智能化安全气囊的研究

智能化安全气囊的研究一、前言

安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。安装了安全气囊装置的轿车方向盘，平常与普通方向盘没有什么区别，但一旦车前端发生了强烈的碰撞，安全气囊就会瞬时间从方向盘内“蹦”出来，垫在方向盘、座椅、车辆侧壁与驾驶者、乘员之间，防止乘员的头部、胸部和腿部撞击到方向盘、仪表板或车辆硬壁等硬物上，这种奇妙的装置自从面世以来，已经挽救了数以万计的性命。安全气囊从取得专利到应用推广，已走过了三十多年的时间，从机械式到电子式，如今智能化安全气囊的需求又被纳入到新一代安全技术研发之中。

二、安全气囊的作用

在乘员使用安全带的情况下，气囊有助于减轻胸、头和面部在碰撞时受伤的严重性。在汽车发生前碰撞时，首先是汽车要停止运动，车内乘员的惯性力作用下仍以原来速度继续向前运动，驾驶员、乘员将会与转向盘、前挡风玻璃、汽车四壁相碰，因而可能受到严重

伤害；佩戴安全带的乘员将在安全带的作用下，随着汽车停止运动

而逐渐停止向前运动。但当碰撞来重时，乘员向前运动更快，既使

佩戴了安全带，在安全带使乘员完全停止运动前，他们仍会与车内

物相碰。如果此时装在车内的安全气囊气囊充气弹出，它就可以有

效保护乘员减少其与车内物相碰的可能性，更均匀地分散头、胸的

碰撞力，吸收乘员的运动能量，从而起到补充安全带效果的作用。

因此气囊主要在缓冲前碰撞或近似前碰撞严重性方面，进行有效的

补充性保护。

三、智能化安全气囊技术系统的研究

安全气囊的智能化发展，将集成先进的传感器技术和信息处理系统，它们在事故发生的短暂时间内能够提供可靠的碰撞环境方面的信息。这些信息包括汽车碰撞的剧烈程度，碰撞的形式(包括正碰撞、侧碰撞、翻滚等)，乘员的身材、体重、乘坐位置和乘坐姿态，以及乘员

是否系有安全带等。智能安全气囊系统根据探测到的信息，通过其

电子控制系统的计算分析，决定安全气囊何时及以何种程度展开，

从而对乘员提供最优化的保护。新一代安气囊系统将由多种电子传

感器、中央控制器、探测设备、智能化信息处理系统、多气囊、多

安全带预紧器和接头等组成。

1、系统主要部件包括：

(1)探测设备

目前在智能化安全气囊研制过程中，对乘员的状态识别是研究的新方向，因为中央控制器只有准确的采集到了车辆碰撞参数和乘员的身材、体重、乘坐位置和乘坐姿态等状态，才能更好的发出点火指令，乘员识别包括压力分布称重座椅+红外线探测传感器（或光学镜头传感器）和超声波测距传感器，由压力分布称重座椅测量乘员的重量、乘座位置，由红外探测传感器或光学镜头加超声波测距传感器测量司机与方向盘，乘员距离座椅、仪表板、车辆侧壁之间的距离和乘员类别来确定乘员的真实状态；由于探测设备采用了大量的传感器，因此对信号的处理工作将增加难度，同时对智能化安全系统的可靠性和使用寿命也提出了新的挑战。

(2)多种电子传感器

智能化安全气囊的电子部分将增加大量的传感器，需由新型高性能

的位置传感器、安全带检测传感器、测距传感器、红外探测传感器

等加上传统的加速度传感器、速度传感器、压力传感器等才能实现

其智能化的要求。

(3)中央电子控制器

电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等

它们都集中装在中央控制器上。新型智能化安全气囊控制系统需开

发能适应不同碰撞强度的多极点火系统，能采取不同的点火展开策略，能根据碰装条件和接收到的乘员状态信息调节气囊的工作性能。通过掌握探测到的信息，中央控制器才能根据每个乘员的具体需要，利用本身固有的灵活性，确定安全气囊的触发时刻及展开强度，实

现最佳的乘员保护效果，诊断电路不断地分析和诊断气囊系统的各

种故障，将这些故障编码储入储存电路，驱动电路使仪表盘上的气

囊警告灯开始闪烁，以确定安全气囊随时处于有效工作状态。

（4）安全带预紧装置

安全气囊和安全带配合使用，能够更好的发挥其保护作用，目前汽车上安装的大部分是普通安全带，在智能化安全气囊系统中，开发出了新型限力式、预紧式安全带，限力式安全带可减少撞击时的冲击力，而预紧式安全带可感知碰撞信号的强弱从而使得原来松跨在乘员身上的安全带瞬时拉紧，以减少冲击力。因此预紧式安全带是当前智能化安全系统的重要组成部分。

（5）辅助电源

辅助电源由直流稳压器和电容储能器组成。直流稳压器能保证供给系统电压的恒定性，使系统能正常工作而不发生失效引爆事故。它是一种带比较、放大和调节动能的集成稳压装置。电容储能器是利用电容储存电能，在冲撞中发生电源中断时，担负起气囊系统的电源作用，避得失效引爆事故。

2、系统工作原理

在汽车行驶中，通过各探测设备和传感器感应到的信息，中央控制器不断将车辆不同部分变化的信息输入到电子控制器模块，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

碰撞信号低于气囊点火阀值时，安全传感器向电子控制器输入撞车

信号，并发出引爆安全带预紧器电点火装置的指令，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点火装置的指令。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，中央

传感器通过探测传感器等分析车内乘员的重量、乘作位置、乘员类别，确定各气囊的张开程度，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，引爆安全带预紧器和多气囊的电

点火装置。安全带向后拉紧的同时，气囊张开，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。

从发生冲撞、传感器发出信号到控制器判断引爆电点火装置，大约

需要10ms时间。引爆后，气体发生器产生大量气体，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

于产生的气体大量涌进气囊，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。由于汽车发生碰撞事故的瞬间是非常短促的，

因此智能化安全气囊的研究要求各传感器发出的信号必须准确、有效，中央控制器的分析、计算、处理必须及时、正确。