预紧式安全带系统的工作原理及滚珠式张紧机构

1.系统功能

预紧式安全带的特点是，当汽车发生碰撞事故的一瞬间，驾驶人和乘员尚未向前移动时，它就首先拉紧安全带，立即将驾驶人和乘员紧紧地绑在座椅上，然后锁止安全带防止驾驶人和乘员身体前冲，从而有效地确保驾驶人和乘员的安全。

图1-76 安全带限力器

a）未动作 b）动作 c）动作结束

预紧式安全带与普通安全带的主要区别是装备了火药式收紧器，它是预紧式安全带的核心部件。预紧式安全带火药式收紧器的具体构造因制造厂家的不同而有所差异，但其工作原理均相同。火药式收紧器主要有以下两种类型：一种是火药爆炸时，通过驱动安全带卷筒转动来卷紧安全带（其中常见的有拉索式、齿条式和滚珠式）；另一种是火药爆炸时，通过拉动安全带锁扣使安全带收紧，这种预张紧式安全带通常与安全气囊组合使用，如图1-77所示。

2.系统组成

预张紧式安全带系统的电路组成如图1-78所示。

3.安全带张紧器的类型

（1）驱动安全带卷筒转动的火药收紧器

1）拉索式火药收紧器。拉索式火药收紧器的结构如图1-79所示。平时活塞2位于缸筒的上方，如图1-80a所示，一旦发生碰撞事故，SRS ECU指令接通安全带收紧器点火器的电路时，电热丝5通电发热并引爆炸药4，炸药释放大量热量使充气剂3受热分解，释放大量无毒氮气充入收紧器的缸筒1，活塞2在膨胀气体的推力作用下带动拉索7迅速下移，与此同时，拉索通过棘轮机构带动安全带卷筒顺时针转动，急速卷动安全带下移，将安全带收

图1-77 预张紧式安全带与安全气囊的工作示意图

图1-78 预张紧式安全带系统的电路组成

紧，如图1-79b和图1-80b所示，从而防止驾驶人和乘员发生二次碰撞。丰田车系普遍应用该类型的收紧器。

图1-79 拉索式火药收紧器的结构

1—气体发生器 2—活塞 3—拉索 4—离合器 5—安全带卷筒 6—安全带卷轴 7—安全带(www.xing528.com)

图1-80 安全带收紧器结构原理

1—导管（气缸） 2—活塞 3—充气剂（叠氮化钠药片） 4—引爆炸药 5—电热丝 6—线束插座 7、9—通气孔 8—气体发生器 10—钢丝绳 11—气体

安全带张紧器有两种类型，分别是滚珠式安全带张紧机构和齿轮式安全带张紧机构。下面以滚珠式安全带张紧机构为例说明安全带张紧器的工作过程。

2）滚珠式安全带张紧机构。滚珠式安全带张紧机构由充气推进装置、滚珠轨道、滚珠、触发单元、齿轮等元件组成，其结构及实物如图1-81所示。

图1-81 滚珠式安全带张紧机构图

a）结构图 b）实物图

当控制单元检测到车辆发生碰撞时，将发出信号通过电路导线给引爆装置通电。引爆过程如下：第一次推进剂由电子引爆，如图1-82a所示，流入的气体带动活塞拉紧安全带，通过一个确定的转角后活塞打开第二个撞击螺栓的入口；由此第二次引爆推进剂，如图1-82b所示，流入的气体继续带动驱动盘，直至下一个通道打开；第三次引爆推进剂，如图1-82c所示，按照这种方式安全带张紧器大概会转两圈，如图1-82d所示。

在引爆装置的作用下，转子发生旋转，撞针顶动推进器，推进器在撞针的大力撞击下产生大量的气体推动活塞与滚珠。在滚珠和转子的转动的带动下大齿轮旋转，拉动安全带张紧，防止乘员前倾，起到保护乘员的作用，如图1-83所示。

如果因加速度使安全带拉紧力过大，而造成挫伤和内伤，则必须将安全带拉力控制在可允许范围内。避免产生危害乘员的过大拉紧力，通过安全带自动装置中的转轴，安全带长度可进行最大10cm的调节，其结构与外形如图1-84所示。只要安全带展开了一定长度，安全带佩戴识别就会通过一个微型开关进行识别，如图1-85所示。

3）齿条式火药收紧器。齿条式火药收紧器主要由大齿轮、小齿轮、安全带卷筒齿轮、安全带卷筒、活塞、齿条和气体发生器等组成，如图1-86a所示。平时活塞和齿条位于缸筒的下方，如图1-86b所示，一旦发生碰撞事故，SRS ECU指令接通安全带收紧器点火器的电路时，气体发生器产生大量的爆炸气体，这时，爆炸气体的作用力经活塞、齿条、小齿轮、大齿轮、安全带卷筒齿轮传至安全带卷筒，使卷筒顺时针转动，急速卷动安全带上移，将安全带收紧，从而防止驾驶人和乘员发生二次碰撞，如图1-86c所示。大众迈腾轿车应用该类型的收紧器。

（2）拉动安全带锁扣的火药收紧器 安全带收紧器缸筒内有一个点火器，拉索两端分别连接活塞和锁扣，如图1-87a所示。一旦发生碰撞事故，SRS ECU指令接通安全带收紧器的点火器电路时，气体发生器产生大量的爆炸气体，推动活塞急速左移，活塞通过拉索带动锁扣急速下移，将安全带收紧，从而防止驾驶人和乘员发生二次碰撞，如图1-87b所示。雪铁龙轿车和通用别克轿车应用该类型的收紧器。

图1-82 滚珠式安全带张紧机构工作过程图（1）

图1-83 滚珠式安全带张紧机构工作过程图（2）