辅助防护安全气囊系统原理图解

汽车发生碰撞时，汽车与障碍物与其他车辆发生的碰撞为一次碰撞，这种碰撞将直接带来车辆的硬件损坏，严重时会导致汽车着火或报废，因此应尽量避免一次碰撞的发生。

一次碰撞发生后，由于汽车碰撞急停时的加速度很大，因此作用在驾驶员和每个乘客身上的惯性力很大，这一惯性力使车内人员向惯性力的方向猛烈运动，导致人与车内物体（如壳体、方向盘、仪表盘等）发生碰撞，即所谓的二次碰撞。

由上可知，一次碰撞危害车辆，带来重大财产损失，为二次碰撞留下祸根，导致二次碰撞造成人员的伤残或死亡。

为了防护二次碰撞带来的人员伤害，SRS需要在碰撞过程中做到快速响应，因此设计SRS时必须非常清楚二次碰撞的动态过程，这可以通过模拟试验获得，二次碰撞的动态过程与汽车行驶速度和碰撞的障碍物有关，德国BOSCH公司利用奥迪车进行了实验研究，实验车速为50km/h，与固定障碍物碰撞，获得的结论是：1）一次碰撞开始到二次碰撞结束的时间约为120ms；2）二次碰撞开始的时间为一次碰撞后40ms。

碰撞发生后，SRS应立即起作用，如图5.1所示，其防护过程如下：

1）碰撞开始10ms后，SRS发出和处理碰撞信号；

2）碰撞20ms后，SRS系统组件中的电雷管引爆，气囊点火；

3）碰撞55ms后，气囊完全充满，体积达到最大，驾驶员前冲，与气囊相接触；

4）碰撞60ms后，驾驶员身体和头部压向气囊，气囊上的排气孔在人体前冲和气压升高的作用下排气，排气的节流孔作用吸收人体与气囊弹性碰撞的能量，减轻人与气囊的碰撞力；

5）碰撞110ms后，大部分气体从排气孔溢出，驾驶员身体基本回到原位；

6）碰撞120ms后，碰撞结束，危险接触，车速为零。

1、SRS原理

安全气囊可分为主动安全气囊系统和被动安全气囊系统。主动安全气囊与安全带联合使用，作为安全带保护功能的扩充，被动安全气囊可在没有安全带条件下起保护作用。本书介绍的安全气囊是指被动安全气囊系统。

（1）SRS组成

SRS的组成及安装位置如图2所示，主要包括碰撞传感器、SRS控制单元、SRS指示灯和SRS气囊总成等。

1）传感器：一般来说，SRS系统配置有左前碰撞传感器（LFIS）、右前碰撞传感器（RFIS）、中央碰撞传感器（CIS）和防护碰撞传感器（SIS）。左前和右前碰撞传感器功能相同，防护碰撞传感器，也称为侦测传感器、安全传感器或保险传感器，与中央碰撞传感器，左前和右前碰撞传感器功能有重大区别，其实质功能是防止SRS误操作（即未发生真实碰撞时，左前、右前或中央碰撞传感器接通，导致SRS动作）。因此该传感器具有安全保险作用，防护碰撞传感器也需要碰撞惯性力作用才能接通，但所需惯性力小于前碰撞传感器接通所需的惯性力，也小于中央碰撞传感器接通所需的惯性力，因此，一旦发生碰撞，防护碰撞传感器优先接通。

安全气囊电子控制系统中，碰撞传感器是非常重要的环节，用来进行碰撞状态的判断，要求具有较高的可靠性。目前应用的碰撞传感器主要有以下几种：滚球式碰撞传感器、滚轴式碰撞传感器、偏心锤式碰撞传感器、水银开关式碰撞传感器、电阻应变计式碰撞传感器和压电效应式碰撞传感器。

除了碰撞传感器外，有些系统还需要检测汽车纵向和横向加速度，因此，在车身装有加速度传感器（G传感器）。该传感器基于差动变压器原理，正常时，差动变压器铁心置于变压器的中位，变压器无输出；当发生碰撞时，铁心发生移动，差动变压器输出信号。

2）SRS控制单元：由SRS微控制器ECU模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压与升压电路等组成，SRS控制单元原理如图3所示。

SRS微控制器ECU模块是气囊ECU的核心部件，内置A/D转换器、串行通信接口、定时器和存储器等功能电路，负责ECU的所有控制、监测工作，计算和确认碰撞强度，判断是否需要立即展开气囊，并保存碰撞时刻、碰撞方式、碰撞强度、以及气囊展开时警告灯的状态。

信号处理电路主要由滤波器和放大器组成，用来调理来自碰撞传感器的信号，包括信号整形、滤波和放大，提供给SRS微控制器可接受的传感器信号。

备用电源包括一个直流稳压器和一个电容储能器。直流稳压器保证恒定，使系统能正常工作而不发生失控。电容储能器利用电容器储能原理储存一定量电能，当由于碰撞使电源中断时，电容储能器可作为备用电源向ECU供电120毫秒以上，使气囊系统在失去主电源后仍能正常工作，确保安全气囊的有效保护作用。图3中SRS控制单元中的备用电源模块包括ECU备用电源和点火备用电源，可以在6秒之内使SRS系统正常运行，因为碰撞过程约120毫秒，所以备用电源的6秒供电时间足够支持SRS完成使命。

保护电路和稳压与升压电路，汽车电路中，电感线圈和开关较多，负载变化也频繁，因此过电压的现象较严重，为了防止过电压使SRS电子器件击穿烧毁，配置保护电路，如采用二极管泄放电路。另外，为保证不受汽车电源电压变化的影响，设置了电源稳压电路。

3）SRS指示灯：带有安全气囊的汽车仪表盘上，一般带有一个“SRS”字样的指示灯。SRS指示灯的主要功能是指示SRS系统是否处于正常状态，当点火开关接通或处于巡航控制状态时，如SRS灯发亮或闪亮约6秒后自动熄灭，表示SRS工作正常。

4）气囊总成：有正面气囊总成和侧面气囊总成两类，即纵向SRS气囊总成和侧面SRS气囊总成。按安装位置可分为驾驶员席气囊总成、乘客席气囊总成、副驾驶员席气囊总成和侧面气囊总成四大类。如图4所示，气囊总成主要由气囊、气体发生器、点火器等构成，气囊用聚酰胺织物制成，内层涂聚氯丁二烯，以密闭气体。气体发生器，也称为充气器，主要功能是在一定条件下产生气体，使气体膨胀，气体发生器的充气剂是叠氯化钠药片，点火器包括引爆炸药、引药、电热丝等。

（2）SRS系统功能

SRS应在二次碰撞发生前启动工作，否则难以保护乘员免受碰撞伤害，SRS功能原理如图5所示，当汽车发生碰撞后，产生碰撞信号，即机械碰撞引起汽车急停，减速度较大，导致车上物体具有较大的惯性力，惯性力驱动前部碰撞传感器，中央碰撞传感器和防护传感器接通，使上述传感器输出相应的电压信号，SRS控制单元执行相应的程序使点火器通电，点火引药受热爆炸使充气剂分解，充气剂释放大量氮气冲入气囊，气囊冲开气囊总成盖板迎向驾驶员。在SRS电源和控制单元正常工作的情况下，防护传感器和中央传感器同时接通、防护传感器和左前碰撞传感器同时接通，或防护传感器和右前碰撞传感器同时接通，均可使点火器接通，引爆气囊，其控制逻辑如图6所示。

（3）典型SRS电路原理

图7是GM公司SRS系统电路原理图，包括触发传感器（中央碰撞传感器）、前碰撞传感器、乘客座碰撞传感器、安全气囊总成和SRS控制单元等。

当发生碰撞时，触发传感器接通，前碰撞传感器接通，乘客座碰撞传感器接通，电路工作逻辑关系为：

SRS备用电源升压器与触发传感器的输入端B连接，当触发传感器由于碰撞接通时，输出端C输出电压信号，经限流电阻排进入SRS控制单元，并连接到安全气囊的输入端A。乘客座碰撞传感器的F端和前碰撞传感器的B端连接系统的地，当乘客座碰撞传感器和前碰撞传感器中的任何一个发生碰撞接通时，都会使安全气囊的输入端B接地，电控单元启动安全气囊点火。