安全气囊的发展趋势

目录

［摘要］ (2)

［关键词］ (2)

一、汽车安全气囊系统的发展 (2)

二、汽车安全气囊系统的机构 (3)

三、汽车安全气囊系统存在的问题 (3)

四、汽车安全气囊系统的使用 (4)

五、车外安全气囊系统的应用 (5)

参考文献 (6)

安全气囊系统的发展

李康祺

指导老师：赵新

09车辆工程2班

［摘要］随着高速公路的发展和汽车性能的提高，汽车的行驶速度越来越

快，特别是由于汽车拥有量的迅速增加，交通越来越拥挤，使得事故更为频繁，所以汽车的安全性就变得尤为重要。安全气囊是现代轿车上引人注目的新技术装置。为了减小汽车发生正面碰撞时由于巨大的惯性力所造成的对驾驶员和乘员的伤害，现代汽车在驾驶员前端方向盘中央普遍装有安全气囊系统，有些汽车在驾驶员副座前的工具箱上端也装有安全气囊系统。【1】

本文主要介绍汽车安全气囊系统的发展、汽车安全气囊系统的机构、汽车安全气囊系统存在的问题、汽车安全气囊系统的改进以及车外安全气囊系统的应用。

［关键词］安全气囊；发展；存在问题；改进；车外安全气囊

一、汽车安全气囊系统的发展

最早发展安全气囊系统的国家是美国，是美国机械工程师约翰·赫缀克(John w．Hertrick)于1953年发明的，并获得了题为“汽车缓冲安全装置（Safety Cushion Assembly For Automotive Vehicles）”的美国专利US2649311。它的发展历史过程可以概括为：发明于50年代，开发于60年代，应用于70年代，发展于80年代，推广与于90年代。安全气囊发明十多年以后，经过许多科研人员的努力，现代汽车安全气囊基本已经具为雏形。随后把这种想法或专利传人世界各国，到了1980年，德国开始实现了这个想法，并在汽车上安装了安全气囊。从此在美国的市场汽车上都出现了这样能保护乘员头部躯干和膝部作用的安全系统，即汽车安全气囊。到了90年代以后，安全气囊的安全性已经被大家普遍接受，并作为一种具有现代化和高档次的安全装置。1973年，美国通用汽车公司开始出售可供顾客使用的汽车安全气囊。在1981年，德国奔驰公司销售了3000辆配有安全气囊的汽车。随后出现一系列关于汽车安全气囊的法规和条例，这给安全气囊的发展和使用树立了一个重要的里程碑，之后各国许多汽车公司开始纷纷销售配有安全气囊的汽车，例如日本丰田、本田，美国福特、克莱斯勒，德国宝马，瑞典富豪等，在汽车上也出现了多个安全气囊。在这几十年的发展历程中，安全气囊也曾遭受过十分不利的局面，例如因气囊设计不合理而停止使用，因安全气囊误引爆问题，还被召回等问题。【2】

二、汽车安全气囊系统的机构

传感器部分主要包括前方传感器、中央传感器以及安全传感器。前方传感器安装在保险杠后与挡泥板之间，用来感侧低速冲撞的信号。中央传感器装在中央控制器内，用来感测汽车发生高速冲撞的信息，并将其输送到电子控制器，用来引爆气囊电雷管，使气囊张开。安全传感器用来防止系统在非冲撞时引起气囊的误动作。它们装在中央控制器内，是一个水银常开开关。当发生冲撞时，足够大的减速度力将水银抛上，接通电雷管电路。

控制器部分广泛采用电子控制器。电子控制器包括引爆控制电路、驱动电路、储存电路和诊断电路等。它们都集中装在中央控制器上。实际上，引爆控制电路是1个晶体管开关电路。当传感器传来的信号电压足够大时，晶体管的发射极和集电极就导通，将传来的信号与已经储存的信号(电阻、电压)相比较，确认是冲撞信号后则接通继电器，由驱动电路接通电源与电雷管的总开关电路，引爆气囊和安全带电雷管。储存电路和诊断电路是合在一起的。诊断电路不断地分析和诊断气囊系统的各种故障，将这些故障编码储入储存电路，以备将来检修时用。与此同时、驱动电路使仪表盘上的SRS警告灯开始闪烁。

气体发生器与气囊常统称为气囊组件。充气元件由电爆管、点火药粉及气体发生剂组成。充气元件的功用是给气囊充气。气囊由尼龙布制成，内表面敷有树脂。车辆发生碰撞时，碰撞冲击力使碰撞传感器和触发传感器接通，SRS电脑接通引爆电路，使电流流过电爆管，使其发热将电爆管内的点火介质引燃。火焰随即扩散到点火药粉和气体发生剂，产生大量气体。气体经滤网冷却后进入气囊内，气囊急剧膨胀，冲破方向盘，缓冲对驾驶员和乘员的冲击。正规的安全气囊必须在发生汽车碰撞后的0.01秒内微处理器开始工作，0.03秒内点火装置启动0.05秒内高压气体进入气囊，0.08秒内气囊向外膨胀，0.11秒内气囊完全胀大。此刻之后，驾车者才会撞上气囊。【3】

三、汽车安全气囊系统存在的问题

现阶段的安全气囊系统普遍存在以下的问题：

１、在安全气囊膨胀时，如果在乘员和气囊中间有什么物件，甚至连乘员所佩戴的眼镜，安全气囊将可能会把此物件打到乘员身上，

导致严重伤害甚至死亡。

２、在乘坐者之中若有儿童应格外受到关注。安全气囊的设计并不是针对儿童而言的。

３、每个气囊只能使用一次，也就是说气囊只要引爆就不再有下一次保护的能力，也不能塞回去再使用，引爆后须回厂换一个新的气

囊。因车型不同，安全气囊的价格也不相同。重新安装一套新气

囊包括感应系统和电脑控制器，大致需要5000-10000元左右。

４、要保证安全气囊真正起到安全的作用，驾乘人员一定要养成良好的驾乘习惯，保证胸部与方向盘保持一定距离。而最有效的措施

就是系好安全带，安全气囊只是辅助安全系统，需与安全带配合

使用才能发挥最大的安全保护效果。

５、安全气囊系统启动时将冲开气囊盖板，并且在瞬间展开充气，气囊的刚度相对较高，很可能对乘员造成冲击；产生的灼热气体也

会灼伤乘员和驾驶员。

６、目前汽车安全气囊中普遍使用了迭叠化钠。从环保和人体健康角度讲，迭氮化钠是一种有毒物质，其毒性是砷的近30倍。此外，

从安全角度讲，迭氮化钠在被激活后释放的气体冲起气囊的同时，

还会生成固态的钠，钠的化学性质非常活泼，特别是在与水接触

时可以直接燃烧。【4】

７、安全气囊弹出后，很可能对车内人员的逃生造成干涉阻碍。

四、汽车安全气囊系统的使用

１、注意不要在气囊的前方、上方或近处放置物品。由于气囊会在紧急状况下引爆，所以不要在气囊的前方、上方或近处放置物品，防止引爆时被气囊抛射出去，从而伤害乘员。另外在室内安装CD、收音机等附件时，要遵守厂家的规定，不要随意修改属于安全气囊系统范围内零件和线路，以免影响气囊正常工作；儿童使用气囊时更要注意。

２、目前很多气囊都是针对成年人而设计的，包括气囊在车内的位置、高度等。气囊在充气时，可能给前排儿童造成伤害。建议把儿童安排在后排中间位置，并固定好。

3、降低安全气囊的刚度，应在膨胀后，设计一个排气阀，以缓解人体与气囊之间的冲击。并且在事故结束后，应该能及时排气，恢复车内的空间，方便车内乘员的逃离或者方便援救行动。

4、气囊的表面材料应该注重隔热效果，以免灼伤人体。

五、车外安全气囊系统的应用

近二十年，在北美、欧洲以及日本等工业发达国家，车外安全气囊系统逐渐被运用在汽车上。车外安全气囊按位置布局可分为汽车前保险杠气

囊、发动机罩/A柱气囊、侧部气囊和后保险杠气囊。【5】

前保险杠气囊和发动机罩气囊主要考虑到保护路上行人的人身安全。

以下是一个人体被汽车正面撞中的行人腿部的冲击试验模拟场景，汽车以时速40km开来。首先是腿部接受冲击，随后人的上身尤其是头部将会与挡风玻璃前的车头盖发生碰撞。所以前保险杠气囊和发动机罩气囊这个时候就可以分别降低这两次碰撞的强度，保护行人的安全。这里限定胫骨的最大加速度，是为了预防胫骨骨折。而限定膝盖弯曲角度15度以及剪切变形小于6mm，是为了防止膝关节损伤，如韧带断裂和膝关节内骨折等。

【6】

后保险杠安全气囊和侧部气囊则旨在对即将发生追尾或侧撞的冲击进行缓冲。当配套的探测系统检测到追尾（碰撞）即将发生，气囊会立即弹出，包住汽车pp，尽可能地减少碰撞造成的损失——严格地说，这似乎是一种主动安全设备，需要主动地去探测和预判碰撞的发生。配合其他的诸如主动刹车一类的安全系统使用，效果应该更加，尤其是在车撞人或者人撞车的情况下。

车外安全气囊系统明显的缺点是成本高。首先是制造的成本更高，要在车身外部360加装安全气囊系统，在美国，重新装置一套新气囊和感应系统及整组电脑控制器，一般需要3000美元左右。并且在驾车过程中遭遇程度较轻的碰撞也会把气囊打开，那么更换气囊的费用将比维修汽车表面的价格要高。其次，由于安全气囊的冲击力很大，网上有车友做过这样两个实验。试验一：在一片空旷的草地上引爆安全气囊之后，强大的冲击力可以把一个 2.2kg的菠萝弹射到30米高空，落地点与发射点之间距离有40米远。实验二：把一个西瓜悬空挂在安全气囊前20cm处并且引爆安全气囊，西瓜瞬间爆成无数碎片。在这样的冲击力之下，安全气囊对行人的保护作用也许会引起反效果。

但一经解决了这两个技术问题之后，车外安全气囊系统的优越性就可想而知了。它既可以保护路上行人的人身安全，又可以保护车身免受较大的损伤，更可很大程度上解除车内乘员与车内安全气囊之间的强烈冲击作用。

总的来说，车外安全气囊将会是一个必然的发展趋势，同时，它本身也是众多从事汽车行业的人才们必须攻克的技术难题。

注：

【1】赵开洋，《安全气囊的应用与发展》

【2】苏亚凯，《安全气囊的发展与应用》

【3】彭锦浩，《论奥迪A6安全气囊》

【4】《汽车安全气囊使用浅谈》

【5】刘建勋《Research on Vehicle External Airbag Technology》

【6】Peter J. Schuste《Current Trends in Bumper Design for Pedestrian Impact》

【7】程义《安全气囊的检修》

【8】《全面解析安全气囊》

【9】陶嘉伟《丰田汽车安全气囊的调查与分析》

【10】陈雄《汽车安全气囊技术》

【11】《汽车副驾驶室安全气囊系统的设计》

【12】刘振中《安全气囊的应用》

【13】Bengt Pipkorn Rikard Fredriksson Jan Olsson《BUMPER BAG FOR SUV TO PASSENGER VEHICLE COMPATIBILITY AND PEDESTRIAN PROTECTION》