汽车安全气囊系统.docx

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汽车安全气囊系统

汽车安全气囊系统

吉林大学珠海学院09级学生

一、汽车安全气囊系统的概述与作用

汽车安全气囊系统（SupplementalRestraintSystem—SRS）是轿车上的一种辅助保护系统，也称空气袋（AIRBAG）。

当汽车遭到正面或侧面严重冲撞时能很快膨胀的缓冲垫，与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供有效的防撞保护，可有效降低汽车乘员及驾驶员的伤亡率，是拯救乘员生命的重要装置。

应该指出的是SRS系统实际上是安全带的辅助装置，只有在使用安全带的条件下，SRS系统才能充分发挥保护乘员的作用。

目前按照安全气囊的数量可分为单气囊系统（只装在驾驶员侧，方向盘中部）、双气囊系统（驾驶员侧和前乘客侧工具箱上方的仪表板内各有一只）、多气囊系统（包括后排乘员也有）气囊盖板上标有“AIRBAG”字样，它们的工作原理基本一样。

二、汽车安全气囊系统的组成

汽车电子式安全气囊系统主要由碰撞传感器、辅助保护系统指示灯（SRS指示灯）、带防护碰撞传感器的SRS电脑和SRS气囊组件四部分组成。

其中气囊组件组件主要由STS气囊、气体发生器和点火器组成。

如图1-1所示

图1-1

三、汽车安全气囊系统部件的结构与原理

1、碰撞传感器

碰撞传感器的作用是检测车辆发生碰撞时的减速度或惯性力，并将信号送到安全气囊系统的专用电脑。

它安装在车身前部和中部，一般设有3--4个。

前碰撞传感器一般为2--3个，一般安装在车身两侧的前翼子板内侧或两侧前照灯支架下面或发动机散热器支架左右两侧等。

防护碰撞传感器又称为安全碰撞传感器或侦测碰撞传感器，一般与SRS电脑组装在一起，安装在驾驶室中部变速杆前，后的装饰板下面。

（1）按其功能可分为：

碰撞烈度传感器和防护碰撞传感器两大类

碰撞烈度传感器用于检测汽车遭受碰撞的激烈程度，其信号是电脑判断是否引爆点火剂的主要依据。

防护碰撞传感器与碰撞烈度传感器串联，用于防止前碰撞传感器短路而造成气囊误爆现象，其信号是电脑确定是否发生碰撞依据。

（2）按总体结构可分为：

机电结合式、电子式、水银开关式

机电结式碰撞传感器是利用机械机构运动（滚动或转动）来控制触点动作，再由触点断开与闭合来控制SRS气囊电路接通与切断。

目前常用的有滚球式，滚轴式和偏心锤式等。

电子式碰撞传感器是利用传感器输出的电压信号，通过SRS电脑，指示点火装置工作。

目前常用的有电阻应变计RSG式和压电效应式碰撞传感器。

水银开关式碰撞传感器是利用水银导电的特性来控制SRS气囊电路的接通或切断。

A、滚轮式碰撞传感器

滚轮式碰撞传感器又称偏压磁铁传感器，其结构如图3-1所示。

主要由滚球1、永久磁铁2、导缸3、触点4、壳体5等组成。

两个触点4固定不动，并分别与传感器的引线端子连接。

铁质滚球1用来感测惯性或减速度的大小，可在导缸3内移动或滚动。

壳体5上印制有箭头标记，安装时必须按使用说明书规进行安装（指向前方或后方）。

图3-1

B、滚球式碰撞传感器的工作原理如图3-2所示

1.当传感器处于静止状态时，在永久磁铁的磁力作用下，导缸内的滚球被吸向磁铁，两个触点未被连通，如图（a）所示。

2.当汽车遭受碰撞，滚球的惯性力大于永久磁铁的吸力时，惯性力使滚球克服磁铁的吸力沿着导缸向左运动，将两个触点接通，接通SRS气囊的搭铁回路。

如图（b）所示，日产、马自达等汽车即采用此种传感器。

图3-2

C、滚轴式碰撞传感器

滚轴式碰撞传感器结构如图3-3所示。

主要组成由：

止动销1、滚轴2、滚动触点3、固定触点4、底座5、片状弹簧6等片状弹簧6与传感器的一个引线端子连接，一端固定在底座5上，另一端绕在滚轴2上，滚动触点3固定在滚轴部分的片状弹簧上，并可随滚轴一起转动。

固定触点4固定在底座5上，并与传感器的另一个引线端子连接。

当传感器处于静止状态时，滚轴在片状弹簧弹力作用下滚向止动销一侧，滚动触点与固定触点处于断开状态，如图（a）所示。

当汽车遭受碰撞，使滚轴的惯性大于片状弹簧的弹力时，惯性力克服弹簧弹力使滚轴向前滚动，将滚动触点与固定触点接通如图b所示，从而接通SRS气囊的搭铁回路。

丰田，本田和三菱等汽车采用此种传感器。

图3-3

D、偏心锤式传感器的工作原理如图3-4所示

当传感器处于静止状态时，在复位弹簧的作用下，偏心锤与挡块保持接触，转子总成处于静止状态，转动触点与固定触点处于断开，如图a所示。

当汽车遭受碰撞使偏心锤的惯性力矩大于复位弹簧的弹力力矩时，惯性力矩克服弹簧力矩使转子总成转动，从而带动转动触点臂转动，使转动触点与固定触点接触如图b，SRS气囊的搭铁回路接通。

图3-4

E、水银开关式碰撞传感器

水银开关式碰撞传感器一般用作防护传感器，其结构如图3-5所示

当汽车发生碰撞时，减速度将使水银产生惯性力。

惯性力使水银运动方向上的分力将水银抛向传感器电极，使两个电极接通，从而接通气囊点火器电源电路。

图3-5

F、电阻应变计式碰撞传感器

电阻应变计式碰撞传感器结构如图3-6所示

主要由电子电路4、电阻应变计5、振动块6、缓冲介质7和壳体3等组成。

电子电路包括稳压与温度补偿电路W、信号处理与放大电路A。

应变计的电阻R1、R2、R3、R4制作在硅膜片8上。

当膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。

为提高传感器的检测精度，应变电阻一般都连接成桥式电路，并设有稳压和温度补偿电路。

当汽车发生撞击时，振动块振动，缓冲介质随之振动，使电阻应变计的应变电阻发生变形，从而使其电阻值也发生变化，经信号处理与放大后，传感器S端输出的信号电压就会发生变化。

SRS电脑根据电压信号强弱便可判断碰撞的程度。

如果信号电压超过设定值，SRS电脑就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂，使充气剂受热分解产气体给气囊充气。

图3-6

2、辅助保护系统指示灯（SRS指示灯）

SRS指示灯又称SRS警告灯，其作用是指示安全气囊系统功能是否处于正常状态。

它安装在驾驶室仪表板面膜的下面，并在面膜表面相应位置制作有图形或SRS、AIRBAG等字样。

当点火开关处于“ON”或“ACC”位置时，如果SRS指示灯发亮或是闪烁约6秒（闪6下）后自动熄灭，表示安全气囊系统正常。

如果不同或异常现象表示安全气囊有问题，应及时排除。

3、SRS电脑

SRS电脑主要由SRS电脑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路等组成。

图3-7为韩国现代轿车SRS控制组建框图

（1）SRS电脑模块的主要功用是检测汽车纵向减速度或惯性力是否达到设定值，控制气囊组件中的点火器引爆点火剂。

SRS电脑模块主要由模/数（A/D）、数/模（D/A）转换器、串行输入/输出（I/O）接口、只读存储器ROM、随机存储器，电可擦除编程只读存储器EEPROM和定时器等组成。

汽车行驶过程中，SRS电脑不断接收碰撞传感器传来的车速变化信号，经过数学计算和逻辑分析判断后，确定是否发生碰撞。

当判断结果为发生碰撞时，立即运行控制点火的软件程序，并向点火电路发出点火指令引爆点火剂，使充气剂受热分解释放气体给SRS气囊充气。

除此之外，SRS电脑还要对控制组件中关键部分的电路（如传感器电路、备用电源电路、点火电路、SRS指示灯及其驱动电路）不断进行诊断检测，并通过SRS指示灯和存储在存储器中的故障代码来显示测试结果。

（2）信号处理电路主要由放大器和滤波器组成其功用是对传感器检测的信号进行整形，放大和滤波，以便SRS电脑能够接收、识别和处理。

（3）备用电源电路由电源控制电路和若干个电容器组成。

在单安全气囊系统的控制组件中，设有一个电脑备用电源和一个点火备用电源。

在双安全气囊系统的控制组件中，设有一个电脑备用电源和两个点火备用电源，即两条点火电路各设一个备用电源。

点火开关接通10秒后，如果汽车电源电压高于SRS电脑的最低工作电压，备用电源即可完成储能任务。

（4）保护电路的作用是防止汽车电器系统中所产生的瞬时过电压，使安全气囊系统中的电子元件遭受损坏

稳压电路是为了保证汽车电源电压发生变化时，安全气囊系统能正常工作。

图3-7

4、SRS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。

为了提高乘客的安全性，有些轿车还在座位侧面和车门内侧等部位安装了安全气囊。

（1）驾驶席SRS气囊组件的结构如图3-8所示，

主要由气囊装饰盖2、SRS气囊3、气体发生器4和装在气体发生器内部的点火器的等组成

图3-8

（2）前排乘员席SRS气囊组件结构如图3-9所示

图3-9

其中气囊组件组件主要由STS气囊、气体发生器和点火器组成

（1）SRS气囊

气囊通常是由防裂性能好的聚酰胺织物（如尼龙）制成，这是一种较软的泡沫材料。

经过硫化处理，以减少气囊吹胀时的惯性力。

为密封气体，气囊的里层涂有聚氯丁二烯。

气囊背面或顶部制有2—4个排气孔。

当驾驶员在惯性力作用下压到气囊上时，气囊受压便从排气孔排气，持续时间不到1秒，从而吸收驾驶员与气囊碰撞的动能，使人体不至受伤

气囊卷成向上喇叭形，然后装在铝等金属制成的防护罩中，最近开发的护罩盖为无支撑式的，用聚氨酯制成。

在正常情况下，它是一个结构盖，气囊充胀的瞬间，在气囊爆发力的作用下快速断裂，对气囊充胀过程毫无阻碍作用。

（2）气体发生器

气体发生器的功用是在点火器引爆点火剂时，产生气体向SRS气囊充气，使气囊胀开。

气体发生器用专用螺栓和专用螺母固定在气囊支架上，由点火器、点火剂、金属过滤器及氮气发生剂等组成，如图3-10所示。

当碰撞传感器向SRS电脑输送撞击信号，SRS电脑向点火器发出指令，点火器点燃点火剂并传到氮气发生剂，使其产生大量的氮气，通过金属过滤器的冷却，降压，迅速充胀囊，使气囊爆胀。

（3）点火器

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。

图3-10

四、汽车安全气囊系统的工作原理图

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，现以图4-1所示的正面碰撞为例，说明其工作原理。

当汽车受到前方一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STS电脑安装在一起的防护碰撞传感器就会监测到汽车突然减速的信号，并将信号传送到STS电脑。

STS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STS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，迅速产生大量的热量，充气剂受热分解，释放大量氮气充入气囊。

气囊冲开气囊组件的装饰盖板鼓向乘员，使乘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，使人体与车内构件之间的碰撞变为弹性碰撞，通过气囊产生典型吸收人体碰撞产生的动能，达到保护人体的目的。

图4-1

五、总结

做为车身被动安全性的辅助配置，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。

安全气囊分布在车内前方（正副驾驶位），侧方（车内前排和后排）和车顶三个方向。

在装有安全气囊系统的容器外部都印有SupplementalInflatableRestraintSystem，简称SRS）的字样，直译成中文，应为“辅助可充气约束系统”。

英文名称中强调了安全气囊是辅助性的设备，应该与安全带配合工作才能起到最佳的保护作用。

可惜的是中文名称中忽略了这一点，容易给用户带来误解，以为仅靠安全气囊就能获得良好的保护效果。

其实，若不配合安全带使用的话，在某些情况下，安全气囊展开时会对乘员造成不必要的伤害。

在正驾驶位的气囊装在方向盘的中间位置，副驾驶位的安全气囊安装在正前方的平台内部，在意外发生的瞬间可以有效的保护驾驶员和副驾驶位乘员的头部和胸部，因为正面发生的猛烈碰撞会导致车辆前方大幅度的变形，而车内乘员会随着这股猛烈的惯性向前俯冲，造成跟车内构件的相互撞击，另外车内正驾驶位置的安全气囊可以有效的防止在发生碰撞时方向盘顶到驾驶者的胸部，避免致命的伤害。

侧面气囊系统是保护汽车遭侧面碰撞以及车辆翻滚时乘员的安全一般安装于车门上，在车辆遭到侧面碰撞会导致车门严重变形，以至于无法开启车门，车内乘员被困于车内，侧面安全气囊可以有效的保护车内驾乘人员来自侧面撞击导致的腰部，腹部，胸部外侧，以及胳膊的伤害，保证身体上肢的活动能力和逃生能力。

随着整车被动安全重要性的深入人心，在一些高档豪华车中车现了高达30几个气囊从颈部、膝部、甚至是在车顶的两侧会配有两条管状气囊，在意外情况发生时能够有效的缓解来自车顶上方的下压力，配合侧面气帘能够有效的保护乘客的头部和颈部。

膝盖部分的气囊位于前排驾驶座椅内，一旦打开能够有效保护后排乘客的腰下肢体部位，从而也能缓解来自正面碰撞的前冲力。

随着科技的快速发展，安全气囊技术也必会快速发展以降低事故发生的死亡率。