汽车电子安全气囊（SRS）系统的剖析与发展方向

董 慧

海南省交通高级技工学校

汽车电子安全气囊（SRS）系统的剖析与发展方向

董 慧

海南省交通高级技工学校

汽车电子安全气囊（SRS）系统是现代汽车及其常用的一种被动安全性保护系统。目前，欧美各国及日本、韩国、印度等地都先后纷纷立法或制定强制性规范要求汽车装配安全气囊。我国近年来也有人大代表提出类似提案，建议以立法的形式强制要求汽车生产商加装SRS系统，用以增强行车安全性。本文从汽车电子安全气囊（SRS）系统的发展、构造、原理及改进方向四个方面剖析了电子安全气囊的相关知识。

电子安全气囊 汽车碰撞 电子控制装置

汽车工业的发展和汽车的大范围普及给我们的生活带来了巨大的便利，但随之而来的各类交通事故也常常造成人身和财产的重大损失，使我们不得不越来越重视汽车的安全性。正式这种重视，促进了汽车电子安全气囊（SRS）系统的产生和快速发展。

电子安全气囊（electronic control of safety airbag）系统是一套被动的安全保护系统，当它与座椅安全带配合使用时，可以为司乘人员提供有效的防撞保护。当汽车发生碰撞事故时，汽车安全气囊可使车上人员的头部受伤概率减少25%左右，面部受伤概率减少8 0%左右。

一、汽车电子安全气囊(SRS)的发展概况。

1952年，美国汽车生产者首先提出了用安全气囊来保护汽车驾驶员的理念；1953年，第一个安全气囊就诞生了。但是，被当时的技术水平所限，直到1980年，第一台装有安全气囊的汽车才走下德国默谢台斯公司的生产线并从此迅猛发展；到1985年，全美市场的汽车上都安装上了这种安全系统。

汽车电子安全气囊（SRS）在我国的发展始于上世纪80年代末，经过半个世纪的起伏波折，现在已经成功完成了由少数高档轿车向大多数中低端轿车的普及。

安全气囊的普及与立法有密不可分的联系。自1995年美国国会立法强制要求汽车装配安全气囊以来，欧美各国及日本、韩国、印度等地都先后纷纷立法或制定强制性规范要求汽车装配安全气囊。我国近年来也有人大代表提出类似提案，建议以立法的形式强制要求汽车生产商加装SRS系统，用以增强行车安全性。

二、汽车电子安全气囊(SRS)的组成。

电子式安全气囊（SRS）系统由碰撞传感器、电子控制装置（也称气囊传感器总成或中央气囊传感器总成）、充气装置、气囊和螺旋电缆组成。有些车型还在这一系统上增加电子式安全带收紧器。（通常将充气装置和气囊组合为一体。）（见图1）

图1

碰撞传感器的主要作用是收集数据。一般来说，每个安全气囊（SRS）设有3-4个碰撞传感器，分别安装在汽车的前部和中部位置，如汽车前两翼子板内侧、两侧前照灯支架下面、发动机散热器（俗称水箱）支架左右两侧、左右仪表盘下面和SRS ECU内部等。按照用途的不同，碰撞传感器分为触发碰撞传感器和防护碰撞传感器。触发碰撞传感器又称碰撞强度传感器，用于检测在发生碰撞时加速度的数值变化，并且将碰撞信号传递到气囊电脑，用以作为气囊电脑的触发信号；防护碰撞传感器又称安全碰撞传感器，它的作用是与触发碰撞传感器串联，用于防止气囊的误爆。

电子控制装置（SRS ECU）是SRS的大脑。它主要由：安全气囊（SRS）逻辑模块、信号处理电路、备用电源电路、保护电路和稳压电路等组成。多数情况下保险传感器也与SRS ECU一起被制作在SRS控制组件中。其中SRS逻辑模块 的主要任务是检测碰撞传感器的信号，判断气囊是否应该张开，引爆安全气囊。并包含故障自诊断功能； 信号处理电路的作用是对传感器检测的信号进行整形、放大和滤波；备用电源电路主要由电源控制电路和2个电容器组成，点火开关接通10s后可供电；断电后能在6s引爆气囊。

安全气囊其它组件主要以气囊的硬件设施为主。包含气体发生器、点火器、气囊、饰盖和底板组成等。气体发生器主要由上盖、下盖、充气剂（片状叠氮化钠）和金属滤网组成。其作用是当点火器引爆点火剂的瞬间，点火剂会产生大量热量，氮化钠受热立即分解释放氮气，并从充气孔充入气囊。点火器的主要作用是当SRS ECU发出点火指令时，电热丝电路接通，电热丝迅速红热引爆引药，引爆炸药瞬间爆炸产生热量，药筒内温度和压力急剧升高并冲破药筒，使充气剂受热分解释放氮气充入气囊。 气囊按布置位置可分为驾驶员侧气囊、乘客侧气囊、后排气囊、侧面气囊、顶部气囊等；按大小可分为保护整个上身的大型气囊和主要保护面部的小型护面气囊。驾驶员侧气囊多采用尼龙布涂氯丁橡胶或有机硅制成。橡胶涂层起密封和引燃作用；气囊背面有两个泄气孔；乘客侧气囊没有涂层，靠尼龙布本身的孔隙泄气。 饰盖是气囊组件的盖板，上面模制有撕缝，以便气囊能冲破饰盖膨开；气囊和充气器装在底板上，底板装在方向盘或车身上，气囊膨开时，底板承受气囊的反力。

三、汽车电子安全气囊(SRS)的作用过程。

汽车在发生事故时，一般有两种碰撞形式：一次碰撞和二次碰撞。一次碰撞是指汽车与汽车或汽车与障碍物之间的碰撞。二次碰撞则是指一次碰撞后，驾驶员和乘员受惯性力作用与车内的方向盘、挡风玻璃或仪表台等构件发生的碰撞。其中二次碰撞才是车上人员遭受伤害的主要原因。（见图2）

简单来说，安全气囊的原理就是当汽车遭受碰撞时，在司机与方向盘或乘客与车内构件中间设置一个气垫，利用气垫上小孔的排气节流作用来吸收碰撞时所产生的动能，从而减轻司乘人员在撞击时遭受伤害的程度。

安全气囊系统（SRS）的动作时序为：（见图3）

a、碰撞发生10ms后，引爆系统达到引爆极限，点火器点燃气体发生器产生氮气，此时司机仍然直坐。

b、碰撞发生40ms后，气囊已完全充气，司机向前移动，安全带斜系在司机身上且被拉长，部分冲击能量被吸收。

c、碰撞发生80ms后，司机的头部和身体上半部沉向气囊，气囊后面的排气孔将气体在一定压力下匀速逸出。

d、碰撞发生110ms后，司机向后移动回到座椅上，大部分氮气从气囊中逸出，前方视野恢复清晰。

气囊动作时间极短，从开始充入气体到完全充满约耗时30 ms；从汽车受到碰撞到安全气囊收缩，需要120 ms左右，而我们的眼眨一次所用的时间约为300 ms。

图2

图3

四、汽车电子安全气囊(SRS)系统的主要缺陷和发展方向

作为一项新技术，电子安全气囊也不可避免的有它不完美的一面。在理论环境下，当汽车以60km的时速行驶时，突然的撞击会令汽车在0.2秒之内停下，而安全气囊则会以约300km/h的速度弹出，其产生的撞击力约180公斤左右，这对于人体的头、颈部等较脆弱的部位来说是很难承受的。因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有偏差，就有可能酿成新的事故。例如：汽车在低速行驶过程中，如果发生碰撞事故，车上人员系上安全带就可以保证安全，完全不需要气囊的保护。若此时安全气囊弹出，不但会造成不必要的浪费，还可能因气囊充气过程中的冲力加重碰撞伤害；SRS系统启动时会冲开气囊盖板，并且在瞬间展开充气，这很可能对车上乘客造成较大冲击；其所产生的灼热气体也很可能灼伤司乘人员。另外.当乘客偏离座位、座位上无人或儿童乘坐时，SRS系统的启动不仅起不到应有的保护作用，还可能会对车上人员造成一定程度的伤害。

由此可知，电子安全气囊的设计初衷是用来减轻重大交通事故时的人身伤亡，但在一些相对轻微的交通事故中，系统的过度灵敏，反而会加大作用力，适得其反，造成不必要的伤害。

针对以上问题，在安全气囊展开前，我们需要其系统能够精确感应汽车的碰撞情况，并判断碰撞事故的严重级别，如果级别较低，只要将安全带的预紧机构拉紧就可以了；只有当碰撞级别比较高，需要启动安全气囊时，才将指令传递出去。这就要求SRS系统能够准确地感应所发生的碰撞事故级别；并模仿人类大脑，根据综合数据判定安全气囊是否需要展开。另外也要求其能够针对不同体形的乘客适当的调整参数，实现安全气囊的可变性。