汽車安全氣囊的發(fā)展史2977

汽車安全氣囊的發(fā)展史毫無疑問安全氣囊系統(tǒng)非常好地改善了汽車的碰撞安全性，它和安全帶一起充分地發(fā)揮了對人的保護(hù)效能。但是在乘員OoP狀態(tài)（"OutofPosition,非正常乘坐位置”）下，安全氣囊也會對人造成傷害甚至致死亡，例如：?由于氣囊的傳感系統(tǒng)沒有完全考慮到事故的真實情況，造成氣囊比較晚的被點燃引爆?乘客由于恐慌等原因伏在安裝氣囊的方向盤或者儀表板上，或者座椅調(diào)節(jié)得太靠前，或者由于安全帶比較松甚至沒有帶安全帶造成緊急剎車時乘客身體前傾?沒有注意到汽車上的警告，把嬰兒的座椅頭朝前地固定在副駕駛員位置上在上述情況下，氣囊爆發(fā)時，很容易對人造成傷害。要解決這個問題，就必須改善現(xiàn)有的碰撞傳感識別系統(tǒng),要求通過這套系統(tǒng)一方面安全氣囊可以提供乘客在“標(biāo)準(zhǔn)位置”時的碰撞安全保護(hù)，另一方面也可以通過氣囊的不引爆或者減少氣囊爆炸時的壓力來減少乘客在偏離正常乘坐位置時可能產(chǎn)生的對人的傷害。使用安全氣囊來保護(hù)汽車乘員的想法最先產(chǎn)生于美國。1952年美國汽車生產(chǎn)者聯(lián)合會在理論上闡述了這樣一種汽車安全系統(tǒng)的必要性。幾乎同時，這種系統(tǒng)的原理圖也繪制了出來。1953年，第一個氣囊的專利就誕生了。但是，由于當(dāng)時技術(shù)水平的限制，還不能把這種想法或?qū)＠吨T實現(xiàn)。到了1980年，德國默謝臺斯公司開始實現(xiàn)這種設(shè)想，它在自己生產(chǎn)的部分汽車上安裝了安全氣囊。而從1985年起，在全部供應(yīng)美國市場的汽車上都有安裝了這種安全系統(tǒng)。隨后，又出現(xiàn)了第一個保護(hù)駕駛員旁前排座乘員頭部的氣囊?，F(xiàn)在，世界上許多汽車制造廠及專業(yè)生產(chǎn)廠都在設(shè)計和生產(chǎn)安全氣囊，其中最大的是德國的波許公司。今天的氣囊已經(jīng)發(fā)展到可以在任意方向的碰撞中（包括側(cè)向碰撞）起保護(hù)乘員頭部、軀干和膝部的作用。目前，世界上很多國家都有要求在新車上必須安裝氣囊。例如在美國，相應(yīng)的法規(guī)已從1989年起實施該法規(guī)要求一定要安裝大尺寸的氣囊。而歐洲的專家們則認(rèn)為最好的方案應(yīng)該是：安全帶和小尺寸氣囊的配合使使用。所以，歐洲的公司只生產(chǎn)小尺寸氣囊?，F(xiàn)在，在汽車上，一個氣囊安裝在駕駛盤上，一個安裝在駕駛員旁前排乘員的前面。側(cè)面氣囊或者裝在車門上，或者裝在座椅靠背上，氣囊用尼龍制成，材料厚度為0.45mm。為了保證氣囊的氣密性，在其內(nèi)表面涂敷薄薄一層合成橡膠或硅橡膠。在氣囊的內(nèi)表面固定有專門的帶子，這些帶子在氣囊充氣時能使其保持一定形狀。氣囊側(cè)面設(shè)有許多孔，這些孔用來快速從氣囊中排出氣體。這點十分重要的，否則，人就會被氣囊推向后面或被一個氣囊或幾個氣囊擠住而受傷。為避免氣囊因長期疊置而成硬塊，在氣囊內(nèi)部覆蓋一層特殊的材料，它可使氣囊的有效使用期達(dá)到15年。安全氣囊系統(tǒng)采用了一種類似火箭固體燃料發(fā)動機的氣體發(fā)生器，在這種氣體發(fā)生器中，燃料燃燒產(chǎn)生的氣體使氣囊充氣。氣體發(fā)生器的燃料通常使用疊氮化鈉，但也有的使用硝化纖維，也有的系統(tǒng)使用壓縮氣體。氣囊系統(tǒng)中的傳感器通常有三種類型：機械式、機電一體式及電子式。大多數(shù)氣囊采用多個電子傳感器分布在車身不同位置以便準(zhǔn)確感知碰撞信號,并將信號傳遞到車上的控氣袋的形式有兩種澈―種體積比較大,.即使乘客不系安全帶也能起到良好的保護(hù)作用M主要在美國市場，因為美國法規(guī)對安全帶的師覷沒有強制性尸盟一種體積較小*與安全帶配合使用，是將安全氣袋與三點式安全帶共同蛆成一本乗員保護(hù)系統(tǒng)1吏之達(dá)到最隹的乘員保護(hù)敵果。這種氣袋主要在歐洲市場應(yīng)用,因為歐洲村安全帯的個戴有強制性要求-制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)以此控制氣囊系統(tǒng)的點火，進(jìn)行系統(tǒng)的故障診斷，同時判別要保護(hù)的乘員座位是否有乘員及是什么樣的乘員。若判定前排座位上為兒童座椅,那么，在發(fā)生碰撞時，兒童座椅前的氣囊就不能點火?？傊?，控制系統(tǒng)可以保證只有在必須使用氣囊時才使氣囊工作。當(dāng)前，安全氣囊出現(xiàn)了兩種發(fā)展趨勢。美國和日本的汽車公司正在努力增大氣囊尺寸來保護(hù)乘員。而歐洲一些汽車制造公司，如“梅塞德斯-奔馳”等，而“寶馬”和“沃爾沃”等則認(rèn)為，安全氣囊本身決不是保障乘員的靈丹妙藥，它必須在一個統(tǒng)一的汽車被動安全系統(tǒng)中才能有效地發(fā)揮作用，在這個系統(tǒng)中，一定要具備緊縮式安全帶、結(jié)構(gòu)可靠的座椅、兒童專用座椅和一系列其它部件。而且，最好在車身結(jié)構(gòu)設(shè)計開始時就考慮到這個安全系統(tǒng)所有必須的組成部件一、汽車的安全性隨著高速公路的發(fā)展和汽車性能的提高，汽車行駛的速度越來越快。又由于汽車保有量的迅速增加，道路交通越來越擁擠。這就使得汽車事故頻繁發(fā)生，所以汽車的安全性就變得尤為重要，成為當(dāng)今汽車設(shè)計和生產(chǎn)的一個重要課題。汽

車的安全性分為主動安全和被動安全。主動安全是指汽車防止發(fā)生事故的能力，主要有操縱的穩(wěn)定性，制動的可靠性、平順性等；被動安全是指汽車在發(fā)生事故的情況下保護(hù)乘員的能力，主要有防撞式車身、安全帶和輔助乘員的保護(hù)系統(tǒng)（SUPPLEMENTAL-RESTRAINTSYSTEM，以下簡稱安全氣囊）等。由于汽車事故難以避免，因此被動安全顯得非常重要，安全氣囊作為被動安全的研究成果，由于使用方便、效果顯著、造價不高，所以近年來得到迅速發(fā)展和普及。二、安全帶和安全氣囊為了說明安全帶和安全氣囊在保護(hù)乘員方面的重要性，首先說明造成乘員傷害的原因。如圖（1-1）所示，當(dāng)汽車和障礙物之間發(fā)生碰撞事故時，汽車和障礙物之間的碰撞稱為一次碰撞。一次碰撞的結(jié)果導(dǎo)致汽車速度急劇下降。例如,如果一輛汽車以50km/h的速度與一個固定不動的障礙物正面相撞，則汽車至完全停止所需時間大約0.1s。在這短暫的時間內(nèi)，可發(fā)生的事情卻相當(dāng)多：在碰撞的瞬間，前護(hù)杠停止運動，但汽車的其他部分仍以50km/h的速度前進(jìn)。隨著車輛前部逐漸損壞，汽車即開始吸收動能并減速；在碰撞過程中，當(dāng)開始減速慢下來時，內(nèi)部乘員則仍以原來的速度向前移動。于是就發(fā)生了乘員和方向盤、儀表板、風(fēng)擋玻璃等之間的碰撞，造成了乘員的傷害。這種乘員和汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的碰撞稱為二次碰撞，如圖（1-2）所示。圖1—1—次碰撞示意圖 圖1—2二次碰撞示意圖如果乘員未系上安全帶，則他們會繼續(xù)以50km/h的速度前進(jìn)，直到撞及車室內(nèi)部物件才會停止。在此例中，乘員撞擊車室內(nèi)部的速度，與從三樓的窗戶跳下撞擊地面時的速度相當(dāng)。如果乘員系上安全帶，則他們將逐漸減速，因此作用到他們身上的撞擊力將減輕。但是在嚴(yán)重的碰撞事件中，雖然系上安全帶的碰撞力比未系安全帶少了很多，但乘員仍可能會撞到車室內(nèi)部物件而造成傷害。

汽車安全氣囊的基本思想是：在發(fā)生一次碰撞后二次碰撞前，迅速在乘員和汽車內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間打開一個充滿氣體的袋子，使乘員撞在氣袋上，避免或減緩二次碰撞，從而達(dá)到保護(hù)乘員的目的，如圖（1-3）所示。由于乘員和氣囊相碰時容易因振蕩造成乘員傷害，所以在氣囊的背面開兩個直徑25mm左右的圓孑L。這樣，當(dāng)乘員和氣囊相碰時，借助圓孔的放氣可減輕振蕩，放氣過程同時也是一個釋放能量的過程，因此可以很快地吸收乘員的動能，有助于保護(hù)乘員。三、安全氣囊的形式除了上述供正面碰撞的保護(hù)安全氣囊外,近年還開發(fā)出了供側(cè)面碰撞保護(hù)用的側(cè)安全氣囊。這樣，安全氣囊系統(tǒng)按保護(hù)面的不同，可分為供正面碰撞保護(hù)用的安全氣囊系統(tǒng)和供側(cè)面保護(hù)用的側(cè)安全氣囊系統(tǒng)，如圖1-4所示。此外，安全氣囊還可按充氣裝置點火系統(tǒng)的形式、氣囊數(shù)量和氣囊傳感器數(shù)量等3種方式來分類。1、按充氣裝置點火系統(tǒng)分（1） 電子式（E型）（2） 機械式（M型）?一（控制系塊I 叢覦系統(tǒng)是氣赫郷核心矗怕其?W理爵生產(chǎn)廠家嚴(yán)醐鄱楊誠朮甕控制系繼能誰確判斷出正抵偏插斜嵐撞倒徳種貫染情硼離離，布ffl點爆氣忠叢甌系統(tǒng)主要有機賦模擬電子式、智能式幾禮賊式控制綺主要用于低成減氣袋系貌，應(yīng)用正在炒畿現(xiàn)醐部分都耕帯微處理器的覇纏M系亂對電子成麗器測覇到的信號進(jìn)行處理，輸出誠信與其原理框副嘔所示■智能式控制系統(tǒng)原理框圖2、按氣囊數(shù)量分（1） 1個：用于駕駛員（E型或M型）（2） 2個：用于駕駛員和前座乘員（只有E型）（3） 4個：用于駕駛員和前座乘員的正面和側(cè)面（只有E型）3、按氣囊傳感器數(shù)量分（只有E型）(1)1個:(1)1個:氣囊傳感器(2)3個:一個中央氣囊中央飛勇悖感器總成沖而中央3發(fā)傳感器和LCU安令傳盤器氣體發(fā)生剤〔片M?駕駛困傳爆賞一個中央氣囊中央飛勇悖感器總成沖而中央3發(fā)傳感器和LCU安令傳盤器氣體發(fā)生剤〔片M?駕駛困傳爆賞G氣體發(fā)生制4［囊［用F前座槩員》傳感器和兩個前氣囊傳感器M型、單氣囊圖1—7E型、單傳感器、雙氣囊氣囊傳感器總成左惻氣M型、單氣囊圖1—7E型、單傳感器、雙氣囊氣囊傳感器總成左惻氣囊傳感器總成（1-5、6、7、8）所小圖1一5E型、雙、3傳感器。氣囊各形式的氣囊系統(tǒng)及其動作圖1—8E型側(cè)氣囊四、安全氣囊的工作在承受來自如圖（1-9）斜線區(qū)域箭頭內(nèi)嚴(yán)重的正面撞擊時，安全氣囊系統(tǒng)會檢測此減速力。若減速力達(dá)到設(shè)定值以上時，系統(tǒng)會觸發(fā)充氣裝置，然后充氣裝置內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)會使氣囊在瞬間充滿氮氣，以緩沖乘員的沖擊，保護(hù)乘員頭部和臉部免于撞擊方向盤或儀表板。在氣囊開始泄氣時，氣囊依然在繼續(xù)吸收動能。整個過程（由充氣、保護(hù)、泄氣組成）在不到1s內(nèi)完成，如圖（1-10）所示圖1一9正面撞擊方位圖1—10安全氣囊的工作過程1、氣囊張開后，需注意如下問題：（1-11）（1）安全氣囊在設(shè)計上只能充氣1次，一次性使用。用后必須更換。（2）發(fā)生碰撞時，即使前乘員座沒有乘員，前座乘員氣囊也會同時張開。（3）在氣囊充氣時會產(chǎn)生巨大的聲響，而且在所釋放出的氮氣中會伴生少許煙霧。這些氣體和煙霧是無害的（這不表示有起火現(xiàn)象），但乘員要盡快清洗殘留物，以免皮膚過敏。（4）氣囊的充氣在少于1s內(nèi)完成，因此氣囊充氣的力量相當(dāng)大。此系統(tǒng)的設(shè)計是為了減少嚴(yán)重的傷害，但它本身可能會對乘員造成輕微的燙傷、擦傷或紅腫等傷害。（5）氣囊張開后，氣囊單元的組件（方向盤中央部分、儀表板）可能會燙熱幾分鐘，但氣囊本身并不會發(fā)燙。（6）當(dāng)碰撞的程度足以讓氣囊充氣時，可能會因車身變形而使風(fēng)擋玻璃破裂。而在備有乘員氣囊的車輛上，風(fēng)擋玻璃也可能因吸收部分充氣力量而破裂。圖1一11安全氣囊動作順序五、安全氣囊系統(tǒng)動作過程根據(jù)德國羅伯特博世公司在奧迪（AUDI）轎車上試驗研究表明：當(dāng)汽車以車速50km/h與前面障礙物相撞時，安全氣囊系統(tǒng)的動作時序如圖所示。（1） 碰撞約10ms后，安全氣囊系統(tǒng)達(dá)到引爆極限，氣囊組件中的電雷管引爆點火劑并產(chǎn)生大量熱量，使充氣劑（疊氮化納藥片）受熱分解，駕駛員尚未動作，如圖（a）所示：（2） 碰撞約40ms后，氣囊完全充滿，體積最大，駕駛員向前移動，安全帶斜系在駕駛員身上并收緊，部分沖擊能量已被吸收，如圖（b）所示：（3） 碰撞約60ms后，駕駛員頭部及身體上部壓向氣囊，氣囊背面的排氣孔在氣體和人體壓力作用下排氣，利用排氣節(jié)流作用吸收人體與氣囊之間彈性碰撞產(chǎn)生的動能。碰撞約lloms后，大部分氣體已從氣囊逸出，駕駛員身體上部回到座椅靠背上，汽車前方恢復(fù)視野。碰撞約120ms后，碰撞危害解除，車速降低為零。由此可見，在安全氣囊系統(tǒng)動作過程中，氣囊動作時間極短。從開始充氣到完全充滿的時問約為30ms；從汽車遭受碰撞開始，到SRS氣囊收縮為止，所用時間極為短暫，僅為120ms左右。因此，SRS氣囊動作的狀態(tài)和經(jīng)歷的時間無法用肉眼來確認(rèn)。目前，世界上廣泛采用模擬人體來進(jìn)行碰撞試驗。瑞典沃爾沃公司用計算機模擬汽車遭受碰撞時，駕駛席SRS氣囊動作過程的模擬與上述動作過程相似。乘員席氣囊與駕駛席氣囊的動作過程基本相同。安全氣囊系統(tǒng)的動作過程與經(jīng)歷時間之間的關(guān)系如表所示。碰撞之后經(jīng)歷時間010ms40ms60ms110ms120msSRS動作狀態(tài)遭受碰撞點火引爆開始充氣氣囊充滿人體前移排氣節(jié)流吸收功能人體復(fù)位恢復(fù)視野危害解除車速為零六、汽車安全氣囊的使用安全性安全氣囊最早應(yīng)用於20世紀(jì)70年代初期通用和福特公司的試驗車隊，直到1989年克萊斯勒公司在政府和消費者的壓力下，將這安全裝置用於美汽車。高成本和汽車制造商的反對導(dǎo)致安全氣囊(現(xiàn)已列入20世紀(jì)汽車十大發(fā)明之一)未能在發(fā)明初期迅速流行和普及?，F(xiàn)在，由於人們對汽車安全性能的要求提高，安全氣囊已經(jīng)逐步得到廣泛的應(yīng)用，甚至中國10萬元以下的經(jīng)濟型家庭轎車，都已經(jīng)采用雙安全氣囊的標(biāo)準(zhǔn)配備。安全氣囊屬於汽車的被動安全系統(tǒng)，使用者無需為保護(hù)自身采取任何行動。相比之下，大多座椅安全帶屬于主動安全系統(tǒng)，使用者必須系上才能發(fā)揮保護(hù)作用。安全氣囊正好保護(hù)那些沒有系上安全帶的乘客，這種保護(hù)更是大面積且強有力的。在車速超過32km/h時，安全氣囊的爆發(fā)過程約在0.06s內(nèi)完成。因為典型的汽車碰撞僅持續(xù)大約0.125s，而未受保護(hù)的駕乘者在最初的碰撞結(jié)束前，已經(jīng)撞到汽車內(nèi)飾板；另外，當(dāng)?shù)谝惠喿矒羧匀焕^續(xù)時，第二輪撞擊就已經(jīng)開始了。氣囊爆發(fā)是由氣體發(fā)生器控制，點燃當(dāng)中的氮鈉化物(SodiumAzide)產(chǎn)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生所需體積的氣體。在這過程中，氣囊爆發(fā)實質(zhì)上是小型的內(nèi)部爆炸。普通啟動指令的算法程序僅與車速變化相關(guān)，更加雜的算法程序則用于新型智能安全氣囊系統(tǒng)。七、安全氣囊的安全性雖然安全氣囊曾經(jīng)使數(shù)以萬計的駕乘者死逃生，但是突如其來的爆炸膨脹也會引致受傷，令人考慮是否應(yīng)該加裝安全氣囊開關(guān)，甚至懷疑安全氣囊的安全性。安全氣囊的安全性主要包括產(chǎn)品本身的可靠性和使用的安全性。駕乘者的位置十分關(guān)鍵，如貼近或靠近安全氣囊在爆發(fā)時非死即傷。一般情況下，乘客應(yīng)該端然穩(wěn)坐并與氣囊安裝位置相距305mm。不過，由于氣囊膨脹后的尺寸和膨脹特性無法確定，難以精確測出確切的距離，身材矮小的成年人和兒童更容易受到傷害。所以，即使安全裝置處于工作狀態(tài)，乘客也應(yīng)該與車內(nèi)可撞擊表面保持足夠的距離。安全氣囊與安全帶作為同一系統(tǒng)的兩大組成部分，缺其一另一方都不能發(fā)揮良好的效果。只有兩者結(jié)合使用，才能發(fā)揮雙重保護(hù)，使頭部免受傷害。統(tǒng)計表明，裝備安全氣囊使駕駛者的事故死亡率和乘客事故死亡率分別下降14%和11%；使用安全帶可以降低駕駛者事故死亡率12%和乘客事故死亡率19%。事實上，在已裝備安全氣囊的情況下發(fā)生的死亡事故，大部分是因為駕乘者沒有佩帶安全帶，或是佩帶方法或部位不正確。雖然安全氣囊可能導(dǎo)致意外，卻不能否定其好處，最重要是如何科學(xué)合理地予以使用。八、 忠告駕駛者為了避免安全氣囊引暴致意外傷害，任何駕駛者，都應(yīng)該緊安全帶并與方向盤最少保持254mm的距離。緊安全帶後，只要駕駛者的胸部與方向盤中心距大於254mm，其潛在的危險便大大減少。如果駕駛者十分疲倦而又不能停止駕車，必須考慮使用安全氣囊的開關(guān)裝置。例如在疲勞時為了與方向盤保持254mm的距離，而采用并不舒服的坐姿；或即將臨產(chǎn)的女性駕駛者不能讓下腹遠(yuǎn)離方向盤，出于生理需要安全氣囊的開關(guān)也必不可少。在1998年及其后生產(chǎn)的汽車，大部分已對安全氣囊進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，采用強度較小的膨脹器來降低受傷率。這種汽車不必設(shè)置氣囊開關(guān)，駕駛者甚至不需與方向盤保持254mm的距離。當(dāng)然，端坐并遠(yuǎn)離安全氣囊仍然值得提倡。九、 忠告乘客身系安全帶的成年乘客在端坐時不會受到嚴(yán)重的傷害，安全氣囊主要威脅那些毫無約束的嬰兒和兒童乘客。補救的措施是用帶子系好兒童并安置在後排座椅,確保兒童遠(yuǎn)離膨脹的氣囊。不要將兒童背向約束裝置放在前排的乘客座椅，因為他們的頭部將會與氣囊太接近。取而代之的方法，是把兒童約束裝置放在后排座椅的中座。有些情況下，乘客安全氣囊的開關(guān)也相當(dāng)重要。例如，生病的兒童需要時刻觀察病情，車上只有駕駛者能夠予以照顧，這樣只能將兒童放到前座上；再如，需攜帶許多嬰兒和幼兒，但沒有足夠的后排座椅，只好把年長的兒童放在前座。這時，乘客安全氣囊的危險性便呈現(xiàn)出來。關(guān)注兒童勢必分散駕駛者的注意力，容易引發(fā)交通事故，所以不妨安裝安全氣囊開關(guān)，卻不要在匆忙間忘記開閉。相對而言，后座仍然是較為安全的選擇。十、未來的安全氣囊未來安全氣囊的傳感器不僅可以探測碰撞的方向和猛烈程度，還可以識別乘客在車輛的位置和狀態(tài)。系統(tǒng)根據(jù)這些輸入的數(shù)據(jù)，進(jìn)行即時的分析判斷，最終

決定安全氣囊的引爆方式和膨脹整個過程在瞬間完成，真正實現(xiàn)安全氣囊的安全化和智能化事故前保護(hù)事故中救護(hù)事故前保護(hù)注自動童讓系唾過雷詁等探賬破時監(jiān)瞄而狀況.蒞汽軍運行中採隊％牢運動方旳上的障礙物.可求礙距離周圖車矯的遠(yuǎn)近而自仔調(diào)整車遮，使車師司保持f安全的距離，曲?發(fā)生圈1的可能.一且發(fā)生顎急情況