汽车安全气囊的发展史

汽车安全气囊的发展史

毫无疑问安全气囊系统非常好地改善了汽车的碰撞安全性，它和安全带一起充分地发挥了对人的保护效能。但是在乘员OoP状态(“Out of Position，非正常乘坐位置”)下，安全气囊也会对人造成伤害甚至致死亡，例如：

·由于气囊的传感系统没有完全考虑到事故的真实情况，造成气囊比较晚的被点燃引爆

·乘客由于恐慌等原因伏在安装气囊的方向盘或者仪表板上，或者座椅调节得太靠前，或者由于安全带比较松甚至没有带安全带造成紧急刹车时乘客身体前倾

·没有注意到汽车上的警告，把婴儿的座椅头朝前地固定在副驾驶员位置上

在上述情况下，气囊爆发时，很容易对人造成伤害。要解决这个问题，就必须改善现有的碰撞传感识别系统，要求通过这套系统一方面安全气囊可以提供乘客在“标准位置”时的碰撞安全保护，另一方面也可以通过气囊的不引爆或者减少气囊爆炸时的压力来减少乘客在偏离正常乘坐位置时可能产生的对人的伤害。

使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1952年美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。1953年，第一个气囊的专利就诞生了。但是，由于当时技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实现。到了1980年，德国

默谢台斯公司开始实现这种设想，它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。而从1985年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。

现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊，其中最大的是德国的波许公司。今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。

目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国，相应的法规已从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是：安全带和小尺寸气囊的配合使使用。所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。现在，在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。侧面气囊或者装在车门上，或者装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。为了保证气囊的气密性，在其内表面涂敷薄薄一层合成橡胶或硅橡胶。在气囊的内表面固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体。这点十分重要的，否则，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。为避免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，它可使气囊的有效使用期达到15年。

安全气囊系统采用了一种类似火箭固体燃料发动机的气体发生器，在这种气体发生器中，燃料燃烧产生的气体使气囊充气。气体发生器的燃料通常使用叠氮化钠，但也有的使用硝化纤维，也有的系统使用压缩气体。

气囊系统中的传感器通常有三种类型：机械式、机电一体式及电子式。大多数气囊采用多个电子传感器分布在车身不同位置以便准确感知碰撞信号，并将信号传递到车上的控

制系统中。控制系统以此控制气囊系统的点火，进行系统的故障诊断，同时判别要保护的乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员。若判定前排座位上为儿童座椅，那么，在发生碰撞时，儿童座椅前的气囊就不能点火。总之，控制系统可以保证只有在必须使用气囊时才使气囊工作。

当前，安全气囊出现了两种发展趋势。美国和日本的汽车公司正在努力增大气囊尺寸来保护乘员。而欧洲一些汽车制造公司，如“梅塞德斯-奔驰”等，而“宝马”和“沃尔沃”等则认为，安全气囊本身决不是保障乘员的灵丹妙药，它必须在一个统一的汽车被动安全系统中才能有效地发挥作用，在这个系统中，一定要具备紧缩式安全带、结构可靠的座椅、儿童专用座椅和一系列其它部件。而且，最好在车身结构设计开始时就考虑到这个安全系统所有必须的组成部件

一、汽车的安全性

随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶的速度越来越快。又由于汽车保有量的迅速增加，道路交通越来越拥挤。这就使得汽车事故频繁发生，所以汽车的安全性就变得尤为重要，成为当今汽车设计和生产的一个重要课题。汽

车的安全性分为主动安全和被动安全。主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵的稳定性，制动的可靠性、平顺性等；被动安全是指汽车在发生事故的情况下保护乘员的能力，主要有防撞式车身、安全带和辅助乘员的保护系统（SUPPLEMENTAL-RESTRAINT SYSTEM，以下简称安全气囊）等。由于汽车事故难以避免，因此被动安全显得非常重要，安全气囊作为被动安全的研究成果，由于使用方便、效果显著、造价不高，所以近年来得到迅速发展和普及。

二、安全带和安全气囊

为了说明安全带和安全气囊在保护乘员方面的重要性，首先说明造成乘员伤害的原因。如图（1-1）所示，当汽车和障碍物之间发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降。例如，如果一辆汽车以50km/h的速度与一个固定不动的障碍物正面相撞，则汽车至完全停止所需时间大约0.1s。在这短暂的时间内，可发生的事情却相当多：在碰撞的瞬间，前护杠停止运动，但汽车的其他部分仍以50km／h的速度前进。随着车辆前部逐渐损坏，汽车即开始吸收动能并减速；在碰撞过程中，当开始减速慢下来时，内部乘员则仍以原来的速度向前移动。于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、风挡玻璃等之间的碰撞，造成了乘员的伤害。这种乘员和汽车内部结构之间的碰撞称为二次碰撞，如图（1-2）所示。

图1－1一次碰撞示意图图1－2 二次碰撞示意图如果乘员未系上安全带，则他们会继续以50km/h的速度前进，直到撞及车室内部物件才会停止。在此例中，乘员撞击车室内部的速度，与从三楼的窗户跳下撞击地面时的速度相当。如果乘员系上安全带，则他们将逐渐减速，因此作用到他们身上的撞击力将减轻。但是在严重的碰撞事件中，虽然系上安全带的碰撞力比未系安全带少了很多，但乘员仍可能会撞到车室内部物件而造成伤害。