碰撞传感器及其作用在汽车安全气囊系统中

在汽车安全气囊系统中，传感器分两种：碰撞传感器和安全传感器。碰撞传感器是安全气囊系统中主要的信号输入装置，其作用是在汽车发生碰撞时，检测汽车碰撞强度的信号，并将信号输入给安全气囊ECU，安全气囊ECU根据碰撞传感器传送的信号来判断是否引爆气体发生器使气囊充气。

通常碰撞传感器的安装位置有两种：安装于汽车前部（前保险杠后及前翼子板下）的碰撞传感器叫前碰撞传感器；安装于安全气囊ECU内部的碰撞传感器叫中央传感器，前碰撞传感器的安装位置视车型而异，如奥迪A6轿车的碰撞传感器在正副驾驶人座椅下面。

安全传感器也叫保险传感器，主要是用来防止安全气囊系统在非碰撞的情况下发生误引爆。安全传感器安装在安全气囊ECU内部，通常有两个安全传感器。

（一）碰撞传感器

碰撞传感器按结构可分为机械式和电子式两种。机械式碰撞传感器是利用机械运动来控制传感器中常开触点的动作，再由触点的打开与闭合来控制气体发生器电路的导通与截止。常用的机械式碰撞传感器有滚球式、偏心锤式和电子式三种。

1.滚球式传感器

图4-1为滚球式传感器的结构示意图，传感器主要由铁质滚球、永久磁铁、导缸、固定触点和壳体组成。两个触点分别与传感器引线端子连接，滚球用来检测减速度大小，在导缸内可移动或滚动。

当传感器处于静止状态时，在永久磁铁吸力的作用下，导缸内的滚球被吸向磁铁，两个触点与滚球分离，传感器电路处于断开状态，如图4-2a所示。当汽车发生碰撞且减速度达到设定值时，滚球所产生的惯性力将大于永久磁铁的吸力。滚球在惯性力的作用下就会克服永久磁铁吸力沿导缸向两个固定触点运动并将两个固定触点接通，如图4-2b所示。此时传感器将碰撞信号传送给安全气囊ECU。

图4-1 滚球式传感器的结构示意图

1—滚球 2—永久磁铁 3—导缸 4—固定触点 5—壳体

2.偏心锤式传感器

图4-3为偏心锤式传感器的外形，图4-4a所示为偏心锤式传感器的结构。该传感器的结构由壳体、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点等部分组成。如图4-4b所示，在传感器外还固定有一个电阻，电阻的作用是对系统进行自检时，检测安全气囊ECU与碰撞传感器之间的连接导线是否断路或短路。

图4-2 滚球式传感器工作原理

a）静止状态 b）工作状态

偏心锤式传感器的工作原理如图4-5所示。在正常情况下，偏心转子和偏心重块在螺旋弹簧弹力的作用下，顶靠在与外壳相连的止动块上，此时，旋转触点与固定触点不接触，开关处于断开状态，如图4-5a所示。当汽车发生碰撞时，偏心重块由于惯性力将带动偏心转子克服弹簧弹力产生偏转。

当碰撞强度达到设定值时，偏心转子旋转触点与固定触点接触而闭合，此时碰撞传感器向安全气囊ECU输入导通信号，安全气囊ECU只有收到碰撞传感器输入的导通信号时，才能引爆气体发生器，使气囊充气。

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图4-3 偏心锤式传感器的外形

图4-4 偏心锤式传感器的结构示意图

1、8—旋转触点 2—偏心转子 3—外壳 4—偏心重块 5—游丝 6—固定触点 7—传感器触点

图4-5 偏心锤式传感器的工作原理

1—旋转触点 2—固定触点 3—止动器 4—偏心重块 5—游丝加力 6—偏心转子

3.电子式传感器

通常位于安全气囊ECU内的中央传感器采用电子式传感器。中央传感器的结构及原理如图4-6所示。中央传感器的结构是一个半导体压力传感器，半导体应变片两端被悬臂架压住。当汽车发生碰撞时，半导体应变片在悬臂架惯性力作用下发生弯曲应变，受压后的半导体应变片的电阻阻值产生变化，电阻的变化引起动态应变仪输出电压U_S变化。汽车的速度越大，碰撞后产生的减速度越大，传感器输出的电压越大。由于半导体压力传感器输出特性受温度影响，因此常用晶管的基极与发射极间的电压变化来对温度进行修正。

图4-6 中央传感器

1—传感器架 2—动态应变仪 3—半导体应变片 4—悬臂架

电子式传感器对汽车正向加速度进行连续测量，并将测量结果输送给安全气囊ECU，安全气囊ECU根据碰撞信号的分析处理。若需要引爆安全气囊，安全气囊ECU便会接通点火电路，如此时前方碰撞传感器的触点同时也闭合，则气体发生器的电路接通，安全气囊引爆。

（二）安全传感器

在安全气囊系统中，除了装有碰撞传感器之外，还设立了两个安全传感器，用来防止在非碰撞的情况下引起气囊的误动作。安全传感器一般装于安全气囊ECU内，是一种水银常开开关，如图4-7所示。当汽车发生碰撞时，足够大的减速度惯性力将水银抛起，接通点火控制器的电路。

图4-7 安全传感器

1—水银（正常位置） 2—水银（碰撞时位置） 3—触头 4—外壳 5—接电源 6—接点火控制器