安全气囊系统是座椅安全带的辅助装置，只有在使用安全带的条件下，该系统才能充分发挥保护驾驶人和乘员的作用。安全气囊系统由各种传感器、安全气囊电控单元、气囊组件、安全气囊警告灯等组成。安全气囊ECU主要由安全气囊逻辑模块、信号处理电路、备用电源和稳压电路等组成。安全气囊指示灯的功用是指示安全气囊是否处于正常状态。自诊断系统在控制安全气囊指示灯亮或闪亮的同时，还会将所发现的故障编成代码存储在存储器中。......
2023-08-29
汽车安全气囊系统组成
【摘要】：汽车安全气囊系统的分类较多，其实际结构和位置因车型不同而有所差别，但基本结构与原理是大同小异的，主要由电控部分和机械部分组成。图8-2所示为轿车安全气囊系统组件在车上的位置，其主要由碰撞传感器、电子控制单元、警告灯、气体发生器和气囊等组成。安全气囊系统的连接器特别强调可靠性，故采取了双保险锁定和分断自动短接等措施。它有一个微处理器，对监视的电路进行自检并显示气囊系统存在的故障。
汽车安全气囊系统的分类较多，其实际结构和位置因车型不同而有所差别，但基本结构与原理是大同小异的，主要由电控部分和机械部分组成。
图8-2所示为轿车安全气囊系统组件在车上的位置，其主要由碰撞传感器、电子控制单元、警告灯、气体发生器和气囊等组成。
图8-2 轿车安全气囊系统组件在车上的位置
8-3 安全气囊组成和工作原理
1.传感器
安全气囊传感器也称碰撞传感器。
按照用途不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。
8-4 安全气囊传感器
触发碰撞传感器也称为碰撞强度传感器，用于检测碰撞时的加速度变化，并将碰撞信号传给气囊电脑，作为气囊电脑的触发信号。防护碰撞传感器也称为安全碰撞传感器，大多使用水银式安全传感器，其与触发碰撞传感器串联，起保险作用，用于防止因触发碰撞传感器短路而造成安全气囊误打开。
2.安全气囊警告灯与安全气囊电源
（1）安全气囊警告灯。
安全气囊警告灯位于组合仪表上，如图8-3所示。当中央安全气囊传感器总成自诊断机构检测出某一故障时，警告灯向驾驶员发出故障警告。在正常情况下，当点火开关转到“ACC”或“ON”位置时，警告灯会亮大约6 s，然后熄灭。如果安全气囊指示灯不亮，或不停地闪烁或常亮，则说明安全气囊系统有故障。若中央控制器出现异常，不能控制指示灯，则指示灯便由其他电路直接控制。
图8-3 安全气囊警告灯
（2）安全气囊电源。
安全气囊系统有两个电源：一个是汽车电源（蓄电池和交流发电机）；另一个是备用电源。备用电源又称后备电源或紧急备用电源。
备用电源电路由电源控制电路和若干个电容器组成。在单安全气囊系统的控制组件中，设有一个电脑备用电源和一个点火备用电源。在双安全气囊系统的控制模块中，设有一个电脑备用电源和两个点火备用电源，即两条点火电路各设一个备用电源。点火开关接通10 s 之后，如果汽车电源电压高于电控单元的最低工作电压，则电脑备用电源和点火备用电源即可完成储能任务。
备用电源的功用是：当汽车电源与电控单元之间的电路切断后，在一定的时间（一般为6 s）内，维持安全气囊系统的供电，保持安全气囊系统的正常功能。当汽车发生碰撞而导致蓄电池和交流发电机与电控单元之间的电路切断时，电脑备用电源能在6 s 之内向电脑供给电能，保持电脑测出碰撞、发出点火指令等正常功能；点火备用电源能在6 s 之内向点火器供给足够的点火能量引爆点火剂，使充气剂受热分解给气囊充气。时间超过6 s之后，备用电源供电能力降低，电脑备用电源则不能保证电脑测出碰撞和发出点火指令；点火备用电源不能供给最小点火能量，安全气囊不能充气膨胀开。
3.电气连接件
安全气囊系统的电气连接件包括螺旋电缆线盘、连接器（插接器）和线束。
（1）螺旋电缆线盘。
由于驾驶员侧气囊是安装在转向盘上的，而转向盘要能转动，故为了实现这种静止端与旋转端的电气连接，采用了螺旋电缆线盘，如图8-4所示。
螺旋电缆线盘用于转向盘上的电气开关到转向柱及车身侧的电气连接。它由旋转接线、螺旋电缆线盘壳、螺旋电缆、点火器连接器等组成。扁平电缆线长4.8 m，卷成一盘置于螺旋电缆盘内，一端与可以转动的螺旋电缆线盘壳上的插接器头相连接，另一端与盘壳上固定件的插接头相连接，向左或向右转动3 圈也不会使电缆有任何被拉紧的现象，其使用寿命一般要求不低于10 万次循环。
螺旋电缆的电阻取决于电缆的材料和长度。电缆长度由转向盘最大旋转圈数和转向柱安装轴的最小内径决定。由于与螺旋电缆串接的点火器阻抗很小，故螺旋电缆的阻抗偏差要控制得很小，若偏差过大，则会影响点火器故障的判断。
图8-4 螺旋电缆线盘
（2）连接器和线束。
安全气囊系统的连接器特别强调可靠性，故采取了双保险锁定和分断自动短接等措施。连接器分断后，点火器的电源端和地线端会自动短接，防止因误通电或静电造成点火器误触发。此外，连接中央控制器的连接器还配备一个自检机构，如接合不良，则会给安全气囊的保养警示灯发出信号。
4.中央控制器（ECU）
中央控制器由CPU、RAM、EOM、接口、驱动器等组成，大多安装在车身中部靠近变速杆的位置，如图8-5所示。多数的中央控制器是由单片机加上其他电路所组成的，一般做成两块印制电路板，外壳由金属制作，一方面加强机械强度，另一方面可以屏蔽外界的电磁波干扰。它通过外面的插接件将传感器等输入信号及引爆器、报警器等输出信号与中央控制器连接起来。
中央控制器中还包括诊断电路，诊断电路并不控制气囊的动作，仅监视气囊装置的故障并开启气囊指示灯。它有一个微处理器，对监视的电路进行自检并显示气囊系统存在的故障。诊断电路每次开机都要对气囊系统进行一系列测试，监控气囊系统是否处于整备状态。这些测试不会造成气囊的误触发，也不会妨碍气囊的正常触发。若测试中发现故障，中央控制器会记下相应的故障代码，实时点亮指示灯。气囊测试一般分为以下几种。
（1）起动诊断测试。
起动诊断测试是开机时进行的测试，包括ROM 测试、RAM 测试、A/D 转换器测试、电子加速度计功能测试、储能测试。
（2）连接诊断测试。
图8-5 安全气囊ECU
诊断电路在工作中还要对一些重要的参数进行连续监测，以判断系统是否发生故障。连续监测的内容有：点火输入电压是否正常；点火器是否对地或对电池正极短路；驾驶员侧点火器阻值是否超差；乘员侧点火器阻值是否超差；乘员侧充气器低压开关电路是否正常；外界碰撞传感器有无故障。
诊断电路有备用电源，即使蓄电池及其线路在传感器闭合前损坏，也能使气囊打开。点火线路接通0.5 s 后气囊指示灯点亮，若6 s 后熄灭，则表明系统无故障。
5.机械部分
安全气囊机械部分主要由气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成。
驾驶员侧气囊组件位于转向盘中心处，乘员侧气囊组件位于仪表板右侧手套盒的上方。
（1）气体发生器。
气体发生器又称充气泵或充气器，其作用是在有效的时间内产生气体，使气囊膨胀。
图8-6所示为AUDI A6 装备的AVANT 双级气体发生器。
图8-6 AUDI A6 装备的AVANT 双级气体发生器
1，6—破裂片；2，5，9，14—金属过滤器；3，11—气体出口；4—隔板；7—点火介质1；8—点火器1；10—工作介质1；12—补偿介质；13—工作介质2；15—壳体；16—点火器2；17—点火介质2
壳体内有两个烟火式气体发生器，中间用隔板隔开，使用的是中空鼓起的药片状燃料。如果安全气囊控制单元起动了点火器，那么它就会点燃点火介质，火苗凭借产生的压力压碎破裂片，于是点燃真正的工作介质。由于工作介质为药片状且中空鼓起，故可使得全部的工作介质被快速点燃。金属过滤器对产生的气体进行冷却并净化，然后这些气体经气体出口进入气囊。
固体燃料式气体发生器所产生的气体全部来自气体发生剂的燃烧，所以气体灼热。
（2）点火器。
点火器装置封装在一个用铝箔密封的带孔的圆筒中，其结构如图8-7所示。点火器安装在充气泵中，可接收安全气囊ECU 的低电平信号，发热并点燃充气泵中的叠氮化钠。
由于点火器负责点爆气囊，因此必须采取一定的预防措施确保电流信号通过其电路。一般安全气囊点火器内安装有大约200Ω 的电阻，安全气囊电脑用该电阻来调节电路。修理时绝不能用指针式电压-电阻表来测量电路，否则气囊会膨胀。点火器在传感器动作时，响应来自电源的低电平信号使点火系统触发。点火器由传爆管总成和尼龙壳体组成，传爆管由电热头、药托、药筒等组成。连接器中设有短接条，连接器摘下或未完全接合时，短接条将引线短接，防止因静电、感应电而造成气囊误开。
图8-7 点火器结构
1—引爆炸药；2—药筒；3—引药；4—电热丝；5—陶瓷片；6—永久磁铁；7—引出导线；8—绝缘套管；9—绝缘垫片；10—电极；11—电热头；12—药托
点火器的作用过程：点火器引线端加电→电流通过电热头→加热头加热→引燃引药→生成的压力和热量冲破药筒将充气器的点火系统点燃。
（3）气囊。
气囊一般由防裂性能较好的聚酞胺织物制成，它是一种半硬的高分子材料，能承受较大的压力，经过硫化处理，可减少气囊充气膨胀时的冲击力。为使气体密封，气囊里面涂有涂层材料。
气囊的大小、形状、漏气性能是确定安全气囊保护效果的重要因素，必须根据不同汽车的实际情况来确定。气囊静止时被折叠成包，安放在气体发生器上部和气囊饰盖之间，气囊饰盖表面模压有浅印，以便气囊充气爆开时撕裂饰盖，并减小冲出饰盖的阻力。
安全气囊要求具有良好的耐热性，温度在规定的范围内变化。在汽车发生碰撞后，气囊膨胀的延迟期不应超过10 ms。如果使气囊以爆炸速度直接展开，则有可能撞击到驾驶员，使之受到伤害。为此，气囊的后部和侧面带有缝隙或排气口，从而实现气囊可控地展开。理想的情况是：气囊应在汽车发生碰撞之后，驾驶员或乘员开始前扑之前瞬时展开，此时，驾驶员或乘员头部移动需小于15 cm；接着驾驶员或乘员扑向气囊，而气囊也立即冷却和泄漏，在气囊收缩的同时吸收冲击能量，保护驾驶员和乘员免受危害。
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