安全氣囊技術(shù)詳解

自上世紀(jì)80年代開(kāi)始逐步在民用車輛上采用之后，安全氣囊時(shí)下已經(jīng)成為了非常重要的汽車被動(dòng)安全設(shè)備，安全氣囊的數(shù)量已經(jīng)成為衡量車輛安全性的參照之一，安全氣囊的結(jié)構(gòu)和原理到底怎樣?安全氣囊需要什么條件才能打開(kāi)?它有哪些缺點(diǎn)?在使用的過(guò)程中需要注意什么?下面就為大家一一解說(shuō)。

安全氣囊的原理及結(jié)構(gòu)

安全氣囊是“輔助約束系統(tǒng)”(SRS)的一部分，主要是為了防止汽車碰撞時(shí)車內(nèi)乘員和車內(nèi)部件間發(fā)生碰撞而造成的傷害，它通常是作為安全帶的輔助安全裝置出現(xiàn)，二者共同作用。安全氣囊的保護(hù)原理是：當(dāng)汽車遭受一定碰撞力量以后，氣囊系統(tǒng)就會(huì)引發(fā)某種類似微量炸藥爆炸的化學(xué)反應(yīng)，隱藏在車內(nèi)的安全氣囊就在瞬間充氣彈出，在乘員的身體與車內(nèi)零部件碰撞之前能及時(shí)到位，在人體接觸到安全氣囊時(shí)，安全氣囊通過(guò)氣囊表面的氣孔開(kāi)始排氣，從而起到鋪墊作用，減輕身體所受沖擊力，最終達(dá)到減輕乘員傷害的效果。

通常車型的安全氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

常用的汽車安全氣囊系統(tǒng)由碰撞傳感器、控制模塊(ECU)、氣體發(fā)生器及氣囊等組成，下面逐一為大家介紹這幾個(gè)主要組成部分。

安全氣囊系統(tǒng)傳感器

安全氣囊傳感器一般也稱碰撞傳感器，按照用途的不同，碰撞傳感器分為觸發(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞傳感器也稱為碰撞強(qiáng)度傳感器，用于檢測(cè)碰撞時(shí)的加速度變化，并將碰撞信號(hào)傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發(fā)信號(hào);防護(hù)碰撞傳感器也稱為安全碰撞傳感器，它與觸發(fā)碰撞傳感器串聯(lián)，用于防止氣囊誤爆。

按照結(jié)構(gòu)的不同，碰撞傳感器還可分為機(jī)電式碰撞傳感器、電子式碰撞傳感器以及機(jī)械式碰撞傳感器。防護(hù)碰撞傳感器一般采用電子式結(jié)構(gòu)，觸發(fā)碰撞傳感器一般采用機(jī)電結(jié)合式結(jié)構(gòu)或機(jī)械式結(jié)構(gòu)。機(jī)電結(jié)合式碰撞傳感器是利用機(jī)械的運(yùn)動(dòng)(滾動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))來(lái)控制電氣觸點(diǎn)動(dòng)作，再由觸點(diǎn)斷開(kāi)和閉合來(lái)控制氣囊電路的接通和切斷，常見(jiàn)的有滾球式和偏心錘式碰撞傳感器。電子式碰撞傳感器沒(méi)有電氣觸點(diǎn)，目前常用的有電阻應(yīng)變式和壓電效應(yīng)式兩種。機(jī)械式碰撞傳感器常見(jiàn)的有水銀開(kāi)關(guān)式，它是利用水銀導(dǎo)電的特性來(lái)控制氣囊電路的接通和切斷。

安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙前縱梁上面的氣囊碰撞傳感器，以機(jī)電式居多

控制模塊(ECU)

對(duì)于早期的汽車，一般設(shè)有多個(gè)觸發(fā)碰撞傳感器，安裝位置一般在車身的前部和中部，例如車身兩側(cè)的翼子板內(nèi)側(cè)、前照燈支架下面以及發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器支架兩側(cè)等部位。隨著碰撞傳感器制造技術(shù)的發(fā)展，有些汽車將觸發(fā)碰撞傳感器安裝在氣囊系統(tǒng)ECU內(nèi)。防護(hù)碰撞傳感器一般都與氣囊系統(tǒng)ECU組裝在一起，多數(shù)安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面。ECU是氣囊系統(tǒng)的核心部件，大多安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面。

大多數(shù)氣囊控制模塊(ECU)都安裝在車身中部靠近擋把的位置

典型的氣囊系統(tǒng)控制電路示意圖

汽車行駛過(guò)程中，傳感器系統(tǒng)不斷向控制裝置發(fā)送速度變化(或加速度)信息，由氣囊控制模塊(ECU)對(duì)這些信息加以分析判斷，如果所測(cè)的加速度、速度變化量或其它指標(biāo)超過(guò)預(yù)定值(即真正發(fā)生了碰撞)，則囊控制模塊向氣體發(fā)體發(fā)生器發(fā)出點(diǎn)火命令。

氣體發(fā)生器

氣體發(fā)生器主要是用來(lái)在在較短的時(shí)間內(nèi)(30ms左右)產(chǎn)生大量的氣體充滿氣囊，產(chǎn)生的氣體必須對(duì)人體無(wú)害，且不能溫度太高，同時(shí)要求氣體發(fā)生器有很高的可靠性和穩(wěn)定性。目前氣體發(fā)生器主要有壓縮氣體式、煙火式和混合式三種型式?；旌鲜綒怏w發(fā)生器是壓縮氣體式和煙火式相結(jié)合的發(fā)生器，也是目前廣泛應(yīng)用一種氣體發(fā)生器。

包含氣體發(fā)生器和氣囊在內(nèi)的模塊(背面)，一般情況下是不允許對(duì)它們進(jìn)行拆解的
氣體發(fā)生器內(nèi)存儲(chǔ)有氮化鈉或硝酸銨等物質(zhì)。當(dāng)汽車在高速行駛中受到猛烈撞擊時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)迅速發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體(無(wú)毒無(wú)味的氮?dú)庹?0%以上)，充滿氣囊。而較新型的安全氣囊加入了可分級(jí)充氣或釋放壓力的裝置，以防止一次突然點(diǎn)爆產(chǎn)生的巨大壓力對(duì)人體產(chǎn)生的傷害。分級(jí)點(diǎn)爆裝置，即氣體發(fā)生器分兩級(jí)點(diǎn)爆，第一級(jí)產(chǎn)生約40%的氣體容積，遠(yuǎn)低于最大壓力，對(duì)人頭部移動(dòng)產(chǎn)生緩沖作用，第二級(jí)點(diǎn)爆產(chǎn)生剩余氣體，并且達(dá)到最大壓力。而分級(jí)釋放壓力方式就是在氣囊袋上開(kāi)有泄壓孔或可調(diào)節(jié)壓力的孔，一開(kāi)始?jí)毫_(dá)到設(shè)定極限，便能瞬時(shí)釋放壓力，以避免對(duì)乘客造成過(guò)大傷害。

緩沖氣囊

氣囊一般由防裂性能好的聚酞胺織物制成，它是一種半硬的高分子材料，能承受較大的壓力;經(jīng)過(guò)硫化處理，可減少氣囊沖氣膨脹時(shí)的沖擊力。為使氣體密封，氣囊里面涂有涂層材料。氣囊的大小、形狀、漏氣性能是確定安全氣囊保護(hù)效果的重要因素，必須根據(jù)不同汽車的實(shí)際情況來(lái)確定。氣囊靜止時(shí)被折疊成包，安放在氣體發(fā)生器上部和氣囊飾蓋之間，氣囊飾蓋表面模壓有淺印，以便氣囊充氣爆開(kāi)時(shí)撕裂飾蓋，并減小沖出飾蓋的阻力。氣囊背面或頂部設(shè)置有排氣孔，當(dāng)駕駛員壓在氣囊上時(shí)，氣囊受壓后便從排氣孔排氣。

此外，氣囊系統(tǒng)還有備用電源，備用電源電路由電源控制電路和若干電容器組成。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞導(dǎo)致蓄電池和發(fā)電機(jī)與氣囊系統(tǒng)斷開(kāi)時(shí)，備用電源在一定時(shí)間內(nèi)(一般為6秒)可以維持氣囊系統(tǒng)供電。

為了保證轉(zhuǎn)向盤具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而又不致于損傷氣囊組件的連接線束，在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱之間采用了螺旋線束，即將線束安裝在螺旋形彈簧內(nèi)(螺旋線束也稱為螺旋彈簧、游絲或游絲彈簧)。

氣囊起爆條件

為了保證安全氣囊在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候打開(kāi)，汽車生產(chǎn)廠家都規(guī)定了氣囊的起爆條件，只有滿足了這些條件，氣囊才會(huì)爆炸。雖然在一些交通事故中，車內(nèi)乘員碰得頭破血流，甚至出現(xiàn)生命危險(xiǎn)，車輛接近報(bào)廢，但是如果達(dá)不到安全氣囊爆炸的條件，氣囊還是不會(huì)打開(kāi)。

安全氣囊打開(kāi)需要合適的速度和碰撞角度。從理論上講，只有車輛的正前方左右大約60°之間位置撞擊在固定的物體上，速度高于30公里/小時(shí)，這時(shí)安全氣囊才可能打開(kāi)。這里所說(shuō)的速度不是我們通常意義上所理解的車速，而是在試驗(yàn)室中車輛相對(duì)剛性固定障礙物碰撞的速度，實(shí)際碰撞中汽車的速度要等效于這個(gè)試驗(yàn)速度氣囊才能打開(kāi)。

在碰撞試驗(yàn)中都是撞擊剛性物體，而實(shí)際碰撞的速度要等效于預(yù)定的速度，氣囊才會(huì)打開(kāi)
汽車發(fā)生碰撞時(shí)的主要受力部位是乘員艙骨架和車身縱梁，為了緩沖碰撞時(shí)的沖擊力，車身前部大都設(shè)計(jì)有碰撞緩沖區(qū)，而且車身的剛度公布也是不均勻的。在一些事故中，例如當(dāng)轎車與沒(méi)有后部防護(hù)裝置的卡車發(fā)生鉆入性追尾事故，或轎車碰撞護(hù)欄后發(fā)生翻車事故，或發(fā)生車身側(cè)面碰撞等，這樣的事故往往沒(méi)有車身前部的直接撞擊，主要是車身上部和側(cè)面發(fā)生碰撞，碰撞車身部位的剛度很小，雖然車艙發(fā)生了很大的變形，造成了車內(nèi)乘員受傷或死亡，但是由于碰撞部位不對(duì)，有時(shí)候氣囊并不能打開(kāi)。

安全氣囊使存在的缺陷

安全氣囊作為提高汽車安全性的有效措施之一越來(lái)越受到人們的重視，在一些實(shí)際的碰撞事故中證明安全氣囊確實(shí)具有降低乘員傷亡的功效，但也發(fā)現(xiàn)了其存在的一些間題。安全氣囊在使用中存在的問(wèn)題有：

氣囊可能在很低的車速時(shí)打開(kāi)。汽車在很低車速行駛而發(fā)生碰撞事故時(shí)，乘員和駕駛員系上安全帶即可，完全不需要安全氣囊展開(kāi)起保護(hù)作用。如果這時(shí)展開(kāi)氣囊反而會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，甚至還可能因安全氣囊的展開(kāi)加重碰撞傷害。

氣囊的啟動(dòng)會(huì)對(duì)乘員造成傷害。安全氣囊系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將沖開(kāi)氣囊蓋板，并且在瞬間展開(kāi)充氣，很可能對(duì)乘員造成沖擊;產(chǎn)生的灼熱氣體也會(huì)灼傷乘員和駕駛員。據(jù)計(jì)算，若汽車以60km的時(shí)速行駛，突然的撞擊會(huì)令車輛在0.2秒之內(nèi)停下，而氣囊則會(huì)以大約300km/h的速度彈出，而由此所產(chǎn)生的撞擊力約有180公斤，這對(duì)于頭部、頸部等人體較脆弱的部位就很難承。

當(dāng)乘客偏離座位或座位上無(wú)人或兒童乘坐時(shí)，氣囊系統(tǒng)的啟動(dòng)不僅起不到應(yīng)有的保護(hù)作用，還可能會(huì)對(duì)乘員造成一定的傷害。

可以關(guān)閉的副駕駛位氣囊還是很實(shí)用的

安全氣囊的使用

由于安全氣囊系統(tǒng)存在一定危險(xiǎn)性，同時(shí)需要正確使用才能發(fā)揮SRS系統(tǒng)的作用，因此對(duì)于配備安全氣囊的車輛，在日常使用時(shí)，需要注意一些事項(xiàng)。在確保正確駕駛姿態(tài)的情況下，駕駛者應(yīng)將座位盡量向后移，以便有足夠空間使安全氣囊在發(fā)生意外擴(kuò)張后充分發(fā)揮其保護(hù)作用，同時(shí)駕駛者必須要系好安全帶。12歲以下的小孩應(yīng)坐在汽車的后排，并扣上安全帶，絕對(duì)不能把小孩放在前排，氣囊起爆時(shí)的巨大沖擊力對(duì)于他們來(lái)說(shuō)甚至可能有致命的危險(xiǎn)!

對(duì)于有氣囊的車型，后排兒童安全座椅固定裝置應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁浞值睦?br />
小結(jié)：

雖然現(xiàn)在的汽車廠商將安全氣囊作為重要的賣點(diǎn)來(lái)宣傳，但是氣囊卻是把不折不扣的雙刃劍，當(dāng)你合理使用時(shí)可以起到不錯(cuò)的保護(hù)作用，而遇到氣囊不能打開(kāi)的情況或者不合理使用時(shí)，反而會(huì)起到副作用。還是那句話，所有安全設(shè)備都是輔助性的，只有安全駕駛才是確保安全的最重要保障。