第四节 大众奥迪车系安全气囊系统
一、大众奥迪车系安全气囊系统的组成
大众奥迪车系上安装的被动保护系统有驾驶人安全气囊、前排乘客安全气囊、前座椅爆炸锁紧安全带、前后头枕、车门防撞梁、可伸缩转向柱防撞踏板机构、安全车门锁等。安全气囊与引爆式安全带系统是一种常见的车辆和乘员被动安全保护系统。图1-39所示为大众奥迪车系常见安全气囊的安装情况，该车系最多可安装有10个安全气囊。为了提醒维修人员注意安全气囊的存在，不要引起安全气囊的误触发，在装有安全气囊的车上都设置有相应的标志，如图1-40所示。
图1-39 安全气囊的安装情况
a）驾驶人侧安全气囊 b）前排乘员侧安全气囊 c）侧安全气囊 d）窗帘安全气囊（头部安全气囊）
奥迪轿车安全气囊系统元件及传感器位置如图1-41所示，系统组成如图1-42所示。该系统包含驾驶人安全气囊和前排乘客安全气囊、前座侧安全气囊（保护人体的胸部和腰部）、选装后座侧安全气囊、识别传感器、三点引爆式前座椅安全带、三点引爆式后座椅安全带、中央包围安全带（固定后座长椅）、6个碰撞传感器、两个前部碰撞传感器、两个驾驶人/乘客侧安全气囊碰撞传感器（安装在B柱上检测侧面碰撞的发生）、两个驾驶人/乘客后侧安全气囊碰撞传感器（安装在C柱上检测侧面碰撞的发生）。
图1-40 安全气囊位置标志
图1-41 奥迪轿车安全气囊位置图
二、奥迪轿车安全气囊系统工作过程
1.安全气囊系统与其他系统之间的通信过程
当车辆发生碰撞时，有两个独立的碰撞信号输出。一个碰撞信号会通过电话控制单元发送紧急呼叫信号（选装），同时车门解锁、打开车内灯（开关必须设定在门控档），通过舒适系统中央控制单元打开紧急灯，舒适系统中央控制单元通过CAN总线通信信号关闭辅助加热器（选装）、断开蓄电池的起动机与发电机的电源线。另一个碰撞信号如图1-43所示，通过CAN总线输出通信信号，发动机控制单元接收到该信号以后，停止燃油继电器的工作，停止发动机供油，发动机停止工作，防止燃油意外泄漏，导致事故的升级扩大，防止爆炸事故的发生。
图1-42 奥迪轿车采用的安全气囊系统组成图
K75—安全气囊指示灯 K145—前排乘员侧安全气囊关闭指示灯 N95—驾驶人侧安全气囊触发器 N131—前排乘员侧安全气囊触发器1 N153—驾驶人侧安全带张紧触发器 N154—前排乘员侧安全带张紧触发器 N196—左后座安全带张紧触发器 N197—右后座安全带张紧触发器 N198—后座中间安全带张紧触发器 N199—驾驶人侧面安全气囊触发器 N200—前排乘员侧面安全气囊触发器 N201—左后座侧面安全气囊触发器 N202—右后座侧面安全气囊触发器 N251—驾驶人头部安全气囊触发器 N252—前排乘员头部安全气囊触发器 T16—插头，16孔诊断接口 E24—驾驶人安全带开关 E25—前排乘员安全带开关 E224—前排乘员安全气囊关闭钥匙开关 G85—转向角传感器 G179—驾驶人侧面安全气囊碰撞传感器（B柱） G180—前排乘员侧面安全气囊碰撞传感器（B柱） G256—左后座侧面安全气囊碰撞传感器 G257—右后座侧面安全气囊碰撞传感器 G283—驾驶人侧安全气囊碰撞传感器 G284—前排乘员侧安全气囊碰撞传感器 J234—安全气囊控制单元 J285—组合仪表内带显示屏的控制单元 J393—舒适系统中央控制单元 J526—电话/Telematik控制单元 J533—数据总线诊断接口（网关） J623—发动机控制单元 J655—蓄电池切断继电器
图1-43 控制单元之间的通信图
E3—紧急运行灯 E224—前排乘员安全气囊关闭钥匙开关 F140—左前安全带开关 F141—右前安全带开关 F145—左后安全带开关 F146—右后安全带开关 G6—油泵 G128—右前座椅乘员识别传感器 G177—左后座椅乘员识别传感器 G178—右后座椅乘员识别传感器 G179—驾驶人侧面安全气囊碰撞传感器（B柱） G180—前排乘员侧面安全气囊碰撞传感器（B柱） J218—仪表 J220—发动机控制单元 J234—安全气囊控制单元 J17—油泵继电器 K75—安全气囊指示灯 K145—前排乘员侧安全气囊关闭警告灯 N95—驾驶人侧安全气囊触发器 N131—前排乘员侧安全气囊触发器 N154—前排乘员侧安全带张紧触发器 N196—左后座安全带张紧触发器 N197—右后座安全带张紧触发器 N198—后座中间安全带张紧触发器 N199—驾驶人侧面安全气囊触发器 N200—前排乘员侧面安全气囊触发器 N201—左后座侧面安全气囊触发器 N202—右后座侧面安全气囊触发器 N277—左侧头部和窗帘安全气囊触发器 N278—右侧头部和窗帘安全气囊触发器
2.双级前部驾驶人安全气囊工作过程
如图1-44所示，前部安全气囊是双级触发式的，这就可以保证车速在30km/h左右撞车时，乘员可以得到最佳保护，每级都有独立的触发用点火剂。驾驶人前安全气囊双级引爆器结构如图1-45所示，点火剂按规定的时间间隔依次点火。驾驶人侧安全气囊也被称为“环形安全气囊”，它充满气后的形状就像一个救生圈。这种安全气囊呈辐射状展开，因此对于坐在离转向盘很近的驾驶人尤其具有保护作用。在安全气囊展开并充气成环形的过程中，转向盘中心保持不变（仍是气囊中心）。环形安全气囊周围的三面缝有方形的织物层，剩余的一面没有缝，以便让气囊滑过不动的转向盘中心。这种安全气囊结构满足最新的法规要求，并符合驾驶人在“非正确位置”驾驶时的生物力学值。在安全气囊展开时，若驾驶人的头部和上身离转向盘很近，那么这种结构的安全气囊可以防止驾驶人受重伤。
当车辆发生碰撞时，车辆前部传感器负责检测碰撞的发生，电控单元接收传感器信号，碰撞达到一定条件后，控制单元先向前座椅安全带张紧器通电，使张紧器迅速拉紧乘客；同时控制单元通过螺旋电缆向前安全气囊引爆器通电，引爆器在大电流的作用下，迅速产生大量的氮气，迅速充入气囊中，使前气囊在50ms内迅速爆出，减小乘客的前冲力，防止乘客撞到车玻璃与仪表板。大约100ms后，气囊充气结束，气囊不断进行放气，车辆发生反弹，乘客停止前冲，恢复正常状态。
图1-44 双级前部驾驶人安全气囊示意图
图1-45 驾驶人侧前安全气囊双级引爆器结构图
3.乘客侧前安全气囊工作过程
驾驶人侧和前乘员侧前安全气囊都是双级引爆，每级都有独立的触发用引爆器，如图1-46所示。双级安全气囊内部包括两套机构，每套机构均由独立的引爆器、推进剂、压缩气罐、电路等组成。在车辆发生碰撞以后，双级安全气囊中的一级先引爆，1号引爆器触发，点燃1号推进剂叠氮化钠固体，叠氮化钠在火焰的作用下产生大量氮气迅速推开推杆，储气罐压力迅速升高，大量氮气通过气室的通道迅速进入到气囊，使气囊引爆。1号引爆器工作以后，2号引爆器工作，点燃2号引爆器对应的固体叠氮化钠，大量氮气迅速补充到气囊中，实现两级引爆，在起到保护乘员作用的基础上，可以有效减少对乘员的伤害，如图1-47所示。
三、奥迪A8轿车安全气囊的控制电路
奥迪A8轿车安全气囊系统的电路控制如图1-48所示。
图1-46 前排乘客安全气囊双级引爆结构图
图1-47 安全气囊双级引爆系统工作过程
图1-48 奥迪A8轿车安全气囊系统电路控制图
E24—驾驶人侧安全带开关 E25—副驾驶人侧安全带开关 E224—副驾驶人侧安全气囊关闭钥匙开关 F138—安全气囊螺旋弹簧/带集电环的回位环 G179—驾驶人侧面安全气囊碰撞传感器 G180—副驾驶人侧面安全气囊碰撞传感器 G256—左后座侧面安全气囊碰撞传感器 G257—右后座侧面安全气囊碰撞传感器 G283—驾驶人侧安全气囊碰撞传感器 G284—副驾驶人侧安全气囊碰撞传感器 J234—安全气囊控制单元 J655—蓄电池切断继电器 N95—驾驶人侧安全气囊触发器 N131—前排乘员侧安全气囊触发器1 N153—驾驶人侧安全带张紧触发器 N154—前排乘员侧安全带张紧触发器 N196—左后座安全带张紧触发器 N197—右后座安全带张紧触发器 N198—后座中间安全带张紧触发器 N199—驾驶人侧面安全气囊触发器 N200—前排乘员侧面安全气囊触发器 N201—左后座侧面安全气囊触发器 N202—右后座侧面安全气囊触发器 N251—驾驶人头部安全气囊触发器 N252—前排乘员头部安全气囊触发器
附加信号：①—蓄电池A（正极） ②—去往起动机B和发电机C的正极连接 ③—接线柱58s ④—驱动CAN总线（High） ⑤—驱动CAN总线（Low） ⑥—撞车信号 ⑦—前排乘员侧安全气囊关闭指示灯K145
四、奥迪轿车安全气囊系统部件结构
1.安全气囊控制单元
安全气囊控制单元（J234）具备两级处理系统，控制气囊分两个级别引爆，可以有效减少气囊对乘员的伤害；控制单元具备前部、侧面、尾部碰撞识别功能；控制单元可以正确释放安全气囊和安全带张紧器，并在发生碰撞时切断蓄电池电路，防止事故升级；控制单元同时对整个气囊系统持续监控；在蓄电池电路断开后的150ms时间内，通过电容器向气囊系统提供独立的电源；控制单元通过故障警告灯显示系统故障，激活安全带提示报警SBR（Seat Belt Reminder），以提醒驾驶人气囊与安全带系统是否正常，其内部结构如图1-49所示。安全气囊控制单元一般安装在车辆中心线上，以均匀检测车辆各部位发生的碰撞情况，如图1-50所示。安全气囊传感器安装位置如图1-51所示。
图1-49 控制单元内部结构
图1-50 控制单元安装位置
图1-51 安全气囊传感器安装位置图
2.前部安全气囊碰撞传感器
前部安全气囊传感器安装在前部变形区内，如图1-52所示，用于接收车辆前部碰撞加速度。控制单元通过其传输的信号来计算碰撞时车辆变形的速度，以此来较早识别事故的严重性。如果是轻微碰撞则无需引爆气囊，如果事故严重需起动乘客安全保护系统。车辆前部发生碰撞时，强烈的信号将通过纵梁和前部碰撞传感器传入安全气囊控制单元。
图1-52 前部安全气囊传感器G283和G284的安装位置
3.侧面安全气囊碰撞传感器
侧面安全气囊碰撞传感器是一个压力传感器，一般安装在车门侧面内部（图1-53）或车门侧面底部。侧面碰撞传感器内部由硅酮元件、盖子、起动机等组成，如图1-54所示。侧面安全气囊碰撞传感器中设置有4个压电元件，4个压电元件连接成惠斯顿电桥结构，如图1-55所示，给电桥提供电源与搭铁电路，4个压电元件中两个处于压力影响层，另两个处于非压力影响层。当车辆发生侧面碰撞时，处于压力影响层的压电元件在压力的作用下产生电压信号，由惠斯顿电桥转换成数字信号作为传感器的输出信号。
图1-53 侧面安全气囊碰撞传感器安装位置图
图1-54 侧面安全气囊碰撞传感器结构图
图1-55 侧面安全气囊碰撞传感器电路与实物图
4.安全带使用识别开关
驾驶人及乘客在没有系安全带的情况下发生事故时，驾驶人及乘客的位移与移动的速度会远远大于系好安全带的情况，对驾驶人与乘客的伤害非常大。在这种情况下，安全气囊控制单元会提前引爆气囊，在气囊引爆的时间及气囊引爆的要求都会发生改变，所以安全气囊控制单元必须知道驾驶人与乘客是否系好安全带，这也是安全带识别开关的重要性。安全带使用识别开关的安装位置如图1-56所示。当驾驶人和前排乘客未系安全带时，安全气囊控制单元的触发门槛将降低，即更为轻微地碰撞都可能引爆安全气囊。在大众检测仪器的08读取测量数据块的03通道和04通道中，若电阻值过大，表示未系安全带，安全带使用识别开关未接通。安全带识别开关在未系安全带时的状态如图1-57所示，系好安全带时的状态如图1-58所示。
当未系安全带时开关为打开状态，传感器电阻为R1和R2的电阻之和；当系好安全带以后，开关为闭合状态，电阻为R1的电阻。电阻变化会引起传感器的信号电压的改变，从而电控单元根据传感器电压变化就可以判断驾驶人是否已系好安全带，如图1-59所示。
图1-56 安全带使用识别开关的安装位置
图1-57 碰撞识别开关状态（未系安全带）
图1-58 碰撞识别开关状态图（已系好安全带）
5.前排乘客安全气囊关闭钥匙开关
很多车型的前排乘客安全气囊是可以人工关闭的，在人工关闭以后如果车辆发生碰撞事故，前排乘客安全气囊是不会引爆的。这样的好处在于，如果前排乘客席没有人乘坐，发生碰撞事故后可以适当减少维修费用，以减少不必要的损失。该开关通过钥匙插入以后旋转到“OFF”位置，即为关闭位置，如图1-60所示。其电路结构如图1-61所示，这个开关内集成了两个电阻电路，控制单元通过每个电路均可单独识别出开关的位置，当开关为“ON”或“OFF”时，因为传感器内触点的位置不同，传感器两端产生不同的电压，从而使安全气囊控制单元根据开关两端电压的变化来判断开关的位置，控制前排乘客安全气囊的工作状态。如果这个钥匙开关损坏，前排乘客安全气囊关闭指示灯就会闪烁。
图1-59 安全带开关电路结构图
图1-60 前排乘客安全气囊关闭钥匙开关位置
图1-61 前排乘员安全气囊关闭钥匙开关E224
6.安全气囊指示灯
每次点火开关打开到ON位置时，安全气囊系统均要进行自检，对系统的组成元件进行检查并判断元件的工作状态；在车辆运行过程中控制单元也要进行不断地检查，对各个元件进行监控。当发现有元件发生故障时，控制单元会点亮仪表中的故障指示灯。
7.螺旋弹簧
螺旋弹簧是安全气囊控制单元和转向盘驾驶人模块之间的电子连接，配有ESP功能的车辆在复位环外壳内装有转向角度传感器G85，在维修或换件后必须对转向角度传感器进行基础设置，奥迪车系螺旋弹簧如图1-62所示。
8.主动反应头枕
（1）主动反应头枕的作用 有些车型（如2005年产的奥迪A6）的前座椅上使用的是主动式头枕，当发生尾部撞车时，这个头枕会向前运动，降低肩部和头部之间的相对加速度，大大降低了颈部脊椎的受伤风险，如图1-63所示。如果发生的是正面碰撞，那么离心配重的机械机构将会被锁止。
图1-62 螺旋弹簧
图1-63 主动头枕工作示意图
（2）系统结构与工作过程 如图1-64所示，在座椅S形弯曲位置，主动头枕设置了一个杠杆机构。当车辆尾部发生碰撞时，杠杆机构发生旋转，头枕前移，起到保护乘员颈部的作用。
9.碰撞蓄电池切断保护装置
蓄电池切断继电器是蓄电池的分离元件，它的任务是在发生撞车事故时，切断起动机和发电机。奥迪A6轿车蓄电池切断继电器安装在蓄电池的前方，如图1-65所示。蓄电池断电继电器只安装在蓄电池位于行李箱中的汽车上。
蓄电池切断元件经一根单独的导线接收来自安全气囊控制单元J234的触发信息。安全气囊控制单元触发了蓄电池切断元件后，切断元件视窗里看到的就不再是一个铜线圈了，而是一个白色区域。切断元件后，可以通过黄色按钮将其复位。
（1）工作过程 图1-66所示为蓄电池切断继电器的电路控制图，图中各元件的标注见表1-4，蓄电池切断继电器由3号端子接收安全气囊的碰撞信号。当车辆发生撞车事故，安全气囊发生引爆时，蓄电池切断继电器接收到相应的电压信号，触发继电器工作，断开图中的A与B之间的开关，使蓄电池停止向用电器供电。
图1-64 主动头枕工作过程图
图1-65 蓄电池切断继电器安装位置
a）奥迪A8轿车 b）奥迪A3轿车
表1-4 蓄电池切断继电器说明表
（2）复位与诊断 安全气囊控制单元执行元件诊断也可以触发蓄电池切断继电器，但要注意，执行元件诊断后一定要将该继电器手动复位，否则无法给蓄电池充电。安全气囊控制单元触发了蓄电池切断元件后，切断元件视窗里看到的就不再是一个铜线圈了，而是一个白色区域，切断元件后可以通过黄色按钮来将其复位，如图1-67所示。
图1-66 蓄电池切断继电器的电路控制图
J644—电能管理控制单元
J655—蓄电池管理继电器
10.座椅被占识别系统
（1）座椅被占识别系统（不用于美国，图1-68） 前排乘员座椅被占传感器G128是一个塑料膜，该膜覆盖在座椅的后部。由几个单独的压力电阻组成，感知座椅相关部位。
该传感器根据压力改变电阻，其阻值变化情况见表1-5。若传感器承受的负荷大于5kg，则安全气囊控制单元确定“座椅被占”，前排乘员座椅未被占时，传感器电阻很高，一旦该座椅被占，电阻下降。若电阻超过480Ω，则安全气囊控制单元判定为断路，并存储故障。安全气囊控制单元利用该传感器和安全带锁开关判断是否系安全带。
图1-67 蓄电池切断继电器视窗与复位
表1-5 依据传感器阻值判断座椅的被占情况
（2）座椅被占识别系统（用于美国，图1-69） 为满足美国的法规要求，单独开发了该系统。该系统在某些条件下可关闭前排乘员安全气囊。若测得前排乘员座未被占或装有儿童座椅，则安全气囊关闭前排乘员安全气囊。安全气囊关闭警告灯指示前排乘员安全气囊已关闭，并在组合仪表上显示相应文本信息。目前，奥迪A4轿车采用该种座椅被占识别系统，现用于美国市场。
图1-68 座椅被占识别系统（不用于美国）
图1-69 座椅被占识别系统的结构（用于美国）
（3）座椅被占识别压力传感器G452 座椅被占识别压力传感器G452（图1-70）通过一根软管与座椅被占识别垫相连，只有硅胶的识别垫装在座垫下面。若前排乘员座椅被占，压力通过坐垫施加到识别垫上，压力传感器G452产生一模拟电压信号，座椅被占识别控制单元向压力传感器提供5V电压，压力传感器产的信号在0.2～4.3V之间，该信号取决于作用在座椅上的负荷，负荷越高，电压越低。
图1-70 座椅被占识别压力传感器G452