機械式汽車安全氣囊可靠性探析

摘 要：在機械式汽車安全氣囊中，安全氣囊主要位于車內的前方、側方以及車頂等位置；安全氣囊作為車輛被動安全的輔助配置，要求具有較高的可靠性和穩定性。本文針對機械式汽車的安全氣囊可靠性問題進行研究，對相應的理論基礎進行了闡述，并給出了對應的解決措施。從傳感器和產氣藥劑等角度分析了如何提高安全氣囊的可靠性及穩定性。

關鍵詞：安全氣囊；傳感器；氣體發生劑；可靠性

中圖分類號：U461.7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 06-0000-01

隨著我國汽車工業的迅猛發展，人們消費水平的不斷提升，使我國汽車數量不斷激增。汽車作為現代生活中重要的交通工具，在參與交通的過程中，如何確保在發生交通事故時，減少人生傷亡的概率有很大意義。此時，汽車的安全性能十分關鍵。在汽車內配置相應的安全氣囊對于保證駕駛員的安全而言意義重大。在機械式汽囊中，安全氣囊安裝方便，我國的一些中低檔車型中均有安裝。隨著安全氣囊的廣泛應用，其可靠性也備受人們關注。當汽車發生碰撞時，汽車首先會急速停車，隨后駕駛員和乘客在慣性的作用下會與汽車的內部結構發生碰撞。通常情況下，汽車碰撞到駕駛員與車內結構發生碰撞之間會存在0.1S的時間差；確保安全氣囊在這一時間差內順利打開是人們研究的重點。

一、機械式安全氣囊可靠性問題

在汽車安全氣囊中，產氣元件是機械式氣體發生器，其主要組成包括：傳感器、針刺火帽、過濾器、導燃、產氣藥盒、外殼等[1]。對其工作原理進行分析，為：汽車在運行過程中突然發生碰撞，首先是傳感器發揮作用，它能感受到碰撞，能夠靈敏的感受到碰撞時的加速度以及作用時間，也即：碰撞能量；傳感器根據感受到的能量的大小做出判斷，給出是否發出安全氣囊開啟信號的判斷；如果碰撞能量超過了預先的設定值，開啟信號將會被發出，撞針被釋放，針刺火帽被點燃，相應的導燃藥盒也被點燃；藥盒中的導燃藥發生燃燒，氣體發生劑也跟著燃燒起來，在短時間內會產生大量的氣體，該氣體為無害的氮氣，它將會充滿整個氣囊，實現保護的作用。

對機械式安全氣囊傳感器的可靠性進行研究，由于它在機械式安全氣囊發生器中有著核心地位。它屬于一種加速度傳感器，在汽車發生碰撞的時候，該傳感器可以感受到碰撞過程中的加速度以及作用的時間，并做出是否給出開啟信號的決定。在機械式傳感器中，采用較多的是擺錘撥桿式的開關，其擺錘是活動的鋼球，鋼球在汽車碰撞的過程中可以感受到加速度的變化以及在此過程中所產生的能量，這一能量可以克服拔桿摩擦力；當拔桿發生轉動時，撞針被發射出去并且將針刺火冒刺穿。圖1給出了其具體的結構圖。

其次，對傳感器撞針激發裝置的可靠性進行分析，依據其工作原理，在轉動撥桿時，撞針被發射出去，撞針彈簧會傳遞能量，導致火冒被刺穿，最終會啟動相應的發生器。在選擇針刺火冒的過程中，其感度值為l盎司，這就對撞針彈簧的能量提出了較高的要求，要求其最小值在72 g.cm以上[2]；另外，還應該考慮一定的安全裕量，保證安全系數為1.5；在設計撞針彈簧的過程中，要求其能量的最小值在108g.cm以上[3]。此外，從可靠性的角度來講，就激發裝置來說，采用了雙撞針設計，這樣一來，在汽車發生碰撞時，只要兩個撞針中的一個能夠被激發，就能夠保證安全氣囊正常發揮安全保護的作用。最后，要注意在裝置上涂覆一定的特富龍材料，用以減少摩擦，防止出現卡死的現象，提高其可靠性。

最后，對氣體發生劑的可靠性進行分析。在安全氣囊中，使用的氣體發生劑是一種火藥，火藥的燃燒持續性能可以描述氣體發生劑的燃燒持續性，在其工作過程中，氣體發生劑在單位時間內產生的氣體會產生相應的壓力；該壓力的大小取決于多種因素的綜合，包括：單位時間的產氣量、氣體的線性燃燒速度、氣體的燃燒面積、噴嘴的面積、燃燒室的壓力等。

針對氣體的輸出流量速度進行分析，在燃燒室內，氣體發生劑完全點火以后，產生的氣體會從噴嘴中輸出，其流量的速度是由燃燒室內的壓力以及噴嘴的面積決定的。對于圓柱形氣體發生劑而言，其燃燒過程屬于減速燃燒的過程。在燃燒的初始階段，燃燒的面積會很大，產生氣體的速度也較快，但是噴嘴中流出來的氣體量會較小，壓力隨著時間的推移會逐漸增大。當壓力達到預先的設定值時，發生劑的燃燒面積會逐漸下降，產生氣體的速率也會下降，但是噴嘴處的氣體流量會增大。由于在氣體產生的階段，要求能夠在瞬間產生大量的無毒氣體，同時溫度要適當。綜合考慮之后，選擇采用疊氮化鈉為氣體發生劑的配方，其主要特點是：具有很快的產氣速率，產生的氣體量大，溫度不會升高；但值得注意的是，疊氮化鈉是一種有毒物質；因此，在設計過程中，要將其裝入到藥盒中并且密封好。

作為機械與火化工一體化設計的產物，安全氣囊是汽車重要的安全裝置。為了保證安全氣囊在汽車著火的情況下不會對駕駛員造成傷害，要求設計機械式安全氣囊時，依據氣體發生劑的燃燒能量而設計相應的自動點火冒火，保證在一定的溫度范圍內能夠實現自動點火。另外，在發生器在保證安全汽氣囊重量的基礎上，應該滿足強度的要求。

2 結束語

文中重點分析了機械式安全氣囊的可靠性，包括：機械式安全氣囊傳感器、傳感器撞針激發裝置以及氣體發生劑的可靠性。對相應的理論基礎進行了闡述，并給出了對應的解決措施。

參考文獻：

[1]鐘志華.楊濟匡.汽車安全氣囊技術及其應用[J].中國機械工程，2000（02）：5-6.

[2]張金換.汽車安全氣袋系統的研究[J].清華大學學報，1997（11）：69-72.

[3]邊肇祺，張學工.模式識別[M].北京清華大學出版社.2000，1-100.