安全气囊系统工作原理

［安全气囊系统工作原理】当汽乍发’！毛正面盛掩事故时，女全夕（健控制系统枪侧到冲．1矛力《减速度）超过设定位时，安全气卖电脑立即接通充气元件中的电爆管电路．点堪电爆管内的点火介质，火焰引供点火药粉和气体发生剂，产生大童气体，在O。

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安全气簇可将撞．寿力均匀地分布在头部和胸部．防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。

安全气簇对于在遭受正面撞击时，的确能有效保护乘客，即使未系上安全带．防摘安全气t仍足以有效减低伤害。

据统计．已备安全气谁的车发生正面碰撞时，可降低乘客受伤的程皮高达64%，共至在其中有80％的桑客未系下安个带！至下来rI侧方及后座的斑撞，则仍有帐于安全带的功能。

此外，气囊爆发时的音量大约只有130分且，在人休可忍受的范围：气囊中78％的气体是氮气．十分安定且不含毒性，对人体无害：爆出时带出的粉末是维持气健在折叠状态下不枯在一起的润淆粉未．对人体亦无害。

万事那是一把双刃剑，安全气t下刁样也有它不安全的一面。

据计算，若汽车以6Okm的时速行驶，突然的摄击会令车辆在0。

2秒之内停下，而气t则会以大约30Okmlh的速度弹出．而精品
【安全气囊系统工作原理】
当汽车发生正面碰撞亊故时，安全气囊控制系统检测到冲击力（减速度）超过设定值时，安全气囊电脑立即接通充气元件中的电爆管电路，点燃电爆管内的点火介质，火焰引燃点火药粉和气体发生剂，产生大量气体，在0.03秒钟的时间内即将气囊充气，使气囊急剧膨胀，冲破方向盘上装饰盖板鼓向驾驶员和乘员，使驾驶员和乘员的头部和胸部压在充满气体的气囊上，缓冲对驾驶员和乘员的冲击，随后又将气囊中的气体放出。

安全气囊可将撞击力均匀地分布在头部和胸部，防止脆弱的乘客肉体与车身产生直接碰撞，大大减少受伤的可能性。

安全气囊对于在遭受正面撞击时。

的确能有效保护乘客，即使未系上安全带。

防撞安全气囊仍足以有效减低伤害。

据统计。

配备安全气囊的车发生正面碰揸时，可降低乘客受伤的程度高达64%，甚至在其中有80%的乘客未系上安全带！至于来自侧方及后座的碰撞，则仍有赖于安全带的功能。

此外，气囊爆发时的音量大约只有130分贝，处在人体可忍受的范围；气囊中78%的气体是氮气，十分安定且不含毒性，对人体无害；爆出时带出的粉末是维持气囊在折奋状态下不粘在一起的润滑粉末，对人体亦无害。

万亊都是一把双刃剑，安全气資同样也有它不安全的一而。

据计算，若汽车以60km/h的时速行驶，突然的撞击会令车辆在0.2秒之内停下，而气囊则会以大约300km/h的速度弹出，而由此所产生的撞击力约有180公斤，这对于头部、颈部等人体较脆弱的部位就很难承受。

因此，如果安全气囊弹出的角度、力度稍有差错，就有可能酿出一场“悲剧”。

在汽车行驶中，3个传感器不断将车速变化的信息输入到电子控制器，经电子控制器不断地
计算、分析、比较和判断，并随时准备发出指令。

当车速小于30km/h冲撞时。

前方传感器和其串联的安全传感器同时向电子控制器输入撞车信号，并发出引爆安全带预紧器电雷管的指令。

而中央传感器发出的信号不能使电子控制器发出引爆气囊电雷管的指令。

所以，在低速（减速度较小）冲撞时。

只要预紧器向后拉紧安全带，就足以保护驾乘人员不撞向前方。

在高速（减速度较大）冲撞时，前方传感器和中央传感器同时向电子控制器输入冲撞信号，电子控制器在迅速判断后发出指令，同时引爆左右预紧器和双气囊的电雷管。

安全带向后拉紧的同时，2个气囊同时张开，吸收驾乘人员因减速度大而产生的冲撞能量，有效地保护他们的安全。

当汽车和前面的固定物冲撞时，汽车行驶的速度越快，减速度就越大，传感器接受到的力就越大。

若将前方传感器和中央传感器预设定的力分为上、下限，即前方传感器的预定冲撞速度在小于30km/h的下限值，并且相应的安全传感器预设值也是下限值。

则汽车发生低速冲撞时，电子控制器只使安全带预紧器引爆。

中央传感器预设值为上限，则汽车高速冲撞时，前方传感器，中央传感器和安全传感器同时向电子控制器输出冲撞信号，电子控制器使所有的电雷管引爆。

则安全带拉紧，气囊张开。

从发生冲撞、传感器发出信号到控制器判断引爆电雷管，大约需要10ms时间。

引爆后，气体发生器产生大量氮气，迅速吹胀气囊。

从发生冲撞到气囊形成。

进而到安全带拉紧，全过程所需时间为30-35ms。

所以气囊系统的保护效果是非常好的。

当气囊引爆后，由于产生的气体大涌进气囊，使气囊的压力增高，不利吸收冲撞能量，所以，在气囊的后面有2个排泄压力的气体排放孔，有利于保护驾乘人员的安全。

安全气囊在近几年得到了飞速的发展。

价格大幅度下降。

装备了安全气囊的轿车也从过去的中高级轿车向中低级轿车发展。

同时，有些轿车前排安装了乘客用的安全能已被人们普遍接受，并被视为一种现代化和高档次的安全装置。

了解安全气囊的工作原理及注意事宜对我们更好的保护白己有很重要的作用，但对于驾驶员来说，安全驾驶才是第一位的，这是任何先进的安全装置都无法替代的！
【安全气囊的组成】
驾驶员处的安全气囊是存放在方向盘忖垫内，因此，当您#见方向盘上标有
9”字样，就可知此车装有安全气囊。

安全:气囊系统主耍由传感器、微处理器、气体发生器和气囊
等主要部件组成。

传感器和微处理器用以判断撞车程度，传递及发送位号：气体发生器报据位号指示产生点火动作，点燃闶态燃料并产生气体向气囊充气，使1囊迅速膨胀。

气囊装在方向盘毅内紧靠缓冲垫处，其容虽约50至90升不等，做\囊的布料具奋很高的抗拉强度。

多以尼龙材质制成。

折奋起来的表面附有干粉，以防安全气囊粘着在一起在爆发时被冲破：为了防止气体泄漏。

气囊内层涂有密封橡胶：同时气囊设有安全阀，当充气过量或褒内甩力超过一定值时会0动泄放部分气体，避免将乘客挤甩受伤：气囊中所用的气体多是氮气。

安全气囊系统主要由碰撞传感器、安全:气資电脑、3尺3指示灯和气囊组件四部分组成。

1、碰撞传感麝
------
碰撞传感器是安全气囊系统中主要的控制信4输入装置。

其作用是在汽车发生碰撞时。

由碰
掩传感器检测汽车碰撞的强度位号，并将信号输入安全气囊电脑。

安全气囊电脑根据碰揸传感器的信号来判定是否引爆允气元件使1褒允气。

安全气髡系统一般装有2〜4个碰撞传感器。

前左、右挡泥板各装一个，釘的前面保险杠中间还装有一个，有的车内还装有一个。

碰撞传感器现大多数采用惯性式机械开关结构。

碰撺传感器由壳体、偏心转子、偏心茧块、固定触点、旋转触点等部分组成。

在传感器外还
阂定有一个电81尺。

电阻尺的功用是对系统进行向检时。

检测安全气囊电脑与前气囊碰撞传感器之间的联接导线是否断路或短路。

在正常情况下，偏心转子和偏心重块在嫘旋弹簧弹力的作用下，顶筘在与外壳相连的止动块上，此时。

旋转触点与固定触点不接触，开关”〇下下"。

当汽车发生碰撞时。

偏心重块由于惯性力
将带动偏心转子克服弹簧弹力产生偏转。

当碰撞强度达到设定值时，偏心转子偏转角度将使旋转触点与固定触点接触而闭合。

此时碰描传感器向安全气囊电脑输入一个信号。

安全气囊电
脑只有收到碰撞传感器输入的-01^位号时，才会去引墦充气元件。

在有些汽车中还装有侧向安全气囊。

当汽车发生侧向碰撞时，安全气囊也会充气，因此装有侧向安全气囊的系统，在汽车的左右侧还装有碰撞传感器。

2、安全气襄电脑
安全气囊电脑是安全气囊系统的控制中心，其功用是接收碰撞传感器及其他各传感器输入的
倍号，判断是否点火引爆1囊充气，并对系统故障进行0诊断。

安全气囊电脑还要对控制组件中关键部件的电路（如传感器电路、备用电源电路、点火电路
、3只5指示灯及其驱动电路›不断进行诊断测试，并通过3只3指示灯和存储在存储器中的故障代码來显示测试结果。

仪表盘上的3尺3指示灯可直接向驾驶员提供安全气囊系统的状态信息。

电脑存储器中的状态位总和故障代码可用专用仪器或通过特定方式从率行通讯接口调出，以供装配检査。

（1）信号处理电路
位号处理电路主要由放大器和滤波器组成。

其功用是对传感器检测的位号进行整形、放大和
滤波，以便3只5电脑能够接收、识别和处理。

（2）备用电源电路
安全气囊系统存两个电源：一个是汽车电源（蓓电池和交流发电机›:另一个是备用电源（
备用电源又称为后备电源或紧急备用电源。

备用电源电路由电源控制电路和
若千个电容器组成。

在单安全气囊系统的控制组件中，设存一个电脑备用电源和一个点火备用电源。

在双安全气囊系统的控制模块中。

设存一个电脑备用电源和两个点火备用电源，即两条点火电路各设一个备用电源。

点火开关接通103之后，如采汽车电源电甩商十5只3电脑的圾低：！：作
电压，那么电脑备用电源和点火备用电源即可完成储能任务。

备用电源的功用是：当汽车电源与3尺3电脑之间的电路切断后，在一定时间（一般为63）内，维持安全气囊系统供电。

保持安全气囊系统的正常功能。

当汽车遭受碰描而导致落电池和交流发电机与3尺3电脑之间的电路切断时，电脑备用电源能在63之内向电脑供给电能，保持电脑测出碰描、发出点火指令等正常功能；点火备用电源能在65之内向点火器供给足够的点火能里引保点火剂，使充气剂受热分解给气囊充气。

时间超过63之后，备用电源供电能力降低，电脑
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备用电源不能保证电脑测出碰撞和发出点火指令；点火备用电源不能供给始小点火能里，5^5气囊不能充气膨开。

（3）保护电路和稳压电路
在汽车电器系统中，许多电器部件带存电感线阐，电器开关琳琅满自，电器负载变化频繁。

当线圈电流接通或切断、开关接通或断开、负载电流突然变化时，都会产生瞬时脉冲电甩即过电压，这些过电甩如果加到安全气囊系统电路上。

系统中的电子元件就可能因电甩过高而导致损坏，为了防止安全气囊系统元件遭受损害，3只3控制模块中必须设置保护电路。

同时。

为了保证汽车电源电压变化时，安全气囊系统能够正常工作，还必须设置稳乐电路。

3、3防指示灯
3尺5指示灯是安全气费系统指示灯的简称。

3只3指示灯又称为3尺3赘告灯或3只3赘示灯。

3尺3指示灯安装在驾驶室仪表蛊面膜的下面，并在面膜表而的相应位置制做有阁形或3只3、八旧8众6等字样表示。

3尺3指示灯的功用是指示安全气囊系统功能是否处十正常状态。

当点火开关接通或-八00~位置后，如粜3只3指示灯发亮或闪亮约63《闪6下）后II动熄灭，表示安全气囊系统功能正常。

如粜3只3指示灯不亮、一直发亮或在汽车行驶途中突然发亮或闪亮，表示II诊断系统发现安全气囊系统釕故障，应及时播除。

诊断系统在控制5尺3指示灯发亮或闪亮的同时，还会将所发现的故眸编成代码存储在存储器中。

松査或播除安全气囊系统故障时，首先设用专用检测仪器或通过特定方式从诊断插座或通讯接口调出故障代码（通常称为故障码›，以便快速査寻与排除故障。

实践证明，在汽车遭受碰撞。

气囊已经膨开后，故障码一般难以调出。

如此设计的目的是要求在3只57〔囊引埋后，必须更换3只5电脑。

4、气囊组件
气囊绀件由充气元件和气囊组成，均安装在方向盘内或工具箱上端，不可分解。

充气元件由电燦管、点火药粉及气体发生剂组成。

充气元件的功用是给气囊允气。

\驀由尼龙布制成，内表面敷侖树脂。

车辆发生碰撞时，碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通，5只3电脑接通引爆电路，使电流流过电爆皆，使其发热将电燦转内的点火介质引燃，火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂，产生大虽气体。

气体经滤网冷却后迸入气费内，气囊急剧膨胀。

冲破方向盘。

缓冲对驾驶员和乘员的冲击。

允气元件与气囊安装在方向盘上，与方向盘一起转动，电爆管与3只3电脑之间
的导线联接是箝嫘旋导线游丝来实现可靠连接的。

前言
安全气囊的防护效果与众多的因素有关。

一方
面是事故发生的客观情况，如碰撞强度，碰撞类型，
乘员的身高、体重，乘坐位置，车辆的类型和大小等。

另一方面是车辆上安装的防护系统及其使用情况，
例如是否使用了安全带和安全气囊及它们的尺寸、
容量等。

因而，要对安全气囊有效性做出客观准确
的评价，找到影响其防护效果的主要因素难度很大，
是安全气囊研究领域的重要问题。

它涉及到工程
学、交通事故损伤流行病学、损伤生物力学和统计学
等多个学科，是综合性很强的研究领域。

安全气囊依据其作用的不同分为防止前碰撞损
伤的驾驶员安全气囊、前座乘客安全气囊和侧面碰
撞防护安全气囊等。

安全气囊在防止重大损伤和减
少事故死亡的同时，也可能由于它的快速展开而引
发新的损伤，本文将此种损伤称为“气囊损伤”。

如
何保证安全气囊对各类汽车乘员在各种碰撞条件下
提供最有效保护的同时，减少甚至避免气囊损伤，是
目前汽车乘员约束系统研究的最主要问题之一。

本
文通过对安全气囊防护有效性、气囊损伤和相关技
术发展的综述，剖析了这一领域涉及的范围广泛的
问题。

" 碰撞事故中的损伤流行病学
交通事故损伤流行病学是利用流行病学
（,-./01.23245）研究的方法和工具研究在道路车辆事
故中创伤发生的原因及类型，研究人、环境和工程技
术的因素，发展各种方法去评价在交通事故损伤防护过程中所采取的各种降低损伤措施的有效性。

!"! 损伤监测系统与事故数据分析
交通事故损伤流行病学研究的基础是可靠的事
故数据，这些事故数据应该是经过交通管理部门、医
院、保险公司、汽车制造厂和相关权威机构收集得来
的。

美国是交通事故损伤监测系统最完善的国家之
一，并建立了完整的交通事故数据库。

最有名的例
子是美国的耐撞性数据库系统678，678 从")9) 年
开始收集交通事故的数据，其工作小组除了收集一
般碰撞事故数据外，还完成所在地区典型事故的分
析，每年要以这种方式调查大约9 ### 件碰撞事故。

美国另一个重要的数据库是死亡事故报告系统
:;<8，该数据库包括自")9+ 年以来美国各州收集
的所有碰撞致死事故，是一个数据规范性和可靠性
都很高的事故数据源，也是目前美国交通损伤流行
病学研究的重要基础。

此外还有英国的66=8 和德
国的;=>〔"〕等。

事故损伤数据的完整性直接影响损伤流行病学
研究的结果。

解决事故数据完整性不够问题的措
施，除了改进采集数据的方法外，还应考虑范围更加
广泛的数据源，如保险公司和医院的数据库等，并将
这些数据库与警察和国家权威机构的数据库连成一
体，才能为交通事故流行病学的研究提供可靠全面
的数据基础。

第一个关于三点式安全带防护效果的研究是瑞
典人?2@3.A 完成的，随后其他人进行了大量的关于
早期安全带防护效果评估方面的研究。

然而，由于
所用数据和使用方法的不同，得到的结果差别较大。

$# 年代中期，在交通事故流行病学的分析中引入了
更加精确的统计学方法，如,BCAD〔%〕创造了配对比较
法可以将事故众多因素中某一因素的作用相对独立出来，使人们有可能对使用某种约束系统的有效性
作出比较准确可靠的评价。

!"# 损伤评估标准和体系
损伤的评估标准和尺度是损伤流行病学研究的
重要基础概念，它被用来区别和衡量事故中人体损
伤程度（!"#"$%&’），也可以称为损伤尺度或指标
（!()*%+,）。

它可以从力学和生理学的角度定义为生
理学或解剖学意义上的使人体功能丧失或解剖结构
破坏方面的量，也可以定义为生理学和与之相关的
社会学意义方面的量。

与损伤程度密切相关的另一
个量称为损伤标准（-+./$’ ($%&"$%0+），它通过一些物
理参数或其的函数定义，这些参数常常反映了引起
某一程度损伤发生的损伤力学因素。

人体或人体的
某一部分对损伤载荷的承受能力称为耐受度
（10*"$)+("），它定义为导致某种类型损伤发生或达
到某种损伤标准的阈值时的载荷大小，或者是由这
种载荷换算出来的量。

应该注意到，不同年龄和不
同个体之间耐受度的差别是很大的，一般只能用试
验或统计学的方法来确定。

损伤程度有多种定义方法，大体上可以分为2
类。

!解剖学尺度：以损伤发生的解剖学位置、类型
和损伤的程度来描述，它仅仅考虑损伤处本身及相
关的功能改变，如3-!（344$"#%)&"5 %+./$’ 6()*"）等。

"社会学尺度：不仅考虑到损伤处本身和功能的改
变，而且考虑到因损伤而导致的长期影响，包括治疗
费用、伤者的生活质量等。

如损伤主导指标-78
（-+./$’ 9$%0$%&’ $)&%+,）、--!（-+./$’ %:9)%$:"+& 6()*"）和
;38<〔2〕等。

#生理学尺度：主要考虑损伤导致人
体生理学变化的过程，在医学临床治疗中使用较多，
如=>! 等。

由于损伤尺度、损伤分类方法与损伤监测体系
与交通事故流行病学及汽车安全研究关系密切，是
预防和减少交通事故损伤及从事相关科学研究的基
础性工作，也是社会发展的一个重要方面，世界各发
达国家都高度重视，进行了深入研究。

如文献〔2〕关
于;38< 的研究就是在?;1!3 的资助下进行的。

!"$ 碰撞强度参数$! 和!"，"@
描述碰撞强度（>$)6A 6"#"$%&’）的主要技术参数
是$! 和!"，"@。

$! 是指在汽车发生碰撞接触时间
内，车辆惯性中心在固定坐标参考系中的速度变化；
!"，"@ （B+"$,’ "@/%#)*"+& 69""5）是对相碰撞车辆在接触
期间所吸收动能的一种衡量。

计算碰撞强度还有英
国>>-! 使用的!&，"@ （ B@/%#)*"+& &"6& 69""5），它表示汽
车撞击到刚性墙上发生某种程度破坏时的对应碰撞
- 安全气囊防护研究重点和发展趋势
#"$ 研究方法
试验研究和计算机仿真研究是汽车被动安全领
域广泛采用的两种研究方法。

试验研究大致可以分为两大类，一类是生物力学基础性试验，一类是检测
汽车安全性设计的碰撞试验。

生物力学基础试验主
要的任务是研究生物体的碰撞响应特性；碰撞试验
更多地考虑了事故的环境，与车辆、约束系统等工程
因素联系在一起，试验的目的是测试安全防护设施
的防护性能及汽车整体结构的耐撞性。

碰撞试验中
采用的人体模型可分为三大类。

-A6A6 生物力学模型
生物力学模型试验包括：人类自愿者试验。

这
种试验可以提供人体在没有发生损伤时响应的很多
一般性知识，其结果对于开发机械式假人和人体数
学模型都很重要；人类尸体试验，也称<%+’=（<BCD
/BEDF/ 1G/HI CGJ5FKD DFCD）。

尸体试验是碰撞试验研
究的重要方法，主要用于人体损伤力学的研究，试验
的结果也是验证机械试验模型和数学仿真模型的重
要依据；动物试验。

用麻醉了的动物作为人的替代
物进行损伤试验，对于取得像脑组织、脊椎等特殊部
位的数据是很重要的。

-A6A( 机械模型
机械模型也称为碰撞试验用假人（LG//M）或拟
人试验装置（;=L,;ID1EBNB/BEN14K DFCD OFP4KF）。

假人
在结构、尺寸、质量分布和冲击运动学、动力学特征
方面与人类都相似，并在重要部位的冲击响应方面
具有生物力学保真度。

在试验中假人与约束系统一
起使用，可以评价汽车安全装置的性能，并可测试汽
车整车的安全性。

碰撞试验用假人最重要的特性是在各种冲击载
荷的作用下其主要部分，如头、胸、颈或下肢等的响
应与人体的对应部分在同样条件下的响应是否一
致，也就是所谓的生物力学保真度（>4BQ4OFR4DM）。

衡
量用假人在测试某一项碰撞响应参数时的保真度的
标准称为生物力学保真度界域（>4BQ4OFR4DM KBEE4OBE），它是在人类自愿者或尸体试验基础上，通过生物力
学研究分析而确定的该参数允许变化的范围。

假人
的另一个重要特性是碰撞响应参数的测试能力，目
前的科技水平还不能制造出能测试各个方向碰撞响
应参数的单个假人，一般是按其功能分为正面碰撞
和侧面碰撞假人等。

在+MJE4O!假人系列当中，有! 百分位的女性
假人和!)、7! 百分位的男性假人。

由于欧盟、加拿
大、澳大利亚和日本等都已决定在前碰撞试验中采
用+,!假人，所以+,!实质上已成为前碰撞唯一法
定的试验假人。

6776 年’;S 开发了儿童安全气囊
相互作用假人3T;>2（6 岁）；677( 年U14B 大学与
’;S 合作开发了" 岁儿童假人。

此外，美国还开发。