汽车碰撞传感器原理

一安全气囊系统传感器的结构原理1碰撞传感器碰撞传感器是安全气囊系统和座椅安全带收紧系统必不可少的传感器，其工作状态取决于汽车碰撞时的减速度大小。因此碰撞传感器实际上是一种减速度传感器，其公用是收紧电控单元（ECU），以便ECU确定是否引爆气囊点火器和安全带收紧点火器。1.1碰撞传感器的分类碰撞传感器种类繁多、形式各异，常用的碰撞传感器可按用途与结构进行分类。⑴按碰撞传感器的用途分类按传感器用途不同，碰撞传感器可分为碰撞信号传感器和碰撞防护传感器两种类型。碰撞信号传感器又称为碰撞烈度（激烈程度）传感器，安装在汽车左前与右前翼子板内侧，两侧前照灯支架下面，发动机散热器支架左、右两侧，左右仪表台下面等。碰撞防护传感器又称为安全传感器或保险传感器，简称防护传感器，一般都安装在SRSECU内部。防护传感器和碰撞信号传感器的结构原理完全相同。换句话说，一只碰撞传感器即可用作碰撞信号传感器，也可用作碰撞防护传感器，但是必须重新设定其减速度阈值。设定减速度阈值的原则是碰撞防护传感器的减速度阈值比碰撞信号传感器的减速度阈值稍小。当汽车以40km/h左右的速度撞到一辆静止或同样大小的汽车上或以20km/h左右的速度迎面撞到一个不可变形的障碍物上时，减速度就会达到碰撞信号传感器设定的阈值，传感器就会动作。⑵按碰撞传感器的结构类型分按传感器结构不同，碰撞传感器可分为机电结合式、水银开关式和电子式三种类型。机电结合式是一种利用机械机构运动（滚动或转动）来控制电器触电运动，再由触电断开与闭合来控制气囊点火器电路接通与切断的传感元件。目前常用的有滚球式碰撞传感器、滚轴式碰撞传感器和偏心锤式碰撞传感器。水银开关式碰撞传感器是利用水银导电良好的特性来控制气囊点火器电路接通与切断，一般用作防护传感器。电子式碰撞传感器没有电器触点，常用的有压阻效应式和压电效应式两种，一般用二作防护传感器。1.2滚球式碰撞传感器滚球式碰撞传感器又称为偏压磁铁式碰撞传感器，结构如图1所示，主要由铁质滚球1、永久磁铁2、导缸3、固定触点4和壳体5组成图1滚球式碰撞传感器的结构1.滚球2.磁铁3.导缸4.触点5.壳体┊┋图2滚球式碰撞传感器的工作原理┊静止状态┋工作状态两个触电分别与传感器引线端子连接。滚球用来感测减速度大小，在导缸内可以移动或滚动。壳体5上印制有箭头标记，方向与传感器结构有关，有的规定指向汽车前方（如丰田凌志LS400型轿车），有的规定指向汽车后方，因此在安装传感器时，箭头方向必须符合使用说明书规定。滚球式碰撞传感器工作原理如图2所示。当传感器处于静止状态时，在永久磁铁作三用下，导缸内的滚球被吸向磁铁，两个触点与滚球分离，传感器电路处于断开状态，如图2┊所示。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时，滚球产生的惯性力将大于永久磁铁的电磁吸力。滚球在惯性力作用下就会克服磁力沿导缸向两个固定触点运动并将固定触点接通，如图2┋所示。当传感器用作碰撞传感器信号时，固定触点接通则将碰撞信号输入SRSECU；当传感器用作碰撞防护传感器时，则将点火器电源接通。1.3滚轴式碰撞传感器滚轴式碰撞传感器的结构如图3所示。┊┋图3滚轴式碰撞传感器的结构原理┊静止状态┋工作状态1.止动销2.滚轴3.滚动触点4.固定触点5.底座6.片状弹簧片状弹簧6一端固定在底座5上，并与传感器的一个引线端子连接，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。固定在触点4与片状弹簧6绝缘固定在底座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，滚轴在片状弹簧的弹力作用下滚向止动销一端，滚动触点与固定触点处于断开状态，如图3┊所示，传感器电路断开。当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时，滚轴产生的惯性力将大于片状弹簧的弹力。滚轴在惯性力作用下就会克服弹簧弹力向右滚动，滚动触点与固定触点接触，如图3┋所示。当传感器用作碰撞信号传感器时，滚动触点与固定触点接触则将碰撞信号输四入SRSECU；当传感器用作碰撞防护传感器时，则将点火器电源电路接通。1.4偏心锤式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器又称为偏心转子式碰撞传感器。丰田、马自达汽车SRS采用了这种传感器，其结构如图4所示。图4偏心锤式碰撞传感器的结构1、8.偏心锤2、15.锤臂3、11.转动触点臂4、12.壳体5、7、14、17.固定触点引线端子6、13.转动触点9.挡块10、16.固定触点18.传感器轴19.复位弹簧转子总成由偏心锤1、转动触点臂3及转动触点6与13组成，安装在传感器轴18上。偏心锤偏心安装在偏心锤臂上。转动触点臂3与11两端固定有触点6与13，触点随触点臂一起转动。两个固定触点10与16绝缘固定在传感器壳体上，并用导线分别与传感器接线端子7、14连接。偏心锤式传感器的工作原理如图5所示。当传感器处于静止状态时，在复位弹簧作用下，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断开，如图5┊所示，传感器电路处于断开。五┊┋图5偏心式碰撞传感器工作原理┊静止状态┋工作状态当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时，偏心锤产生的惯性力矩将大于复位弹簧的弹力力矩，转子总成在惯性力矩作用下克服弹簧力矩沿逆时针方向转动一定角度，同时带动转动触点臂转动，并使转动触点与固定触点接触，如图5┋所示。当传感器用作碰撞信号传感器时，转动触点与固定触点接触则将碰撞信号输入SRSECU；当传感器用作碰撞防护传感器时，则将点火器电源电路接通。1.5水银开关式碰撞传感器水银开关式碰撞传感器是利用水银具有良好的导电特性而制成的，结果如图6所示，主要由水银、壳体、电极和密封螺塞组成。图6水银开关式传感器结构1.水银（静态位置）2.壳体3.水银（动态位置）4.密封圈5.电极（接点火器）6.电极（接电源）7.密封螺塞当汽车发生碰撞时，减速度将使水银产生惯性力。惯性力在水银运动方向上的分力会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路的电源。1.6电阻应变计式碰撞传感器德国博世公司研制生产的电阻应变计式碰撞传感器的结构如图7┊所示，主要由电子电路4、电阻应变计5、震动块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R℥、RΩ、R℧、Rℨ制做在硅膜片8上，如图7┋所示。当膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。为了提高传感器的检测精度，应变电阻一般都连接成桥式电路，并设计有稳压和温度补偿电路，六如图7┌所示。图7电阻应变计式碰撞传感器1.密封树脂2.传感器底板3.壳体4.电子电路5.电阻应变计6.震动块7.缓冲介质8.硅膜片当汽车遭受碰撞时，震动块震动，缓冲介质随之震动，应变计的应变电阻产生变形，阻值随之发生变化，经过信号处理与放大后，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劣度（激烈程度）。如果电压超过设定值，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生气体给气囊充气。1.7压电效应式碰撞传感器压电效应式碰撞传感器是利用压电效应制成的传感器。压电效应是指压电晶体在压力作用下，晶体外形发生变化而使其输出电压发生变化的效应。压电晶体通常用石英或陶瓷制成。在压力作用下，压电晶体的外形和输出电压就会发生变化。当汽车遭受碰撞时，传感器内的压电晶体在碰撞产生的压力作用下，输出电压就会变化。SRS电脑根据电压信号强弱便可判断碰撞的烈度。如果电压信号超过设定值，SRS电脑就会立即向点火器发出点火指令，引爆点火剂使气体发生器给气囊充气，SRS气囊膨开，达到保护驾驶员和乘员之目的。