輔助防護安全氣囊系統(tǒng)原理圖解

汽車發(fā)生碰撞時，汽車與障礙物與其他車輛發(fā)生的碰撞為一次碰撞，這種碰撞將直接帶來車輛的硬件損壞，嚴(yán)重時會導(dǎo)致汽車著火或報廢，因此應(yīng)盡量避免一次碰撞的發(fā)生。

一次碰撞發(fā)生后，由于汽車碰撞急停時的加速度很大，因此作用在駕駛員和每個乘客身上的慣性力很大，這一慣性力使車內(nèi)人員向慣性力的方向猛烈運動，導(dǎo)致人與車內(nèi)物體（如殼體、方向盤、儀表盤等）發(fā)生碰撞，即所謂的二次碰撞。

由上可知，一次碰撞危害車輛，帶來重大財產(chǎn)損失，為二次碰撞留下禍根，導(dǎo)致二次碰撞造成人員的傷殘或死亡。

為了防護二次碰撞帶來的人員傷害，SRS需要在碰撞過程中做到快速響應(yīng)，因此設(shè)計SRS時必須非常清楚二次碰撞的動態(tài)過程，這可以通過模擬試驗獲得，二次碰撞的動態(tài)過程與汽車行駛速度和碰撞的障礙物有關(guān)，德國BOSCH公司利用奧迪車進行了實驗研究，實驗車速為50km/h，與固定障礙物碰撞，獲得的結(jié)論是：1）一次碰撞開始到二次碰撞結(jié)束的時間約為120ms；2）二次碰撞開始的時間為一次碰撞后40ms。

碰撞發(fā)生后，SRS應(yīng)立即起作用，如圖5.1所示，其防護過程如下：

1）碰撞開始10ms后，SRS發(fā)出和處理碰撞信號；

2）碰撞20ms后，SRS系統(tǒng)組件中的電雷管引爆，氣囊點火；

3）碰撞55ms后，氣囊完全充滿，體積達到最大，駕駛員前沖，與氣囊相接觸；

4）碰撞60ms后，駕駛員身體和頭部壓向氣囊，氣囊上的排氣孔在人體前沖和氣壓升高的作用下排氣，排氣的節(jié)流孔作用吸收人體與氣囊彈性碰撞的能量，減輕人與氣囊的碰撞力；

5）碰撞110ms后，大部分氣體從排氣孔溢出，駕駛員身體基本回到原位；

6）碰撞120ms后，碰撞結(jié)束，危險接觸，車速為零。

1、SRS原理

安全氣囊可分為主動安全氣囊系統(tǒng)和被動安全氣囊系統(tǒng)。主動安全氣囊與安全帶聯(lián)合使用，作為安全帶保護功能的擴充，被動安全氣囊可在沒有安全帶條件下起保護作用。本書介紹的安全氣囊是指被動安全氣囊系統(tǒng)。

（1）SRS組成

SRS的組成及安裝位置如圖2所示，主要包括碰撞傳感器、SRS控制單元、SRS指示燈和SRS氣囊總成等。

1）傳感器：一般來說，SRS系統(tǒng)配置有左前碰撞傳感器（LFIS）、右前碰撞傳感器（RFIS）、中央碰撞傳感器（CIS）和防護碰撞傳感器（SIS）。左前和右前碰撞傳感器功能相同，防護碰撞傳感器，也稱為偵測傳感器、安全傳感器或保險傳感器，與中央碰撞傳感器，左前和右前碰撞傳感器功能有重大區(qū)別，其實質(zhì)功能是防止SRS誤操作（即未發(fā)生真實碰撞時，左前、右前或中央碰撞傳感器接通，導(dǎo)致SRS動作）。因此該傳感器具有安全保險作用，防護碰撞傳感器也需要碰撞慣性力作用才能接通，但所需慣性力小于前碰撞傳感器接通所需的慣性力，也小于中央碰撞傳感器接通所需的慣性力，因此，一旦發(fā)生碰撞，防護碰撞傳感器優(yōu)先接通。

安全氣囊電子控制系統(tǒng)中，碰撞傳感器是非常重要的環(huán)節(jié)，用來進行碰撞狀態(tài)的判斷，要求具有較高的可靠性。目前應(yīng)用的碰撞傳感器主要有以下幾種：滾球式碰撞傳感器、滾軸式碰撞傳感器、偏心錘式碰撞傳感器、水銀開關(guān)式碰撞傳感器、電阻應(yīng)變計式碰撞傳感器和壓電效應(yīng)式碰撞傳感器。

除了碰撞傳感器外，有些系統(tǒng)還需要檢測汽車縱向和橫向加速度，因此，在車身裝有加速度傳感器（G傳感器）。該傳感器基于差動變壓器原理，正常時，差動變壓器鐵心置于變壓器的中位，變壓器無輸出；當(dāng)發(fā)生碰撞時，鐵心發(fā)生移動，差動變壓器輸出信號。

2）SRS控制單元：由SRS微控制器ECU模塊、信號處理電路、備用電源電路、保護電路和穩(wěn)壓與升壓電路等組成，SRS控制單元原理如圖3所示。

SRS微控制器ECU模塊是氣囊ECU的核心部件，內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、定時器和存儲器等功能電路，負(fù)責(zé)ECU的所有控制、監(jiān)測工作，計算和確認(rèn)碰撞強度，判斷是否需要立即展開氣囊，并保存碰撞時刻、碰撞方式、碰撞強度、以及氣囊展開時警告燈的狀態(tài)。

信號處理電路主要由濾波器和放大器組成，用來調(diào)理來自碰撞傳感器的信號，包括信號整形、濾波和放大，提供給SRS微控制器可接受的傳感器信號。

備用電源包括一個直流穩(wěn)壓器和一個電容儲能器。直流穩(wěn)壓器保證恒定，使系統(tǒng)能正常工作而不發(fā)生失控。電容儲能器利用電容器儲能原理儲存一定量電能，當(dāng)由于碰撞使電源中斷時，電容儲能器可作為備用電源向ECU供電120毫秒以上，使氣囊系統(tǒng)在失去主電源后仍能正常工作，確保安全氣囊的有效保護作用。圖3中SRS控制單元中的備用電源模塊包括ECU備用電源和點火備用電源，可以在6秒之內(nèi)使SRS系統(tǒng)正常運行，因為碰撞過程約120毫秒，所以備用電源的6秒供電時間足夠支持SRS完成使命。

保護電路和穩(wěn)壓與升壓電路，汽車電路中，電感線圈和開關(guān)較多，負(fù)載變化也頻繁，因此過電壓的現(xiàn)象較嚴(yán)重，為了防止過電壓使SRS電子器件擊穿燒毀，配置保護電路，如采用二極管泄放電路。另外，為保證不受汽車電源電壓變化的影響，設(shè)置了電源穩(wěn)壓電路。

3）SRS指示燈：帶有安全氣囊的汽車儀表盤上，一般帶有一個“SRS”字樣的指示燈。SRS指示燈的主要功能是指示SRS系統(tǒng)是否處于正常狀態(tài)，當(dāng)點火開關(guān)接通或處于巡航控制狀態(tài)時，如SRS燈發(fā)亮或閃亮約6秒后自動熄滅，表示SRS工作正常。

4）氣囊總成：有正面氣囊總成和側(cè)面氣囊總成兩類，即縱向SRS氣囊總成和側(cè)面SRS氣囊總成。按安裝位置可分為駕駛員席氣囊總成、乘客席氣囊總成、副駕駛員席氣囊總成和側(cè)面氣囊總成四大類。如圖4所示，氣囊總成主要由氣囊、氣體發(fā)生器、點火器等構(gòu)成，氣囊用聚酰胺織物制成，內(nèi)層涂聚氯丁二烯，以密閉氣體。氣體發(fā)生器，也稱為充氣器，主要功能是在一定條件下產(chǎn)生氣體，使氣體膨脹，氣體發(fā)生器的充氣劑是疊氯化鈉藥片，點火器包括引爆炸藥、引藥、電熱絲等。

（2）SRS系統(tǒng)功能

SRS應(yīng)在二次碰撞發(fā)生前啟動工作，否則難以保護乘員免受碰撞傷害，SRS功能原理如圖5所示，當(dāng)汽車發(fā)生碰撞后，產(chǎn)生碰撞信號，即機械碰撞引起汽車急停，減速度較大，導(dǎo)致車上物體具有較大的慣性力，慣性力驅(qū)動前部碰撞傳感器，中央碰撞傳感器和防護傳感器接通，使上述傳感器輸出相應(yīng)的電壓信號，SRS控制單元執(zhí)行相應(yīng)的程序使點火器通電，點火引藥受熱爆炸使充氣劑分解，充氣劑釋放大量氮氣沖入氣囊，氣囊沖開氣囊總成蓋板迎向駕駛員。在SRS電源和控制單元正常工作的情況下，防護傳感器和中央傳感器同時接通、防護傳感器和左前碰撞傳感器同時接通，或防護傳感器和右前碰撞傳感器同時接通，均可使點火器接通，引爆氣囊，其控制邏輯如圖6所示。

（3）典型SRS電路原理

圖7是GM公司SRS系統(tǒng)電路原理圖，包括觸發(fā)傳感器（中央碰撞傳感器）、前碰撞傳感器、乘客座碰撞傳感器、安全氣囊總成和SRS控制單元等。

當(dāng)發(fā)生碰撞時，觸發(fā)傳感器接通，前碰撞傳感器接通，乘客座碰撞傳感器接通，電路工作邏輯關(guān)系為：

SRS備用電源升壓器與觸發(fā)傳感器的輸入端B連接，當(dāng)觸發(fā)傳感器由于碰撞接通時，輸出端C輸出電壓信號，經(jīng)限流電阻排進入SRS控制單元，并連接到安全氣囊的輸入端A。乘客座碰撞傳感器的F端和前碰撞傳感器的B端連接系統(tǒng)的地，當(dāng)乘客座碰撞傳感器和前碰撞傳感器中的任何一個發(fā)生碰撞接通時，都會使安全氣囊的輸入端B接地，電控單元啟動安全氣囊點火。