汽車用安全氣囊的工作原理與存在的問題

李詩芯LI Shi-xin

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)，天津 300222）

（Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

0 引言

汽車用安全氣囊最早在美國出現(xiàn)，歐洲起步較晚，后來發(fā)展到韓國和日本。我國對汽車安全氣囊的研究相對起步較晚，二十世紀(jì)八十年代我國的一些汽車安全專家和軍事工程人才開始關(guān)注汽車安全。隨著中國工業(yè)發(fā)展和經(jīng)濟的不斷提升，汽車安全設(shè)備的研發(fā)，逐漸步入正軌，在市場上也有了很大的提升。

根據(jù)汽車行業(yè)和交通安全部門的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，配置有安全帶和安全氣囊的汽車在碰撞事故中駕駛員人員的生存率可以提高70%以上，裝有安全氣囊的汽車在發(fā)生正向碰撞時可以極大地降低駕駛?cè)藛T的死亡率，據(jù)統(tǒng)計大客車可以降低30%以上，中型客車可以降低10%以上，小型客車可以降低14%以上。在歐洲國家，以法國為例，每年大約有六百人因安全氣囊而免于在車禍中死亡，約有3400人避免了嚴重的身體傷害。據(jù)交通安全部門的專家預(yù)計，如果安全氣囊的安裝率達到百分之百，每年可以挽救1.5萬人的生命。隨著我國汽車銷售量的逐漸增加，安全氣囊安裝率的提高，將會極大地減少由于交通、安全事故所造成的人員傷亡。因此，安全氣囊是目前各類型汽車所必備的安全設(shè)備。本文將從安全氣囊的種類、工作原理以及目前存在的問題等方面對安全氣囊進行詳細的闡述。

1 安全氣囊的種類

安全氣囊針對不同碰撞方位和保護成員不同部位來設(shè)計，共分為正面碰撞氣囊、側(cè)面碰撞氣囊、膝部碰撞氣囊以及氣囊式安全帶。

1.1 正面碰撞氣囊 駕駛員正面的氣囊是必須安裝的氣囊模塊，該模塊一般安裝在方向盤內(nèi)，通過旋轉(zhuǎn)連接器與ECU 相連，由于方向盤的尺寸限制，因此該安全氣囊模塊的大小也有一定的局限性。圖1 是典型的駕駛員正面安全氣囊示意圖。

副駕駛員的正面氣囊。副駕駛員的正面氣囊一般安裝在副駕駛員對面的面板上（儀表控制面板），其體積比較大。副駕駛員正面氣囊的打開方式有兩種情況：①點爆后直接向副駕駛員前方的空間展開；②點爆后通過前擋風(fēng)玻璃的方向橫向延伸。一般情況下，人氣男向前擋風(fēng)玻璃方向橫向延伸的打開方式更便于設(shè)計與安裝，同時也可以減少由于裝配精度或者其他外界因素而造成的誤傷害，因此安全性能更好。

圖1 駕駛員安全氣囊示意圖

1.2 側(cè)面碰撞氣囊 當(dāng)汽車受到來自于側(cè)面的撞擊時，駕乘人員應(yīng)由側(cè)面的氣囊保護。側(cè)面氣囊如圖2 所示。側(cè)面氣囊一般安裝在汽車的A 柱下方，發(fā)生碰撞時氣囊從A 柱車門框橫梁向后展開，從而可以保護駕乘人員的頭部。豐田公司的試驗數(shù)據(jù)表明，在安裝有側(cè)面碰撞氣囊的汽車中，駕乘人員頭部損害的程度，僅為未裝氣囊汽車中駕乘人員所受碰撞傷害的1/10。

圖2 側(cè)面碰撞氣囊

1.3 膝部氣囊 膝部氣囊主要的作用是防止碰撞駕乘人員的膝蓋，防止骨折，如圖3 所示。

圖3 膝部氣囊

1.4 氣囊式安全帶 普通的安全帶在約束駕乘人員時往往會對駕乘人員的胸部和頸部造成傷害，如果安全帶的材質(zhì)和剛度設(shè)計不合理，會造成駕乘人員的胸部及頸部的嚴重割傷，甚至危害生命。氣囊式安全帶的設(shè)計，是將安全帶和氣囊相結(jié)合（圖4），在發(fā)生碰撞時，安全帶上的氣囊充氣，對人體所受到的沖擊產(chǎn)生緩沖作用，在固定架駕乘人員的同時，氣囊完全可以吸收沖擊所產(chǎn)生的力，因此，可以更少地產(chǎn)生對駕乘人員胸部、頸部的傷害。

圖4 氣囊式安全帶

2 安全氣囊的工作原理

安全氣囊系統(tǒng)主要由傳感器、氣體發(fā)生器、點火器、氣囊以及控制單元（ECU）組成。在發(fā)生碰撞時，碰撞過程及報團戰(zhàn)氣和判別傳感器發(fā)出指令并觸發(fā)雷管，充氣器起燃向氣囊充氣，氣囊迅速長大，其過程如圖5 所示。當(dāng)汽車發(fā)生碰撞時，起爆傳感器因磁性弱，先感知碰撞信息而使雷管接通12V 電源，待磁性較強的判別傳感器感知碰撞信息時才使雷管接地，二者同時閉合3ms 后使雷管起爆。充氣器內(nèi)有氮化鈉和氧化銅等物質(zhì)，當(dāng)充氣器被雷管引爆后會產(chǎn)生高壓氮氣，在30ms 內(nèi)充脹氣囊，氣囊下部有氣孔，在充氣后1s 至1.25s 內(nèi)迅速放氣，可以防止駕乘人員窒息而死。

圖5 安全氣囊工作過程示意圖

3 安全氣囊目前存在的問題

雖然安全氣囊可以保護駕乘人員在發(fā)生碰撞時不受傷害或減小傷害程度，但是，目前的安全氣囊仍存在一些問題，不容我們忽視。①碰撞傳感器只能檢測到碰撞時的減速度變化。然而，碰撞過程中，碰撞所造成的傷害不與減速度有關(guān)，而與人體的動量和動能有關(guān)。而人體的動量和動能，與駕乘人員的體重有密切關(guān)系，而這方面的因素是無法被碰撞傳感器所檢測到的。②由于緊急剎車或車輪碰到障礙物所引發(fā)的安全氣囊誤操作。③由于婦女、兒童以及身材矮小者的體型限制，安全氣囊由于座椅的位置不同無法保障婦女和兒童以及身材較矮小者的安全。④安全氣囊在爆燃過程中迅速充滿高溫氣體，在保護人員的同時無法避免地會對駕乘人員造成一定的沖擊傷害，如，擊碎駕乘人員的眼睛和燒傷駕乘人員的皮膚。⑤氮化鈉燃燒后會產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)，如氫氧化鈉。這會使被困于駕駛艙內(nèi)的駕乘人員中毒或造成呼吸器官損傷。⑥由于安全氣囊的大小不同以及駕乘人員的體型不同，迅速膨脹的安全氣囊，有可能會造成駕乘人員面部損傷甚至窒息。

因此，安全氣囊的設(shè)計與完善還有很多工作要做。

4 結(jié)語

隨著人們安全意識的逐漸提高，汽車安全將是汽車設(shè)計、生產(chǎn)所必須考慮的重要環(huán)節(jié)。因此安全氣囊將是提高未來汽車，甚至經(jīng)濟型汽車安全性能的重要手段。然而由于我國目前低價位汽車的安全氣囊安裝比例并不很高，因此，適用于經(jīng)濟型轎車的安全氣囊將有巨大的市場發(fā)展?jié)摿Γ彩俏覈磥戆踩珰饽沂袌龅闹匾l(fā)展方向。

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