汽車安全氣囊特性研究

朱海剛

摘 要 當(dāng)今的汽車已經(jīng)成為名副其實(shí)的高科技產(chǎn)品，安全、環(huán)保、節(jié)能、娛樂、現(xiàn)代通訊技術(shù)集于一身成為發(fā)展的趨勢，但是汽車安全仍是現(xiàn)代汽車技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)，并且隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車的行駛速度越來越快，特別是由于汽車擁有量的迅速增加，交通越來越擁擠，使得事故更為頻繁，所以汽車的安全性就變得尤為重要。本文著重分析了汽車安全氣囊控制系統(tǒng)，簡要分析了它的組成和控制過程，最后對其它安全技術(shù)做了簡要的闡述。

關(guān)鍵詞 汽車 安全氣囊 特性

中圖分類號：U461 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1汽車安全氣囊的發(fā)展史

安全氣囊從1952年就取得了專利，但在應(yīng)用推廣中經(jīng)歷了幾上幾下的波折，足足走過了30多年的漫長路途。直至1984年，汽車碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)（FMVSS208）在美國經(jīng)多次被廢除后又重新被認(rèn)可并開始實(shí)施，其中規(guī)定從1995年9月1日以后制造的轎車前排座前均應(yīng)裝備安全氣囊，同時還要求1998年以后的新轎車都裝備駕駛者和乘客用的安全氣囊，自此才確認(rèn)了安全氣囊的作用。如今，這個在當(dāng)年頗具創(chuàng)意性的發(fā)明已轉(zhuǎn)為千百萬個產(chǎn)品，種類也發(fā)展為正面氣囊、側(cè)面氣囊、安全氣簾等等。各國生產(chǎn)的中高級轎車，大多數(shù)都裝有安全氣囊，有些轎車已將安全氣囊列入必備裝件。在國內(nèi)，消費(fèi)者對汽車被動安全性能的要求也越來越高，但目前除了極少數(shù)高級車裝備了側(cè)面氣囊之外，大部分車型只安裝了正面氣囊。

2汽車碰撞導(dǎo)致人體受傷的原因

當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，汽車與汽車或汽車與障礙物之間的碰撞稱為一次碰撞。一次碰撞后，汽車速度將急劇變化，駕駛員和乘員就受到慣性力的作用而向前運(yùn)動，并與車內(nèi)的方向盤、擋風(fēng)玻璃或儀表臺等構(gòu)件發(fā)生碰撞，這種碰撞稱為二次碰撞。碰撞分為正面碰撞和側(cè)面碰撞。當(dāng)汽車發(fā)生正面碰撞時，在慣性力的作用下，駕駛員面部或胸部可能與方向盤和擋風(fēng)玻璃發(fā)生二次碰撞，前排乘員可能與儀表臺發(fā)生二次碰撞，后排乘員可能與前排座椅發(fā)生二次碰撞；當(dāng)汽車遭受側(cè)面碰撞時，駕駛員和乘員可能與車門、車門玻璃或車門立柱發(fā)生二次碰撞。車速越高，慣性力就越大，遭受傷害的程度也就越大。

3安全氣囊系統(tǒng)組成

安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、微處理器、氣體發(fā)生器和氣囊等主要部件組成。傳感器和微處理器用以判斷撞車程度，傳遞及發(fā)送信號；氣體發(fā)生器根據(jù)信號指示產(chǎn)生點(diǎn)火動作，點(diǎn)燃固態(tài)燃料并產(chǎn)生氣體向氣囊充氣，使氣囊迅速膨脹。氣囊裝在方向盤轂內(nèi)緊靠緩沖墊處，其容量約50至90升不等，做氣囊的布料具有很高的抗拉強(qiáng)度，多以尼龍材質(zhì)制成，折疊起來的表面附有干粉，以防安全氣囊粘著在一起在爆發(fā)時被沖破；為了防止氣體泄漏，氣囊內(nèi)層涂有密封橡膠；同時氣囊設(shè)有安全閥，當(dāng)充氣過量或囊內(nèi)壓力超過一定值時會自動泄放部分氣體，避免將乘客擠壓受傷。

4安全氣囊系統(tǒng)的工作原理

典型的氣囊系統(tǒng)包括二個組成部分：探測碰撞點(diǎn)火裝置（或稱傳感器），氣體發(fā)生器的氣囊（或稱氣袋）。當(dāng)傳感器開關(guān)啟動后，控制線路即開始處于工作狀態(tài)，并借著偵測回路來判斷是否真有碰撞發(fā)生。由于汽車的發(fā)電機(jī)及蓄電池通常都處于車頭易受損的部位，因此，安全氣囊的控制系統(tǒng)皆具有自備的電源以確保作用的發(fā)揮。在判定施放安全氣囊的條件正確之后，控制回路便會將電流送至點(diǎn)火器，借著瞬時快速加熱，將內(nèi)含的氮化鈉推進(jìn)劑點(diǎn)燃。在近乎爆炸的化學(xué)反應(yīng)快速發(fā)生的同時，會產(chǎn)生大量無害的以氮?dú)鉃橹鞯臍怏w，將氣囊充氣至飽滿的狀態(tài)，并借著強(qiáng)大的沖擊力，氣囊能夠沖開方向盤上的蓋而完全展開，以保護(hù)駕駛者頭部不受傷害。同時在推進(jìn)劑點(diǎn)燃的過程之中，點(diǎn)火器總成中的金屬網(wǎng)罩可冷卻快速膨脹的氣體，隨即氣囊可由設(shè)計好的小排氣口排氣，以發(fā)揮逐漸緩沖功能，并避免在車身仍繼續(xù)移動時阻礙碰撞后的視線。

5安全氣囊系統(tǒng)的控制過程

根據(jù)德國博世公司在奧迪轎車上的試驗(yàn)研究表明：當(dāng)汽車以車速50km/h與前面障礙物碰撞時，安全氣囊的動作時序?yàn)椋?/p>

（1）碰撞約10ms后，SRS達(dá)到引爆極限，點(diǎn)火器引爆點(diǎn)火劑并產(chǎn)生大量熱量，使充氣劑（疊氮化鈉藥片）受熱分解，駕駛員尚未動作。

（2）碰撞約40ms后，氣囊完全充滿體積最大，駕駛員向前移動，安全帶斜系在駕駛員身上并拉緊，部分沖擊能量已被吸收。

（3）碰撞約60ms后，駕駛員頭部及身體上部壓向氣囊，氣囊的排氣孔在氣體和人體壓力作用下排氣節(jié)流吸收人體與氣囊之間彈性碰撞產(chǎn)生的動能。

（4）碰撞約110ms后，大部分氣體已從氣囊逸出，駕駛員身體上部回到座椅靠背上，汽車前方恢復(fù)視野。

（5）碰撞約120ms后，碰撞危害解除，車速降低直到為零。

由此可見，從開始充氣到完全充滿約為30ms；從汽車遭受碰撞開始到氣囊收縮為止，所用時間僅為120ms左右，而人們眨一下眼皮所用時間約為200ms左右。據(jù)計算，正規(guī)的安全氣囊必須在發(fā)生汽車碰撞后的0.01秒內(nèi)微處理器開始工作，0.03秒內(nèi)點(diǎn)火裝置啟動，0.05秒內(nèi)高壓氣體進(jìn)入氣囊，0.08秒內(nèi)氣囊向外膨脹，0.11秒內(nèi)氣囊完全脹大，此刻之后，駕車者才會撞上氣囊。因此，安全氣囊在碰撞過程中動作時間極短，氣囊動作狀態(tài)和經(jīng)歷時間無法用肉眼確認(rèn)。目前世界各國廣泛采用模擬人體進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。

汽車SRS并非在所有碰撞情況下都能起作用，氣囊的打開與否與撞擊角度和撞擊速度都有關(guān)，一般來說在汽車翻轉(zhuǎn)、輕微碰撞、側(cè)面碰撞或后面碰撞時，氣囊均不會打開，比如桑塔納2000升級版在車身正面左右各30度以內(nèi)受到重創(chuàng)時才會打開安全氣囊。再有一點(diǎn)，對于撞擊速度而言，安全氣囊系統(tǒng)測定的是撞擊后車輛的減速度，因此，在做安全碰撞實(shí)驗(yàn)時，一般都是讓車筆直地撞在不能移動且不能變形的墻上。

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