安全氣囊:汽車上的充氣裝置-中文百科頻道

發展史

安全氣囊最早是由赫特裡克于1953年8月提出，并獲得了美國“汽車緩沖安全裝置’’專利。随着各國車輛安全标準的制定，安全氣囊的裝備率越來越高。歐洲及美、日等國家汽車上的安全氣囊的裝備率已達到近100%。

組成

主要由安全氣囊傳感器、防撞安全氣囊及電子控制裝置等組成。駕駛員側防撞安全氣囊裝置在方向盤中；乘員側防撞安全氣囊裝置一般裝在儀表闆上。安全氣囊傳感器分别安裝在駕駛室間隔闆左、右側及中部；中部的安全氣囊傳感器和安全氣囊系統與電子控制裝置安裝在一起。

氣囊組件主要由安全氣囊、氣體發生器和點火器等組成。電子控制裝置如用來進行數據采集與數據處理、診斷安全氣囊的可靠性，保證在達到預設的數值時，及時發出點火信号，而且正時點火，保證驅動氣體發生器有足夠大的驅動電流等。

原理

汽車行駛過程中，傳感器系統不斷向控制裝置發送速度變化（或加速度）信息，由控制裝置（中央控制器）對這些信息加以分析判斷，如果所測的加速度、速度變化量或其它指标超過預定值（即真正發生了碰撞），則控制裝置向氣體發生器發出點火命令或傳感器直接控制點火，點火後發生爆炸反應，産生N2或将儲氣罐中壓縮氮氣釋放出來充滿碰撞氣袋。乘員與氣袋接觸時，通過氣袋上排氣孔的阻尼吸收碰撞能量，達到保護乘員的目的。

汽車的安全氣囊内有疊氮化鈉（NaN3）與硝酸铵（NH4NO3）等物質。當汽車在高速行駛中受到猛烈撞擊時，這些物質會迅速發生分解反應，産生大量氣體，充滿氣囊，然後迅速彈出，保護身體部位免受危害。疊氮化鈉分解産生氮氣和固态鈉，硝酸铵作為氧化劑參與。

新型安全氣囊加入了可分級充氣或釋放壓力的裝置，以防止一次突然點爆産生的巨大壓力對人頭部産生的傷害，特别在乘客未佩戴安全帶的時候，可導緻生命危險。具體形式有：

1.分級點爆裝置，即氣體發生器分兩級點爆，第一級産生約40%的氣體容積，遠低于最大壓力，對人頭部移動産生緩沖作用，第二級點爆産生剩餘氣體，并且達到最大壓力。總的來說，兩級點爆的最大壓力小于單級點爆。這種形式，壓力逐步增加。

2.分級釋放壓力方式，囊袋上開有洩壓孔或可調節壓力的孔，分為完全憑借氣體壓力頂開的方式或電腦控制的拉片Tether。這種方式，一開始壓力達到設定極限，然後瞬時釋放壓力，以避免過大傷害。

啟動條件

為了保證安全氣囊在适當的時候打開，汽車生産廠家都規定了氣囊的起爆條件，隻有滿足了這些條件，氣囊才會爆炸。雖然在一些交通事故中，車内乘員碰得頭破血流，甚至出現生命危險，車輛接近報廢，但是如果達不到安全氣囊爆炸的條件，氣囊還是不會打開。

安全氣囊打開需要合适的速度和碰撞角度。從理論上講，隻有車輛的正前方左右大約60°之間位置撞擊在固定的物體上，速度高于30KM/h，這時安全氣囊才可能打開。這裡所說的速度不是我們通常意義上所理解的車速，而是在試驗室中車輛相對剛性固定障礙物碰撞的速度，實際碰撞中汽車的速度高于試驗速度氣囊才能打開。

汽車發生碰撞時的主要受力部位是保險杠和車身縱梁，為了緩沖碰撞時的沖擊力，車身前部大都設計有碰撞緩沖區，而且車身的剛度分布也是不均勻的。

在一些事故中，例如當轎車與沒有後部防護裝置的卡車發生鑽入性追尾事故，或轎車碰撞護欄後發生翻車事故，或發生車身側面碰撞等，這樣的事故往往沒有車身前部的直接撞擊，主要是車身上部和側面發生碰撞，碰撞車身部位的剛度很小，雖然車艙發生了很大的變形，造成了車内乘員受傷或死亡，但是由于碰撞部位不對，有時候氣囊并不能打開。尤其是在側向碰撞中，如未配置側安全氣囊，主副安全氣囊由于不能達到起爆條件不能引爆，很容易對乘車人員造成緻命傷害。

改良

從安全氣囊在使用過程中存在的缺陷可知，現有安全氣囊的基本設計目标是用來對付嚴重交通事故的，但在一些不太嚴重，的事故中，系統反應過度，反而會對駕乘人員施加作用過大，适得其反，造成不必要的傷害。

針對實際使用中存在的問題，更希望在安全氣囊展開之前，安全氣囊系統能夠精确感應汽車發生的碰撞，并按照程序來判斷碰撞事故的嚴重程度，如果碰撞級别比較低的話，隻需将安全帶的預緊機構拉緊即可；如果碰撞級别比較高，需要啟動安全氣囊，則将點燃氣囊的指令傳遞給氣囊系統。

這也就是要求安全氣囊系統能夠準确地感應所發生的碰撞事故；并且能模仿人腦，根據實際的碰撞程度來判别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适當的調整安全氣囊。

磁電式傳感器

傳感器的觸發通常有：開關式，純機械式，單點電子式，側撞式，應變式等。國際上對汽車上安全氣囊的傳感器觸發方式也沒有一個統一标準，不僅是因為其種類繁多，而且是因為裝于車身上不同位置的傳感器觸發方式也不同。為使傳感器能夠方便地安裝在各個需要的感應部位，使其能夠正确、适時地感應碰撞，可選用磁電式傳感器。

磁電式傳感器可以安裝在車身上的任何位置，隻要稍微調整一下某些參數值，使得其能夠識别峰值為0588 m/s：和時間脈沖為0-20ms的碰撞加速度信号即可。隻要碰撞加速度峰值和時間脈沖寬度同時滿足條件，就會向氣囊發出觸發信号，展開氣囊，對人體進行保護。

傳感器結構由外殼（非磁性材料）、磁性材料、慣性體（非磁性材料）、連接在慣性體上的軟鐵、支持和調節位移幅值的彈簧、安裝在與外殼連接的凸柱内的永久磁鐵和繞制在軟鐵上的線圈及引線組成。當傳感器受到碰撞加速度時，慣性體産生反向加速度，導緻通過線圈的磁通量發生變化，在線圈引線兩端産生鐘形脈沖信号，當調整彈簧剛度時，可改變加速度信号的寬度。

傳感器的信号判别電路由三部分組成：信号幅度判别電路；信号寬度判别電路；有用、無用信号判别電路。通過對碰撞信号進行多方位的判别，可使控制裝置獲取的碰撞信号更全面，發出的點火控制更準确，從而确保安全氣囊在必要的情況下展開。

如何獲得穩定的沖擊加速度信号是研究；傳感器的關鍵，也是保證傳感器準确獲取碰撞信号的關鍵。磁電加速度傳感器采用落錘沖擊試驗裝置來調整校正其感應敏感度。釋放錘頭，與橡膠面碰擊時，安裝在錘頭上面的加速度或磁電式傳感器将感受到沖擊加速度。不同落高對應不同加速度；調整橡膠厚度，可改變信号寬度；調整落錘高度，可改變信号幅度。

磁電式傳感器不僅電子判别電路出錯率低，感應碰撞信号的可信度高而準确；而且通過标錘落定實驗可以調節它的感應範圍寬度，滿足汽車碰撞産生脈沖的再現，從而還可以安裝于車身上任何部位。還有就是它設計簡單，價格低廉，對絕大多數汽車使用者來說都不再是望而卻步的奢侈品。

智能化控制系統

對安全氣囊控制系統的要求是準确判斷事故的碰撞強度，控制氣囊的展開與否。針對安全氣囊在使用中的缺陷，必須進一步提高控制系統靈活性、準确性，為此可以采用智能式控制系統。

碰撞傳感器

安全氣囊系統中的重要部件，其功能是檢測、判斷汽車發生碰撞後的撞擊信号，以便決定是否展開緩沖氣囊。碰撞傳感器主要有三種類機械式傳感器在早期的安全氣囊中使用較多，主要應用慣性原理，利用傳感器中元件的慣性力克服彈簧力來觸發氣體發生器。機械式在加速度較低時保證不啟動氣囊，可靠性較高；但隻能單點傳感，對機械部件的品質、精度和耐磨性要求極高。

電子式傳感器是一種應用最早的碰撞傳感器，根據電子原理，利用電信号來反映車身減速度，而後根據電信号來判别是否展開緩沖氣囊。

機電式傳感器采用機電結合的方式，将機械信号轉化為電子信号，再利用電子信号點爆安全氣囊。即具有機械式的優點，又能克服機械式傳感器本身存在的缺陷，安裝在車身上任何位置，以便得到較好的減速信号，而且能夠在同一位置安裝多個傳感器。

2.緩沖氣囊

氣囊一般由防裂性能好的聚酞胺織物制成，它是一種半硬的泡沫塑料，能承受較大的壓力；經過硫化處理，可減少氣囊沖氣膨脹時的慣性力；為使氣體密封，氣囊裡面塗有塗層材料。氣囊的大小、形狀、漏氣性能是确定安全氣囊保護效果的重要因素，必須根據不同汽車的實際情況來确定。

安全氣囊系統開發人員正在根據神經網絡原理開發智能型氣囊系統。它主要是利用神經末梢（即各種傳感器）将各自探索到的周圍環境的各種信息傳輸給中樞神經（即電腦或微機），并能将碰撞事故的碰撞類型，碰撞事故嚴重程度以及碰撞時的車速等信息一起傳遞給電腦，由電腦對這些信息進行加工處理分析，做出相應反應，并執行與這些信息相對應的、正确的氣囊保護程序，即所謂的智能式控制系統。

智能式控制系統一般由兩部分組成，軟件部分和硬件部分。硬件部分主要由車載部分的電子控制單元（包括單片機、傳感器、點火電路等）和地面部分（包括串行通訊電路、計算機系統等）；軟件部分主要由單、片機部分和微機部分組成。氣囊傷人、保護效果不佳或者浪費等狀況。

乘員探測系統

針對氣囊未能對不同的乘員做出相應的保護，可在乘員座位上安裝一個乘員探測系統，對車座上是否有人，乘員的體型大小，以及就座時偏離正中情況進行探測。相當于專門安裝一個傳感器，探測的乘員乘坐信息，并傳遞給中央電腦控制中心。

如果發生碰撞的話，控制中心在對各種傳感器傳過來的信息進行判斷的同時綜合考慮乘員探測系統探測所得的乘員乘坐信息。這樣的話，安全氣囊系統就可以針對駕駛員和乘員的乘坐情況适時适量展開氣囊，完全避免

理想的安全氣囊是可以針對各種不同的特殊情況對汽車的使用者進行保護。安全氣囊應盡可能多地收集和利用有關乘員形體位置信息及撞車類型和撞車速度的數據，建立數據庫，對碰撞中乘員和車的有關信息進行識别判斷，調整安全約束系統參數，使人體獲得最佳保護。要實現這一理想，以研究來說還有很長的一段差距，但可以逐步完成。

以上的探讨思考也隻是向理想邁進的一個步伐而已，相信今後随着科學技術研究的發展，汽車安全措施會更加的完善。

氣體發生器的多元化

對于氣體發生器，不僅要求其工作可靠，性能穩定，耐久性好，符合環保要求，而且要求盡量減輕其質量和降低成本。尤其針對安全氣囊氣體傷人的情況，更是要求對氣體發生器加以改進。汽車上的氣囊系統大量采用以疊氮化物作為氣體發生物質的推進劑型氣體發生器，其它類型的氣體發生器，包括混合氣體型氣體發生器、液體（液态氣）型氣體發生器、壓縮空氣蓄能型氣體發生器和硝化纖維型氣體發生器等也在積極研制。

如摩爾頓公司生産的一種低密度、無毒的氣體型氣體發生器，與現用的相比具有體積小、質量輕的優點；布雷德公司開發的一種新型無鈉疊氮化物氣體發生器，耗用量不到鈉疊氮化物發氣劑的40%，而能産生等量的氣體，從而使其體積減小，質量減輕。

就是在普通型的基礎上增加傳感器，以探測出座椅上的乘員是兒童還是成年人，他們系好的安全帶以及所處的位置是怎樣的高度，通過采集這些數據，由電子計算機軟件分析和處理控制安全氣囊的膨脹，使其發揮最佳作用，避免安全氣囊出現無必要的膨脹，從而極大地提高其安全作用。智能安全氣囊比普通型主要多了兩個核心元件，即傳感器及其與之配套的計算機軟件。

氣囊标準

正常情況下發生事故時，汽車的安全氣囊能給予駕駛者一定的保護。因此，很多消費者在購買汽車時，會将安全氣囊放在重要的地位。不過，汽車出現事故撞擊後安全氣囊也出現未能彈出的情況。

因此，北京北辰亞運村汽車交易市場中心副經理顔景輝指出，無論如何應該進行安全氣囊檢測，或者有一個明确的撞擊标準。中國汽車工業協會顧問杜芳慈也認為，委托相關部門進行技術檢測，是解決事情的關鍵。同時，北京市亞奧律師事務所雷海強律師也呼籲，鑒于許多車禍中汽車的安全氣囊不能打開所帶來的傷害和負面影響，出台安全氣囊國家标準迫在眉睫，對于撞擊力的标準設定尤為重要。