安全气囊系统（汽车上的辅助保护系统）

系统概况

汽车安全气囊系统（Supplermental Restraint System；简称SRS）是一种辅助保护系统，它包括传感器总成、充气器、折叠的气囊、点火器、固态氮、警告灯等。

一般来说，驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，因此，当您看见方向盘上标有“SRS”或“Airbag”字样，就可知此车装有安全气囊。当汽车受到前方一定角度内的高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器，就可检测到车速突然减速，并将这一信号在0．01秒之内迅速传递给安全气囊系统的控制电脑。电脑在经过分析确认之后，立即引爆安全气囊包内的电热点火器（即电雷管），使其发生爆炸，这一过程一般只需0.05秒左右。点

（图）安全气囊系统

发展简史

（图）安全气囊系统

当然，事物的发展不是一帆风顺的，安全气囊从取得专利到应用推广，竟然走了三十多年的时间，经历了几上几下的波折，因为汽车制造商以成本理由拒绝接受安全气囊装置。前几年才由美国参议院通过公路死伤减少条例，确认了安全气囊的作用，规定从1995年9月1日以后制造的轿车前排座前均应装备安全气囊，美国政府还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊。各国生产的中高级轿车，大多数有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。

1952年起，美国工程师John W. Hetrick，因一场交通意外事故启发，促使相关研究工作。

1953年8月18日，取得美国辅助乘员保护系统（Supplementary Restraint System）专利。

1971年福特将安全气囊装在一批实验车上，1974年通用汽车率先在市售车装上驾驶座安全气囊，之后在前乘客座也装上安全气囊。

1980年12月，奔驰汽车S系列成为第一辆在欧洲正式销售配有气囊的汽车。

1988年克莱斯勒开始将旗下所有车款都装上安全气囊，并大作电视广告示范安全气囊的效用，才真正开启汽车界安全配备的竞争

1984年，美国高速公路安全管理局制订《联邦汽车安全标准》（Federal Motor Vehicle Safety Standard；FMVSS）第208条中，增加安装气囊的要求。

1995年，正式经由美国国会通过法案，提供明确的法则及指导方向，要求1995年起新车的标准配备需要有双气囊。1997年起，货车亦比照办理。

主要作用

（图）安全气囊系统

工作原理

（图）安全气囊系统

典型的气囊系统包括二个组成部分：探测碰撞点火装置(或称传感器)，气体发生器的气囊(或称气袋)。当传感器开关启动后，控制线路即开始处于工作状态，并借着侦测回路来判断是否真有碰撞发生。如果讯号是同时来自两个传感器的话才会使安全气囊开始作用。由于汽车的发电机及蓄电池通常都处于车头易受损的部位，因此，安全气囊的控制系统皆具有自备的电源以确保作用的发挥。在判定施放安全气囊的条件正确之后，控制回路便会将电流送至点火器，借着瞬时快速加热，将内含的氮化钠推进剂点燃。在近乎爆炸的化学反应快速发生的同时，会产生大量无害的以氮气为主的气体，将气囊充气至饱满的状态，并借着强大的冲击力，气囊能够冲开方向盘上的盖而完全展开，以保护驾驶者头部不受伤害。同时在推进剂点燃的过程之中，点火器总成中的金属网罩可冷却快速膨胀的气体，随即气囊可由设计好的小排气口排气，以发挥逐渐缓冲功能，并避免在车身仍继续移动时阻碍碰撞后的视线。

需要特别说明的是，传感器只有在满足了一定的条件下才会工作。安全气囊的传感器的设计有很多种，有一部分是采用摆锤或杠杆式开关，还有的是弹簧负载的转轮式，此外还有用水银开关的产品。但不论感测器开关型式如何，都必须有足够的撞击力才能使得开关启动，同时这个撞击力必须来自正的方向才行。通常这个撞击力约等于以时速２５公里至50公里左右碰撞固定物所产生的结果。当汽车受到这种高速碰撞时，装在车前端的碰撞传感器和装在汽车中部的安全传感器，就可检测到车速突然减速，并将这一信号迅速传递给安全气囊系统的控制电脑，电脑在经过分析确认之后，才会引爆安全气囊包内的电热点火器，使气囊发生迅速膨胀。

据计算，正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开始工作，0.03秒内点火装置启动，0.05秒内高压气体进入气囊，0.08秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大，此刻之后，驾车者才会撞上气囊。

可见，气囊的打开与否与撞击角度和撞击速度都有关，一般来说在汽车翻转、轻微碰撞、侧面碰撞或后面碰撞时，气囊均不会打开，比如桑塔纳2000升级版在车身正面左右各30度以内受到重创时才会打开安全气囊。再有一点，对于撞击速度而言，安全气囊系统测定的是撞击后车辆的减速度，因此，在做安全碰撞实验时，一般都是让车笔直地撞在不能移动且不能变形的墙上。^[1]

当撞击感知器检测到撞击时，相关控制系统会判断撞车程度决定是否触发充气装置，通常由汽油或炸药等气体发生剂配合点火装置组成充气模块。为了废弃处理上的安全，通常只高温引爆气囊。由于撞击过程时间非常短，一般气囊由触发至完成充气过程约25－35毫秒。充气时间过长便会失去其效用。

基本组成

（图）安全气囊系统

1、碰撞传感器

碰撞传感器是安全气囊系统中主要的控制信号输入装置。其作用是在汽车发生碰撞时，由碰撞传感器检测汽车碰撞的强度信号，并将信号输入安全气囊电脑，安全气囊电脑根据碰撞传感器的信号来判定是否引爆充气元件使气囊充气。安全气囊系统一般装有2~4个碰撞传感器，前左、右挡泥板各装一个，有的前面保险杠中间还装有一个，有的车内还装有一个。碰撞传感器现大多数采用惯性式机械开关结构。

碰撞传感器由壳体、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点等部分组成。在传感器外还固定有一个电阻R，电阻R的功用是对系统进行自检时，检测安全气囊电脑与前气囊碰撞传感器之间的联接导线是否断路或短路。

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，顶靠在与外壳相连的止动块上，此时，旋转触点与固定触点不接触，开关“OFF”。当汽车发生碰撞时，偏心重块由于惯性力将带动偏心转子克服弹簧弹力产生偏转。当碰撞强度达到设定值时，偏心转子偏转角度将使旋转触点与固定触点接触而闭合，此时碰撞传感器向安全气囊电脑输入一个“ON”信号。安全气囊电脑只有收到碰撞传感器输入的“ON”信号时，才会去引爆充气元件。在有些汽车中还装有侧向安全气囊，当汽车发生侧向碰撞时，安全气囊也会充气，因此装有侧向安全气囊的系统，在汽车的左右侧还装有碰撞传感器。

2、安全气囊电脑

安全气囊电脑是安全气囊系统的控制中心，其功用是接收碰撞传感器及其他各传感器输入的信号，判断是否点火引爆气囊充气，并对系统故障进行自诊断。

安全气囊电脑还要对控制组件中关键部件的电路(如传感器电路、备用电源电路、点火电路、SRS指示灯及其驱动电路)不断进行诊断测试，并通过SRS指示灯和存储在存储器中的故障代码来显示测试结果。仪表盘上的SRS指示灯可直接向驾驶员提供安全气囊系统的状态信息。电脑存储器中的状态信息和故障代码可用专用仪器或通过特定方式从串行通讯接口调出，以供装配检查。

（1）信号处理电路

信号处理电路主要由放大器和滤波器组成。其功用是对传感器检测的信号进行整形、放大和滤波，以便SRS电脑能够接收、识别和处理。

（2）备用电源电路

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(BACK UP POWER)。备用电源又称为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10s之后，如果汽车电源电压高于SRS电脑的最低工作电压，那么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SRS电脑之间的电路切断后，在一定时间（一般为6s）内，维持安全气囊系统供电，保持安全气囊系统的正常功能。当汽车遭受碰撞而导致蓄电池和交流发电机与SRS电脑之间的电路切断时，电脑备用电源能在6s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6s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6s之后，备用电源供电能力降低，电脑备用电源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，SRS气囊不能充气膨开。

（3）保护电路和稳压电路

在汽车电器系统中，许多电器部件带有电感线圈，电器开关琳琅满目，电器负载变化频繁。当线圈电流接通或切断、开关接通或断开、负载电流突然变化时，都会产生瞬时脉冲电压即过电压，这些过电压如果加到安全气囊系统电路上，系统中的电子元件就可能因电压过高而导致损坏。为了防止安全气囊系统元件遭受损害，SRS控制模块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。

3、SRS指示灯

SRS指示灯是安全气囊系统指示灯的简称。SRS指示灯又称为SRS警告灯或SRS警示灯。SRS指示灯安装在驾驶室仪表盘面膜的下面，并在面膜表面的相应位置制作有图形或 SRS、AIR BAG等字样表示。

SRS指示灯的功用是指示安全气囊系统功能是否处于正常状态。当点火开关接通“ON”或“ACC”位置后，如果SRS指示灯发亮或闪亮约6s〈闪6下〉后自动熄灭，表示安全气囊系统功能正常。如果SRS指示灯不亮、一直发亮或在汽车行驶途中突然发亮或闪亮，表示自诊断系统发现安全气囊系统有故障，应及时排除。自诊断系统在控制SRS指示灯发亮或闪亮的同时，还会将所发现的故障编成代码存储在存储器中。检查或排除安全气囊系统故障时，首先应用专用检测仪器或通过特定方式从诊断插座或通讯接口调出故障代码(通常称为故障码〉，以便快速查寻与排除故障。实践证明，在汽车遭受碰撞，气囊已经碰开后，故障码一般难以调出。如此设计的目的是要求在SRS气囊引爆后，必须更换SRS电脑。

4、气囊组件

气囊组件由充气元件和气囊组成，均安装在方向盘内或工具箱上端，不可分解。充气元件由电爆管、点火药粉及气体发生剂组成。充气元件的功用是给气囊充气。气囊由尼龙布制成，内表面敷有树脂。

车辆发生碰撞时，碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通， SRS电脑接通引爆电路，使电流流过电爆管，使其发热将电爆管内的点火介质引燃，火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂，产生大量气体。气体经滤网冷却后进入气囊内，气囊急剧膨胀，冲破方向盘，缓冲对驾驶员和乘员的冲击。充气元件与气囊安装在方向盘上，与方向盘一起转动，电爆管与SRS电脑之间的导线联接是靠螺旋导线〈游丝〉来联接的。^[1]

安全性能

（图）安全气囊系统

此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，在人体可忍受的范围；气囊中78％的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折叠状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。

万事都是一把双刃剑，安全气囊同样也有它不安全的一面。据计算，若汽车以60km的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错，就有可能酿出一场“悲剧”。

安全气囊得到了飞速的发展，价格大幅度下降，装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全气囊（即双安全气囊规格），乘客用的安全气囊与驾车者用的安全气囊相似，只是气囊的体积要大些，所需的气体也多一些而已。进入90年代以来，安全气囊的安全性能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护自己有很重要的作用，但对于驾驶员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的！^[1]

1、传感器的性能：考虑适当配置可兼顾展开条件和不展开条件的 RCM及边缘传感器或在碰撞判断方法上下工夫，以确保碰撞识别性能。

2、能量吸收性能：安全气囊与车身碰撞缓解、安全带及其他内饰件能量吸收性能匹配，碰撞发生时，降低乘员伤害。

3、降低损害性：采取黏贴警告标志、用户启蒙教育及降低安全气囊弹出力等措施，避免由于安全气囊的展开而发生的事故。

注意事项

安全气囊为一次性产品

每个气囊只能使用一次，也就是说气囊只要引爆就不再有下一次保护的能力，也不能塞回去再使用，引爆后须回厂换一个新的气囊。在美国，重新装置一套新气囊和感应系统及整组电脑控制器，一般需要3000美元左右，虽说比较贵，但为了生命安全，这俩钱还是不能省的！

不要在气囊的前方、上方或近处放置物品

注意不要在气囊的前方、上方或近处放置物品，因为在紧急时刻这些物品有可能妨碍气囊充气或被抛射出去，造成更大的危险。在车室内安装收音机、CD机等附件时，要遵照汽车厂的规定，不要随意修改属于安全气囊系统的零件及线路，否则会影响气囊工作。

何时应考虑关闭气囊

在乘坐者之中若有儿童应格外受到关注。由于气囊充气可能对前排儿童产生意外危险，所以最好把儿童安排在后中间位置，并固定好。在副驾驶位无人或必须坐儿童的情况下，应考虑关闭气囊开关。

何时需要修理气囊

要注意观察位于仪表盘上的安全气囊警告灯。在正常情况下，点火开关转到“ACC”或“ON”位置时，警告灯会亮大约6秒钟，进行自检，然后熄灭，若警告灯一直亮，则表明安全气囊系统有故障，应立即进行修理。否则，就有可能出现气囊不起作用或误弹出的情况。

类型分类

前方气囊

驾驶席用正面安全气囊：安全气囊模块安装在方向盘中央位置，气囊具有45-60L的容积，作用在于缓解正面碰撞时驾驶者与方向盘的二次碰撞。

副驾驶席用正面安全气囊：该气囊模块放置在仪表板内，正面碰撞时展开，覆盖仪表板，气囊具有70-200L容积，作用在于缓解正面碰撞时副驾驶席乘员与仪表板及前风挡玻璃框的二次碰撞。

侧面安全气囊

侧面安全气囊模块安装座椅席靠背侧面或车门护板内，具有8-16L容积，作用在于缓解侧面碰撞时乘员与车门护板、侧窗框及车室外的碰撞物的二次碰撞。一般有两种形式：一种是只保护乘员胸部，另一种是胸部和头部都保护。

帘式安全气囊

安全气囊模块安装在顶棚内衬的外侧边沿内，充气机构在其前端、后端或中间部，具有15-40L的容积，作用在于缓解侧面碰撞时乘员与侧窗框及车室外的碰撞物的二次碰撞。根据乘员的保护范围，可分为仅保护前席、保护前席及后席、保护前席、后席及第三排3种类型。

膝部安全气囊

安全气囊模块安装在仪表板下部，气囊容积为10L左右，作用在于缓解正面碰撞时前席乘员的下肢与转向柱下部及仪表板下部的二次碰撞。

智能安全气囊

增设多普勒车速传感器（Doppler Speed Sensor）,监测汽车与障碍物的相对速度。加装红外乘员传感器（Infrared Sensor）,检测乘员的有无与身材大小。安全带加装收紧装置，气囊起爆前先收紧安全带缓解冲撞损失，碰撞后自动解除收紧力。车速低于16Km/h时，只收紧安全带不引爆气囊。

扩张ACM的控制范围，增加逻辑运算功能，运筹不同车速和加速度下的最佳控制模式，根据乘员红外信号决定适当的充气压力和膨胀信号。

故障诊断功能

为防止安全气囊系统发生故障，在发生事故时不弹出或在正常行驶时弹出，设计时应充分考虑一下各点：

1、故障安全装置设计：除主微处理器外，还设置动作监视微处理器，将重要部分的设计做到万无一失。

2、备份电源：发生事故时，蓄电池电源无法供电时，装备辅助电源（通常为电容器）防止安全气囊系统失效。

3、故障诊断功能：判断线束的断线、短路，各传感器的动作状态及系统整体有无故障，以警示灯等形式提醒用户进行检测修理。

循环再利用

安全气囊的充气装置内装有推进剂或类似火药的材料，装有这些材料的汽车在报废时，必须采取措施，以免发生事故。为提高循环再利用的作业效率，在汽车上安装有打开安全气囊的处理端子通用标准。