汽车安全气囊的发展与应用.doc

汽车安全气囊的发展与应用姓 名：邓宁宁 单 位：盐城技师学院摘要：安全气囊（Supplemental Inflatable Restraint System简称SRS）顾名思义是现代轿车保护驾驶员和乘客安全的装置。安全气囊系统主要由安全气囊传感器、防撞安全气囊及电子控制装置（ECU）等组成。在其汽车前部或侧部发生碰撞时传感器会检测到碰撞信号并在0.01秒之内速度传递给安全气囊系统的控制电脑。因此,确保了汽车行驶的安全性,驾驶员及乘客的生命安全也得到保障，解决乘车人员的安全越来越受到人们的重视。而本文主要介绍安全气囊的作用、安全气囊的类型、安全气囊的发展、系统主要部件、气囊在车内的应用、气囊系统的工作原理、使用注意参项、安全气囊的维护等。关键词：安全气囊；安全；发展；应用引言近年来，汽车作为一种方便快捷的现代化交通工具,给人们带来了不少方便，因为汽车交通事故也给人们带来了严重的损失。因此，汽车的安全性能越来越受到人们的青睐。随着高科技的发展，保护人们安全的新部件诞生了-汽车安全气囊。这种新部件极大的保护了人们的安全，被广大驾驶员称为“救命袋”。既保护了人们生命安全，同时也给汽车工业带来了繁荣。一、 汽车安全气囊的发展1.国外汽车安全气囊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 wHertrick)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。安全气囊发展十多年后，经过后人科研人员的不懈努力安全气囊基本具为雏形。到1980年，德国开始实现了这一举措，并在汽车上安装了安全气囊。从此美国市场的汽车上都出现了这种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。90年代以后，安全气囊的安全性已经被大家普遍接受，并认为这是一种具有现代化和高档次的安全装置。在1981年，德国奔驰公司制造销售了3000辆配有安全气囊的汽车。随后一系列关于汽车安全气囊法规和条例的出现，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，德国宝马等。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.国内汽车安全气囊的发展国内汽车产业起步相对较晚，安全性能研究也较晚，但发展迅速。我国研究单位先后建成或引进了汽车碰撞试验台，进行了整车碰撞试验及零部件模拟碰撞试验。在汽车安全措施问题上，我国刚开始对小型客车驾驶员和前排乘员强制使用安全带，随后国产轿车也开始研究配装安全气囊。随着我国的政策法规的颁布，为我国汽车业的发展提供了良好的发展前景。历经十多年的研究与发展历程, 我国许多大学和事业单位的研究与技术已接近国际水平。清华大学的黄世霖等人在汽车碰撞实验研究中作了大量的研究工作，这对我国的汽车安全气囊研究具有重要的指导作用。南京理工大学关于安全气囊方面的研究也正日益受到国际安全气囊产业的关注，还曾受国外著名公司邀请到德国做过多次评估，并且得到他们的认可。我国安全气囊市场需求每年不断地增长，但是目前我国安全气囊零部件例如其ECU、气袋、气体发生器、布料的国内采购率还很低，气囊组件配套还有很大的发展空间。因此，我们还要继续关注汽车安全气囊系统研究与开发工作。二、 汽车安全气囊的结构与工作原理1.安全气囊的组成 图1 汽车安全气囊系统组成安全气囊一般由传感器、电控单元、气体发生器、气囊、续流器等组成。一般情况下气体发生器和气囊等做在一起构成气囊模块。传感器感应汽车碰撞强度，并将感应到的信号传给控制器，控制器接受信号并进行处理，当它判断有必要打开气囊时，即刻发出点火信号，点火器迅速点火并产生大量气体给气囊充气。安全气囊模块如图2图2 福特安全气囊系统2. 安全气囊的工作原理当车辆发生碰撞时，汽车前部的传感器感应汽车碰撞的强度并将碰撞强度信号传递给中央控制器，中央控制器接收、处理传感器传来的信号再进行判断。若碰撞强度达到了安全气囊控制系统设计打开安全气囊的条件时，中央控制器立即通过点火控制电路向气体发生器传送安全气囊的点火信号触发气体发生器，气体发生器点火后使迅速产生大量的氮气，经过滤后充入气袋，在驾驶员和汽车内部结构之间打开一个充满气体的气袋，使得在发生碰撞事故时，乘员能够与比较柔软的气袋相接触，而不是直接与坚硬的汽车结构猛烈碰撞，从而达到减少伤窖、保护生命的作用。安全气囊系统控制原理图如图3图3 安全气囊系统控制原理图安全气囊作用过程为：碰撞发生后020ms内传感器将信号输送到中央电子控制器（ECU），ECU判断后确认是严重碰撞则引发气体发生器，在2060ms内高温、高压气体（氮气）经过滤冷却进入气袋，气袋张开形成气垫，将乘员与车内装备隔开，60100ms后气袋排气孔打开，气囊泄气并收缩。气体的阻尼作用吸收了碰撞的能量，缓解了气囊对乘员头部和脸部的压力，乘员陷入较柔软的气囊中，使得乘员得到保护。最后气体全部从排气孔排出，气囊瘪下。图4是安全气囊的工作原理图：图4 汽车正面碰撞发生作用示意图(三)、安全气囊的分类1. 按系统控制形式划分按控制形式不同，安全气囊可分为电子式和机械式两种。无论是电子式还是机械式，工作原理大体相同，控制系统的工作方式有所不同。（1）电子式安全气囊由电子传感器、中央电子控制器、气体发生器、气囊等组成。传感器接收碰撞信号后，将信号传至中央电子控制器（ECU），信号经过判断、确认，当需要时，立即向引爆装置发出引爆指令，使气囊迅速充气。电子式安全气囊在现代汽车上被广泛使用。（2）机械式安全气囊由机械式传感器、气体发生器、气囊组成。气囊装于方向盘衬垫内，气体发生器在气囊之下，传感器在气体发生器的下面。这种气囊系统通过机械式传感器监测碰撞惯性力大小，并以机械式触发气囊充气。机械式安全气囊在现代汽车上已经较少使用。2. 按系统功用划分安全气囊系统可分为正面SRS气囊系统、侧面SRS气囊系统。正面SRS气囊系统安全气囊以汽车前方碰撞保护为前提而设计的，叫前方电子控制式安全气囊系统。侧面SRS气囊系统为了解决侧面碰撞的安全气囊，一般安装在车门上。称为侧面安全气囊。3、 按安全气囊数量分类安全气囊系统可分为单安全气囊系统，双安全气囊系统和多安全气囊系统。 （1）单安全气囊系统单安全气囊系统只有一个安全气囊，该气囊安装在驾驶员侧的转向盘中。 （2）双安全气囊系统双安全气囊系统安装在驾驶员侧和前座乘员侧。由于前座乘员在汽车发生碰撞时的危险性比驾驶员要大，所以前座乘员侧的安全气囊的尺寸通常比较大，并与驾驶员侧的安全气囊同时起作用。 一些车型将前座乘员侧安全气囊作为选装配置。（3）多安全气囊系统多安全气囊系统是指在车上安装了3个或3个以上的安全气囊。例如，沃尔沃850,960，通用的别克，上海大众帕萨特等轿车。三、安全气囊系统检测注意事项1. 安全气囊系统的正确使用（1）安全气囊系统属于辅助性安全设置，应配合安全带使用。（2）安全气囊系统不得带有故障隐患，否则会造成误触发或不工作，误触发可能会对成员造成意外伤害，甚至导致事故。（3）对安全气囊传感器不呢不过进行人为冲击实验。（4）安全气囊的保存要严格按规定执行。2.安全注意事项（1）安全气囊组件采用原厂包装，用货仓装运，不得与其他危险品一起运输。（2）安全气囊组件的检查与拆装需由专业人员承担。（3）对SRS的任何作业均应先拆下蓄电池负极导线，等待30s以后，方可进行操作。（4）不要使SRS的部件受到85以上高温。（5）安全气囊组件和控制块要避免磕碰和震动。（6）对SRS的电气测试要待系统安装好后才可进行，切不可用万用表测量气囊引发器的电阻，以免造成气囊误膨开。（7）不得擅自改动SRS的线路和元件。（8）在转向盘和乘客侧气囊部位不可粘帖任何饰物或胶带。四、汽车安全气囊的发展趋势1. 安全气囊的绿色环保化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。因而，避免使用有潜在危险和有毒性的含钠物质，采用新型气体发生技术，使之符合环境保护的要求，是汽车安全气囊发展的一个方向。如TRW公司采用非叠氮化合物的推进剂作动力，替代了原来安全气囊所用的固体氮化合物；有采用空气和氢的混合物的安全气囊，氢燃烧后产生的热气体，能以很快的速度充满安全气囊；也有其他采用氦气其膨胀的新型安全气囊系统。另外，最近法国地区发展规划和环境部建议，抓紧对汽车安全气囊进行技术改造，今后，车辆安全气囊中的迭氮化钠将由推进剂代替，避免使用存在潜在危险和有毒性的含钠物质。而推进剂是火箭所使用的燃料，在特定条件下，它可以释放出强大的能量。2. 安全气囊的虚拟技术化采用计算机模拟的“虚拟技术”方式替代轿车实物碰撞。它由一台超级计算机进行“虚拟试验”，从而一方面减少人力、物力、财力的消耗；另一方面也加快了产品的开发周期。超级计算机位于一间配有精密气候调控系统的机房中，进行模拟碰撞试验时，一方面测算轿车的设计对减少驾驶员和乘客受伤的风险能起多少作用，另一方面研究轿车受撞变形的方式，以及安全带和安全气囊之类防护系统应如何设计，才能达到最佳的防护效果。而各种运算都是以现实交通中发生的同类事故为依据进行的。3. 安全气囊的小型、轻型化安全气囊总成将采用体积小的新型气体发生器，它采用压缩气体的混合式气体发生器及采用有机气体的纯气体式气体发生器。另外，安全气囊作为一个高度集成化的系统和模块，德尔福传感器公司将推出了世界上最小的安全气囊模块，使方向盘既美观简洁，又有足够的空间来集成更多的控制系统。德尔福的技术可以提供高度紧凑型的乘员正面保护安全气囊，而且气囊系统的盖板与方向盘的接缝非常细小，几乎看不出来；安装的位置也比较独特，且方向盘看上去更漂亮。4. 安全气囊的保护全方位化安全气囊不再仅局限于保护驾驶员与前座乘员。现代汽车还将采用了窗帘一般的侧气囊，这样即使是侧面被撞，车内乘员的安全也能得到充分的保证。如：侧翼气囊，它是置于车门两侧及车顶的气囊装置。来自侧翼撞击的力量必须足够大时才能触发气囊充气，仅是踢踹或撞击产生的能量还不足以造成气囊装置的触发。当侧面撞击发生时，撞击力虽被分散，但还有一部分由车门传至装有传感器的座椅上，就在门与传感器接触的刹那，火焰推动两个气体发生器，以高达每秒2000米的速度，差不多是七倍的音速为气囊充满氮气。它还可以在撞击发生的关键瞬间，自始至终地保护着人体的上身。参 考 文 献1 范迪彬，汽车构造.安徽: 科学技术出版社 2 代汝泉,汽车运行性能.北京: 国防工业出版社 2003.1 3 邓楚南,轿车构造下册 .北京: 人民交通出版社 2000.64李春明,汽车电气设备与维修高等教育出版社 2007.95 李炳泉,桑塔纳2000型轿车构造.北京: 机械工业出版社 2000.76王秀贞，汽车故障诊断技术.西安：西安电子科技大学出版社，2007.28