汽車碰撞傳感器原理剖析

碰撞傳感器是安全氣囊系統中的控制信號輸入裝置。其作用是在汽車發生碰撞時，由碰撞傳感器檢測汽車碰撞的強度信號，并將信號輸入安全氣囊電腦，安全氣囊電腦根據碰撞傳感器的信號來判定是否引爆充氣元件使氣囊充氣。碰撞傳感器多數采用慣性式機械開關結構，相當一只控制開關，其工作狀態取決于汽車碰撞時加速度的大小。

碰撞傳感器作用：檢測汽車發生碰撞時的極大減速度下的慣性力，并將檢測信號輸入到安全氣囊系統的電子控制裝置。

汽車碰撞傳感器原理

碰撞傳感器的應用非常廣泛，特別是在汽車的安全系統里面，而且現在一些機器人上也都開始搭載了碰撞傳感器，這里我們先來了解下汽車碰撞傳感器原理。

一般情況下，汽車會在三個主要地方都安裝碰撞傳感器，左前、右前器和中央

汽車一般設有多個觸發碰撞傳感器，安裝位置一般在車身的前部和中部，例如車身兩側的翼子板內側、前照燈支架下面以及發動機散熱器支架兩側等部位。隨著碰撞傳感器制造技術的發展，有些汽車將觸發碰撞傳感器安裝在氣囊電腦內。防護碰撞傳感器一般都與氣囊電腦組裝在一起，多數安裝在駕駛艙內中央控制臺下面。

安全氣囊需要要配合安全帶才能發揮作用，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，在碰撞發生的極短的時間內給出信號給中央控制器，中央控制發出彈射安全氣囊的指令。

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

中央控制器由點火控制器、驅動電路、儲存電路、診斷電路等組成。在點火控制器中關鍵是點火控制算法，其決定了氣囊的點爆時間和粗糙路面抗干擾特性，這是氣囊控制的核心技術。由于實際車輛結構各不相同，碰撞特性也不同，因此關于點火控制算法也發展了很多種，以適應于不同情況，而且還在繼續發展。

現在使用的有速度變量法，加速度坡度法，比功率法等。對于正碰撞來說，碰撞傳感器及控制系統一般需在20ms內判斷是否需要點火，且點火后30ms氣囊必須完全充滿氣體。

當汽車速度在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）或側面碰撞時，安裝在汽車前部或側面的碰撞傳感器利用碰撞時產生的慣性力，檢測到碰撞作用的時間、汽車減速度即碰撞強度。再跟出廠前設置的參數進行對比，看看是否達到設定的值，如果超過設定值就會給出報警信號。

安全氣囊工作原理圖 SRSECU將碰撞傳感器送來的碰撞信號與ECU內儲存的碰撞觸發數據進行比較，如果判定碰撞強度達到或超過其規定值，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，并引燃氣體發生器內的氣體發生劑。氣體發生劑的燃燒十分劇烈，在瞬間產生釋放出大量氣體，經過濾冷卻后充入折疊的安全氣囊，使氣囊在極短的時間內突破襯墊迅速膨脹展開成扁球狀。 在駕駛員或乘員頭部、胸部或身體因碰撞時的反沖力向前或向側面沖去時，鼓起的氣囊在駕駛員或乘員的前部或側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。

我們以德國博世（BOSCH）公司生產的SRS在奧迪轎車上進行的試驗來說明下安全氣囊工作狀態，當汽車以50km／h的速度撞擊前方障礙物時，安全氣囊系統的保護動作過程可分為圖9-5所示的4步。 1） 見圖9-5（a），碰撞約10ms后，SRS達到引爆極限。引爆管引爆產生大量熱能，點燃氣體發生劑疊氮化鈉藥片，使其受熱分解。此時駕駛員尚未因碰撞慣性向前傾。 2） 見圖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，排氣節流阻尼進一步吸收人體與安全氣囊之問彈性碰撞產生的動能，有效地保護了駕駛員的生命安全。 4） 見圖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，汽車前方恢復視野。 碰撞約120ms后，汽車碰撞產生的動能危害完全解除，車速降低直至為零。 汽車安全氣囊系統中常用的碰撞傳感器一般可以分成滾球式碰撞傳感器、滾軸式碰撞傳感器、偏心錘式碰撞傳感器、水銀開關式碰撞傳感器、電阻應變計式碰撞傳感器、壓電效應式碰撞傳感器六大類，下文我們會詳細介紹這六大類碰撞傳感器的工作原理。 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，結構如圖1所示，主要由鐵質滾球、永久磁鐵、導缸、固定觸點和殼體組成。

兩個觸電分別與傳感器引線端子連接。滾球用來感測減速度大小，在導缸內可以移動或滾動。殼體5上印制有箭頭標記，方向與傳感器結構有關，有的規定指向汽車前方（如豐田凌志LS400型轎車），有的規定指向汽車后方，因此在安裝傳感器時，箭頭方向必須符合使用說明書規定。 滾球式碰撞傳感器工作原理如圖2所示。當傳感器處于靜止狀態時，在永久磁鐵作用下，導缸內的滾球被吸向磁鐵，兩個觸點與滾球分離，傳感器電路處于斷開狀態，如圖2所示。 當汽車遭受碰撞且減速度達到設定閾值時，滾球產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克服磁力沿導缸向兩個固定觸點運動并將固定觸點接通，如圖2所示。當傳感器用作碰撞傳感器信號時，固定觸點接通則將碰撞信號輸入SRS ECU；當傳感器用作碰撞防護傳感器時，則將點火器電源接通。 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構如圖3所示。

片狀彈簧6一端固定在底座5上，并與傳感器的一個引線端子連接，另一端繞在滾軸2上，滾動觸點3固定在滾軸部分的片狀彈簧上，并可隨滾軸一起轉動。 固定在觸點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引線端子連接。 當傳感器處于靜止狀態時，滾軸在片狀彈簧的彈力作用下滾向止動銷一端，滾動觸點與固定觸點處于斷開狀態，如圖3所示，傳感器電路斷開。 當汽車遭受碰撞且減速度達到設定閾值時，滾軸產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克服彈簧彈力向右滾動，滾動觸點與固定觸點接觸，如圖3所示。當傳感器用作碰撞信號傳感器時，滾動觸點與固定觸點接觸則將碰撞信號輸入SRSECU；當傳感器用作碰撞防護傳感器時，則將點火器電源電路接通。 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子式碰撞傳感器。豐田、馬自達汽車SRS采用了這種傳感器，其結構如圖4所示。

轉子總成由偏心錘1、轉動觸點臂3及轉動觸點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。轉動觸點臂3與11兩端固定有觸點6與13，觸點隨觸點臂一起轉動。兩個固定觸點10與16絕緣固定在傳感器殼體上，并用導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。當傳感器處于靜止狀態時，在復位彈簧作用下，偏心錘與擋塊保持接觸，轉子總成處于靜止狀態，轉動觸點與固定觸點斷開，如圖5所示，傳感器電路處于斷開。

當汽車遭受碰撞且減速度達到設定閾值時，偏心錘產生的慣性力矩將大于復位彈簧的彈力力矩，轉子總成在慣性力矩作用下克服彈簧力矩沿逆時針方向轉動一定角度，同時帶動轉動觸點臂轉動，并使轉動觸點與固定觸點接觸，如圖5所示。當傳感器用作碰撞信號傳感器時，轉動觸點與固定觸點接觸則將碰撞信號輸入SRSECU；當傳感器用作碰撞防護傳感器時，則將點火器電源電路接通。 4、碰撞傳感器工作原理之水銀開關式碰撞傳感器 水銀開關式碰撞傳感器是利用水銀具有良好的導電特性而制成的，結果如圖6所示，主要由水銀、殼體、電極和密封螺塞組成。

當汽車發生碰撞時，減速度將使水銀產生慣性力。慣性力在水銀運動方向上的分力會將水銀拋向傳感器電極，使兩個電極接通，從而接通氣囊點火器電路的電源。 5、碰撞傳感器工作原理之電阻應變計式碰撞傳感器 德國博世公司研制生產的電阻應變計式碰撞傳感器的結構如圖7┊所示，主要由電子電路4、電阻應變計5、震動塊6、緩沖介質7、和殼體3等組成。電子電路包括穩壓與溫度補償電路W、信號處理與放大電路A。應變計的電阻R?、R?、R?、R?制做在硅膜片8上，如圖7所示。當膜片產生變形時，應變電阻的阻值就會發生變化。為了提高傳感器的檢測精度，應變電阻一般都連接成橋式電路，并設計有穩壓和溫度補償電路，如圖7所示。

當汽車遭受碰撞時，震動塊震動，緩沖介質隨之震動，應變計的應變電阻產生變形，阻值隨之發生變化，經過信號處理與放大后，傳感器S端輸出的信號電壓就會發生變化。SRS電腦根據電壓信號強弱便可判斷碰撞的劣度（激烈程度）。如果電壓超過設定值，SRS電腦就會立即向點火器發出點火指令引爆點火劑，使充氣劑受熱分解產生氣體給氣囊充氣 6、碰撞傳感器工作原理之壓電效應式碰撞傳感器 壓電效應式碰撞傳感器是利用壓電效應制成的傳感器。壓電效應是指壓電晶體在壓力作用下，晶體外形發生變化而使其輸出電壓發生變化的效應。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發生變化。

當汽車遭受碰撞時，傳感器內的壓電晶體在碰撞產生的壓力作用下，輸出電壓就會變化。SRS電腦根據電壓信號強弱便可判斷碰撞的烈度。如果電壓信號超過設定值，SRS電腦就會立即向點火器發出點火指令，引爆點火劑使氣體發生器給氣囊充氣，SRS氣囊膨開，達到保護駕駛員和乘員之目的。