董 慧

海南省交通高級(jí)技工學(xué)校

汽車電子安全氣囊（SRS）系統(tǒng)的剖析與發(fā)展方向

董 慧

海南省交通高級(jí)技工學(xué)校

汽車電子安全氣囊（SRS）系統(tǒng)是現(xiàn)代汽車及其常用的一種被動(dòng)安全性保護(hù)系統(tǒng)。目前，歐美各國(guó)及日本、韓國(guó)、印度等地都先后紛紛立法或制定強(qiáng)制性規(guī)范要求汽車裝配安全氣囊。我國(guó)近年來也有人大代表提出類似提案，建議以立法的形式強(qiáng)制要求汽車生產(chǎn)商加裝SRS系統(tǒng)，用以增強(qiáng)行車安全性。本文從汽車電子安全氣囊（SRS）系統(tǒng)的發(fā)展、構(gòu)造、原理及改進(jìn)方向四個(gè)方面剖析了電子安全氣囊的相關(guān)知識(shí)。

電子安全氣囊 汽車碰撞 電子控制裝置

汽車工業(yè)的發(fā)展和汽車的大范圍普及給我們的生活帶來了巨大的便利，但隨之而來的各類交通事故也常常造成人身和財(cái)產(chǎn)的重大損失，使我們不得不越來越重視汽車的安全性。正式這種重視，促進(jìn)了汽車電子安全氣囊（SRS）系統(tǒng)的產(chǎn)生和快速發(fā)展。

電子安全氣囊（electronic control of safety airbag）系統(tǒng)是一套被動(dòng)的安全保護(hù)系統(tǒng)，當(dāng)它與座椅安全帶配合使用時(shí)，可以為司乘人員提供有效的防撞保護(hù)。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞事故時(shí)，汽車安全氣囊可使車上人員的頭部受傷概率減少25%左右，面部受傷概率減少8 0%左右。

一、汽車電子安全氣囊(SRS)的發(fā)展概況。

1952年，美國(guó)汽車生產(chǎn)者首先提出了用安全氣囊來保護(hù)汽車駕駛員的理念；1953年，第一個(gè)安全氣囊就誕生了。但是，被當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平所限，直到1980年，第一臺(tái)裝有安全氣囊的汽車才走下德國(guó)默謝臺(tái)斯公司的生產(chǎn)線并從此迅猛發(fā)展；到1985年，全美市場(chǎng)的汽車上都安裝上了這種安全系統(tǒng)。

汽車電子安全氣囊（SRS）在我國(guó)的發(fā)展始于上世紀(jì)80年代末，經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的起伏波折，現(xiàn)在已經(jīng)成功完成了由少數(shù)高檔轎車向大多數(shù)中低端轎車的普及。

安全氣囊的普及與立法有密不可分的聯(lián)系。自1995年美國(guó)國(guó)會(huì)立法強(qiáng)制要求汽車裝配安全氣囊以來，歐美各國(guó)及日本、韓國(guó)、印度等地都先后紛紛立法或制定強(qiáng)制性規(guī)范要求汽車裝配安全氣囊。我國(guó)近年來也有人大代表提出類似提案，建議以立法的形式強(qiáng)制要求汽車生產(chǎn)商加裝SRS系統(tǒng)，用以增強(qiáng)行車安全性。

二、汽車電子安全氣囊(SRS)的組成。

電子式安全氣囊（SRS）系統(tǒng)由碰撞傳感器、電子控制裝置（也稱氣囊傳感器總成或中央氣囊傳感器總成）、充氣裝置、氣囊和螺旋電纜組成。有些車型還在這一系統(tǒng)上增加電子式安全帶收緊器。（通常將充氣裝置和氣囊組合為一體。）（見圖1）

圖1

碰撞傳感器的主要作用是收集數(shù)據(jù)。一般來說，每個(gè)安全氣囊（SRS）設(shè)有3-4個(gè)碰撞傳感器，分別安裝在汽車的前部和中部位置，如汽車前兩翼子板內(nèi)側(cè)、兩側(cè)前照燈支架下面、發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器（俗稱水箱）支架左右兩側(cè)、左右儀表盤下面和SRS ECU內(nèi)部等。按照用途的不同，碰撞傳感器分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞傳感器又稱碰撞強(qiáng)度傳感器，用于檢測(cè)在發(fā)生碰撞時(shí)加速度的數(shù)值變化，并且將碰撞信號(hào)傳遞到氣囊電腦，用以作為氣囊電腦的觸發(fā)信號(hào)；防護(hù)碰撞傳感器又稱安全碰撞傳感器，它的作用是與觸發(fā)碰撞傳感器串聯(lián)，用于防止氣囊的誤爆。

電子控制裝置（SRS ECU）是SRS的大腦。它主要由：安全氣囊（SRS）邏輯模塊、信號(hào)處理電路、備用電源電路、保護(hù)電路和穩(wěn)壓電路等組成。多數(shù)情況下保險(xiǎn)傳感器也與SRS ECU一起被制作在SRS控制組件中。其中SRS邏輯模塊 的主要任務(wù)是檢測(cè)碰撞傳感器的信號(hào)，判斷氣囊是否應(yīng)該張開，引爆安全氣囊。并包含故障自診斷功能； 信號(hào)處理電路的作用是對(duì)傳感器檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行整形、放大和濾波；備用電源電路主要由電源控制電路和2個(gè)電容器組成，點(diǎn)火開關(guān)接通10s后可供電；斷電后能在6s引爆氣囊。

安全氣囊其它組件主要以氣囊的硬件設(shè)施為主。包含氣體發(fā)生器、點(diǎn)火器、氣囊、飾蓋和底板組成等。氣體發(fā)生器主要由上蓋、下蓋、充氣劑（片狀疊氮化鈉）和金屬濾網(wǎng)組成。其作用是當(dāng)點(diǎn)火器引爆點(diǎn)火劑的瞬間，點(diǎn)火劑會(huì)產(chǎn)生大量熱量，氮化鈉受熱立即分解釋放氮?dú)?，并從充氣孔充入氣囊。點(diǎn)火器的主要作用是當(dāng)SRS ECU發(fā)出點(diǎn)火指令時(shí)，電熱絲電路接通，電熱絲迅速紅熱引爆引藥，引爆炸藥瞬間爆炸產(chǎn)生熱量，藥筒內(nèi)溫度和壓力急劇升高并沖破藥筒，使充氣劑受熱分解釋放氮?dú)獬淙霘饽摇?氣囊按布置位置可分為駕駛員側(cè)氣囊、乘客側(cè)氣囊、后排氣囊、側(cè)面氣囊、頂部氣囊等；按大小可分為保護(hù)整個(gè)上身的大型氣囊和主要保護(hù)面部的小型護(hù)面氣囊。駕駛員側(cè)氣囊多采用尼龍布涂氯丁橡膠或有機(jī)硅制成。橡膠涂層起密封和引燃作用；氣囊背面有兩個(gè)泄氣孔；乘客側(cè)氣囊沒有涂層，靠尼龍布本身的孔隙泄氣。 飾蓋是氣囊組件的蓋板，上面模制有撕縫，以便氣囊能沖破飾蓋膨開；氣囊和充氣器裝在底板上，底板裝在方向盤或車身上，氣囊膨開時(shí)，底板承受氣囊的反力。

三、汽車電子安全氣囊(SRS)的作用過程。

汽車在發(fā)生事故時(shí)，一般有兩種碰撞形式：一次碰撞和二次碰撞。一次碰撞是指汽車與汽車或汽車與障礙物之間的碰撞。二次碰撞則是指一次碰撞后，駕駛員和乘員受慣性力作用與車內(nèi)的方向盤、擋風(fēng)玻璃或儀表臺(tái)等構(gòu)件發(fā)生的碰撞。其中二次碰撞才是車上人員遭受傷害的主要原因。（見圖2）

簡(jiǎn)單來說，安全氣囊的原理就是當(dāng)汽車遭受碰撞時(shí)，在司機(jī)與方向盤或乘客與車內(nèi)構(gòu)件中間設(shè)置一個(gè)氣墊，利用氣墊上小孔的排氣節(jié)流作用來吸收碰撞時(shí)所產(chǎn)生的動(dòng)能，從而減輕司乘人員在撞擊時(shí)遭受傷害的程度。

安全氣囊系統(tǒng)（SRS）的動(dòng)作時(shí)序?yàn)椋海ㄒ妶D3）

a、碰撞發(fā)生10ms后，引爆系統(tǒng)達(dá)到引爆極限，點(diǎn)火器點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生器產(chǎn)生氮?dú)?，此時(shí)司機(jī)仍然直坐。

b、碰撞發(fā)生40ms后，氣囊已完全充氣，司機(jī)向前移動(dòng)，安全帶斜系在司機(jī)身上且被拉長(zhǎng)，部分沖擊能量被吸收。

c、碰撞發(fā)生80ms后，司機(jī)的頭部和身體上半部沉向氣囊，氣囊后面的排氣孔將氣體在一定壓力下勻速逸出。

d、碰撞發(fā)生110ms后，司機(jī)向后移動(dòng)回到座椅上，大部分氮?dú)鈴臍饽抑幸莩?，前方視野恢?fù)清晰。

氣囊動(dòng)作時(shí)間極短，從開始充入氣體到完全充滿約耗時(shí)30 ms；從汽車受到碰撞到安全氣囊收縮，需要120 ms左右，而我們的眼眨一次所用的時(shí)間約為300 ms。

圖2

圖3

四、汽車電子安全氣囊(SRS)系統(tǒng)的主要缺陷和發(fā)展方向

作為一項(xiàng)新技術(shù)，電子安全氣囊也不可避免的有它不完美的一面。在理論環(huán)境下，當(dāng)汽車以60km的時(shí)速行駛時(shí)，突然的撞擊會(huì)令汽車在0.2秒之內(nèi)停下，而安全氣囊則會(huì)以約300km/h的速度彈出，其產(chǎn)生的撞擊力約180公斤左右，這對(duì)于人體的頭、頸部等較脆弱的部位來說是很難承受的。因此，如果安全氣囊彈出的角度、力度稍有偏差，就有可能釀成新的事故。例如：汽車在低速行駛過程中，如果發(fā)生碰撞事故，車上人員系上安全帶就可以保證安全，完全不需要?dú)饽业谋Ｗo(hù)。若此時(shí)安全氣囊彈出，不但會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，還可能因氣囊充氣過程中的沖力加重碰撞傷害；SRS系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)沖開氣囊蓋板，并且在瞬間展開充氣，這很可能對(duì)車上乘客造成較大沖擊；其所產(chǎn)生的灼熱氣體也很可能灼傷司乘人員。另外.當(dāng)乘客偏離座位、座位上無人或兒童乘坐時(shí)，SRS系統(tǒng)的啟動(dòng)不僅起不到應(yīng)有的保護(hù)作用，還可能會(huì)對(duì)車上人員造成一定程度的傷害。

由此可知，電子安全氣囊的設(shè)計(jì)初衷是用來減輕重大交通事故時(shí)的人身傷亡，但在一些相對(duì)輕微的交通事故中，系統(tǒng)的過度靈敏，反而會(huì)加大作用力，適得其反，造成不必要的傷害。

針對(duì)以上問題，在安全氣囊展開前，我們需要其系統(tǒng)能夠精確感應(yīng)汽車的碰撞情況，并判斷碰撞事故的嚴(yán)重級(jí)別，如果級(jí)別較低，只要將安全帶的預(yù)緊機(jī)構(gòu)拉緊就可以了；只有當(dāng)碰撞級(jí)別比較高，需要啟動(dòng)安全氣囊時(shí)，才將指令傳遞出去。這就要求SRS系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地感應(yīng)所發(fā)生的碰撞事故級(jí)別；并模仿人類大腦，根據(jù)綜合數(shù)據(jù)判定安全氣囊是否需要展開。另外也要求其能夠針對(duì)不同體形的乘客適當(dāng)?shù)恼{(diào)整參數(shù)，實(shí)現(xiàn)安全氣囊的可變性。