安全气囊控制系统电路分析与故障诊断讲课稿
10 安全气囊控制系统电路分析与故障诊断
10.1 安全气囊控制系统电路分析与故障诊断
10.1.1 安全气囊系统的组成与工作原理
在严重的碰撞中，安全气囊系统（SRS）检测到减速度，触发空气囊充气器；于是充气器中发生的化学反应瞬间用无毒气体充满气囊，以帮助限制乘员向前运动。这就有助于保护头部和面部不与方向盘或仪表板发生碰撞，随着空气囊放气，就继续吸收冲击能量，整个过程—充气、保护、放气—整个过程在不到1秒内完成。
10.1.1.1 安全气囊引爆条件
（1）驾驶员与前排乘员侧空气囊引爆条件
在图10-1中箭头之间阴影区域发生严重正面碰撞时，安全气囊系统（SRS）空气囊就会张开。如果冲击的严重程度超过设计的临界值，大概相当于以20-23公里/小时的速度与一个固定的障碍物迎头相撞，而这个障碍物在碰撞时不移动也不变形，安全气囊系统（SRS）空气囊就会张开。如果冲击的严重程度在上述临界值以下，安全气囊系统（SRS）空气囊就可能不张开。
图10-1 碰撞区域
（2）驾驶员与前排乘员侧空气囊不张开情况
如图10-2所示，汽车如果受到侧面或者后面碰撞，或者仅为低速下面碰撞，或者翻滚，SRS空气囊就不会张开。
（a）（b）
（c）（d）
（a）侧面碰撞（b）后面碰撞（c）汽车翻滚（d）低速下面碰撞
图10-2
10.1.1.2 安全气囊系统种类
（1）机械式（M型）空气囊
M型SRS空气囊是驾驶员侧的气囊。气囊传感器、充气器和空气囊都装在空气囊总成内。在方向盘总成内左侧安装有传感器锁止释放螺栓和释放杆，用作保险装置，以防止空气囊启动。如果传感器锁止释放螺栓松动或释放杆脱出，则即使受到冲击，空气囊也不会启动。
①部件的配置和功能
机械式SRS空气囊系统有专门设计的方向盘、含传感器的气体发生器总成和气囊组件总成。
表10-1 机械式（M型）空气囊部件配置和功能
部件功能
空气囊传感器在正面碰撞中检测速度，从而启动充气器
充气器瞬间产生氮气，充满空气囊
空气囊瞬间由充气器产生的氮气充满，而一旦充满，气体就气囊后面的放气孔排出，从而减少驾驶员的冲击。
方向盘总成如图10-3所示，方向盘总成上固定有锁臂盘，该锁臂盘中央设有一个D型支柱。当发生器-传感器装入时，这个支柱必须插入发生器-传感器底部的D型孔中，以便打开发生器-传感器的锁臂，是发生器处于工作状态。
图10-3 方向盘总成
②气囊组件总成
气囊组件总成如图10-4所示，包括一个装饰盖，一个折叠好的袋子和一个金属镶嵌的支架。在气囊展开的过程中这个盖子沿着预设的缝裂开，但其上下部分仍然连在支架上，气袋打开时会膨胀并且在方向盘的上方展开出来。
图10-4 气囊组件总成
③充气器（发生器-传感器）总成
充气器（发生器-传感器）总成如图10-5所示，包含了传感器和产生气体的化学药品，靠它传感信号起爆产生氮气来充满气袋，它装在一个铝制的圆柱形容器中,发生器的引爆不靠电而是靠机械式触发，只要发生器-传感器安装在方向盘里，它便处于工作状态。这个发生器-传感器的设计保证十年的工作寿命，到期必须更换。
图10-5 充气器
（2）电子式（E型）安全气囊系统
E型安全气囊系统（SRS）利用传感器检测碰撞信号并送往E型安全气囊系统（SRS）ECU，该ECU利用传感器的信号并利用内部预先设置的程序不断进行数学计算和逻辑判断，当判断结果为发生碰撞时，ECU发出点火指令引爆气囊点火剂。
①部件配置和功能
表10-2 电子式（E型）安全气囊系统部件配置和功能
部件功能
充气器瞬间产生氮气，使空气囊充气。
空气囊由充气器发出的氮气瞬间使空气囊充气，只要充满气体，气体就会从气囊后面的一些小孔排出。缓和对驾驶员和前排乘客的冲击。
前空气囊传感器这些传感器测量车辆的减速度。
中央空气囊传感器总成根据正面碰撞的减速度，决定是否张开气囊。当转换至诊断模式时，不论系统有任何故障都会进行诊断。
警告灯警告灯点亮时以示警告驾驶员，系统出现不正常情况。螺旋电缆将中央空气囊传感器总成的点火电流传送至充气器。
图10-6 部件配置
②充气器和空气囊
a.用于驾驶员侧（在方向盘总成内）
充气器和空气囊安装于方向盘总成内，其总成不能分解。充气器包括有发火极、引发药柱、气体发生器，在发生严重正面碰撞时，就会使空气囊充气。空气囊是用尼龙布制造的，其内表面涂有橡胶。另外，空气囊后面又放气孔，在空气囊张开后迅速排出氮气。
图10-7 气囊总成（驾驶员侧）
b.用于前排乘客侧（安装在前排乘客侧仪表板内）
充气器包括有发火极、引发药柱、气体发生器。这些部件完全密封在一个金属容器内。空气囊是由尼龙布制造的，由充气器所产生的气体使之充气。充气器和空气囊在空气囊壳内组合成一个整体，安装在前排乘客侧仪表板内。一般乘客侧空气囊容积比驾驶员侧空气囊的容积大2至4倍。
图10-8 气囊总成（前排乘客侧）
c.工作原理
驾驶员侧与乘客侧充气器和空气囊的工作原理是一样的，当发生严重正面碰撞时，所产
生的减速力使空气囊传感器接通时，电流就流至发火极使之发热，所产生的热量点燃点火剂（发火极内）点火剂所产生的火焰瞬间扩散至引发药柱和气体发生剂。气体发生剂产生大量氮气，氮气通过滤清器冷却，冲破方向盘空气囊总成或空气囊门，膨胀至乘客舱内；空气囊张开后，随着气体从放气孔逸出而迅速瘪下来，这就使空气囊的冲击力减小，同时也保证视野开阔。
空气囊充气时，随着氮气的产生会有大的响声和烟雾，这些都是无害的也不表示失火，所见到的烟雾大部分都是滑石粉和钠化合物；滑石粉用作润滑剂以帮助空气囊平顺张开，钠化合物是化学反应的副产品。残留物大部分由无害的碳酸钠组成；但是，其中也有少量的氢氧化钠，所以，一定要尽快清洗残留物，以防可能引起轻微的皮肤过敏。
图10-9 气体发生器示意图
d.中央空气囊传感器总成
中央空气囊传感器总成安装在地板上，由中央空气囊传感器、安全传感器、诊断电路等组成；中央空气囊传感器总成收到来自空气囊传感器的信号，判断空气囊是否必须启动，并且诊断系统内的故障。
a 中央气囊传感器总成安装位置
b丰田轿车用电控单元外观 c奔驰公司用电控电元外观
d中央空气囊传感器总成电路图
图10-10中央空气囊传感器总成（丰田车系称呼）
e.注意：
a）安全传感器、发火极和空气囊传感器为串联
b）空气囊传感器和中央空气囊传感器为并联
c）发火极为并联
10.1.1.3 传感器结构
（1）中央空气囊传感器
当车辆安装有前空气囊传感器时，安装在地板上的传感器被称为“中央空气囊传感器”；当车辆没有安装前空气囊传感器时，安装在地板上的传感器被称为“空气囊传感器”。
中央空气囊传感器由应变电阻片和集成电路组成，中央空气囊传感器测量减速力，并将其转化为电信号；这个信号输出是根据减速度线性变化，然后传至点火控制电路，用于判断空气囊是否启动。
图10-11 电子式中央传感器
（2）安全传感器
这种传感器是为了空气囊再不需要启动时不会造成错误启动，安全传感器结构如下图；当车辆发生正面强烈碰撞时，安全传感器的配重块克服弹簧力带动金属触点向右侧移动，在金属触点与金属片接触时使电路导通。
图10-12安全传感器
（3）安全气囊的点火控制和驱动电路
点火控制和驱动电路的计算来自中央空气囊传感器的信号；如果计算值比预定值大时，就起动发火极使空气囊张开。
（4）后备电源的设置
后备电源由后备电容器和DC-DC（直流-直流）变压器组成；如碰撞过程中电源系统失灵时，后背电容器就开始放电，给空气囊系统提供电源，当蓄电池电压降至某一预定值以下时，DC-DC（直流-直流）变压器就是一个生压变压器。
（5）诊断电路控制
这个电路用于诊断空气囊系统中是否有故障，当检测到系统有故障时，就使空气囊故障灯点亮，以警告驾驶员。
（6）存储器电路
当诊断电路检测到故障时，就将故障编码存储在这个存储电路中，便于在维修时可以检索到这个故障编码，确定故障位置以便较快地排除故障。
一般存储器电路有两种类型：一种是存储的内容在电源终断时被擦除；另一种是即使电源终断存储的内容也会保留，只有用特殊的手动方式和仪器才能将存储的内容擦除。
（7）前空气囊传感器的结构与工作原理
前空气囊传感器一般安装在每个前翼子钣内或车粱前端的两侧，这种传感器通常为机械型；当传感器在正面碰撞过程中检测到减速力超过一预定极限值时，传感器内的触点就会接触，传送一信号至中央空气囊传感器总成。
①前空气囊传感器的结构
前空气囊传感器由外壳、偏心转子、偏心重块、固定触点、旋转触点、电阻器等组成。这个电阻器用于诊断前空气囊传感器电路的断路和短路。
②工作原理
通常偏心转子在螺旋弹簧的弹力的作用下，处于（如图所示）正常状态，所以固定触点和旋转触点都不接触，当发生碰撞时，而作用在偏心重块上的减速度超过一预定值时，偏心重块、偏心转子和旋转触点作为一个整体向左转动，产生（如图所示）起动状态，这就使旋转触点与固定触点接触，从而使前空气囊传感器接通。
图10-13 偏心质量式传感器的工作过程左图：非工作状态；由图：工作状态（8）螺旋电缆的结构
螺旋电缆的作用是从车身侧至方向盘处的电器连接。
构造
螺旋电缆由外壳、转子、电缆、补偿凸轮等组成；安装在方向盘下方，其转子随着方向盘的转动而一齐转动。电缆有4.8米长放置壳体内，使之有少许的空隙，电缆的一端固定在壳体上，另一端固定在转子上，当方向盘左右转动时，电缆随着转子的转动而一同转动。通常螺旋电缆为5圈制，在维修操作时，使车辆的两前轮处于平行朝前的方向状态下将螺旋电缆和方向盘安装在转向管柱上，否则，可能造成螺旋电缆故障或其他故障
图螺旋电缆
（9）安全气囊控制系统的线路连接器
安全气囊控制系统的线路连接器通常都为黄色，便于与其他连接器区分，专为安全气囊控制系统设计的，有特殊功能的连接器用于下图所示的位置，以保证具有高度的可靠性。通常这些连接器的采用耐用的镀金端子。
①安全气囊控制系统连接器的结构
表10-3 安全气囊控制系统连接器的结构
项目应用
端子双重锁紧机构连接器1、2、3、4、5、6、7
防止气囊启动机构连接器1、4、5、6
电器连接检查机构连接器1、2、3
连接器双重锁紧机构连接器4、5、6、7
图10-14
②端子双重锁紧机构
每个连接器都是由外壳和定位架两件组成的结构，这种设计由两个锁紧器件（定位器和推杆）使端子牢固锁紧，以防止端子脱落。
图10-15
③防止气囊启动机构
每个连接器插头都有一个短路弹簧板，当连接器脱开时，这个弹簧板就会自动连接发火极的端子，形成闭合电路。
图10-16 端子的短路机构
④电器连接检查机构
这个机构对连接器是否正确完全连接进行检查；当连接器外壳的锁紧机构处于锁紧状态时，电气连接器检查机构的连接检测销与诊断端子连接。这个机构适用于检查前空气囊传感器和中央空气囊传感器总成的连接器。
图10-17 半配合检测机构
⑤安全气囊控制系统传感器与空气囊引爆的关系
a.安装两种空气囊传感器类型的空气囊引爆的关系
图10-18
b.安装三种空气囊传感器类型的空气囊引爆的关系
图10-19
10.1.2 丰田轿车安全气囊控制电路
图10-20 10.2 安全气囊系统部件检修
10.2.1 安全气囊控制系统检修注意事项（电子式安全气囊系统）
汽车装备有SRS系统，包括驾驶员侧空气囊、前座乘客侧空气囊和座椅安全带收紧器等；不按正确顺序进行维修操作，可能会使SRS系统中的空气囊在维修操作过程中意外引爆，从而导致严重事故。另外，由于在维修SRS系统时操作有误，可能会造成在需要空气囊张开时却不起作用。所以在维修SRS系统（包括零件拆装、检查和更换）之前，务必遵循以下的顺序进行。
（1）务必在点火开关转到LOCK的位置和拆下蓄电池负极90秒后才能开始拆装工作。
（2）不要让螺旋电缆、空气囊总成（包括驾驶员侧和前座乘客侧的空气囊总成）和安全气囊控制系统中的所有传感器直接暴露在环境温度比较高的地方和有电、气焊操作的场所。
（3）安全气囊控制系统的失灵征兆难以确诊，所以诊断代码成为故障诊断最重要的信息来源。当诊断安全气囊控制系统时总应首先检查诊断代码，然后断开蓄电池负极。
（4）即使发生轻微的碰撞，安全气囊控制系统的空气囊没有张开，也应检查安全气囊控制系统的螺旋电缆、空气囊总成（包括驾驶员侧和前座乘客侧的空气囊总成）和安全气囊控制系统中的所有传感器。
（5）在维修其他项目过程中，如果可能对传感器由冲击作用，则在维修前应先将安全气囊控制系统中的传感器拆除。
（6）不要解体螺旋电缆、驾驶员侧空气囊、前座乘客空气囊、安全气囊控制系统前传感器和中央传感器总成。
（7）在更换安全气囊控制系统零部件时，应使用新的零部件。
（8）不要使用修理过的螺旋电缆、驾驶员侧空气囊、前座乘客空气囊、安全气囊控制系统前传感器和中央传感器总成等重复使用。
（9）如果螺旋电缆、驾驶员侧空气囊、前座乘客空气囊、安全气囊控制系统前传感器和中央传感器总成曾经跌落过，或者在外壳、托架和连接器有裂纹、凹陷及其他缺陷应更换新的零部件。
（10）应使用高阻抗（至少10千欧/伏）的伏/欧表来诊断电路系统故障。
（11）在SRS系统零部件外表有说明标牌，必须遵照这些注意事项。
（12）在安全气囊控制系统的维修工作完成后，应检查SRS警告灯；为避免抹掉每个存储系统的存储内容，切勿使用车外备用电源。
（13）如果车辆装备有移动通讯系统，请参照车辆维修手册中的说明进行操作。
10.2.2 安全气囊系统检测（以比亚迪F3安全气囊系统为例）
2.1 SRS警告灯电路自诊断
1）将点火开关转至ACC或ON位，检查SRS警告灯是否点亮。
2）如果警告灯高亮5s左右，然后熄灭并持续5s以上，则系统正常。
3）如果警告灯保持高亮而不熄灭，表明安全气囊ECU已经探测到一种或多种故障，应按照2.2节读取故障代码并排除故障。
4）如果在点火开关接通5s后，SRS警告灯有时点亮，甚至在点火置于LOCK位后，SRS警告灯又点亮，表明SRS警告灯电路可能存在短路，应按照2.5节部分，予以
检查。
2.2 读取故障代码
2.2.1 用手持式专用诊断仪读取故障代码
1）将诊断仪连接到汽车故障诊断接口。
2）按照诊断仪上的提示读出故障代码。
2.2.2 直接在SRS警告灯上读出故障闪码
1）将点火开关转至ON位。
2）按照SRS警告灯的闪烁情况读取故障闪码。
3）安全气囊系统故障闪码、含义及故障区域见表1。
图9 诊断仪的连接
表1 安全气囊系统故障闪码及其含义
故障
代号
故障闪码含义故障区域0 正常N/A
2
由于颠簸或碰撞，安
全气囊ECU线束与
车身的搭铁线松动或
断开，这样不能保证
ECU良好的电性接
地
1.搭铁线
2.线束
>5s
5s
亮
灭
亮
灭
0.5s
0.5s
接整车检测接口
2.3 故障排除方法
根据表1读出的故障闪码，判断故障，并对故障进行排除，见表2（各部件的拆卸与安装见第四节）。
表2 安全气囊系统故障排除方法
（各部件检查方法见2.3.2～2.3.10）
8 1.驾驶员安全带预紧
器
2.线束
3.安全气囊ECU
1.按照
2.
3.2进行检查前的准备工作。
2.按照 2.
3.11检查驾驶员安全带预紧器电路，如果正
常，进入3；如果不正常，进入5。
3.按照2.3.5检查安全气囊ECU，如果正常，进入4；
如果不正常，应更换安全气囊ECU。
4.按照 2.3.10检查驾驶员安全带预紧器，如果正常，
可以认为原来有故障的部件现在已经正常，为进一步
查清故障，应使用模拟法进行检查；如果不正常，应
更换驾驶员安全带预紧器。
9 1.前排乘员安全带预
紧器
2.线束
3.安全气囊ECU
1.按照
2.
3.2进行检查前的准备工作。
2.按照 2.
3.13检查前排乘员安全带预紧器电路，如果
正常，进入3；如果不正常，进入5。
3.按照2.3.5检查安全气囊ECU，如果正常，进入4；
如果不正常，应更换安全气囊ECU。
4.按照2.3.12检查前排乘员安全带预紧器，如果正常，
可以认为原来有故障的部件现在已经正常，为进一步
查清故障，应使用模拟法进行检查；如果不正常，应
更换前排乘员安全带预紧器。
* 相关的多个部件根据故障闪码，逐个诊断和排除。
2.3.1 安全气囊ECU引脚
安全气囊ECU连接器各个引脚的位置见图10，各个引脚代号及名称见表3。
图10 安全气囊ECU连接器及安全气囊线束ECU端连接器正面视图
表3 安全气囊ECU插头引脚及名称
端子编号
端子代号端子名称
(参照图
11)
1 K K通信线
3 RLP-
驾驶员安全带预紧器驱动信号
4 RLP+
6 RRP-
前排乘员安全带预紧器驱动信号
7 RRP+
8 G1 地线
10 DA－
驾驶员安全气囊模块引爆信号
11 DA＋
13 PA－
前排乘员安全气囊模块引爆信号
14 PA＋
15 SP 车速信号
9、16 G2 搭铁线
23 LA SRS警告灯
25、50 PW 电源线
2.3.2 检查前的准备工作
操作前，请仔细阅读1.3节维修安全气囊的安全规则。此外，应进行以下准备工作。
a)从蓄电池上拆下负极搭铁线，并等待至少60s。
b)拆下驾驶员和前排乘员安全气囊模块，存放安全气囊模块时，注意正面朝上（拆
卸方法见第四节）。
c)断开驾驶员和前排乘员安全气囊模块连接器、安全气囊ECU连接器。如图11
所示。
图11 断开连接器
2.3.3 蓄电池电压过低或过高的检查
a)连接蓄电池负极搭铁线，接通点火开关，即转至ON位。
b)测量安全气囊线束端的PW电压。
c)正常电压：10～14V。
2.3.4 线束和连接器的检查
a)测量安全气囊线束是否导通，线阻是否保持在1Ω以下。
b)检查其他线束和连接器对应端子之间是否通路。
c)检查线束的所有导线有无断裂，有无绝缘层破裂现象。
d)检查线束连接器有无开裂现象。
2.3.5 安全气囊ECU的检查
a)用安全气囊线束连接安全气囊ECU。
b)用专用维修工具跨接线将时钟弹簧上点火器插头两个端子连接起来，见图11。
c)将蓄电池负极搭铁线连接到蓄电池上，并至少等待20s。
d)将点火开关转至ACC或ON位，并至少等待20s。
e)将点火开关转至LOCK位，清除故障闪码，并至少等待20s。
f)将点火开关转至ACC或ON位，并至少等待20s。
g)用诊断仪读出故障闪码。
2.3.6 驾驶员安全气囊模块的检查
a)将点火开关转至LOCK位。
b)从蓄电池上拆下负极搭铁线，并至少等待60s。
c)连接驾驶员安全气囊模块，见图12。
d)连接蓄电池负极搭铁线，并至少等待2s。
e)将点火开关转至ACC或ON位，并至少等待20s。
f)将点火开关转至LOCK位，清除故障闪码，并至少等待20s。
g)将点火开关转至ACC或ON位，并至少等待20s。
h)用诊断仪读出故障代码。