气囊系统传感器架构、Safing传感器

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。