安全气囊是汽车的重要安全部件,根据NHTSA的统计数据,仅前碰安全气囊每年就能挽救50000个生命,能减少29%的驾驶员死亡,减少13%的乘员死亡。
我们知道,安全气囊一般用于较为严重的交通事故中,用来避免乘员遭受更严重的伤害。所以安全气囊对乘员的保护效果与其能否恰当时候弹开是强相关的。安全气囊是把“双刃剑”,在不恰当时弹开不但不会保护乘员,反而会给乘员带来一定的额外伤害,而在恰当时候弹开时会很好保护乘员避免更严重的伤害和死亡。
安全气囊系统一般由气囊本体、碰撞传感器、气囊ACU、气囊指示灯等组成。当车辆发生碰撞时,碰撞传感器监测到碰撞信号,碰撞信号传输给气囊ACU模块,气囊ACU模块有微处理器,对碰撞信号进行处理判定,然后发出气囊点火信号,气囊点火回路打开,执行气囊点火,最后气囊弹出。整个过程如下图所示
前面已经说过,气囊是把“双刃剑”必须在恰当时候展开,这样气囊才起到对乘员的保护效果。所以气囊不能出现误爆,气囊弹出必须有高可靠性。
对于高速碰撞,比如50kph侧碰工况,依据EEVC定义,侧围门结构正常在20ms后能接触到乘员,侧面气囊展开到位至少又需要10ms,因此为了使侧气囊仍能位于车门和乘员之间,气囊必须在碰撞开始后5ms后就发出点火指令。
而气囊弹出是根据传感器对碰撞进行监测决定的。如下图所示,同样工况下50kph的侧面碰撞和25kph的侧面碰撞的加速度传感器监测的信号,从信号很容易看出,这两个速度下的碰撞加速度信号基本处于相同水平,也就是说,碰撞速度对加速度信号影响较小,这是因为,在碰撞的第一阶段,时间短,尤其是在5ms前,事故车辆的加速度信号是由车身的刚度决定的,车辆的碰撞速度略微地影响车辆加速度的峰值,对于更大的碰撞速度体现在减速的持续时间上。
一般情况下,对于50kph侧面碰撞,气囊必须弹开,而25kph是气囊弹出门限速度,25kph以下,气囊不需要弹出。在这种情况下,碰撞时间极短,事故情况复杂,为了保证气囊弹开的高可靠性,所以不能仅凭G传感器来监测碰撞信号,决定气囊是否弹出。普通的碰撞传感器的信号和判断逻辑不能很好地避免气囊意外点火。因此为了提高气囊系统的高可靠性,必须增加safing传感器。
safing传感器是用于防止安全气囊意外弹出,它与G传感器串联。现代安全气囊系统必须有safing传感器,用它避免故障、电子噪音等不正确的操作带来的气囊意外点火。如下图所示。
safing传感器一般集成气囊ACU中。
原有的safing传感器是机械式,树脂管中有弹簧片触点和环形磁体,弹簧片触点位于树脂管中,环形磁体放置在管上,环形磁铁由壳体内的弹簧固定。如果施加力,环形磁铁会克服弹簧力在树脂管上滑动,并闭合簧片触点,这样点火回路处于ON状态。随着技术发展,safing传感器变为电子式的。
所以气囊传感器系统由气囊传感器、safing传感器、诊断回路、点火控制、驱动回路组成。气囊传感器即卫星传感器(satellite sensor),负责监测,识别碰撞。现代气囊传感器系统的架构基本是至少一个气囊传感器(satellite sensor)和safing传感器(负责决定)。处于气囊ACU中的传感器是系统的核心。其他外部传感器快速记录碰撞加速度,通过PSI5接口传递给气囊ACU的算法。外部传感器能提高碰撞的监测能力,也能提供一些碰撞的特征信号,提高碰撞工况的可区分性。
来源:车辆碰撞安全