安全气囊的原理及设置

安全气囊的原理及设置 0 ·（2007）世界汽车技术发展跟踪研究 ·汽车造型设计概论:工业设计系列教材 ·专用汽车结构与设计 ·立体设计表达：汽车油泥模型设计制作—清华大 ·现代汽车造型（附CD-ROM光盘一张） ·汽车发动机构造与诊断维修—当代汽车修理技师 ·汽车发动机计算机控制系统解析/当代汽车修理技 ·汽车发动机试验 ·电控发动机（引进版） ·最新电喷车线束手册(3) 汽车的安全、节能、环保已成为当今汽车工业乃至整个人类社会面临的三大焦点问题，汽车安全问题更是首当其冲。汽车安全有主动安全与被动安全之分。汽车主动安全性是指防止汽车发生交通事故的性能；

被动安全性则是指交通事故发生时，汽车本身具有保护乘员、行人不受伤亡或伤亡程度减至最小的性能。目前汽车上广泛安装使用的被动安全装置主要有座椅安全带与安全气囊。我们这里主要探讨一下安全气囊的安全性。

一、安全气囊的概述 安全气囊是汽车被动安全中一项技术含量很高的产品。它的保护效果已经被人们普遍认识，有关安全气囊的第一个专利始于1958年。1970年就有厂家开始研制可以减轻碰撞事故中乘员伤害程度的安全气囊；20世纪80年代，汽车生产厂家开始逐渐装用安全气囊；进人90年代，安全气囊的装用量急剧上升；而进入新世纪以后，汽车上普遍都装有安全气囊。

汽车安全气囊系统（简称SRS）是辅助安全系统，它通常是作为安全带的辅助安全装置出现。安全带与安全气囊是配套使用，没有安全带，安全气囊的安全效果将要大打折扣。据调查，单独使用安全气囊可使事故死亡率降低18%左右，单独使用安全带可使事故死亡率下降42%左右，而当安全气囊与安全带配合使用时可使事故死亡率降低47%左右。由此可见，只有两者相互配合才能最大可能的降低事故的死亡率，安全气囊系统必然作为安全带的辅助系统出现。

当发生碰撞事故时，安全带将乘员“约束”在座椅上，使乘员的身体不至于撞到方向盘、仪表板和风窗玻璃上，避免乘员发生二次碰撞；同时避免乘员在车辆发生翻滚等危险情况下被抛离座位。安全气囊的保护原理是：当汽车遭受一定碰撞力量以后，气囊系统就会引发某种类似小剂量炸药爆炸的化学反应，隐藏在车内的安全气囊就在瞬间充气弹出，在乘员的身体与车内设备碰撞之前起到铺垫作用，减轻身体所受冲击力，从而达到减轻乘员伤害的效果。

二、安全气囊的结构原理 现代安全气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及控制块（电脑）等组成。 3.气体发生器。安全气囊系统要求气体发生器能够在较短的时间内（30 ms左右）产生大量的气体充满气囊，产生的气体必须对人体无害，且不能温度太高，同时要求气体发生器有很高的可靠性和稳定性。气体发生器主要有：压缩气体式、烟火式和混合式三种型式。混合式气体发生器是压缩气体式和烟火式相结合的发生器，也是目前广泛应用一种气体发生器。

4.控制装置。一般集成在微计算机中。当汽车发生碰撞事故时，电控装置接收多个传感器传来的车身不同位置的减速信号，经过反复不断的分析、比较、计算，决定是否发出点火信号。要求控制装置能够在复杂的碰撞情况下作出非常准确的判断，点火时刻也必须精确控制。

虽然安全气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本一致。汽车行驶过程中，传感器系统不断向控制装置发送速度变化（或加速度）信息，由控制装置（中央控制器）对这些信息加以分析判断，如果所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），则控制装置向气体发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或将储气罐中压缩氢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。

安全气囊根据安装的位置及保护对象不同，主要分为：对驾驶员进行保护的气囊，装在方向盘内，防止驾驶员与转向盘、仪表板及前挡风玻璃发生碰撞；对前排乘员进行保护的气囊，装在仪表板内，防止乘员与仪表板、前挡风玻璃发生碰撞；对后排乘员进行保护的气囊，一般安装在前排座椅的靠背上后部或头枕内部，防止乘员与前排座椅发生碰撞。由于后排乘员受到的伤害程度较轻，后座椅安全气囊一般只在高级轿车上使用。

三、安全气囊使用过程中存在的缺陷 安全气囊作为提高汽车安全性的有效措施之一越来越受到人们的重视。世界各国都投人大量的人力物力致力予安全气囊的开发，使得安全气囊系统得到大力发展。在一些实际的碰撞事故中证明安全气囊确实具有降低乘员伤亡的功效，但也发现了其存在的一些间题。安全气囊在使用中存在的问题有：

1.气囊可能在很低的车速时打开。汽车在很低车速行驶而发生碰撞事故时，乘员和驾驶员系上安全带即可，完全不需要安全气囊展开起保护作用。如果这时展开气囊反而会造成不必要的浪费，甚至还可能因安全气囊的展开加重碰撞伤害。

2.气囊的启动会对乘员造成伤害。安全气囊系统启动时将冲开气囊盖板，并且在瞬间展开充气，很可能对乘员造成冲击；产生的灼热气体也会灼伤乘员和驾驶员。

3.当乘客偏离座位或座位上无人或儿童乘坐时，气囊系统的启动不仅起不到应有的保护作用，还可能会对乘员造成一定的伤害。

四、对现有安全气囊的改进思考 从安全气囊在使用过程中存在的缺陷可知，现有安全气囊的基本设计目标是用来对付严重交通事故的，但在一些不太严重，的事故中，系统反应过度，反而会对驾乘人员施加作用过大，适得其反，造成不必要的伤害。

针对实际使用中存在的问题，我们更希望在安全气囊展开之前，安全气囊系统能够精确感应汽车发生的碰撞，并按照程序来判断碰撞事故的严重程度，如果碰撞级别比较低的话，只需将安全带的预紧机构拉紧即可；如果碰撞级别比较高，需要启动安全气囊，则将点燃气囊的指令传递给气囊系统。这也就是要求安全气囊系统能够准确地感应所发生的碰撞事故；并且能模仿人脑，根据实际的碰撞程度来判别安全气囊是否需要展开，有一定灵活性；并且能够针对不同体形的乘员适当的调整安全气囊。

五、安全气襄的改进和引用 1.磁电式传感器的采用 传感器的触发通常有：开关式，纯机械式，单点电子式，侧撞式，应变式等。目前国际上对汽车上安全气囊的传感器触发方式也没有一个统一标准。不仅是因为其种类繁多，而且．是因为装于车身上不同位置的传感器触发方式也不同。为使传感器能够方便地安装在各个需要的感应部位，使其能够正确、适时地感应碰撞，可选用磁电式传感器。

磁电式传感器可以安装在车身上的任何位置，只要稍微调整一下某些参数值，使得其能够识别峰值为0588 m/s：和时间脉冲为0-20 ms的碰撞加速度信号即可。只要碰撞加速度峰值和时间脉冲宽度同时满足条件，就会向气囊发出触发信号，展开气囊，对人体进行保护。

传感器结构如图1所示，它由外壳（非磁性材料）、磁性材料、惯性体（非磁性材料）、连接在惯性体上„的软铁、支持和调节位移幅值的弹簧、安装在与外壳连接的凸柱内的永久磁铁和绕制在软铁上的线圈及引线组成。当传感器受到碰撞加速度时，惯性体产生反向加速度，导致通过线圈的磁通量发生变化，在线圈引线两端产生钟形脉冲信号，当调整弹簧刚度时，可改变加速度信号的宽度。

传感器的信号判别电路由三部分组成：信号幅度判别电路；信号宽度判别电路；有用、无用信号判别电路。通过对碰撞信号进行多方位的判别，可使控制装置获取的碰撞信号更全面，发出的点火控制更准确，从而确保安全气囊在必要的情况下展开。

如何获得稳定的冲击加速度信号是研究；传感器的关键，也是保证传感器准确获取碰撞信号的关键。磁电加速度传感器采用落锤冲击试验装置来调整校正其感应敏感度。释放锤头，与橡胶面碰击时，安装在锤头上面的加速度或磁电式传感器将感受到冲击加速度。不同落高对应不同加速度；调整橡胶厚度，可改变信号宽度；调整落锤高度，可改变信号幅度。 磁电式传感器不仅电子判别电路出错率低，感应碰撞信号的可信度高而准确；而且通过标锤落定实验可以调节它的感应范围宽度，满足汽车碰撞产生脉冲的再现，从而还可以安装于车身上任何部位。还有就是它设计简单，价格低廉，对绝大多数汽车使用者来说都不再是望而却步的奢侈品。 2.智能化控制系统的采用 对安全气囊控制系统的要求是准确判断事故的碰撞强度，控制气囊的展开与否。针对安全气囊在使用中的缺陷，必须进一步提高控制系统灵活性、准确性，为此我们可以采用智能式控制系统。

1.碰撞传感器。安全气囊系统中的重要部件，其功能是检测、判断汽车发生碰撞后的撞击信号，以便决定是否展开缓冲气囊。碰撞传感器主要有三种类机械式传感器在早期的安全气囊中使用较多，主要应用惯性原理，利用传感器中元件的惯性力克服弹簧力来触发气体发生器。机械式在加速度较低时保证不启动气囊，可靠性较高；但只能单点传感，对机械部件的品质、精度和耐磨性要求极高。

电子式传感器是一种应用最早的碰撞传感器，根据电子原理，利用电信号来反映车身减速度，而后根据电信号来判别是否展开缓冲气囊。

机电式传感器采用机电结合的方式，将机械信号转化为电子信号，再利用电子信号点爆安全气囊。即具有机械式的优点，又能克服机械式传感器本身存在的缺陷，安装在车身上任何位置，以便得到较好的减速信号，而且能够在同一位置安装多个传感器。

2.缓冲气囊。气囊一般由防裂性能好的聚酞胺织物制成，它是一种半硬的泡沫塑料，能承受较大的压力；经过硫化处理，可减少气囊冲气膨胀时的惯性力；为使气体密封，气囊里面涂有涂层材料。气囊的大小、形状、漏气性能是确定安全气囊保护效果的重要因素，必须根据不同汽车的实际情况来确定。

目前，安全气囊系统开发人员正在根据神经网络原理开发智能型气囊系统。它主要是利用神经末梢（即各种传感器）将各自探索到的周围环境的各种信息传输给中枢神经（即电脑或微机），并能将碰撞事故的碰撞类型，碰撞事故严重程度以及碰撞时的车速等信息一起传递给电脑，由电脑对这些信息进行加工处理分析，做出相应反应，并执行与这些信息相对应的、正确的气囊保护程序，即所谓的智能式控制系统。

智能式控制系统一般由两部分组成，软件部分和硬件部分。硬件部分主要由车载部分的电子控制单元（包括单片机、传感器、点火电路等）和地面部分（包括串行通讯电路、计算机系统等）；软件部分主要由单、片机部分和微机部分组成。控制系统框图如图2所示。气囊伤人、保护效果不佳或者浪费等状况。

3.乘员探测系统的选择

针对气囊未能对不同的乘员做出相应的保护，我们可在乘员座位上安装一个乘员探测系统，对车座上是否有人，乘员的体型大小，以及就座时偏离正中情况进行探测。相当于专门安装一个传感器，探测的乘员乘坐信息，并传递给中央电脑控制中心。如果发生碰撞的话，控制中心在对各种传感器传过来的信息进行判断的同时综合考虑乘员探测系统探测所得的乘员乘坐信息。这样的话，安全气囊系统就可以针对驾驶员和乘员的乘坐情况适时适量展开气囊，完全避免