汽車電子安全氣囊（SRS）系統的剖析與發展方向

董 慧

海南省交通高級技工學校

汽車電子安全氣囊（SRS）系統的剖析與發展方向

董 慧

海南省交通高級技工學校

汽車電子安全氣囊（SRS）系統是現代汽車及其常用的一種被動安全性保護系統。目前，歐美各國及日本、韓國、印度等地都先后紛紛立法或制定強制性規范要求汽車裝配安全氣囊。我國近年來也有人大代表提出類似提案，建議以立法的形式強制要求汽車生產商加裝SRS系統，用以增強行車安全性。本文從汽車電子安全氣囊（SRS）系統的發展、構造、原理及改進方向四個方面剖析了電子安全氣囊的相關知識。

電子安全氣囊 汽車碰撞 電子控制裝置

汽車工業的發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產的重大損失，使我們不得不越來越重視汽車的安全性。正式這種重視，促進了汽車電子安全氣囊（SRS）系統的產生和快速發展。

電子安全氣囊（electronic control of safety airbag）系統是一套被動的安全保護系統，當它與座椅安全帶配合使用時，可以為司乘人員提供有效的防撞保護。當汽車發生碰撞事故時，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)的發展概況。

1952年，美國汽車生產者首先提出了用安全氣囊來保護汽車駕駛員的理念；1953年，第一個安全氣囊就誕生了。但是，被當時的技術水平所限，直到1980年，第一臺裝有安全氣囊的汽車才走下德國默謝臺斯公司的生產線并從此迅猛發展；到1985年，全美市場的汽車上都安裝上了這種安全系統。

汽車電子安全氣囊（SRS）在我國的發展始于上世紀80年代末，經過半個世紀的起伏波折，現在已經成功完成了由少數高檔轎車向大多數中低端轎車的普及。

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

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據。一般來說，每個安全氣囊（SRS）設有3-4個碰撞傳感器，分別安裝在汽車的前部和中部位置，如汽車前兩翼子板內側、兩側前照燈支架下面、發動機散熱器（俗稱水箱）支架左右兩側、左右儀表盤下面和SRS ECU內部等。按照用途的不同，碰撞傳感器分為觸發碰撞傳感器和防護碰撞傳感器。觸發碰撞傳感器又稱碰撞強度傳感器，用于檢測在發生碰撞時加速度的數值變化，并且將碰撞信號傳遞到氣囊電腦，用以作為氣囊電腦的觸發信號；防護碰撞傳感器又稱安全碰撞傳感器，它的作用是與觸發碰撞傳感器串聯，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、信號處理電路、備用電源電路、保護電路和穩壓電路等組成。多數情況下保險傳感器也與SRS ECU一起被制作在SRS控制組件中。其中SRS邏輯模塊 的主要任務是檢測碰撞傳感器的信號，判斷氣囊是否應該張開，引爆安全氣囊。并包含故障自診斷功能； 信號處理電路的作用是對傳感器檢測的信號進行整形、放大和濾波；備用電源電路主要由電源控制電路和2個電容器組成，點火開關接通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施為主。包含氣體發生器、點火器、氣囊、飾蓋和底板組成等。氣體發生器主要由上蓋、下蓋、充氣劑（片狀疊氮化鈉）和金屬濾網組成。其作用是當點火器引爆點火劑的瞬間，點火劑會產生大量熱量，氮化鈉受熱立即分解釋放氮氣，并從充氣孔充入氣囊。點火器的主要作用是當SRS ECU發出點火指令時，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生熱量，藥筒內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氣充入氣囊。 氣囊按布置位置可分為駕駛員側氣囊、乘客側氣囊、后排氣囊、側面氣囊、頂部氣囊等；按大小可分為保護整個上身的大型氣囊和主要保護面部的小型護面氣囊。駕駛員側氣囊多采用尼龍布涂氯丁橡膠或有機硅制成。橡膠涂層起密封和引燃作用；氣囊背面有兩個泄氣孔；乘客側氣囊沒有涂層，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，底板承受氣囊的反力。

三、汽車電子安全氣囊(SRS)的作用過程。

汽車在發生事故時，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的方向盤、擋風玻璃或儀表臺等構件發生的碰撞。其中二次碰撞才是車上人員遭受傷害的主要原因。（見圖2）

簡單來說，安全氣囊的原理就是當汽車遭受碰撞時，在司機與方向盤或乘客與車內構件中間設置一個氣墊，利用氣墊上小孔的排氣節流作用來吸收碰撞時所產生的動能，從而減輕司乘人員在撞擊時遭受傷害的程度。

安全氣囊系統（SRS）的動作時序為：（見圖3）

a、碰撞發生10ms后，引爆系統達到引爆極限，點火器點燃氣體發生器產生氮氣，此時司機仍然直坐。

b、碰撞發生40ms后，氣囊已完全充氣，司機向前移動，安全帶斜系在司機身上且被拉長，部分沖擊能量被吸收。

c、碰撞發生80ms后，司機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、碰撞發生110ms后，司機向后移動回到座椅上，大部分氮氣從氣囊中逸出，前方視野恢復清晰。

氣囊動作時間極短，從開始充入氣體到完全充滿約耗時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間約為300 ms。

圖2

圖3

四、汽車電子安全氣囊(SRS)系統的主要缺陷和發展方向

作為一項新技術，電子安全氣囊也不可避免的有它不完美的一面。在理論環境下，當汽車以60km的時速行駛時，突然的撞擊會令汽車在0.2秒之內停下，而安全氣囊則會以約300km/h的速度彈出，其產生的撞擊力約180公斤左右，這對于人體的頭、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，完全不需要氣囊的保護。若此時安全氣囊彈出，不但會造成不必要的浪費，還可能因氣囊充氣過程中的沖力加重碰撞傷害；SRS系統啟動時會沖開氣囊蓋板，并且在瞬間展開充氣，這很可能對車上乘客造成較大沖擊；其所產生的灼熱氣體也很可能灼傷司乘人員。另外.當乘客偏離座位、座位上無人或兒童乘坐時，SRS系統的啟動不僅起不到應有的保護作用，還可能會對車上人員造成一定程度的傷害。

由此可知，電子安全氣囊的設計初衷是用來減輕重大交通事故時的人身傷亡，但在一些相對輕微的交通事故中，系統的過度靈敏，反而會加大作用力，適得其反，造成不必要的傷害。

針對以上問題，在安全氣囊展開前，我們需要其系統能夠精確感應汽車的碰撞情況，并判斷碰撞事故的嚴重級別，如果級別較低，只要將安全帶的預緊機構拉緊就可以了；只有當碰撞級別比較高，需要啟動安全氣囊時，才將指令傳遞出去。這就要求SRS系統能夠準確地感應所發生的碰撞事故級別；并模仿人類大腦，根據綜合數據判定安全氣囊是否需要展開。另外也要求其能夠針對不同體形的乘客適當的調整參數，實現安全氣囊的可變性。