汽車安全及氣囊設計應用研究

劉巖

摘 要：隨著我國汽車保有量的逐年增加，車輛碰撞事故也隨之增多，汽車安全也逐步被人們重視。安全氣囊在交通事故中提供了很好的保護作用，隨著近幾十年來的不斷努力，氣囊技術得到了突飛猛進的發(fā)展，為乘員提供了更高的保障，據(jù)統(tǒng)計，駕駛員正面氣囊可以減少29%的致命傷，乘員氣囊也能減少13歲以上乘客32%的死亡率，轎車側(cè)面氣囊可以減少37%的傷害，而近些年銷售居高不下的SUV車型，側(cè)面氣囊更是可以降低52%重傷風險。

關鍵詞：汽車安全;氣囊設計;措施研究

1 汽車安全氣囊工作原理及作用

汽車在發(fā)生碰撞時，布置在車身上的碰撞傳感接收到了碰撞信號，又將接受到的碰撞信號以加速度波形的形式傳送氣囊電子點火控制單元，由氣囊電子點火控制單元進行碰撞波形的分析處理，當碰撞波形達到了預期設定的氣囊起爆條件，氣囊電子點火控制單元發(fā)出氣囊點火信號，相對應的氣囊中的氣體發(fā)生器將被引燃，氣體發(fā)生器內(nèi)的固體燃料產(chǎn)生熱量，將氣囊發(fā)生器中的疊氮化鈉（NaN3）和硝酸鉀（KNO3）發(fā)生反應生成氮氣。氮氣形成的熱流會讓氣囊迅速膨脹，隨著氣囊的不斷膨脹，氣囊中的排氣孔也隨之打開，讓人體接觸到氣囊時氣囊處于排氣狀態(tài)，這樣可以很好的緩沖因為碰撞導致人體向碰撞方向產(chǎn)生的沖擊力，從而降低了碰撞對人體造成的傷害。在短短的60ms內(nèi)的時間里，安全氣囊配合安全帶的使用，可以很好降低碰撞事故中車內(nèi)乘員的傷害。

2 汽車安全氣囊系統(tǒng)的結構

汽車安全氣囊系統(tǒng)只是汽車被動約束系統(tǒng)中的一部分，汽車安全氣囊系統(tǒng)由安全氣囊模塊，碰撞傳感器，氣囊電子點火單元（ACU），等部分組成。

碰撞傳感器用于采集車輛發(fā)生碰撞時產(chǎn)生的加速度或減速度碰撞波形曲線，將采集到的數(shù)據(jù)輸送給ACU，以便及時啟動碰撞側(cè)的安全氣囊。碰撞傳感器按其功能可分為前碰撞傳感器、側(cè)碰傳感器;按采集數(shù)據(jù)方式又可分為加速度傳感器，壓力傳感器。

其實，碰撞傳感器就是安全氣囊及安全帶的觸發(fā)裝置，在汽車行駛過程中，如遇突發(fā)狀況，汽車發(fā)生碰撞，并非都會使得安全氣囊系統(tǒng)啟動。例如，汽車被追尾汽車安全氣囊將不會打開。汽車安全氣囊打開的觸發(fā)條件必須同時滿足三點：一是，車輛處于啟動或車內(nèi)設備通電狀態(tài);二是車輛發(fā)生碰撞的方向正確，以司機氣囊為例，只有在車輛發(fā)生100%正面或正面夾角在±30°角范圍內(nèi)碰撞，才會滿足氣囊啟動的碰撞接觸面條件;三是發(fā)生碰撞時碰撞傳感器或ACU本身采集到的加速度情況滿足設定的啟動條件，才會發(fā)出起爆指令。輕微的碰撞或緩慢擠壓導致車輛嚴重變形并不會使安全氣囊啟動。綜上可知，只有當車輛發(fā)生碰撞時，車輛處于啟動或通電狀態(tài)下，同時，碰撞接觸角度內(nèi)，且車身達到一定的加速度值，此加速度曲線在ACU開發(fā)預定的范圍內(nèi)，氣囊系統(tǒng)才會啟動。

常見的氣囊模塊按照布置的位置分為，駕駛員安全氣囊（位于轉(zhuǎn)向盤中心處），副駕駛安全氣囊模塊（位于儀表板內(nèi)，副駕駛乘客前），座椅側(cè)面安全氣囊模塊（位于座椅骨架上），頭部氣囊模塊（位于頂棚內(nèi)部）。

安全氣囊模塊組件主要由氣囊保護袋、條碼標簽、氣袋本體、發(fā)生器、發(fā)生器支架等，依據(jù)發(fā)生器外形或整車布置需要，有些需要發(fā)生器固定卡箍、發(fā)生器固定螺母、線束等。

3 安全氣囊存在的問題

（1）安全氣囊的安全性不能完全保證。從安全氣囊在使用過程中存在的缺陷可知，現(xiàn)有安全氣囊的基本設計目標是用來對付嚴重交通事故的，但在一些不太嚴重的事故或者車身變形很嚴重但無法滿足氣囊啟動條件的事故中，系統(tǒng)反應過度或無法反應，都會對駕乘人員生產(chǎn)過大的影響，造成不必要的傷害，或者嚴重的傷害。

針對實際使用中存在的問題，我們更希望在安全氣囊展開之前，安全氣囊系統(tǒng)能夠精確感應汽車發(fā)生的碰撞，并按照程序來判斷碰撞事故的嚴重程度，如果碰撞級別比較低的話，只需將安全帶的預緊機構拉緊即可;如果碰撞級別比較高，需要啟動安全氣囊，則將點燃氣囊的指令傳遞給氣囊系統(tǒng)。這也就是要求安全氣囊系統(tǒng)能夠準確地感應所發(fā)生的碰撞事故;并且能模仿人腦，根據(jù)實際的碰撞程度來判別安全氣囊是否需要展開，有一定靈活性;并且能夠針對不同體形的乘員適當?shù)恼{(diào)整安全氣囊。

（2）安全氣囊的實用性較差。每個氣囊只能使用一次，在氣囊彈出后，就喪失了保護的能力，必須回原廠更換一個新的安全氣囊系統(tǒng)。新的安全氣囊系統(tǒng)包括一套新的傳感器，ACU和起爆位置的安全氣囊。不同車型，安全氣囊也無法通用，這樣導致安全氣囊無法到達平臺化，共享化，因此安全氣囊的價格也居高不下。一次性的特點讓安全氣囊看起來不那實惠，如何讓安全氣囊變成可重復使用的物品，或者平臺化共享的物品，是今后從事汽車行業(yè)所要攻克的難題。

4 安全氣囊的應用

（1）安全氣囊的類型選擇。近年來，由于技術引進和自主創(chuàng)新能力的不斷增強，我國汽車安全氣囊技術得到了飛快的提升，加工制造業(yè)的快速發(fā)展使得中國制造氣囊系統(tǒng)也逐步完善。除了市場上常見到的司機氣囊，副司氣囊座椅側(cè)面氣囊以外，現(xiàn)在，很多汽車企業(yè)為了乘客的安全，已經(jīng)將頭部氣簾，膝部氣囊，遠端側(cè)面氣囊等加入到了氣囊系統(tǒng)這個大家庭中。同時，隨著國外氣囊企業(yè)對中國市場的認可，新的氣囊技術也在逐步用于合資車或者自主品牌的車型中。如安全帶氣囊，發(fā)動機蓋氣囊，車外氣囊等。

（2）安全氣囊的國產(chǎn)化。目前，我國的安全氣囊的生產(chǎn)廠家以中外合資企業(yè)為主，國產(chǎn)自主品牌為輔的狀態(tài)，但隨著國產(chǎn)自主企業(yè)與汽車廠的合作逐步增加，國產(chǎn)自主安全氣囊生產(chǎn)廠家發(fā)展勢頭十分迅速，但在《2019年中國汽車安全氣囊產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研與投資前景預測報告》中統(tǒng)計，目前，國內(nèi)主要的安全氣囊生產(chǎn)廠家，由Autoliv，TRW，Takata等合資企業(yè)的產(chǎn)品依然占據(jù)了90%以上的市場份額，以錦州錦恒，比亞迪，太航常青等為代表的國產(chǎn)品牌企業(yè)雖然所配套的中低端經(jīng)濟型轎車的產(chǎn)量比重在近年有所提高，但，中低端車輛的氣囊單車配比數(shù)量比較有限，因此，國產(chǎn)自主品牌安全氣囊的總量還是與合資公司的安全氣囊總量有著巨大的差距。在我國汽車安全氣囊市場，國產(chǎn)品牌仍然處于不利的競爭地位。

5 結語

綜上所述，隨著車輛保有量的不斷提高，碰撞安全法規(guī)的不斷完善，人們對車輛安全意識也在不斷提高，所以對于汽車安全設計工作的關注度也在增強，安全氣囊系統(tǒng)的研發(fā)投入也會得到大幅度的增長。在未來的幾年里，它可能會成為汽車安全性能提升的主要手段，并且會不斷的進行改進和完善，以此來保證汽車的整體安全性能。

參考文獻：

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[2]宋菲.安全氣囊安全嗎？[J].產(chǎn)品可靠性報告，2016（04）.