使用注意事项

5.1烟和粉末

　　气囊充气时不会燃烧或破裂，只是由于化学反应而产生烟和粉末状残渣，其成分大部分是演粉或滑石粉与钠的化合物，皮肤或眼睛如与沉淀物接触，可能有短时间刺激感，但不会对健康产生危害。

5.2意外充气放出 

　　触发气囊充气的传感器仅能被严重的前碰撞或近似前碰撞所激发。

即使猛烈关门、坐在转向盘毂上、用手摇动保险杠或在高低不平路面上行驶，气囊都决不可能意外充气，传感器能准确鉴别汽车紧急制动与严重前碰撞或近似前碰撞的差别。

5.3气囊充气后驾驶汽车

　　气囊充气后，人体碰压使其很快泄气，只要汽车仍然能行驶，驾驶员就能继续操纵带有瘪气囊的转向盘。

不过这时很危险，只能应急，应尽快把车送到修理厂去。

5.4气囊充气对眼镜的损坏   

　　由于乘员与充气气囊相碰，可能使眼镜架折弯、损坏甚至断开，造成面部轻伤，但眼镜片不会破碎或伤及眼睛。

5.5气囊充气的声音    

　　气囊充气时的声音很响，但持续时间极短， 以致大多数乘员都没注意到，同时实际碰撞的声音几乎完全淹没了气囊充气的噪音。

5.6在装有气囊的车室内放置物品 

　　在气囊的前方、上方或近处放置的任何物品都有可能妨碍气囊充气或被抛射出去，在车室内安装收音机、CD机等附件时，要遵照汽车厂的规定，否则会影响气囊工作。

5.7碰撞损坏汽车上的气囊

　　如果在由于碰撞而严重损坏的汽车上有未引爆充气的气囊，那么可能该气囊的电路系统出现故障，以致没有电信号传给气体发生器，此时应首先断开电源线。

考虑到气囊系统有能量延迟特点，在发生碰撞事故后不久，不要靠近或放置物品在未充气气囊旁边。

当装有气囊的汽车着火时，气囊组件往往在温度达到l50℃左右时会自行充气。

 已充过气的气囊组件没有任何危险性，拆除后可按一般废物处理。

5.8安全气囊系统的检修

（１）安全规范　除原设计的线束外，严禁将其他线束接到气囊系统线束上；禁止使用万用表以及其他能产生电源的仪器检测点火器；存放安全气囊时，应按照气囊向上和连接器向下的方式放置，万一误爆时，这样放置的危险性较小；不要试图用工具打开安全气囊的气袋或点火器，并禁止对其加热；维修焊接前应拆掉蓄电池正极；连接电气线束前，认真检查线束是否处于断电状态。

（２）拆卸注意事项　进行任何拆卸工作前，应先进行下列操作。

①先接通点火开关，检查仪表板上安全气囊指示灯工作是否正常。

②关闭点火开关，拔出钥匙。

断开蓄电池正极，等待２ｍｉｎ以上，如果安全气囊指示灯工作异常，断开蓄电池正极后应该等待１０ｍｉｎ，再进行操作。

③拆卸转向盘时，应使用专用工具将转向柱锁定在“直向前”的位置，以保证控制装置和螺旋线束在安装中不会被损坏。

　④只能安装与原车零部件编号相同的配件，点火器是有失效期的，要遵守配件上注明的使用期限。

　⑤接通蓄电池后，打开点火开关时，维修人员不要将身体放在安全气囊打开的轨迹之内。

⑥安装完毕后，检查安全气囊指示灯运行是否正常。

5.9气囊与儿童约束 

　　坐车的儿童应使用合适的儿童保护装置，在装有气囊的汽