碰撞傳感器是安全氣囊系統(tǒng)中的控制信號(hào)輸入裝置。其作用是在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，由碰撞傳感器檢測(cè)汽車碰撞的強(qiáng)度信號(hào)，并將信號(hào)輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據(jù)碰撞傳感器的信號(hào)來(lái)判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。碰撞傳感器多數(shù)采用慣性式機(jī)械開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，相當(dāng)一只控制開(kāi)關(guān)，其工作狀態(tài)取決于汽車碰撞時(shí)加速度的大小。

　　碰撞傳感器作用：檢測(cè)汽車發(fā)生碰撞時(shí)的極大減速度下的慣性力，并將檢測(cè)信號(hào)輸入到安全氣囊系統(tǒng)的電子控制裝置。

汽車碰撞傳感器原理

一般情況下，汽車會(huì)在三個(gè)主要地方都安裝碰撞傳感器，左前、右前器和中央

　　汽車一般設(shè)有多個(gè)觸發(fā)碰撞傳感器，安裝位置一般在車身的前部和中部，例如車身兩側(cè)的翼子板內(nèi)側(cè)、前照燈支架下面以及發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器支架兩側(cè)等部位。隨著碰撞傳感器制造技術(shù)的發(fā)展，有些汽車將觸發(fā)碰撞傳感器安裝在氣囊電腦內(nèi)。防護(hù)碰撞傳感器一般都與氣囊電腦組裝在一起，多數(shù)安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面。

　　安全氣囊需要要配合安全帶才能發(fā)揮作用，而要使得安全氣囊正常工作的首要條件就是汽車碰撞傳感器必須要正常工作，在碰撞發(fā)生的極短的時(shí)間內(nèi)給出信號(hào)給中央控制器，中央控制發(fā)出彈射安全氣囊的指令。

　　中央控制器是安全氣囊系統(tǒng)的控制中心，其功用是接收碰撞傳感器及其他傳感器輸入的信號(hào)，判斷是否點(diǎn)火引爆氣囊充氣，并對(duì)系統(tǒng)故障進(jìn)行自診斷。

　　中央控制器由點(diǎn)火控制器、驅(qū)動(dòng)電路、儲(chǔ)存電路、診斷電路等組成。在點(diǎn)火控制器中關(guān)鍵是點(diǎn)火控制算法，其決定了氣囊的點(diǎn)爆時(shí)間和粗糙路面抗干擾特性，這是氣囊控制的核心技術(shù)。由于實(shí)際車輛結(jié)構(gòu)各不相同，碰撞特性也不同，因此關(guān)于點(diǎn)火控制算法也發(fā)展了很多種，以適應(yīng)于不同情況，而且還在繼續(xù)發(fā)展。

　　現(xiàn)在使用的有速度變量法，加速度坡度法，比功率法等。對(duì)于正碰撞來(lái)說(shuō)，碰撞傳感器及控制系統(tǒng)一般需在20ms內(nèi)判斷是否需要點(diǎn)火，且點(diǎn)火后30ms氣囊必須完全充滿氣體。

　　當(dāng)汽車速度在30km／h以上受到正面碰撞（碰撞角度與汽車中軸線成30°角度之內(nèi)）或側(cè)面碰撞時(shí)，安裝在汽車前部或側(cè)面的碰撞傳感器利用碰撞時(shí)產(chǎn)生的慣性力，檢測(cè)到碰撞作用的時(shí)間、汽車減速度即碰撞強(qiáng)度。再跟出廠前設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，看看是否達(dá)到設(shè)定的值，如果超過(guò)設(shè)定值就會(huì)給出報(bào)警信號(hào)。

安全氣囊工作原理圖

　　SRSECU將碰撞傳感器送來(lái)的碰撞信號(hào)與ECU內(nèi)儲(chǔ)存的碰撞觸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，如果判定碰撞強(qiáng)度達(dá)到或超過(guò)其規(guī)定值，則指令接通安全氣囊引爆管的工作電路，引爆管迅速爆炸燃燒，并引燃?xì)怏w發(fā)生器內(nèi)的氣體發(fā)生劑。氣體發(fā)生劑的燃燒十分劇烈，在瞬間產(chǎn)生釋放出大量氣體，經(jīng)過(guò)濾冷卻后充入折疊的安全氣囊，使氣囊在極短的時(shí)間內(nèi)突破襯墊迅速膨脹展開(kāi)成扁球狀。

　　在駕駛員或乘員頭部、胸部或身體因碰撞時(shí)的反沖力向前或向側(cè)面沖去時(shí)，鼓起的氣囊在駕駛員或乘員的前部或側(cè)面車身硬件間成彈性緩沖氣墊，利用氣體本身的阻尼作用或氣囊背面排氣孔排氣節(jié)流的阻尼作用，吸收并分散駕駛員和乘員的沖擊能量。氣囊鼓起后很快就從氣囊背面的小孔排出部分氣體而變癟，柔軟的氣囊表面就能有效地保護(hù)人體頭部、胸部和身體其他部分免受沖擊傷害或減輕傷害程度。

　　我們以德國(guó)博世（BOSCH）公司生產(chǎn)的SRS在奧迪轎車上進(jìn)行的試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明下安全氣囊工作狀態(tài)，當(dāng)汽車以50km／h的速度撞擊前方障礙物時(shí)，安全氣囊系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作過(guò)程可分為圖9-5所示的4步。

　　1） 見(jiàn)圖9-5（a），碰撞約10ms后，SRS達(dá)到引爆極限。引爆管引爆產(chǎn)生大量熱能，點(diǎn)燃?xì)怏w發(fā)生劑疊氮化鈉藥片，使其受熱分解。此時(shí)駕駛員尚未因碰撞慣性向前傾。

　　2） 見(jiàn)圖9-5（b），碰撞約40ms后，安全氣囊完全充氣膨脹，體積變到最大。駕駛員由于碰撞慣性力作用向前撲，此時(shí)系在駕駛員身上的安全帶迅速收緊，吸收了部分沖擊能量。

　　3） 見(jiàn)圖9-5（c），碰撞約60ms后，駕駛員頭部及身體上部快速壓向已膨脹的安全氣囊，人體的沖擊能量被彈性氣囊吸收并擴(kuò)散。安全氣囊背面的排氣孔在氣體張力和人體壓力的作用下，向外排氣，排氣節(jié)流阻尼進(jìn)一步吸收人體與安全氣囊之問(wèn)彈性碰撞產(chǎn)生的動(dòng)能，有效地保護(hù)了駕駛員的生命安全。

　　4） 見(jiàn)圖9-5（d），碰撞約110ms后，大部分氣體已從安全氣囊逸出，氣囊變癟，防止了駕駛員被膨脹的氣囊憋氣窒息。在安全帶作用下，駕駛員上身后傾回到座椅靠背上，汽車前方恢復(fù)視野。

　　碰撞約120ms后，汽車碰撞產(chǎn)生的動(dòng)能危害完全解除，車速降低直至為零。

　　1、碰撞傳感器工作原理之滾球式碰撞傳感器

　　滾球式碰撞傳感器又稱為偏壓磁鐵式碰撞傳感器，結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由鐵質(zhì)滾球、永久磁鐵、導(dǎo)缸、固定觸點(diǎn)和殼體組成。

　　兩個(gè)觸電分別與傳感器引線端子連接。滾球用來(lái)感測(cè)減速度大小，在導(dǎo)缸內(nèi)可以移動(dòng)或滾動(dòng)。殼體5上印制有箭頭標(biāo)記，方向與傳感器結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的規(guī)定指向汽車前方（如豐田凌志LS400型轎車），有的規(guī)定指向汽車后方，因此在安裝傳感器時(shí)，箭頭方向必須符合使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定。

　　滾球式碰撞傳感器工作原理如圖2所示。當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在永久磁鐵作用下，導(dǎo)缸內(nèi)的滾球被吸向磁鐵，兩個(gè)觸點(diǎn)與滾球分離，傳感器電路處于斷開(kāi)狀態(tài)，如圖2┊所示。

　　當(dāng)汽車遭受碰撞且減速度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，滾球產(chǎn)生的慣性力將大于永久磁鐵的電磁吸力。滾球在慣性力作用下就會(huì)克服磁力沿導(dǎo)缸向兩個(gè)固定觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)并將固定觸點(diǎn)接通，如圖2所示。當(dāng)傳感器用作碰撞傳感器信號(hào)時(shí)，固定觸點(diǎn)接通則將碰撞信號(hào)輸入SRS ECU；當(dāng)傳感器用作碰撞防護(hù)傳感器時(shí)，則將點(diǎn)火器電源接通。

　　2、碰撞傳感器工作原理之滾軸式碰撞傳感器

　　滾軸式碰撞傳感器的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　片狀彈簧6一端固定在底座5上，并與傳感器的一個(gè)引線端子連接，另一端繞在滾軸2上，滾動(dòng)觸點(diǎn)3固定在滾軸部分的片狀彈簧上，并可隨滾軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　固定在觸點(diǎn)4與片狀彈簧6絕緣固定在底座5上，并與傳感器的另一個(gè)引線端子連接。

　　當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，滾軸在片狀彈簧的彈力作用下滾向止動(dòng)銷一端，滾動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)處于斷開(kāi)狀態(tài)，如圖3所示，傳感器電路斷開(kāi)。

　　當(dāng)汽車遭受碰撞且減速度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，滾軸產(chǎn)生的慣性力將大于片狀彈簧的彈力。滾軸在慣性力作用下就會(huì)克服彈簧彈力向右滾動(dòng)，滾動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)接觸，如圖3┋所示。當(dāng)傳感器用作碰撞信號(hào)傳感器時(shí)，滾動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)接觸則將碰撞信號(hào)輸入SRS ECU；當(dāng)傳感器用作碰撞防護(hù)傳感器時(shí)，則將點(diǎn)火器電源電路接通。

　　3、碰撞傳感器工作原理之偏心錘式碰撞傳感器

　　偏心錘式碰撞傳感器又稱為偏心轉(zhuǎn)子式碰撞傳感器。豐田、馬自達(dá)汽車SRS采用了這種傳感器，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

　　轉(zhuǎn)子總成由偏心錘1、轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)臂3及轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)6與13組成，安裝在傳感器軸18上。偏心錘偏心安裝在偏心錘臂上。轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)臂3與11兩端固定有觸點(diǎn)6與13，觸點(diǎn)隨觸點(diǎn)臂一起轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)固定觸點(diǎn)10與16絕緣固定在傳感器殼體上，并用導(dǎo)線分別與傳感器接線端子7、14連接。

　　偏心錘式傳感器的工作原理如圖5所示。當(dāng)傳感器處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在復(fù)位彈簧作用下，偏心錘與擋塊保持接觸，轉(zhuǎn)子總成處于靜止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)斷開(kāi)，如圖5所示，傳感器電路處于斷開(kāi)。

　　當(dāng)汽車遭受碰撞且減速度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)，偏心錘產(chǎn)生的慣性力矩將大于復(fù)位彈簧的彈力力矩，轉(zhuǎn)子總成在慣性力矩作用下克服彈簧力矩沿逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一定角度，同時(shí)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，并使轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)接觸，如圖5┋所示。當(dāng)傳感器用作碰撞信號(hào)傳感器時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)與固定觸點(diǎn)接觸則將碰撞信號(hào)輸入SRS ECU；當(dāng)傳感器用作碰撞防護(hù)傳感器時(shí)，則將點(diǎn)火器電源電路接通。

　　4、碰撞傳感器工作原理之水銀開(kāi)關(guān)式碰撞傳感器

　　水銀開(kāi)關(guān)式碰撞傳感器是利用水銀具有良好的導(dǎo)電特性而制成的，結(jié)果如圖6所示，主要由水銀、殼體、電極和密封螺塞組成。

　　當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時(shí)，減速度將使水銀產(chǎn)生慣性力。慣性力在水銀運(yùn)動(dòng)方向上的分力會(huì)將水銀拋向傳感器電極，使兩個(gè)電極接通，從而接通氣囊點(diǎn)火器電路的電源。

　　5、碰撞傳感器工作原理之電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞傳感器

　　德國(guó)博世公司研制生產(chǎn)的電阻應(yīng)變計(jì)式碰撞傳感器的結(jié)構(gòu)如圖7┊所示，主要由電子電路4、電阻應(yīng)變計(jì)5、震動(dòng)塊6、緩沖介質(zhì)7、和殼體3等組成。電子電路包括穩(wěn)壓與溫度補(bǔ)償電路W、信號(hào)處理與放大電路A。應(yīng)變計(jì)的電阻R?、R?、R?、R?制做在硅膜片8上，如圖7所示。當(dāng)膜片產(chǎn)生變形時(shí)，應(yīng)變電阻的阻值就會(huì)發(fā)生變化。為了提高傳感器的檢測(cè)精度，應(yīng)變電阻一般都連接成橋式電路，并設(shè)計(jì)有穩(wěn)壓和溫度補(bǔ)償電路，如圖7所示。

　　當(dāng)汽車遭受碰撞時(shí)，震動(dòng)塊震動(dòng)，緩沖介質(zhì)隨之震動(dòng)，應(yīng)變計(jì)的應(yīng)變電阻產(chǎn)生變形，阻值隨之發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理與放大后，傳感器S端輸出的信號(hào)電壓就會(huì)發(fā)生變化。SRS電腦根據(jù)電壓信號(hào)強(qiáng)弱便可判斷碰撞的劣度（激烈程度）。如果電壓超過(guò)設(shè)定值，SRS電腦就會(huì)立即向點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火指令引爆點(diǎn)火劑，使充氣劑受熱分解產(chǎn)生氣體給氣囊充氣。

　　6、碰撞傳感器工作原理之壓電效應(yīng)式碰撞傳感器

　　壓電效應(yīng)式碰撞傳感器是利用壓電效應(yīng)制成的傳感器。壓電效應(yīng)是指壓電晶體在壓力作用下，晶體外形發(fā)生變化而使其輸出電壓發(fā)生變化的效應(yīng)。壓電晶體通常用石英或陶瓷制成。在壓力作用下，壓電晶體的外形和輸出電壓就會(huì)發(fā)生變化。

　　當(dāng)汽車遭受碰撞時(shí)，傳感器內(nèi)的壓電晶體在碰撞產(chǎn)生的壓力作用下，輸出電壓就會(huì)變化。SRS電腦根據(jù)電壓信號(hào)強(qiáng)弱便可判斷碰撞的烈度。如果電壓信號(hào)超過(guò)設(shè)定值，SRS電腦就會(huì)立即向點(diǎn)火器發(fā)出點(diǎn)火指令，引爆點(diǎn)火劑使氣體發(fā)生器給氣囊充氣，SRS氣囊膨開(kāi)，達(dá)到保護(hù)駕駛員和乘員之目的。