汽车安全气囊的认识及发展 2

汽车安全气囊的认识及发展

汽车电器与电子技术是以汽车构造、电工学、电子学、计算机技术、传感器技术、控制技术、通信技术、网络技术为基础，研究现代汽车电器、电子控制系统及车载网络的组成、构造、原理、特性、检测和使用维修的一门专业课。汽车电气与电子控制系统分为电器装置和电子控制系统两大部分。而今天要谈的汽车安全气囊属于汽车电子控制系统的车身控制系统。

1安全气囊简介

安全气囊设置在车内前方（正副驾驶位），侧方（车内前排和后排）和车顶三个方向。装有安全气囊系统的容器外部都印有Supplemental Inflatable Restraint System，简称SRS)的字样，直译成中文为“辅助可充气约束系统”。安全气囊旨在减轻乘员的伤害程度，当发生碰撞事故时，避免乘员发生二次碰撞，或车辆发生翻滚等危险情况下被抛离座位。

安全气囊是安全气囊系统一个辅助保护设备，由带橡胶衬里的特种织物尼龙制成，工作时用无害的氮气填充。在发生碰撞时，安全气囊充气大约需要0.03秒，这种速度用来确保当乘客的身体被安全带束缚不动而头部仍然向前行进时，安全气囊能及时到位。在头部碰到安全气囊时，安全气囊通过气囊表面的气孔开始排气。气体的排出时保持一定的速率，以确保让人的身体部位缓慢地减速。由于安全气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时，碰撞时如果人的乘坐姿势不正确，将给人带来严重的伤害。

2安全气囊工作原理

安全气囊工作时通过传感器系统不断向控制装置发送速度或加速度变化信息，由控制装置对这些信息加以分析判断，当所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即发生了碰撞），控制装置向气体发生器发出点火命令或传感器直接控制点火，点火后发生爆炸反应，产生N2或将储气罐中压缩氮气释放出来充满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼吸收碰撞能量，达到保护乘员的目的。

从结构形式上，安全气囊可分为电子式和机械式两种。无论是电子式还是机械式，工作原理大体相同，所不同的是控制系统的工作方式不一样。电子式安全气囊由电子传感器、中央电子控制器、气体发生器、气囊等组成。当传感器接到碰撞信号后，将信号传至中央电子控制器（ECU），信号经过判断、确认，传至气体发生器，气体发生器引发点火、充气，气囊膨胀。机械式安全气囊则由机械式传感器、气体发生器、气囊组成。气囊装于方向盘衬垫内，气体发生器在气囊之下，传感器在气体发生器的下面。当传感器受到设定以上的冲量后，传感器内的球体下移，导致拨杆下移并由转动，支块也随之移动，拨杆的另一端上移，压迫偏压弹簧。引起撞针脱位被弹出撞击气体发生器内的引爆装置。由于气体发生器内装有叠氮化钠或双基燃料或高压气体，爆发后，气体充斥表面涂膜的气囊，使之充气膨胀，形成一个凸状气垫，吸收人体的冲击力，使人体受伤害的程度减轻。

3安全气囊的发展

使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1953年8月，赫特里克首次提出了“汽车用安全气囊防护装置”，并在美国获得了“汽车缓冲安全装置”专利。1966年，梅塞德斯-奔驰公司开始研发安全气囊装置。经过无数次试验，科学家们确定了安全气囊的位置，及安全气囊的制作材料美国人认为气囊越大越好，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用。在1980年12月，同预张紧安全带一起，安全气囊被安装在了当时最新的奔驰S级轿车上，自第一辆安装安全气囊的汽车至今，在美国的交通事故当中，安全气囊已保护了超过万人的生命，而在德国，自1990年以来，安全气囊阻止了2

500例发生重大伤害的交通事故。美国人认为气囊越大越好，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用。所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。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，如奔驰、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的安装。这两种不同的安全气囊系统的布置方法、传感器的配置、中央控制器的性能参数、气囊容积和安全气囊启动时的汽车速度等方面，都有较大的差异，如表7所示。但在安全气囊系统的工作原理上还是基本相同的。我国汽车安全气囊的起步较晚，开始于八十年代末九十年代初。在十多年的研究与发展过程中，国内许多大学与事业公司的研究与产品已初具基础 ,其中部分研究与技术已接近国际水平。

4发展前景

未来安全气囊技术的发展趋势，将主要朝着以下几个方向发展：

（1）智能化

随着电子信息技术的飞速发展，智能技术在汽车上得到推广应用，智能化安全气囊也不例外。在普通安全气囊的基础上增设传感器和与之相配套的计算机软件即可制成智能化安全气囊。它的重量传感器可以根据重量感知乘客是大人还是儿童，红外线传感器可探测座椅上是人还是物，还可以通过超声波传感器探明乘员的存在和位置。而计算机软件则能根据乘客的身体、体重、所处位置和是否系安全带以及汽车碰撞速度及撞击程度等，及时调整气囊的膨胀时机、速度和程度，使安全气囊对乘客提供最合理有效的保护。从而解决了安全气囊膨胀过快而对乘客造成的挤压伤害问题。

杰戈娃汽车公司生产的轿车座椅上还装有一种可以指示乘客的体重和身材的传感器。这种传感器可以指示出乘客是否使用了安全带。由神经网络控制整个传感器系统。为保证精确地确定乘客的位置，采用了4个超声波传感器：来自这些传感器的信息输送给神经网络，然后计算出乘客的体重和位置、衣服穿戴的类型等。还可以精确的判断出他们的位置，包括身体向后仰还是向前倾。控制系统和传统的进行数字信号处理的微处理器结合使用。该系统提供两种膨胀的速度，采用了TRW公司开发的2级安全气囊充气装置，由控制系统决定是否起动安全气囊。例如，如果乘客的身驱支靠着仪表板，则不启动安全气囊。如果需要展开安全气囊，一级和二级充气装置都将启动。这种特性使得气囊比普通气囊展开的次数少。

（2）绿色环保化

目前汽车安全气囊中普遍使用了迭叠化钠，迭氮化钠是一种有毒物质，其毒性是砷的近30倍。此外，从安全角度讲，迭氮化钠在被激活后释放的气体冲起气囊的同时，还会生成固态的钠，钠的化学性质非常活泼，特别是在与水接触时可以直接燃烧。因而，避免使用有潜在危险和有毒性的含钠物质，采用新型气体发生技术，使之符合环境保护的要求，是汽车安全气囊发展的一个方向。有的公司采用空气和氢的混合物的安全气囊，氢燃烧后产生的热气体，能以很快的速度充满安全气囊；也有其他采用氦气其膨胀的新型安全气囊系统。

（3）虚拟技术化

通过计算机模拟的“虚拟技术”方式替代轿车实物碰撞。这样不仅可以减少人力、物力、财力的消耗也加快了产品的开发周期。超级计算机进行的模拟碰撞试验，可测算轿车的设计对减少驾驶员和乘客受伤的风险能起多少作用，还能研究轿车受撞变形的方式，并能够计算安全带和安全气囊之类防护系统应如何设计，才能达到最佳的防护效果。而各种运算都是以现实交通中发生的同类事故为依据进行的。

（4）小型、轻型化