汽車駕駛中安全氣囊技術(shù)應(yīng)用思考

李華軍

（鄭州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)管委會(huì)商務(wù)局， 河南 鄭州 450016）

引言

汽車制造企業(yè)在進(jìn)行汽車的組裝過程中，都會(huì)在汽車中設(shè)置安全氣囊裝置，用以保護(hù)駕駛?cè)伺c乘客的安全。相關(guān)研究數(shù)據(jù)表明，安全氣囊技術(shù)在汽車中的應(yīng)用，能夠降低20%的人員傷亡，如果駕駛?cè)藛T與乘客在行駛過程中系有安全帶，則能夠降低50%的人員傷亡。因此，對(duì)于汽車駕駛中安全氣囊技術(shù)應(yīng)用的思考具有一定的理論意義與實(shí)踐意義。

1 汽車安全氣囊技術(shù)研究現(xiàn)狀

汽車安全氣囊技術(shù)起源于美國(guó)，而安全氣囊裝置則是由德國(guó)最先應(yīng)用。和西方國(guó)家相比，我國(guó)對(duì)于汽車安全氣囊技術(shù)的研究時(shí)間比較晚，大約在80年代的后期開始引進(jìn)安全氣囊技術(shù)。安全氣囊裝置主要包括氣體發(fā)生器、氣囊以及控制系統(tǒng)這三個(gè)部分。其中，氣體發(fā)生器需要具備較快的速度，確保汽車出現(xiàn)事故的瞬間將氣囊激活并充滿；控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)記錄與判斷汽車的行駛狀況，決定是否打開安全氣囊[1]。

目前的研究現(xiàn)狀看來，安全氣囊技術(shù)可以安裝于汽車的不同位置，發(fā)揮不同的作用。一是駕駛座，安全氣囊最早就是安裝于駕駛?cè)藛T的位置，相應(yīng)的安全氣囊技術(shù)也相對(duì)成熟，主要是將安全氣囊安裝于方向盤的中間區(qū)域，避免汽車駕駛員在出現(xiàn)撞擊事故時(shí)，頭部撞擊方向盤；二是前排座位，一般來說，汽車的前排座位擁有較大的空間，但是乘客的體型有所差異，所以安全氣囊需要設(shè)計(jì)的大一些，保障所有體型乘客的安全。但是在實(shí)際的汽車行駛過程中，前排座位可能不會(huì)坐乘客，而當(dāng)汽車出現(xiàn)意外事故時(shí)，前排座位的安全氣囊仍舊會(huì)彈出。這就要求技術(shù)人員加強(qiáng)安全氣囊技術(shù)的研發(fā)，提高安全氣囊控制系統(tǒng)檢測(cè)的精度，更好地保護(hù)駕駛?cè)藛T與乘客的安全[2]。

2 汽車安全氣囊技術(shù)的應(yīng)用原理

汽車安全氣囊保護(hù)系統(tǒng)主要由三大部分組成，包括氣體發(fā)生器、氣囊和控制系統(tǒng)。在汽車駕駛過程中，發(fā)揮三個(gè)部分的聯(lián)動(dòng)作用，可以對(duì)駕駛?cè)藛T進(jìn)行有效保護(hù)。在發(fā)生行車碰撞時(shí)，氣體發(fā)生器會(huì)以足夠快的速度產(chǎn)生氣體，輸送到氣囊中，由控制系統(tǒng)判斷是否需要打開安全氣囊，并在滿足條件時(shí)啟動(dòng)氣體發(fā)生器。氣囊接受氣體后，控制氣體壓力和形體空間位置，接受駕駛?cè)藛T碰撞，吸收動(dòng)能，從而最大化降低傷害。目前使用的新型氣體發(fā)生器有純氣體式發(fā)生器和混合式發(fā)生器，純氣體式發(fā)生器利用有機(jī)氣體作為燃料產(chǎn)生氣體，混合式發(fā)生器采用少量固體燃料加熱惰性氣體，為氣囊充氣。新型氣體發(fā)生器的主要技術(shù)指標(biāo)包括溫度、壓力、產(chǎn)生氣體總量和產(chǎn)生氣體速度。氣囊采用物理學(xué)特性膜狀材料制成，具體為袋子裝，分為單氣室和多氣室兩種，內(nèi)部設(shè)置有連接筋，可以實(shí)現(xiàn)形狀控制。控制系統(tǒng)則由傳感器、觸發(fā)器和電子控制系統(tǒng)組成，分別用于感測(cè)信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)和信號(hào)判斷，控制系統(tǒng)不僅要具有足夠快的反應(yīng)速度，還要避免因急剎車和顛簸行駛等出現(xiàn)誤動(dòng)[3]。

3 汽車安全氣囊技術(shù)在汽車駕駛中的具體應(yīng)用

3.1 安全氣囊使用注意事項(xiàng)

1）在給定碰撞條件下，確定加速度特性曲線，作為氣囊控制系統(tǒng)的判別依據(jù)，滿足氣囊反映速度等要求；

2）通過合理設(shè)計(jì)氣囊緩沖層的寬度和厚度，確保氣囊尺寸適中，滿足汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要，一般情況下駕駛員氣囊要略小于乘員氣囊，防側(cè)撞氣囊要略小于防正撞氣囊；

3）氣體發(fā)生器特性參數(shù)要與氣囊設(shè)計(jì)壓力變化相互協(xié)調(diào)；

4）電控系統(tǒng)的主要特性參數(shù)包括反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)時(shí)間可靠性等，理論上反應(yīng)時(shí)間越短越好，但受材料和技術(shù)所限，反應(yīng)速度存在極限，應(yīng)盡可能在不改變其他條件下，提高反應(yīng)速度，確保安全氣囊能夠及時(shí)打開；

5）在氣囊材料選擇方面，不僅要考慮物理強(qiáng)度，還要考慮其化學(xué)穩(wěn)定性，目前多使用尼龍紡織品；

6）內(nèi)部氣囊結(jié)構(gòu)和折疊方式對(duì)氣囊的展開速度以及對(duì)人體沖擊程度有直接影響，要對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)；

7）要保證安全氣囊的使用壽命大于汽車使用壽命，需要對(duì)其做好保護(hù)措施，防止氣囊出現(xiàn)機(jī)械或高溫?fù)p傷，同時(shí)要考慮氣囊展開后的受力支撐問題，避免發(fā)生自由移動(dòng)，失去保護(hù)作用。

3.2 安全氣囊仿真設(shè)計(jì)

由于安全氣囊的動(dòng)作過程十分復(fù)雜，所以在進(jìn)行安全氣囊保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，也具有較高難度。汽車行駛碰撞是一個(gè)瞬態(tài)的過程，常規(guī)試驗(yàn)手段只能解決一部分問題，不能對(duì)設(shè)計(jì)的可靠性提供全方位保障。因此需要采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)安全氣囊動(dòng)作過程進(jìn)行仿真分析。安全氣囊仿真設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括兩個(gè)方面，一是在特定的碰撞條件下，模擬安全氣囊的展開過程，以及安全氣囊與人體、車內(nèi)其他結(jié)構(gòu)之間的碰撞作用。二是在帶有安全氣囊的人偶模型下模擬整車碰撞過程。一般前一項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于驗(yàn)證已定性的汽車安全氣囊設(shè)計(jì)，后一項(xiàng)仿真實(shí)驗(yàn)用于模擬設(shè)計(jì)階段安全氣囊的配套問題。

從數(shù)學(xué)建模角度來看，兩者可以采用同一仿真模型進(jìn)行表達(dá)和分析，并在模型下求解接觸碰撞問題。模型主要參數(shù)包括零部件所占空間（K）、應(yīng)力矩陣（e）、零部件受外載荷面積（S）、S外載向量（q）、虛位移（Wu）、零部件相互接觸面積（C）、C 上接觸力（f）等。采用顯式有限元離散后可以得到代數(shù)方程組MA=Q+F-E，其中M是質(zhì)量矩陣，A是系統(tǒng)加速度向量，Q是系統(tǒng)外力向量，F(xiàn)是汽車內(nèi)部接觸碰撞力向量，E是系統(tǒng)內(nèi)力向量。

3.3 安全氣囊技術(shù)應(yīng)用方向

安全氣囊技術(shù)已經(jīng)在汽車行駛安全保護(hù)中得到了廣泛應(yīng)用，無數(shù)案例證明，安全氣囊的應(yīng)用可以有效降低發(fā)生交通事故時(shí)車內(nèi)成員所受的傷害，對(duì)降低交通事故人員傷亡率有顯著作用。隨著安全氣囊技術(shù)的研究和發(fā)展，現(xiàn)階段安全氣囊技術(shù)的應(yīng)用方向主要集中在以下幾個(gè)方面：

1）小型化，通過采用新型發(fā)生器，在慢速快速充滿氣囊的要求下，減小尺寸，便于安裝布置；

2）環(huán)保型，通過采用對(duì)人體無害的壓縮氣體和易于回收處理的材料，提高安全氣囊的環(huán)保性，降低環(huán)境污染；

3）多樣化，通過安裝不同部位的安全氣囊，為汽車乘員的身體安全提供全方位保護(hù)；

4）智能化，開發(fā)能夠最大限度保護(hù)汽車乘員的安全氣囊系統(tǒng)，在發(fā)生碰撞的瞬間，根據(jù)碰撞條件與乘員狀態(tài)，調(diào)節(jié)氣囊工作性能。智能化安全氣囊的技術(shù)關(guān)鍵是利用先進(jìn)的傳感裝置和電子運(yùn)算系統(tǒng)，從而在發(fā)生碰撞的極短時(shí)間內(nèi)，提供碰撞環(huán)境信息，并根據(jù)乘員身體位置、是否系安全帶等情況，調(diào)節(jié)氣囊工作性能，最大化地發(fā)揮安全氣囊的保護(hù)作用。

4 結(jié)語

安全氣囊技術(shù)應(yīng)用了多種高新技術(shù)，可以有效保護(hù)駕駛?cè)伺c乘客的安全。通過本文的分析可知，汽車駕駛?cè)撕统丝托枰J(rèn)識(shí)到安全氣囊技術(shù)的重要作用，規(guī)范合理地應(yīng)用安全氣囊；技術(shù)人員需要加強(qiáng)安全氣囊技術(shù)的研發(fā)，更加全面地保障駕駛?cè)藛T與乘客的安全，提高汽車的安全性能，促進(jìn)我國(guó)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 袁立明.汽車駕駛員安全氣囊靜態(tài)爆破仿真與試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)，2016.

[2] 徐香芹.基于整車安全性的汽車安全氣囊模塊的試驗(yàn)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2015.

[3] 王洪海.汽車智能式安全氣囊控制技術(shù)研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2013.