汽车安全气囊分类和功能浅析

汽车安全气囊分类和功能浅析平安气囊<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20215/Manage/202105271724104490.gif”alt=“d048addef619f94bccbf1a8b”width=“266”height=“180”/气囊做为车身被动平安性的帮助配置，日渐受到人们的重视。当汽车与障碍物碰撞后，称为一次碰撞，乘员与车内构件发生碰撞，称为二次碰撞，气囊在一次碰撞后、二次碰撞前快速打开一个布满气体的气垫，使乘员因惯性而移动时“扑在气垫上”从而缓和乘员受到的冲击并汲取碰撞能量，减轻乘员的损害程度。平安气囊分布在车内前方（正副驾驶位），侧方（车内前排和后排）和车顶三个方向。在装有平安气囊系统的容器外部都印有SupplementalInflatableRestraintSystem，简称SRS)的字样，直译成中文，应为“帮助可充气约束系统”。英文名称中强调了平安气囊是帮助性的设备，应当与平安带协作工作才能起到最佳的爱护作用。惋惜的是中文名称中忽视了这一点，简单给用户带来误会，以为仅靠平安气囊就能获得良好的爱护效果。其实，若不协作平安带使用的话，在某些状况下，平安气囊绽开时会对乘员造成不必要的损害。在正驾驶位的气囊装在方向盘的中间位置，副驾驶位的平安气囊安装在正前方的平台内部，在意外发生的瞬间可以有效的爱护驾驶员和副驾驶位乘员的头部和胸部，由于正面发生的猛烈碰撞会导致车辆前方大幅度的变形，而车内乘员会随着这股猛烈的惯性向前俯冲，造成跟车内构件的相互撞击，另外车内正驾驶位置的平安气囊可以有效的防止在发生碰撞时方向盘顶到驾驶者的胸部，避开致命的损害。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20215/Manage/202105271724104490.gif”alt=“566d0fdfc533220562279853”width=“192”height=“126”/侧面气囊系统是爱护汽车遭侧面碰撞以及车辆翻滚时乘员的平安一般安装于车门上，在车辆遭到侧面碰撞会导致车门严峻变形，以至于无法开启车门，车内乘员被困于车内，侧面平安气囊可以有效的爱护车内驾乘人员来自侧面撞击导致的腰部，腹部，胸部外侧，以及胳膊的损害，保证身体上肢的活动力量和逃命力量。随着整车被动平安重要性的深化人心，在一些高档豪华车中消失了高达30几个气囊从颈部、膝部、甚至是在车顶的两侧会配有两条管状气囊，在意外状况发生时能够有效的缓解来自车顶上方的下压力，协作侧面气帘能够有效的爱护乘客的头部和颈部。膝盖部分的气囊位于前排驾驶座椅内，一旦打开能够有效爱护后排乘客的腰下肢体部位，从而也能缓解来自正面碰撞的前冲力。车外气囊系统又叫保险杠内藏式气囊。当汽车在正面碰撞行人时，气囊快速向前张开和向两侧举升，托起被撞行人同时防止行人跌向两侧。目前车外气囊系统正处于研制阶段。平安气囊的概述平安气囊是汽车被动平安中一项技术含量很高的产品。它的爱护效果已经被人们普遍熟悉，有关平安气囊的第一个专利始于<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20215/Manage/202105271724104490.gif”alt=“263e802f2cd5f02e1e308951”width=“140”height=“104”/1958年。1970年就有厂家开头研制可以减轻碰撞事故中乘员损害程度的平安气囊；20世纪80年月，汽车生产厂家开头渐渐装用平安气囊；进人90年月，平安气囊的装用量急剧上升；而进入新世纪以后，汽车上普遍都装有平安气囊。汽车平安气囊系统（简称SRS）是帮助平安系统，它通常是作为平安带的帮助平安装置消失。平安带与平安气囊是配套使用，没有平安带，平安气囊的平安效果将要大打折扣。据调查，单独使用平安气囊可使事故死亡率降低18%左右，单独使用平安带可使事故死亡率下降42%左右，而当平安气囊与平安带协作使用时可使事故死亡率降低47%左右。由此可见，只有两者相互协作才能最大可能的降低事故的死亡率，平安气囊系统必定作为平安带的帮助系统消失。当发生碰撞事故时，平安带将乘员“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，避开乘员发生二次碰撞；同时避开乘员在车辆发生翻滚等危急状况下被抛离座位。平安气囊的爱护原理是：当汽车患病肯定碰撞力气以后，气囊系统就会引发某种类似小剂量炸药爆炸的化学反应，隐蔽在车内的平安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，从而达到减轻乘员损害的效果。平安气囊系统称为SRS，相对于平安带，平安气囊只是一个帮助爱护设备。平安气囊是用带橡胶衬里的特种织物尼龙制成，工作时用无害的氦气填充。此系统由一个传感器激活，该传感器用于监视碰撞中汽车速度减小的程度。在碰撞发生的早期，平安气囊开头充气，平安充气大约需要0.03秒。平安气囊可以特别快的速度充气非常重要，这能确保当乘客的身体被平安带束缚不动而头部仍旧向前行进时，平安气囊能准时到位。在头部遇到平安气囊时，平安气囊通过气囊表面的气孔开头排气。气体的排出有肯定的速率，确保让人的身体部位缓慢地减速。由于平安气囊弹开充气的速度可高达320公里/小时，碰撞时假如人的乘坐姿态不正确，将给人带来严峻的损害。假如前排装备了平安气囊，不要让6岁或140CM以下的儿童坐在前座，更不要将婴儿座椅安置在前乘客座。平安最为重要现场爆破的平安气囊是VOLVOS80的双段式前平安气囊，分为两段激活式，能够依据碰撞强度设定气囊的充气压力，更加人性化地爱护驾驶者的人身平安。严峻碰撞时，气囊快速充气，压力最大；非严峻碰撞时，气囊先充70%的气体，经过0.1秒的间隔后再充30%的气体，从而来减小充气压力，让人的头部与气囊更严厉地接触。VOLVOS80轿车配备有22个平安气囊，有前部先进的双段式平安气囊，安装在前乘客座上的爱护乘客胸部的SIPS防侧撞气囊，还有爱护侧面乘客头部的IC气帘等。瑞典VOLVO轿车以平安高质著名于世，1959年VOLVO的工程师创造了三点式平安带，至今已挽救了数百万人的生命。在正面撞车时，平安带是最重要的平安设施，但实际上在严峻碰撞中它也只能避开头部受重伤。由于尽管有平安带，但在发生严峻碰撞时人的上身还是会由于巨大的惯性而往前冲。所以平安带只有与气囊协作起来，才能使乘客在重大事故中得到最好的爱护。化学原理：汽车的平安气囊内有叠氮化钠（NaN3）或硝酸铵（NH4NO3）等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会快速发生分解反应，产生大量气体，布满气囊。[叠氮化钠分解产生氮气和固态钠；硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮（N2O）气体和水蒸气]平安气囊的来由平安带自创造之后已经发挥了很重要的爱护作用，但在剧烈的碰撞发生时，前座驾乘者的头部和胸部还是很简单受到损害，于是平安气囊便诞生了。众所周知，气囊对冲击的缓冲作用是特别有效的，它会充分汲取驾乘者的部分冲力，帮助平安带爱护驾乘者。于是更多的气囊消失在了驾乘者的头部和侧面。例如VOLVO公司开发的SIPS（车侧碰撞防护系统）的防侧撞气囊和ICSystem（充气爱护屏障系统）的充气帘。这些爱护系统向驾乘者供应了全方位的平安爱护，一旦汽车发生正面碰撞、侧撞或翻滚，平安带加上平安气囊将全力爱护驾乘者的平安。平安气囊的结构原理现代平安气囊系统由碰撞传感器、缓冲气囊、气体发生器及掌握块（电脑）等组成。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20215/Manage/202105271724104490.gif”alt=“e8112b2a65bfb82e5243c15f”width=“200”height=“135”/3.气体发生器。平安气囊系统要求气体发生器能够在较短的时间内（30ms左右）产生大量的气体布满气囊，产生的气体必需对人体无害，且不能温度太高，同时要求气体发生器有很高的牢靠性和稳定性。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.掌握装置。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，打算是否发出点火信号。要求掌握装置能够在简单的碰撞状况下作出特别精确     的推断，点火时刻也必需精确掌握。虽然平安气囊在结构上会有所不同，但其工作原理基本全都。汽车行驶过程中，传感器系统不断向掌握装置发送速度变化（或加速度）信息，由掌握装置（中央掌握器）对这些信息加以分析推断，假如所测的加速度、速度变化量或其它指标超过预定值（即真正发生了碰撞），则掌握装置向气体发体发生器发出点火命令或传感器直接掌握点火，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布满碰撞气袋。乘员与气袋接触时，通过气袋上排气孔的阻尼汲取碰撞能量，达到爱护乘员的目的。平安气囊依据安装的位置及爱护对象不同，主要分为：对驾驶员进行爱护的气囊，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；对前排乘员进行爱护的气囊，装在仪表板内，防止乘员与仪表板、前挡风玻璃发生碰撞；对后排乘员进行爱护的气囊，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损害程度较轻，后座椅平安气囊一般只在高级轿车上使用。平安气囊的化学原理汽车的平安气囊内有叠氮化钠（NaN3）或硝酸铵（NH4NO3）等物质。当汽车在高速行驶中受到猛烈撞击时，这些物质会快速发生分解反应，产生大量气体，布满气囊。[叠氮化钠分解产生氮气和固态钠；硝酸铵分解产生大量的一氧化二氮（N2O）气体和水蒸气]新型平安气囊加入了可分级充气或释放压力的装置，以防止一次突然点爆产生的巨大压力对人头部产生的损害，特殊在乘客未佩戴平安带的时候，可导致生命危急。详细形式有：1.分级点爆装置，即气体发生器分两级点爆，第一级产生约40%的气体容积，远低于最大压力，对人头部移动产生缓冲作用，其次级点爆产生剩余气体，并且达到最大压力。总的来说，两级点爆的最大压力小于单级点爆。这种形式，压力逐步增加。2.分级释放压力方式，囊袋上开有泄压孔或可调整压力的孔，分为完全凭借气体压力顶开的方式或电脑掌握的拉片Tether。这种方式，一开头压力达到设定极限，然后瞬时释放压力，以避开过大损害。气囊打开条件为了保证平安气囊在适当的时候打开，汽车生产厂家都规定了气囊的起爆条件，只有满意了这些条件，气囊才会爆炸。虽然在一些交通事故中，车内乘员碰得头破血流，甚至消失生命危急，车辆接近报废，但是假如达不到平安气囊爆炸的条件，气囊还是不会打开。平安气囊打开需要合适的速度和碰撞角度。从理论上讲，只有车辆的正前方左右大约60°之间位置撞击在固定的物体上，速度高于30KM/h，这时平安气囊才可能打开。这里所说的速度不是我们通常意义上所理解的车速，而是在试验室中车辆相对刚性固定障碍物碰撞的速度，实际碰撞中汽车的速度高于试验速度气囊才能打开。汽车发生碰撞时的主要受力部位是保险杠和车身纵梁，为了缓冲碰撞时的冲击力，车身前部大都设计有碰撞缓冲区，而且车身的刚度公布也是不匀称的。在一些事故中，例如当轿车与没有后部防护装置的卡车发生钻入性追尾事故，或轿车碰撞护栏后发生翻车事故，或发生车身侧面碰撞等，这样的事故往往没有车身前部的直接撞击，主要是车身上部和侧面发生碰撞，碰撞车身部位的刚度很小，虽然车舱发生了很大的变形，造成了车内乘员受伤或死亡，但是由于碰撞部位不对，有时候气囊并不能打开。平安气囊使用过程中存在的缺陷<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20215/Manage/202105271724104490.gif”alt=“7e7f7909c8d4d8d93ac76324”width=“200”height=“133”/平安气囊作为提高汽车平安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平安气囊的开发，使得平安气囊系统得到大力进展。在一些实际的碰撞事故中证明平安气囊的确具有降低乘员伤亡的功效，但也发觉了其存在的一些间题。平安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，乘员和驾驶员系上平安带即可，完全不需要平安气囊绽开起爱护作用。假如这时绽开气囊反而会造成不必要的铺张，甚至还可能因平安气囊的绽开加重碰撞损害。2.气囊的启动会对乘员造成损害。平安气囊系统启动时将冲开气囊盖板，并且在瞬间绽开充气，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爱护作用，还可能会对乘员造成肯定的损害。对现有平安气囊的改进思索从平安气囊在使用过程中存在的缺陷可知，现有平安气囊的基本设计目标是用来应付严峻交通事故的，但在一些不太严峻，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，造成不必要的损害。针对实际使用中存在的问题，我们更盼望在平安气囊绽开之前，平安气囊系统能够精确感应汽车发生的碰撞，并根据程序来推断碰撞事故的严峻程度，假如碰撞级别比较低的话，只需将平安带的预紧机构拉紧即可；假如碰撞级别比较高，需要启动平安气囊，则将点燃气囊的指令传递给气囊系统。这也就是要求平安气囊系统能够精确     地感应所发生的碰撞事故；并且能仿照人脑，依据实际的碰撞程度来判别平安气囊是否需要绽开，有肯定敏捷性；并且能够针对不同体形的乘员适当的调整平安气囊。平安气囊的改进和引用1.磁电式传感器的采纳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平安气囊的传感器触发方式也没有一个统一标准。不仅是由于其种类繁多，而且.是由于装于车身上不同位置的传感器触发方式也不同。为使传感器能够便利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，只要略微调整一下某些参数值，使得其能够识别峰值为0588m/s：和时间脉冲为0-20ms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意条件，就会向气囊发出触发信号，绽开气囊，对人体进行爱护。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、支持和调整位移幅值的弹簧、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，可转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，可使掌握装置猎取的碰撞信号更全面，发出的点火掌握更精确     ，从而确保平安气囊在必要的状况下绽开。如何获得稳定的冲击加速度信号是讨论；传感器的关键，也是保证传感器精确     猎取碰撞信号的关键。磁电加速度传感器采纳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，可转变信号宽度；调整落锤高度，可转变信号幅度。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精确     ；而且通过标锤落定试验可以调整它的感应范围宽度，满意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。还有就是它设计简洁，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浪费品。2.智能化掌握系统的采纳对平安气囊掌握系统的要求是精确     推断事故的碰撞强度，掌握气囊的绽开与否。针对平安气囊在使用中的缺陷，必需进一步提高掌握系统敏捷性、精确     性，为此我们可以采纳智能式掌握系统。1.碰撞传感器。平安气囊系统中的重要部件，其功能是检测、推断汽车发生碰撞后的撞击信号，以便打算是否绽开缓冲气囊。碰撞传感器主要有三种类机械式传感器在早期的平安气囊中使用较多，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，牢靠性较高；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，依据电子原理，利用电信号来反映车身减速度，而后依据电信号来判别是否绽开缓冲气囊。机电式传感器采纳机电结合的方式，将机械信号转化为电子信号，再利用电子信号点爆平安气囊。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，可削减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、外形、漏气性能是确定平安气囊爱护效果的重要因素，必需依据不同汽车的实际状况来确定。目前，平安气囊系统开发人员正在依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）将各自探究到的四周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，碰撞事故严峻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、正确的气囊爱护程序，即所谓的智能式掌握系统。智能式掌握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掌握单元（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。掌握系统框图如图2所示。气囊伤人、爱护效果不佳或者铺张等状况。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爱护，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状况进行探测。相当于特地安装一个传感器，探测的乘员乘坐信息，并传递给中央电脑掌握中心。假如发生碰撞的话，掌握中心在对各种传感器传过来的信息进行推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，平安气囊系统就可以针对驾驶员和乘员的乘坐状况适时适量绽开气囊，完全避开抱负的平安气囊是可以针对各种不同的特别状况对汽车的使用者进行爱护。平安气囊应尽可能多地收集和利用有关乘员形体位置信息及撞车类型和撞车速度的数据，建立数据库，对碰撞中乘员和车的有关信息进行识别推断，调整平安约束系统参数，使人体获得最佳爱护。要实现这一抱负，以我们目前的研.究来说可能还有很长的一段差距，但我们可以逐步完成。以上的探讨思索也只是向抱负迈进的一个步伐而已，信任今后随着科学技术讨论的进展，我们的汽车平安措施会更加的完善。4.气体发生器的多元化进展对于气体发生器，不仅要求其工作牢靠，性能稳定，耐久性好，符合环保要求，而且要求尽量减轻其质量和降低成本。尤其针对平安气囊气体伤人的状况，更是要求对气体发生器加以改进。目前汽车上的气囊系统大量采纳以叠氮化物作为气体发生物质的推动剂型气体发生器，其它类型的气体发生器，包括混合气体型气体发生器、液体（液态气）型气体发生器、压缩空气蓄能型气体发生器和硝化纤维型气体发生器等也在乐观研制。如摩尔顿公司生产的一种低密度、无毒的气体型气体发生器，与现用的相比具有体积小、质量轻的优点；布雷德公司开发的一种新型无钠叠氮化物气体发生器，耗用量不到钠叠氮化物发气剂的40%，而能产生等量的气体，从而使其体积减小，质量减轻。<imgsrc=“/UploadFiles/2021001/20215/Manage/202105271724104490.gif”alt=“948bcfc8a8725f017e3e6f2f”width=“199”height=“124”/平安气囊的进展趋势随着科技的进展和人们对汽车平安重视程度的提高，汽车平安技术中的平安气囊技术近年来也进展得很快，智能化、多平安气囊是今后整体平安气囊系统进展的必定趋势。新的技术可以更好地识别乘客类型，实行不同的爱护措施。系统采纳重量、红外、超声波等传感器来推断乘客与仪表板远近、重量、身高等因素，进而在碰撞时推断是否点爆气囊、采纳1级点火还是多级点火、点爆力有多大，并与平安带形成总体掌握。通过传感器，气囊系统还可以推断出车辆当前经受的碰撞形式，是正面碰撞还是角度碰撞，侧面碰撞还是整车的翻滚运动，以便驱动车身不同位置的气囊，形成对乘客的最佳爱护。网络技术的应用也是平安气囊系统的进展方向。在汽车网络中，有一种应用面比较窄，但是特别重要的网络即Safe-By-Wire。Safe-By-Wire是特地用于汽车平安气囊系统的总线，Safe-By-Wire技术旨在通过综合运用多个传感器和掌握器来实现平安气囊系统的微小掌握。Safe-By-WirePlus总线标准是由汽车电子供应商和部件供应商如飞利浦、德尔福等公司提出。与整车系统常用的CAN、FlexRay等总线相比，Safe-By-Wire的优势在于它是特地面对平安气囊系统的汽车LAN接口标准。为了保证系统在汽车出事故时也不受破坏，Safe-By-Wire中嵌入有多重爱护功能。比如说，即使线路发生短路，平安气囊系统也不会因出错而起动。Safe-By-Wire技术将会在汽车平安气囊系统中获得广泛的应用。A平安气囊的历史汽车平安气囊系统，简称SRS，是一种帮助爱护系统。平安气囊最早由瑞典人创造，到20世纪80年月，平安气囊技术基本成熟。1972年，通用汽车首次进行大范围的平安气囊现场试验，并于1974年将平安气囊列为若干型号轿车的选购配置。1996年，通用汽车推出业界第一个防止侧面撞击的平安气囊，可减轻气囊膨胀给儿童造成损害。2002年，通用汽车宣布将在2003年型号的大型卡车和运动休闲车上酉谩正面平安气囊感知器，可依据副驾