第二篇 第一章 安全气囊理论

第一章安全气囊结构及原理

第一节安全气囊的发展及概述

毫无疑问安全气囊系统非常好地改善了汽车的碰撞安全性，它和安全带一起充分地

发挥了对人的保护效能。但是在乘员OoP状态（"OutofPosition,非正常乘坐位置”）

下，安全气囊也会对人造成伤害甚至致死亡，例如：

•由于气囊的传感系统没有完全考虑到事故的真实情况，造成气囊比较晚的被点燃

引爆

•乘客由于恐慌等原因伏在安装气囊的方向盘或者仪表板上，或者座椅调节得太靠

前，或者由于安全带比较松甚至没有带安全带造成紧急刹车时乘客身体前倾

•没有注意到汽车上的警告，把婴儿的座椅头朝前地固定在副驾驶员位置上

在上述情况下，气囊爆发时，很容易对人造成伤害。要解决这个问题，就必须改善

现有的碰撞传感识别系统，要求通过这套系统一方面安全气囊可以提供乘客在“标准位

置”时的碰撞安全保护，另一方面也可以通过气囊的不引爆或者减少气囊爆炸时的压力来

减少乘客在偏离正常乘坐位置时可能产生的对人的伤害。

使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1952年美国汽车生产者联合会

在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。几乎同时，这种系统的原理图也绘制了

出来。1953年，第一个气囊的专利就诞生了。但是，由于当时技术水平的限制，还不能把

这种想法或专利付诸实现。到了1980年，德国默谢台斯公司开始实现这种设想，它在自己

生产的部分汽车上安装了安全气囊。而从1985年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安

装了这种安全系统。随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。

现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊，其中最大的是

德国的波许公司。今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保

护乘员头部、躯干和膝部的作用。

目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国，相应的法规已

从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。而欧洲的专家们则认为最好的方案

应该是：安全带和小尺寸气囊的配合使使用。所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。现在，

在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。侧面气囊或

者装在车门上，或者装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。为了保证气

囊的气密性，在其内表面涂敷薄薄一层合成橡胶或硅橡胶。在气囊的内表面固定有专门的

带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快

速从气囊中排出气体。这点十分重要的，否则，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几

个气囊挤住而受伤。为避免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，

它可使气囊的有效使用期达到15年。

安全气囊系统采用了一种类似火箭固体燃料发动机的气体发生器，在这种气体发生器

中，燃料燃烧产生的气体使气囊充气。气体发生器的燃料通常使用叠氮化钠，但也有的使

用硝化纤维，也有的系统使用压缩气体。

气囊系统中的传感器通常有三种类型：机械式、机电一体式及电子式。大多数气囊采

用多个电子传感器分布在车身不同位置以便准确感知碰撞信号，并将信号传递到车上的控

——I,气袋J----------

气袋的形式有两种

宜一种体积比较大，即使乘客不系安全带也能起到良好的保护作用，主要在美国市场，因为美国法

规对安全带的佩戴没有弼制性；

会一种体积较小，与安全带配合使用，是将安全气袋与三点式安全带共同组成一个乘员保护系统

使之达到最佳的乘员保护效果.这种气袋主要在隙洲市场应用，因为陵洲对安全带的佩戴有强制

性要求.

制系统中。控制系统以此控制气囊系统的点火，进行系统的故障诊断，同时判别要保护的

乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员。若判定前排座位上为儿童座椅，那么，在发生碰

撞时，儿童座椅前的气囊就不能点火。总之，控制系统可以保证只有在必须使用气囊时才

使气囊工作。

当前，安全气囊出现了两种发展趋势。美国和日本的汽车公司正在努力增大气囊尺寸

来保护乘员。而欧洲一些汽车制造公司，如“梅塞德斯-奔驰''等，而“宝马”和“沃尔沃'’等则

认为，安全气囊本身决不是保障乘员的灵丹妙药，它必须在一个统一的汽车被动安全系统

中才能有效地发挥作用，在这个系统中，一定要具备紧缩式安全带、结构可靠的座椅、儿

童专用座椅和一系列其它部件。而且，最好在车身结构设计开始时就考虑到这个安全系统

所有必须的组成部件

一、汽车的安全性

随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶的速度越来越快。又由于汽车保有

量的迅速增加，道路交通越来越拥挤。这就使得汽车事故频繁发生，所以汽车的安全性就

变得尤为重要，成为当今汽车设计和生产的一个重要课题。汽车的安全性分为主动安全和

被动安全。主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵的稳定性，制动的可靠性、

平顺性等；被动安全是指汽车在发生事故的情况下保护乘员的能力，主要有防撞式车身、

安全带和辅助乘员的保护系统（SUPPLEMENTAL-RESTRAINTSYSTEM,以下简称安全

气囊）等。由于汽车事故难以避免，因此被动安全显得非常重要，安全气囊作为被动安全

的研究成果，由于使用方便、效果显著、造价不高，所以近年来得到迅速发展和普及。

二'安全带和安全气囊

为了说明安全带和安全气囊在保护乘员方面的重要性，首先说明造成乘员伤害的原因。

如图（1-1）所示，当汽车和障碍物之间发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间的碰撞称为一

次碰撞。一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降。例如，如果一辆汽车以50km/h的速度

与一个固定不动的障碍物正面相撞，则汽车至完全停止所需时间大约O.lso在这短暂的时

间内，可发生的事情却相当多：在碰撞的瞬间，前护杠停止运动，但汽车的其他部分仍以

50km/h的速度前进。随着车辆前部逐渐损坏，汽车即开始吸收动能并减速；在碰撞过程

中，当开始减速慢下来时，内部乘员则仍以原来的速度向前移动。于是就发生了乘员和方

向盘、仪表板、风挡玻璃等之间的碰撞，造成了乘员的伤害。这种乘员和汽车内部结构之

间的碰撞称为二次碰撞，如图（1-2）所示。

图1—1一次碰撞示意图图1一2二次碰撞示意图

如果乘员未系上安全带，则他们会继续以50km/h的速度前进，直到撞及车室内部物

件才会停止。在此例中，乘员撞击车室内部的速度，与

从三楼的窗户跳下撞击地面时的速度相当。如果乘员系

上安全带，则他们将逐渐减速，因此作用到他们身上的

撞击力将减轻。但是在严重的碰撞事件中，虽然系上安

全带的碰撞力比未系安全带少了很多，但乘员仍可能会

撞到车室内部物件而造成伤害。图1一3安全气囊对乘员的保护作用

汽车安全气囊的基本思想是：在发生一次碰撞后

二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，使乘员撞在气袋

上，避免或减缓二次碰撞，从而达到保护乘员的目的，如图（1-3）所示。由于乘员和气囊

相碰时容易因振荡造成乘员伤害，所以在气囊的背面开两个直径25mm左右的圆孔。这样,

当乘员和气囊相碰时，借助圆孔的放气可减轻振荡，放气过程同时也是一个释放能量的过

程，因此可以很快地吸收乘员的动能，有助于保护乘员。

三、安全气囊的形式

除了上述供正面碰撞的保护安全气囊

外，近年还开发出了供侧面碰撞保护用的侧

图1-4正面安全气囊和

安全气囊。这样，安全气囊系统按保护面的不同，可分为供正面碰撞保护用的安全气囊系

统和供侧面保护用的侧安全气囊系统，如图1-4所示。

止匕外，安全气囊还可按充气装置点火系统的形式、气囊数量和气囊传感器数量等3种

方式来分类。

1、按充气装置点火系统分

(1)电子式(E型)

(2)机械式(M型)

®-［控制系蜻；---------

金控制系统是气袋系统的核心部件，具控制机理是各生产厂家严格保密的核心技术气袋控制系统要能准

翻断出正撞、偏撞、斜推撞树等各种复杂情况的碰撞强度，并准时点燃气袋.

叁控制系统主要有蝇、模拟电子式、智能式几种.机械式控制系统主要用于低成本的气袋系统，应用

正在触.

道现在大部分都采用带微处理器的智能控制系统，对电子雌感器测量得到的信号进行处理，输出点燃信

号.其原理框图如图所示.

智能式控制系统原理框图

2、按气囊数量分

(1)1个：用于驾驶员(E型或M型)

(2)2个：用于驾驶员和前座乘员(只有E型)

(3)4个：用于驾驶员和前座乘员的正面和侧面(只有E型)

3、按气囊传感器数量分(只有E型)

(1)1个：气囊传感器

(2)3个：一

个中央气囊传感器

和两个前气囊传感

器

各形式的气囊

系统及其动作

（1-5、6、7、8）所小图1—5E型、双气囊、3传感器。

雷管气体发生剂

图1—6M型、单气囊

充气装置

气体发生剂气囊(前座乘员)

图1—7E型、单传感器、双气囊

图1一8E型侧气囊

四、安全气囊的工作

在承受来自如图（1-9）斜线区域箭头内严重的正面撞击时，安全气囊系统会检测此减

速力。若减速力达到设定值以上时，系统会触发充气装置，然后充气装置内的化学反应会

使气囊在瞬间充满氮气，以缓冲乘员的冲击，保护乘

员头部和脸部免于撞击方向盘或仪表板。在气囊开始

泄气时，气囊依然在继续吸收动能。整个过程（由充

气、保护、泄气组成）在不到1s内完成，如图（1-10）

图1一9正面撞击方位

图1-10安全气囊的工作过程

保护作用碰撞结束

1、气囊张开后，需注意如下问题：（1-11）

（1）安全气囊在设计上只能充气1次，一次性

使用。用后必须更换。（2）发生碰撞时，即使前乘

员座没有乘员，前座乘员气囊也会同时张开。（3）

在气囊充气时会产生巨大的声响，而且在所释放出

的氮气中会伴生少许烟雾。这些气体和烟雾是无害

的（这不表示有起火现象），但乘员要尽快清洗残

留物，以免皮肤过敏。（4）气囊的充气在少于1s

内完成，因此气囊充气的力量相当大。此系统的设

计是为了减少严重的伤害，但它本身可能会对乘员

造成轻微的烫伤、擦伤或红肿等伤害。（5）气囊张

开后，气囊单元的组件（方向盘中央部分、仪表板）

可能会烫热几分钟，但气囊本身并不会发烫。

（6）当碰撞的程度足以让气囊充气时，可能会

因车身变形而使风挡玻璃破裂。而在备有乘员气囊

的车辆上，风挡玻璃也可能因吸收部分充气力量而

破裂。

五、安全气囊系统动作过程

根据德国罗伯特博世公司在奥迪（AUDI）轿车上试验研究表明：当汽车以车速50km/

h与前面障碍物相撞时，安全气囊系统的动作时序如图所示。

⑴碰撞约10ms后，安全气囊系统达到引爆极限，气囊组件中的电雷管引爆点火剂并

产生大量热量，使充气剂(叠氮化纳药片)受热分解，驾驶员尚未动作，如图(a)所示：

(2)碰撞约40ms后，气囊完全充满，体积最大，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶

员身上并收紧，部分冲击能量已被吸收，如图(b)所示：

(3)碰撞约60ms后，驾驶员头部及身体上部压向气囊，气囊背面的排气孔在气体和人

体压力作用下排气，利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。

(4)碰撞约110ms后，大部分气体已从气囊逸出，驾驶员身体上部回到座椅靠背上，汽

车前方恢复视野。

(5)碰撞约120ms后，碰撞危害解除，车速降低为零。由此可见，在安全气囊系统动作

过程中，气囊动作时间极短。从开始充气到完全充满的时间约为30ms；从汽车遭受碰撞开

始，到SRS气囊收缩为止，所用时间极为短暂，仅为120ms左右。因此，SRS气囊动作

的状态和经历的时间无法用肉眼来确认。目前，世界上广泛采用模拟人体来进行碰撞试验。

瑞典沃尔沃公司用计算机模拟汽车遭受碰撞时，驾驶席SRS气囊动作过程的模拟与上述动

作过程相似。

乘员席气囊与驾驶席气囊的动作过程基本相同。安全气囊系统的动作过程与经历时间

之间的关系如表所示。

碰撞之后经

010ms40ms60ms110ms120ms

历时间

气囊充人体复危害解

SRS动作状遭受碰点火引爆开排气节流

满人体位恢复除车速

态撞始充气吸收功能

前移视野为零

六、汽车安全气囊的使用安全性

安全气囊最早应用於20世纪70年代初期通用和福特公司的试验车队，直到1989年克

莱斯勒公司在政府和消费者的压力下，将这安全装置用於美汽车。高成本和汽车制造商的

反对导致安全气囊(现已列入20世纪汽车十大发明之一)未能在发明初期迅速流行和普及。

现在，由於人们对汽车安全性能的要求提高，安全气囊已经逐步得到广泛的应用，甚至中

国10万元以下的经济型家庭轿车，都已经采用双安全气囊的标准配备。

安全气囊属於汽车的被动安全系统，使用者无需为保护自身采取任何行动。相比之下，

大多座椅安全带属于主动安全系统，使用者必须系上才能发挥保护作用。安全气囊正好保

护那些没有系上安全带的乘客，这种保护更是大面积且强有力的。

在车速超过32km/h时，安全气囊的爆发过程约在0.06s内完成。因为典型的汽车碰撞

仅持续大约0.125s,而未受保护的驾乘者在最初的碰撞结束前，已经撞到汽车内饰板；另

外，当第一轮撞击仍然继续时，第二轮撞击就已经开始了。气囊爆发是由气体发生器控制，

点燃当中的氮钠化物(SodiumAzide)产生氧化反应，产生所需体积的气体。

在这过程中，气囊爆发实质上是小型的内部爆炸。普通启动指令的算法程序仅与车速

变化相关，更加杂的算法程序则用于新型智能安全气囊系统。

七、安全气囊的安全性

虽然安全气囊曾经使数以万计的驾乘者死逃生，但是突如其来的爆炸膨胀也会引致受

伤，令人考虑是否应该加装安全气囊开关，甚至怀疑安全气囊的安全性。安全气囊的安全

性主要包括产品本身的可靠性和使用的安全性。

驾乘者的位置十分关键，如贴近或靠近安全气囊在爆发时非死即伤。一般情况下，乘

客应该端然稳坐并与气囊安装位置相距305mm。不过，由于气囊膨胀后的尺寸和膨胀特性

无法确定，难以精确测出确切的距离，身材矮小的成年人和儿童更容易受到伤害。所以，

即使安全装置处于工作状态，乘客也应该与车内可撞击表面保持足够的距离。

安全气囊与安全带作为同一系统的两大组成部分，缺其一另一方都不能发挥良好的效

果。只有两者结合使用，才能发挥双重保护，使头部免受伤害。统计表明，装备安全气囊

使驾驶者的事故死亡率和乘客事故死亡率分别下降14%和11%；使用安全带可以降低驾驶

者事故死亡率12%和乘客事故死亡率19%。事实上，在已装备安全气囊的情况下发生的死

亡事故，大部分是因为驾乘者没有佩带安全带，或是佩带方法或部位不正确。

虽然安全气囊可能导致意外，却不能否定其好处，最重要是如何科学合理地予以使用。

八'忠告驾驶者

为了避免安全气囊引暴致意外伤害，任何驾驶者，都应该紧安全带并与方向盘最少保

持254mm的距离。紧安全带彳奏，只要驾驶者的胸部与方向盘中心距大於254mm,其潜在

的危险便大大减少。

如果驾驶者十分疲倦而又不能停止驾车，必须考虑使用安全气囊的开关装置。例如在

疲劳时为了与方向盘保持254mm的距离，而采用并不舒服的坐姿；或即将临产的女性驾

驶者不能让下腹远离方向盘，出于生理需要安全气囊的开关也必不可少。

在1998年及其后生产的汽车，大部分已对安全气囊进行技术改进，采用强度较小的膨

胀器来降低受伤率。这种汽车不必设置气囊开关，驾驶者甚至不需与方向盘保持254mm

的距离。当然，端坐并远离安全气囊仍然值得提倡。

九、忠告乘客

身系安全带的成年乘客在端坐时不会受到严重的伤害，安全气囊主要威胁那些毫无约

束的婴儿和儿童乘客。补救的措施是用带子系好儿童并安置在彳度排座椅，确保儿童远离膨

胀的气囊。

不要将儿童背向约束装置放在前排的乘客座椅，因为他们的头部将会与气囊太接近。

取而代之的方法，是把儿童约束装置放在后排座椅的中座。

有些情况下，乘客安全气囊的开关也相当重要。例如，生病的儿童需要时刻观察病情，

车上只有驾驶者能够予以照顾，这样只能将儿童放到前座上；再如，需携带许多婴儿和幼

儿，但没有足够的后排座椅，只好把年长的儿童放在前座。这时，乘客安全气囊的危险性

便呈现出来。关注儿童势必分散驾驶者的注意力，容易引发交通事故，所以不妨安装安全

气囊开关，却不要在匆忙间忘记开闭。相对而言，后座仍然是较为安全的选择。

十'未来的安全气囊

未来安全气囊的传感器不仅可以探测碰撞的方向和猛烈程度，还可以识别乘客在车辆

的位置和状态。系统根据这些输入的数据，进行即时的分析判断，最终决定安全气囊的引

爆方式和膨胀整个过程在瞬间完成，真正实现安全气囊的安全化和智能化

•故前保甫二

•——--

事故中救护

.___-

事故后救护二＞

..——事故前保护等

自就应让系统通过ar达等探测置E降时监测路面状况.

在汽车运行中探测汽车运醐方向上的除碍物.可以根触雷周

回车辆的远近而自行调整车速.快车箱间保持一个安全的距

离，减小发生磁描的可能.一旦发生禁急情况，碰描事故在所

难免，它可以发出明艮并自行采取刹车等措施，而无需巽驶员

的掾作.从而大大联碰攫的程度耳至完全避免事故，为乘客

探供了更有效的保护.

事故中救护

如前所述，在发生事故时，气袋对保护乘员的生命安全有着显著的作用，但同时也有

负作用，会造成对乘员的伤害.气袋是按正常乘坐位置的第50百分位的乘员设计的.对成

人而言，造成伤害的主要原因是乘员离位，即在气袋黜时乘员过分靠近气袋,对儿童和

第5百分位版性假人来讲，除了乘员雕外，另一原因是按成人体重设计的气袋能量太

大.因此，如何发挥气袋的保护作用，避免或诚少气袋的副作用，成为目前急待解决的问

题.

智能保护系统是世界各气袋厂家和汽车

生产商所致力研究的新型乘员保护系统,它

格安全带、气袋、乘员感知系统、碰撞预测

系统等集成在一起，成为完善的保护系统，

能在各种情况下对乘员起到最隹保护作用.

＜智能保护系统

目前构成乘员位置感应系统有如下几种技术方案：

激光式：用觥束照射到待测物体上，再利用测光仪器（例嫌CD和扫描系统）来雕乘员

的位置具缺点是成本太高,随着激光技术的发展其前景不错.需注意的是昉

止激光射入乘员眼中造成伤害.

雷达式：这个系统与激光式有类似的特性，需注意的是它对于乘员尤其是儿童的健康是否

有危害.

超声波式：由于声波的传播速度局限，超声波的响应时间在金s左右，它给出的信息量不

如雷达和激泡但它的价格便宜且鲁棒性较逅碰撞预测系统是未来汽车的

理想装备.它采用雷达、红外缘可见光等多种传感器.

事故后救护

事故后，必须在最短的时间内灼伤者进行

救护.而碰撞后，由于各种原因，往往不能把

事故的情况及时通知给急救中心，从而造成本

可避免的伤亡.事故后呼救系统可以在碰撞

后，立刻通过全球卫星系统把事故情况通知给

交通管理中心和救护中心，并指引救护人员准

确赶到事故地点，实施抢救.这样，可以保证

救护的顺利进行，最大限度地挽救伤员的生

命.

中国北方汽车教育集团安全气囊

第二节安全气囊系统结构原理

一'安全气囊系统的结构

安全气囊系统的主要电子元器件有ECU、碰撞传感器（集中式系统安置于ECU内部，分

散式系统安置在ECU外部）、警示装置、安全气囊组件、乘员位置传感装置及接头和线束等。

二、安全气囊系统典型ECU结构

对於单点碰撞传感器一集中式安全气囊ECU,采用了与放大和滤波电路相关联的电子加

速度计（传感器），能稳定地保持对汽车加速度跟踪（即能按照汽车的加速度成比例地输

出电压）。与单片微机相关联的装置包括：

电源供给装置，给所有的电路提供工作电压。属於这部分的两个重要电气装置包括电

荷泵和能量贮备（又称备用电源，在碰撞过程中，一旦蓄电池连接松脱，仍能提供足够的

贮电容量触发引爆管使安全气囊张开）。

电荷泵具有提升能量贮备电压，使其高於汽车工作电压的能力。当蓄电池、充电系统

或发电机出现故障时，电荷泵能维持能量贮备装置的最低工作电压。另外，在提升能量贮

备电压的同时，能检测引爆电路电阻偏高等类似的故障；供单片微机监控用的监视计时器;

供警示灯控制和故障诊断用的接口电路；触发司机或乘客侧充气组件的引爆电路。引爆电

路一般由ECU内部电路及ECU的外部元器件组成。外部元器件有：接头、电缆、滑环/盘簧（仅

司机路才有）引爆管，对於分散式安全气囊系统还有电子机械碰撞传感器等。ECU监控的首

要任务，是在碰撞过程中监测可能妨碍成功引爆安全气囊的所有故障；进一步的任务是监

测使安全气囊发生致伤、甚至致死的不适时引爆；与ECU集成在一起的机一电安全传感器；

选择输入电路。

“选择输入”是用来向安全气囊ECU提供乘客座位、司机和乘客安全带的状态信息，这

些信息经ECU处理彳度，除了具有前面提到能改变安全气囊充气速率的功能外，还有安全抑制

功能。对于乘客安全气囊，只有在乘客座位被占用、乘客安全带扣上以及安全气囊在较高

fl中国北方汽车教育集团安.全气.囊—

bcifocg_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________

阀值的情况下，才会引爆充气。将司机安全气囊与乘客安全气囊分开控制，可以减少安全

气囊不必要的张开；方便接入外部诊断设备，帮助维修的串行数据线路。

三、安全气囊组件的结构及工作过程

乘客侧与司机侧安全气囊的结构和工作过程很相似。典型的司机侧安全气囊组件由安

全气囊饰罩、带涂敷层或不带涂敷层的织物折囊垫、充气器（即气体发生器、含引爆剂、

扩爆剂和主推进剂）和将安全气囊组件安装在方向盘的连接组件等组成。组件的功用和工

作过程如下：

（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”通电彳发着火，然彳爰再点燃充气器组件内的扩爆剂，扩爆剂

又称为引爆管。

（3）扩爆剂点燃彳发，点燃主装药一主推进剂。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僦气，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。

四、元件的结构和工作原理

1、前气囊传感器（只适用部分车型）

前气囊传感器固定在两边的前翼子板内侧，传感器本身是一个机械式开关。当传感器

检测出前方撞击的力量大于设定值时，传感器内部的触点闭合，并将此信号送至中央气囊

fl中国北方汽车教育集团安全气囊

beilang

传感器总成（见图1T2）。

图1—12前气囊传感器

（1）结构

前气囊传感器包括：外壳、偏心转子、偏心重块、固定触点和旋转触点等。在传感器

本体外侧有一个电阻，作自检之用，检测中央气囊传感器总成与前气囊传感器之间的线路

是否有开路或短路（见图1T3）。

图1一13前气囊传感器的结构

（2）工作原理

在正常情况下，偏心转子和偏心重块在螺旋弹簧弹力的作用下，紧靠在与外壳相连的

止动块上。此时固定触点和旋转触点并未接合。当发生正面碰撞，如果碰撞的减速率大于

设定值时，由于偏心重块惯性的作用，使偏心重块连同偏心转子和旋转触点一起转动，直

到与固定触点闭合（如图1T4所示）而使前气囊传感器闭合。

中国北方汽车教育集团安全气囊

beilang

图1-14前气囊传感器的工作过程

为确保安全气囊系统的高可靠性，前气囊传感器在气囊充气张开后绝不可再重复使用。

因为在气囊动作时会有大电流流过传感器触点，这可能会使触点表面烧蚀而造成电阻过大。

若重复使用，可能造成气囊充气张开的可靠性降低。

2、中央气囊传感器总成或气囊传感器总成

当车辆设有前气囊传感器时，此传感器总成称为中央气囊传感器总成，里面所包含的

传感器也称为中央气囊传感器；如果车辆未设置前气囊传感器，则称为气囊传感器总成，

里面所包含的传感器称为气囊传感器。

fl中国北方汽车教育集团安全气囊

beilong____________________________________________

格传感器

目前主要有机械式、机电式、电子式等几

机其中电子集成式集成度高其内部集成有加速度

传感R通滤波器，油度槌等模堤接口简单，可

靠性高；具有自测试功能，可及时发现异常现氮是

目前广泛应用的一种.

I机械式传国

*需方式

传感方式有多点式和单点式.目前正在蝴够点传感式安全气袋系统的典型配邕共有三个艇翳-

个机电式左档雕感翳-个机电式右档板传感翻诊断模娜的一个电子艇鼠司机侧礁客略有一个

懿,两个档板传感器中鹿有一个闭合，诊断模块就对电布感器送来的信号进行处理翩断，当认为有必

要点烟，就发出点火信号财袋充％单点艇式安全量系统采用单个电子式牖器，并且传感翻点火

控制模块以及诊断模块瞧感在-愈目前，由于点魁制算法越犍完善，单点传感蝮袋系统正在逐频

代多点传感式懿系绿

中国北方汽车教育集团安全气囊

beilang

⑥——c传感器）—

%多点式和单点式二者的比较

铝标多皮尤单点尤

实践许多车辆已安装有许多车辆安装

•硬件可靠性目前看来可靠可就

・性能无法确切评定可确切评定

尺寸由于有引线故体积大体积小

成本适中较低

目前也可由于其可观测,可

可靠性

但其缺陷至法观测靠性会更进一步提高

与车体的集成与车体设计往质进行设计局限小

对新车的适应性如已集成完毕薛改动易集成

性能

•高速碰搜较好，幅未完全达标好

•临界速度碰技对障碍物碰撞好,其它形式未如好

•重A事件性能未知好

建模全部建模因难全部魏模容易

•传感醇在无机械扰动的情况下易建模易建模

・车体必绩便用有效的有限元法已发展建模方法

如图1T5所示，中央气囊传感器总成安装在车内地板的中间位置上，它从气囊传感器

（前气囊传感器和其内置的中央气囊传感器）接收信号，判断气囊是否应张开，并诊断系

统的故障。

图1—15中央气囊传感器总成

如图1T6所示，中央气囊传感器总成由中央气囊传感器、安全传感器，点火控制与驱

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动电路和诊断电路组成。一个可靠性极高的备用电源系统也组合在总成内，以防在碰撞时

因汽车电源系统的损坏而导致气囊系统不工作。

中央气囊传感器总成

螺旋电缆

安分

点火开关传感器传爆管

后备

电源

1

「J1N-1

警告灯

SRSLLJLuJ

::传爆管"

传爆篁？

椅查

连接器

中央气囊_ld_r

'—

传感器—

。I

;中央气囊传感器飞」

-!-前

L_________________「:

1-传

*1:用于前乘员气囊

*2：用于机械式中央气囊传感器

•安全传感器、传爆管和中央气囊传感器是串联的*3：用于电子控制式（E型）座椅

•前气囊传感器和中央气囊传感器是并联的（仅限某些型号）安全带收紧器

•传爆管是并联的*4：仅限某些型号

图1―16中央气囊传感器总成电路

（1）中央气囊传感器

中央气囊传感器封装在中央气囊传感器总成内，它有电子式和机械式两种。

电子式可检测出减速率，然后点火控制和驱动电

路再根据此信号判断是否让气囊充气。机械式也可测

出减速率，并直接驱动气囊充气。

1）电子式。电子式中央气囊传感器是一种智能传

感器，它将传感元件、信号适配器和滤波器等集成在

集成电路

一块IC上，具有可靠性高、功能强等优点。如图1T7

图1一17电子式中央气囊传感器

所示，传感器有一悬臂梁，悬臂梁的质量就是惯性质量，当传感器承受冲击时，悬臂梁会

发生弯曲。这一弯曲变形可由其上的变形计测出，并转换成电信号，经集成电路整理放大

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后的输出信号随减速率线性变化。

2）机械式。当机械式传感器检测到正面撞击的速度大于设定值时，其触点会闭合使气

囊充气。

（2）安全传感器

安全传感器有几种形式。图1T8是以配重动能为基础而闭合触点的机械式和以水银

为导体的水银开关式。安全传感器的作用主要是为了防止气囊误开。此传感器触发的基准

减速率比气囊作用的设定值小。

两个触点接触

机械式安全传感器水银开关式安全传感器

图1一18安全传感器

如果使用水银开关式以外的安全传感器时，在气囊已作用充气之后，中央气囊传感器

总成绝不可重复使用。因为在气囊动作时，会有大电流流过传感器触点，使触点表面产生

烧蚀而令电阻过大，造成气囊可靠性降低。

1992年8月以后产的丰田汽车已不再采用水银开关式安全传感器。

1）点火控制和驱动电路（适用于电子式中央气囊传感器）。点火控制与驱动电路对中

央气囊传感器来的信号进行计算，如果计算值比预定值大，它就触发点火，使气囊充气。

2）备用电源：备用电源由备用电容器和直流一直流变压器组成。在电源系统由于碰撞

而失效的情况下，备用电容器将释放电能，以供应系统所需的电力。当蓄电池电压下降到

一定值时，直流变压器用于提高电压。

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3）诊断电路。诊断电路可诊断系统内的任何故障。当故障被检测出来后，点亮组合仪

表上的故障警告灯以告示驾驶员。这一电路可监视下列各种情况：

•造成点火失效的故障；

•造成意外点火的故障；

•诊断电路本身的故障，即造成不能检测点火失效和意外点火的故障。

4）记忆电路。当诊断电路检测出故障时，这一故障被编成代码储存在记忆电路中。此

代码可随时取出，以分辨故障部位及进行快速诊断。按照车型、年份的不同，记忆电路可

分为两种形式，一种是当电源中断时，记忆内容即自动消失；另一种是即使供应电源中断，

记忆内容仍能保留。

5）安全电路。安全电路禁止点火。当诊断电路检测到的故障可能会引起意外点火时，

诊断电路向安全电路送出一个信号，用于禁止点火。

3、侧气囊传感器总成

侧气囊传感器总成有两种类型，第一种是独立于正面安全气囊系统而自成体系的，它

从封装于侧气囊传感器总成内的侧气囊传感器接收信号，判断侧气囊是否应打开，并诊断

系统的故障。这一类型的侧气囊传感器总成有自己的侧气囊故障警告灯。这种侧气囊传感

器总成由侧气囊传感器、安全传感器、点火控制与驱动电路、诊断电路等组成。这些组成

部分的作用和工作原理与中央气囊传感器总成相同。

另一种是侧气囊传感器总成由侧气囊传感器、安全传感器等组成的。侧气囊传感器总

成接收侧气囊传感器来的信号，并判断应是否打开侧气囊。若需要打开侧气囊，则侧气囊

传感器总成向中央气囊传感器总成（或气囊传感器总成）发出信号，最终由中央气囊传感

器总成向侧气囊传爆管送出电流，使侧气囊张开充气。

上述两种类型的左、右两个侧气囊传感器总成分别安装在左、右侧车身的中间立柱上,

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两者是相互独立的，如图119所示。

图1-19安装在中间立柱上的侧气囊传感器总成

4、充气装置和气囊

安全气囊系统对充气装置的要求主要有3个方面：

1）能在约30ms内产生大量气体；

2）所产生的气体应无毒性，温度不能过高；

3）整个装置应具有很高的可靠性和很好的稳定性。

充气装置主要有压缩气体式、烟火式和混合式3种。压缩气体式因充气较慢、受环境

温度影响较大、系统的性能不稳定而在目前已较少使用。丰田汽车的充气装置主要采用烟

火式。1998年开始，逐渐在前座乘员气囊和侧气囊上采用混合式充气装置。

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®一（气体发生器）----------

生气体发生器有压缩气体式（冷式）'慰烧式（热式）'混合式三种。

压缩气体式主要与机械式传感器及控制器连用,由于其产气量少、

充气速度慢等缺点，应用较少.

燃烧式通过燃烧剂燃烧产生大量气体，产气趺容易控制，应用

较多,燃烧剂有叠氮化钠等种类,叠氮化臧烧产生无害的

氮气，但产生大量的犍桐哪粒，所以要采取降温、过

滤等相应措施,为防止火药产生的热量对乘员造成伤害，有

些气袋内部涂有隔热涂层.叠氮化钠融于水后有毒，对环保

不利.各气袋生产厂家都在发展新型的臃剂.可燃气体式

是其中的一种，它将氢气和氧气按一定比例混合加压储存在

储气瓶中.它麒后产生水，没有固体新粒，燃烧前也没有

害，是一种理想燃烧剂.

淞合式是用少量的燃烧物质产生足够的娓，使得压缩气体迅速膨

麻充满气袋,其产气量尢而产生雌量少，是今后的发

展方向.

⑥~（气体发生器----------

#混合型气体发生器性能上的优势

。对温度的敏感性较低，低温条件下性能靴不大；

Q通过调整，容易满足客户对峰值勒、压力上升曲卷溢出气体的速度等性能的要求；

•对环境有利.无毒性材料；优异的抗老化性能；

9气体发生器表面温度低.在气体发生器作用后，具表面温度至多上升75度，塑料件可与气体

发生器接触；

Q流出的气体无害.产生的少量非毒性期粒，92%的即粒是KC1,产出的即粒浓度比采用者氮化

钠等燃烧剂的热式气体发生器保

。优异的燃烧剂抗老化性能.在车体中15年无变化，推进剂不会吸湿.

9气体发生器有单级和两级气体发生器.单级气体发生器有一个产气部件，两级气体发生器有两

个相互独立的产气部件，适当组合两个部件的工作时间，即可获得不同的充气特性,适用与智

能乘员保护系统.

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(1)驾驶员充气装置和气囊

驾驶员充气装置采用烟火式。充气装置和气囊均装设于方向盘衬垫内，它们是不可分

解的。如图1-20所示，充气装置包括传爆管、点火药粉与气体发生剂等。在车辆正面严重

碰撞时，充气装置瞬间给气囊充气。气囊由尼龙布制成，并在内表面涂有树脂。

图1-20驾驶员充气装置

如图121所示，当车辆正面严重碰撞时，减速力使气囊传感器导通，电流流入传爆管

使其产生高热，从而点燃传爆管内的点火物质。火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂。

气体发生剂于是产生大量氮气，这些氮气经过滤器降温后进入气囊内。气囊被迅速充气并

急剧膨胀，冲破方向盘衬

垫，缓冲了乘员的二次碰

撞冲击。气囊在充气完成

后，氮气由释放孔迅速排

泄，这不但可减少乘员对

气囊的冲击力量，而且可确保乘员有良好图1一21点火装置截面图

的视野。

(2)前乘员充气装置和气囊

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前乘员充气装置有烟火式和混合式两种。这两种形式的充气装置和气囊均密封在一个

外壳内，装在手套箱上方的仪表台上，如图122所示。

图1一22前乘员充气装置和气囊

1）烟火式前乘员充气装置图123。这种形式的充气装置是一个金属盒，里面有传爆

管、点火药粉和气体发生剂等。气囊由尼龙布制作，由充气装置生成的氮气充气展开。前

乘员气囊的展开体积约为驾驶员气囊的2〜4倍。

图1-23烟火式前乘员充气装置截面图

烟火式前乘员充气装置的工作过程与驾驶员充气装置相同。如图1-24所示。

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喷出氮气

图1—24烟火式前乘员充气装置的工作过程

2）混合式前乘员充气装置。这种形式的充气装置由传爆管、推进剂、销、隔片和压缩

氧气等其他元件组成，如图『25所示。

图1一25混合式前乘员充气装置

若因正面碰撞的惯性力使气囊传感器接通，则电流会点燃充气装置内的传爆管。被传

爆管点燃的推进剂使氨气膨胀，同时也使销触发，击穿隔片。膨胀的气体从被销击穿的隔

片通过，经气体释放孔流到气囊内。随着气体进一步膨胀，前乘员气囊推开气囊门而弹出，

缓冲前乘员头部和胸部所受到的撞击。其工作过程如图L26所示。

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一:火焰传播

=>:氨气流动

图1一26混合式前乘员充气装置的工作过程

(3)侧充气装置和气囊

侧充气装置和侧气囊组合在一个壳体内，装设在座椅靠背外侧，如图L27所示。充气

装置由传爆管、乙醇、压缩氤气和隔片组成。如图1-28所示。

图1—27侧充气装置和气囊

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图1一28侧充气装置的结构

气囊由强力尼龙布制作，由被充气装置加热的氤气来充气。

当侧气囊传感器因车辆严重的侧碰撞造成的减速力而导通时，气囊传感器立即把电流

送到侧气囊充气装置，使传爆管点火。传爆管的火焰瞬间即扩散到乙醇。乙醇的燃烧使氨

气的压力剧增，膨胀的气体撕破隔片，充进气囊(如图129所示)。

乘员感知系统包括乘员存在探测和乘员位置传感两个方面.

乘员存在探测系统(OSS)的作用是：

©当有反向儿童座椅时,气袋不点爆；

©当乘客座无人乘坐时,气袋不点鼠

乘员存在探测可