汽车安全气囊的工作原理和工作过程是怎样的?

1 前言
随着汽车综合性能的提高，
汽车的安全装置越来越重要，汽车的安装置分为主动安全和被动安全两种，主动安全装置(如ABS、ASR等)是指汽车防止发生事故的能力，被动安全装置是指汽车一旦发生事故，汽车保护乘员的能力。汽车发生事故时，对乘员的伤害是在瞬间发生的，例如，以车速50公里/时进行正面撞车时，其发生时间只有十分之一秒左右。为了在这样短暂的时间中防止或减小对乘员的伤害，
目前汽车主要装有安全带、防撞式车身和安全气囊防护系统(SRS是英文Supplemental RestraintSystem的缩写)等。
2 汽车安全气囊发展

安全气囊是1953年由美国人约翰·赫缀克发明的。1973年日本本田汽车公司引进安全气囊技术进行实车应用。经过了30多年的漫长历程，直至1984年，汽车碰撞安全标准(FMVSS208)在美国经多次被废除后又重新被认可并开始实施，

其中规定从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，同时还要求1998年以后的新轿车都装备驾驶者和乘客用的安全气囊，自此才确认了安全气囊的作用。如今，这个在当年颇具创意性的发明已转为千百万个产品，种类也发展为正面气囊、侧面气囊、安全气帘等等。各国生产的中高级轿车，大多数都装有安全气囊，有些轿车已将安全气囊列入必装件。在国内消费者对汽车被动安全性能的要求也越来越高，
但目前除了极少数高级车装备了侧面气囊之外，大部分车型还只是安装了正面气囊。
3 汽车安全气囊系统的基本组成及工作过程
3.1 汽车安全气囊系统的基本组成

驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘衬垫内，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。按其总体结构可分为机械式和电子式安全气囊系统两类。机械式安全气囊不需要电源，检测碰撞和引爆点火剂都是利用机械装置来完成。电子式安全气囊是机械式安全气囊与电子技术结合的产物。目前汽车采用的安全气囊系统普遍都是电子式安全气囊系统。电子式安全气囊系统主要由碰撞传感器、微处理器(SRSECU)、辅助防护系统指示灯(SRS指示灯)、气体发生器和气囊等主要部件组成，如下图为汽车安全气囊系统的组成示意图1。

碰撞传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送信号；气体发生器根据信号指示产生点火动作，点燃固态燃料并产生气体向气囊充气，使气囊迅速膨胀。气囊装在方向盘毂内紧靠缓冲垫处，其容量约50至90升不等，做气囊的布料具有很高的抗拉强度，多以尼龙材质制成，折叠起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起爆发时被冲破；为了防止气体泄漏，气囊内层涂有密封橡胶；同时气囊设有安全阀，当充气过量或囊内压力超过一定值时会自动泄放部分气体，避免将乘客挤压受伤。气囊中所用的气体多为氮气。
3.2 汽车安全气囊的工作过程
汽车在行驶中发生一定强度碰撞后，传感器开关启动，控制线路即开始处于工作状态，并接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，接着瞬时快速加热，将内含的氮化钠推进剂点燃。安全气囊组件工作过程如(图2)。
(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”通电后着火，然后再点燃充气器组件内的扩爆剂，扩爆剂又称为引爆管。
(3)扩爆剂点燃后，点燃主装药-主推进剂。传统的主推进剂由氮化钠加氧化剂组成，也有些使用压缩氮气或氩气，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；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。
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。
4 安全气囊系统的检修
如果安全气囊已经引爆，
必须更换而不能修复使用。检修安全气囊系统与检修汽车的其它系统不同，若操作错误，可能使安全气囊意外引爆导致伤亡。各个厂家采用的传感器、充气器类别和级数、引爆电路布局、引爆～扩爆～推进剂等都有差别，因此，对安全气囊系统检修的注意事项，大致归纳如下，详细作业应严格按各车型维修手册的规定。

安全气囊系统的故障，必须采用显码法、外接仪器诊断法、闪码法或参数测量法以确定故障部位，再进入维修或换件阶段；检修安全气囊系统时，将点火开关转至“LOCK”位置以及拆下蓄电池负极电缆，还需再等2～5分钟(让电能贮存电容器放电完毕)以上，才能进行维修工作，否则安全气囊有不适时引爆张开的危险；
不能用万用表测量安全气囊组件引爆电阻的阻值(引爆电阻时所需的电流极小，万用表电阻档的输出电流一般都大于引爆电流，
即使选用输出电流只有几毫安培的高阻档， 也不能保证安全气囊不会误爆)。目前，大多进口汽车的车型都用安全气囊ECU内的诊断电路，
发送比引爆电流微弱许多的监测电流对引爆电阻实行检测。假设方向盘内螺旋电缆聚酯薄膜与铜导体面间的阻值在规定容限，各接触面(点)接触良好，将引爆电阻从引爆电路分离，
确诊了安全气囊ECU功效正常后，才可以诊断引爆电阻。下面以奥迪A6轿车SRS系统为例做简要介绍。
4.1 SRS 系统的组成部件
奥迪A6
轿车SRS系统的主要部件有电子控制及监测单元J234(即气囊电脑)，SRS故指示灯，气囊组件，爆燃式安全带张紧器，螺旋导线单元(即气囊滑环F138)和连接线束等，它取消了传统的车身前部碰撞传感器，
而把它们集成在了控制单元J234内。
4.2 维修注意事项
(1)绝对不能用万用表测量任何与SRS系统有关的电路( 在拔掉组件的情况下可以测量其导线的导通与否)。
(2)维修SRS系统之前，应将点火开关转到OFF位置，拆除电瓶线负极并等待5分钟
以上( 拆电瓶线前应向车主索要录音机密码，修复完成后要对录音机进行解码)。
(3)安装电子控制及监测单元J234时，必须按照规定的方向安装，使箭头指向车
的前方。
(4)安装螺旋导线单元时，必须使汽车前轮处于直行位置，并且使螺旋导线也在中间位置(即往正反两个方向转的圈数相同的那个位置)，否则装上后，转动方向盘时有可能拉断螺旋导线。
(5)更换SRS电脑J234后，必须对新电脑J234进行编码，否则故障灯常亮，SRS系统不工作。
(6)若线束有损坏，必须更换新件。

奥迪A6轿车SRS系统具有强大的自诊断能力，内容包括:读取故障代码、清除故障代码、查询控制电脑编号、给控制单元编码、读取测量数据流等功能。奥迪A6的OBDⅡ诊断接口在方向盘下驾驶员右腿上方，接上诊断仪(如V.A.G1552)就可以通过它的自诊断系统诊断出故障的大致原因，
再通过查阅具体的资料，就可以确定正确的维修方法。
5 安全气囊未来发展方向
5.1新型材料的应用

杜邦公司与德国阿莎芬堡的TakataPetri联合开发中，推出一个新的HytrelRS材料规格，成为业界第一个可以应用于安全气囊系统中的来源于可再生资源的热塑性弹性体。杜邦HytrelRS保留了Hytel标准等级的技术特性，含有质量分数35％
以上的可再生物质，可以满足汽车制造业对可持续发展方案的需求。
5.2顶棚安全气囊系统

美国TRW汽车集团推出一种全新的装配于汽车顶棚的安全气囊系统，可取代通常安装在汽车仪表盘里面的安全气囊。TRW全新的顶棚安全气囊系统是一项独特的技术。有研究表明，该技术提高了未来汽车内饰风格的灵活性，并可为乘员提供优异的约束和保护功能。此外，这种全新的设计，不需将安全气囊安装在仪表盘内，也不需专门制作一扇为安全气囊打开的门，显著降低了汽车仪表盘的开发制造成本，提高了开发效率且适用于各种汽车架构。该顶棚安全气囊系统包括一个气袋和一个气体发生器。当车辆发生碰撞时，气体发生器向气袋充气并打开，对乘员实施保护。其不仅有助于减轻事故中乘员所受的伤害，而且提高了车厢内饰设计的美感，同时也节省了仪表盘内的空间。
5.3智能化、多安全气囊
随着科技的发展和人们对汽车安全重视程度的提高，汽车安全技术中的安全气囊技术近年来也发展得很快，智能化、多安全气囊是今后整体安全气囊系统发展的必然趋势。

　　新的技术可以更好地识别乘客类型，采取不同的保护措施。系统采用重量、红外、超声波等传感器来判断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时判断是否点爆气囊、采用1级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与安全带形成总体控制。通过传感器，气囊系统还可以判断出车辆当前经历的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳保护。
　　网络技术的应用也是安全气囊系统的发展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄，但是非常重要的网络即Safe-By-Wire。
Safe-By-Wire是专门用于汽车安全气囊系统的总线，Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和控制器来实现安全气囊系统的细微控制。Safe-By-Wire

Plus总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比，Safe-By-Wire的优势在于它是专门面向安全气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏，Safe-By-Wire中嵌入有多重保护功能。比如说，即使线路发生短路，安全气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车安全气囊系统中获得广泛的应用。
参考文献
[1] 惠彬.安全气囊系统的使用及检测维护.哈飞汽车工业集团有限公司，2010.
[2] 董震，席金波.奥迪A6轿车维修手册[M].机械工业出版社，2006.
[3] 朱忠伦.安全气囊系统及关键技术[J]. 安徽交通职业技术学院汽车与机械工程系，2010.
[4] 赵翔.汽车安全气囊系统的安全检修[J].安徽电气工程学校，2010.
[5] 百度百科.安全气囊[OL]. ，2012.

汽车安全气囊工作原理你了解吗？看完这个视频你就知道了！

安全气囊更换技巧和步骤：
　　安装SRS—40组件总成可按以下步骤进行：
　　①在拆封新的组件时，首先查看是否有异物落入，以确保组件内没有任何物体；
　　②将组件中的销钉与接头底板以及方向盘上的孔对准，然后将组件牢固地压在发生器—传感器总成上，并保证在组件上的固定支架孔对准方向盘两侧的孔，如果这些固定支架没有安装到位，就会造成在组件上盖子不能完全盖严，影响外观效果，注意在安装时，不要击打及敲击组件和方向盘的任何部位；
　　③安装螺栓，保持组件上的压力，使外壳扣合完好，从一侧向另一侧交替安装4个螺栓，拧紧力矩为7—11N·m；
　　④最后，装好两侧盖板。
　　注意：
　　拆卸安全气囊时应严格遵循下列程序：
　　1．戴好防火手套和防护镜；
　　2．拆卸方向盘两侧盖板；
　　3．拧下两侧面的4个固定螺栓；
　　4．小心地拿开气囊组件；
　　5．用小一字号螺丝刀将黑色的塑料锁片向外拨开，并且小心地逆时针旋转发生器—传感器直到发生器—传感器座同方向盘配合槽对齐。轻轻地将发生器—传感器从方向盘接口处拿出；
　　6．将前轮转到正前方的位置，如果还需继续使用该转向柱和方向盘，则应标出方向盘同转向往的相对位置，然后拆卸方向盘的固定螺母，取出螺母和平垫圈，拆下方向盘。安全气囊的安装在安装安全气囊之前，应注意：带上防火手套和防护镜；操作时，禁止吸烟

安全气囊一般由传感器(sensor)、电控单元(ECU)、气体发生器(inflator)、气囊(bag)、续流器(clockspring)等组成，通常气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块(airbag module)。传感器感受汽车碰撞强度，并将感受到的信号传送到控制器，控制器接收传感器的信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，立即发出点火信号以触发气体发生器，气体发生器接收到点火信号后，迅速点火井产生大量气体给气囊充气。