基础知识

一、作用

碰撞传感器一般用于安全气囊系统中，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。

二、安装位置

碰撞传感器一般安装在左、右挡泥板上方，或驾驶室内前下部的左、右两侧，或前保险杠附近，或SRS ECU内部，如图7-11所示。

图7-11 碰撞传感器的安装位置

三、结构与工作原理

1.滚珠式碰撞传感器的结构与工作原理

（1）结构 滚珠式碰撞传感器又称为偏压磁铁式传感器，主要由铁质滚珠、永久磁铁、导缸、固定触点和外壳组成，其结构如图7-12所示。两个触点分别与传感器的引线端子连接，滚珠在导缸内可移动或滚动，用来感测减速度的大小。传感器壳体上印制有箭头标记，方向与传感器结构有关，或规定指向汽车前方，或规定指向汽车后方，因此在安装传感器时要注意：箭头方向必须符合使用说明书的规定。

图7-12 滚珠式碰撞传感器的结构

（2）工作原理 滚珠式碰撞传感器的工作原理如图7-13所示。

当汽车没有发生碰撞时，即传感器处于静止状态时，在永久磁铁的磁力作用下，导缸内的滚珠被吸向磁铁，传感器内的两个触点与滚珠分离，传感器电路处于断开状态，如图7-13a所示。

图7-13 滚珠式碰撞传感器的工作原理

当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阀值时，滚珠产生的惯性力将大于永久磁铁的磁性吸力，此时滚珠在惯性力作用下会克服磁力的作用沿导缸向两个固定触点运动并将固定触点接通，如图7-13b所示。当传感器用作碰撞信号传感器时，固定触点接通，将碰撞信号输入SRS ECU；当传感器用作碰撞防护传感器时，固定触点接通，将点火器电源电路接通。

2.滚轴式碰撞传感器的结构与工作原理

（1）结构 滚轴式碰撞传感器主要由止动销、滚轴、滚动触点、固定触点、底座和片状弹簧组成，其结构如图7-14所示。片状弹簧一端固定在底座上，与传感器的一个引线端子连接，另一端绕在滚轴上，滚动触点固定在滚轴部分的片状弹簧上，并可随滚轴一起转动。固定触点与片状弹簧绝缘固定在底座上，并与传感器的另一个引线端子连接。

图7-14 滚轴式碰撞传感器的结构

（2）工作原理 滚轴式碰撞传感器的工作原理如图7-15所示。

图7-15 滚轴式碰撞传感器的结构原理

汽车未碰撞时，传感器处于静止状态，滚轴和片状弹簧的弹力作用下滚向止动销一侧，滚动触点与固定触点处于断开状态，如图7-15a所示，传感器电路断开。

当汽车遭受碰撞且减速度达到设定阈值时，滚轴产生的惯性力将大于片状弹簧的弹力。此时滚轴在惯性力作用下就会克服弹簧弹力向右滚动，使滚动触点与固定触点接触，如图7-15b所示。当传感器用作碰撞信号传感器时，滚动触点与固定触点接触后将碰撞信号输入SRS ECU；当传感器用作碰撞防护传感器时，滚动触点与固定触点接触后将点火器电源电路接通。

3.偏心锤式碰撞传感器的结构与工作原理

（1）结构 偏心锤式碰撞传感器又称为偏心转子式碰撞传感器，属于惯性开关式碰撞传感器。偏心锤式碰撞传感器由壳体、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点等部分组成，其结构如图7-16所示。

转子总成由偏心锤（或偏心重块）、转动触点臂及转动触点组成，安装在传感器轴上。转动臂两端固定有转动触点，转动触点随触点臂一起转动。两个固定触点绝缘固定在传感器壳体上，并用导线分别与传感器接线端子连接。在传感器外还固定一个电阻，如图7-17所示。电阻的功用是对系统进行自检，即检测ECU与前气囊碰撞传感器之间的导线是否断路或短路。

图7-16 偏心锤式碰撞传感器的结构

图7-17 自检电阻

（2）工作原理 偏心锤式碰撞传感器的工作原理如图7-18所示。

图7-18 偏心锤式碰撞传感器的工作原理

汽车未碰撞时，传感器处于静止状态，偏心锤和偏心锤臂在螺旋复位弹簧弹力的作用下，顶靠在与外壳相连的挡块上，偏心锤与挡块保持接触，此时转子总成处于静止状态，转动触点与固定定触点处于断开状态，开关置于“OFF”位置，如图7-18a所示。

当汽车遭受碰撞时，且偏心锤的惯性力矩大于螺旋复位弹簧弹力作用时，惯性力矩就会克服弹簧力矩使转子总成转动，从而带动转动触点臂转动，如图7-18b所示。当碰撞强度达到设定值时，转子总成将转动到转动触点与固定触点接触闭合的位置，此时碰撞传感器接通SRS系统的搭铁回路，向ECU输入一个“ON”信号，进而引爆充气元件向气囊充气。

4.电阻应变计式碰撞传感器的结构与工作原理

（1）结构 电阻应变计式碰撞传感器主要由电子电路、电阻应变计、振动块、缓冲介质和壳体组成，其结构如图7-19a所示。应变计的电阻R₁、R₂、R₃、R₄制作在硅膜片上，如图7-19b所示。当硅膜片产生变形时，应变电阻的阻值就会发生变化。电子电路包括稳压与温度补偿电路W、信号处理与放大电路A，如图7-19c所示。应变电阻一般都连接成桥式电路，并设计有稳压和温度补偿电路，以提高传感器的检测精度。

图7-19 电阻应变计式碰撞传感器的结构与原理

（2）工作原理 当车辆遭受碰撞时，碰撞传感器的振动块振动，缓冲介质随之振动，进而使应变计的应变电阻产生变形，应变电阻阻值随之发生变化。由于应变电阻以电桥电路的方式连接，随着应变电阻的变化，电桥电路的输出电压也会发生变化，信号经过处理与放大后，传感器将变化的信号电压输入SRS ECU。SRS ECU根据传感器输入的电压信号的强弱便可判断碰撞的激烈程度。当信号电压超过设定值时，SRS ECU就会立即向点火器发出点火指令引爆点火剂，进而向气囊充气，打开气囊。

5.压电效应式碰撞传感器的结构与原理

压电效应式碰撞传感器是利用压电效应制成的传感器。压电效应是指压电晶体在压力作用下，晶体外形发生变化进而使其输出电压发生变化，如图7-20所示。压电晶体通常用石英或陶瓷制成，在压力作用下，压电晶体的外形和输出电压就会发生变化。

图7-20 压电效应

当车辆遭受碰撞时，传感器内的压电晶体在碰撞产生的压力作用下，其电阻值发生变化，通过电路的连接后会使电路的输出电压发生变化。传感器将该电压信号输入SRS ECU，SRS ECU根据传感器输入的电压信号的强弱即可判断碰撞的激烈程度。如果电压信号超过设定值，SRS ECU就会立即向点火器发出点火指令，引爆点火剂使气体发生器给气囊充气，从而使气囊膨胀开，达到保护驾驶人和乘员的目的。

6.水银开关式碰撞传感器的结构与原理

（1）结构 水银开关式碰撞传感器是利用水银良好的导电特性制成的传感器，一般用作防护传感器（安全传感器）。它主要由水银、电极、密封圈、密封螺塞及壳体组成，如图7-21所示。

（2）工作原理 水银开关式碰撞传感器的工作原理如图7-22所示。

图7-21 水银开关式碰撞传感器的结构

当车辆未碰撞时，水银处于静止状态，在其自身重力作用下处于图7-22a所示的位置，传感器的两个接线端子处于断开状态。

当车辆碰撞时且减速度达到设定阈值时，如图7-22b所示，水银产生的惯性力及其运动方向的分力将克服其重力的分力使水银向传感器电极端移动，使传感器的两个电极接通。当传感撞信号传感器时，两个电极接通，将碰撞信号输入SRS ECU；当传感器用作碰撞防护传感器时，将点火器电源电路接通。

图7-22 水银开关式碰撞传感器的工作原理

7.阻尼弹簧式碰撞传感器的结构与原理

（1）结构 阻尼弹簧式碰撞传感器用于整体式安全气囊。它装在转向盘的气囊内，一旦汽车发生碰撞，它可使点火剂点燃，让充气装置的气体发生剂燃烧，使气囊充气膨胀。阻尼式弹簧传感器由球体、导向筒、点火针、触发杠杆、平衡弹簧、点火弹簧等组成，其结构如图7-23所示。

图7-23 阻尼弹簧式碰撞传感器的结构

（2）工作原理 阻尼弹簧式碰撞传感器的工作原理如图7-24所示。

当汽车发生碰撞时，传感器受到一个向后的惯性力作用，传感器内球体在惯性力作用下沿导向筒向下移动（图7-24中所示方向），推动触发杠杆绕支点A转动，触发杠杆左端压缩弹簧；当冲撞减速度达到一定值时，触发杠杆转动到触发杠杆上的锁止针失去作用的位置，此时引燃高速冲击点火剂而点燃气体发生剂。

这种方式是非电控方式的，其结构简单，只能作为气囊装置发挥作用，且没有可靠的补救功能和自我诊断功能。

图7-24 阻尼弹簧式碰撞传感器的工作原理

8.中央加速度传感器

（1）结构 中央加速度传感器又称为防护传感器或中央安全气囊传感器，安装在安全气囊电脑（SRS ECU）的内部，如图7-25所示。

图7-25 中央安全气囊加速度传感器的安装位置

中央加速度传感器由悬臂、计示电阻及集成电路组成。计示电阻是一个半导体应变片，半导体应变片两端被悬臂架压住，其结构及电路如图7-26所示。

图7-26 中央加速度传感器的结构及电路

（2）工作原理 当车辆发生碰撞时，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值产生变化，电阻的变化引起集成电路输出电压U₀的变化。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的输出特性受温度影响，因此常采用晶体管的基极—发射极间的电压变化来对温度进行修正。安全气囊ECU根据碰撞信号进行分析处理，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也同时闭合，则气体发生器的电路接通，安全气囊引爆。

中央加速度传感器信号处理电路如图7-27所示。从主放大器输出的电压与作用在夹板上的加速度成正比，具有对夹板折断或放大器电路有无异常做自我检查的功能。在发动机起动前进行检验，在点火开关接通后，即能发出ECU的故障诊断电路来的检验信号，矩形波电压加于阻抗桥上，如一切正常，则从主放大器输出微分波形。此外，在通常转动时也进行日常检查，预先发现异常情况，引起驾驶人注意。

图7-27 中央加速传感器信号处理电路