汽车安全气囊的发展史2977

汽车安全气囊的发展史毫无疑问安全气囊系统非常好地改善了汽车的碰撞安全性，它和安全带一起充分地发挥了对人的保护效能。但是在乘员OoP状态（"OutofPosition,非正常乘坐位置”）下，安全气囊也会对人造成伤害甚至致死亡，例如：•由于气囊的传感系统没有完全考虑到事故的真实情况，造成气囊比较晚的被点燃引爆•乘客由于恐慌等原因伏在安装气囊的方向盘或者仪表板上，或者座椅调节得太靠前，或者由于安全带比较松甚至没有带安全带造成紧急刹车时乘客身体前倾•没有注意到汽车上的警告，把婴儿的座椅头朝前地固定在副驾驶员位置上在上述情况下，气囊爆发时，很容易对人造成伤害。要解决这个问题，就必须改善现有的碰撞传感识别系统,要求通过这套系统一方面安全气囊可以提供乘客在“标准位置”时的碰撞安全保护，另一方面也可以通过气囊的不引爆或者减少气囊爆炸时的压力来减少乘客在偏离正常乘坐位置时可能产生的对人的伤害。使用安全气囊来保护汽车乘员的想法最先产生于美国。1952年美国汽车生产者联合会在理论上阐述了这样一种汽车安全系统的必要性。几乎同时，这种系统的原理图也绘制了出来。1953年，第一个气囊的专利就诞生了。但是，由于当时技术水平的限制，还不能把这种想法或专利付诸实现。到了1980年，德国默谢台斯公司开始实现这种设想，它在自己生产的部分汽车上安装了安全气囊。而从1985年起，在全部供应美国市场的汽车上都有安装了这种安全系统。随后，又出现了第一个保护驾驶员旁前排座乘员头部的气囊。现在，世界上许多汽车制造厂及专业生产厂都在设计和生产安全气囊，其中最大的是德国的波许公司。今天的气囊已经发展到可以在任意方向的碰撞中（包括侧向碰撞）起保护乘员头部、躯干和膝部的作用。目前，世界上很多国家都有要求在新车上必须安装气囊。例如在美国，相应的法规已从1989年起实施该法规要求一定要安装大尺寸的气囊。而欧洲的专家们则认为最好的方案应该是：安全带和小尺寸气囊的配合使使用。所以，欧洲的公司只生产小尺寸气囊。现在，在汽车上，一个气囊安装在驾驶盘上，一个安装在驾驶员旁前排乘员的前面。侧面气囊或者装在车门上，或者装在座椅靠背上，气囊用尼龙制成，材料厚度为0.45mm。为了保证气囊的气密性，在其内表面涂敷薄薄一层合成橡胶或硅橡胶。在气囊的内表面固定有专门的带子，这些带子在气囊充气时能使其保持一定形状。气囊侧面设有许多孔，这些孔用来快速从气囊中排出气体。这点十分重要的，否则，人就会被气囊推向后面或被一个气囊或几个气囊挤住而受伤。为避免气囊因长期叠置而成硬块，在气囊内部覆盖一层特殊的材料，它可使气囊的有效使用期达到15年。安全气囊系统采用了一种类似火箭固体燃料发动机的气体发生器，在这种气体发生器中，燃料燃烧产生的气体使气囊充气。气体发生器的燃料通常使用叠氮化钠，但也有的使用硝化纤维，也有的系统使用压缩气体。气囊系统中的传感器通常有三种类型：机械式、机电一体式及电子式。大多数气囊采用多个电子传感器分布在车身不同位置以便准确感知碰撞信号,并将信号传递到车上的控气袋的形式有两种澈―种体积比较大,.即使乘客不系安全带也能起到良好的保护作用M主要在美国市场，因为美国法规对安全带的師覷没有强制性尸盟一种体积较小*与安全带配合使用，是将安全气袋与三点式安全带共同蛆成一本乗员保护系统1吏之达到最隹的乘员保护敵果。这种气袋主要在欧洲市场应用,因为欧洲村安全帯的個戴有强制性要求-制系统中。控制系统以此控制气囊系统的点火，进行系统的故障诊断，同时判别要保护的乘员座位是否有乘员及是什么样的乘员。若判定前排座位上为儿童座椅,那么，在发生碰撞时，儿童座椅前的气囊就不能点火。总之，控制系统可以保证只有在必须使用气囊时才使气囊工作。当前，安全气囊出现了两种发展趋势。美国和日本的汽车公司正在努力增大气囊尺寸来保护乘员。而欧洲一些汽车制造公司，如“梅塞德斯-奔驰”等，而“宝马”和“沃尔沃”等则认为，安全气囊本身决不是保障乘员的灵丹妙药，它必须在一个统一的汽车被动安全系统中才能有效地发挥作用，在这个系统中，一定要具备紧缩式安全带、结构可靠的座椅、儿童专用座椅和一系列其它部件。而且，最好在车身结构设计开始时就考虑到这个安全系统所有必须的组成部件一、汽车的安全性随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车行驶的速度越来越快。又由于汽车保有量的迅速增加，道路交通越来越拥挤。这就使得汽车事故频繁发生，所以汽车的安全性就变得尤为重要，成为当今汽车设计和生产的一个重要课题。汽

车的安全性分为主动安全和被动安全。主动安全是指汽车防止发生事故的能力，主要有操纵的稳定性，制动的可靠性、平顺性等；被动安全是指汽车在发生事故的情况下保护乘员的能力，主要有防撞式车身、安全带和辅助乘员的保护系统（SUPPLEMENTAL-RESTRAINTSYSTEM，以下简称安全气囊）等。由于汽车事故难以避免，因此被动安全显得非常重要，安全气囊作为被动安全的研究成果，由于使用方便、效果显著、造价不高，所以近年来得到迅速发展和普及。二、安全带和安全气囊为了说明安全带和安全气囊在保护乘员方面的重要性，首先说明造成乘员伤害的原因。如图（1-1）所示，当汽车和障碍物之间发生碰撞事故时，汽车和障碍物之间的碰撞称为一次碰撞。一次碰撞的结果导致汽车速度急剧下降。例如,如果一辆汽车以50km/h的速度与一个固定不动的障碍物正面相撞，则汽车至完全停止所需时间大约0.1s。在这短暂的时间内，可发生的事情却相当多：在碰撞的瞬间，前护杠停止运动，但汽车的其他部分仍以50km/h的速度前进。随着车辆前部逐渐损坏，汽车即开始吸收动能并减速；在碰撞过程中，当开始减速慢下来时，内部乘员则仍以原来的速度向前移动。于是就发生了乘员和方向盘、仪表板、风挡玻璃等之间的碰撞，造成了乘员的伤害。这种乘员和汽车内部结构之间的碰撞称为二次碰撞，如图（1-2）所示。图1—1—次碰撞示意图 图1—2二次碰撞示意图如果乘员未系上安全带，则他们会继续以50km/h的速度前进，直到撞及车室内部物件才会停止。在此例中，乘员撞击车室内部的速度，与从三楼的窗户跳下撞击地面时的速度相当。如果乘员系上安全带，则他们将逐渐减速，因此作用到他们身上的撞击力将减轻。但是在严重的碰撞事件中，虽然系上安全带的碰撞力比未系安全带少了很多，但乘员仍可能会撞到车室内部物件而造成伤害。

汽车安全气囊的基本思想是：在发生一次碰撞后二次碰撞前，迅速在乘员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的袋子，使乘员撞在气袋上，避免或减缓二次碰撞，从而达到保护乘员的目的，如图（1-3）所示。由于乘员和气囊相碰时容易因振荡造成乘员伤害，所以在气囊的背面开两个直径25mm左右的圆孑L。这样，当乘员和气囊相碰时，借助圆孔的放气可减轻振荡，放气过程同时也是一个释放能量的过程，因此可以很快地吸收乘员的动能，有助于保护乘员。三、安全气囊的形式除了上述供正面碰撞的保护安全气囊外,近年还开发出了供侧面碰撞保护用的侧安全气囊。这样，安全气囊系统按保护面的不同，可分为供正面碰撞保护用的安全气囊系统和供侧面保护用的侧安全气囊系统，如图1-4所示。此外，安全气囊还可按充气装置点火系统的形式、气囊数量和气囊传感器数量等3种方式来分类。1、按充气装置点火系统分（1） 电子式（E型）（2） 机械式（M型）®一（控制系塊I 叢觎系统是气赫郷核心矗怕其®W理爵生产厂家严醐鄱杨诚朮甕控制系繼能谁确判断出正抵偏插斜嵐撞倒徳种貫染情硼離離，布ffl点爆气忠叢甌系统主要有机賦模拟电子式、智能式几礼贼式控制綺主要用于低成減气袋系貌，应用正在炒畿现醐部分都耕帯微处理器的覇缠M系亂对电子成麗器测覇到的信号进行处理，输出诚信与其原理框副嘔所示■智能式控制系统原理框图2、按气囊数量分（1） 1个：用于驾驶员（E型或M型）（2） 2个：用于驾驶员和前座乘员（只有E型）（3） 4个：用于驾驶员和前座乘员的正面和侧面（只有E型）3、按气囊传感器数量分（只有E型）(1)1个:(1)1个:气囊传感器(2)3个:一个中央气囊中央飞勇悖感器总成冲而中央3發传感器和LCU安令传盘器气体发生剤〔片M•驾驶困传爆賞一个中央气囊中央飞勇悖感器总成冲而中央3發传感器和LCU安令传盘器气体发生剤〔片M•驾驶困传爆賞G气体发生制4［囊［用F前座槩员》传感器和两个前气囊传感器M型、单气囊图1—7E型、单传感器、双气囊气囊传感器总成左恻气M型、单气囊图1—7E型、单传感器、双气囊气囊传感器总成左恻气囊传感器总成（1-5、6、7、8）所小图1一5E型、双、3传感器。气囊各形式的气囊系统及其动作图1—8E型侧气囊四、安全气囊的工作在承受来自如图（1-9）斜线区域箭头内严重的正面撞击时，安全气囊系统会检测此减速力。若减速力达到设定值以上时，系统会触发充气装置，然后充气装置内的化学反应会使气囊在瞬间充满氮气，以缓冲乘员的冲击，保护乘员头部和脸部免于撞击方向盘或仪表板。在气囊开始泄气时，气囊依然在继续吸收动能。整个过程（由充气、保护、泄气组成）在不到1s内完成，如图（1-10）所示图1一9正面撞击方位图1—10安全气囊的工作过程1、气囊张开后，需注意如下问题：（1-11）（1）安全气囊在设计上只能充气1次，一次性使用。用后必须更换。（2）发生碰撞时，即使前乘员座没有乘员，前座乘员气囊也会同时张开。（3）在气囊充气时会产生巨大的声响，而且在所释放出的氮气中会伴生少许烟雾。这些气体和烟雾是无害的（这不表示有起火现象），但乘员要尽快清洗残留物，以免皮肤过敏。（4）气囊的充气在少于1s内完成，因此气囊充气的力量相当大。此系统的设计是为了减少严重的伤害，但它本身可能会对乘员造成轻微的烫伤、擦伤或红肿等伤害。（5）气囊张开后，气囊单元的组件（方向盘中央部分、仪表板）可能会烫热几分钟，但气囊本身并不会发烫。（6）当碰撞的程度足以让气囊充气时，可能会因车身变形而使风挡玻璃破裂。而在备有乘员气囊的车辆上，风挡玻璃也可能因吸收部分充气力量而破裂。图1一11安全气囊动作顺序五、安全气囊系统动作过程根据德国罗伯特博世公司在奥迪（AUDI）轿车上试验研究表明：当汽车以车速50km/h与前面障碍物相撞时，安全气囊系统的动作时序如图所示。（1） 碰撞约10ms后，安全气囊系统达到引爆极限，气囊组件中的电雷管引爆点火剂并产生大量热量，使充气剂（叠氮化纳药片）受热分解，驾驶员尚未动作，如图（a）所示：（2） 碰撞约40ms后，气囊完全充满，体积最大，驾驶员向前移动，安全带斜系在驾驶员身上并收紧，部分冲击能量已被吸收，如图（b）所示：（3） 碰撞约60ms后，驾驶员头部及身体上部压向气囊，气囊背面的排气孔在气体和人体压力作用下排气，利用排气节流作用吸收人体与气囊之间弹性碰撞产生的动能。碰撞约lloms后，大部分气体已从气囊逸出，驾驶员身体上部回到座椅靠背上，汽车前方恢复视野。碰撞约120ms后，碰撞危害解除，车速降低为零。由此可见，在安全气囊系统动作过程中，气囊动作时间极短。从开始充气到完全充满的时问约为30ms；从汽车遭受碰撞开始，到SRS气囊收缩为止，所用时间极为短暂，仅为120ms左右。因此，SRS气囊动作的状态和经历的时间无法用肉眼来确认。目前，世界上广泛采用模拟人体来进行碰撞试验。瑞典沃尔沃公司用计算机模拟汽车遭受碰撞时，驾驶席SRS气囊动作过程的模拟与上述动作过程相似。乘员席气囊与驾驶席气囊的动作过程基本相同。安全气囊系统的动作过程与经历时间之间的关系如表所示。碰撞之后经历时间010ms40ms60ms110ms120msSRS动作状态遭受碰撞点火引爆开始充气气囊充满人体前移排气节流吸收功能人体复位恢复视野危害解除车速为零六、汽车安全气囊的使用安全性安全气囊最早应用於20世纪70年代初期通用和福特公司的试验车队，直到1989年克莱斯勒公司在政府和消费者的压力下，将这安全装置用於美汽车。高成本和汽车制造商的反对导致安全气囊(现已列入20世纪汽车十大发明之一)未能在发明初期迅速流行和普及。现在，由於人们对汽车安全性能的要求提高，安全气囊已经逐步得到广泛的应用，甚至中国10万元以下的经济型家庭轿车，都已经采用双安全气囊的标准配备。安全气囊属於汽车的被动安全系统，使用者无需为保护自身采取任何行动。相比之下，大多座椅安全带属于主动安全系统，使用者必须系上才能发挥保护作用。安全气囊正好保护那些没有系上安全带的乘客，这种保护更是大面积且强有力的。在车速超过32km/h时，安全气囊的爆发过程约在0.06s内完成。因为典型的汽车碰撞仅持续大约0.125s，而未受保护的驾乘者在最初的碰撞结束前，已经撞到汽车内饰板；另外，当第一轮撞击仍然继续时，第二轮撞击就已经开始了。气囊爆发是由气体发生器控制，点燃当中的氮钠化物(SodiumAzide)产生氧化反应，产生所需体积的气体。在这过程中，气囊爆发实质上是小型的内部爆炸。普通启动指令的算法程序仅与车速变化相关，更加杂的算法程序则用于新型智能安全气囊系统。七、安全气囊的安全性虽然安全气囊曾经使数以万计的驾乘者死逃生，但是突如其来的爆炸膨胀也会引致受伤，令人考虑是否应该加装安全气囊开关，甚至怀疑安全气囊的安全性。安全气囊的安全性主要包括产品本身的可靠性和使用的安全性。驾乘者的位置十分关键，如贴近或靠近安全气囊在爆发时非死即伤。一般情况下，乘客应该端然稳坐并与气囊安装位置相距305mm。不过，由于气囊膨胀后的尺寸和膨胀特性无法确定，难以精确测出确切的距离，身材矮小的成年人和儿童更容易受到伤害。所以，即使安全装置处于工作状态，乘客也应该与车内可撞击表面保持足够的距离。安全气囊与安全带作为同一系统的两大组成部分，缺其一另一方都不能发挥良好的效果。只有两者结合使用，才能发挥双重保护，使头部免受伤害。统计表明，装备安全气囊使驾驶者的事故死亡率和乘客事故死亡率分别下降14%和11%；使用安全带可以降低驾驶者事故死亡率12%和乘客事故死亡率19%。事实上，在已装备安全气囊的情况下发生的死亡事故，大部分是因为驾乘者没有佩带安全带，或是佩带方法或部位不正确。虽然安全气囊可能导致意外，却不能否定其好处，最重要是如何科学合理地予以使用。八、 忠告驾驶者为了避免安全气囊引暴致意外伤害，任何驾驶者，都应该紧安全带并与方向盘最少保持254mm的距离。紧安全带後，只要驾驶者的胸部与方向盘中心距大於254mm，其潜在的危险便大大减少。如果驾驶者十分疲倦而又不能停止驾车，必须考虑使用安全气囊的开关装置。例如在疲劳时为了与方向盘保持254mm的距离，而采用并不舒服的坐姿；或即将临产的女性驾驶者不能让下腹远离方向盘，出于生理需要安全气囊的开关也必不可少。在1998年及其后生产的汽车，大部分已对安全气囊进行技术改进，采用强度较小的膨胀器来降低受伤率。这种汽车不必设置气囊开关，驾驶者甚至不需与方向盘保持254mm的距离。当然，端坐并远离安全气囊仍然值得提倡。九、 忠告乘客身系安全带的成年乘客在端坐时不会受到严重的伤害，安全气囊主要威胁那些毫无约束的婴儿和儿童乘客。补救的措施是用带子系好儿童并安置在後排座椅,确保儿童远离膨胀的气囊。不要将儿童背向约束装置放在前排的乘客座椅，因为他们的头部将会与气囊太接近。取而代之的方法，是把儿童约束装置放在后排座椅的中座。有些情况下，乘客安全气囊的开关也相当重要。例如，生病的儿童需要时刻观察病情，车上只有驾驶者能够予以照顾，这样只能将儿童放到前座上；再如，需携带许多婴儿和幼儿，但没有足够的后排座椅，只好把年长的儿童放在前座。这时，乘客安全气囊的危险性便呈现出来。关注儿童势必分散驾驶者的注意力，容易引发交通事故，所以不妨安装安全气囊开关，却不要在匆忙间忘记开闭。相对而言，后座仍然是较为安全的选择。十、未来的安全气囊未来安全气囊的传感器不仅可以探测碰撞的方向和猛烈程度，还可以识别乘客在车辆的位置和状态。系统根据这些输入的数据，进行即时的分析判断，最终

决定安全气囊的引爆方式和膨胀整个过程在瞬间完成，真正实现安全气囊的安全化和智能化事故前保护事故中救护事故前保护注自动童让系唾过雷诂等探账破时监瞄而状況.莅汽军运行中採队％牢运动方旳上的障碍物.可求礙距离周圖车矯的远近而自仔调整车遮，使车師司保持f安全的距离，曲•发生圈1的可能.一且发生顎急情況