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      1. 安全氣囊技術詳解

        廣州新業軟件有限公司       2017/12/26

         

            自上世紀80年代開始逐步在民用車輛上采用之后,安全氣囊時下已經成為了非常重要的汽車被動安全設備,安全氣囊的數量已經成為衡量車輛安全性的參照之一,安全氣囊的結構和原理到底怎樣?安全氣囊需要什么條件才能打開?它有哪些缺點?在使用的過程中需要注意什么?下面就為大家一一解說。

        安全氣囊的原理及結構

            安全氣囊的原理及結構

            安全氣囊是“輔助約束系統”(SRS)的一部分,主要是為了防止汽車碰撞時車內乘員和車內部件間發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,二者共同作用。安全氣囊的保護原理是:當汽車遭受一定碰撞力量以后,氣囊系統就會引發某種類似微量炸藥爆炸的化學反應,隱藏在車內的安全氣囊就在瞬間充氣彈出,在乘員的身體與車內零部件碰撞之前能及時到位,在人體接觸到安全氣囊時,安全氣囊通過氣囊表面的氣孔開始排氣,從而起到鋪墊作用,減輕身體所受沖擊力,最終達到減輕乘員傷害的效果。

        通常車型的安全氣囊系統結構示意圖

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

            安全氣囊系統傳感器

            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碰撞傳感器和防護碰撞傳感器。觸發碰撞傳感器也稱為碰撞強度傳感器,用于檢測碰撞時的加速度變化,并將碰撞信號傳給氣囊電腦,作為氣囊電腦的觸發信號;防護碰撞傳感器也稱為安全碰撞傳感器,它與觸發碰撞傳感器串聯,用于防止氣囊誤爆。

            按照結構的不同,碰撞傳感器還可分為機電式碰撞傳感器、電子式碰撞傳感器以及機械式碰撞傳感器。防護碰撞傳感器一般采用電子式結構,觸發碰撞傳感器一般采用機電結合式結構或機械式結構。機電結合式碰撞傳感器是利用機械的運動(滾動或轉動)來控制電氣觸點動作,再由觸點斷開和閉合來控制氣囊電路的接通和切斷,常見的有滾球式和偏心錘式碰撞傳感器。電子式碰撞傳感器沒有電氣觸點,目前常用的有電阻應變式和壓電效應式兩種。機械式碰撞傳感器常見的有水銀開關式,它是利用水銀導電的特性來控制氣囊電路的接通和切斷。

        安裝在發動機艙前縱梁上面的氣囊碰撞傳感器,以機電式居多    

            控制模塊(ECU

            對于早期的汽車,一般設有多個觸發碰撞傳感器,安裝位置一般在車身的前部和中部,例如車身兩側的翼子板內側、前照燈支架下面以及發動機散熱器支架兩側等部位。隨著碰撞傳感器制造技術的發展,有些汽車將觸發碰撞傳感器安裝在氣囊系統ECU內。防護碰撞傳感器一般都與氣囊系統ECU組裝在一起,多數安裝在駕駛艙內中央控制臺下面。ECU是氣囊系統的核心部件,大多安裝在駕駛艙內中央控制臺下面。 

        大多數氣囊控制模塊(ECU)都安裝在車身中部靠近擋把的位置

        典型的氣囊系統控制電路示意圖 

            汽車行駛過程中,傳感器系統不斷向控制裝置發送速度變化(或加速度)信息,由氣囊控制模塊(ECU)對這些信息加以分析判斷,如果所測的加速度、速度變化量或其它指標超過預定值(即真正發生了碰撞),則囊控制模塊向氣體發體發生器發出點火命令。

            氣體發生器

            氣體發生器主要是用來在在較短的時間內(30ms左右)產生大量的氣體充滿氣囊,產生的氣體必須對人體無害,且不能溫度太高,同時要求氣體發生器有很高的可靠性和穩定性。目前氣體發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發生器是壓縮氣體式和煙火式相結合的發生器,也是目前廣泛應用一種氣體發生器。

            氣體發生器內存儲有氮化鈉或硝酸銨等物質。當汽車在高速行駛中受到猛烈撞擊時,這些物質會迅速發生分解反應,產生大量氣體(無毒無味的氮氣占70%以上),充滿氣囊。而較新型的安全氣囊加入了可分級充氣或釋放壓力的裝置,以防止一次突然點爆產生的巨大壓力對人體產生的傷害。分級點爆裝置,即氣體發生器分兩級點爆,第一級產生約40%的氣體容積,遠低于最大壓力,對人頭部移動產生緩沖作用,第二級點爆產生剩余氣體,并且達到最大壓力。而分級釋放壓力方式就是在氣囊袋上開有泄壓孔或可調節壓力的孔,一開始壓力達到設定極限,便能瞬時釋放壓力,以避免對乘客造成過大傷害。

            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;經過硫化處理,可減少氣囊沖氣膨脹時的沖擊力。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效果的重要因素,必須根據不同汽車的實際情況來確定。氣囊靜止時被折疊成包,安放在氣體發生器上部和氣囊飾蓋之間,氣囊飾蓋表面模壓有淺印,以便氣囊充氣爆開時撕裂飾蓋,并減小沖出飾蓋的阻力。氣囊背面或頂部設置有排氣孔,當駕駛員壓在氣囊上時,氣囊受壓后便從排氣孔排氣。

           此外,氣囊系統還有備用電源,備用電源電路由電源控制電路和若干電容器組成。當汽車發生碰撞導致蓄電池和發電機與氣囊系統斷開時,備用電源在一定時間內(一般為6秒)可以維持氣囊系統供電。

            為了保證轉向盤具有足夠的轉動角度而又不致于損傷氣囊組件的連接線束,在轉向盤和轉向柱之間采用了螺旋線束,即將線束安裝在螺旋形彈簧內(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的時候打開,汽車生產廠家都規定了氣囊的起爆條件,只有滿足了這些條件,氣囊才會爆炸。雖然在一些交通事故中,車內乘員碰得頭破血流,甚至出現生命危險,車輛接近報廢,但是如果達不到安全氣囊爆炸的條件,氣囊還是不會打開。

        在碰撞試驗中都是撞擊剛性物體,而實際碰撞的速度要等效于預定的速度,氣囊才會打開

            安全氣囊打開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,這時安全氣囊才可能打開。這里所說的速度不是我們通常意義上所理解的車速,而是在試驗室中車輛相對剛性固定障礙物碰撞的速度,實際碰撞中汽車的速度要等效于這個試驗速度氣囊才能打開。

            汽車發生碰撞時的主要受力部位是乘員艙骨架和車身縱梁,為了緩沖碰撞時的沖擊力,車身前部大都設計有碰撞緩沖區,而且車身的剛度公布也是不均勻的。在一些事故中,例如當轎車與沒有后部防護裝置的卡車發生鉆入性追尾事故,或轎車碰撞護欄后發生翻車事故,或發生車身側面碰撞等,這樣的事故往往沒有車身前部的直接撞擊,主要是車身上部和側面發生碰撞,碰撞車身部位的剛度很小,雖然車艙發生了很大的變形,造成了車內乘員受傷或死亡,但是由于碰撞部位不對,有時候氣囊并不能打開。

            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越受到人們的重視,在一些實際的碰撞事故中證明安全氣囊確實具有降低乘員傷亡的功效,但也發現了其存在的一些間題。安全氣囊在使用中存在的問題有:

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

            氣囊的啟動會對乘員造成傷害。安全氣囊系統啟動時將沖開氣囊蓋板,并且在瞬間展開充氣,很可能對乘員造成沖擊;產生的灼熱氣體也會灼傷乘員和駕駛員。據計算,若汽車以60km的時速行駛,突然的撞擊會令車輛在0.2秒之內停下,而氣囊則會以大約300km/h的速度彈出,而由此所產生的撞擊力約有180公斤,這對于頭部、頸部等人體較脆弱的部位就很難承。

            當乘客偏離座位或座位上無人或兒童乘坐時,氣囊系統的啟動不僅起不到應有的保護作用,還可能會對乘員造成一定的傷害。

        可以關閉的副駕駛位氣囊還是很實用的

            安全氣囊的使用

            由于安全氣囊系統存在一定危險性,同時需要正確使用才能發揮SRS系統的作用,因此對于配備安全氣囊的車輛,在日常使用時,需要注意一些事項。在確保正確駕駛姿態的情況下,駕駛者應將座位盡量向后移,以便有足夠空間使安全氣囊在發生意外擴張后充分發揮其保護作用,同時駕駛者必須要系好安全帶。12歲以下的小孩應坐在汽車的后排,并扣上安全帶,絕對不能把小孩放在前排,氣囊起爆時的巨大沖擊力對于他們來說甚至可能有致命的危險!

        對于有氣囊的車型,后排兒童安全座椅固定裝置應當得到更充分的利用

            

            小結:

            雖然現在的汽車廠商將安全氣囊作為重要的賣點來宣傳,但是氣囊卻是把不折不扣的雙刃劍,當你合理使用時可以起到不錯的保護作用,而遇到氣囊不能打開的情況或者不合理使用時,反而會起到副作用。還是那句話,所有安全設備都是輔助性的,只有安全駕駛才是確保安全的最重要保障。
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