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安全气囊的组成与工作原理

安全气囊的功用
做为车身被动安全性的辅助配置,日渐受到人们的重视。当汽车与障碍物碰撞后,称为一次碰撞,乘员与车内构件发生碰撞,称为二次碰撞,气囊在一次碰撞后、二次碰撞前迅速打开一个充满气体的气垫,使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并吸收碰撞能量,减轻乘员的伤害程度。


安全气囊系统的类型
(1)按照气囊的数量分为单气囊系统(只装在驾驶员侧)、双气囊系统(正、副驾驶员侧各有一个安全气囊)和多气囊系统(前排安全气囊、后排安全气囊、侧面安全气囊)。
(2)按大小可分为保护全身的安全气囊、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。
(3)按照保护对象有不同可分为驾驶员防撞安全气囊、前排乘员防撞安全气囊、后排乘员防撞安全气囊与侧面防撞安全气囊几种。


安全气囊的组成
机械式SRS主要由传感器、气囊组件、气体发生器等组成。
安全气囊工作由传感器直接引爆点火,如图所示。


1.传感器
传感器用天检测、判断汽车发生碰撞时的撞击信号,以便及时点爆安全气囊。传感器按其功能可分为碰撞传感器和保险传感器两种。碰撞传感器负责检测碰撞的激烈程度,如果汽车以40KM/H的车速迎面撞到一个不可变形的固定障碍物上,碰撞传感器便会动作,接通搭铁回路;保险传感器,其闭合的减速度要稍小一些,起保险作用,防止因碰撞传感器短路而造成误膨开。
传感器按其结构可分为机械式、机电式和电子式3种。下面以机械式传感器(偏心锤式碰撞传感器)为例说明传感器的工作原理。
机械式传感器一般安装在保险杠与挡泥板之间,用来感知低速碰撞的信号。传感器安装在一个密封的防震保护盒内,当传感器中的重锤的移动速度高于某一特定车速(称为TBD车速)时,重锤便将其机械能直接传给引发器使气囊膨开。
具体的工作原理:汽车正常行驶时,扭力弹簧2将重3、动触头6、12、14定在上止点位置,传感器没有触发信号经给ECU。当汽车碰撞时,减速度所产生的惯性力克服弹簧的扭力而使重锤产生运动,带动触桥5转动,使动、静触头结合。此时,传感器向ECU发出接通辽信号,同时安全传感器也接通,ECU发出引爆指令。

2.气体发生器
气体发生器又称充气器,用于点火器引爆点火剂时,产生气体向气囊充气,使气囊膨开。气体发生器用专用螺栓螺母固定在气囊支架上,装配时只能用专用工具进行装配。气体发生器由上盖、下盖、充气剂和金属滤网组成。上盖上有若干个充气孔,充气尽职尽责有长方孔和圆孔两种。下盖上有安装孔,以便将气体发生器安装到气囊支架上。上盖与下盖用冷压工艺装成一体,壳体内装充气剂、滤网和点器。金属滤网安放在气体发生器的内表面,用以过滤充气剂和点火剂燃烧后的渣粒。
目前,大多数气体发生器都是利用热效反应产生氮气而充入气囊。在点火器引爆点火剂的瞬间,点火剂会产生大量热量,叠氮化钠受热立即分解释放氮气,并从充气孔充入气囊。

3.点火器
点火器外包铝箔,安装在气体发生器内部中央位置。点火剂包括引爆炸药和引药,引出导线与气囊连接器插头连接,连接器中设有短路片。当连接器插头拔下或插头与连接器未完全结合时,短路片将两根引线短接,防止静电或误导电将电热丝电路接通而造成气囊误膨开。
当ECU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药筒,使充气剂受热分解释放入气囊。

4.气囊
如前所述,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、侧面气囊和顶部气囊等;按大小可分为保护整个止身的天型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。护面气囊成本较低,但一定要和座椅安全带配合使用才有保护作用。由于欧洲车普遍使用安全带,所以欧洲汽车多采用小型气囊。美国汽车则针对未使用安全带设计,采用开型气囊。
早期使用的安全气囊是用尼龙织物涂以聚氯丁烯制造而成的。现在的气囊除了基底材料不变外,有两种基本的设计构思。一是传统的用涂层织物制成品的安全气囊,通过改变其气道的尺寸来控制其缓冲性大小;另一种是用具有一定透气性的不涂覆织物,来控制其缓冲性,但对其透气率有严格的要求。目前采用较多的是前一种,大多以防裂性能好的聚酰胺织物制成,里面涂有聚氯丁乙烯。

5.ECU
ECU主要由SRS逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路组成,保险传感器一般与SRS ECU一起被制作在SRS控制组件中。
(1)SRS逻辑模块。SRS逻辑模块主要用于监测汽车纵向减速度或惯性力是否达到庙宇值,控制气囊组件中的点器引爆点火剂。在汽车行驶过程中,ECU不断接收前碰撞传感器和防护碰撞传感器传来的车速变化信号,经过数学计算和逻辑判断后,确定是否发生碰撞。当判断结果为发生碰撞时,立即运行控制点火的软件程序,并向点火电路发出点火指令引爆点火剂,点火剂引爆时产生大量热量,使充气剂受热分解释放气体给SRS充气。
(2)信号处理电路。信号处理电路主要由放大器和滤波器组成,用于对传感器有机化学贩信号进行整形、放大和滤波,以便ECU能够接收、识别和处理。
(3)保护电路和稳压电路。为了防止安全气囊系统元件遭受损害,ECU中必须设置保护电路。同时,为了保证汽车电源电压变化时,安全气囊系统能够正常工作,还必须设置稳压电路。

6.SRS警报灯
SRS警报灯位于仪表板上,接通点火开关时,诊断单元对系统进行自检,若SRS警报灯点亮6s后熄灭表示系统正常,若6s后依然闪烁或长亮,表示气囊系统出现故障,提示应进行检修。若ECU出现异常,不能控制SRS警报灯,SRS警报灯便在其他电路的直接控制下作出异常显示

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机械式SRS工作原理
机械式安全气囊SRS的优点
是结构简单,成本低;缺点是可靠性差,容易误动作。
下面重点介绍电子式SRS的工作过程。
电子式SRS主要由传感器、气囊组件、气体发生器、电控装置(ECU)等组成,如图

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电子式SRS的组成
1中央气囊传感器总成 2前部碰撞传感器(左)
3气囊与充气装置 4螺旋电缆
5气囊报警灯 6前部碰撞传感器(右)
汽车上装有车前与车内两种碰撞传感器位于车前两侧的车前传感器,可保证在正面30°范围内有效地工作。当汽车发生碰撞时,由传感器对碰撞程度进行识别,对于中等程度以上的碰撞,传感器发出信号ECU,经ECU判别后发出点火信号使点火器工作,气体发生装置在极短的时间内产生大量气体通过滤清器充入卷收在一起的气囊,使其膨胀,如图所示。

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安全气囊SRS工作原理
SRS所用的碰撞传感器,一般根据所承担的任务不同分为车前传感器、中央传感器与安全感器。
车前传感器用来检测汽车正面低速所受到的冲击信号;中央传感器用来检测汽车发生高速碰撞的信息;安全传感器用来防止系统在非碰撞状况引起安全气囊误动作。

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安全气囊SRS工作原理图

安全气囊的工作过程原理
汽车安全气囊的工作过程如图所示
(1)将从碰撞传感器接收的电信号传给充气器的引爆剂;
  (2)引爆剂像根“电火柴”通电後着火,然後再点燃充气器组件内的扩爆剂,扩爆剂又称为引爆管;
  (3)扩爆剂点燃後,点燃主装药主推进剂。传统的主推进剂由氮化钠+氧化剂组成,也有些使用压缩氮气或氙气,还有两种混合应用;
  (4)推进剂燃烧生成氮气流;
  (5)迅速膨胀的气体经过过滤进入折囊垫,形成安全气囊雏形;
  (6)充气器使充入安全气囊的气体压力增高,并开始推压安全气囊饰罩;
  (7)安全气囊饰罩上的压力不断上升,饰罩材料延伸变形和撕裂薄弱区的接缝;
  (8)随着裂缝的出现,饰罩门开启,为充气安全气囊的喷出提供最佳通路;
  (9)气体压力继续增长,安全气囊张开至织物绷紧;
  (10)乘员接触和压迫安全气囊,实现安全保护;
(11)通过气体的粘性阻尼作用,乘员前移能量被吸收和耗散,安全气囊中过压气体经过安全气囊通气孔排出而不致伤害乘员。

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