汽车的安全气囊系统的工作原理

华信教育资源网安全气囊概述汽车安全气囊系统（SupplementalRestraintSystem——SRS）是轿车上的一种辅助保护系统，与座椅安全带配合使用，可以为乘员提供十分有效的防撞保护。当汽车时速超过30km／h发生前碰撞事故时，控制系统检测到冲击力超过设定值时，安全气囊立即接通充气元件中的电雷管引爆火药粉和气体发生剂，产生大量气体，气囊就会迅速充气膨胀，冲破缓冲垫（装饰板），在30ms内迅速在乘员与车辆之间形成一道柔软的弹性屏障，使乘员免受伤害。当撞击发生后，气囊随即自动放气，它不会妨碍车内人员出逃，也不影响他们的视线。华信教育资源网安全气囊概述安全气囊系统有下列几种形式：安装在方向盘内的驾驶员安全气囊；安装在仪表板内的副驾驶席安全气囊；安装在车门上的侧面安全气囊；安装在前排椅背上的后排座椅安全气囊。它们分别用来在汽车碰撞时保护驾驶员、副驾驶员及乘客。安全气囊按其被引爆的有效范围分为正向和侧向。正向引爆的安全气囊是在有效范围上30度角或斜前方发生撞车（图7.1），而且纵向加速度（负值）达到某一值时，气囊才被引爆，而横向加速度（包括从侧面发生的撞车和统纵轴的侧翻）不能引爆，侧向气囊可用于防侧向冲撞。图7.1正向引爆的安全气囊有效范围华信教育资源网／h发生前碰撞事故时，装在汽车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器可检测到车速突然减速，由碰撞传感器将撞击信息传给电子控制单元电脑ECU，也称微处理器CPU，经微处理器判断撞击的严重程度，并在几ms内决定是否起动气囊。若需要则发出点火信号，使气体发生器在极短的时间内向气囊充气（气体的数量是经过严格设计计算的），当人体脸部一接触气囊，气囊的泄气孔就逐渐泄气，从而起到对驾驶员和乘客的缓冲保护作用。由于从传感器接收信号到气囊张开仅需50ms，而驾驶员撞向转向盘的时间约为60ms，故在发生碰撞时，能有效地保护驾驶员，避免了驾驶员直接撞转向盘的危险。安全气囊从触发，到充气膨胀，再到驾驶员头部陷入气囊，直至气囊被压扁的全过程，不超过110ms。华信教育资源网为安全气囊的工作框图。图7.2安全气囊的工作框图华信教育资源网安全气囊的组成安全气囊系统主要由碰撞传感器、电子控制单元、警告灯、气体发生器和气囊等组成。图7.3为凌志LS400轿车安全气囊系统组件位置图。图7.3凌志LS400轿车安全气囊组件华信教育资源网．碰撞传感器碰撞传感器是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置，其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入电子控制单元（ECU），ECU根据碰撞传感器的信号判断是否引爆充气元件给气囊充气。安全气囊系统一般装有2～4个碰撞传感器，在前左、右挡泥板各装一个，有的在前保险杠中间装有一个，有的车内还装有一个。碰撞传感器常采用惯性式机械开关结构。图7.4为凌志轿车采用的惯性开关式碰撞传感器的外形，图7.5为其结构示意图。图7.4碰撞传感器外形华信教育资源网安全气囊的组成碰撞传感器由壳体、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点等部分组成。在传感器外还固定一电阻R，如图7.4（b）所示，其作用是在系统进行自检时，检测ECU与碰撞传感器之间的联接是否正常。碰撞传感器在正常情况下，偏心转子和偏心重块在弹簧张力作用下，顶靠在与外壳固结的止动块上，活动触点与固定触点不接触；当汽车在传感器控制的方向受到碰撞，且冲击力超过传感器的设定值时，偏心块在惯性力作用下带动偏心转子克服弹簧张力而转动，使其上的活动触点与固定触点闭合，从而向ECU发出信号，以驱动充气元件。碰撞传感器的种类很多，有独立式碰撞传感器、粘性阻尼式碰撞传感器、阻尼式弹簧传感器等等。华信教育资源网．电子控制单元电脑安全气囊ECU是SRS的控制中心。它是由稳压电路、中央气囊传感器、记忆电路、诊断电路、安全传感器、点火控制引爆电路、备用电源等部分组成。安全传感器是一个以水银为导体的开关。见图7.11。当减速度超过预定值时，在惯性作用下，水银接通触点，安全传感器闭合。图7.11安全传感器华信教育资源网安全气囊的组成中央气囊传感器采用压电式加速度传感器，用于检测车辆减速度，见图7.12所示。当车辆碰撞时，传感器悬臂受惯性作用产生弯矩，并转变为电信号。当信号值超过设定值时，则接通气体发生器引爆电路。图7.12中央气囊传感器a)传感器芯片b)传感器总成1-悬臂梁2-应变电阻3-集成电路4-金属罩5-传感器芯片6-终端接脚华信教育资源网安全气囊的组成诊断电路是不断对可能造成无法引爆或意外引爆气囊的故障进行检查，发现故障，则将故障内容按代码存贮于记忆电路，供维修时读取，同时接通SRS系统警告灯，以通知驾驶员注意。备用电源由电容器和直流转换器组成。当车辆因碰撞造成汽车电源损坏时，将由电容器继续供电。为了保证SRS系统工作可靠，防止误引爆，系统随时要检测碰撞传感器、中央气囊传感器和安全传感器。三者之中，安全传感器闭合所设置的减速度值最小，其相互间的联接关系如图7.13所示。安全气囊的触发条件是：当车辆发生图7.13传感器的联接华信教育资源网安全气囊的组成正面碰撞时，若某个安全传感器和某个碰撞传感器同时闭合；或者某个安全传感器和中央气囊传感器同时闭合；或三种传感器同时闭合，则安全气囊引爆。3．充气元件和气囊作为气囊总成，充气元件和气囊是不能分解的。单气囊SRS系统，气囊总成安装在驾驶员前端的方向盘内；而双气囊SRS系统，除在驾驶员前端的方向盘内安装有气囊总成和在副驾驶前方的工具箱上端配备有气囊总成外，凌志LS400轿车前排乘员安全带还带有电子预紧装置。图7.14为方向盘内置式安全气囊总成图。气囊由防裂性能好的聚酰胺织物制成，里层涂有聚氯丁二烯。为使气囊柔软，起到更好的缓冲作用，其上有些小排气孔，以便使气囊在充气后即开始排气，及时离开，既保护乘员又不致妨碍视线。华信教育资源网安全气囊的组成位于气囊下部的充气元件由电雷管、火药、气体发生剂、缓冲垫、过滤屏、过滤网及外壳等组成，见图7.15所示。当碰撞发生后，电雷管引爆火药，产生大量高温气体，冲撞或粉碎气体发生剂，同时使高温气体降温并继续产生气体。经过多次过滤，除去烟雾及灰尘，从气体喷口喷入气囊，使气囊在车辆碰撞的瞬间充满气体。图7.15充气元件结构华信教育资源网螺旋连接器充气元件与气囊安装在方向盘上，随时与方向盘—起转动，螺旋连接器用于将随方向盘转动的电雷管引线与固定的ECU导线联接起来，见图7.16所示。螺旋连接器由转子、壳体、导线和解除凸轮组成。转子与解除凸轮之间有连接凸缘与凹槽，转动方向盘时，两者相互接触，形成整体旋转。约5m长的螺旋导线装在螺旋连接器内，可随方向盘任意方向旋转2.5圈而不拖动异物。此外，在螺旋连接器上还接有喇叭开关触点；在装备巡航控制系统的车上，螺旋连接器还连接有CCS主开关。图7.16螺旋连接器华信教育资源网安全气囊警告灯安全气囊警告灯位于组合仪表上。当中央安全气囊传感器总成自诊断机构检测出某一故障时，警告灯就会向驾驶员发出故障警告。在正常情况下，当点火开关转到ACC或ON位置时，警告灯会亮大约6秒钟，然后熄灭。华信教育资源网安全气囊检修注意事项安全气囊内有火药及电雷管等易爆品，故在维修操作时必须按正确顺序进行。否则，可能会使安全气囊系统在维修中发生意外，从而导致严重事故，或在需要安全气囊充气起保护作用时却不起作用。因此，检修应注意以下几点：1.气囊系统只能工作一次，发生事故被引爆后的气囊必须更换，为安全起见，气囊系统的所有元件也需更换。气囊系统经10年后必须送维修厂更换，更换日期一般贴在工具箱的标签上或在遮阳镜的下面。2.故障代码是安全气囊系统故障诊断的重要信息源，在系统故障诊断时应首先读取故障码，然后再脱开蓄电池。检修操作前，务必将点火开关转到LOCK位置，并在蓄电池负极端子拆下电缆90s以后方可开始工作。因为安全气囊系统有备用电源．如果在拆下蓄电池负极端子不到90s开始维修工作，它可能会被引爆。若点火开关在ON或ACC位置检修，则会出现故障码。华信教育资源网由于车内时钟和音响系统的存储内容随蓄电池的脱离而被消除，所以在开始检修前，应将各存储系统的内容作好记录，在检修结束后，应将音响系统和时钟重新设置或调准。同样，对具有方向盘电动倾斜和伸缩转向系统、电动座位、电动车外后视镜和电动安全肩带系紧装置，由于它们都有存储参数的记忆功能，在检修后都必须重新设置。所以在检修结束后必须告知用户，需按其个人的需要和习惯进行调整并重新设置存储器内容。4.若车辆发生轻微碰撞，SRS没有触发，也应检查方向盘衬垫、前座乘客安全气囊总成、座位安全带收紧器和安全气囊传感器。5.若碰撞车辆的SRS系统已经触发，除需更换已经引爆的气囊与安全带预紧装置外，还必须同时更换全都碰撞传感器和中央气囊传感器总成，并检查线束与接头状况。不允许拆卸和修理被更换下的碰撞传感器、中央气囊传感器总成、方向盘衬垫、前座乘客安全气囊总成或座位安全带收紧器以供重新使用。华信教育资源网零件，只能使用原厂所设计的零件，包括接线。不允许乱拉线或随意换线，以免影响安全气囊的可靠性。凡需要更换零件时，应装用新零件。6.如发现碰撞传感器、SRS电脑或方向盘衬垫、前座乘员安全气囊总成或座位安全带收紧件等系统部件在外壳、托架或连接器有裂纹、凹陷或其它缺陷，应换装新品。在修理过程中，如果会对传感器产生冲击作用，则在修理前应先拆下安全气囊传感器，严禁机械撞击传感器和安全气囊。7.不要让碰撞传感器、SRS电脑、方向盘衬垫、前座乘员安全气囊总成或座位安全带收紧器直接暴露在热空气中或接近火源。在使用喷灯或焊接设备时，不得靠近充气装置，以防引起安全气囊自动充气。宜用高阻抗（至少10kD／V）万用表检测电路。维修工作完成后，应检查SRS警告灯。华信教育资源网系统已触发的碰撞传感器不可重复使用。无论是左侧或右侧，甚至中间碰撞传感器都应同时更换。安装碰撞传感器时，传感器上的箭头应朝向车辆前方。碰撞传感器的定位螺栓是经过防锈处理的。当传感器拆下后，必须换用新的定位螺栓。接上连接器时必须将电气检测机构可靠锁住，否则诊断系统上会检测出故障码。9.拆卸方向盘安全气囊总成时，应将方向盘衬垫