1、 6、2汽车的安全气囊系统的结构与原理 娄底职院娄底职院概概 述述SRSSupplemental Restraint System6.1.1 安全气囊的分类安全气囊的分类1.按碰撞类型分按碰撞类型分 正面碰撞防护安全气囊系统、侧面碰撞防护安全气囊系统和顶部碰正面碰撞防护安全气囊系统、侧面碰撞防护安全气囊系统和顶部碰撞防护安全气囊系统。撞防护安全气囊系统。2.按照安全气囊安装数目分按照安全气囊安装数目分 单气囊系统、双气囊系统、四气囊系统。单气囊系统、双气囊系统、四气囊系统。3.按照安全气囊的触发机构分按照安全气囊的触发机构分 电子式、机电式。电子式、机电式。6.1.2 安全气囊系统的基本组成安
2、全气囊系统的基本组成组成：组成：传感器、气囊组件、电控装置传感器、气囊组件、电控装置(ECU)等组成等组成6.1.3 安全气囊系统工作原理安全气囊系统工作原理安全气囊工作过程安全气囊工作过程6.1.4 安全气囊系统的动作过程安全气囊系统的动作过程a、撞车、撞车10ms后，达到引爆系统引爆极限，点火器点燃气体发生器产生氮后，达到引爆系统引爆极限，点火器点燃气体发生器产生氮气，驾驶员仍然直坐着。气，驾驶员仍然直坐着。b、所示，、所示，40ms后，气囊已完全充胀，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾后，气囊已完全充胀，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上并被拉长，部分冲击能量已被吸收。驶员身上并被拉长，
3、部分冲击能量已被吸收。c、80ms后，驾驶员的头及身体上部沉向气囊，气囊后面的排气孔将氮气后，驾驶员的头及身体上部沉向气囊，气囊后面的排气孔将氮气在一定压力下匀速逸出。在一定压力下匀速逸出。d、110ms后，驾驶员向后移动回到座椅上，大部分气体从气囊中逸出，前后，驾驶员向后移动回到座椅上，大部分气体从气囊中逸出，前方恢复清晰视野。方恢复清晰视野。气囊动作时间极短，从开始充气到完全充满的时间约为气囊动作时间极短，从开始充气到完全充满的时间约为30 ms；从汽车；从汽车受碰撞开始，到安全气囊收缩为止，所用时间极为短暂，仅为受碰撞开始，到安全气囊收缩为止，所用时间极为短暂，仅为120 ms左右，左右
4、，而人的眼皮眨一下所用时间约为而人的眼皮眨一下所用时间约为300 ms左右。左右。奥迪轿车车速为奥迪轿车车速为50km/h时与前面障碍物相撞时气囊的引爆过程。时与前面障碍物相撞时气囊的引爆过程。6.1.5 安全气囊系统的有效范围安全气囊系统的有效范围 正面安全气囊系统在汽车从正前方或斜前方正面安全气囊系统在汽车从正前方或斜前方30角范围内发生碰撞且角范围内发生碰撞且其纵向减速度达到某一值（其纵向减速度达到某一值（减速度阈值减速度阈值）时，才能引爆正面安全气囊。）时，才能引爆正面安全气囊。在下列条件之一的情况下，不会在下列条件之一的情况下，不会引爆安全气囊：引爆安全气囊：(1)汽车遭受侧面碰撞超
5、过斜前方汽车遭受侧面碰撞超过斜前方30角时；角时；(2)汽车遭受横向碰撞时；汽车遭受横向碰撞时；(3)汽车遭受后方碰撞时；汽车遭受后方碰撞时；(4)汽车发生绕纵向轴线侧翻时；汽车发生绕纵向轴线侧翻时；(5)纵向减速度未达到设定阈值时：纵向减速度未达到设定阈值时：(6)汽车正常行驶、正常制动或在路汽车正常行驶、正常制动或在路面不平的道路上行驶时。面不平的道路上行驶时。在美国，因为安全气囊系统是在美国，因为安全气囊系统是按驾驶员不配戴座椅安全带来设按驾驶员不配戴座椅安全带来设计的，引爆气囊的车速为计的，引爆气囊的车速为12km/h到到22km/h；日本和欧洲，；日本和欧洲，由于安全气囊系统是按驾驶
6、员配由于安全气囊系统是按驾驶员配戴座椅安全带来设计的，引爆气戴座椅安全带来设计的，引爆气囊的车速为囊的车速为19km/h到到32km/h。6.2 电子控制安全气囊系统结构组成电子控制安全气囊系统结构组成6.2.1 碰撞传感器碰撞传感器1.传感器按其结构可分为机电式和电子式两种传感器按其结构可分为机电式和电子式两种(1)机电式传感器机电式传感器碰撞传感器碰撞传感器碰撞传感器（按结构分类）机电结合式水银开关式电子式滚球式滚轴式偏心锤式压阻效应式压电效应式偏心锤式碰撞传感器偏心锤式碰撞传感器n偏心锤式碰撞传感器工作原理偏心锤式碰撞传感器工作原理图7.5 碰撞传感器的结构1-传感器总成 2-壳体 3-
7、偏心旋转质量中心 4-偏心转子 5-旋转触点 6-固定触点 7-螺旋弹簧 8-偏心重块 9-限位器 10-螺旋弹簧恢复力 11-传感器触点 12-连接检测电阻 13-插座 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6.4（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
8、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。(2)电子式传感器电子式传感器 电子式传感器利用半导体的压阻效应检测加速度，电子式加速度计对电子式传感器利用半导体的压阻效应检测加速度，电子式加速度计对汽车正向加速度进行连续测量，并将测量结果输送给汽车正向加速度进行连续测量，并将测量结果输送给ECU。2.传感器按其安装位置可分为前碰撞传感器、中央传感器和保险传感器传感器按其安装位置可分为前碰撞传感器、中央传感器和保险传感器(1)前碰撞传感器前碰撞传感器 2-4个，安装在汽车前端。个，安装在汽车前端。(
9、a)(a)不工作状态不工作状态 (b)(b)工作状态工作状态前碰撞传感器前碰撞传感器 (2)中央碰撞传感器中央碰撞传感器 中央碰撞传感器有应变电阻片的半导体式和机械式两种。中央碰撞传感器有应变电阻片的半导体式和机械式两种。中央碰撞传感器中央碰撞传感器 (3)保险传感器保险传感器 也称触发传感器，其也称触发传感器，其闭合的减速度要稍小一些，闭合的减速度要稍小一些，起保险作用，防止因碰撞起保险作用，防止因碰撞传感器短路而造成误膨开。传感器短路而造成误膨开。保险传感器有机械型保险传感器有机械型和汞开关型。和汞开关型。前碰撞传感器、中央前碰撞传感器、中央碰撞传感器、保险传感器碰撞传感器、保险传感器之间
10、的关系：之间的关系：各个前碰撞传感器与各个前碰撞传感器与中央碰撞传感器之间的关中央碰撞传感器之间的关系为系为“或或”；前碰撞传感；前碰撞传感器、中央碰撞传感器与保器、中央碰撞传感器与保险传感器之间的关系为险传感器之间的关系为“与与”。机械型机械型(b)(b)汞开关型汞开关型保险传感器保险传感器 3 3 安全气囊系统电控单元安全气囊系统电控单元n安全气囊的电控单元是安全气囊系统的核心部件，其安装位置依车型而异。n例如：Lincoln City轿车SRS ECU 内部结构如图。主要有：专用中央处理单元ECU、备用电源电路、稳压电路、信号处理电路、保护电路、点火电路和检测电路等组成。3 3 安全气囊
11、组件安全气囊组件n气囊气囊p气囊用聚酰胺组织（如尼龙）制成，内涂有聚氯丁二烯，用以密闭气体。p未打开时，像降落伞一样折叠成包。p气囊后有两个或四个孔，用于排气。1.气体发生器又成为充气器，用专用螺栓与螺母固定在转向盘的气囊支架上。2.充气剂普遍采用叠氮化钠片状合剂。n2 气体发生器气体发生器点火器点火器n气囊点火器外包铝箔，气囊点火器外包铝箔，安装安装在在气体发生气体发生器内部中央位置器内部中央位置，结构如图。，结构如图。n点火器的功用点火器的功用是：当是：当SRS ECUSRS ECU发出发出点火点火指令指令使使电热丝电路电热丝电路接通时，接通时，电热丝电热丝迅速迅速红热引爆引药，炸药瞬间爆
12、炸产生热量，红热引爆引药，炸药瞬间爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并冲破药筒，药筒内温度和压力急剧升高并冲破药筒，使使充气剂充气剂（叠氮化钠）受热分解释放（叠氮化钠）受热分解释放氮氮气气冲入气囊。冲入气囊。6.4.2 安全气囊组件安全气囊组件组成：组成：主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。(1)气体发生器气体发生器组成：组成：由上盖、下盖、充气剂由上盖、下盖、充气剂(片状叠氮化钠片状叠氮化钠)和金属滤网组成。和金属滤网组成。点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，氮化钠受热立点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，氮
13、化钠受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。(2)点火器点火器 当当SRS ECU发出点火指令时，电热丝电路接通，电热丝迅速红热引发出点火指令时，电热丝电路接通，电热丝迅速红热引爆引药，引爆炸药瞬间爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并冲破爆引药，引爆炸药瞬间爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并冲破药筒，使充气剂受热分解释放氮气充入气囊。药筒，使充气剂受热分解释放氮气充入气囊。点火器分解图点火器分解图11引爆炸药；引爆炸药；22药筒；药筒；33引药；引药；44电热丝；电热丝；55陶瓷片；陶瓷片；66永久磁铁；永久磁铁；77引出导线；引出导线；88绝缘
14、套管；绝缘套管；99绝缘垫片；绝缘垫片；1010电极；电极；1111电热头；电热头；1212药托药托 (3)气囊气囊 分类：分类：气囊按布置位置可分为驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、后排气气囊按布置位置可分为驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、后排气囊、侧面气囊、顶部气囊等；按大小可分为保护整个上身的大型气囊囊、侧面气囊、顶部气囊等；按大小可分为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。和主要保护面部的小型护面气囊。制成和结构：制成和结构：驾驶员侧气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。驾驶员侧气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。橡胶涂层起密封和引燃作用；气囊背面有两个泄气孔；乘客侧气囊没橡胶涂
15、层起密封和引燃作用；气囊背面有两个泄气孔；乘客侧气囊没有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。(4)饰盖饰盖 饰盖是气囊组件的盖板，上面模制有撕缝，以便气囊能冲破饰盖膨饰盖是气囊组件的盖板，上面模制有撕缝，以便气囊能冲破饰盖膨开。开。(5)底板底板 气囊和充气器装在底板上，底板装在方向盘或车身上，气囊膨开时，气囊和充气器装在底板上，底板装在方向盘或车身上，气囊膨开时，底板承受气囊的反力。底板承受气囊的反力。6.2.3 安全气囊计算机安全气囊计算机组成：组成：安全气囊安全气囊(SRS)逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电
16、路和稳压电路等组成，保险传感器一般与路和稳压电路等组成，保险传感器一般与SRS ECU一起被制作在一起被制作在SRS控控制组件中。制组件中。(1)SRS(1)SRS逻辑模块逻辑模块 检测碰撞传感器的信号，检测碰撞传感器的信号，判断气囊是否应该张开，引判断气囊是否应该张开，引爆安全气囊。爆安全气囊。故障自诊断功能。故障自诊断功能。(2)(2)信号处理电路信号处理电路 对传感器检测的信号进行对传感器检测的信号进行整形、放大和滤波。整形、放大和滤波。(3)(3)备用电源电路备用电源电路 由电源控制电路和由电源控制电路和2个电个电容器组成，点火开关接通容器组成，点火开关接通10s后可供电；断电后能在后
17、可供电；断电后能在6s引爆气囊。引爆气囊。(4)(4)保护电路和稳压电路保护电路和稳压电路6.2.4 安全气囊系统线束与保险机构安全气囊系统线束与保险机构措施：措施：线束都套装在黄色波纹管内、黄色连接器、镀金端子、防止气囊误线束都套装在黄色波纹管内、黄色连接器、镀金端子、防止气囊误爆机构、爆机构、L端子双重锁定机构、连接器双重锁定机构和电路连接诊断机端子双重锁定机构、连接器双重锁定机构和电路连接诊断机构等。构等。丰田科罗娜轿车安全气囊系统丰田科罗娜轿车安全气囊系统SRS ECU至至SRS点火器之间的连接点火器之间的连接器器2、5、8均采用了防止气囊误爆的短路片机构。均采用了防止气囊误爆的短路片
18、机构。丰田科罗娜轿车安全气囊系统连接器丰田科罗娜轿车安全气囊系统连接器1 1、2 2、3ECU3ECU连接器；连接器；4SRS4SRS电源连接器；电源连接器；55中间线束连接器；中间线束连接器；66螺旋线束；螺旋线束；77右碰撞传感器连接器；右碰撞传感器连接器；88气囊组件连接器；气囊组件连接器；99左碰撞左碰撞传感器连接器；传感器连接器；1010点火器点火器 (1)防止防止SRS误爆机构误爆机构 作用：作用：当连接器拔下时，短路片自动将靠当连接器拔下时，短路片自动将靠SRS点火器一侧插头或连接点火器一侧插头或连接器两个引线端子短接，防止器两个引线端子短接，防止SRS误爆机构可以防止静电或误通
19、电将电误爆机构可以防止静电或误通电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。热丝电路接通而造成气囊误膨开。(2)电路连接诊断机构电路连接诊断机构作用：作用：电路连接诊断机构用于监测连接器的插头与连接器是否连接可靠。电路连接诊断机构用于监测连接器的插头与连接器是否连接可靠。前碰撞传感器连接器及其与前碰撞传感器连接器及其与SRS ECU连接的连接器采用了电路连接诊连接的连接器采用了电路连接诊断机构。断机构。(3)连接器双重锁定机构连接器双重锁定机构作用：作用：锁定连接器插头与连接器，防止连接器脱开。锁定连接器插头与连接器，防止连接器脱开。(a)(b)(c)(a)(b)(c)a a、主锁未锁定时，插头上的两
20、个凸台阻止副锁锁定；主锁未锁定时，插头上的两个凸台阻止副锁锁定；b、当主锁完全锁定时，副锁锁柄方能转动并锁定；、当主锁完全锁定时，副锁锁柄方能转动并锁定；c、主锁与副锁双重锁定。、主锁与副锁双重锁定。(4)端子双重锁定机构端子双重锁定机构作用：作用：用于防止引线端子滑动。用于防止引线端子滑动。锁柄为一次锁定机构，可防止端子沿引线轴线方向滑动；分隔片为锁柄为一次锁定机构，可防止端子沿引线轴线方向滑动；分隔片为二次锁定机构，可防止端子沿引线径向移动。二次锁定机构，可防止端子沿引线径向移动。(5)安全气囊系统线束安全气囊系统线束 为了保证转向盘具有为了保证转向盘具有足够的转动角度而又不足够的转动角度而又不致损伤驾驶席致损伤驾驶席SRS组件组件的连接线束，在转向盘的连接线束，在转向盘与转向柱管之间采用了与转向柱管之间采用了螺旋线束螺旋线束。安装螺旋弹簧时，应安装螺旋弹簧时，应注意其安装位置和方向注意其安装位置和方向否则将会导致方向盘转否则将会导致方向盘转动角度不足或转向沉重。动角度不足或转向沉重。螺旋弹簧与螺旋线束螺旋弹簧与螺旋线束1 1、33线束连接器；线束连接器；22螺旋弹簧；螺旋弹簧；44弹簧壳体；弹簧壳体；55搭铁连接器搭铁连接器2.2 安全气囊系统的组成安全气囊系统的组成
