安全裝備中的雙刃劍 安全氣囊技術(shù)詳解

自上世紀(jì)80年代開始逐步在民用車輛上采用之后，安全氣囊時(shí)下已經(jīng)成為了非常重要的汽車被動(dòng)安全設(shè)備，安全氣囊的數(shù)量已經(jīng)成為衡量車輛安全性的參照之一，安全氣囊的結(jié)構(gòu)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(diǎn)?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(jié)構(gòu)

安全氣囊是“輔助約束系統(tǒng)”(SRS)的一部分，主要是為了防止汽車碰撞時(shí)車內(nèi)乘員和車內(nèi)部件間發(fā)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(xiàn)，二者共同作用。安全氣囊的保護(hù)原理是：當(dāng)汽車遭受一定碰撞力量以后，氣囊系統(tǒng)就會(huì)引發(fā)某種類似微量炸藥爆炸的化學(xué)反應(yīng)，隱藏在車內(nèi)的安全氣囊就在瞬間充氣彈出，在乘員的身體與車內(nèi)零部件碰撞之前能及時(shí)到位，在人體接觸到安全氣囊時(shí)，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(dá)到減輕乘員傷害的效果。

通常車型的安全氣囊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

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

安全氣囊系統(tǒng)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(fā)碰撞傳感器和防護(hù)碰撞傳感器。觸發(fā)碰撞傳感器也稱為碰撞強(qiáng)度傳感器，用于檢測(cè)碰撞時(shí)的加速度變化，并將碰撞信號(hào)傳給氣囊電腦，作為氣囊電腦的觸發(fā)信號(hào);防護(hù)碰撞傳感器也稱為安全碰撞傳感器，它與觸發(fā)碰撞傳感器串聯(lián)，用于防止氣囊誤爆。

按照結(jié)構(gòu)的不同，碰撞傳感器還可分為機(jī)電式碰撞傳感器、電子式碰撞傳感器以及機(jī)械式碰撞傳感器。防護(hù)碰撞傳感器一般采用電子式結(jié)構(gòu)，觸發(fā)碰撞傳感器一般采用機(jī)電結(jié)合式結(jié)構(gòu)或機(jī)械式結(jié)構(gòu)。機(jī)電結(jié)合式碰撞傳感器是利用機(jī)械的運(yùn)動(dòng)(滾動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng))來控制電氣觸點(diǎn)動(dòng)作，再由觸點(diǎn)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(diǎn)，目前常用的有電阻應(yīng)變式和壓電效應(yīng)式兩種。機(jī)械式碰撞傳感器常見的有水銀開關(guān)式，它是利用水銀導(dǎo)電的特性來控制氣囊電路的接通和切斷。

安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙前縱梁上面的氣囊碰撞傳感器，以機(jī)電式居多

控制模塊(ECU)

對(duì)于早期的汽車，一般設(shè)有多個(gè)觸發(fā)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(cè)的翼子板內(nèi)側(cè)、前照燈支架下面以及發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器支架兩側(cè)等部位。隨著碰撞傳感器制造技術(shù)的發(fā)展，有些汽車將觸發(fā)碰撞傳感器安裝在氣囊系統(tǒng)ECU內(nèi)。防護(hù)碰撞傳感器一般都與氣囊系統(tǒng)ECU組裝在一起，多數(shù)安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面。ECU是氣囊系統(tǒng)的核心部件，大多安裝在駕駛艙內(nèi)中央控制臺(tái)下面。

大多數(shù)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(tǒng)控制電路示意圖

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

氣體發(fā)生器

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

包含氣體發(fā)生器和氣囊在內(nèi)的模塊(背面)，一般情況下是不允許對(duì)它們進(jìn)行拆解的

氣體發(fā)生器內(nèi)存儲(chǔ)有氮化鈉或硝酸銨等物質(zhì)。當(dāng)汽車在高速行駛中受到猛烈撞擊時(shí)，這些物質(zhì)會(huì)迅速發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生大量氣體(無毒無味的氮?dú)庹?0%以上)，充滿氣囊。而較新型的安全氣囊加入了可分級(jí)充氣或釋放壓力的裝置，以防止一次突然點(diǎn)爆產(chǎn)生的巨大壓力對(duì)人體產(chǎn)生的傷害。分級(jí)點(diǎn)爆裝置，即氣體發(fā)生器分兩級(jí)點(diǎn)爆，第一級(jí)產(chǎn)生約40%的氣體容積，遠(yuǎn)低于最大壓力，對(duì)人頭部移動(dòng)產(chǎn)生緩沖作用，第二級(jí)點(diǎn)爆產(chǎn)生剩余氣體，并且達(dá)到最大壓力。而分級(jí)釋放壓力方式就是在氣囊袋上開有泄壓孔或可調(diào)節(jié)壓力的孔，一開始?jí)毫_(dá)到設(shè)定極限，便能瞬時(shí)釋放壓力，以避免對(duì)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(jīng)過硫化處理，可減少氣囊沖氣膨脹時(shí)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(hù)效果的重要因素，必須根據(jù)不同汽車的實(shí)際情況來確定。氣囊靜止時(shí)被折疊成包，安放在氣體發(fā)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(shí)撕裂飾蓋，并減小沖出飾蓋的阻力。氣囊背面或頂部設(shè)置有排氣孔，當(dāng)駕駛員壓在氣囊上時(shí)，氣囊受壓后便從排氣孔排氣。

此外，氣囊系統(tǒng)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(dāng)汽車發(fā)生碰撞導(dǎo)致蓄電池和發(fā)電機(jī)與氣囊系統(tǒng)斷開時(shí)，備用電源在一定時(shí)間內(nèi)(一般為6秒)可以維持氣囊系統(tǒng)供電。

為了保證轉(zhuǎn)向盤具有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)角度而又不致于損傷氣囊組件的連接線束，在轉(zhuǎn)向盤和轉(zhuǎn)向柱之間采用了螺旋線束，即將線束安裝在螺旋形彈簧內(nèi)(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(dāng)?shù)臅r(shí)候打開，汽車生產(chǎn)廠家都規(guī)定了氣囊的起爆條件，只有滿足了這些條件，氣囊才會(huì)爆炸。雖然在一些交通事故中，車內(nèi)乘員碰得頭破血流，甚至出現(xiàn)生命危險(xiǎn)，車輛接近報(bào)廢，但是如果達(dá)不到安全氣囊爆炸的條件，氣囊還是不會(huì)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(shí)，這時(shí)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(yàn)室中車輛相對(duì)剛性固定障礙物碰撞的速度，實(shí)際碰撞中汽車的速度要等效于這個(gè)試驗(yàn)速度氣囊才能打開。

在碰撞試驗(yàn)中都是撞擊剛性物體，而實(shí)際碰撞的速度要等效于預(yù)定的速度，氣囊才會(huì)打開

汽車發(fā)生碰撞時(shí)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(shí)的沖擊力，車身前部大都設(shè)計(jì)有碰撞緩沖區(qū)，而且車身的剛度公布也是不均勻的。在一些事故中，例如當(dāng)轎車與沒有后部防護(hù)裝置的卡車發(fā)生鉆入性追尾事故，或轎車碰撞護(hù)欄后發(fā)生翻車事故，或發(fā)生車身側(cè)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(cè)面發(fā)生碰撞，碰撞車身部位的剛度很小，雖然車艙發(fā)生了很大的變形，造成了車內(nèi)乘員受傷或死亡，但是由于碰撞部位不對(duì)，有時(shí)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(shí)際的碰撞事故中證明安全氣囊確實(shí)具有降低乘員傷亡的功效，但也發(fā)現(xiàn)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(shí)打開。汽車在很低車速行駛而發(fā)生碰撞事故時(shí)，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(hù)作用。如果這時(shí)展開氣囊反而會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，甚至還可能因安全氣囊的展開加重碰撞傷害。

氣囊的啟動(dòng)會(huì)對(duì)乘員造成傷害。安全氣囊系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)將沖開氣囊蓋板，并且在瞬間展開充氣，很可能對(duì)乘員造成沖擊;產(chǎn)生的灼熱氣體也會(huì)灼傷乘員和駕駛員。據(jù)計(jì)算，若汽車以60km的時(shí)速行駛，突然的撞擊會(huì)令車輛在0.2秒之內(nèi)停下，而氣囊則會(huì)以大約300km/h的速度彈出，而由此所產(chǎn)生的撞擊力約有180公斤，這對(duì)于頭部、頸部等人體較脆弱的部位就很難承。

當(dāng)乘客偏離座位或座位上無人或兒童乘坐時(shí)，氣囊系統(tǒng)的啟動(dòng)不僅起不到應(yīng)有的保護(hù)作用，還可能會(huì)對(duì)乘員造成一定的傷害。

可以關(guān)閉的副駕駛位氣囊還是很實(shí)用的

安全氣囊的使用

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

對(duì)于有氣囊的車型，后排兒童安全座椅固定裝置應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁浞值睦?/p>

小結(jié)：

雖然現(xiàn)在的汽車廠商將安全氣囊作為重要的賣點(diǎn)來宣傳，但是氣囊卻是把不折不扣的雙刃劍，當(dāng)你合理使用時(shí)可以起到不錯(cuò)的保護(hù)作用，而遇到氣囊不能打開的情況或者不合理使用時(shí)，反而會(huì)起到副作用。還是那句話，所有安全設(shè)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。