汽車(chē)安全氣囊及其工作原理詳解

汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)組成及工作原理詳解隨著高速公路的發(fā)展和汽車(chē)性能的提高，汽車(chē)行駛速度越來(lái)越快，特別是由于汽車(chē)擁有量的迅速增加，交通越來(lái)越擁擠，使得事故更為頻繁，所以汽車(chē)的安全性就變得尤為重要。汽車(chē)的安全性分為主動(dòng)安全和被動(dòng)安全兩種，主動(dòng)安全是指汽車(chē)防止發(fā)生事故的能力，主要有操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性能、平順性等，被動(dòng)安全是指在萬(wàn)一發(fā)生事故的情況下，汽車(chē)保護(hù)乘員的能力，目前主要有安全帶、安全氣墊、防撞式車(chē)身和安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)(AirbagRestraintSystem，以下簡(jiǎn)稱(chēng)安全氣囊)等。由于現(xiàn)實(shí)的復(fù)雜性，有些事故是難以避免的，因此被動(dòng)安全性也非常重要，安全氣囊作為被動(dòng)安全性的研究成果，由于使用方便、效果顯著、造價(jià)不高，所以得到迅速發(fā)展和普及。為了說(shuō)明安全氣囊的基本原理，這里首先說(shuō)明汽車(chē)發(fā)生事故時(shí)造成乘員傷亡的原因。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞事故時(shí)，汽車(chē)和障礙物之間的碰撞稱(chēng)為一次碰撞，一次碰撞的結(jié)果導(dǎo)致汽車(chē)速度急劇下降，速度從35km/h降到零的時(shí)間約150ms左右；乘員和汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的碰撞稱(chēng)之為二次碰撞，由于慣性的作用，當(dāng)汽車(chē)急劇降速時(shí)，乘員要保持原來(lái)的速度向前運(yùn)動(dòng)，于是就發(fā)生了乘員和方向盤(pán)、儀表板、擋風(fēng)玻璃等之間的碰撞，從而造成了乘員的傷亡汽車(chē)安全氣囊的基本思想是，在發(fā)生一次碰撞后，二次碰撞前，迅速在乘員和汽車(chē)內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間打開(kāi)一個(gè)充滿(mǎn)氣體的袋子，使乘員撲在氣袋上，避免或減緩二次碰撞，從而達(dá)到保護(hù)乘員的目的。由于乘員和氣袋相碰時(shí)，因振蕩造成乘員傷害，所以一般在氣囊的背面開(kāi)兩個(gè)直徑25mm左右的圓孔。這樣，當(dāng)乘員和氣整相碰時(shí)，借助圓孔的放氣可減輕振蕩，放氣過(guò)程同時(shí)也是一個(gè)釋放能量的過(guò)程，因此可以很快地吸收乘員的動(dòng)能，有助于保護(hù)乘員。l&tHl我1氣體雙生器■，素圖&1?2汽車(chē)安全氣蠢系毓鮑成I安全氣囊一般由傳感器(sensor)、電控單元(ECU)、氣體發(fā)生器(inflator)、氣囊(bag)、續(xù)流器(clockspring)等組成，通常氣體發(fā)生器和氣囊等做在一起構(gòu)成氣囊模塊(airbagmodule)o傳感器感受汽車(chē)碰撞強(qiáng)度，并將感受到的信號(hào)傳送到控制器，控制器接收傳感器的信號(hào)并進(jìn)行處理，當(dāng)它判斷有必要打開(kāi)氣囊時(shí)，立即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)以觸發(fā)氣體發(fā)生器，氣體發(fā)生器接收到點(diǎn)火信號(hào)后，迅速點(diǎn)火井產(chǎn)生大量氣體給氣囊充氣。安全氣囊系統(tǒng)的組成如圖6，1.2所示。

安全氣囊最重要的指標(biāo)是可靠性，如果不該點(diǎn)火而點(diǎn)火打開(kāi)氣囊稱(chēng)毒為誤點(diǎn)火：如果應(yīng)該點(diǎn)火而沒(méi)有點(diǎn)火稱(chēng)之為漏點(diǎn)火，如果點(diǎn)火太晚則稱(chēng)之為遲點(diǎn)火，無(wú)論是誤點(diǎn)火、漏點(diǎn)火、還是遲點(diǎn)火都是不能允許的。為了提高安全氣囊系統(tǒng)的可靠性，防止電源線(xiàn)在碰撞中斷線(xiàn)、電池遭到破壞，系統(tǒng)中備有儲(chǔ)能電容或電池，以保證即使掉電也能夠開(kāi)氣囊。為了監(jiān)測(cè)傳感器、電子電路、氣體發(fā)生器；系統(tǒng)一般還有故障診斷模塊、并設(shè)有信號(hào)燈于予以顯示.圖6.1.3是本田汽車(chē)安全氣囊系統(tǒng)的布置圖，這個(gè)系統(tǒng)有左右擋板傳感器各一個(gè)，還有一個(gè)傳感器放在含有診斷模塊的控制器中，氣囊有司機(jī)席(DriverSide)正面碰撞氣囊和乘客席(PssseneerSide)正面碰撞氣囊，另外還有警告燈。當(dāng)發(fā)生前面碰撞時(shí)，兩個(gè)擋板傳感器中只要有一個(gè)閉合，診斷模塊就會(huì)根據(jù)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理和判斷，認(rèn)為有必要點(diǎn)火后時(shí)即發(fā)出點(diǎn)火信號(hào)使氣囊充氣。固札§上旺姑世宰安生/衰昇墟的也眺原理 國(guó)弓一1*旬一待安企代*原垸圖6.1.4是Ford公司Tempo/Topaz汽車(chē)安全氣囊的組成與布置圖，這個(gè)系統(tǒng)有五個(gè)傳感器，分為兩組，一組是碰撞傳感器，由三個(gè)機(jī)械電子傳感器構(gòu)成，另一組是安全傳感器，由兩個(gè)機(jī)械電子傳感器構(gòu)成，三個(gè)碰撞傳感器分別放在保險(xiǎn)桿的兩側(cè)和散熱器的頂上，兩個(gè)

安全傳感器中的一個(gè)放在散熱器的頂上，另一個(gè)放在儀表板下，其電路如圖6.1.5所示。兩個(gè)安全傳感器并聯(lián)，三個(gè)碰撞傳感器并聯(lián)，然后通過(guò)安全氣囊進(jìn)行串聯(lián)。當(dāng)三個(gè)碰撞傳感器中的'個(gè)和兩個(gè)安全傳感器中的一個(gè)閉合就讓氣囊點(diǎn)火充氣。在這個(gè)系統(tǒng)中，控制器可以理解為傳感器的連接關(guān)系。圖6.1.6是一單傳感器安全氣囊系統(tǒng)的示意圖，其中1是傳感診斷模塊，2是乘客側(cè)(passengerside)氣囊；3是指示燈；4是司機(jī)側(cè)(driverside)氣囊。這個(gè)系統(tǒng)只有一個(gè)電子式傳感器，控制器和傳感器都做在一起。當(dāng)發(fā)生碰撞事故時(shí)，控制器對(duì)來(lái)自傳感器的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，如果認(rèn)為有必要點(diǎn)火就分別打開(kāi)司機(jī)側(cè)氣囊和乘客側(cè)氣囊，否則就繼續(xù)分析和判斷，傳感診斷模塊放在儀表板的下面。安全氣囊在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)能夠起到緩沖作用，從而降低撞擊對(duì)車(chē)內(nèi)乘客造成的傷害。很多人將安全氣囊等同于SRS，這是不準(zhǔn)確的，其實(shí)安全氣囊只是SRS的一種。SRS是英文SUPplementalRestraintSystem的縮寫(xiě)，中文含義是輔助防護(hù)系統(tǒng)，常見(jiàn)的輔助防護(hù)系統(tǒng)有安全氣囊和安全帶。在很多汽車(chē)的轉(zhuǎn)向盤(pán)上和儀表板右側(cè)雜物箱上方都標(biāo)有SRS或AIRBAG，這表示有安全氣囊安裝在此處。安全氣囊系統(tǒng)的組成安全氣囊系統(tǒng)主要包括碰撞傳感器、氣囊電腦、系統(tǒng)指示燈、氣囊組件以及連接線(xiàn)路，氣囊組件主要包括氣囊、氣體發(fā)生器以及點(diǎn)火器等。碰撞傳感器對(duì)于各汽車(chē)制造廠生產(chǎn)的車(chē)輛，碰撞傳感器的安裝位置不盡相同，而且碰撞傳感器的名稱(chēng)也不統(tǒng)一，例如有些碰撞傳感器按照工作原理也稱(chēng)為加速度傳感器。按照用途的不同，碰撞傳感器分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞傳感器也稱(chēng)為碰撞強(qiáng)度傳感器，用于檢測(cè)碰撞時(shí)的減速度或慣性，并將碰撞信號(hào)傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發(fā)信號(hào)；防護(hù)碰撞傳感器也稱(chēng)為安全碰撞傳感器，它與觸發(fā)碰撞傳感器串聯(lián)，用于防止氣囊誤爆。按照結(jié)構(gòu)的不同，碰撞傳感器分為機(jī)電式碰撞傳感器、電子式碰撞傳感器以及機(jī)械式碰撞傳感器。防護(hù)碰撞傳感器一般采用電子式結(jié)構(gòu)，觸發(fā)碰撞傳感器一般采用機(jī)電結(jié)合式結(jié)構(gòu)或機(jī)械式結(jié)構(gòu)。機(jī)電結(jié)合式碰撞傳感器是利用機(jī)械的運(yùn)動(dòng)(滾動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))來(lái)控制電氣觸點(diǎn)動(dòng)作，再由觸點(diǎn)斷開(kāi)和閉合來(lái)控制氣囊電路的接通和切斷，常見(jiàn)的有滾球式和偏心錘式碰撞傳感器。電子式碰撞傳感器沒(méi)有電氣觸點(diǎn)，目前常用的有電阻應(yīng)變式和壓電效應(yīng)式2種。機(jī)械式碰撞傳感器常見(jiàn)的有水銀開(kāi)關(guān)式，它是利用水銀導(dǎo)電的特性來(lái)控制氣囊電路的接通和切斷。對(duì)于早期的汽車(chē)，一般設(shè)有多個(gè)觸發(fā)碰撞傳感器，安裝位置一般在車(chē)身的前部和中部，例如車(chē)身兩側(cè)的翼子板內(nèi)側(cè)、前照燈支架下面以及發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器支架兩側(cè)等部位。隨著碰撞傳感器制造技術(shù)的發(fā)展，有些汽車(chē)將觸發(fā)碰撞傳感器安裝在氣囊電腦內(nèi)。防護(hù)碰撞傳感器一般都與氣囊電腦組裝在一起（圖1），多數(shù)安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面。圖1帶有碰撞傳感器的氣囊電腦（2）氣囊電腦它是氣囊系統(tǒng)的核心部件，大多安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面（圖2）。氣囊爆炸后，在氣囊電腦中會(huì)存儲(chǔ)碰撞數(shù)據(jù)和故障碼，這些故障碼用普通儀器無(wú)法清除。為了保證氣囊工作的可靠性，很多汽車(chē)生產(chǎn)廠家建議氣囊電腦一次性使用。但是氣囊電腦的價(jià)格很高，因此很多具有氣囊電腦數(shù)據(jù)修復(fù)功能的儀器被開(kāi)發(fā)出來(lái)，通過(guò)讀取并修復(fù)碰撞數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)氣囊電腦的再次使用。需要注意的是，配件市場(chǎng)上存在將修復(fù)電腦作為新配件銷(xiāo)售的情況，購(gòu)買(mǎi)配件時(shí)應(yīng)注意。圖2帕薩特B5氣囊電腦氣囊系統(tǒng)有2個(gè)電源，即汽車(chē)電源（蓄電池和發(fā)電機(jī)）和備用電源，備用電源電路由電源控制電路和若干電容器組成。當(dāng)汽車(chē)發(fā)生碰撞導(dǎo)致蓄電池和發(fā)電機(jī)與氣囊系統(tǒng)斷開(kāi)時(shí)，備用電源在一定時(shí)間內(nèi)（一般為6s）可以維持氣囊系統(tǒng)供電。在維修氣囊系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意備用電源的作用，在斷開(kāi)蓄電池電源后仍需要等待一段時(shí)間以使備用電源放電，具體等待時(shí)間請(qǐng)參閱相關(guān)維修手冊(cè)。（3）氣囊指示燈安裝在儀表板上，用于指示氣囊系統(tǒng)功能是否處于正常狀態(tài)。正常情況下，打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)后，氣囊指示燈應(yīng)點(diǎn)亮幾秒鐘后熄滅。如果氣囊指示燈不亮、一直亮或在行駛途中突然點(diǎn)亮，表示氣囊系統(tǒng)有故障，應(yīng)及時(shí)檢修。（4）氣囊按照安裝位置的不同，氣囊可以分為正面氣囊和側(cè)面氣囊（氣簾），或者分為駕駛員氣囊、前排乘客氣囊以及后排乘客氣囊。為了提高乘客的安全性，有些轎車(chē)還在座位側(cè)面和車(chē)門(mén)內(nèi)側(cè)等部位安裝了安全氣囊。氣囊采用尼龍制成，內(nèi)層涂有聚氯丁二烯，用以密封氣體。氣囊靜止時(shí)被折疊成包，安放在氣體發(fā)生器上部和氣囊飾蓋之間，氣囊飾蓋表面模壓有淺印，以便氣囊充氣爆開(kāi)時(shí)撕裂飾蓋，并減小沖出飾蓋的阻力。氣囊背面或頂部設(shè)置有排氣孔，當(dāng)駕駛員壓在氣囊上時(shí)，氣囊受壓后便從排氣孔排氣。

圖3駕駛員安全氣囊駕駛員氣囊安裝在轉(zhuǎn)向盤(pán)的中央（圖3），氣囊大小因制造公司的不同而有所差別，例如在歐洲和日本的很多地方，駕駛員安全帶是強(qiáng)制使用的，因此歐洲車(chē)和日本車(chē)的駕駛員安全氣囊較小，一般充氣后為40L。圖4前排乘客氣囊前排乘客氣囊（圖4）安裝在前排乘客座椅正前方，儀表板上的雜物箱和儀表板之間。由于乘客氣囊距離乘客的距離比較遠(yuǎn)，因此乘客氣囊的體積比駕駛員氣囊的體積大。為了避免前排乘客氣囊不必要爆炸造成浪費(fèi)（例如座椅上沒(méi)有乘客），可以通過(guò)開(kāi)關(guān)或儀器將前排乘客氣囊關(guān)閉（圖5）。

氣體發(fā)生器功能是在點(diǎn)火器引爆點(diǎn)火劑時(shí)，產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊爆開(kāi)。氣囊發(fā)生器使用專(zhuān)用螺栓固定在氣囊支架上，只有使用專(zhuān)用工具才能進(jìn)行裝配。氣體發(fā)生器自安裝之日起，應(yīng)10年更換1次。為了便于安裝，駕駛員氣囊氣體發(fā)生器一般都做成圓形。目前，大多數(shù)氣體發(fā)生器都是利用熱效應(yīng)產(chǎn)生氮?dú)獬淙霘饽摇Ｇ芭懦丝蜌饽业臍怏w發(fā)生器為長(zhǎng)筒形，其工作原理與駕駛員側(cè)氣體發(fā)生器相同。點(diǎn)火器安裝在氣體發(fā)生器的中央位置，作用是在觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器將氣囊電路接通時(shí)，引爆點(diǎn)火劑，產(chǎn)生熱量使充氣劑分解。氣囊系統(tǒng)線(xiàn)束連接器及保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)為了便于將氣囊系統(tǒng)線(xiàn)束與其他電氣系統(tǒng)線(xiàn)束區(qū)別開(kāi)，目前大多數(shù)汽車(chē)的氣囊系統(tǒng)線(xiàn)束采用黃色連接器(圖6)，也有采用深藍(lán)色或橘紅色連接器。連接器采用了導(dǎo)電性能和耐久性能良好的鍍金端子，并設(shè)計(jì)有防止氣囊誤爆機(jī)構(gòu)，以圖6氣囊線(xiàn)束采用黃色連接線(xiàn)從氣囊電腦到點(diǎn)火器之間的連接器采用了防止氣囊誤爆的短路片機(jī)構(gòu)（銅質(zhì)彈簧片，又稱(chēng)為短路彈簧片）。當(dāng)連接器拔開(kāi)時(shí)（插頭拔下或插頭與插座未完全結(jié)合），短路片自動(dòng)將靠近氣囊點(diǎn)火器一側(cè)插頭或插座的2個(gè)引線(xiàn)端子短接，防止靜電或誤通電造成氣囊誤爆。為了保證轉(zhuǎn)向盤(pán)具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而又不致于損傷氣囊組件的連接線(xiàn)束，在轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱之間采用了螺旋線(xiàn)束，即將線(xiàn)束安裝在螺旋形彈簧內(nèi)。在不同汽車(chē)制造廠提供的維修手冊(cè)中，螺旋線(xiàn)束的名稱(chēng)各有不同，例如也稱(chēng)為螺旋彈簧、游絲或游絲彈簧。螺旋彈簧在轉(zhuǎn)向盤(pán)和轉(zhuǎn)向柱之間安裝時(shí)，需要注意安裝位置和方向（圖7），當(dāng)拆卸和安裝轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，應(yīng)將轉(zhuǎn)向柱固定在“直向前”的位置，以免損壞螺旋線(xiàn)束。安全氣囊系統(tǒng)的檢修（1） 安全規(guī)范除原設(shè)計(jì)的線(xiàn)束外，嚴(yán)禁將其他線(xiàn)束接到氣囊系統(tǒng)線(xiàn)束上；禁止使用萬(wàn)用表以及其他能產(chǎn)生電源的儀器檢測(cè)點(diǎn)火器；存放安全氣囊時(shí)，應(yīng)按照氣囊向上和連接器向下的方式放置，萬(wàn)一誤爆時(shí)，這樣放置的危險(xiǎn)性較??；不要試圖用工具打開(kāi)安全氣囊的氣袋或點(diǎn)火器，并禁止對(duì)其加熱；維修焊接前應(yīng)拆掉蓄電池正極；連接電氣線(xiàn)束前，認(rèn)真檢查線(xiàn)束是否處于斷電狀態(tài)。（2） 拆卸注意事項(xiàng)進(jìn)行任何拆卸工作前，應(yīng)先進(jìn)行下列操作。先接通點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，檢查儀表板上安全氣囊指示燈工作是否正常。關(guān)閉點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，拔出鑰匙。斷開(kāi)蓄電池正極，等待2min以上，如果安全氣囊指示燈工作異常，斷開(kāi)蓄電池正極后應(yīng)該等待10min，再進(jìn)行操作。拆卸轉(zhuǎn)向盤(pán)時(shí)，應(yīng)使用專(zhuān)用工具將轉(zhuǎn)向柱鎖定在“直向前”的位置，以保證控制裝置和螺旋線(xiàn)束在安裝中不會(huì)被損壞。只能安裝與原車(chē)零部件編號(hào)相同的配件，點(diǎn)火器是有失效期的，要遵守配件上注明的使用期限。接通蓄電池后，打開(kāi)點(diǎn)火開(kāi)關(guān)時(shí)，維修人員不要將身體放在安全氣囊打開(kāi)的軌跡之內(nèi)。安裝完畢后，檢查安全氣囊指示燈運(yùn)行是否正常。安全氣囊生產(chǎn)廠家研發(fā)安全氣囊的知名企業(yè)有美國(guó)的天合(TR